基于柔性离体微沟道微电极阵列集成芯片的海马结构功能研究

Hippocampus is an important brain region for emotion, behavior, learning and memory. It is important to study the neural network structure in hippocampus. For its clear lamellar structure, in vitro detection method is a suitable way to study the hippocampus. This project will develop a soft in vitro chip, which integrated with micro-channels and microelectrode array (MEA). The MEA can detect the electrical signals from multiple sites on the hippocampal slice simultaneously, and the micro-channels can deliver drugs to the hippocampal slice locally. The recording and drug delivery function can be performed at the same time. This chip is helpful for analyzing the temporal and spatial characteristics of the hippocampal network information transmission and the mechanism of encoding at different states. On this basis, we will induce in vitro epilepsy model and treat the epilepsy on the hippocampus section to study the origin, dissemination and treatment of epilepsy. This project lays a foundation for the basic research of neural science and the prevention and treatment of neurological diseases.

海马区是情感、行为和学习记忆等高级神经活动的重要部位，研究海马区的神经元网络结构有重要意义。海马具有清晰的片层结构，可采用离体检测方法来研究其功能结构。本项目将设计制备一种柔性离体芯片，其上集成有微沟道和微电极阵列(microelectrode array, MEA)。微电极阵列可同时记录海马切片上多个位点的神经电生理信号，微沟道可对海马切片进行局部给药，给药和记录可同时进行。这种集成芯片有助于研究不同状态下海马区神经元的网络信息传播时空特性及编码机制。在此基础上，诱导海马区离体癫痫模型并设计治疗癫痫的模型，研究癫痫的起源、传播以及治疗方法，为神经科学基础研究和神经性疾病防治研究奠定基础。

脑科学问题具有综合性与复杂性，大规模、高分辨率的测量需求对神经电极的设计提出新的要求：提高神经电极集成度（大量神经元同步测量、跨脑区协同测量）、优化电极材料。纸具有柔性好、质量轻、成本低、无污染等优点，然而，表面粗糙度高和多孔结构的特点，限制了其在精密电子器件方面的应用。纳米纸由直径5-60 nm的纳米纤维素紧密堆叠而成，其表面粗糙度极低，可以用作精密电子器件基底材料，如柔性有机发光二极管、微波器件等。与合成聚合物相比，纳米纸的原材料为天然纤维素，与水具有较好的浸润性，因此具有优异的生物相容性。. 利用微纳加工技术制备基于纳米纸的柔性神经电极为解决以上问题提供了可能。采用热压法制备了高耐水性、高柔性的纳米纸作为电极阵列基底，从体外实验和体内实验两方面详细论述了纳米纸基神经电极在较聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）生物相容性方面的优势。使用纳米纸基神经电极阵列对大鼠脑皮层神经信号进行检测，首次实现了纳米纸基柔性神经电极对大鼠癫痫信号的多通道同步测量。