完全集成的3D微电极阵列与多多巴胺介导的二氧化绝缘,用于新型3D人体神经微生理学结构的电生理学质询

科学领域:

• 生物MEMS和微生理系统 (MPS)
• 生物相容介电材料 生物相容介电材料
• 神经科学和电生理学 神经科学和电生理学.

背景情况:

• 在芯片上的器官方面的进步需要复杂的体外生物系统与集成的传感器.
• 二氧化 (SiO2) 是微电子机械系统 (MEMS) 的理想介电体,但受到高温处理的限制,阻碍了其在聚合物基础的生物MEMS中使用.
• 聚多巴胺 (PDA) 化学提供了一个潜在的解决方案,用于低温沉积和提高介电层的附着性.

研究的目的:

• 为微生理系统 (MPS) 开发一种低温方法,以沉积纳米多孔二氧化 (SiO2) 作为生长基质.
• 使用聚多巴胺 (PDA) 化学方法提高SiO2对聚碳酸盐 (PC) 和不钢 (SS) 的粘附性.
• 创建和验证一个新的3D微电极阵列 (3D MEA),与一个3D神经MPS集成,用于长期电生理学研究.

主要方法:

• 低温下SiO2的电子束沉积. 在低温下.
• 聚多巴胺 (PDA) 介导化学,以改善纳米孔状SiO2对PC和316LSS的粘附性.
• 使用PDA-SiO2绝缘制造定制的聚合物金属3D微电极阵列 (3D MEA).
• 在6个月以上的时间内培养背部根结节 (DRG) /鼻受体和背部角 (DH) 神经结构.
• 记录自发和唤起的化合物作用潜力 (CAP).

主要成果:

• 通过PDA介导化学,成功地证明了纳米孔状SiO2对PC和SS基板的增强粘附性.
• 开发并描述了一种稳定的PDA-SiO2薄膜,用于作为介电层.
• 首次在3D MEA集成的MPS中建立了3D神经结构 (DRG/nociceptor和DH),维持了6个多月.
• 从这些长期的神经结构中成功记录了自发和唤起的复合作用潜力 (CAP).
• 展示了神经结构对抑制药物治疗的药理学反应.

结论:

• 通过PDA介导的SiO2低温沉积提供了一个稳定,生物相容的介电层,适合聚合物基础的BioMEMS和MPS.
• 新型3D MEA集成的3D神经MPS能够进行前所未有的神经电路的长期电生理学研究.
• 这个平台可以在复杂的体外环境中研究神经功能和药物疗效,进步器官芯片领域.