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微接触印刷技术在神经芯片领域中的应用

• 利用微接触印刷等软刻技术创建简单的神经回路首先被Hickmarm所报道。该课题组通过印刷一些化学物质。引导海马神经元在玻璃表面组成简易的网格样图案，但当时并未与微电极阵列相连。他们用针状电极刺激网络中的某一细胞，引起细胞放电，然后用另一感知电极便能记录到邻近细胞的类似放电。这一结果显示，科学家们已经着手建立一些简单的网络并通过它控制单个神经元的联系。目前，他们正在为能够在微电子器件上构建这样的神经回路而努力。

  从一些学术会议获知，还有几个科研小组也已经涉足这一领域。他们分别是由美国纽约康奈尔大学HaroldCraighead领导的研究小组；德国美因兹马普高分子研究所的AndreasOffenlljluser领衔的小组以及美国伊利诺伊大学的Bruce Wheeler等的小组。他们皆使用微接触印刷技术使神经元图案化，形成了网络图案。这些课题小组在不同的基质材料表面印刷了各种细胞黏附分子，构建能够引导细胞生长的图案。衍如，Craishead和Wheeler等在玻璃或硅质材料表面按照下方电极的排布印刷了iaminin图案使得神经细胞定位于相应位置。与此同时，Offenhauser组也以laminin的一个片段PA-22为印刷墨水，把神经元固定在硅质场效应管之上。这一课题组又报道了神经元在人为构建的神经网络培养5—10d以后，可以记录到同步自发放电。这一神经元间产生突触联系后才能记录到的结果进一步证实，在人为构建的神经网络模型中细胞可以彼此传递信号。

  然而，图案化神经细胞培养还存在着一个关键问题。即网络中的细胞存活时间有限。弗吉尼亚的某些研究者已经指出，神经元和胶质细胞共培养可以延长神经元的寿命。但神经芯片另一个不可回避的问题就是神经元和界面材料的信息传递。采用传统的血清培养基确实能使laminin促轴突生长及细胞黏附作用发挥到极致，同时也能增加胶质细胞的比例而有利于神经元存活。但是laminin蛋白涂层会在神经细胞和硅片问形成90hm的空隙，能影响神经元和下方电极的接触。在Liu等的预实验中，也发现扁平的胶质细胞会在神经元和界面材料间形成衬垫，妨碍电极的记录和信号的传递。因此，寻找一种更为理想的、可以在无血清条件下直接促进神经元黏附的界面材料，并把胶质细胞的比例控制在合理范围内，以达到网络中神经元电生理信号的高效传递是迫在眉睫的。

  最近，Herlem等发现，聚乙烯亚胺(PEI)经过电化学氧化方法可以在铂金或硅表面形成一层超薄晶体膜，这种膜具有绝缘和对pH值敏感的特性，已被用作微电极阵列的镀膜。同时PEI本身带有大量的氨基集团，可以牢固地黏附细胞。因此Iju等m1选用这种材料构建了海马神经元的人工网络，比较了聚乙烯亚胺(polyethylenimine，PEI)与laminin在促细胞黏附方面的作用，证明了PEI可以作为一种理想的界面材料用于神经芯片的研究。该课题组正在以PEI构建的芯片图案上接种黑质和纹状体区两种结构、功能密切相关的神经元，观察两者之间的信号传递，期望对今后利用神经芯片治疗帕金森病或研究其他退行性疾病发生机制等方面提供有价值的探索。

   

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