[发明专利]通用神经系统芯片

摘要

本发明提供了一种通用神经系统芯片，该芯片系统主要由六个独立的神经血管单元组成，每个神经血管单元包括上层血脑屏障腔室、下层神经腔室、多孔膜、上层进样口、上层出样口、下层进样口和下层出样口。本发明具备多细胞共培养能力，并通过多孔膜和微槽的设计可实现多细胞间的信息交流，模拟人体全身神经系统；通过不同的微纳器件集成可广泛实现相关研究与应用的信息采集与监控。

主权项

1.一种通用神经系统芯片，其特征在于，所述的芯片主要包括六个各自独立但彼此紧密相关和连接并对外开放的神经血管单元，六个独立的神经血管单元可以实现神经‑免疫‑内分泌‑微生态的广泛系统耦联；所述的六个独立的神经血管单元包括两个环形单元和四个矩形单元，两个环形单元A、B对称设置，其端部之间设有两个矩形单元A、B，另外两个矩形单元C、D设于两个环形、两个矩形单元围成区域的中部；所述的环形单元A、B和矩形单元A、B的下层芯片腔室之间通过环形漏斗微槽连通，矩形单元A、B、C、D的下层芯片腔室之间通过矩形漏斗微槽连通，漏斗微槽用于神经元轴突的物理分离和连接，促使神经元之间进行信息传递；所述的每个神经血管单元均包括上层芯片、下层芯片和中间多孔膜，上层芯片中培养的细胞产生的代谢物通过中层多孔膜渗透到下层芯片，实现上下两层细胞培养体系的细胞非接触式信息交流；所述的上层芯片包括上层入口、上层腔室、上层出口，上层入口和上层出口通过上层腔室连通；所述的下层芯片包括下层入口、下层腔室、下层出口，下层入口和下层出口通过下层腔室连通；在芯片整体封接之后，上层腔室和下层腔室中心对齐，上层腔室大于下层腔室；所述的六个独立单元的上层芯片腔室的上液面集成TEER微电极阵列及光/声信号输入、输出器件，液间集成分子氧/葡萄糖/pH微纳监控器件，底面集成分子氧/葡萄糖/pH微纳监控器件、过氧化氢传感器微电极阵列、电位传感器微电极阵列；所述的下层芯片腔室的上液面集成TEER微电极阵列、分子氧/葡萄糖/pH微纳监控器件，液间集成TEER微电极阵列、分子氧/葡萄糖/pH微纳监控器件，底面集成过氧化氢传感器微电极阵列、电位传感器微电极阵列；其中，TEER微电极阵列用于检测血脑屏障是否完整，光/声信号输入、输出器件用于对细胞进行光电刺激及信号检测，分子氧/葡萄糖/pH微纳监控器件用于检测细胞代谢产生的分子氧/葡萄糖浓度及培养液中的pH，过氧化氢传感器微电极阵列用于检测细胞代谢产生的过氧化氢进而监测细胞的命运与状态,电位传感器微电极阵列用于检测神经元产生的动作电位及神经元群产生的类脑电图场电位，提取神经元网络电位传递的信息。