基于聚酰亚胺基底的细胞电融合芯片的研制

基于柔性印刷电路板(flexible printed circuits board, FPCB)技术,通过在聚酰亚胺基底薄膜表面层压的铜箔上刻蚀微电极阵列结构制备了一种细胞电融合芯片.在低电压(≤40 V)条件下实现了细胞电融合,融合效率达37%,远高于聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)法及传统细胞电融合方法.与传统细胞电融合系统相比,此芯片可在低电压条件下工作,具有结构简单、成本低廉、实验过程可观察、融合通量高等优点.另外,聚酰亚胺薄膜基底良好的柔软度可保证此芯片与其它分析模块(如细胞筛选分离模块)的有效集成,具备构造微全分析系统(micro total analytical system, μ-TAS)的巨大潜力.     

FPGA多通道视皮层刺激器

设计了一款用于视皮层视觉修复的基于FPGA的多通道视皮层刺激器。该刺激器由FPGA和外围电压/电流转换电路两部分组成。FPGA内部包括刺激脉冲发生器和多个多路选择器:刺激脉冲发生器产生各种形式的脉冲序列信号;多路选择器作为控制端实现对信号的选择,每一通道对应一个多路选择器,增加多路选择器即可实现通道的增加。FPGA输出的电压信号通过外围电压/电流转换电路,转换为电流信号后传入电极阵列。采用Altera公司Cyclone系列EP1C6型FPGA制作了四通道实验样机进行动物实验。采用猫作为实验对象,在猫的视皮层硬脑膜外左右两侧植入微电极,左侧接入刺激信号,右侧记录脑电,实验结果显示,视皮层能够响应来自对硬脑膜的电刺激,验证了所设计的刺激器是可行的。     

标准CMOS工艺的外层型人工视网膜芯片设计

针对外层型视网膜修复技术中芯片像素密度难以提高的问题,设计了一种具有更小尺寸及更高像素密度的视网膜芯片。芯片采用CHRT公司0.35μm标准CMOS工艺,选用双向驰张振荡器电路作为基本像元电路,在Cadence软件平台上进行了电路的调试及版图制作和后仿真。实验结果表明,像元电路能够随光电流大小变化输出幅值及频率可调的脉冲信号对视网膜神经细胞进行有效刺激,版图制作后仿真得到像元电路脉冲宽度为0.26 ms,频率为18~503 Hz,版图大小为65μm×65μm,初步设计的芯片大小为1.1 mm×1.1 mm。芯片各项参数均能满足生理学上对视网膜神经细胞进行有效刺激的要求,实验结果为芯片后续研究提供了良好的基础。     

高效细胞电融合芯片中的电场分析

细胞电融合芯片内的电场分布对细胞的控制及细胞融合效率有非常重要的意义,它是该类芯片设计的主要因素。电场分布主要由芯片内微通道和微电极的结构决定。在一个新研制的融合芯片中,采用大量微电极构成的阵列来提高融合效率。由于电极数量很多,微通道和微电极的结构和形状复杂,理论计算芯片内部电场分布具有较大难度。利用ANSYS有限元分析软件,对细胞电融合芯片中的电场分布进行模拟分析,得到其强度分布及变化梯度。通过不同设计的对比分析,提出了更加适合于细胞电融合的电极阵列结构模型——矩形梳状交叉微电极阵列,为高效细胞电融合芯片的实现奠定了基础。在矩形梳状交叉微电极阵列原型芯片的实验研究中,细胞融合(植物原生质体融合)效率约为40%,超过了传统的化学融合(小于1%)、电融合(小于10%),以及最初所采用的矩形对称梳状电极(小于20%)。表明在该融合芯片上可以实现高效的细胞电融合。