场效应细胞培养皿传感芯片的设计及其毒性测试

论文摘要

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,绘制了软件热力图,构建了芯片与软件的对应关系,采用最直观的方式进行信号的显示。3.完成了初代场效应细胞培养皿的组装,并根据芯片等器件的特殊性,设计了以50℃水温,先低频超声清洗5min,再用高频超声清洗10min,同时搭配干热灭菌和紫外灭菌的清洗工艺,并经过多次海马神经元细胞的成功培养,确定了该清洗灭菌流程能达到实际使用需求。4.证明了 30 nm至100 nm厚度的SiO2绝缘隔离层包被的培养皿在MTT法评价指标中均为1级,无生物毒性;随着SiO2绝缘隔离层厚度增加,海马神经元培养的成活率呈上升趋势。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1. 引言
• 2. 细胞膜电位检测综述
•   2.1 细胞膜电位
•     2.1.1 静息电位
•     2.1.2 动作电位
•   2.2 电压钳
•     2.2.1 电压钳技术
•     2.2.2 电压钳在离子通道研究中的应用
•   2.3 膜片钳
•     2.3.1 膜片钳技术
•     2.3.2 膜片钳的应用
•   2.4 微电极阵列细胞传感器
•     2.4.1 微电极传感器技术
•     2.4.2 微电极阵列的应用
•   2.5 场效应细胞传感器
•     2.5.1 场效应细胞传感器技术
•     2.5.2 场效应细胞传感器的应用
• 3. 场效应细胞培养皿传感芯片的设计
•   3.1 场效应细胞传感器设计
•     3.1.1 场效应细胞传感器工作原理
•     3.1.2 场效应细胞传感器结构
•     3.1.3 场效应管-细胞等效电路
•     3.1.4 场效应细胞传感器参数设计
•   3.2 场效应细胞传感芯片设计
•     3.2.1 多通道传感与阵列传感
•     3.2.2 芯片参数设计
•     3.2.3 传感芯片阵列编码
•   3.3 场效应细胞培养皿传感系统
•   3.4 传感器特性测试
•     3.4.1 漏源区和衬底的性能测试
•     3.4.2 转移特性测试
•     3.4.3 转移特性工作区间及其调节
•     3.4.4 传感阵列中器件的一致性测试
•   3.5 场效应细胞培养皿组装
•     3.5.1 芯片与电路板基座连接
•     3.5.2 芯片与皿壁的组装
•   3.6 讨论
• 4. 场效应细胞培养皿传感芯片的毒性测试
•   4.1 主要材料
•   4.2 主要试剂配制
•   4.3 实验设备
•   4.4 实验方案
•   4.5 清洗与灭菌
•   4.6 实验步骤
•   4.7 实验流程
•   4.8 MTT法与t检验评价法
•   4.9 实验结果
•   4.10 讨论
•     4.10.1 清洗灭菌工艺
•     4.10.2 芯片毒性测试方法
•     4.10.3 细胞毒性评价方法
•     4.10.4 后续研究方向
• 5. 结论
• 参考文献
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 傅齐锋

导师: 包家立

关键词: 场效应细胞培养皿,传感器阵列芯片设计,转移特性,毒性测试

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,无线电电子学,自动化技术

单位: 浙江大学

基金: 浙江省基础公益研究计划“细胞-场效应传感器的研制”(LGF18H180002)

分类号: Q813.11;TN402;TP212

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.001541

总页数: 76

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