生物信号的微电极检测及医学传感应用

MEMS · 公众号 · · 2025-05-11 00:00

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融合生物和电路双特征模式的生物电化学研究有望改变生物物理、生化分析、生物信息融合、生物医学工程等基础与应用领域的研究面貌，生物电分析技术的突破是实现这一愿景的关键。然而，生物信号转导与电子信号传递使用两种截然不同的“语言”系统，如何在“生物-器件”微纳传感界面上耦合生物语言和电子信号语言，是实现“生物-电子”信号交互的基础。微电极凭借其小尺寸、高灵敏度、高空间分辨率等特点，广泛应用于细胞、组织、器官甚至全动物水平的电生理信号与电化学信号的采集。电生理信号的微电极可用于脑电/心电监测、神经/心脏疾病诊断等领域，其检测原理是：首先利用微电极检测出生物电的电位变化，再经由生物电放大器进行低噪声放大，最终实现高时空分辨率的生物电活动监测。电化学信号的微电极可用于神经递质分析、细胞代谢分析、疾病标志物监测等领域，其检测原理是：目标分析物首先与固定化的生物敏感膜发生特异性结合，进而引发可测的电化学反应，通过微电极高效的电荷传输能力与表面修饰特性，将反应产生的电子流转化为与目标分析物浓度成正比的电信号，再经由信号处理电路放大输出，最终实现对生物分子的快速、灵敏检测。本课程内容以生命体系中的电活性分子、电子传递链、电活性细胞等作为研究对象，解析生命体系的质荷传输及其反应机理，探究跨“生物-器件”微纳界面的质荷传输机制和特性，从而构建生物电子器件与微纳功能界面，进行生物活体的信号获取和功能调控研究，为面向生命健康的生物电子元件、生物传感器和医学诊疗技术开发提供跨学科理论基础与技术创新。