《耦合微流控功能的三維神經微電極陣列及其套用研究》是依託重慶大學，由李剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：耦合微流控功能的三維神經微電極陣列及其套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李剛
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在細胞和網路水平，精確定位和分析神經元群體活動的時空特性對於我們理解神經系統的高級功能具有重要意義。由於其無損、多位點同時記錄和刺激的特性，神經微電極陣列（microelectrode array, MEA）已成為體外研究神經網路電生理活動最強有力的工具。但是，現有MEA技術仍然存在記錄信號信噪比低、實驗中神經細胞易遷移以及無法實現高解析度的外部化學刺激等缺點，因此難以對複雜神經網路中神經元活動發生、傳遞和回響等過程進行高精度、可靠的時空相關性研究。為了更有效和精確地研究神經網路活動的動態過程，本項目擬研製一種耦合微流控功能單元的、可維持細胞定位的三維MEA晶片，以實現對神經信號的高靈敏檢測、神經元細胞群體的定位化學刺激以及神經網路活動時空相關性的可靠研究，從而為神經網路活動和神經系統高級功能研究提供有效的手段和工具，促進神經科學的快速發展。
結題摘要
在細胞和網路水平，精確定位和分析神經元群體活動的時空特性對於我們理解神經系統的高級功能具有重要意義。由於其無損、多位點同時記錄和刺激的特性，神經微電極陣列（microelectrode array, MEA）已成為體外研究神經網路電生理活動最強有力的工具。但是，現有 MEA 技術仍然存在記錄信號信噪比低、實驗中神經細胞易遷移以及無法實現高解析度的外部化學刺激等缺點，因此難以對複雜神經網路中神經信號的發生、傳遞和回響等過程進行高精度、可靠的時空相關性研究。為了更有效和精確地研究神經網路活動的動態過程，本項目提出了一種耦合微流體管道陣列的三維 MEA 晶片，以實現對神經信號的高靈敏檢測、神經元細胞群體的定位化學刺激以及神經網路活動時空相關性的可靠研究。圍繞構建集成微流控功能的三維MEA晶片及相關係統這一目標，本項目主要開展了以下幾個方面的研究：①研究和最佳化了基於C-MEMS技術的三維碳基MEA製作工藝，並進一步研究和探索了可兼容碳基MEA製作工藝的、基於犧牲層材料的內嵌式微管道陣列製作工藝，成功實現了碳基三維神經微電極陣列與微流體管道結構的集成，並初步套用於集成藥物緩釋功能柔性神經微電極陣列的製作（藥物緩釋能力可維持10天以上）；②研究和探索了基於石墨烯材料的柔性場效應管陣列的製作工藝，成功實現了具有高靈敏神經信號記錄能力的液柵型的石墨烯場效應管陣列（可檢測~100μV微弱神經電信號，信噪比為21.7 dB）；③研究和最佳化了MEA表面選擇性圖形化修飾方法，用以控制MEA表面神經細胞軸突的定向生長，套用該方法成功構建了具有人工拓撲結構的神經細胞網路（所構建的神經細胞網路圖形可維持3周以上）。通過本項目研製的多種新型神經微電極陣列晶片，大大改善了神經信號的檢測靈敏度、以及開闢了MEA技術開展多種刺激和神經網路活動時空相關性研究的可行性，從而為神經網路活動和神經系統高級功能研究提供有效的手段和工具，有望促進神經科學的快速發展。另外，本項目研究過程中共發表論文22篇（其中SCI論文11篇），申請專利7項（其中已獲授權1項），培養研究生4名（其中博士生2名，碩士生兩名）。
