在神經(jīng)科學(xué)研究中，微電極陣列（Microelectrode Arrays,MEAs）技術(shù)已成為探索神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)的強(qiáng)大工具。MEA技術(shù)能夠非侵入性地記錄多個(gè)神經(jīng)元的電活動(dòng)，為研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)提供了重要的實(shí)驗(yàn)手段。然而，MEA技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中面臨一些挑戰(zhàn)，尤其是在與三維（3D）神經(jīng)組織（如神經(jīng)類器官）的界面兼容性方面。由于MEA表面通常是平面的，而3D神經(jīng)組織的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何有效地將神經(jīng)元靠近電極以記錄微弱的細(xì)胞外信號(hào)成為了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。此外，MEA技術(shù)在提高信號(hào)記錄精度和穩(wěn)定性方面仍有待進(jìn)一步改進(jìn)。盡管已有研究通過(guò)改進(jìn)MEA表面處理來(lái)提升其性能，但對(duì)如何從介質(zhì)側(cè)改善組織~MEA相互作用的研究相對(duì)較少。因此，如何在不損傷組織的前提下，增強(qiáng)MEA與3D神經(jīng)組織的接觸面積和信號(hào)記錄質(zhì)量，成為了一個(gè)亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。本研究通過(guò)引入一種生物相容的氟化溶劑——全氟癸烷（Perfluorodecalin,PFD），探索了其在增強(qiáng)MEA電生理測(cè)量中的潛力。PFD具有高度疏水性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效地絕緣和壓縮神經(jīng)組織，從而顯著提高電生理記錄的信號(hào)質(zhì)量和穩(wěn)定性。這一創(chuàng)新方法不僅為MEA技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)研究中的應(yīng)用提供了新的思路，也為未來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能和連接性的體外研究開(kāi)辟了新的途徑，具有重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。

在神經(jīng)科學(xué)研究中，如何提高微電極陣列（MEA）與三維（3D）神經(jīng)組織的界面兼容性，以增強(qiáng)電生理信號(hào)的記錄質(zhì)量，是一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題。研究者們猜想，通過(guò)在神經(jīng)組織與MEA之間引入一種生物相容的絕緣介質(zhì)，可以有效地壓縮和絕緣神經(jīng)組織，從而提高M(jìn)EA的電生理測(cè)量性能。為此，研究者們采用了一種名為全氟癸烷（Perfluorodecalin,PFD）的氟化溶劑，探索其在增強(qiáng)MEA電生理測(cè)量中的潛力。PFD具有高度疏水性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效地絕緣和壓縮神經(jīng)組織。

研究思路是將PFD覆蓋在神經(jīng)組織上，通過(guò)其密度大于培養(yǎng)基的特性，使PFD自然下沉并壓縮神經(jīng)組織，從而增加神經(jīng)組織與MEA的接觸面積。實(shí)驗(yàn)中，研究者們首先在小鼠原代海馬神經(jīng)元上驗(yàn)證了PFD的效果，發(fā)現(xiàn)PFD能夠顯著增加活性電極的數(shù)量和電位幅度（圖1B-D）。具體而言，PFD條件下的活性電極數(shù)量顯著高于對(duì)照組，并且在PFD洗脫后，活性電極數(shù)量恢復(fù)到對(duì)照組水平，表明PFD的效果是可逆的（圖1D）。此外，PFD條件下的平均尖峰幅度也顯著高于對(duì)照組（圖1E-G），最大尖峰幅度平均增加了兩倍（圖1H-J），同時(shí)信噪比（SNR）顯著提高，達(dá)到56 dB（圖1L）。這些結(jié)果表明，PFD通過(guò)絕緣和壓縮神經(jīng)組織，顯著提高了MEA的電生理記錄性能。

在進(jìn)一步的研究中，研究者們將PFD應(yīng)用于3D神經(jīng)組織——腦類器官。結(jié)果顯示，PFD能夠顯著增加腦類器官的直徑（圖2D-E），并通過(guò)增加與MEA的接觸面積來(lái)提高電生理信號(hào)的記錄質(zhì)量（圖2H-I）。在PFD條件下，腦類器官的網(wǎng)絡(luò)爆發(fā)活動(dòng)得到了顯著增強(qiáng)，活性電極數(shù)量、平均和最大尖峰幅度以及信噪比均顯著提高（圖3C）。此外，PFD的應(yīng)用還增強(qiáng)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)能力，新的尖峰排序單元出現(xiàn)，單單元尖峰對(duì)之間的相關(guān)性增加（圖3E）。這些結(jié)果表明，PFD不僅提高了信號(hào)的幅度，還增強(qiáng)了對(duì)神經(jīng)單元和連接的檢測(cè)能力。

總結(jié)而言，PFD作為一種生物相容的氟化溶劑，通過(guò)絕緣和壓縮神經(jīng)組織，顯著提高了MEA的電生理記錄性能。

這一方法不僅適用于慢性培養(yǎng)的細(xì)胞，還可以穩(wěn)定和記錄急性培養(yǎng)的組織，為神經(jīng)科學(xué)研究提供了一種新的工具。然而，研究也發(fā)現(xiàn)PFD的應(yīng)用可能會(huì)增加背景噪聲水平（圖1K），這提示在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)一步優(yōu)化PFD的使用條件，以減少可能的干擾。此外，PFD的光學(xué)透明性使其與光遺傳學(xué)技術(shù)兼容，為研究神經(jīng)活動(dòng)提供了更多的可能性。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步探索PFD在不同類型的神經(jīng)組織中的應(yīng)用效果，以及如何結(jié)合其他技術(shù)手段，進(jìn)一步提高M(jìn)EA的電生理測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

在這項(xiàng)研究中，類器官芯片的培養(yǎng)步驟主要包括以下幾個(gè)方面：首先，從人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）中獲取細(xì)胞，然后將這些細(xì)胞在特定的培養(yǎng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)和分化，以形成具有特定細(xì)胞類型和組織結(jié)構(gòu)的類器官。具體來(lái)說(shuō)，hiPSCs在含有特定生長(zhǎng)因子和化學(xué)物質(zhì)的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，這些因子和化學(xué)物質(zhì)能夠引導(dǎo)細(xì)胞向特定的神經(jīng)細(xì)胞類型分化。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞逐漸形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的類器官，如腦類器官。這些類器官能夠模擬真實(shí)大腦的某些發(fā)育過(guò)程和功能特性，為研究大腦發(fā)育、疾病機(jī)制以及藥物篩選等提供了重要的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?