基于微电极的细胞电信号采集与处理

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1、学号：S13040408硕士学位论文基于微电极的细胞电信号采集与处理研究生姓名：赵立学科、专业：电子科学与技术二○一六年三月分类号：TP241密级：可公开UDC：621.38编号：_________基于微电极的细胞电信号采集与处理CellularSignalAcquisitionandProcessingBasedonMicroelectrodes学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：电子科学与技术（0809）_研究方向：光电传感与光电探测技术申请学位级别：___工学硕士__指导教师：宋正勋教授研究生：___赵立____论文起止时间：2014.0

2、9-2015.11___摘要20世纪以来，研究范围涉足到分子水平，细胞培养技术和半导体微细加工技术得到了相应的发展，这也促进了科学家们对细胞的各种生理特性，特别是电生理特性的研究。目前，以活体细胞为敏感元件的细胞传感器俨然成为一大研究热点。本文以微电子技术、细胞培养技术、信号检测技术为基础，设计了一种可用于心肌细胞电信号采集的多通道微弱信号检测系统。详细分析、研究了目前使用的细胞电生理特性检测方法，通过分析比较，确定使用微电极阵列进行心肌细胞动作电位信号的提取。完成了以下工作：1.针对课题需要设计了尺寸在微米级别的电极阵列，对电极圆盘进行电镀金处理，以降低电极阻抗，同时针对

3、电极表面疏水性质，采用在氧气条件下对微电极阵列芯片表面进行等离子体处理，从而改善电极特性，促进细胞在电极表面良好生长。2.针对心肌细胞动作电位的幅频特性，设计了微弱电信号检测和采集系统。通过多通道前置放大滤波电路对采集的微弱信号进行初级放大，并滤除基线漂移和高频噪声。由基于LabVIEW的上位机采集程序进行数据采集，并完成对信号的显示与存储。3.经Matlab的信号降噪程序处理，提高了信噪比，完成了信号特征提取工作，在一定程度上反应了细胞的状态。关键词：微电极阵列，心肌细胞，信号检测，信号处理IABSTRACTSincethe20thcentury,forstudieson

4、themolecularlevel,cellculturetechnologyandsemiconductormicrofabricationtechnologyweredevelopedpersistently;scientistsstudiedvariousphysiologicalcharacteristicsofcells,especiallytheelectrophysiologicalproperties.Nowadays,biosensorsthatuselivingcellsassensitivecomponentshavebecomeahottopic.I

5、nthisthesis,aweaksignaldetectionsystemwasdesignedbasedonmicroelectronictechnology,cellculturetechnologyandsignaldetectiontechnologytoacquiretheelectricsignalofcardiomyocytes.Detectionmethodsofelectrophysiologicalpropertiesofcellswereanalyzedindetail.Finally,wedecidetousemicroelectrodearray

6、(MEA)torecordtheactionpotential.Thefinishedworkareasfollowing:1.Micronelectrodearraysweredesignedbasedontheproject.Electrodeswereplatedbygoldtoreduceelectrodeimpedance,whilethehydrophobicofelectrodesurfaceswasimprovedbyusingO2plasmatreatmenttoimprovetheelectrodeperformanceandpromotecellgro

7、wth.2.Asignalacquisitionsystemwasdesignedbasedontheamplitude-frequencycharacteristicofmyocardialactionpotentials.Inordertofilteroutthebaselinewanderandhighfrequencynoises,signalswereprocessedthroughthemulti-channelpreamplifierfiltercircuit.Signalswereacquiredb