優選地，所述微電極和三維微支架的數量及形狀根據待檢測細胞類型進行組合設計，且所述待檢測細胞類型包括單細胞、細胞群或類器官中的任意一種或至少兩種的組合。


第二方面，本發明提供一種如第一方面所述三維集成化細胞電生理平臺的制備方法，包括以下步驟：


（1）將基板依次進行清洗和硅烷化處理；


（2）在所述基板的表面制備二維平面微電極；


（3）在所述基板的表面打印三維微支架，所述三維微支架覆蓋所述二維平面微電極；


（4）在所述基板和三維微支架的表面制備三維立體微電極，得到所述三維集成化細胞電生理平臺。


優選地，所述二維平面微電極和三維立體微電極的制備方法分別獨立地包括激光直寫和/或光刻沉積，進一步優選為激光直寫。


優選地，所述激光直寫包括：涂覆鉑前驅體墨水，將激光聚焦于待加工表面，在激光焦點處發生光還原反應生成金屬鉑。


優選地，所述三維微支架的打印方法包括：在所述基板的表面涂覆負性光刻膠，通過3D打印程序控制焦點進行三維掃描，制得三維微支架。


第三方面，本發明提供一種宏微結合的電生理信號采集裝置，包括依次電連接的采集設備、印刷電路板和如第一方面所述三維集成化細胞電生理平臺。


優選地，所述采集設備和印刷電路板之間還電連接有轉換設備。


相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：


本發明提供的三維集成化細胞電生理平臺通過三維微支架模擬細胞正常生理活動的三維微環境，同時采用微電極在二維平面及三維空間對細胞施加刺激并采集電生理信號，真實還原了細胞生理環境，降低了檢測信號與體內真實信號之間的偏差，實現了“培養-刺激-記錄”的集成化功能，且1μm以下的微電極尺寸達到亞細胞尺度，滿足高精度要求，很好地兼顧了高精度加工、高結構設計靈活度和高集成化功能，適用于細胞培養、細胞檢測以及細胞激勵等多種場景。


附圖說明

圖1是本發明提供的三維集成化細胞電生理平臺的結構示意圖；

圖2是實施例1提供的三維集成化細胞電生理平臺的顯微照片；

圖3是實施例1提供的三維集成化細胞電生理平臺中，激光直寫鉑線的三維微電極-微支架結構和鉑線從微支架底部預留凹槽穿越的微觀形貌照片；

圖4是實施例2提供的三維集成化細胞電生理平臺的顯微照片；

圖5是應用例1-2提供的電生理信號采集裝置的結構示意圖。


其中：10-微電極；11-二維平面微電極；12-三維立體微電極；20-三維微支架。


具體實施方式


下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。


本發明中的某個實施例提供了一種三維集成化細胞電生理平臺，如圖1所示，所述三維集成化細胞電生理平臺由微電極10和三維微支架20組成，且所述微電極10包括二維平面微電極11和三維立體微電極12。


其中，所述微電極10用于在二維平面及三維空間對細胞施加刺激并采集電生理信號；所述三維微支架20用于模擬細胞正常生理活動的三維微環境。


所述二維平面微電極11和三維立體微電極12的平均直徑分別獨立地為1μm以下，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。


本發明提供的三維集成化細胞電生理平臺通過三維微支架20模擬細胞正常生理活動的三維微環境，同時采用微電極10在二維平面及三維空間對細胞施加刺激并采集電生理信號，真實還原了細胞生理環境，降低了檢測信號與體內真實信號之間的偏差，實現了“培養-刺激-記錄”的集成化功能，且1μm以下的微電極10尺寸達到亞細胞尺度，滿足高精度要求，很好地兼顧了高精度加工、高結構設計靈活度和高集成化功能，適用于細胞培養、細胞檢測以及細胞激勵等多種場景。


在某些實施例中，所述三維微支架20包括中空承載部和邊緣支撐部，用于承載并培養細胞。


其中，所述中空承載部包括位于中央的鏤空區域和圍設于所述鏤空區域邊緣的斜面區域，但并不僅限于是否具有斜面區域，只要能夠實現承載并培養細胞的功能，其他形狀均在本發明的保護范圍內。


在某些實施例中，所述三維微支架20的材質包括聚合物，且聚合單體包括季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）。


本發明選擇PETA作為三維微支架20的聚合單體，是因為這種材質的加工分辨率高，聚合速度快，且生物相容性優異，有效兼顧了加工精度、加工效率和檢測準確度。


在某些實施例中，所述二維平面微電極11貫穿設置于所述三維微支架20的底部，且微電極觸點暴露于所述中空承載部的鏤空區域。


其中，所述二維平面微電極11指代在平面上具有二維形狀的微電極，即在平面上沒有明顯三維形狀或三維高度的二維形狀微電極，例如可以是在平面上具有二維形狀的微電極線或微電極片。


本發明中，所述二維平面微電極11位于鏤空區域的末端預留出一定長度，以便微電極和細胞接觸形成導電通路。


在某些實施例中，所述二維平面微電極11的材質包括金屬鉑。


在某些實施例中，所述三維立體微電極12貼合設置于所述三維微支架20的表面，且所述三維立體微電極12包括具有三維空間位點的微電極。


在某些實施例中，所述具有三維空間位點的微電極包括具有三維空間位點的二維形狀微電極和/或具有三維空間位點的三維形狀微電極。


其中，所述具有三維空間位點的二維形狀微電極可以是具有三維形狀或三維高度的二維形狀微電極線或二維形狀微電極片，所述具有三維空間位點的三維形狀微電極可以是具有三維形狀或三維高度的微針或微柱。


在某些實施例中，所述三維立體微電極12還包括在平面上具有三維形狀的微電極，例如可以是在平面上具有三維形狀的微針或微柱。


在某些實施例中，所述三維立體微電極12的材質包括金屬鉑。


本發明中，所述二維平面微電極11和三維立體微電極12的材質均選用金屬鉑，這是因為金屬鉑不易氧化，電阻低，且生物相容性優異。


在某些實施例中，所述微電極10和三維微支架20的數量及形狀根據待檢測細胞類型進行組合設計，且所述待檢測細胞類型包括單細胞、細胞群或類器官中的任意一種或至少兩種的組合。