基于微纳结构阵列的神经细胞电耦合特性研究

论文摘要

神经细胞与微纳结构阵列间的电耦合特性对于生命科学的研究和新的生物分子电子器件的开发都起着至关重要的作用。神经细胞具有电化学活性、纳米级尺寸和结构稳定等特性,这些独特的内在特性使其成为新一代分子电子材料研究的优秀代表性模型。有关于神经细胞在微纳结构阵列上生长行为的变化以及其间的电耦合特性的研究尤其具有吸引力。原子力显微镜（AFM）纳米操纵技术作为一种强有力的工具在生命科学的研究中备受欢迎。高分辨率成像以及电学特性测量使其在纳米医学、生物细胞学、分子生物学等领域得到重要应用。六十年代以来,细胞对微纳结构阵列基底的响应被证实并受到研究者的高度重视。研究发现,微纳结构阵列基底与细胞的粘附、形态铺展、排列取向、增殖及凋亡等众多生物学行为的调控密切相关。本文首先结合电子束光刻技术与金属薄膜剥离技术制备出不同尺寸的微纳结构阵列,然后利用基于AFM纳米操纵的细胞电特性检测系统对培养在结构上的神经细胞进行测量,结果表明通过对神经细胞生物学行为的调控可以间接地调节结构与细胞间的电耦合特性。通过改变偏置电压测量多组数据绘制I-V曲线,估算出神经细胞的介电强度。最后基于电子传递理论建立本界面的电子传递模型。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 选题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 细胞电学特性研究现状

1.2.2 微阵列生物传感器研究现状

1.3 课题来源及研究内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 主要研究内容

第2章基于AFM纳米操纵的细胞电特性检测系统

2.1 AFM纳米操纵系统设计

2.1.1 AFM理论

2.1.2 AFM工作原理

2.1.3 AFM纳米操纵系统组成

2.2 细胞电特性检测系统

2.2.1 系统硬件组成

2.2.2 工作模式

2.2.3 参数设定

2.3 本章小结

第3章基于微纳结构阵列的神经细胞生长的调控

3.1 微纳结构阵列制备

3.1.1 电子束曝光工艺

3.1.2 金属薄膜剥离工艺

3.2 微纳结构阵列表征

3.3 微纳结构阵列生物相容性

3.3.1 细胞的复苏和培养

3.3.2 神经细胞生长结果

3.4 本章小结

第4章神经细胞电耦合特性的研究

4.1 神经细胞的电特性表现形式

4.1.1 电生理特性

4.1.2 阻抗特性

4.2 神经细胞的电耦合特性检测

4.2.1 基于光滑基底表面的神经细胞的电耦合特性

4.2.2 基于微纳结构阵列的神经细胞电耦合特性

4.2.3 电流电压（I-V）关系

4.3 电子传递模型及理论研究

4.3.1 MIM结构的电子传递的理论基础

4.3.2 基于MIM结构的神经细胞电子传递的数学模型

4.4 本章小结

第5章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨雪莹

导师: 宋正勋,王作斌

关键词: 纳米操纵系统,微纳结构阵列,神经细胞,电耦合特性

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 长春理工大学

基金: 欧盟地平线计划 EU H2020-中国国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项“MNR4SCell No.734174 项目”和欧盟第七研究框架计划 EU FP7“BioRA No.612641项目”

分类号: Q2-33

总页数: 54

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