[发明专利]一种自动定位与传感的微电极阵列

说明书

技术领域

此申请与微电极阵列有关。

背景

微电极阵列能够用来对可激发的细胞进行电生理测量，比如神经细胞。 电生理测量能在不同的条件下进行。例如，通过向神经细胞施加不同的化学组分然 后记录其导致的电活动可以进行药理学研究。

在不同的电生理测量中，通过将神经元定位或者靠近记录或刺激位点 可以获得更高幅值的电生理信号以及提高刺激的有效性。而目前的相关尝试主要利 用微井、微通道或者用合适材料进行表面图案化处理来定位神经细胞，而这些方法 并不令人满意。

发明概要

本发明所公开的是利用微电极阵列自动定位细胞并记录被定位细胞的 技术、装置和系统。

在一个方面上，微电极传感装置包括基底和在基底上形成的微电极传 感器阵列。每个传感器包括一个至少可以部分导电的第一导电层。第一导电层形成 于基底上并且形成一定的图案，图案中包括一个用来测量目标细胞电活动的记录电 极。每个传感器还包括至少能部分导电的第二导电层。第二导电层在第一导电层上 面并且形成图案，图案中包括多个定位电极，定位电极被排布为在记录电极上方形 成一个传感区域。定位电极被设计为能够在传感区域产生电场模式从而可以移动和 控制目标细胞至传感区域中的某一个更小的亚区域，这个区域至少部分地与记录电 极重叠。

装置运行包括以下一个或多个特点。亚区域可以包括最小电场强度的 位置。并且，亚区域能够大致位于传感区域中心的附近，并且，微电极传感设备包 含至少四个定位电极。四个定位电极能够形成第一对和第二对电极，它们被设计为 提供第一信号和第二信号从而产生电场模式。而且，定位电极能被设计成使在传感 区域的目标细胞暴露在一个或者多个介电力下，这些介电力都是基于电场模式而产 生的。第一和第二信号可以包括一对变化的电流信号，一个或多个由此产生的介电 力可以包括负向介电力。并且，第一对和第二对电极可以被设计成运用负向介电力 来控制目标细胞形成一个有秩序的多细胞图案。这对变化的电流信号可以包括幅值 为2伏特、频率为5兆赫兹的信号。而且，这对变化的电流信号可以由180度的相 位角度差来区分开。

装置运行也包括以下一个或多个特点。基于遵循拉普拉斯方程的二次 多项式，定位电极可以被设计用以产生电位。而且，定位电极可以在等电位边界的 基础上具有某种形状，而等电位边界则是基于产生的电位。而且，第一和第二导电 层能被设计为可以减小电容的和感应的干扰。此外，一个或多个钝化层可以设计成 用于一种障碍，这个障碍至少可以部分地将溶液限制在传感区域。定位电极也可以 被设计为可以选择性地使一个或多个目标细胞被裂解。对于另外一种方式，阵列中 的每个传感器可以被设计成独立于阵列中其它传感器，并能够移动或者限制目标细 胞。并且，记录电极可以被设计成提供正向介电力。而且，信号发生器可以用来通 过定位电极或记录电极提供一个或多个信号。

在另一方面，一个微电极传感装置可以用来在第一导电层形成记录电 极，第一导电层在基底上至少部分地导电。并且，多个定位电极被安排在第二导电 层，第二导电层至少部分地导电，在记录电极上方限制并形成一个传感区域以及减 小电容的或者感应的干扰。进一步，至少在第一和第二导电层之间加入一种钝化材 料，这个第二导电层是用来保持一个或多个目标细胞在溶液中。而且，定位电极被 用来运用电场模式来移动和限制目标细胞至传感区域中的一个亚区域，这个亚区域 至少部分地与记录电极重叠。而且，记录电极被用来记录这些被限制的细胞的电活 动。

装置运行包括以下一个或多个特点。移动或者限制目标细胞包括移动 和限制目标细胞到一个亚区域，这个亚区域包括最小电场力的位置。另外，移动和 限制还包括移动和限制目标细胞到传感区域的中心附近。而且，至少四个定位电极 可以被排列成用来限定一个传感区域。一对正弦信号可以用来产生电场模式。并且， 传感区域中的目标细胞被暴露在一个或多个基于电场模式的介电力中。运用一对正 弦信号可以包括运用一对变化的电流信号，目标细胞可以被暴露于一个或者多个介 电力中，包括负向介电力。进一步，目标细胞可以被暴露于负向介电力中从而使目 标细胞形成有秩序的网络。而且，可以选择一对相位角差异为180度的正弦信号。