一种用于高通量药物筛选的斑马鱼在体电生理监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于高通量药物筛选的斑马鱼在体电生理监测系统，该系统主要基于一种集成芯片，该集成芯片由微流控芯片基板和微侵入式电极底板构成，通过微流控芯片的固定作用和微侵入式电极中的微针电极，能够准确的测定出斑马鱼幼鱼的脑电信号，克服了传统方法中可能带来的斑马鱼损伤或信号不准确等问题。而且，本发明专利技术开创性的使用了图案化阵列式微针的选择性制作方法来实现微米级别的微针设计，实现了微针阵列的广泛化应用。现了微针阵列的广泛化应用。

An in vivo electrophysiological monitoring system for zebrafish for high-throughput drug screening

【技术实现步骤摘要】
一种用于高通量药物筛选的斑马鱼在体电生理监测系统


[0001]本专利技术属于医疗器械
，尤其涉及一种用于高通量药物筛选的斑马鱼在体电生理监测系统。

技术介绍

[0002]斑马鱼(Danio rerio)是一种硬骨鱼，原产于南亚。其是一种典型的亚热带淡水观赏鱼类，体表分布有蓝色银色相间的条纹，类似斑马身上的条纹，故被称为斑马鱼。斑马鱼体型纤细，性情温和，容易饲养，对水质要求不高且生长周期较短，3个月左右达到性成熟。繁殖周期通常在一周左右，一次产卵量可达几百枚。卵子体外受精，体外发育，其胚体透明，胚胎发育同步且速度快，可以在不损伤胚胎的前提下清晰地观察斑马鱼胚胎各器官的生长发育情况。斑马鱼幼鱼具有体积小，发育迅速，透明等特点，目前已成为一种非常优秀的模式动物，常用于神经科学，生物化学以及新药研发等研究。近些年来的研究表明，对斑马鱼模型进行电生理参数的采集，不仅有助于对动物神经环路、组织修复以及行为驱动等生物学方面的机制探究，而且从工程技术等交叉学科的角度出发，其在药物筛选实验中副作用检测，药效评价等方面均有重要的应用。
[0003]相关技术中，市面上的电生理系统绝大部分都是针对老鼠，兔子以及猴子，甚至人类的较大型动物所设计的。而在售的适用于斑马鱼幼鱼这种体积非常微小(长度几个毫米，宽度不到1毫米)的动物的电生理系统未有相关报道。虽然不断有团队尝试攻关这一难题，但所报道的技术均有不少缺陷。2016年加州大学SoonGweon团队的集成斑马鱼分析平台IZAP是将多个表面电极与斑马鱼头部密切接触，从而实现电信号记录。2018年有研究团队通过毛细玻璃管和低温琼脂糖固定斑马鱼，应用侵入式单电极，检测芯片中幼鱼脑电信号随光刺激而产生的变化。这两个系统虽然均实现了斑马鱼的电生理记录，但是基于表面电极记录的IZAP系统，信号易受环境干扰、不稳定，且与侵入式电极相比不够精准。而对于利用侵入式电极的系统，其单一的毛细玻璃管电极对信号的捕获具有较高的局限性和片面性，且通量低，操作复杂，不利于大规模检测。
[0004]因此，如要对大量斑马鱼进行电生理测试，则亟需开发一个对斑马鱼脑电进行低成本、高通量、高效率以及自动化的记录的斑马鱼电生理系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种用于高通量药物筛选的斑马鱼在体电生理监测系统，该系统主要基于一种集成芯片，该集成芯片由微流控芯片基板和微侵入式电极底板构成，通过微流控芯片的固定作用和微侵入式电极中的微针电极，能够准确的测定出斑马鱼幼鱼的脑电信号，且不会对斑马鱼健康带来损害，具有低成本、高通量、高效率以及自动化的技术优势。
[0006]本专利技术的第一个方面，提供一种集成芯片。
[0007]根据本专利技术的第一个方面，在本专利技术的一些实施方式中，所述集成芯片包括微流
控芯片基板和微侵入式电极底板。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述微流控芯片基板上具有若干固定腔室，所述固定腔室用于斑马鱼的固定。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述固定腔室的数量可以根际实际使用需求进行改变，其数量的改变不影响其功能性的实现。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述固定腔室的数量为5个。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述微侵入式电极底板上具有若干连接有电极线路的微针。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述微针高度为90～110μm，微针直径≤100μm，微针间距为400～450μm。
[0013]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述微针高度为100μm，微针直径为100μm，微针间距为450μm。
[0014]根据本专利技术的第一个方面，在本专利技术的一些实施方式中，所述微流控芯片基板上还具有进液通道和出液通道，所述进液通道和出液通道相互平行，并通过分别垂直于进液通道和出液通道的固定腔室连接，所述固定腔室与相邻固定腔室之间的间距为4.5～5.5mm。
[0015]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述固定腔室与相邻固定腔室之间的间距为5mm。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述进液通道和出液通道的宽度均为900～1000μm，高度均为500～600μm。
[0017]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述进液通道和出液通道的宽度均为900μm，高度均为600μm。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述固定腔室中含有一锥形结构，宽度顺流体流动方向由900μm降低至150μm。
[0019]在本专利技术中，微流控芯片采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)材质。
[0020]当然，本领域技术人员可以根据实际使用需求，合理选择其他材料制备微流控芯片，包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、明胶。其材料的选择在于颜色透明，易于观察，且不影响试验操作以及各项检测。
[0021]本专利技术中的微流控芯片2D工程结构图如图1所示。在一些实施例中，进液通道和出液通道的尺寸一致，宽度均为900μm，高度均为600μm，进液通道与固定腔室的连接处均为圆角结构(半径为150μm的圆弧)，以避免斑马鱼损伤。固定腔室顺流体流动方向依次分为固定腔前段、中段和后端。固定腔前段连接进液通道，其尺寸与进液通道一致，宽度均为900μm，高度均为600μm，固定腔前段长度为4.2mm。固定腔中段为一锥形结构，宽度顺流体流动方向逐渐降低(由900μm降低至150μm)，高度为600μm。中段长度约为0.8～1.4mm。固定腔后段与出液通道连接，长度为2.59mm，高度为600μm，宽度为150μm。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，所述固定腔中段用于固定斑马鱼幼鱼头部，所述固定腔后段仅可以容斑马幼鱼尾部通过，用于限制斑马鱼幼鱼尾部活动。
[0023]根据本专利技术的第一个方面，在本专利技术的一些实施方式中，所述微侵入式电极底板中还具有工作电极和参比电极。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，所述工作电极的外延线宽90～100μm，外延电触点长7.5～8mm，宽5.5～6mm；
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，所述参比电极长4.5～5mm，宽10～12mm。
[0026]当然，本领域技术人员可以根据实际使用需求，合理调整工作电极与参比电极的参数，以满足实际检测时不同场景的使用需求。
[0027]本专利技术的第二个方面，提供本专利技术第一个方面所述集成芯片中的微侵入式电极底板的制备方法，包括如下步骤：
[0028](1)以单晶硅微针阵列为模板，使用柔性材料翻模，加入电绝缘性树脂材料倒模后再次用柔性材料浇筑，得到微针阵列底板；
[0029](2)按照本专利技术第一个方面中所述的电极尺寸制备电极掩膜板，将电极掩膜板中线路与步骤(1)中制得的微针阵列底板中的微针对齐后，溅射18～20nm厚度的铬与190～200nm厚度的金，即得。
[0030]根据本专利技术的第二个方面，在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成芯片，其特征在于，所述集成芯片包括微流控芯片基板和微侵入式电极底板；所述微流控芯片基板上具有若干固定腔室，用于斑马鱼的固定；所述微侵入式电极底板上具有若干连接有电极线路的微针；所述微针高度为90～110μm，微针直径≤100μm，微针间距为400～450μm。2.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述微流控芯片基板上还具有进液通道和出液通道，所述进液通道和出液通道相互平行，并通过分别垂直于进液通道和出液通道的固定腔室连接，所述固定腔室与相邻固定腔室之间的间距为4.5～5.5mm。3.根据权利要求2所述的集成芯片，其特征在于，所述进液通道和出液通道的宽度均为900～1000μm，高度均为500～600μm。4.根据权利要求2所述的集成芯片，其特征在于，所述固定腔室中含有一锥形结构，宽度顺流体流动方向由900～1000μm降低至120～150μm。5.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述微侵入式电极底板中还具有工作电极和参比电极，所述工作电极的外延线宽90～100μm，外延电触点长7.5～8mm，宽5.5～6mm；所述参...

【专利技术属性】
技术研发人员：林旭东，周雅静，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：