15、三维微电极阵列的微加工技术

三维微电极阵列的微加工技术

1. 细胞功能研究与微电极阵列概述

细胞功能和反应一直是人类极为感兴趣的研究主题，对其深入探索极大地提升了我们对人体机能的认知。尤其是电活性细胞的功能，它们掌控着诸如视觉、运动以及大脑、心脏、眼睛、耳朵和脊髓等关键器官的重要生理活动。

在过去，对单细胞活动的研究占据主导地位，常用的工具包括线电极、四极电极、玻璃微吸管电极和膜片钳等。这些工具在研究单细胞中孤立的离子通道方面发挥着重要作用，因为离子通道负责控制细胞内的各种信号传导途径。

微电极阵列（MEAs）与传统工具既有互补性又存在竞争性。MEAs可以进行网络级活动和细胞外测量，而膜片钳和微吸管电极则用于测量细胞内电信号。MEAs是按几何规律排列的微小电极，有二维（2 - D）和三维（3 - D）两种形式，在某些情况下还集成了复用电路或微流体端口等附加功能。研究表明，网络级活动以及细胞间的相互作用是理解器官健康状态和疾病状态的关键，MEAs为实现这一理解提供了有力工具。

自20世纪60年代以来，MEAs成为了科学发现和医学进步中不可或缺的工具。它们能够在单细胞和组织水平上主动操纵和监测细胞活动，为复杂的神经相互作用提供了非凡的见解。如今，第一代MEAs广泛应用于药物筛选、生物传感、心脏起搏和癫痫研究等领域。此外，MEAs在检测化学、生物和环境毒素、生物危害和生物恐怖主义制剂、神经修复以及测量各种生物电位等方面也展现出了巨大的潜力。以下是MEAs的部分应用领域列表：
- 药物筛选
- 生物传感
- 心脏起搏
- 癫痫研究
- 检测毒素和生物危害
- 神经修复
- 生物电位测量

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