[發(fā)明專利]一種神經(jīng)元定向生長(zhǎng)和神經(jīng)太赫茲信號(hào)激勵(lì)集成芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110332957.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN112877213B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王艷紅;武京治;冀寶慶;李孟委
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): C12M3/00
• 分類號(hào): C12M3/00;C12M1/42;B01L3/00
• 代理公司: 太原榮信德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 楊凱

本發(fā)明公開一種神經(jīng)元定向生長(zhǎng)和神經(jīng)太赫茲信號(hào)激勵(lì)集成芯片，包括傳感芯片單元和微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元，傳感芯片單元包括二氧化硅基底和金膜層，金膜層上刻蝕有納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)，納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)由周期性陣列排布的多組雙納米孔構(gòu)成，利用金膜層與微米級(jí)微流通道結(jié)合，形成控制神經(jīng)元生長(zhǎng)的區(qū)域，并利用特殊微流通道結(jié)構(gòu)的微機(jī)械力，阻止或促進(jìn)神經(jīng)元在某些方向的生長(zhǎng)。并利用外加太赫茲電磁信號(hào)和生物引導(dǎo)因子，進(jìn)一步調(diào)控神經(jīng)元生長(zhǎng)速度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)元軸突在傳感芯片的微納精度內(nèi)的定向、定向生長(zhǎng)、傳感元件的納米孔部位與待測(cè)神經(jīng)元蛋白分子在納米精度定位，并實(shí)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)太赫茲信號(hào)、聲波信號(hào)和電信號(hào)激勵(lì)、探測(cè)一體化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物太赫茲探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種神經(jīng)元定向生長(zhǎng)和神經(jīng)太赫茲信號(hào)激勵(lì)集成芯片。

背景技術(shù)

大腦由眾多的神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成，神經(jīng)細(xì)胞之間通過(guò)軸突、樹突形成突觸(包括化學(xué)突觸和電突觸)，實(shí)現(xiàn)彼此的信息傳遞，眾多的神經(jīng)細(xì)胞構(gòu)成了龐大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因而突觸上的信號(hào)探測(cè)對(duì)于腦內(nèi)的信號(hào)處理至關(guān)重要。目前，針對(duì)人體大腦的研究多是基于腦電機(jī)理，其所測(cè)得電信號(hào)盡在kHz范圍，不能滿足當(dāng)前人機(jī)交互等對(duì)高速高帶寬信號(hào)的要求。理論證明，人腦神經(jīng)細(xì)胞具有大量的太赫茲信息，但由于太赫茲電磁波的強(qiáng)水吸收特性，很難在細(xì)胞溶液實(shí)現(xiàn)探測(cè)。因此，需要在溶液環(huán)境實(shí)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞的太赫茲激勵(lì)、增強(qiáng)，為神經(jīng)太赫茲信號(hào)溶液環(huán)境探測(cè)提供條件。

雖然目前存在許多通過(guò)微流控芯片體外培養(yǎng)神經(jīng)元構(gòu)建突觸的研究，以及神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)，但都是神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)室與神經(jīng)信號(hào)探測(cè)裝置分離，不能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)和信號(hào)探測(cè)一體化；且實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成神經(jīng)元軸突在微納精度的定向生長(zhǎng)，以及神經(jīng)元軸突的髓鞘化，不能定點(diǎn)定位在溶液中激勵(lì)神經(jīng)太赫茲信號(hào)產(chǎn)生，無(wú)法實(shí)現(xiàn)溶液中探測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種神經(jīng)元定向、定位生長(zhǎng)和神經(jīng)元太赫茲信號(hào)激勵(lì)集成芯片，基于微流控設(shè)計(jì)神經(jīng)元定向、定位培養(yǎng)芯片，同時(shí)利用等離激元金納米孔陣列結(jié)構(gòu)和微流控結(jié)構(gòu)相集成的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元特定部位的神經(jīng)蛋白和神經(jīng)遞質(zhì)分子等的太赫茲信號(hào)激勵(lì)，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)增強(qiáng)。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為：一種神經(jīng)元定向生長(zhǎng)和神經(jīng)太赫茲信號(hào)激勵(lì)集成芯片，包括：傳感芯片單元和微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元，所述傳感芯片單元包括二氧化硅基底和金膜層，金膜層形成在二氧化硅基底上，金膜層上刻蝕有納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)，納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)由周期性陣列排布的多組雙納米孔構(gòu)成，每組雙納米孔包括兩個(gè)相交的納米孔，相鄰兩組雙納米孔之間隔設(shè)納米級(jí)間隙；所述微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元形成于金膜層上，所述微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元由兩個(gè)相互連通的細(xì)胞池、兩個(gè)相互連通的存儲(chǔ)池及引導(dǎo)神經(jīng)元從細(xì)胞池到儲(chǔ)存池方向的生長(zhǎng)的微流通道組成，每組雙納米孔上方均對(duì)應(yīng)有微流通道。

優(yōu)選地，所述微流通道內(nèi)由生物生長(zhǎng)因子修飾，調(diào)控神經(jīng)元生長(zhǎng)速度。

優(yōu)選地，所述微流通道沿軸向形成若干個(gè)帶有鋸齒形、三角形或心形的微納型腔。

優(yōu)選地，所述微流通道的寬度為10μm。

優(yōu)選地，每個(gè)所述的納米孔的直徑為200nm。

優(yōu)選地，所述金膜層厚度為100nm。

優(yōu)選地，所述微流控細(xì)胞培養(yǎng)單元的制作材料可采用PDMS、SU8或Flexdym。

優(yōu)選地，所述每組雙納米孔與相鄰雙納米孔之間的中心間距為650nm。

優(yōu)選地，所述雙納米孔相交形成距離為40nm的兩尖端。

采用上述方案后，本發(fā)明的有益效果在于：