基于神经细胞可控生长的阵列式光刺激电记录芯片及其检测系统的研制

针对目前生物神经系统动力学行为精确定量实验研究中存在的困难，重点开展基于微机械电子（MEMS）设计和封装技术为基础的，将微流体控制的神经细胞定向培养技术、高时空分辨的阵列式神经细胞光学刺激技术和微电极阵列（MEA）检测技术结合的神经芯片制造和检测技术的研究，研制神经细胞可控定向培养、阵列式光学刺激和电信号记录的集成控制测试分析系统，从而在神经元细胞（神经元胞体、神经突以及突触等局部位置）和神经回路水平上实现生物神经系统输入信号的精准控制和动力学行为的精准测试。在此基础上，初步探索研究嗅觉神经细胞的信息处理功能和信息整合过程，以及嗅觉仿真建模等科学问题。上述系统也可广泛应用于神经细胞生物学中神经细胞的发育、生长、修复以及药物作用机理等众多方面的科学实验研究，从而为神经科学的研究提供强有力的平台。

本课题实现了一种结合光学刺激和电采集的微流控神经细胞研究平台：研制了一种基于DMD、光纤的光学刺激系统，实现了基于光解笼锁的对神经细胞的模式可调的光学刺激，其空间分辨率达到单细胞水平，时间分辨率达到单次神经发放水平；基于微流控等技术，实现了神经细胞的定点培养，对研究神经细胞的生长发育和神经网络形成起到重要作用；利用光学刺激系统和电学采集系统对神经细胞进行同步的刺激和采集；建立了一个包含平台期球旁细胞、僧帽细胞及细胞间突触联结的嗅小球电生理网络模型，进行了平台期型球周围对僧帽细胞电位发放的影响的研究。本课题建立了集神经细胞培养、模式化光学刺激、电信号采集、神经网络建模的较为完整的研究体系，为神经科学尤其是神经信息学的研究提供了基础手段。