神经类器官模型及其神经信号检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种神经类器官模型及其神经信号检测装置和方法，其中，神经类器官模型包括：神经支架和第一神经电极，所述神经支架呈多面体晶格状多孔结构，用于神经元附着生长，所述神经支架的至少一个侧面具有孔洞；所述第一神经电极包括第一电极板和多个第一电极柱，多个第一电极柱在所述第一电极板上均匀分布，所述第一电极柱插入所述神经支架的一个侧面的孔洞，用于对生长在所述神经支架上的神经元进行电刺激与电信号采集；所述神经支架和所述第一神经电极均采用3D打印制作而成。本发明专利技术可以实现对神经细胞的电刺激及神经信号的实时采集，实现对神经元的三维电刺激探测，可以解决现有模型难以达到真实模拟脑内神经元生长环境效果的问题。生长环境效果的问题。生长环境效果的问题。

【技术实现步骤摘要】
神经类器官模型及其神经信号检测装置和方法


[0001]本专利技术涉及脑微器件领域，具体地，涉及一种神经类器官模型及其神经信号检测装置和方法。

技术介绍

[0002]仿生三维支架是在一定的机械和物理化学性质下培养神经元的工具，它提供了一种相互连接的多孔结构，可培养比传统的二维单层条件更复杂的组织。目前，通常使用仿生三维支架进行神经类器官模型的构造，例如，六角形支架和微腔辅助玻璃微球组装支架。六角形支架为具有木桩和六角形内部结构的多层生物材料支架，来源于人类胚胎干细胞的人类神经元能够均匀地穿透粘附在六角形支架上存活，并形成三维伸展的类器官结构。但是，如图1中的图(A)-图(F)所示，这种六角形支架层与层之间孔隙不足，分布不均匀，可能会阻碍神经元细胞的生长及营养物质的输送，影响最终的培养结果。图2是微腔辅助玻璃微球组装支架的结构示意图，如图2所示，微腔辅助玻璃微球组装支架中，微球设置于基板上，可以单层设置，也可以多层设置。每个微球的表面体积比相对较大，有利于神经元的粘附、极性以及突触的形成，神经突触通过一组排列整齐的微槽来进行引导，这些微槽支持各个三维神经网络之间有序的神经元连接，将多个三维子网络连接成一个相互连接的网络。这种结构的支架空隙均匀，但不够稳定，对于正常操作引起的震动抵抗力不足，且这种堆积方式形成的支架不利于神经元的攀附生长，无法形成复杂列状3D神经网络。
[0003]并且，现有的类器官培养方法是通过加入外源因子，诱导多能干细胞形成类脑组织，将细胞球放入一个充满培养基的培养皿中，培养基可用来模拟大脑发育所需的环境。利用这种类器官，观察到神经元之间的网络及连接中同步和非同步的活动，其中同步的神经活动是包括记忆在内的各种大脑功能的基础。但当前使用生物方法培养的类器官结构简单，且在类器官的培养过程中，需要在培养基中添加各种化学试剂，这可能会造成细胞基因突变，使类器官的生长发育异常，同时基质胶的应用也会影响药物的渗透，不利于药物的筛选。
[0004]此外，在进行神经信号检测时，通常使用神经电极。神经电极主要分为两种：无创电极和有创电极。无创电极是指将电极放在头皮上采集脑电信号，检测神经活动的电极。其采集的脑电信号经过皮层，脑膜，头骨等层层筛选得到，是信噪比最低，空间分辨率最低的皮层脑电信号。有创电极也称颅内电极，通常是通过手术将有创电极植入大脑皮层或神经组织附近，进行电信号采集。与无创电极相比，有创电极尺寸较小，距离神经组织更近，实施刺激的空间分辨率更高，记录到信号的信噪比更高。这两种电极各有优势，能应用在不同的情况下，但它们都属于平面电极，无法实现电信号的立体检测。

技术实现思路

[0005]鉴于以上问题，本专利技术的目的是提供一种神经类器官模型及其神经信号检测装置和方法，以解决现有对神经电信号无法立体检测，神经支架孔隙分布不均，稳定性差，以及
添加化学试剂对细胞产生不良影响等问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的第一个方面是提供一种神经类器官模型，包括：神经支架和第一神经电极，其中，所述神经支架呈多面体晶格状多孔结构，用于神经元附着生长，所述神经支架的至少一个侧面具有孔洞；所述第一神经电极包括第一电极板和多个第一电极柱，多个第一电极柱在所述第一电极板上均匀分布，所述第一电极柱插入所述神经支架的一个侧面的孔洞，用于对生长在所述神经支架上的神经元进行电刺激与电信号采集；所述神经支架和所述第一神经电极均采用3D打印制作而成。
[0007]优选地，还包括第二神经电极，所述第二神经电极包括第二电极板和多个第二电极柱，多个第二电极柱在所述第二电极板上均匀分布，所述第二电极柱插入所述神经支架的另一个侧面的孔洞，与所述第一电极柱在神经支架内交错布置。
[0008]优选地，所述第一电极柱和所述第二电极柱均呈圆锥状。
[0009]优选地，第一电极板与第二电极板互相垂直。
[0010]优选地，多个第一电极柱呈阵列分布。
[0011]优选地，所述神经支架采用立体光固化成型技术打印制作，所述第一神经电极采用粉床融合技术打印制作。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术的第二个方面是提供一种神经信号检测装置，用于对上述神经类器官模型上生长的神经元进行神经信号检测，所述神经信号检测装置包括：
[0013]第一控制装置，用于控制第一神经电极的第一电极板移动，从而控制第一电极柱在神经支架中的位置；
[0014]检测电路装置，与所述第一神经电极连接，用于传输第一神经电极采集的神经电信号；
[0015]信号处理装置，与所述检测电路装置连接，用于接收检测电路装置传输的神经电信号，并对接收的神经电信号进行处理。
[0016]优选地，所述神经信号检测装置还包括：第二控制装置，用于控制第二神经电极的第二电极板移动，从而控制第二电极柱在神经支架中的位置；所述检测电路装置还与第二神经电极连接，传输第二神经电极采集的神经电信号。
[0017]为了实现上述目的，本专利技术的第三个方面是提供一种利用上述神经信号检测装置进行的神经信号检测方法，包括：
[0018]步骤S1，通过第一控制装置控制第一电极板以第一设定速度移动，使得第一电极柱以第一设定速度进入神经支架内部；
[0019]步骤S2，通过第一神经电极采集神经支架上生长的神经元的神经电信号；
[0020]步骤S3，通过检测电路装置将第一神经电极采集的神经电信号传输至信号处理装置；
[0021]步骤S4，通过信号处理装置接收检测电路装置传输的神经电信号，并对接收的神经电信号进行处理；
[0022]步骤S5，重复上述步骤S1～步骤S4，直至第一电极板与神经支架的表面接触，完成神经电信号的检测。
[0023]优选地，所述步骤S1还包括：通过第二控制装置控制第二电极板以第二设定速度移动，使得第二电极柱以第二设定速度进入神经支架内部。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0025]本专利技术将神经电极与三维神经支架结合，神经元可附着于神经支架生长，而神经电极则可以实现对神经细胞的电刺激及神经信号的实时采集，可以解决现有模型难以达到真实模拟脑内神经元生长环境效果的问题，同时也解决了现有微电极平面分布难以实现三维空间的电信号刺激与采集的问题，实现了对神经元的三维电刺激探测，为未来神经类药物筛选及脑疾病的治疗提供帮助。
[0026]并且，本专利技术利用神经电极的控制装置来实现对采集位点的三维空间定位，从而达到三维空间化神经信号检测与刺激的目的。
附图说明
[0027]图1是六角形支架的结构示意图；
[0028]图2是微腔辅助玻璃微球组装支架的结构示意图；
[0029]图3是本专利技术所述神经类器官模型中神经支架的结构示意图；
[0030]图4是本专利技术所述神经类器官模型中第一神经电极的结构示意图；
[0031]图5是本专利技术中第一神经电极与第二神经电极的布置示意图；
[0032]图6是本专利技术所述神经信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种神经类器官模型，其特征在于，包括：神经支架和第一神经电极，其中，所述神经支架呈多面体晶格状多孔结构，用于神经元附着生长，所述神经支架的至少一个侧面具有孔洞；所述第一神经电极包括第一电极板和多个第一电极柱，多个第一电极柱在所述第一电极板上均匀分布，所述第一电极柱插入所述神经支架的一个侧面的孔洞，用于对生长在所述神经支架上的神经元进行电刺激与电信号采集；所述神经支架和所述第一神经电极均采用3D打印制作而成。2.根据权利要求1所述的神经类器官模型，其特征在于，还包括第二神经电极，所述第二神经电极包括第二电极板和多个第二电极柱，多个第二电极柱在所述第二电极板上均匀分布，所述第二电极柱插入所述神经支架的另一个侧面的孔洞，与所述第一电极柱在神经支架内交错布置。3.根据权利要求2所述的神经类器官模型，其特征在于，所述第一电极柱和所述第二电极柱均呈圆锥状。4.根据权利要求2所述的神经类器官模型，其特征在于，第一电极板与第二电极板互相垂直。5.根据权利要求1所述的神经类器官模型，其特征在于，多个第一电极柱呈阵列分布。6.根据权利要求1所述的神经类器官模型，其特征在于，所述神经支架采用立体光固化成型技术打印制作，所述第一神经电极采用粉床融合技术打印制作。7.一种神经信号检测装置，其特征在于，用于对权利要求1-6任一所述的神经类器官模型上生长的神经元进行神经信号检测，所述神经信号检测装置包括：第一控制装置，用于控...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱语然，陈涛，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：