Close-up of a textured blue surface, a microscopy image of a MaxWell Chip surface with individual electrodes highlighted in light-blue.

麦克斯韦生物系统公司的High-
密度微电极
阵列技术

我们的产品

为什么选择
微电极阵列？

也称为多电极阵列

神经元通过产生动作电位相互通信，动作电位是穿过神经系统和全身的短暂电脉冲。通过电生理学了解这些电信号的本质是解开大脑功能、研究疾病状况和加快改变生活的治疗方法开发的关键。

贴片钳是一种黄金标准的电生理学技术，通常在体外进行。通过引导玻璃微量移液器与神经元形成紧密密封，贴片夹可直接从细胞内部（细胞内）提供详细的电气测量。虽然功能强大且无需标记，但一次只能使用一个电池。相比之下，使用荧光指示剂的钙或电压成像等光学方法可以同时捕获来自许多神经元的活动，但只能间接地查看潜在的电气事件。

微电极阵列 (MEA) 或多电极阵列结合了两种方法的优势。它们可以非侵入性、无标签地记录神经元活动。这种方法可以同时捕获来自多个神经元的丰富细胞外数据，从每个样本中提供直接、高通量的功能见解。

Illustration showing three methods for neural activity measurement: patch clamp recording intracellular action potentials, calcium imaging detecting calcium signals, and microelectrode arrays recording extracellular action potentials.

对大规模了解神经元功能活动的需求不断增长，推动了MEA技术的持续创新。Obien等人（2015年）的一篇被广泛引用的评论全面概述了MEA技术和应用。在为给定应用和生物样本选择 MEA 时，必须考虑四个重要因素：感应面积、电极密度、噪声性能和通道数。

感应区域

传感区域定义了电极捕获电信号的物理区域。传统 MEA 的感应区域通常有限，通常限制了对完整样本的访问。另一方面，基于互补金属氧化物半导体 (CMOS) 的 MEA 具有更大的传感区域，密集地堆满了电极。这样可以同时对更多细胞进行功能表征，从而更深入地了解网络活动和空间动态。MaxWell Biosystems 已定义了 2 × 4 mm² 的传感区域，为不同类型的生物样本提供了充足的覆盖范围，同时保持了较高的空间分辨率和电极密度。

Comparison of electrode arrays showing traditional MEAs with 60 widely spaced electrodes and MaxWell Biosystems CMOS HD-MEA with a dense grid of 26,400 smaller electrodes, scale bars at 500 µm and 200 µm.

电极密度

与传统的 MEA 不同，传统的电极间隔较远，而基于 CMOS 的 MEA 使用数千个紧密堆叠在一起的小电极。这种密集配置使得 CMOS MEA 成为高密度 MEA (HD-MEA) 的代名词，显著提高了空间分辨率和数据丰富度。

传统的 MEA 通常只能检测神经元群体的一小部分，从而提供多个细胞间电活动的平均视图。相比之下，CMOS HD-MEA，尤其是麦克斯韦生物系统的HD-MEA，以前所未有的精度捕获电信号。

每口井包含 26,400 个电极，密度为每平方毫米 3,265 个电极，电极间距仅为 17.5 微米（电极中心到中心的距离）。这可确保每个镀层电池都由至少一个最佳位置的电极记录。除了捕获全人群的网络活动外，MaxWell Biosystems HD-MEA还能以单细胞甚至亚细胞分辨率解析单个细胞的活性。这使得高级分析（例如跟踪轴突活动传播）和新读数（例如轴突分支长度和传导速度）成为可能，从而揭示神经元功能的新维度。

Comparison of traditional MEA versus MaxWells HD-MEA showing improved neuron type identification, signal quality, and data analysis.

噪音性能

凭借无与伦比的电极密度和较大的感应面积，MaxWell Biosystems HD-MEA显然与传统的MEA区分开来。除了这些优势外，MaxWell Biosystems HD-MEA和其他 CMOS HD-MEA 之间最关键的区别在于 噪音性能。

为了实现高电极密度，CMOS MEA 必须减小放大器尺寸。这种设计限制通常会导致噪声水平升高，尤其是在使用主动像素感应 (APS) 技术的系统中。在基于 APS 的设计中，放大器位于每个电极的正下方，从而限制了优化放大器电路的可用空间。因此，这些 APS HD-MEA 通常表现出更高的噪声，从而降低信噪比，这反过来又会阻碍可靠地检测动作电位的能力，从而导致信号丢失和数据质量降低。

Three graphs showing noise levels: Left shows low noise, middle shows medium noise, and right shows high noise with corresponding waveform illustrations.

MaxWell Biosystems 通过以下方式克服了这一挑战 开关矩阵 (SM) 技术 （弗雷等人，2010）。在这种架构中，电极和放大器在物理上是分开的，从而实现了更强大的放大器设计，从而将噪声降至最低。这显著提高了信噪比，并确保即使是最小的神经元信号也可以放心地捕获。采用 SM 方法，放大器放置在电极阵列外部，从而实现更紧凑的电极设计和更高的阵列电极密度。这种设计使得包含比可用读出通道多得多的电极成为可能，从而实现高分辨率录制，同时保持系统的灵活性和效率。

此外，电极和放大电路之间的这种物理分离还有另一个关键优势：减少了因光线变化而产生的伪影。通过物理限制对电极区域的可见光刺激，同时避开附近的放大器电路，可以最大限度地减少光伪影（Fiscella等人，2012年）。该功能对于涉及光学刺激的应用尤其有价值，例如视网膜研究和系统神经科学中的光遗传学。

MaxWell Biosystems HD-MEAS：由 Switch-Matrix 技术提供支持

Switch-Matrix (SM) 方法可通过可编程开关智能地将任何选定的电极组路由到读出电路。这样可以灵活地为每个样品量身定制电极选择，增强感兴趣区域的信号采集，并支持可扩展的高内涵实验设计。

在 MaxWell Biosystems HD-MEAS（mxW HD-MEAS）中，26,400 个电极中的任何一个都可以路由到多达 1,020 个读出通道。这种灵活性可确保最佳的电极放置位置，以捕获最相关的神经元活动。它还解锁了先进的功能读数，例如轴突分支的详细映射以及基于信号传播的精确传导速度的测量。

Diagram showing process of action potentials with electrical footprints of a neuron and electrical reconstruction of an axonal branch, featuring neuron illustrations over grid backgrounds.

每个 mxW HD-MEA 上多达 32 个刺激缓冲区可以灵活分配给 26,400 个电极中的任何一个，即使在亚细胞分辨率下也能实现空间精确的电刺激，同时记录来自附近和远处神经元的活动。在选择用于记录和刺激的电极方面具有无与伦比的灵活性，再加上卓越的时空分辨率和电极覆盖范围，使 mxW HD-MEAS 成为神经计算的变革性平台。此外，通过强大的应用程序编程接口（API）对麦克斯韦生物系统的HD-MEA进行编程的能力使用户能够开发以HD-MEA为核心的定制系统。这种控制和集成水平支持下一代大脑启发技术的创建，并推动了对真正的大脑处理单元的追求。

该功能的核心是麦克斯韦生物系统的开关矩阵（SM）技术，这是一种瑞士设计的架构，可在数千个电极上动态传输信号。该设计实现了像素面积、功率效率和低噪声的最佳平衡，在不影响信号保真度的前提下实现了超高的电极密度。

高电极密度确保了单细胞分辨率，使研究人员能够以最小的尺度精确捕获最相关的信号。即使是最小的动作电位，低噪音水平也能解锁检测能力，这对于提取深刻见解和得出可靠的结论至关重要。

对于制药和生物技术领域的团队而言，MaxWell Biosystems HD-MEA使您能够专注于重要的事情：识别最有前途的信号，捕获网络的重要代表性部分，减少变异性并消除噪音，推动药物发现和安全测试中更快、更自信的决策。对于学术研究人员而言，该系统提供了前所未有的访问样本真实动态的途径，并通过刺激调节神经元活动，使您能够实时适应并通过发现以前遥不可及的信号来做出新发现。

每个细胞都有故事要讲。借助 MaxWell Biosystems 独特的 HD-MEA，您有能力聆听这些故事，在瑞士创新的精确性和可靠性的推动下，将复杂的神经元信号转化为切实可行的结果。