组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
培养大鼠皮层神经元网络（rat cortical neuronal networks）的自发与药物诱导电生理活动；药物分析物包括NMDA（N-methyl-d-aspartate）和APV（d-2-amino-5-phosphonovaleric acid）；样品基质为体外神经元培养液（Neurobasal + B27）。
检测原理
APSMEA利用两组电极实现细胞定位与传感。DEP电极施加5 MHz、2 V反相交流场，在记录电极周围形成弱场区，负介电电泳力将培养皮层神经元无损推至记录电极上；神经元贴附后突起生长并形成突触连接。药物（如NMDA或APV）与神经元受体结合后改变膜兴奋性和突触传递，引起胞外动作电位或爆发频率变化。记录微电极与轴突起始段耦合，将膜电位变化转换为电信号；铂化电极降低界面阻抗和噪声，多通道放大器以5000×放大、250–7500 Hz带通滤波并同步采样，尖峰排序算法提取单神经元活动。激动剂使活动升高，拮抗剂使活动降低。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
APSMEA在30 min内将神经元定位到记录电极：1×10^5 cells/ml时5 min覆盖44.4±12.7%，30 min达76.4±9.8%；2×10^5和5×10^5 cells/ml时30 min分别达88.2±3.2%和99.5±1.0%。14 DIV记录显示，DEP定位组93.8±7.4%电极有活动，显著高于对照60.9±14.2%（P<0.01）；最大峰峰值166.7±78.5 μV，高于对照116.3±68.0 μV（P<0.001）。5 μM NMDA使活动升至对照约3倍，5 μM APV降至7.8±7.5%，1.5 μM TTX可抑制信号。装置支持2周培养，可用于神经药理学评价和细胞基生物传感。
传感器的构成
- 基底与绝缘层：硅片（Si）热氧化SiO2（3000 Å）并LPCVD沉积Si3N4（1500 Å），提供机械支撑与绝缘。
- 记录微电极：溅射Au/Ti导电层（Au 2000 Å、Ti 200 Å）经lift-off形成48个20 μm²记录电极（7×7，间距225 μm），铂化后降低噪声并提高信噪比。
- 钝化层：PECVD沉积SiO2/Si3N4/SiO2（4000/5000/1000 Å）三层钝化，保护记录电极并形成DEP电极结构基础。
- DEP电极阵列：49组Au/Ti DEP电极围绕记录电极，按等势边界曲线xy=±6400设计，施加5 MHz、2 V反相正弦信号产生负DEP力定位神经元。
- 细胞粘附层：芯片涂覆聚-L-赖氨酸（poly-l-lysine, 50 μg/ml）和层粘连蛋白（laminin, 10 μg/ml），支持神经元贴附与生长。
- 识别/信号源：培养大鼠皮层神经元（rat cortical neurons）作为细胞基识别元件，其动作电位和网络活动构成传感信号。
- 培养腔与封装：PCB（60 mm×60 mm）线键合，聚苯乙烯环（Ø9 mm）和塑料培养皿（Ø35 mm，孔Ø11 mm）以Sylgard 184封接，形成细胞培养腔。
- 信号读出：商用多通道放大器/滤波（Cyberkinetics）以5000×放大、250–7500 Hz带通、30 kHz/通道、25通道同步采样，并用尖峰排序算法分析。
中文摘要
本文报道了一种自动定位与传感微电极阵列（APSMEA），用于多部位电生理记录。该芯片集成48个记录微电极和49组介电电泳（DEP）电极，利用负介电电泳力将所需数量的培养大鼠皮层神经元自动、无损地定位到记录电极上。神经元贴附后，其突起自由生长并形成功能性突触连接，使阵列能够记录神经元群体的电生理活动。在药物干预实验中，APSMEA可同步监测NMDA和APV处理前后神经元网络活动变化，验证了其在培养神经元生物评价中的应用。该装置有望促进体外神经元网络研究，并为微芯片上兼具细胞操控与细胞基生物传感功能的模块化器件提供可能。
英文摘要
Technological improvement of measurements for the electrical recordings from individual neurons within network is essential in neuroscience today. Here, we present a novel automatic positioning and sensing microelectrode array (APSMEA), which simultaneously positioned desired number of neurons onto 48 recording microelectrodes automatically and scathelessly by use of negative dielectrophoretic (DEP) forces, and facilitated the measurement of the electrophysiological activities of neuronal populations after functional synaptic connections formed between neurons. The results of multi-site electrophysiological recordings during drug administration also demonstrated the application of APSMEA in bioassay with cultured rat cortical neurons. Therefore, this device should benefit the investigation of neuronal networks in vitro with more comprehensive electrophysiological experiments, and also promise the possibility of a modular device for both cell manipulation and cell-based biosensor on microchip.