Microphysiological Systems
Every Cell has a Story to Tell.
Let’s Discover Yours
微生理系统 (MPS)，例如使用微流控系统、微隧道和分隔的受控神经元网络，提供先进的 体外 用于以结构化和可重复的方式研究复杂大脑功能的模型。
这些系统重现了神经回路的关键特征，实现了对细胞放置、连接和信号流的精确控制。因此，它们越来越多地用于研究人类相关背景下的神经发育、回路级功能、疾病机制和化合物反应。
MaxWell Biosystems 的高密度微电极阵列 (HD-MEA) 平台特别适合用于微生理系统。HD-MEA 的超高灵敏度可捕获从单个动作电位到轴突传播的所有信号，确保不会遗漏任何功能活动。这使得 MaxWell Biosystems 的 HD-MEAS 成为探索和理解微生理系统中复杂结构化神经元动力学的强大平台。
在平坦、兼容 MPS 的表面上建立网络
MaxWell Biosystems 的 HD-MEAS 的平坦平面支持分区系统和基于芯片的平台的轻松集成，无论是基于 PDMS 的材料还是其他材料。有了这种兼容 MPS 的表面，结构可以很好地附着在 HD-MEA 表面上，以便进行纵向实验。
更快的设置——高电极覆盖率无需精确校准
凭借密集的全区域电极覆盖范围，可以可靠地捕获包括轴突隧道在内的 MPS 结构的功能区域，无需进行微米级对准。研究人员只需放置 MPS 结构，培养细胞，然后开始记录即可。这种简化的设置减少了准备时间，并可以高效扩展基于 MPS 的实验。
确切知道在哪里录制和刺激
轻松识别哪些电极暴露于 MPS 结构内的细胞，从而实现对特定隔室的定向刺激和记录。
检测每个细胞、每个轴突和每个信号
以亚细胞分辨率捕获自发和诱发的活动，包括跨通道、桥梁和微隧道的轴突传播和低振幅信号。这种高灵敏度支持在实验中获得一致、可重复的结果。
精确刺激
使用可单独寻址的电极提供局部电刺激，非常适合在 MPS 的特定区域内探测连接、突触强度和电路响应。
Case studies
HD-MEA 上的工程神经网络促进了特定节点的功能和连接
这项研究展示了一个自下而上的神经科学平台，该平台在扁平的平面MaxOne+ HD-MEA芯片上建立了多达六个独立的原代大鼠神经元神经回路。紧凑的 PDMS 微结构可以构建拓扑定义的分隔网络，适用于精确研究低复杂度系统中的神经元活动。在 HD-Meas 产出网络上的这些微结构内生长的原代大鼠神经元，其活动可以以亚细胞分辨率进行记录，从而可以详细绘制功能连接和信号传播的地图。在 Duru 等人中阅读更多内容。， 生物传感器和生物电子学，2023。
在 HD-MEA 的 PDMS 微结构内生长的主要大鼠神经元会产生拓扑受限的神经网络
主要大鼠皮质神经元在放置在 HD-MEA 芯片上的 PDMS 微结构中建立，形成适合精确电生理分析的孤立神经网络。（B) DIV 8 处的共焦图像显示了微结构中的离散细胞群。（Ci) 扫描电子显微照片 (SEM) 描绘了 DIV 8 处电极网格上的网络节点；(Cii) 假彩色 SEM 图像突出显示了限制在微通道内的轴突束。电极覆盖支持以亚细胞分辨率记录特定隔室内的活动。
数据改编自杜鲁等人，《生物传感器与生物电子》，2023年。
用于绘制感官-脊柱神经元相互作用的微生理系统
这项研究引入了一种感官-脊柱共培养微生理学模型，该模型揭示了背根神经节感觉神经元如何推动脊柱神经元的持续激活，脊柱神经元是创伤性疼痛的标志。MaxOne HD-MEA 芯片上的定向光学刺激可捕捉持久的、与可塑性相关的脊柱反应，对感官驱动的脊柱动力学进行建模 体外。该平台的高灵敏度可以检测所有信号，包括亚细胞事件和微隧道中的低振幅活动。在 Miyahara 等人中阅读更多内容。， 神经科学前沿， 2025。
HD-MEAs上感官-脊柱神经元共培养的微生理系统
左： 示意图显示了位于 HD-MEA 芯片上的 PDMS 微结构，可将通过微隧道连接的 DRG 和脊柱神经元分离培养。光学刺激用于激活表达 Channelrhodopsin-2 的单个 DRG 神经元，同时记录脊髓神经元的反应。
对： 免疫荧光图像说明了外周+ DRG神经元（红色）、NeuN+脊柱神经元（绿色）和合并的叠加层，可视化轴突投影和GFP+细胞，支持隔室特异性刺激和分析。
数据改编自宫原等人，《神经科学前沿》，2025年。
映射模块化和随机神经元网络中的功能连接
这项研究考察了在HD-MEA芯片上培养的工程模块化和随机网络中的自发活动和功能连接。PDMS 微流控几何结构定义了模块化结构，允许通过高分辨率关联映射直接比较分隔和分布式网络的交互。密集的全区域电极覆盖范围可以可靠地捕获包括微隔室在内的功能区域，无需精确对准。在 Sato 等人中阅读更多内容。， 神经科学前沿，2023。
微结构网络中的空间模式和连通性
随机网络中的自发活动 (左) 和模块化网络 (对) 在 DIV 14。显微镜图像显示了 HD-MEA 上的 PDMS 微流体薄膜和网络几何形状。关联矩阵说明了网络结构，其中随机网络 (左) 表现出更广泛的分布，而模块化网络 (对) 显示分隔的连接模式。
数据改编自佐藤等人，《神经科学前沿》，2023年。
为您的 HD-MEA 研究定制 MPS 解决方案
如果您有兴趣在 MaxWell Biosystems 的 HD-MEA 上开发自定义微生理系统 (MPS) 结构并需要帮助，我们可以提供帮助！我们的合作伙伴开发了与我们的 HD-MEA 系统完全兼容的腔室。这使得分区系统与高分辨率电生理学无缝集成。他们在设计和制造微流体设备方面带来了丰富的专业知识。我们的用户已经在多份出版物中演示了MPS和HD-MEA的结合。无论您是想采用现有的、经过验证的 MPS 结构，还是想探索完全定制的设计，我们都可以与我们的合作伙伴一起加速您的研究。联系我们，为您讨论我们的解决方案！
Selected Resources
Relevant
Applications
Relevant Biological Models
Prof. Yoshiho Ikeuchi
“今天，我们的MaxOne系统在我们的工作中起着核心作用。实际上，它已成为我们研究的决定性要素。它使我们能够直接在阵列表面上生长类器官衍生的神经网络，并长期记录它们的活动。这使我们能够在一个单一的集成系统中观察时间空间动态、相关性和顺序活动模式。鉴于我们正在研究的网络的复杂性，该技术也易于使用这一事实使其更具价值。”
Dr. Jens Duru
“MaxOne+ 芯片提供与 MaxOne 芯片相同的高电极密度。我们能够以极高的空间分辨率跟踪工程生物神经网络中信息的传播和处理。我们最欣赏MaxOne+芯片的地方在于其表面平坦，无需中间胶水或任何其他预处理即可轻松粘附PDMS微结构。”
