ETH的研究人员已经开发出新一代的微电极阵列芯片，用于测量神经冲动，从而可以研究成千上万的神经细胞是如何相互作用的。
15年来，ETH教授Andreas Hierlemann和他的团队一直在开发微电极阵列芯片，该芯片可用于精确激发细胞培养中的神经细胞并测量细胞活动。这些发展使得在细胞培养皿中培养神经细胞成为可能，并使用位于培养皿底部的芯片来详细检查连接的神经组织中的每个细胞。
进行这种测量的其他方法有一些明显的局限性。它们要么非常耗时——因为必须单独建立与每个细胞的接触——要么需要使用荧光染料，而荧光染料会影响细胞的行为，从而影响实验结果。
现在，来自巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的Hierlemann小组的研究人员，与来自ETH衍生公司MaxWell Biosystems的Urs Frey和他的同事一起，开发了新一代微电极阵列芯片。与以前的系统相比，这些芯片可以详细记录更多的电极，从而开辟了新的应用领域。
Stro需要信号
与前几代芯片一样，新芯片在2 × 4毫米的面积上有大约2万个微电极。为了确保这些电极接收到相对较弱的神经冲动，信号需要被放大。科学家们想要检测的弱信号包括来自人类多能干细胞(iPS细胞)的神经细胞的信号。这些目前被用于许多细胞培养疾病模型。显著放大信号的另一个原因是，如果研究人员想要跟踪轴突(神经细胞的精细、非常薄的纤维延伸)中的神经冲动。
然而，高性能放大电子设备占用空间，这就是为什么以前的芯片能够同时放大和读出来自20,000个电极中的1,000个的信号。虽然1000个电极可以任意选择，但它们必须在每次测量之前确定。这意味着在测量过程中，仅对一小部分芯片区域进行详细记录是可能的。
减少背景噪音
在新芯片中，放大器更小，可以同时放大和测量所有20,000个电极的信号。然而，较小的放大器具有较高的噪声水平。因此，为了确保它们捕捉到最弱的神经冲动，研究人员在新芯片中加入了一些更大、更强大的放大器，并采用了一个巧妙的技巧:他们使用这些强大的放大器来识别细胞培养皿中神经冲动发生的时间点。
在这些时间点，他们可以搜索其他电极上的信号，并通过取几个连续信号的平均值，他们可以减少背景噪声。这个过程产生整个被测量区域信号活动的清晰图像。
在研究人员发表在《自然通讯》杂志上的第一次实验中，他们在人类ips衍生的神经元细胞以及大脑切片、视网膜碎片、心脏细胞和神经元球体上展示了他们的方法。
在药物开发中的应用
有了这种新芯片，科学家们不仅可以产生细胞的电子图像，还可以产生轴突延伸的电子图像，他们还可以确定神经冲动传递到轴突最远端的速度。
这种全面的测量方法适用于测试药物的效果，这意味着科学家现在可以用人类细胞培养来进行研究和实验，而不是依赖于实验动物。因此，这项技术也有助于减少动物实验的数量。
ETH衍生的麦克斯韦生物系统公司已经在销售现有的微电极技术，该技术目前已被全球100多个大学和工业研究小组使用。目前，该公司正在研究这种新芯片的潜在商业化。
