[发明专利]一种神经元定向生长和神经太赫兹信号激励集成芯片

说明书

本发明公开一种神经元定向生长和神经太赫兹信号激励集成芯片，包括传感芯片单元和微流控细胞培养单元，传感芯片单元包括二氧化硅基底和金膜层，金膜层上刻蚀有纳米孔周期阵列结构，纳米孔周期阵列结构由周期性阵列排布的多组双纳米孔构成，利用金膜层与微米级微流通道结合，形成控制神经元生长的区域，并利用特殊微流通道结构的微机械力，阻止或促进神经元在某些方向的生长。并利用外加太赫兹电磁信号和生物引导因子，进一步调控神经元生长速度。本发明实现了神经元轴突在传感芯片的微纳精度内的定向、定向生长、传感元件的纳米孔部位与待测神经元蛋白分子在纳米精度定位，并实现神经细胞培养太赫兹信号、声波信号和电信号激励、探测一体化。

技术领域

本发明涉及生物太赫兹探测技术领域，特别涉及一种神经元定向生长和神经太赫兹信号激励集成芯片。

背景技术

大脑由众多的神经细胞和胶质细胞构成，神经细胞之间通过轴突、树突形成突触(包括化学突触和电突触)，实现彼此的信息传递，众多的神经细胞构成了庞大的神经网络，因而突触上的信号探测对于脑内的信号处理至关重要。目前，针对人体大脑的研究多是基于脑电机理，其所测得电信号尽在kHz范围，不能满足当前人机交互等对高速高带宽信号的要求。理论证明，人脑神经细胞具有大量的太赫兹信息，但由于太赫兹电磁波的强水吸收特性，很难在细胞溶液实现探测。因此，需要在溶液环境实现神经细胞的太赫兹激励、增强，为神经太赫兹信号溶液环境探测提供条件。

虽然目前存在许多通过微流控芯片体外培养神经元构建突触的研究，以及神经元和胶质细胞共培养的实验，但都是神经细胞培养室与神经信号探测装置分离，不能实现细胞培养和信号探测一体化；且实验无法完成神经元轴突在微纳精度的定向生长，以及神经元轴突的髓鞘化，不能定点定位在溶液中激励神经太赫兹信号产生，无法实现溶液中探测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种神经元定向、定位生长和神经元太赫兹信号激励集成芯片，基于微流控设计神经元定向、定位培养芯片，同时利用等离激元金纳米孔阵列结构和微流控结构相集成的方式，实现对神经元特定部位的神经蛋白和神经递质分子等的太赫兹信号激励，并实现信号增强。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种神经元定向生长和神经太赫兹信号激励集成芯片，包括：传感芯片单元和微流控细胞培养单元，所述传感芯片单元包括二氧化硅基底和金膜层，金膜层形成在二氧化硅基底上，金膜层上刻蚀有纳米孔周期阵列结构，纳米孔周期阵列结构由周期性阵列排布的多组双纳米孔构成，每组双纳米孔包括两个相交的纳米孔，相邻两组双纳米孔之间隔设纳米级间隙；所述微流控细胞培养单元形成于金膜层上，所述微流控细胞培养单元由两个相互连通的细胞池、两个相互连通的存储池及引导神经元从细胞池到储存池方向的生长的微流通道组成，每组双纳米孔上方均对应有微流通道。

优选地，所述微流通道内由生物生长因子修饰，调控神经元生长速度。

优选地，所述微流通道沿轴向形成若干个带有锯齿形、三角形或心形的微纳型腔。

优选地，所述微流通道的宽度为10μm。

优选地，每个所述的纳米孔的直径为200nm。

优选地，所述金膜层厚度为100nm。

优选地，所述微流控细胞培养单元的制作材料可采用PDMS、SU8或Flexdym。

优选地，所述每组双纳米孔与相邻双纳米孔之间的中心间距为650nm。

优选地，所述双纳米孔相交形成距离为40nm的两尖端。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于：