组成图示
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传感器类型
其他（微电极阵列(MEA)组织切片生物传感器）
检测对象
嗅球神经网络细胞外电位（extracellular potentials）、谷氨酸（glutamic acid, Glu）诱导的电生理反应；样品基质：离体大鼠嗅球水平切片（olfactory bulb slice, OB slice）/人工脑脊液（ACSF）
检测原理
该传感器以急性嗅球水平切片为生物传感元件，切片保留嗅球各层神经元及突触连接。神经元在人工脑脊液中自发活动，或受谷氨酸（Glu）激活后产生动作电位与场电位；膜去极化引起离子电流流入/流出，在细胞外形成负/正电位变化。微电极阵列（MEA）上的铂黑修饰金电极通过细胞外电场耦合，将局部电位变化转换为可测电信号，经16通道放大器同步采集。谷氨酸作为兴奋性神经递质，随浓度升高增强神经元兴奋性，使信号振幅和发放频率增加，100 μM–1 mM区间近似线性，>1 mM作用减弱；系统通过尖峰检测与互相关分析读出不同部位的发放模式及同步性。
检测灵敏度
线性范围: 100 μM–1 mM（原文称浓度–效应关系近似线性）
效应效果
该传感器实现16通道同步实时记录，自发信号最大振幅200 μV，持续时间15–300 ms，不同通道发放率不同并偶见爆发式发放。谷氨酸（Glu）在100 μM以下作用较弱，100 μM–1 mM区间作用显著且浓度–效应近似线性，>1 mM作用减弱；Glu可增大振幅和发放频率，诱发尖峰爆发，并可激活原本无自发反应的通道，但对Ch10作用较弱。互相关分析显示，未加Glu时多数通道相关性弱，Ch09、Ch14、Ch15同步性较好；100 μM Glu使零时滞峰值明显，200 μM Glu使峰值略移且曲线更平滑，提示增强部分通道连接，而Ch04相关性小。相比光学成像和膜片钳，该切片基MEA传感器更便于多部位同步获取不同层次电位，适用于嗅球神经网络发放模式与突触连接分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃基底（glass substrate，5 in.直径、500 μm厚）上厚金层（Au，2000–5000 Å）形成电极与走线，铬/钛钨（Cr/TiW，100–500 Å）作粘附/导电层
- 电极修饰层：铂黑（platinum black, Pt black）电沉积于电极表面，降低噪声并提高信噪比
- 绝缘/封装层：聚酰亚胺或厚光刻胶（polyimide/thick resist）覆盖表面并开电极孔；环氧树脂（epoxy resin）封装焊接线，定制玻璃容器形成测试腔
- 识别/传感元件：急性嗅球水平切片（olfactory bulb slice, OB slice，300 μm厚），含嗅神经层（ONL）、球状层（GL）、外丛状层（EPL）、僧帽细胞层（MCL）和颗粒细胞层（GCL），作为保留神经网络的组织传感元件
- 样品介质：人工脑脊液（artificial cerebrospinal fluid, ACSF），含NaCl、NaHCO3、KCl、NaH2PO4·2H2O、MgSO4·7H2O、CaCl2和葡萄糖，pH 7.4，95% O2/5% CO2鼓泡，维持切片活性
- 刺激/分析物：谷氨酸（glutamic acid, Glu），终浓度10 μM、50 μM、100 μM、200 μM、500 μM、1 mM和5 mM，用于诱导嗅球神经元兴奋反应
- 读出系统：印刷电路板（PCB）点焊连接MEA，16通道同步放大器与数据采集系统（采样频率10 kHz），Matlab进行尖峰检测、光栅图和互相关分析
中文摘要
多部位同步记录是研究神经网络的重要工具。为探究嗅球（olfactory bulb, OB）神经网络的电生理特性，作者开发了一种基于嗅球切片的新型生物传感器，用于多部位同步测量。研究首先制备具有清晰分层结构的水平嗅球切片，将其作为传感元件，与微电极阵列（microelectrode array, MEA）结合，构建组织基生物传感器。该传感器可同时对嗅球切片多个位置的细胞外电位进行记录，并通过尖峰检测与互相关分析评估其电生理活动。结果显示，自发电位以及谷氨酸（glutamic acid, Glu）诱导的诱发电位在嗅球切片不同层次/部位表现出不同的电生理特征和发放模式。该嗅球切片基生物传感器能够实现多部位同步监测，有利于分析嗅球神经网络中的发放模式、突触连接关系，并为进一步研究嗅神经网络的嗅觉信息编码提供实验平台。
英文摘要
Multi-site recording is the important component for studies of the neural networks. In order to investigate the electrophysiological properties of the olfactory bulb neural networks, we developed a novel slice-based biosensor for synchronous measurement with multi-sites. In the present study, the horizontal olfactory bulb slices with legible layered structures were prepared as the sensing element to construct a tissue-based biosensor with the microelectrode array. This olfactory bulb slice-based biosensor was used to simultaneously record the extracellular potentials from multi-positions. Spike detection and cross-correlation analysis were applied to evaluate the electrophysiological activities. The spontaneous potentials as well as the induced responses by glutamic acid took on different electrophysiological characteristics and firing patterns at the different sites of the olfactory bulb slice. This slice-based biosensor can realize multi-site synchronous monitoring and is advantageous for searching after the firing patterns and synaptic connections in the olfactory bulb neural networks. It is also helpful for further probing into olfactory information encoding of the olfactory neural networks.