資源描述：
《基于MEMS技術(shù)的新型細胞傳感器及其在細胞電生理中應(yīng)用的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要隨著生物醫(yī)學工程和微機械加工技術(shù)(microelectronicmechanicalsystem,HEMS)的發(fā)展，生物醫(yī)學傳感器的微型化使其研究的范圍已達到了細胞和分子水平。細胞擁有并表達著一系列分子識別的元件，如受體、離子通道、酶等，這些分子可以作為靶分析物，當有外界刺激時，將按照固有的細胞生理機制進行相應(yīng)的生理功能活動．基于MEMS技術(shù)的細胞傳感器(cell-basedbiosensor)包括有微電極陣列(microelectrodearray，班．A)、場效應(yīng)管(fieldeffecttransistor，F(xiàn)ET>陣列及光尋址電位傳感器陣列(1ight-add
2、ressablepotentiometricsensor．LAPS)等，它們可用于實現(xiàn)細胞胞外電位的記錄。作為一種體外檢測的新型細胞芯片技術(shù)，其實質(zhì)就是在各陣列化的傳感器芯片表面培養(yǎng)細胞，使細胞通過一層薄的電解液同芯片的電極或柵極相耦合，構(gòu)成可以實現(xiàn)控制電路和神經(jīng)系統(tǒng)雙向通訊的生物芯片，從而對細胞的電生理特性進行傳感測量。該技術(shù)以其可對多個細胞同時進行長期，無損檢測的特點，已在藥物篩選、環(huán)境檢測等生物醫(yī)學領(lǐng)域得到了初步的應(yīng)用。同時，基于體加工技術(shù)的芯片技術(shù)同樣適用于在體研究，從而在腦高級功能、神經(jīng)修復、以及人工器官等研究領(lǐng)域展現(xiàn)出了誘人的前景。目前胞外電生理芯片很多已實現(xiàn)
3、了商品化，其存在的主要問題是測試參數(shù)的單一化，指標的不穩(wěn)定、測試環(huán)境要求很高等?；诖耍菊撐氖紫葟幕趆哐A的細胞傳感器出發(fā)，介紹了自主設(shè)計的用于細胞胞外電生理測試的MEA，分析其基本原理和電學模型以及制作工藝，并研究了心肌細胞、嗅覺細胞在其表面的生長和電信號傳遞過程，此外，進行了8通道動作電位的并行檢測試驗。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于細胞電生理檢測的集成芯片，用于實現(xiàn)多種參數(shù)實時無損測量，包括胞外多種不同離子(H+、K+、c82+)的測試，脆外動作電位的檢測，細胞貼壁的叉指電極(interdigitalarray，IDA)阻抗測量等，為集成化細胞傳感器技術(shù)拓展了新的應(yīng)
4、用領(lǐng)域。本論文的主要內(nèi)容和貢獻在于：浙江大學博士學位論文l-深入研究了細胞一M隊、細胞一IDA、細胞一LAPS器件耦合機理及測量模型。通過研究細胞膜的特點及膜上離子通道的通透性和導電性，分析了Au／Si／SiO，界面特點對細胞接觸的影響；在國外學者Kovacs、Fromherz等人建立的模型基礎(chǔ)上，進一步提出了電活性細胞一金屬、半導體界面的一種簡化耦合模型；從而為本論文細胞傳感器的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)，也為實驗結(jié)果的分析提供了重要的依據(jù)。2．提出了一種用于細胞外電生理測試的微電極陣列的設(shè)計方法，分析了其工作原理、界面模型及基于MEMS技術(shù)的微加工制作工藝。研究了心肌、嗅覺等
5、多種細胞等在其表面的生長和信號傳遞過程，進行了多通道動作電位的并行檢測。實驗結(jié)果表明，該細胞傳感器可對多個細胞同時進行長期、無損的胞外測量，并具有制備簡單、使用方便的特點，可應(yīng)用于細胞電生理研究和藥物檢測等領(lǐng)域。3．提出了一種細胞電阻抗和細胞胞外代謝離子與細胞動作電位同時檢測的多功能集成芯片的設(shè)計方法，實現(xiàn)了細胞多種電生理參數(shù)的實時無損測量。通過電阻抗快速反映細胞在體外培養(yǎng)環(huán)境下的生長狀況，采用MEA進行藥物刺激下細胞動作電位的檢測；采用LAPS進行細胞代謝產(chǎn)物中多種離子的濃度變化檢測。芯片各部分同時工作，利用流動分析裝置控制流向和速度，從而可以按一定順序連續(xù)監(jiān)測細胞從正
6、常生理狀態(tài)到藥物刺激下的形態(tài)變化、動作電位以及代謝物質(zhì)的改變，從多個方面揭示細胞生理活動的機理。該研究為集成化細胞傳感器開拓了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵詞。細胞傳感器，微電極陣列，電阻抗細胞芯片，光尋址電位細胞傳感器。多功能細胞傳感器集成芯片AbstractWiththedevelopmentofBiomedicalEngineeringandmicroelectronicmechanicalsystem(MEMS)，theresearchonmicromationofcell-basedbiosensor(CBB)hasreachedonthecellularandmole
7、cularleveLCellsprovideandexpressaseriesofelementssuchasnamr引lyevolvedreceptor,ion-channels,andenzyme$thatcallbethetargetsofbiologicalactiveaaalytes．Whenstimulated,thelivingcellrespondsandtakeactions：induceelectronicactivity，e】“省d[esomethingorabsorbsomething．Cell—bas
