场效应细胞培养皿传感芯片的设计及其毒性测试
发布时间：2021-02-23 03:34
场效应细胞传感器是一种新型的,能实时监测体外培养的细胞电生理信号的传感器。在各类细胞电生理信号检测的方法中,具有操作简单、高通量、对细胞干扰与刺激最小、信号采集时间持久的特点。微纳加工技术中涉及多种重金属和多种腐蚀性化学试剂,考虑其原材料和制作工艺所带来的潜在毒性,将该工艺生产的产品用于生物领域,必须经过毒性测试,确保其具有良好的生物安全性。本文从生物细胞的生理生化特性出发,结合场效应传感原理,进行高通量的场效应细胞传感芯片的设计;在毒性测试方面,本文选取大鼠海马神经元细胞,以康宁标准24孔板上培养的细胞作为对照,通过显微镜的定性观察和四唑盐比色法（MTT法）定量测试,评价由不同厚度SiO2包被传感芯片栅极的场效应细胞培养皿的毒性。本文的工作成果主要为以下4方面:1.设计了一种耗尽型P-沟道的场效应细胞传感器,供电电压为-3～1V,导通电流范围为30～60 μA,漏电流小于1 nA,沟道电阻为10～20 KΩ,单个有效传感面积为2.5 μm2,并具有较好的转移特性,能通过调节背栅电压调整有效工作区间。2.设计了 10×10的场效应细胞传感芯片,并完成了其实物制作。同时设计了二次地址编码...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?—个完整动作电位示意图??
时离子通透性和膜电位之间的依从关系。但是膜电位变化速度非常快，需要一个??高频响应的放大器，确保能快速连续准确的调整输入电流的大小。??下图２－２为电压钳技术原理图。其中放大器２为负反馈放大器，放大器２将放??大后的电压值同时输送给监视器和放大器１，放大器１中接收信号发生器输送的电??压值和放大器２输送的值，如果两者有差值，则其会向轴突输出相应方向和强度??的电子流，从而起到电压钳制的作用。电流的变化会在跨膜离子电流计上显现。??图中的监视器主要显示被固定的电压值。??＾??????Ｊｋ??（Ｖ）跨膜离子??＾?士?Ｙ电流计??图２－２电压钳技术原理图??２．２．２电压钳在离子通道研究中的应用??Ｈａｌｌｉｗｅｌｌ等人通过电压钳技术用单电极在２３－３０°Ｃ下对豚鼠海马片ＣＡ１区细胞??进行电压钳制，研究了－８０至－４０?ｍＶ的电压保持下，由超极化触发的内向电流特性。??５??
在合适的操作下可以只吸附一个或者有限个数的离子通道，形成电阻高达数千欧??的封接，从而研究这些离子通道的电信号特性，其测得的电流值最小可到ｐＡ级别。??图２－３为膜片钳的技术原理图，微电极、细胞、放大电路以及参考电极一起构??成一个回路。通过场效应管Ａ１的“虚短路”效应，使得其负端子电压总是跟随正??端子电压变化，且电压近乎相等，所以在Ａ１正端给予一个控制电压，便达到了电??压钳制的作用。Ａ２为单倍增益差动放大器，其输出端为两输入端的差值，该差值??即为细胞膜的膜电位。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]细胞-场效应管传感器及其应用[J]. 包家立,傅齐锋. 生物化学与生物物理进展. 2018(05)
[2]超声技术在半导体行业中应用探讨[J]. 宋伟峰,成龙,刘永进,关宏武. 电子工业专用设备. 2012(10)
[3]医疗器械灭菌方法、灭菌工艺验证及无菌检查[J]. 程玲,徐玉茵,高勇,周静,张娟丽. 价值工程. 2011(29)
[4]电磁场暴露海马神经元自由基和胞内Ca2+的变化[J]. 苏海峰,包家立,李鹏. 生物化学与生物物理进展. 2010(03)
[5]基于MEMS技术的微电极阵列细胞传感器[J]. 徐莹,余辉,张威,蔡华,刘清君,王平. 自然科学进展. 2007(09)
[6]阵列式CMOS细胞电信号传感芯片[J]. 朱婷,朱大中,施朝霞. 固体电子学研究与进展. 2005(04)
[7]台盼蓝染色与FDA/PI双染色对检测肝细胞活率的评价[J]. 张先杰,李铎,孙海晨,李非,孙家邦. 首都医科大学学报. 2000(03)
[8]细胞电生理与膜片钳技术[J]. 康华光. 中国医疗器械杂志. 2000(03)
[9]生物心瓣材料细胞毒性试验方法敏感性比较[J]. 程述森,石应康,梁卫东,李炜如,熊英. 华西医学. 1999(02)
本文编号：3046952
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?—个完整动作电位示意图??
时离子通透性和膜电位之间的依从关系。但是膜电位变化速度非常快，需要一个??高频响应的放大器，确保能快速连续准确的调整输入电流的大小。??下图２－２为电压钳技术原理图。其中放大器２为负反馈放大器，放大器２将放??大后的电压值同时输送给监视器和放大器１，放大器１中接收信号发生器输送的电??压值和放大器２输送的值，如果两者有差值，则其会向轴突输出相应方向和强度??的电子流，从而起到电压钳制的作用。电流的变化会在跨膜离子电流计上显现。??图中的监视器主要显示被固定的电压值。??＾??????Ｊｋ??（Ｖ）跨膜离子??＾?士?Ｙ电流计??图２－２电压钳技术原理图??２．２．２电压钳在离子通道研究中的应用??Ｈａｌｌｉｗｅｌｌ等人通过电压钳技术用单电极在２３－３０°Ｃ下对豚鼠海马片ＣＡ１区细胞??进行电压钳制，研究了－８０至－４０?ｍＶ的电压保持下，由超极化触发的内向电流特性。??５??
在合适的操作下可以只吸附一个或者有限个数的离子通道，形成电阻高达数千欧??的封接，从而研究这些离子通道的电信号特性，其测得的电流值最小可到ｐＡ级别。??图２－３为膜片钳的技术原理图，微电极、细胞、放大电路以及参考电极一起构??成一个回路。通过场效应管Ａ１的“虚短路”效应，使得其负端子电压总是跟随正??端子电压变化，且电压近乎相等，所以在Ａ１正端给予一个控制电压，便达到了电??压钳制的作用。Ａ２为单倍增益差动放大器，其输出端为两输入端的差值，该差值??即为细胞膜的膜电位。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]细胞-场效应管传感器及其应用[J]. 包家立,傅齐锋. 生物化学与生物物理进展. 2018(05)
[2]超声技术在半导体行业中应用探讨[J]. 宋伟峰,成龙,刘永进,关宏武. 电子工业专用设备. 2012(10)
[3]医疗器械灭菌方法、灭菌工艺验证及无菌检查[J]. 程玲,徐玉茵,高勇,周静,张娟丽. 价值工程. 2011(29)
[4]电磁场暴露海马神经元自由基和胞内Ca2+的变化[J]. 苏海峰,包家立,李鹏. 生物化学与生物物理进展. 2010(03)
[5]基于MEMS技术的微电极阵列细胞传感器[J]. 徐莹,余辉,张威,蔡华,刘清君,王平. 自然科学进展. 2007(09)
[6]阵列式CMOS细胞电信号传感芯片[J]. 朱婷,朱大中,施朝霞. 固体电子学研究与进展. 2005(04)
[7]台盼蓝染色与FDA/PI双染色对检测肝细胞活率的评价[J]. 张先杰,李铎,孙海晨,李非,孙家邦. 首都医科大学学报. 2000(03)
[8]细胞电生理与膜片钳技术[J]. 康华光. 中国医疗器械杂志. 2000(03)
[9]生物心瓣材料细胞毒性试验方法敏感性比较[J]. 程述森,石应康,梁卫东,李炜如,熊英. 华西医学. 1999(02)
本文编号：3046952
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