[發明專利]通用神經系統芯片

有效

• 申請號: 201811547447.5
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109576155B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 孫長凱;張宇晗;孫品;歐陽琦鎮;姜迪;關水;劉海龍;謝嶸;韓利平;朱慧超;張建偉;張航與;張馳;余雋;黃正興;劉蓉;劉惠;齊莉萍;田楊軍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;大吉鳥健康智業醫學大數據(大連)股份有限公司
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種通用神經系統芯片，其特征在于，所述的芯片主要包括六個各自獨立但彼此緊密相關和連接并對外開放的神經血管單元，六個獨立的神經血管單元可以實現神經-免疫-內分泌-微生態的廣泛系統耦聯；所述的六個獨立的神經血管單元包括兩個環形單元和四個矩形單元，兩個環形單元A、B對稱設置，其端部之間設有兩個矩形單元A、B，另外兩個矩形單元C、D設于兩個環形、兩個矩形單元圍成區域的中部；所述的環形單元A、B和矩形單元A、B的下層芯片腔室之間通過環形漏斗微槽連通，矩形單元A、B、C、D的下層芯片腔室之間通過矩形漏斗微槽連通，漏斗微槽用于神經元軸突的物理分離和連接，促使神經元之間進行信息傳遞；

所述的每個神經血管單元均包括上層芯片、下層芯片和中間多孔膜，上層芯片中培養的細胞產生的代謝物通過中層多孔膜滲透到下層芯片，實現上下兩層細胞培養體系的細胞非接觸式信息交流；所述的上層芯片包括上層入口、上層腔室、上層出口，上層入口和上層出口通過上層腔室連通；所述的下層芯片包括下層入口、下層腔室、下層出口，下層入口和下層出口通過下層腔室連通；在芯片整體封接之后，上層腔室和下層腔室中心對齊，上層腔室大于下層腔室；

所述的六個獨立的神經血管單元的上層芯片腔室的上液面集成TEER微電極陣列及光/聲信號輸入、輸出器件，液間集成分子氧/葡萄糖/pH微納監控器件，底面集成分子氧/葡萄糖/pH微納監控器件、過氧化氫傳感器微電極陣列、電位傳感器微電極陣列；所述的下層芯片腔室的上液面集成TEER微電極陣列、分子氧/葡萄糖/pH微納監控器件，液間集成TEER微電極陣列、分子氧/葡萄糖/pH微納監控器件，底面集成過氧化氫傳感器微電極陣列、電位傳感器微電極陣列；其中，TEER微電極陣列用于檢測血腦屏障是否完整，光/聲信號輸入、輸出器件用于對細胞進行光電刺激及信號檢測，分子氧/葡萄糖/pH微納監控器件用于檢測細胞代謝產生的分子氧/葡萄糖濃度及培養液中的pH，過氧化氫傳感器微電極陣列用于檢測細胞代謝產生的過氧化氫進而監測細胞的命運與狀態,電位傳感器微電極陣列用于檢測神經元產生的動作電位及神經元群產生的類腦電圖場電位，提取神經元網絡電位傳遞的信息。

2.根據權利要求1所述的一種通用神經系統芯片，其特征在于，所述的矩形漏斗微槽長50-100μm、寬3-10μm、高3μm；環形漏斗微槽長500-950μm、寬3-10μm、高3μm。

3.根據權利要求1所述的一種通用神經系統芯片，其特征在于，所述的上層芯片的上層腔室高50-100μm、長300-600μm、寬100-300μm。

4.根據權利要求1所述的一種通用神經系統芯片，其特征在于，所述的下層芯片的下層腔室高100-200μm、長300-600μm、寬100-300μm。

5.根據權利要求1所述的一種通用神經系統芯片，其特征在于，所述的多孔膜厚5-15μm、孔徑為0.4μm、1μm、3μm、5μm。

6.一種如權利要求1所述的通用神經系統芯片的使用方法，其特征在于，包括以下內容：

使用時，首先將中層多孔膜與上層芯片進行不可逆的氧等離子體封接，并置于60℃-100℃烘箱加熱10-30分鐘；然后將下層芯片直接等離子體封接在載玻片上；最后在下層芯片上表面進行等離子體處理后涂抹一層PDMS聚合物，將兩層芯片對齊粘合固化，形成封閉的兩層共培養芯片；

細胞種植時，首先將大腦毛細血管內皮細胞種植到多孔膜上表面，多孔膜上下均有大腦血管內皮細胞完全培養液；待大腦毛細血管內皮細胞長滿多孔膜上表面并且形成緊密連接時，將裝置倒置；然后將神經膠質細胞懸液植于多孔膜下表面；待大腦毛細血管內皮細胞和神經膠質細胞共培養至神經膠質細胞基本長滿多孔膜下表面時，將培養穩定的神經元植入芯片下腔室，從而形成間接共培養體系。