用于电生理微电极阵列的低成本多模态测试平台

MEMS · 公众号 · · 2025-05-13 00:00

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根据开发者希望测试的特定电极设计，研究人员所述的微电极芯片布局和封装方案可能需要进行调整，但总体上应可作为一种通用的测试载体模板，适用于将各类待测微电极与测试平台连接。该模板最多可支持60个基于阵列的电生理微电极的测试。

该微电极阵列采用标准洁净室技术进行微加工。

图2 微加工制造的微电极阵列

电化学阻抗谱测试

对于电化学阻抗谱测试，系统配置为双终端设置（图3a）。该双终端系统的阻抗由其两终端之间的电压（复数形式）与流经系统的电流（复数形式）之比得出。由于参考电极是串联连接的，且明显大于工作电极，因此其阻抗贡献可忽略不计，而整体阻抗仅归因于测试中的工作电极。根据这一假设，被测系统的阻抗被视为工作电极的阻抗。

为验证测试平台的准确性与重复性，研究人员首先比较了测试平台与一款商用阻抗分析仪（MFIA，Zurich Instruments）在相同的测试负载下获得的阻抗谱。测量是在10–10⁴ Hz的典型电生理频率范围内进行的。

图3 电化学阻抗谱测试的系统配置及测试结果

每台仪器在同一负载下重复测量15次，并提取阻抗幅值谱（图3b）。与商用设备相比，尽管测试平台测得结果的标准差更高，但两者获得的阻抗幅值的平均值非常接近。

电生理记录测试

虽然电化学阻抗谱可用于测试与记录链路其余部分解耦的微电极，但不同的生物细胞培养物或组织可能对电极材料和几何结构表现出不同的响应。细胞和微电极之间的生物相容性和粘附亲和力会影响细胞-电极耦合性能。因此，该平台被设计用于进行第二项测试，即电生理记录，其中该平台被配置为记录来自不同细胞类型和铺板方案（plating protocols）的相关信号。该测试旨在验证能否从被测微电极获得电生理信号，并产生可识别的信号或可检测的尖峰幅值。