基于微流控光学的神经细胞微全分析系统研究

深入理解神经细胞网络建立的机制，对于利用干细胞技术治疗神经疾病的研究有着重大而深远的意义。本项目采用新型的微流控光学技术构建了一个集成微型光源和细胞分析平台的微全分析系统，目的在于揭示干细胞来源的神经细胞与成熟神经细胞形成网络和功能重建的机制。我们结合前沿的光感基因神经调控技术，在微流控平台上设计波导和谐振腔，产生微型激光阵列，对神经细胞加以定点高精度的多样性刺激，通过记录神经突触释放递质产生的电信号，研究神经细胞网络建立的机制。基于微流控光学的微全分析系统，具有光源强度集中、发射面积微小、波长可调节的优异特性。把微流控光学系统应用于光感基因神经调控方向的研究是一项突破，将有助于阐明干细胞修复神经回路的原理，并在治疗包括帕金森症在内的神经疾病方面有重大的应用前景。

本课题通过微流控光学和神经科学的学科交叉研究，构建了一个集成微型光源和细胞分析平台的微全分析系统，研究了在微流控芯片上用光感基因技术调控神经细胞等关键技术问题。本项目从微光学系统设计、神经网络构建等多方面着手，为用光感基因调控技术研究芯片上神经网络的科学问题积累了很多关键的技术。完成了一种新型的微流控光波导芯片，实现了对单个神经细胞的定点高精度光感基因刺激；完成了一种新型的微流控神经网络培养芯片的结构设计，实现了神经元细胞在芯片上的生长和神经网络的形成；完成了微流控芯片与微电极的集成，初步实现了神经细胞电信号的记录。但是在项目的执行期间也遇到了较大的难题，主要是神经元细胞进行光感基因病毒转染的效率较低，导致后续的光刺激、电信号收集和神经网络机制的研究难以进行。但我们努力尝试各种实验，在神经胶质细胞上实现了光感基因转染，并且验证了微流控光波导芯片的可行性。我们在芯片上的神经细胞培养和转染实验中积累了很多经验，为日后深入研究的神经细胞网络的科学问题打下了坚实的基础。项目执行期间发表SCI期刊论文4篇，已投稿论文1篇。另外发表相关国际会议论文2篇，申请发明专利7项。培养硕士研究生6名，形成了一支多学科交叉，致力于开拓创新的微流控芯片技术研发队伍。