细胞外记录电极制造技术

多电极包含位于衬底上的多个微电极和用于给微电极提供电信号或从微电极引出电信号的布线部分。每个微电极具有其表面上的多孔导电材料，微电极的阻抗为５０ｋΩ或更低。最好，多孔导电材料是金，并且通过在１．０－５．０Ａ／ｄｍ＃＋［２］的电流密度下导通电流１０－３６０秒来形成。此多电极可以包含以矩阵的形式位于衬底上的微电极、与微电极连接的引线和与引线的端部连接的电节点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于细胞外记录的多电极，其在电生理学领域中是非常有用的，并用来测试与神经细胞的活性有关的电位的变化。
技术介绍
近来，已经努力进行了神经细胞对电子设备的可应用性研究，以及医学上的研究。在活动状态下的神经细胞中产生一个活动电位。神经细胞的离子渗透性的变化导致细胞内外离子浓度的变化，这就是活动电位产生的原因。因此，如果测量神经细胞周围与离子浓度变化有关的电位变化，可以监测神经细胞的活性。通常通过借助于显微操作设备等在细胞周围放置用于测量细胞外电位的玻璃或金属(例如铂)电极，来进行上述利用细胞活性的电位测量。也可以将类似的电极插入细胞以便测量细胞的电活性。这些传统的技术具有下列缺点需要电极准备方面的技能；电极具有高阻抗，因此信号易受外部噪声的影响；如果将电极插入细胞，会伤害细胞或组织。因此，传统的电极不适于长期监视。为了避免这种问题，本专利技术人已经开发了多电极，所述多电极包含在绝缘衬底上提供的、由导电材料制成的多个微电极和可以在其上培养细胞或组织的引线图形(日本特开No.6-78889和日本特开No.6-296595)。利用此多电极，可以在不伤害细胞或组织的情况下长期监测神经细胞的活性。在上述多电极中，利用电解方法将多孔铂黑镀覆到接触细胞的电极的最上表面(日本特开No.6-78889)，或利用淀积方法将金镀覆到上述表面(日本特开No.6-296595)。在铂黑镀覆的情况下，尽管易于将电极的阻抗调整到一个实用的水平，即大约50kΩ或更低，但电极的强度低，因此电极的可循环使用性低。在通过淀积形成金的情况下，强度提高了，但难以将阻抗减小到大约50kΩ或更低。本专利技术的公开本专利技术要解决上述问题。本专利技术的目的是提供一种细胞外记录电极，具有适于记录细胞电信号的阻抗频率特性，此细胞外记录电极具有低水平的阻抗、对外界噪声的抗干扰性、高强度并且易于循环使用电极。本专利技术人已经发现，在细胞外电极的制造中，用于在其最上表面上形成导电材料的电流密度被优化，从而得到粗糙的多孔导电材料表面，因此具有增大的表面积，并且对于细胞外记录电极来说，多孔导电材料具有更优的特性。本专利技术正是基于上述发现而实现的。本专利技术提供了一种用于测量细胞的电生理学特性的多电极。此电极包含衬底上提供的多个微电极和用于向微电极提供电信号或从微电极引出电信号的布线部分。微电极的表面上具有多孔导电材料，此导电材料选自金、氮化钛、氧化银和钨，并且每个微电极的阻抗为50kΩ或更低。最好，多孔导电材料是金，并且通过在1.0-5.0A/dm2的电流密度下导通电流10-360秒来提供。本专利技术还提供了用于测量细胞的电生理学特性的多电极。此电极包含衬底上提供的多个微电极和用于给微电极提供电信号或从微电极引出电信号的布线部分。根据具有基本上与微电极相同的阻抗的等效电路的静电容量而计算出的微电极的表面积大于或等于微电极的突出面积的至少10倍而小于200倍，，并且每个微电极的阻抗为50kΩ或更低。这里所用的术语“微电极的突出面积”指的是提供导电材料之前，微电极的最上表面的整个面积。最好，利用气体吸收法测量出的微电极的表面积小于或等于微电极的突出面积的5×105倍。在此专利技术的一个实施例中，以矩阵的形式在衬底上排列微电极。布线部分包含与微电极连接的引线和与引线的端部连接的电节点，并且至少用绝缘层覆盖引线的表面。在本专利技术的一个实施例中，可以通过蚀刻例如RIE(反应离子蚀刻)和ICPRIE(感应耦合等离子RIE)来提供多孔导电材料。本专利技术还提供了一种包含上述多电极的一体化的细胞支座(installer)。此一体化的细胞支座具有用于在多电极的衬底上放置细胞或组织的细胞安置区。本专利技术还提供了一种细胞电位测量装置，包含上述一体化的细胞支座、一个与微电极连接并用于处理由细胞或组织的电生理学活性而引起的输出信号的输出信号处理器和一个用于有选择地向细胞或组织提供电激励的激励信号供应器。本专利技术还提供了细胞电位测量系统，包括上述细胞电位测量装置、用于光学监视细胞或组织的光学监视装置和/或用于控制细胞或组织的培养环境的细胞培养装置。附图的简要描述附图说明图1a是放大2500倍的显微照片，显示了在比较例中在1.0A/dm2的电流密度下通过电解形成在微电极表面上的金镀层，图中的比例尺为50μm。图1b是显微照片，显示了根据本专利技术在1.5A/dm2的电流密度下通过电解形成在微电极表面上的金镀层，图中的比例尺为50μm。图1c是显微照片，显示了根据本专利技术在2.0A/dm2的电流密度下通过电解形成在微电极表面上的金镀层，图中的比例尺为50μm。图2a显示了比较例中相对于恒定的电流激励，金镀覆微电极上的细胞的64个通道的电位变化响应的计算机屏幕打印输出图，所述金镀覆微电极是在1.0A/dm2的电流密度下通过电解得到的。一个激励信号被施加给通道29。图2b显示了在不存在细胞的情况下，图2a所示的金镀覆微电极的64个通道的噪声水平的计算机屏幕的打印输出图。图2c显示了根据本专利技术，相对于恒定的电流激励，在金镀覆微电极上的细胞的64个通道的电位变化响应的计算机屏幕的打印输出图，所述金镀覆微电极是在1.5A/dm2的电流密度下通过电解得到的。图2d显示了在不存在细胞的情况下，图2c所示的金镀覆微电极的64个通道的噪声水平的计算机屏幕的打印输出图。图2e显示了根据本专利技术，相对于恒定的电流激励，在金镀覆微电极上的细胞的64个通道的电位变化响应的计算机屏幕的打印输出图，所述金镀覆微电极是在2.0A/dm2的电流密度下通过电解得到的。图2f显示了在不存在细胞的情况下，图2e所示的金镀覆微电极的64个通道的噪声水平的计算机屏幕的打印输出图。图3显示了本专利技术的微电极的阻抗特性图。图4a显示了本专利技术的微电极的等效电路图。图4b显示了本专利技术的微电极的等效电路图。图5显示了本专利技术的微电极的等效电路的阻抗特性图。图6显示了本专利技术的微电极的等效电路的阻抗特性图。图7显示了比较例的微电极的阻抗特性图。图8显示了比较例的微电极的等效电路的阻抗特性图。图9显示了比较例的微电极的阻抗特性图。图10显示了比较例的微电极的等效电路的阻抗特性图。图11显示了在重复使用性方面，本专利技术的电解金镀覆微电极与传统产品相比较的寿命测试结果。实施本专利技术的最佳方式下面将更详细地描述本专利技术。(用于微电极的多孔导电材料的制备)根据本专利技术用于细胞外记录的多电极包含设置在绝缘衬底上的多个微电极。将细胞放置在微电极上以测量细胞的电活性。本专利技术的多电极尤其包含微电极最上表面上的多孔导电材料。此微电极的阻抗为50kΩ或更小。微电极的阻抗优选为35kΩ或更小，更优选为25kΩ或更小，10kΩ或更小最好。这里所用的阻抗定义为在1kHz的频率和50mV的端子间电压下测得的值。本专利技术的阻抗下限值没有特别的限定，但根据本专利技术的教导最好尽可能的低。可以确信的是这种低阻抗归因于在电极上提供的导电材料的多孔结构。这里所用的多孔性指的是导电材料表面粗糙的或具有微小的突起和凹陷的状态。当通过光学显微镜放大观察时，本专利技术的多孔导电材料表面呈现为大约0.01-25μm直径的小颗粒的密集粘结。当电极的最上表面具有这种多孔结构时，显著增加了表面积。结果，可以实现低水平的阻抗，否则在通过传统的淀积提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量细胞的电生理学特性的多电极，此电极包括：位于衬底上的多个微电极；用于给微电极提供电信号或从微电极引出电信号的布线部分，其特征在于，微电极具有在其表面上的多孔导电材料，此导电材料选自金、氮化钛、氧化银和钨，每个微电极的阻抗 为５０ｋΩ或更低。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冈弘章，行政哲男，小川龙太，杉原宏和，辻克之，吉元幸文，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]