專利名稱：神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞電信號(hào)的裝置，特別涉及使用微電極陣列傳感器 檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞電信號(hào)的裝置。
背景技術(shù)：
神經(jīng)電信號(hào)的分析是目前神經(jīng)信息學(xué)的研究的主要內(nèi)容之一?，F(xiàn)在比較常
用的裝置是微電極陣列傳感器(Micro-Electrode Array, MEA)。 MEA由嵌在基底 物質(zhì)上的微電極組成。微電極主要由金屬材料例如鉬、金、鈦氮化物和銦錫氧 化物等構(gòu)成。微電極在基底物質(zhì)(通常是玻璃)上排成陣列。微電極與用金或 透明的銦錫氧化物制成的導(dǎo)線相連，導(dǎo)線將微電極信號(hào)傳送到外部的放大器， 或?qū)⑼獠渴┘拥拇碳魉偷轿㈦姌O。在MEA設(shè)備中，被試細(xì)胞或組織直接在電 極涂層物質(zhì)上培養(yǎng)，可以允許測(cè)量到細(xì)胞外直接相鄰的局部電變化，同時(shí)并行 記錄多個(gè)細(xì)胞的電生理信號(hào)?；隗w外MEA技術(shù)的神經(jīng)生物學(xué)的研究有兩個(gè)突 出優(yōu)點(diǎn)， 一是可以同時(shí)記錄和刺激不同位點(diǎn)，二是非侵入式不會(huì)損傷細(xì)胞。所 以MEA適用于在同一個(gè)培養(yǎng)樣本上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)程記錄，因而允許監(jiān)視培養(yǎng)物對(duì)刺 激的響應(yīng)的較長(zhǎng)時(shí)間的演變。但是現(xiàn)有MEA技術(shù)存在兩個(gè)固有的瓶頸 一是無(wú) 法使細(xì)胞定向生長(zhǎng)，在體外培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞的突觸連接是隨機(jī)的，跟實(shí)際生物 體中突觸的連接有很大不同，而且每一次體外培養(yǎng)，神經(jīng)細(xì)胞的連接也是不同 的。而每個(gè)神經(jīng)元發(fā)放的電信號(hào)與這個(gè)神經(jīng)元和周?chē)窠?jīng)元的連接方式有很大 關(guān)系?，F(xiàn)有的這種體外隨機(jī)連接方式不僅讓神經(jīng)生理的實(shí)驗(yàn)無(wú)法具有精確的重 復(fù)性，而且無(wú)法得到神經(jīng)細(xì)胞連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與神經(jīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系；二是在MEA 平面微電極結(jié)構(gòu)下，神經(jīng)細(xì)胞只能在MEA基底表面生長(zhǎng)，所以原本空間上互聯(lián) 生長(zhǎng)的神經(jīng)突觸的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被限制在MEA表面上。在這種條件下獲得的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)與實(shí)際生物體中的神經(jīng)細(xì)胞通過(guò)神經(jīng)突觸的連接形成具有空間立體結(jié)構(gòu)的網(wǎng) 絡(luò)是不相符的。因此，在一定程度上，當(dāng)前以MEA技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)展的神經(jīng)細(xì)胞 電生理的科學(xué)研究與生物體內(nèi)實(shí)際空間有序連接的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是有差異的，目前 的平面培養(yǎng)技術(shù)制約了神經(jīng)細(xì)胞電生理學(xué)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可控制神經(jīng)細(xì)胞在立體空間中有序 連接并獲得其電信號(hào)的裝置。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中體外培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞在平面上隨機(jī)連接這個(gè)缺點(diǎn)，本 發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是設(shè)置兩層以上的細(xì)胞生長(zhǎng)裝置，將細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的各微室 按矩陣方式排列，并在同一層的細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的各微室之間設(shè)置連通的微通道， 各層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置之間則通過(guò)連通器連通，且相互對(duì)應(yīng)的底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的 微室、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室、連通器的微通孔之間形成通道，從而使得在
MEA上培養(yǎng)的細(xì)胞可以按照特定的方式在空間立體中連接成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)MEA的微 電極記錄細(xì)胞的電信號(hào)，這樣可檢測(cè)到特定立體連接方式下的細(xì)胞的電信號(hào)， 得到細(xì)胞電信號(hào)與其連接方式的關(guān)系。細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的層數(shù)以及細(xì)胞生長(zhǎng)裝置 中的微室與微通道的排列方式可以根據(jù)生物體中的神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)突觸的連接 方式設(shè)置，這樣培養(yǎng)在該裝置上的神經(jīng)細(xì)胞構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)將可以模擬實(shí)際生物體 內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因此檢測(cè)到的神經(jīng)電信號(hào)接近于生物體內(nèi)真實(shí)的神經(jīng)電信號(hào)， 從而檢測(cè)到的神經(jīng)電信號(hào)會(huì)包含大量的生物學(xué)信息。細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的層數(shù)以及 細(xì)胞生長(zhǎng)裝置中的微室與微通道的排列方式也可以按照人們想創(chuàng)造的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的連接方式設(shè)置，這樣培養(yǎng)在本裝置上的神經(jīng)細(xì)胞就可以按照人們需要的連接 方式連接，從而可以得到立體的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，MEA的微電極可以將這個(gè)人工祌 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的裝置主要包括底層微電極陣列 傳感器、頂層微電極陣列傳感器、底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和連 通器，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置設(shè)于底層微電極陣列傳感器 和頂層微電極陣列傳感器之間，所述底層微電極陣列傳感器和頂層微電極陣列 傳感器包括基底、設(shè)于所述基底上的大微電極和小微電極，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng) 裝置與底層微電極陣列傳感器的基底固定聯(lián)接，所述頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置與頂層 微電極陣列傳感器的基底固定聯(lián)接，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝 置均包括按矩陣方式排列的微室，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室與頂層細(xì)胞生 長(zhǎng)裝置的相應(yīng)微室上下相對(duì)，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的同 一行的相鄰微室之間以及同一列的相鄰微室之間均有一個(gè)微通道連通；所述底 層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室內(nèi)對(duì)應(yīng)地置有所述底層微電極陣列傳感器的一個(gè)大微電極，所述底層微電極陣列傳感器的小微電極對(duì)應(yīng)地位于所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置 的微通道內(nèi)；所述頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室內(nèi)對(duì)應(yīng)地置有所述頂層微電極陣列 傳感器的一個(gè)大微電極，所述頂層微電極陣列傳感器的小微電極對(duì)應(yīng)地位于頂 層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微通道內(nèi)；所述連通器設(shè)于底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生 長(zhǎng)裝置之間，且所述連通器與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置固定聯(lián)接， 所述連通器內(nèi)設(shè)有與所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室 上下對(duì)應(yīng)的按矩陣方式排列的微通孔，所述相互對(duì)應(yīng)的底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微 室、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室、連通器的微通孔之間形成通道，所述微室的大 小為僅容納一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，所述微通道的寬度為僅容納一條神經(jīng)突觸。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述連通器有兩個(gè)，所述兩個(gè)連通器分別與所述頂層細(xì) 胞生長(zhǎng)裝置和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置固定聯(lián)接，所述兩個(gè)連通器之間還固定聯(lián)接有 中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置，所述中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置設(shè)有與所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置 的微室和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室對(duì)應(yīng)的按矩陣方式排列的微室，所述中間層 細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的同一行的相鄰微室之間以及同一列的相鄰微室之間均有微通道 連通，所述相互對(duì)應(yīng)的底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室、連通器的微通孔、中間層細(xì) 胞生長(zhǎng)裝置的微室、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室之間形成通道。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)由于本發(fā)明設(shè)有不同層數(shù)的細(xì)胞 生長(zhǎng)裝置，細(xì)胞生長(zhǎng)裝置又設(shè)有微室和微通道，使得培養(yǎng)在同層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置 內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞按照微室和微通道的排列方式進(jìn)行定向生長(zhǎng)，不同層的細(xì)胞生長(zhǎng) 裝置中的細(xì)胞通過(guò)微通孔連接，從而在本裝置中培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞可以在立體空 間中有序連接；(2)細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的層數(shù)以及細(xì)胞生長(zhǎng)裝置中的微室與微通道 的排列方式可以根據(jù)生物體中的神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)突觸的連接方式設(shè)置，這樣培 養(yǎng)在該裝置上的神經(jīng)細(xì)胞構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)將可以模擬實(shí)際生物體內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通 過(guò)微室與微通道內(nèi)的微電極檢測(cè)到神經(jīng)電信號(hào)，因此檢測(cè)到的神經(jīng)電信號(hào)接近 于生物體內(nèi)真實(shí)的神經(jīng)電信號(hào)，從而檢測(cè)到的神經(jīng)電信號(hào)會(huì)包含大量的生物學(xué) 信息。(3)細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的層數(shù)以及細(xì)胞生長(zhǎng)裝置中的微室與微通道的排列方 式以及也可以按照人們想創(chuàng)造的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接方式設(shè)置，這樣培養(yǎng)在本裝置 上的神經(jīng)細(xì)胞就可以按照人們需要的連接方式連接，從而可以得到人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)，微電極可以將這個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。


圖1是本發(fā)明裝置的第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1的A-A剖視圖3是圖1的B-B剖視圖4是本發(fā)明裝置的第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖5是圖4的A-A剖視圖6是圖4的B-B剖視圖7是本發(fā)明的細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖8是圖7的D-D剖視圖9是本發(fā)明的連接器的結(jié)構(gòu)示意圖10是圖9的C-C剖視圖11是本發(fā)明的微電極陣列傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12是圖11的F-F剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖l、圖2和圖3示出了本發(fā)明裝置的第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。該裝置包括 底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置l、底層微電極陣列傳感器42、頂層微 電極陣列傳感器41和連通器3。底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1均 包括按矩陣方式排列的微室。以下舉例說(shuō)明，當(dāng)?shù)讓蛹?xì)胞生長(zhǎng)裝置2和頂層細(xì) 胞生長(zhǎng)裝置1如圖1和圖7所示包括九個(gè)微室時(shí)，九個(gè)微室按照三排三列的矩 陣方式排列。底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的微室與頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的相應(yīng)微室上 下相對(duì)，以使培養(yǎng)在頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室中的神經(jīng)細(xì)胞和底層細(xì)胞生長(zhǎng) 裝置2的微室中的神經(jīng)細(xì)胞中的突觸可以相互連接起來(lái)。作為其中的一種優(yōu)選 實(shí)施方式，頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置中1的微室位于與其相對(duì)的底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2 的微室的正上方，使上下相對(duì)的頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝 置2的微室的中心線重合，確保不同層的相應(yīng)微室內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞能夠相互連接。 底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的同一行的相鄰微室之間以及同一 列的相鄰微室之間均有一個(gè)微通道連通具體地說(shuō)，例如如圖1和圖7所示， 在頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1中，位于同一行的微室第一微室12和第二微室13通 過(guò)第一微通道5連通，第三微室14和第四微室15通過(guò)第三微通道7連通；位 于同一列的第二微室13與第三微室14通過(guò)第二微通道6連通，第四微室15與 第一微室12通過(guò)第四微通道8連通；其它微室之間的連接以此類(lèi)推。底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2中的微室與微通道之間的連通方式與頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室與 微通道之間的連通方式相同。如圖2、圖3、圖11和圖12所示，底層微電極陣 列傳感器42和頂層微電極陣列傳感器41包括基底4、設(shè)于基底4上的大微電極 9和小微電極10。如圖l、圖2和圖3所示，底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2與底層微電極 陣列傳感器42的基底4固定聯(lián)接，底層微電極陣列傳感器42的大微電極9對(duì) 應(yīng)地位于底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的微室內(nèi)，即底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的每個(gè)微室內(nèi) 置有底層微電極陣列傳感器42上的一個(gè)大微電極9，底層微電極陣列傳感器42 的小微電極10對(duì)應(yīng)地位于底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的微通道內(nèi)，即底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝 置2的每個(gè)微通道內(nèi)沿著長(zhǎng)度a方向可置有底層微電極陣列傳感器上的兩個(gè)小 微電極10。頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1與頂層微電極陣列傳感器41的基底4固定聯(lián)接， 頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的每個(gè)微室內(nèi)置有頂層微電極陣列傳感器41的一個(gè)大微電 極9，頂層微電極陣列傳感器41的小微電極10對(duì)應(yīng)地位于頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1 的微通道內(nèi)，頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1中的微室和大微電極9的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及微通 道和小微電極10的對(duì)應(yīng)關(guān)系與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2中的微室和大微電極9的對(duì) 應(yīng)關(guān)系以及微通道和小微電極10的對(duì)應(yīng)關(guān)系相同。底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室和 頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置之間固定聯(lián)接有連通器3，連通器3內(nèi)設(shè)有與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝 置2的微室和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室上下對(duì)應(yīng)的按矩陣方式排列的微通孔 11。如圖2、圖3、圖9和圖10所示，連通器3內(nèi)有九個(gè)微通孔11，九個(gè)微通 孔按照三排三列的矩陣方式排列，微通孔11的位置與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的微 室和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室對(duì)應(yīng)，即微通孔11對(duì)應(yīng)地位于上下相對(duì)的底層 細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的微室和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室之間，上下相互對(duì)應(yīng)的底 層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的微室、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室、連通器3的微通孔11 之間形成通道，使得培養(yǎng)在頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室中的神經(jīng)細(xì)胞和底層細(xì) 胞生長(zhǎng)裝置2的微室中的神經(jīng)細(xì)胞中的突觸可以伸進(jìn)微通孔11中連接起來(lái)，實(shí) 現(xiàn)了神經(jīng)細(xì)胞在立體空間中有序生長(zhǎng)。如果如圖l、圖3、圖4和圖6所示，使 微通孔11的一個(gè)側(cè)壁與同其相對(duì)的上下微室的側(cè)壁位于同一個(gè)平面上，則可以 更好地保證上下兩個(gè)微室里的神經(jīng)突觸貼著側(cè)壁伸進(jìn)微通孔里進(jìn)行連接。
底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的微室和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室的大小可等于或 略大于一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的直徑，使得每個(gè)微室的大小僅可容納一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞；并 且不會(huì)因微室過(guò)大而使一些較短的神經(jīng)突觸可能伸不進(jìn)微通道內(nèi)。
如圖1所示，每個(gè)微通道的寬度b為僅容納一條神經(jīng)突觸。這樣做的目的是 一條神經(jīng)突觸上的電信號(hào)僅被一個(gè)微通道中的小微電極檢測(cè)到， 一個(gè)微通 道中的小微電極僅能檢測(cè)到一條神經(jīng)突觸的電信號(hào)，使得微通道中的小微電極 檢測(cè)到的電信號(hào)與神經(jīng)突觸形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
如圖1和圖3所示，微通孔11的長(zhǎng)度c和寬度d為大于一個(gè)神經(jīng)突觸的直 徑，保證頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1中的微室里神經(jīng)細(xì)胞的突觸和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2 中對(duì)應(yīng)微室里的神經(jīng)細(xì)胞的突觸可以伸進(jìn)微通孔ll中相互連接，通過(guò)改變微通 孔11的長(zhǎng)度c和寬度d，可以控制伸進(jìn)微通孔中的神經(jīng)突觸的數(shù)量，從而控制 頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1中的神經(jīng)細(xì)胞與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2中的神經(jīng)細(xì)胞的連接 強(qiáng)度。
大微電極9的直徑最好是約為所要檢測(cè)的神經(jīng)細(xì)胞的直徑，這樣做的目的 是既使大微電極能構(gòu)完全位于微室中，又能檢測(cè)到神經(jīng)細(xì)胞的電信號(hào)。
小微電極10的直徑最好是與所要檢測(cè)的神經(jīng)突觸的直徑相等或者略小于神 經(jīng)突觸直徑，這是為了既使小微電極能構(gòu)完全位于微通道中，又能檢測(cè)到神經(jīng) 突觸的電信號(hào)。
以上給出了包含兩層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的 裝置的第一種實(shí)施方式。本發(fā)明可在第一種實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加細(xì)胞 生長(zhǎng)裝置和連通器的個(gè)數(shù)得到兩層以上的神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的 裝置，下面介紹本發(fā)明裝置的第二種實(shí)施方式，該第二種實(shí)施方式共有三層細(xì) 胞生長(zhǎng)裝置和兩個(gè)連通器。
如圖1和圖4所示，本發(fā)明第二種實(shí)施方式和第一種實(shí)施方式的俯視圖是 一樣的。如圖5和圖6所示，本發(fā)明第二種實(shí)施方式的連通器有兩個(gè)，即第一 連通器31和第二連通器32，第一連通器31和第二連通器32內(nèi)均設(shè)有微通孔 11，第一連通器31和第二連通器32的結(jié)構(gòu)相同。其中，第一連通器31與頂層 細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1固定聯(lián)接，第二連通器32與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2固定聯(lián)接。第 一連通器31和第二連通器32之間固定聯(lián)接有中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15。如圖7 和圖8所示，中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15與頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝 置2的結(jié)構(gòu)相同，即中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15也對(duì)應(yīng)地設(shè)有與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置 2的微室和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室相同的按矩陣方式排列的微室，且中間層 細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15的同一行的各相鄰微室之間以及同一列的各相鄰微室之間均有 一個(gè)微通道連通。上下相互對(duì)應(yīng)的底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的微室、第二連通器32 的微通孔ll、中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15的微室、第一連通器31的微通孔11、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1的微室之間形成一通道，使得培養(yǎng)在頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1中
的神經(jīng)細(xì)胞和中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15中的神經(jīng)細(xì)胞的突觸可以伸進(jìn)第一連通器 31的微通孔11中連接起來(lái)，中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15中的神經(jīng)細(xì)胞和底層細(xì)胞 生長(zhǎng)裝置2中的神經(jīng)細(xì)胞中的突觸可以伸進(jìn)第二連通器32的微通孔11中連接 起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)細(xì)胞在立體空間中有序生長(zhǎng)。
在本發(fā)明第二種實(shí)施方式中，微室、微通道、大微電極9、小微電極10和 微通孔11的尺寸的要求與第一種實(shí)施方式相同。
本發(fā)明裝置的使用方法
對(duì)于本發(fā)明第一種實(shí)施方式的神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的裝置， 頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1、連通器3和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2之間的固定聯(lián)接是可拆卸 式的。使用時(shí)，首先將已與底層微電極陣列傳感器42固定聯(lián)接的底層細(xì)胞生長(zhǎng) 裝置2、已與頂層微電極陣列傳感器固定聯(lián)接的頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1和連通器3 分離開(kāi)來(lái)，分別在頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的不同微室內(nèi)的 大微電極9上培養(yǎng)細(xì)胞，所培養(yǎng)的細(xì)胞附著在大微電極9上。兩天后，頂層細(xì) 胞生長(zhǎng)裝置1和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2上的神經(jīng)細(xì)胞沿著微通道生長(zhǎng)出突觸，突 觸附著在小微電極10上，這時(shí)，在一個(gè)裝有培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿中，將頂層細(xì)胞生 長(zhǎng)室1、連通器3和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2固定聯(lián)接起來(lái)，注意培養(yǎng)液要沒(méi)過(guò)頂層 細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1，然后在培養(yǎng)皿中將本發(fā)明神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的 裝置整體翻轉(zhuǎn)一個(gè)面，這樣原先處于豎直方向的上下兩個(gè)位置的頂層細(xì)胞生長(zhǎng) 裝置1和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2現(xiàn)在位于水平方向的前后兩個(gè)位置，因此水平方 向上前后兩個(gè)位置的頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的神經(jīng)細(xì)胞的 突觸可以容易地伸進(jìn)微通孔中連接起來(lái)。頂層微電極陣列傳感器41和底層微電 極陣列傳感器42上的大微電極9可以檢測(cè)出附著在其上的神經(jīng)細(xì)胞的電信號(hào)， 小微電極10可以檢測(cè)出附著在其上的神經(jīng)突觸的電信號(hào)。
對(duì)于本發(fā)明第二種實(shí)施方式的神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的裝置， 使用時(shí)，首先將頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1與第一連通器31分離開(kāi)，第一連通器31 與中間層細(xì)胞生長(zhǎng)15裝置分離開(kāi)，第二連通器32與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2分離 開(kāi)。但不要將第二連通器32與中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15分離，因?yàn)轫攲蛹?xì)胞生 長(zhǎng)裝置1和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2己經(jīng)固定在MEA基底上，可以培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞； 而中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15由于沒(méi)有固定在MEA基底上，其下端是敞口的，無(wú)法 培養(yǎng)細(xì)胞，因此需要將中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15固定在第二連通器32上。將頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1、底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2、第一連通器31和第二連通器32放在 一個(gè)裝有培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿中，將細(xì)胞培養(yǎng)在中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15內(nèi)的第二連 通器32的壁上，細(xì)胞會(huì)附著在第二連通器32的壁上，將細(xì)胞培養(yǎng)在頂層細(xì)胞 生長(zhǎng)裝置1和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝2置的不同微室內(nèi)的大微電極9上，細(xì)胞會(huì)附著 在大微電極上9，兩天后，神經(jīng)細(xì)胞沿著微通道生長(zhǎng)出突觸，突觸附著在小微電 極10，其中中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15內(nèi)的突觸只在中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15的微 通道內(nèi)生長(zhǎng)，無(wú)法附著在小微電極上。這時(shí)，將頂層細(xì)胞生長(zhǎng)室裝置l、第一連 通器31、中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15、第二連通器32和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2固定 聯(lián)接起來(lái)，注意培養(yǎng)液要沒(méi)過(guò)頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置。然后在培養(yǎng)皿中將本發(fā)明神 經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的裝置整體翻轉(zhuǎn)一個(gè)面，這樣原先處于豎直方 向的頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1、中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2現(xiàn)在 位于水平方向，因此水平方向上的頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置1和中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置 15內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞的突觸可以容易地伸進(jìn)第一連通器31的微通孔內(nèi)連接起來(lái)，中 間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置15和底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置2的神經(jīng)細(xì)胞的突觸可以容易地伸進(jìn) 第二連通器32的微通孔中連接起來(lái)。頂層微電極陣列傳感器41和底層微電極 陣列傳感器42上的大微電極9可以檢測(cè)出附著在其上的神經(jīng)細(xì)胞的電信號(hào)，小 微電極10可以檢測(cè)出附著在其上的神經(jīng)突觸的電信號(hào)。
以上是本發(fā)明的兩種實(shí)施方式，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)所要檢測(cè)的細(xì)胞的 數(shù)量設(shè)置微室的數(shù)量；根據(jù)生物體中不同的神經(jīng)細(xì)胞排列和連接的方式設(shè)置細(xì) 胞生長(zhǎng)室的層數(shù)以及微室和微通道的排列方式，從而在本發(fā)明裝置上培養(yǎng)的神 經(jīng)細(xì)胞的連接方式可以模擬生物體中的神經(jīng)細(xì)胞的連接方式，因此培養(yǎng)在本裝 置上的神經(jīng)細(xì)胞的電信號(hào)與生物體中的神經(jīng)細(xì)胞的電信號(hào)類(lèi)似，測(cè)到的電信號(hào) 攜帶了更多生物學(xué)信息；也可以按照想要?jiǎng)?chuàng)造的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接方式設(shè)置 細(xì)胞生長(zhǎng)室的層數(shù)以及微室與微通道的排列方式，從而本裝置上培養(yǎng)的細(xì) 就 會(huì)連接成想要的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)MEA的微電極檢測(cè)得到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電 信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的裝置，其特征是它包括底層微電極陣列傳感器、頂層微電極陣列傳感器、底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和連通器，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置設(shè)于底層微電極陣列傳感器和頂層微電極陣列傳感器之間，所述底層微電極陣列傳感器和頂層微電極陣列傳感器包括基底、設(shè)于所述基底上的大微電極和小微電極，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置與底層微電極陣列傳感器的基底固定聯(lián)接，所述頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置與頂層微電極陣列傳感器的基底固定聯(lián)接，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置均包括按矩陣方式排列的微室，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室與頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的相應(yīng)微室上下相對(duì)，所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的同一行的相鄰微室之間以及同一列的相鄰微室之間均有一個(gè)微通道連通；所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室內(nèi)對(duì)應(yīng)地置有所述底層微電極陣列傳感器的一個(gè)大微電極，所述底層微電極陣列傳感器的小微電極對(duì)應(yīng)地位于所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微通道內(nèi)；所述頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室內(nèi)對(duì)應(yīng)地置有所述頂層微電極陣列傳感器的一個(gè)大微電極，所述頂層微電極陣列傳感器的小微電極對(duì)應(yīng)地位于頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微通道內(nèi)；所述連通器設(shè)于底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置之間，且所述連通器與底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置固定聯(lián)接，所述連通器內(nèi)設(shè)有與所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室和頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室上下對(duì)應(yīng)的按矩陣方式排列的微通孔，所述相互對(duì)應(yīng)的底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室、連通器的微通孔之間形成通道，所述微室的大小為僅容納一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，所述微通道的寬度為僅容納一條神經(jīng)突觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的裝置，其特 征是所述連通器有兩個(gè)，所述兩個(gè)連通器分別與所述頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置和底 層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置固定聯(lián)接，所述兩個(gè)連通器之間還固定聯(lián)接有中間層細(xì)胞生長(zhǎng) 裝置，所述中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置設(shè)有與所述底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室和頂層細(xì) 胞生長(zhǎng)裝置的微室對(duì)應(yīng)的按矩陣方式排列的微室，所述中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的 同一行的相鄰微室之間以及同一列的相鄰微室之間均有微通道連通，所述相互 對(duì)應(yīng)的底層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室、連通器的微通孔、中間層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微 室、頂層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室之間形成通道。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種神經(jīng)細(xì)胞立體生長(zhǎng)及其電信號(hào)檢測(cè)的裝置，即在兩層微電極陣列傳感器之間固定聯(lián)接有兩層以上的細(xì)胞生長(zhǎng)裝置，各細(xì)胞生長(zhǎng)裝置均有按矩陣方式排列的微室，不同層的細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的相應(yīng)微室上下相對(duì)，各細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的同一行和同一列的相鄰微室之間均有一個(gè)微通道連通；底層和頂層的細(xì)胞生長(zhǎng)裝置的微室內(nèi)對(duì)應(yīng)地置有一個(gè)大微電極，微通道內(nèi)則對(duì)應(yīng)地置有小微電極；連通器設(shè)于兩層細(xì)胞生長(zhǎng)裝置之間且有與上下微室對(duì)應(yīng)的微通孔矩陣；上下相互對(duì)應(yīng)的微室、連通器的微通孔之間形成通道；微室的大小為僅容納一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，微通道的寬度為僅容納一條神經(jīng)突觸。本發(fā)明使得所培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞可在立體空間中有序連接，并可檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞的電信號(hào)。
文檔編號(hào)G01N33/483GK101639474SQ20091010195
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者軍 劉, 峰 劉, 葉學(xué)松, 李一喬, 鵬 王, 高天昀 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)