组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
NG108-15 神经元细胞（NG108-15 neuronal cells）及其细胞-基底阻抗/电活动；样品基质：DMEM 细胞培养液/记录缓冲液
检测原理
该传感器以 CMOS 多电极阵列（MEA）为换能器。铝（Al）电极经磷酸阳极氧化形成多孔氧化铝，并沉积金（Au）和铂黑（Pt black），形成低阻抗、生物相容的电极界面；多聚赖氨酸（poly-l-lysine）涂覆促进 NG108-15 神经元细胞粘附。细胞贴附后，细胞膜电容和细胞-电极接触电阻改变电极-电解质界面阻抗，ECIS 通过交流阻抗测量反映细胞密度、活力和界面状态；神经元跨膜电位变化则被 MEA 采集。CMOS IC 内置电路对信号进行放大和读出。封装材料覆盖键合线/焊盘，仅暴露传感窗口，使培养液接触电极而不造成漏电。信号随细胞数量、贴附状态和电活动增强而变化，未使用 HCR、RCA 或 CRISPR-Cas 等化学放大策略。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
两种封装方法均提供良好电绝缘：60 V 电极后处理/漏电测试中，合格单引脚泄漏电流 <2 nA；PEG 模具法组装良率为 93%（28/30），Quik-Pak 部分封装良率为 90%（18/20），且 18 台器件通过漏电测试。14 天 NG108-15 细胞培养显示两种器件均具生物相容性，Quik-Pak 器件细胞密度均值 7283 mm^-2（S.D. 5445 mm^-2，n=14），PEG 模具法为 1280 mm^-2（S.D. 1054 mm^-2，n=11），Welch's t 检验 p<0.001；相对标准误差 RSE 分别为 75% 和 82%。作者认为 Quik-Pak 方法窗口一致、可商用、成本约 £1100/18 die，优于实验室手工 PEG 法，适用于小芯片（<20 mm²）和 14 天细胞培养。
传感器的构成
- 基底/换能器：CMOS IC 芯片（CMOS die），含 48 个铝（Al）微电极阵列（MEA）与键合焊盘/键合线，用于电信号采集。
- 电极修饰层：阳极氧化铝（anodised Al）多孔层，经 0.4 M 磷酸处理，降低阻抗并提高生物相容性。
- 电极修饰层：金（Au）镀层与铂黑（Pt black）层，使用 H.Au.Cl4·3H2O 和 H2PtCl6·6H2O/Pb(OAc)2 沉积，进一步降低电极阻抗。
- 识别/细胞粘附层：多聚赖氨酸（poly-l-lysine，15–30 kDa，0.01% w/v）涂覆，促进 NG108-15 细胞粘附。
- 识别元件：NG108-15 哺乳动物神经元细胞系，培养于电极表面，作为全细胞识别/响应元件。
- 封装绝缘层：Silastic 9161 室温硫化（RTV）硅橡胶弹性体，覆盖键合线/焊盘并保留传感窗口；Quik-Pak 方案使用 Silastic Medical Adhesive Silicone Type A 粘附环氧窗框、Hysol CB064 模塑料回填。
- 培养腔/样品接触层：玻璃圆柱培养腔（QB Glass）以 Silastic 9161 或氰基丙烯酸酯（cyanoacrylate）粘附，容纳 DMEM 培养基/记录缓冲液。
- 临时遮蔽层：聚乙二醇（PEG）模具（PEG-35,000 主体，PEG-1000/PEG-1450 蜡状密封），在 RTV 涂覆时保护传感区，随后热水溶解去除。
中文摘要
本文评估了两种用于将集成电路（IC）传感器与细胞培养腔结合的生物传感器原型封装方法。第一种方法采用聚乙二醇（PEG）模具，在室温硫化（RTV）硅橡胶弹性体涂覆过程中遮蔽 IC 传感区，从而绝缘键合焊盘和键合线；第二种方法采用美国 Quik-Pak 提供的部分封装服务，通过环氧窗框和模塑料覆盖键合线并保留传感窗口。两种方法均显示良好的电绝缘性能，并与 NG108-15 神经元细胞系表现出生物相容性。这些方法尤其适用于低成本、小传感面积（<4 mm²）IC 的组装，可满足小芯片、长寿命细胞培养等生物传感器应用需求。文中以 CMOS 多电极阵列（MEA）为例，说明封装需同时允许培养液接触电极并隔离边缘焊盘；两种方案均通过漏电测试和 14 天细胞培养验证，为生物传感器 IC 的原型制备提供了可行路径。
英文摘要
Two new prototype assembly methods have been evaluated for biosensors that combine an integrated circuit (IC) sensor with a culture chamber. The first method uses a poly-ethylene glycol (PEG) mould to mask the IC sensor during application of a room temperature vulcanising (RTV) silicone elastomer used to insulate the bondpads and bondwires. The second method utilises the 'partial encapsulation' service offered by Quik-Pak, USA. Both methods were shown to provide good electrical insulation and demonstrated biocompatibility with the NG108-15 cell line. These methods are particularly useful for the assembly of low-cost ICs with a small (< 4 mm²) sensor area.