[发明专利]神经细胞立体生长及其电信号检测的装置

说明书

技术领域

本发明涉及检测神经细胞电信号的装置，特别涉及使用微电极阵列传感器 检测神经细胞电信号的装置。

背景技术

神经电信号的分析是目前神经信息学的研究的主要内容之一。现在比较常 用的装置是微电极阵列传感器(Micro-Electrode Array，MEA)。MEA由嵌在基底 物质上的微电极组成。微电极主要由金属材料例如铂、金、钛氮化物和铟锡氧 化物等构成。微电极在基底物质(通常是玻璃)上排成阵列。微电极与用金或 透明的铟锡氧化物制成的导线相连，导线将微电极信号传送到外部的放大器， 或将外部施加的刺激传送到微电极。在MEA设备中，被试细胞或组织直接在电 极涂层物质上培养，可以允许测量到细胞外直接相邻的局部电变化，同时并行 记录多个细胞的电生理信号。基于体外MEA技术的神经生物学的研究有两个突 出优点，一是可以同时记录和刺激不同位点，二是非侵入式不会损伤细胞。所 以MEA适用于在同一个培养样本上进行长时程记录，因而允许监视培养物对刺 激的响应的较长时间的演变。但是现有MEA技术存在两个固有的瓶颈：一是无 法使细胞定向生长，在体外培养的神经细胞的突触连接是随机的，跟实际生物 体中突触的连接有很大不同，而且每一次体外培养，神经细胞的连接也是不同 的。而每个神经元发放的电信号与这个神经元和周围神经元的连接方式有很大 关系。现有的这种体外随机连接方式不仅让神经生理的实验无法具有精确的重 复性，而且无法得到神经细胞连接的拓扑结构与神经信号对应关系；二是在MEA 平面微电极结构下，神经细胞只能在MEA基底表面生长，所以原本空间上互联 生长的神经突触的拓扑结构被限制在MEA表面上。在这种条件下获得的网络结 构与实际生物体中的神经细胞通过神经突触的连接形成具有空间立体结构的网 络是不相符的。因此，在一定程度上，当前以MEA技术为基础开展的神经细胞 电生理的科学研究与生物体内实际空间有序连接的神经网络是有差异的，目前 的平面培养技术制约了神经细胞电生理学的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可控制神经细胞在立体空间中有序 连接并获得其电信号的装置。

为了克服现有技术中体外培养的神经细胞在平面上随机连接这个缺点，本 发明的发明构思是：设置两层以上的细胞生长装置，将细胞生长装置的各微室 按矩阵方式排列，并在同一层的细胞生长装置的各微室之间设置连通的微通道， 各层细胞生长装置之间则通过连通器连通，且相互对应的底层细胞生长装置的 微室、顶层细胞生长装置的微室、连通器的微通孔之间形成通道，从而使得在 MEA上培养的细胞可以按照特定的方式在空间立体中连接成网络，通过MEA的微 电极记录细胞的电信号，这样可检测到特定立体连接方式下的细胞的电信号， 得到细胞电信号与其连接方式的关系。细胞生长装置的层数以及细胞生长装置 中的微室与微通道的排列方式可以根据生物体中的神经细胞和神经突触的连接 方式设置，这样培养在该装置上的神经细胞构成的网络将可以模拟实际生物体 内的神经网络，因此检测到的神经电信号接近于生物体内真实的神经电信号， 从而检测到的神经电信号会包含大量的生物学信息。细胞生长装置的层数以及 细胞生长装置中的微室与微通道的排列方式也可以按照人们想创造的神经网络 的连接方式设置，这样培养在本装置上的神经细胞就可以按照人们需要的连接 方式连接，从而可以得到立体的人工神经网络，MEA的微电极可以将这个人工神 经网络的电信号检测出来。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：