細(xì)胞電生理技術(shù)作為一種在實(shí)踐中形成的，具有可操作性的電生理檢測方法，可以在同一時間采集到多量細(xì)胞的動作電位，對于深化研究大腦神經(jīng)細(xì)胞及其網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研發(fā)新的神經(jīng)修復(fù)技術(shù)有很大的意義。近年來快速發(fā)展的神經(jīng)細(xì)胞電生理技術(shù)主要有兩種類型：膜片鉗技術(shù) ( PCRT ) 和在體多通道微電極陣列神經(jīng)信號技術(shù) ( M-NEMEA )。

傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)對工作臺的機(jī)械穩(wěn)定性要求較高，維持長時間記錄難度較大；無法測知細(xì)胞靜息膜電位的大??；更換內(nèi)外液比較困難。對于普通使用者來說，練習(xí)至能夠熟練上手膜片鉗需要的時間長，培訓(xùn)成本太高。

MaxWell 細(xì)胞生物電信號功能成像系統(tǒng) 基于HD-MEA的高密度微電極陣列技術(shù)，相較于傳統(tǒng)微電極陣列神經(jīng)信號技術(shù)具有更高分辨率。MaxWell生物芯片，是目前世界上Z先進(jìn)的電生理信號讀取平臺之一，可用于體外細(xì)胞電信號的讀取和電刺激實(shí)驗(yàn)。

基于 CMOS 傳感器技術(shù)制造的高密度微電極陣列（HD-MEA）系統(tǒng)，MaxWell 生物芯片是在單個MEA芯片內(nèi)，整合了功能強(qiáng)大的信號放大器、濾波器和數(shù)字化儀集成電路，可用于芯片上的細(xì)胞生物電信號記錄。芯片上每個細(xì)胞可以被多個電極記錄或給予電刺激，可用于單細(xì)胞活動、以及整個細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)動態(tài)的長期監(jiān)測。

通過記錄細(xì)胞活性，在MEA上確定細(xì)胞定位。下圖顯示熒光染色后顯微鏡下的細(xì)胞位置（ MAP2染色神經(jīng)元細(xì)胞，放大系數(shù)10x）和 MaxOne 芯片檢測到的生物電信號的細(xì)胞位置緊密相關(guān)。生物電信號電子圖像在提供細(xì)胞的位置的同時，可以檢測多種細(xì)胞活性特征，包括活動頻率和振幅。

智能細(xì)胞群體信號記錄

單細(xì)胞長期追蹤

通過選用細(xì)胞信號尖峰率，振幅等細(xì)胞信號參數(shù)組合定義單個細(xì)胞特性。柵格圖展示了利用1,024個電極檢測到的神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)活動的動態(tài)變化。

軸突電信號追蹤

通過分析細(xì)胞生物電信號成像，研究亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征，例如單個神經(jīng)元的軸突。生物電信號成像分辨率極高，甚至可以追蹤動作電位在軸突上的傳導(dǎo)過程中速度的變化。這項(xiàng)技術(shù)為神經(jīng)突電信號傳導(dǎo)提供更新的研究參數(shù)。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 可放置在細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測；

• 可用于活體組織切片實(shí)驗(yàn)；

• 可使用直立顯微鏡進(jìn)行檢查；

• 可用于不同生物學(xué)體外檢測（視網(wǎng)膜，腦切片，誘導(dǎo)干細(xì)胞或細(xì)胞培養(yǎng)等）。

一、干細(xì)胞誘導(dǎo)神經(jīng)元

通過生物電活動信號獲取iPSC誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞活動的高分辨率成像。

MaxOne可記錄整個樣本的多個神經(jīng)元活動和無需任何標(biāo)記的電信號成像。使用MaxOne獲得的細(xì)胞外動作電位（EAP）活動圖提供了以下信息：

• 產(chǎn)生自發(fā)性電信號的細(xì)胞位置
  

• EAP細(xì)胞外電信號的振幅幅度

• 細(xì)胞動作電位活動頻率。

研究細(xì)胞成熟度和放電活性

可同時檢測數(shù)百個iPSC干細(xì)胞誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞的動作電位沿著軸突傳播的情況。MaxOne用高質(zhì)量的信號和前所未有的高時空分辨率來檢測神經(jīng)元的電生理活動，甚至可檢測單個神經(jīng)元細(xì)胞動作電位沿軸突傳播的情況。

• 檢測單個神經(jīng)元動作電位在不同生長天數(shù)內(nèi)的在軸突傳播速度變化。

• 分析動作電位在軸突上的傳導(dǎo)速度。

• 比較健康和疾病模型細(xì)胞之間的軸突動作電位傳播速度。

二、視網(wǎng)膜實(shí)驗(yàn)研究

動作電位信號分類

多電極同時檢測同一視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGC）的動作電位信號。電極位置提供了額外的空間信息，提高了信號分類的準(zhǔn)確性。

檢測視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGC）的感光功能

讀取并識別MEA上的每個視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的所屬類型?？梢允褂肕axOne記錄和分析MEA上每個視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGC）的感光響應(yīng)。

MaxOne的信噪比+高時空分辨率使分析RGC細(xì)胞軸突信號成為可能。通過用靜態(tài)燈閃爍給視網(wǎng)膜不同的視覺刺激，激發(fā)不同RGC細(xì)胞相應(yīng)的電生理活動，并區(qū)分RGC細(xì)胞類型：ON類型，OFF類型或ON-OFF類型?？梢酝ㄟ^移動光刺激來激發(fā)方向選擇性RGC的生物電信號反應(yīng)。

三、腦切片實(shí)驗(yàn)研究

捕獲單個神經(jīng)元細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的場電信號

用MEA技術(shù)記錄活躍神經(jīng)元細(xì)胞高質(zhì)量的生物電信號。

• 可以同時記錄來自完整神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的局部場電位和動作電位信號。
  

• 低噪聲信號有助于從實(shí)驗(yàn)中提取神經(jīng)元活動特征。

• 可以捕獲和分析在大腦區(qū)域間傳播的局部場電位信號。

大規(guī)模神經(jīng)元及突觸投射的電生理成像

神經(jīng)元動作電位信號的分類組織切片固定裝置提取并分析腦組織中每個活動神經(jīng)元的動作場電位，軸突投射和突觸后信號。MaxOne不但可以檢測腦切片中的神經(jīng)元動作電位信號，同時還可以通過電刺激激發(fā)神經(jīng)元活動。

• 讀取并提取腦切片具有神經(jīng)元活性的區(qū)域，并繪制神經(jīng)元動作電位信號活動成像圖。
  

• 可以通過記錄并分析由動作電位信號激發(fā)后形成的+/-波幅峰值對神經(jīng)元突觸后細(xì)胞活動進(jìn)行描繪。

四、心肌細(xì)胞研究

使用高分辨率功能量化分析藥物對心肌細(xì)胞的影響。

MaxOne可提取電生理特性，如振幅，頻率和波傳播。

• 找到細(xì)胞群生物電波的傳播原點(diǎn)，并測量波的傳播方向。
  

• 可通過記錄前所未有的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)，在數(shù)天內(nèi)連續(xù)檢測野生型心肌細(xì)胞活動特征。

• 檢測健康心肌細(xì)胞對藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)的短期和長期反應(yīng)。

眾多出版物刊登該項(xiàng)技術(shù)

在Nature，Neuron等ding級學(xué)術(shù)期刊多次刊登過利用該項(xiàng)技術(shù)攥寫的實(shí)驗(yàn)文章。

出版物涉及 hd-mea 技術(shù)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)記錄以及對心肌細(xì)胞、視網(wǎng)膜細(xì)胞、腦切片和神經(jīng)元的研究。

MaxWell 細(xì)胞生物電信號功能成像系統(tǒng) 使用的 Cmos 技術(shù)可顯著減小放大器的尺寸, 使得在同一芯片上將電路與每平方毫米數(shù)千個電極集成在一起成為可能，讓細(xì)胞 (甚至亞細(xì)胞) 級分辨率實(shí)驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)。這將大大提高電生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的可操作性，讓原本程序繁雜的操作得到簡化，成倍地提高研究人員的實(shí)驗(yàn)效率。

（來源：廣州云星科學(xué)儀器有限公司）