基于微加工技术的集成细胞芯片的实验研究

细胞电生理检测芯片已成为后基因时代生物科学研究的重要工具,但是目前的细胞胞外电生理测试工具发展迅速,但存在功能单一化、指标不够稳定的缺点,如信噪比较低,难于重复与对照,且不能实现多参数同时检测,已成为细胞电生理快速分析发展的瓶颈。集成型细胞芯片通过传感器件的网络化和集成化,将细胞的电学信息、化学信息、动力学信息等生理活动信息转换为可检测的信号,并细化为微观信息量进行实时分析,实现快速微量的细胞功能信息和待测物质性质的检测,在细胞生物学、环境监测和药物开发等领域有广泛应用前景。本文设计了一种新型的集成了细胞微电极阵列、电阻抗传感器及光寻址电位传感器三个传感单元的阵列化芯片,首先分析了各单元用于细胞电生理测量的界面模型;在此基础上重点分析了各细胞传感器单元的特性曲线测试、表面处理测试,并初步进行细胞电生理参数的分析。结果显示,MEA加入测试液测试后,噪声水平在80μV左右,且器件适于细胞培养及动作电位测试;IDA器件上培养的肾细胞在药物作用下会引起细胞阻抗变化率12%～16%的变化;LAPS器件的酸化率灵敏度在50.65mV/pH,在肾细胞酸化率测试中,高浓度5-氟尿嘧啶会引起的细胞正常代谢率下降(相对酸化率下降50%)。说明药物浓度越大,作用时间越长,对细胞的活性影响越大,这与IDA器件的测试结果一致。最后得到了在器件特性、系统优化及细胞测试的一些初步结果,对芯片进行了芯片各单元的互补性分析,为细胞传感器的多功能化发展开拓了一个新的应用领域。

用于嗅觉机理研究的MEMS微探针阵列

微探针芯片是基于微机电系统MEMS体加工技术的研究在体神经电生理或临床药理分析的新兴工具,主要应用动物脑区电生理的在体研究,可有助于在原位水平的网络系统中,了解神经元之间的信息耦合传导机制,探索神经元如何联系成整体来处理和储存信息等。首先分析细胞-微电极界面模型,然后介绍了原位式微探针的设计和工艺制作步骤,采用微探针对大鼠嗅球区附近和海马区的脑电位进行测试和分析,并通过对嗅粘膜施加气体刺激,观察嗅前核区电位响应变化,结果显示10-3M的甲基水杨酸盐对大鼠嗅上皮刺激时,会在嗅前核区产生响应。在此基础上,结合当前的研究工作,说明基于体加工MEMS技术的微探针阵列适合于在体神经元的多位点实时测量,对嗅觉传导机理的研究具有重要作用。