Способ изготовления планарного микроэлектродного массива для регистрации электрофизиологических сигналов
Номер патента: 17448
Опубликовано: 30.08.2013
Авторы: Молчанов Павел Геннадьевич, Булай Павел Михайлович, Денисов Андрей Анатольевич, Черенкевич Сергей Николаевич
Текст
(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНОГО МИКРОЭЛЕКТРОДНОГО МАССИВА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Булай Павел Михайлович Молчанов Павел Геннадьевич Денисов Андрей Анатольевич Черенкевич Сергей Николаевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ изготовления планарного микроэлектродного массива для регистрации электрофизиологических сигналов, включающий внедрение металлических электродов в стеклянную поликапиллярную матрицу и формирование сигнальных выводов, отличающийся тем, что перед внедрением электроды в виде металлической проволоки вводят в капилляры стеклянной поликапиллярной матрицы, внедрение осуществляют температурным оплавлением матрицы, а сигнальные выводы формируют скалыванием матрицы в плоскости границы оплавления. Изобретение относится к медицинскому и научному приборостроению, а именно к области электрофизиологических методов исследований. Планарные микроэлектродные массивы (МЭМ) используются для стимуляции электрической активности и регистрации электрических сигналов, которые генерируют электрогенные клетки (нейроны, кардиоциты, миоциты) или ткани. МЭМ встраивают в дно камеры, в которой культивируют клетки или инкубируют ткани. Известны способы изготовления планарных МЭМ при помощи планарных полупроводниковых технологий 1, в которых микроэлектроды напыляются или осаждаются электрохимическим способом на плоские подложки с последующей изоляцией межсоединений. Такие МЭМ затем проходят стандартную корпусировку путем разварки контактных площадок. Недостатком таких МЭМ является то, что в условиях эксплуатации с физиологическими жидкостями их электрические параметры сильно изменяются, а сами массивы выходят из строя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления МЭМ 2, включающий формирование электродов путем электрохимического осаждения металла в порах поликапиллярной матрицы, заключающийся в размещении 17448 1 2013.08.30 тонкого среза матрицы на катоде, размещении катода и анода в водном растворе солей металла, подключении катода и анода к источнику питания, контроле и управлении источником питания до момента заполнения пор матрицы металлом. Недостатком такого способа является то, что процедура электрохимического осаждения является трудоемкой и требует использования сложного оборудования, а для формирования сигнальных выводов необходимо применять литографические методы. Задачей изобретения является создание способа изготовления планарного микроэлектродного массива, позволяющего снизить себестоимость и трудоемкость изготовления. Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления планарного микроэлектродного массива для регистрации электрофизиологических сигналов, включающем внедрение металлических электродов в стеклянную поликапиллярную матрицу и формирование сигнальных выводов, перед внедрением электроды в виде металлической проволоки вводят в капилляры стеклянной поликапиллярной матрицы, внедрение осуществляют температурным оплавлением матрицы, а сигнальные выводы формируют скалыванием матрицы в плоскости границы оплавления. Сущность изобретения заключается в механической имплантации металлических проволочных электродов в стеклянную поликапиллярную матрицу, внедрении электродов путем температурного оплавления матрицы, скалывании матрицы в плоскости границы оплавления для освобождения выводов микроэлектродного массива, шлифовке торца матрицы для формирования рабочей поверхности. Такое решение позволяет использовать для изготовления матрицы и внедрения электродов одну и ту же электропечь, в качестве сигнальных выводов использовать невнедренные окончания проволочных электродов, что снижает аппаратные и материальные затраты, уменьшает время изготовления. Способ реализуется следующим образом. Поликапиллярную матрицу изготавливают путем, аналогичным 3, для этого пучок стеклянных капилляров вставляют в сквозную электропечь, верхний конец фиксируют в держателе, разогревают до температуры плавления стекла, к нижнему концу прикладывают усилие и вытягивают пучок до нужного диаметра. Полученную матрицу скалывают (обламывают) в самом узком месте. Форма заготовки имеет форму конуса с направлением капилляров вдоль главной оси, в котором меньшее основание имеет размеры рабочей области будущего МЭМ, а большее основание размер исходной заготовки. В образовавшиеся в меньшем основании капилляры имплантируют проволочные электроды, меньшее основание матрицы помещают в сквозную электропечь и вторично разогревают, пока капилляры не закроются и электроды не внедрятся (вплавятся) в матрицу. Вплавление происходит только на заданном расстоянии от меньшего основания. Затем матрицу скалывают (обламывают) на границе оплавления матрицы. Из неоплавленной части матрицы высвобождаются части электродов, которые служат сигнальными выводами МЭМ. Рабочей поверхностью МЭМ служит меньшее основание, которое отшлифовывают стандартными методами до нужной планарности. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4, где на фиг. 1 приведена фотография поликапиллярной вытяжки, на фиг. 2 приведена фотография матрицы-подложки, на фиг. 3 приведена фотография МЭМ, на фиг. 4 приведена фотография рабочей поверхности МЭМ. Примером практической реализации способа является изготовление 19 - канального МЭМ с матрицей-подложкой из боросиликатного стекла и электродов из константана. Для изготовления матрицы-подложки и внедрения электродов была разработана и изготовлена печь накаливания с переменной контролируемой мощностью до 400 Вт и рабочим объемом 1500 мм 3. Для изготовления матрицы-подложки использовались стеклянные капилляры с внешним и внутренним диаметром 1,3 и 0,7 мм соответственно. Капилляры были сплавлены между собой и помещены в трубку с внутренним и внешним диаметром 7 и 9 мм. Затем вся система была вытянута в печи до диаметра 900 мкм (фиг. 1). Диаметр матрицы контролировался температурой печи и прикладываемым параллельно вытяжки усилием. 2 17448 1 2013.08.30 Полученная таким образом матрица имела каналы диаметром 30 мкм, расположенные гексагонально на расстояниях 100 мкм друг от друга (фиг. 2). Для получения МЭМ в вытянутую часть массива вводились электроды длиной 20 мм, затем терминальный участок длиной 5 мм оплавлялся в печи. Затем массив скалывался по линии границы спайки таким образом, что незапаяные электроды высвобождались из матрицы. Полученный таким образом МЭМ имел длину 5 мм и имел выводы электродов длиной 15 мм (фиг. 3). Рабочая поверхность МЭМ отшлифовывалась с применением оксида хрома в качестве абразива (фиг. 4). Таким образом, заявленный способ в сравнении с прототипом позволяет снизить себестоимость и трудоемкость изготовления планарного микроэлектродного массива. Источники информации 1.006151519 , МПК 61 5/04, 2000. 2.007465661 2, МПК 01 21/326, 2008. 3.2096353 1, МПК 03 37/00, 1997. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3
МПК / Метки
МПК: H01L 21/00, A61N 1/04, G01N 27/00, A61B 5/04
Метки: сигналов, регистрации, изготовления, микроэлектродного, планарного, массива, способ, электрофизиологических
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/3-17448-sposob-izgotovleniya-planarnogo-mikroelektrodnogo-massiva-dlya-registracii-elektrofiziologicheskih-signalov.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ изготовления планарного микроэлектродного массива для регистрации электрофизиологических сигналов</a>
Предыдущий патент: Способ определения степени заполнения полосы набора текстом
Следующий патент: Бесконтактный ультразвуковой двигатель
Случайный патент: Способ получения абразивных зерен