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摘要本文面向神经性疾病调控治疗检测的实际需求，开展了微电极阵列及其在药物调控下检测神经细胞放电活动的研究。目前已有多种药物被用于神经性疾病治疗和神经细胞调控，而在调控过程中神经信息活动的变化机制还不十分清楚。如何在保持神经细胞生理活性（离体、在体）的条件下，对细胞进行时空可控的药物调控，并同步实现细胞生理活动信息的原位实时动态检测，为药物调控下的神经细胞活动信息同步获取提供高效的工具和手段，是神经性疾病调控治疗研究中亟待突破的瓶颈与难点。<br>　　为建立药物调控下神经细胞信息活动的同步检测方法，解决其中存在的关键科学问题，本研究基于微电子系统工艺制备、纳米材料修饰、动物实验、细胞培养、电生理信号检测等众多技术，研制了用于药物调控下离体海马脑切片神经信息检测的多通道微电极阵列(Micro Electrode Array,MEA)，将其应用到大鼠离体海马神经干细胞培养，以癫痫相关药物调控为切入点，提出了谷氨酸调控神经干细胞检测实验方法;此外，还建立了光解笼锁化合物调控正常和颞叶癫痫模型大鼠海马脑区电生理活动的实验方法，利用植入式微电极阵列进行实时信息检测，实现了光解笼锁化合物调控下神经细胞电生理活动的高通量同步检测，并发现调控下神经细胞活动的同步变化规律。该研究不仅可为癫痫等神经性疾病检测诊断及治疗研究提供更多的数据，为神经性疾病及机制研究提供一种高效的方法和手段，而且在相关神经科学研究领域具有重要的意义和广泛应用前景。本文的研究工作及成果主要包括以下几个方面:<br>　　首先，围绕神经微电极阵列高分辨高通量同步检测关键科学问题，开展了用于离体神经信息检测的微电极阵列设计制备研究，提出了离体大鼠海马脑组织切片施加药物调控实验方法，实现了高时空分辨的离体大鼠海马脑组织切片调控神经信号检测。基于微加工工艺设计研制的离体微电极阵列以玻璃为基底、铂为导电层、氧化硅氮化硅为绝缘层，包含60个检测通道，空间分辨率为单细胞水平，可用于大鼠海马脑组织切片或培养海马神经细胞的电生理信号调控检测。微电极阵列具有生物相容性高，易于分辨单细胞放电的优势。通过在微电极阵列表面进行纳米铂黑材料修饰，可以有效地降低其阻抗，提高了检测性能。通过离体微电极阵列用于大鼠海马脑组织切片的调控检测实验，成功获得多通道神经细胞在药物调控下放电信号，验证了神经微电极阵列检测性能，为后续开展离体神经干细胞实时调控检测研究提供了基础。<br>　　其次，围绕神经干细胞培养分化神经元放电功能检测的关键科学问题，提出了离体微电极阵表面神经干细胞培养分化神经元谷氨酸调控检测方法，实现了对神经干细胞分化神经元放电信息的进一步分析。开展了大鼠神经干细胞培养检测实验，电极表面经过鼠尾胶原蛋白修饰，神经干细胞培养分化为神经元，加入谷氨酸进行调控实验检测，成功检测到神经细胞放电活动的变化情况。实验结果表明，经兴奋性神经递质谷氨酸调控后，神经细胞动作电位发放速率、幅值以及场电位的功率都相应增加，验证了神经干细胞分化后神经元具有基本放电功能，为神经干细胞的治疗机制提供相关检测以及评价手段。<br>　　最后，围绕利用光解笼锁化合物对大鼠脑内神经信息调控检测的关键科学问题，构建了将光解笼锁化合物应用到大鼠海马区调节神经信号放电活动的方法，实现了对神经放电活动兴奋性以及抑制性调控检测;同时针对颞叶癫痫兴奋性放电活动的调控治疗的关键科学问题，提出了颞叶癫痫模型鼠抑制性光解笼锁化合物调控检测的研究，实现了对癫痫发作的抑制作用。将兴奋性光解笼锁化合物(RuBi-Glu)和抑制性光解笼锁化合物(RuBi-GABA)分别注射入正常大鼠海马区，利用蓝光控制其释放神经递质谷氨酸来兴奋神经细胞放电状态，γ-氨基丁酸来抑制神经细胞放电状态，来达到调控神经细胞活动的目的。实验结果表明，经过RuBi-Glu调控后，神经细胞的放电频率分别从1.4Hz增加到4.5Hz，增加了三倍左右;动作电位幅值从154μV增加到194μV，在经过RuBi-GABA调控后，放电速率降低到0.8Hz，幅值减少到142μV，基本恢复到正常状态的放电情况。通过数据分析发现，在调控实验中加入兴奋性以及抑制性光解笼锁化合物，神经细胞的动作电位以及场电位受到相应的兴奋以及抑制作用。该实验方法为下一步癫痫脑疾病的调控检测提供了基础。将上述实验方法应用于癫痫大鼠的调控实验中，利用在模型大鼠海马区注射光解笼锁化合物RuBi-GABA来抑制癫痫的发作。微电极阵列对大鼠海马区神经信号动作电位以及场电位进行了检测，神经元动作电位的发放速率在癫痫发作期间从2.72Hz增长到20.29Hz，这是由脑内大量神经元异常放电所引起，而加入光解笼锁化合物由蓝光刺激释放抑制性药物后，发放速率恢复到1.33Hz，神经细胞放电情况明显降低。因此，利用光解笼锁化合物对癫痫疾病进行调控治疗可以有效的抑制癫痫发作。本论文癫痫鼠调控检测的实验研究，不仅为癫痫疾病的研究提供了新的数据，也为神经性疾病的光调控治疗方法提供了一种可能性。