高密度微電(diàn)極(jí)陣列技術 — MaxWell
2019/4/2
高密度微電(diàn)極(jí)陣列技術 — MaxWell
細胞電生理技術作爲一種在實踐中形成的，具有可操作性的電生理檢測方法 ，可以在同一時間採(cǎi)集到多量細胞的動作電位 ，對於(yú)深化研究大腦神經細胞及其網絡的工作原理，研發新的神經修複技術有很大的意義 。近年來快速發展的神經細胞電生理技術主要有兩種類型：膜片鉗技術 ( PCRT ) 和在體多通道微電極陣列神經信号技術 ( M-NEMEA )。
傳統膜片鉗技術對工作台的機械穩定性要求較高，維持長時間記錄難度較大；無法測(cè)知細胞靜息膜電位的大小；更換内外液比較困難 。對於(yú)普通使用者來說，練習至能夠熟練上手膜片鉗需要的時間長，培訓成本太高。
MaxWell 細胞生物電信号功能成像系統 基於 HD-MEA 的高密度微電極陣列技術 ，相較於傳統微電極陣列神經信号技術具有更高分辨率。MaxWell 生物芯片，是目前世界上最先進的電生理信号讀取平台之一，可用於體外細胞電信号的讀取和電刺激實驗。
基於(yú) CMOS 傳感器技術制造的高密度微電極陣列（ HD-MEA ）系統，MaxWell 生物芯片是在單個 MEA 芯片内，整合瞭(le)功能強大的信号放大器、濾波器和數字化儀集成電路，可用於(yú)芯片上的細胞生物電信号記錄。芯片上每個細胞可以被多個電極記錄或給予電刺激，可用於(yú)單細胞活動 、以及整個細胞網絡動态的長期監測。
高時空分辨率+高質量信号
通過記錄細胞活性，在 MEA 上確(què)定細胞定位。下圖顯示熒光染色後顯微鏡下的細胞位置（ MAP2 染色神經元細胞，放大系數10x）和 MaxOne 芯片檢測(cè)到的生物電信号的細胞位置緊密相關。生物電信号電子圖像在提供細胞的位置的同時 ，可以檢測(cè)多種細胞活性特征，包括活動頻率和振幅。
智能細胞群體信号記錄
單細胞長期追蹤通過選用細胞信号尖峰率，振幅等細胞信号參數組合定義單個細胞特性。栅格圖展示瞭(le)利用1,024個電極檢測到的神經細胞網絡活動的動态變(biàn)化。
軸突電信号追蹤
通過分析細胞生物電信号成像，研究亞細胞結構特征，例如單個神經元的軸突。生物電信号成像分辨率極高，甚至可以追蹤動作電位在軸突上的傳導過程中速度的變(biàn)化。這項技術爲神經突電信号傳導提供更新的研究參(cān)數。
應用領域
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可放置在細胞培養箱内進行實驗檢(jiǎn)測(cè)；
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可用於(yú)活體組織切片實(shí)驗；
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可使用直立顯微鏡(jìng)進行檢(jiǎn)查；
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可用於(yú)不同生物學體外檢測(cè)（視網膜，腦切片 ，誘導幹細胞或細胞培養等）。
幹(gàn)細胞誘導(dǎo)神經元
MaxOne可記錄整個樣本的多個神經元活動和無需任何标記的電(diàn)信号成像。使用MaxOne獲得的細胞外動作電(diàn)位（EAP）活動圖提供瞭(le)以下信息：
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産(chǎn)生自發性電(diàn)信号的細胞位置
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EAP細(xì)胞外電(diàn)信号的振幅幅度
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細胞動(dòng)作電(diàn)位活動(dòng)頻率。
研究細胞成熟度和放電活性
可同時檢測(cè)數百個iPSC幹細胞誘導神經元細胞的動作電位沿著(zhe)軸突傳播的情況。MaxOne用高質量的信号和前所未有的高時空分辨率來檢測(cè)神經元的電生理活動，甚至可檢測(cè)單個神經元細胞動作電位沿軸突傳播的情況。
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檢測(cè)單個神經元動作電位在不同生長天數内的在軸突傳播速度變(biàn)化。
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分析動作電位在軸突上的傳(chuán)導(dǎo)速度 。
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比較健康和疾病模型細胞之間的軸突動作電(diàn)位傳(chuán)播速度。
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視(shì)網膜實(shí)驗研究
檢測視網膜神經節細胞（RGC）的感光功能
讀(dú)取並(bìng)識别MEA上的每個視網膜神經節細胞的所屬類型。可以使用MaxOne記錄和分析MEA上每個視網膜神經節細胞（RGC）的感光響應 。
MaxOne的信噪比+高時空分辨率使分析RGC細胞軸突信号成爲可能 。通過用靜态燈(dēng)閃爍給視網膜不同的視覺刺激，激發不同RGC細胞相應的電生理活動，並(bìng)區分RGC細胞類型：ON類型，OFF類型或ON-OFF類型 。可以通過移動光刺激來激發方向選擇性RGC的生物電信号反應。
用MEA技術記錄活躍神經元細胞高質量的生物電信号。
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可以同時記錄來自完整神經細胞網絡的局部場(chǎng)電(diàn)位和動作電(diàn)位信号。
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低噪聲信号有助於(yú)從(cóng)實驗中提取神經元活動特征 。
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可以捕獲和分析在大腦區域間傳(chuán)播的局部場(chǎng)電位信号 。
大規模神經元及突觸投射的電生理成像
神經元動作電位信号的分類組織切片固定裝置提取並(bìng)分析腦組織中每個活動神經元的動作場電位，軸突投射和突觸後信号。MaxOne不但可以檢測(cè)腦切片中的神經元動作電位信号，同時還可以通過電刺激激發神經元活動。
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讀取並(bìng)提取腦切片具有神經元活性的區域，並(bìng)繪制神經元動作電(diàn)位信号活動成像圖。
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可以通過記錄並(bìng)分析由動作電位信号激發後形成的+/- 波幅峰值對神經元突觸(chù)後細胞活動進行描繪。
心肌細(xì)胞研究
使用高分辨率功能量化分析藥物對心肌細胞的影響。
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找到細胞群生物電波的傳播原點，並(bìng)測(cè)量波的傳播方向。
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可通過記錄前所未有的數據細節，在數天内連續檢測(cè)野生型心肌細胞活動(dòng)特征。
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檢測(cè)健康心肌細胞對藥理學實驗的短期和長(zhǎng)期反應。
衆多出版物刊登該項技術
在Nature，Neuron等頂(dǐng)級學術期刊多次刊登過利用該(gāi)項技術攥寫的實驗文章
出版物涉及 hd-mea 技術、神經元網絡記(jì)錄以及對(duì)心肌細胞、視網膜細胞、腦切片和神經元的研究。
MaxWell 細胞生物電信号功能成像系統 使用的 Cmos 技術可顯著減小放大器的尺寸, 使得在同一芯片上将電(diàn)路與每平方毫米數千個(gè)電(diàn)極集成在一起成爲可能，讓細胞 (甚至亞細胞) 級分辨率實驗得以實現。這将大大提高電(diàn)生理學實驗的可操作性，讓原本程序繁雜的操作得到簡化，成倍地提高研究人員的實驗效率。
