[发明专利]一种神经细胞网络化学信号和电信号同步监测方法

说明书

本发明公开了一种神经细胞网络化学信号和电信号同步监测方法，首先在经预处理后的微电极阵列上原位培养神经细胞网络；后对神经元囊泡进行染色处理，后加入缓冲液；采用全内反射荧光显微镜观察神经细胞网络，将拍摄相机、微电极阵列的控制器与脉冲信号发生器相连；对神经细胞网络进行外界刺激，同时开启脉冲信号发生器，拍摄相机和微电极阵列的控制器分别同步收集荧光信号和电信号。本发明的同步监测方法背景信号低，信噪比高，具有时空分辨响应性，可以满足神经细胞网络监测要求；本方法信号稳定、灵敏度高、可针对多种神经细胞及网络实现成像测量，并可以实现高通量分析。

技术领域

本发明涉及一种神经细胞的检测方法，特别是涉及一种神经细胞网络化学信号和电信号同步监测方法。

背景技术

探索神经系统的结构与信息处理机制，揭示高级神经活动的本质具有较为深远的一一。神经系统的所有高级功能实现都离不开信号的产生、传递、处理和储存。神经元，又称神经细胞，是构成神经系统结构和功能的基本单位，其相互作用连接构成了一个极其复杂的网络系统，通过电信号和化学信号传递条件生物体的行为。神经元集群间信息传递机制的研究接近生命存成的本质，具有重大科学意义和应用价值，其难度也非常大。

神经元细胞网络的信号传递研究包括电生理机制研究及神经递质传递研究。电生理学研究主要依靠微机电制造技术(MEMS)。目前结合MEMS技术的半导体芯片最具代表性的是场效应管和微电极阵列。场效应管虽然灵敏度高，但制备工艺复杂，成品率低，使用寿命短。应用MEMS技术设计制造的微电极阵列在细胞电生理的研究中应用更为广泛。神经递质传递研究主要应用微电极技术和荧光显微成绩技术。微电极电化学检测灵敏度和时间分辨率高，但缺乏空间分辨率。而荧光成像可提供更高的空间分辨率。

目前现有技术对于细胞网络电信号和化学信号传递过程的研究是相对独立的。然而要了解神经元集群间信息传递机制，只有将两种信息合并，才可获得神经活动的全貌。然而，目前未见有电信号与化学信号同步监测的报导。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种神经细胞网络化学信号和电信号同步监测方法，能够同步监测神经细胞网络化学信号和电信号，监测的空间分辨率高；通过联用超薄微电极阵列与全内反射荧光显微镜，实现了对神经细胞网络动作电位和神经递质传输的同步测量。

技术方案：本发明的神经细胞网络化学信号和电信号同步监测方法，包括如下步骤：

(1)在经预处理后的微电极阵列上原位培养神经细胞网络；

(2)对神经元囊泡进行染色处理，后加入缓冲液；缓冲液可以采用磷酸盐缓冲液；

(3)采用全内反射荧光显微镜观察神经细胞网络，将拍摄相机、微电极阵列的控制器与脉冲信号发生器相连；

(4)对神经细胞网络进行外界刺激，同时开启脉冲信号发生器，拍摄相机和微电极阵列的控制器分别同步收集荧光信号和电信号。

其中神经细胞为分化后生成的细胞网络；为了对两种信息进行同步监测，本发明采用一台脉冲信号发生器，同时发出两路TTL电平信号对微电极阵列控制器和拍摄相机进行触发。通过脉冲信号发生器的设置，以信号发生器触发微电极阵列(MEA)和拍摄相机，使得同步记录过程延时小于5ps。

进一步地，为了将收集到的信号用以研究神经信息传输机制；还包括采用低通滤波器对电信号进行处理，收集动作电位信号；分析荧光假神经递质释放信号与动作电位信号的同步响应性。

优选地，所述步骤(2)的染色处理采用的荧光分子为荧光假神经递质FFN102。

优选地，所述步骤(1)的预处理包括对微电极阵列进行化学修饰处理；使得神经细胞可在微电极阵列的表面进行生长。

优选地，所述外界刺激为化学刺激或电刺激；可以采用向微电极阵列储液池中加入厌氧缓冲液、高K+溶液或采用电脉冲等激发方式。