激光直写技术在微电极阵列制作中的应用研究

利用激光微细熔覆电子浆料（LMCEP）技术在熔融石英玻璃上初步制作了4×4微电极阵列（MEA）——目前研究细胞电生理的常用工具之一，在电极阵列背面利用微笔直写技术直接“写”上加温和热敏电阻，完成了微电极阵列、电热器件和热敏器件的集成制造。随后对电极阻抗和微加热器性能进行了测试，并在其上培养神经细胞。结果表明：激光直写导线宽度与加工电流、光阑直径、电子浆料、涂层厚度和衬底材料相关；电极和微加热器性能基本满足使用需求，但是电子浆料成分对细胞生物活性存在一些影响。今后将更换电子浆料材料，提高生物相容性。

平面微电极阵列技术实验教学实践与探索

平面微电极阵列技术实验教学课程注重培养学生动手技能的同时,开拓思维,将理论知识转化为科研能力。学生通过对大型仪器基本操作的学习与实践,从而掌握实验技术,为从事相关科研工作打下坚实的基础。文章介绍了课程内容,分享教学经验并针对实验中的问题提出解决方案,探讨性地提出改进设想,为进一步开展电生理实验提供了有益的借鉴。

微纳加工技术在超微电极制备中的应用

从电极材料、绝缘材料、薄膜的图形化等方面,评述了微纳加工技术在单超微电极和超微电极阵列制备中的应用。在单超微电极的制备中,随着微纳加工技术的引入,可以实现具有规则几何形状和微小电极尖端的单超微电极的重复性制备。

微电极阵列的制备及电化学性质的研究

利用LB技术制备二维有序聚苯乙烯微球(PS)阵列模板,构造了二维氧化锌(ZnO)球腔阵列.考察了亚相的配比以及滑速对聚苯乙烯微球阵列有序性的影响,并在ZnO球腔内电化学沉积纳米金.实验结果表明:以乙醇-水混合物体积比1.5:8.5的混合液作亚相时,得到大面积有序排列的微球模板,沉积金后的微电极阵列具有良好的电化学性质.

记录神经细胞信号的集成微电极阵列系统设计

设计实现了集成信号处理电路的互补金属氧化物半导体(CMOS)神经细胞信号记录微电极阵列系统。首先,建立了电极-神经细胞界面模型,通过解析推导及仿真揭示了采用电极记录神经细胞信号的一些结论,为设计良好的微电极阵列(MEA)提供了理论依据。其次,设计了新型的跨导运算放大器(OTA),在较低的电源电压和功率下,保持了合适的增益、电源抑制比(PSRR)、共模抑制比(CMRR)和较低的噪声。再次,利用有源低频抑制放大技术,提出了一种系统拓扑结构,弥补了传统电容耦合放大结构的缺点。所设计实现系统的各项性能有较好的平衡性,为记录神经信号提供了有效的手段。

还原氧化石墨烯/Au复合微电极阵列的制备及光电特性

利用双光束干涉-无掩模光刻技术制备了周期性氧化石墨烯微结构阵列,利用肼蒸气对氧化石墨烯脱氧还原,然后蒸镀超薄Au薄膜制备了还原氧化石墨烯/Au复合微电极阵列(R-GO/Au).对复合电极在可见光波段的透过率和表面电阻进行了表征,结果表明,R-GO/Au复合微电极阵列具有良好的光电特性.将R-GO/Au复合微电极阵列引入到有机太阳电池中作为半透明阳极,器件的光电转化效率可达3.43%.

基于光学标测技术和MEA技术的植物电研究概述

植物电信号的研究进展很大程度上依赖于测量技术的发展。目前对于微电极等测量技术而言,多方面因素的限制使得同时测量2个以上细胞的电活动基本无法实现,因此对植物群体细胞电活动规律的研究进展较小。本文介绍了2种可以同时对植物群体细胞电活动进行测量并具有空间分辨率的测量技术—依赖于电压敏感染料的光学标测技术和微电极阵列技术。分别介绍了光学标测技术的测量原理、电压敏感染料的特性、系统构成、信号提取方法等内容,并列举了在植物细胞电信号测量方面的应用实例,概述了影响植物电信号光学标测的因素;阐述了微电极阵列技术的系统组成、阵列微电极的特征、测量依据及模型、影响测量的因素,并对阵列微电极在玉米幼根测量中的应用做了简要介绍。最后对这2种测量技术在植物电信号测量中存在的一些问题进行了讨论。

视网膜假体微电极的研究进展

从视网膜上假体和视网膜下假体两个方面,介绍了视网膜假体微电极阵列的研究进展和面临的挑战,并且对今后的微电极阵列的发展方向进行了展望。

植入式多通道神经微电极的发展

人类的大脑约由800亿神经细胞构成,这些神经元之间的连接将大脑组成了一个超复杂的神经网络,要研究大脑的功能机制,破译其神经网络的信息编码原理,一个重要的方法是在大脑神经元网络中,同时观察、记录尽可能多的单个神经元活动信号。植入式多通道神经微电极作为一种可实时记录多个神经元峰电位信号的器件,在神经信号的时间分辨率和设备的便捷性方面有着其它神经成像技术不可替代的优点。在不影响大脑功能甚至动物行为的前提下,为了在大脑中植入通道数更多的电极,需要在植入式多通道电极的材料、结构、集成方式和植入及封装方法等方面不断地进行改进创新和优化。本文简要回顾了多通道微电极技术的发展历史,重点介绍了采用微加工技术制备植入式多通道微电极的发展历程和研究现状,对未来的发展趋势进行了展望。

微纳传感技术在组织电生理研究中的进展

微纳传感技术在研究组织和细胞的电生理活动、揭示细胞网络属性、研究神经传导及药物安全性测试等方面展现了它独特优势。针对组织电生理检测的多种微纳传感技术及其特点进行了描述与评价,着重对多点实时监测的微阵列传感技术的研究和应用进展进行了详细介绍和讨论。最后结合本实验室的研究工作,介绍了微电极阵列技术在嗅觉组织研究中的进展。在探索细胞的离子通道、突触特性及细胞内信号转导时,玻璃微电极记录特别是膜片钳技术是目前比较理想的手段;在研究信号传导、突触传递时,多电极阵列具有明显的优势。微电极传感阵列技术是未来神经科学研究的主要方法之一,它将在提高信噪比及生物相容性、减少对组织的损伤、扩大应用等方面有新的发展。

微电极阵列技术检测犬左心耳心肌电生理特征研究

目的探讨微电极阵列(microelectrode arrays,MEA)技术检测犬心房电生理特征的价值。方法健康比格犬14只随机分为假手术组和起搏组各7只,假手术组植入起搏器不起搏,起搏组植入起搏器持续起搏左心耳;8周后开胸取出2组心脏,剪取左心耳立即切片(厚度500μm),将标本固定在MEA记录系统,记录2组左心耳组织的场电位波形、场电位时程改变及电激动的传导并进行比较。结果 14只实验犬均成功植入埋藏式动物实验用高频起搏器(400次/min);起搏组连续起搏期间,心电图监测可见起搏器信号,起搏器工作正常,并可见典型心房颤动改变;MEA记录系统显示,2组左心耳场电位形态与倒置心房肌动作电位的膜电位曲线相似;假手术组场电位时程((192.14±15.49)ms)高于起搏组((164.29±7.87)ms)(P<0.01);假手术组电激动传导顺序从左至右、左下至右上向外周缓慢递减传导,传导过程中场电位信号电压逐渐递减;起搏组电激动传导顺序总体趋势与假手术组一致,向外周传导,但在传导过程中电压逐渐降低的梯度样改变消失。结论 MEA技术可用于研究心房电生理特性。

5-HT2C受体亚型参与易化大鼠内嗅区-海马通路的突触传递:平面微电极阵列记录技术研究

本实验旨在运用64通道(8 × 8)平面微电极阵列记录技术(MED-64系统)探讨5-HT2C受体在调节内嗅区-海马突触传递和突触联系中的作用。将急性分离的大鼠海马脑片置于MED-64系统的电极平皿中,持续灌流通入95% O2和5% CO2混合气的人工脑脊液,孵育2 h后进行多电极阵列同步记录。选一个电极进行电刺激(刺激强度30～199 μA,正负双波脉冲,单波宽0.1 ms,频率0.1 Hz),其余63个电极作为记录电极。最佳有效刺激部位恰好位于前穿质通路(perforant path, PP)上,电刺激结果可以分别在海马CA1区和齿状回(dentate gyrus, DG)记录到兴奋性突触后场电位(field excitatory post-synaptic potential,fEPSP)。我们以往研究结果已显示内嗅区-CA1和内嗅区-DG直接突触联系是由谷氨酸非NMDA受体所介导的兴奋通路。在稳定地诱导出网络fEPSP后,分别给予5-HT2C受体激动剂DOI和选择性拮抗剂SB242084,观察与计算fEPSP的反应幅值与斜率变化。同时利用双线性内插法计算出64个点的电流源(current source)与电流井(current sink),并将其转换为二维电流源密度(two-dimensional current source density, 2D-CSD)分布图。结果显示,结合fEPSP波的极相与2D-CSD成像,可见电刺激PP纤维在CA1区(腔隙分子层、锥体细胞层)和上部DG的分子层均发生突触兴奋引起的去极化,fEPSP为负向波,在空间上形成2D-CSD成像的电流井(蓝色区域)。同时,可在DG的颗粒细胞层和门部检测出正向波,形成2D-CSD成像的电流源(黄色区域),这反映了颗粒细胞在树突部位发生去极化后很快沿门向CA3传播电信号。在此基础上,给予5-HT2C受体激动剂DOI后,海马内有效突触联系(>基线20%的fEPSP)的空间网络范围显著扩大,突触传递效能显著增强。而相对应的是,给予5-HT2C受体的选择性拮抗剂SB242084,则海马内有效突触联系空间网络范围显著缩小,突触反应强度减弱。以上结果提示,内源性5-HT作用于5-HT2C受体可易化内嗅区-海马突触传递效能,扩大有效突触联系,引起突触反应的兴奋作用。

海马神经细胞网络传感器及其记录5-HT对网络活动的作用

海马神经网络活动在调节记忆和学习等行为中具有重要作用,而五羟色胺是调节此类行为的重要神经递质。目前,某些研究手段揭示了5-HT对海马神经元活动的作用,但是这些手段并没有直观展示海马神经元网络的电生理活动。因此,为了研究5-HT在体外海马神经元网络活动中的作用,本实验建立了微电极阵列(Microelectrode Array,MEA)的检测平台。利用60通道MEA芯片,可以实时无损地记录5-HT作用前后的多位点信号,实验结果证明5-HT对海马神经元的动作电位有抑制作用,但是对低频振荡没有明显变化。该实验表明,这种海马神经元网络传感器可以对神经元进行无损、长时间的记录。上述研究结果表明,这种新的细胞网络传感器有望成为神经元网络活动研究中的一种重要手段。

炙甘草汤含药血清对大鼠离体心脏场电位影响的研究

目的:研究炙甘草汤含药血清对大鼠离体心室肌场电位的影响。方法:随机将50只SD大鼠分为空白、炙甘草汤不同浓度含药血清(5%、10%、20%)组与胺碘酮组。应用MEA技术监测fAPD及心率的变化。结果:与空白组对照,胺碘酮组fAPD显著延长,心率减慢;10%与20%浓度炙甘草汤含药血清组大鼠心室肌fAPD均延长,心率均减慢,二者比较则fAPD与心率均无统计学差异(P>0.05);二者分别与对照组比较,则P<0.05;5%浓度炙甘草汤含药血清组对心室肌fAPD及心率无明显影响。10%、20%浓度的炙甘草汤含药血清组与胺碘酮组心室肌fAPD相比较,P<0.05,但心率无统计学差异。结论:10%与20%浓度的炙甘草汤含药血清均能延长心室肌fAPD,心率均减慢,具有抗室性心律失常效应。

心肌细胞传感器优化设计及其药物分析

为了构建高度稳定性和一致性的心肌细胞电位传感器,从微电极阵列表面亲水性和细胞培养密度两方面对心肌细胞和微电极阵列（MEA）的耦合性进行研究.通过对MEA表面进行高分子蛋白明胶的修饰来提高MEA表面的亲水性,并重点分析不同细胞密度下构建的心肌细胞电位传感器的胞外场电位信号（EFP）信号特征.研究结果表明：心肌细胞按优化密度12万/cm2培养在经明胶修饰的MEA表面上,可促使心肌细胞和MEA形成高度紧密的耦合.在此条件下构建的心肌细胞传感器,能稳定输出一致性良好的EFP信号,电位幅值可达到约1.2mV,发放频率可达到约180次/min,信号稳定期可维持3~4d.通过选择2种典型的工具药物异丙肾上腺素和利多卡因对优化后的心肌细胞电位传感器进行分析性能的测试,实验结果表明：20μM的异丙肾上腺素和利多卡因分别大幅度增强和抑制了电位幅值和发放频率,结果与文献报导的结果相一致.该心肌细胞传感器对2种测试药物作出了快速而灵敏的响应,有望成为药物检测和分析的有效平台.

清醒大鼠前扣带皮层神经元群的伤害性反应(英文)

目的 :利用多通道记录技术在清醒大鼠前扣带回 (ACC)记录神经元群的痛反应模式 ,以证实ACC在痛觉情绪编码中的作用。方法 :在 5只成年雄性SD大鼠的双侧ACC脑区植入微电极阵列 ,在大鼠术后清醒状态下给予尾部及四肢足底伤害性辐射热刺激 ,神经元的放电信号经由电缆和连接器传送至多通道记录系统。结果 :伤害性辐射热刺激在大鼠ACC引起以兴奋为主的反应 ,该反应持续时间较长 ,可能与痛情绪有关 ;刺激开始附近ACC神经元有与痛刺激相关的预期性反应 ,可能与准备逃避的动机有关 ;同侧和对侧肢体刺激引起的ACC神经元的反应差别不显著 ,表明神经元感受野大 ,不适合精确定位。结论

传感器

TP212 96063884集成电路技术在生物传感器中的应用=Applicationsof integrated circuit manufacturingtechniques to biosensors[刊,中]/楼蔓藤(中国广州分析测试中心.广东,广州(510070))∥分析仪器.—1995,(4).—1—5综述了集成电路技术在生物传感器微型化、集成化方面的应用。用光刻技术可以制造微电极、超微电极和微电极阵列、微型电化学流动池、固定化酶柱/电化学流动池集成元件和酶反应器/化学荧光检测器集成元件;用各种厚薄膜技术可以制造以丝网印刷电极、离子敏场效应管、压敏和光敏元件为基础的生物传感器。图5参35(严寒)

物制药公司投资和合作机会

业务范围：本公司利用强大的分析软件评估提供领先，拥有专利技术的离子通道和心肺毒性检测系统，从而评估多细胞人类心脏组织模型的电生理改变。该公司的专利涵盖用于微电极阵列（MEA）的基于细胞的测定数据的分析软件。发展情况：该公司具有开展人类基因遗传重组研究的资质。