KR100481743B1 - Extracellular recording electrode - Google Patents

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KR100481743B1
KR100481743B1 KR10-2002-7002137A KR20027002137A KR100481743B1 KR 100481743 B1 KR100481743 B1 KR 100481743B1 KR 20027002137 A KR20027002137 A KR 20027002137A KR 100481743 B1 KR100481743 B1 KR 100481743B1
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유키마사테츠오
오가와류타
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츠지카츠유키
요시모토유키후미
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

기판상에 배치된 복수의 미소 전극과, 이 미소 전극에 전기 신호를 부여하고 또는 이 미소 전극으로부터 전기 신호를 도출할 수 있는 배선부를 구비하고, 이 미소 전극은, 그 표면에 다공성의 도전성 재료를 갖고, 그리고 임피던스가 50㏀ 이하인 일체화 복합 전극이다. 바람직하게는, 상기 다공성의 도전성 재료는 금이며, 전류 밀도 1.0 내지 5.0A/d㎡로 10 내지 360초간의 통전에 의해 형성된다. 이 일체화 복합 전극은 기판상에 매트릭스형으로 배치된 미소 전극, 이 미소 전극에 접속된 리드선, 이 리드선의 단부에 접속된 전기 접점을 포함하는 배선부를 구비할 수 있다. And a plurality of microelectrodes disposed on the substrate, and a wiring portion capable of providing an electrical signal to or extracting an electrical signal from the microelectrodes, the microelectrode having a porous conductive material on its surface. And an integrated composite electrode having an impedance of 50 mA or less. Preferably, the porous conductive material is gold and is formed by energizing for 10 to 360 seconds at a current density of 1.0 to 5.0 A / dm 2. The integrated composite electrode may include a wiring portion including a micro electrode disposed in a matrix on a substrate, a lead wire connected to the micro electrode, and an electrical contact connected to an end of the lead wire.

Description

일체화 복합 전극, 일체화 세포 설치기, 세포 전위 측정장치 및 세포 전위 측정 시스템{Extracellular recording electrode} Integrated complex electrode, integrated cell locator, cell potential measuring device and cell potential measuring system {Extracellular recording electrode}

본 발명은 신경 세포의 활동에 따른 전위 변화 등을 측정하기 위한, 신경 전기 생리의 분야에서 유용한, 세포외 기록용의 일체화 복합 전극에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated composite electrode for extracellular recording, useful in the field of neuroelectrophysiology, for measuring potential changes, etc., in response to neuronal activity.

최근, 신경 세포에 관해서 그 의학적 검토 및 전기 소자에 대한 적용 가능성의 검토가 활발히 행하여지고 있다. 신경 세포 등이 활동할 때는 활동 전위가 발생한다. 이 활동 전위는 신경 세포의 이온 투과성의 변화에 따라 세포막 내외의 이온 농도가 변화하고, 이에 따라 세포막 전위가 변화함으로써 생긴다. 그래서, 전극에 의해 신경 세포 근방의 이온 농도 변화에 따른 전위 변화를 측정함으로써 신경 세포의 활동을 관찰할 수 있다. In recent years, nerve cells have been actively studied for their medical review and their applicability to electric devices. When a nerve cell or the like is active action potential occurs. This action potential is caused by the change in ion concentration inside and outside the cell membrane in accordance with the change in ion permeability of the nerve cell, and thus the cell membrane potential. Therefore, the activity of the nerve cell can be observed by measuring the change in potential with the change of the ion concentration in the vicinity of the nerve cell by the electrode.

종래, 상기한 바와 같은 세포 활동에 따른 전위의 측정은 유리제의 세포외 전위 측정용 전극 또는 금속제(백금 등)의 전극을 마이크로 머니퓰레이터 (micro-manipulator) 등을 사용하여 세포 근방에 설치함으로써 행하였다. 다른 방법으로서는, 같은 전극을 세포 내에 삽입함으로써 세포의 전기적 활동을 측정했었다. 어느쪽의 종래 방법이나 전극의 조제에 숙련된 기술을 요하고, 임피던스가 높으며, 외부 잡음의 영향을 받기 쉽고, 더욱이, 전극을 세포 내에 삽입하는 방법에서는 세포 또는 조직에 상해를 주는 등의 문제점이 있었다. 이 때문에, 안정된 장기간의 관찰에는 적합하지 않았다. Conventionally, the measurement of the potential according to the cell activity as described above was performed by placing a glass extracellular potential measurement electrode or a metal (platinum, etc.) electrode in the vicinity of the cell using a micro-manipulator or the like. Alternatively, the cell's electrical activity was measured by inserting the same electrode into the cell. Either conventional method requires a skilled technique for preparing the electrode, has a high impedance, is susceptible to external noise, and furthermore, the method of inserting the electrode into a cell may cause injury to cells or tissues. there was. For this reason, it was not suitable for stable long-term observation.

그래서, 절연성 기판상에 도전성 물질을 사용하여 복수의 미소(微小) 전극과 그 추출 패턴을 형성하고, 이 위에서의 세포 및 조직 배양을 가능하게 한 일체화 복합 전극이 본 발명자들에 의해서 개발되었다(일본 특개평 6-78889호 공보 및 특개평 6-296595호 공보 참조). 이것에 의해, 세포 또는 조직에 상해를 주지 않고, 신경 세포 활동의 관찰을 안정되게 또한 장기간 행하는 것이 가능하게 되었다. Thus, the present inventors have developed an integrated composite electrode using a conductive material on an insulating substrate to form a plurality of micro electrodes and extract patterns thereof, and to allow cell and tissue culture thereon (Japan) See Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-78889 and 6-296595. This makes it possible to stably and prolong the observation of neuronal activity without causing injury to cells or tissues.

상기 일체화 복합 전극에서는 세포와 근접하는 전극의 최상부 표면에는 전해에 의해 백금흑(白金黑)의 다공성의 도금을 실시하거나(일본 특개평 6-78889호 공보) 또는 증착 등에 의해 금을 형성하는 것(일본 특개평 6-296595호 공보)이 행하여졌다. 그러나, 백금흑 도금의 경우, 전극의 임피던스를 실용적인 레벨인 약 50㏀ 이하로 조정하는 것은 용이하지만, 강도가 약하기 때문에, 전극의 재이용률이 낮은 것 등의 문제점이 있었다. 한편, 증착에 의해 형성되는 금의 경우, 강도는 개선되지만, 임피던스를 약 50㏀ 이하까지 조정하는 것은 곤란하였다. In the integrated composite electrode, the uppermost surface of the electrode close to the cell is plated with platinum black porous by electrolysis (Japanese Patent Laid-Open No. 6-78889) or forming gold by evaporation (Japan). Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-296595). However, in the case of platinum black plating, it is easy to adjust the impedance of the electrode to about 50 kΩ or less, which is a practical level. However, since the strength is weak, there are problems such as low electrode reuse rate. On the other hand, in the case of gold formed by vapor deposition, the strength was improved, but it was difficult to adjust the impedance to about 50 Hz or less.

도 1a는 전류 밀도 1.0A/d㎡에서의 전해에 의해서 미소 전극상에 형성된, 비교예에 의한 금도금의 표면을 도시하는 확대 배율이 2500배인 현미경 사진. 도면 중의 크기는 50㎛.1A is a micrograph with an enlarged magnification of 2500 times showing the surface of a gold plating according to a comparative example, formed on a microelectrode by electrolysis at a current density of 1.0 A / dm 2. The size in the figure is 50 µm.

도 1b는 전류 밀도 1.5A/d㎡에서의 전해에 의해서 미소 전극상에 형성된 본 발명에 의한 금도금의 표면을 도시하는 현미경 사진. 도면 중의 크기는 50㎛. 1B is a micrograph showing the surface of the gold plating according to the present invention formed on a microelectrode by electrolysis at a current density of 1.5 A / dm 2. The size in the figure is 50 µm.

도 1c는 전류 밀도 2.0A/d㎡에서의 전해에 의해서 미소 전극상에 형성된 본 발명에 의한 금도금의 표면을 도시하는 현미경 사진. 도면 중의 크기는 50㎛ .1C is a micrograph showing the surface of the gold plating according to the present invention formed on a microelectrode by electrolysis at a current density of 2.0 A / dm 2. The size in the drawing is 50 µm.

도 2a는 전류 밀도 1.0A/d㎡에서의 전해로 얻은, 비교예에 의한 금도금 피복 미소 전극상에서의, 정전류 자극에 대한 세포의 전위 변화의 응답을 64 채널로 표시한 컴퓨터 화면의 프린트 아웃을 도시하는 도면. 자극 신호는 채널 29에 인가함. FIG. 2A shows a print out of a computer screen displaying in 64 channels the response of a cell's potential change to a constant current stimulus on a gold plated coated microelectrode according to a comparative example, obtained by electrolysis at a current density of 1.0 A / dm 2; Drawing. Stimulus signal is applied to channel 29.

도 2b는 도 2a의 금도금 피복 미소 전극에 대하여 세포의 비존재하에서의 노이즈 레벨을 64 채널로 표시한 컴퓨터 화면의 프린트 아웃을 도시하는 도면.FIG. 2B shows a print out of a computer screen displaying the noise level in the absence of cells in 64 channels with respect to the gold plated coated microelectrode of FIG. 2A. FIG.

도 2c는 전류 밀도 1.5A/d㎡에서의 전해로 얻은 본 발명에 의한 금도금 피복미소 전극상에서의 정전류 자극에 대한 세포의 전위 변화의 응답을 64 채널로 표시한 컴퓨터 화면의 프린트 아웃을 도시하는 도면.FIG. 2C shows a print out of a computer screen displaying in 64 channels the response of a cell's potential change to a constant current stimulus on a gold plated coated electrode according to the present invention obtained by electrolysis at a current density of 1.5 A / dm 2; FIG. .

도 2d는 도 2c의 금도금 피복 미소 전극에 대하여 세포의 비존재하에서의 노이즈 레벨을 64 채널로 표시한 컴퓨터 화면의 프린트 아웃을 도시하는 도면. FIG. 2D shows a print out of a computer screen displaying the noise level in the absence of cells in 64 channels for the gold plated coated microelectrode of FIG. 2C. FIG.

도 2e는 전류 밀도 2.0 A/d㎡에서의 전해로 얻은 본 발명에 의한 금도금 피복 미소 전극상에서의 정전류 자극에 대한 세포의 전위 변화의 대응을 64 채널로 표시한 컴퓨터 화면의 프린트 아웃을 도시하는 도면.FIG. 2E shows a printout of a computer screen displaying in 64 channels the correspondence of the potential change of cells to constant current stimulation on a gold plated coated microelectrode according to the present invention obtained by electrolysis at a current density of 2.0 A / dm 2; .

도 2f는 도 2e의 금도금 피복 미소 전극에 대하여 세포의 비존재하에서의 노이즈 레벨을 64 채널로 표시한 컴퓨터 화면의 프린트 아웃을 도시하는 도면. FIG. 2F shows the print out of a computer screen displaying the noise level in the absence of cells in 64 channels for the gold plated coated microelectrode of FIG. 2E.

도 3은 본 발명의 미소 전극의 임피던스 특성을 도시하는 도면. 3 is a diagram showing an impedance characteristic of the microelectrode of the present invention.

도 4a는 본 발명의 미소 전극의 등가 회로를 도시하는 도면.4A shows an equivalent circuit of the microelectrode of the present invention.

도 4b는 본 발명의 미소 전극의 등가 회로를 도시하는 도면. 4B shows an equivalent circuit of the microelectrode of the present invention.

도 5는 본 발명의 미소 전극의 등가 회로의 임피던스 특성을 도시하는 도면. 5 is a diagram showing an impedance characteristic of an equivalent circuit of the microelectrode of the present invention.

도 6은 본 발명의 미소 전극의 등가 회로의 임피던스 특성을 도시하는 도면. 6 is a diagram showing an impedance characteristic of an equivalent circuit of the microelectrode of the present invention.

도 7은 비교예의 미소 전극의 임피던스 특성을 도시하는 도면. 7 is a diagram showing an impedance characteristic of a microelectrode of a comparative example.

도 8은 비교예의 미소 전극의 등가 회로의 임피던스 특성을 도시하는 도면. 8 is a diagram showing an impedance characteristic of an equivalent circuit of the microelectrode of the comparative example.

도 9는 비교예의 미소 전극의 임피던스 특성을 도시하는 도면. 9 is a diagram showing an impedance characteristic of a microelectrode of a comparative example.

도 10은 비교예의 미소 전극의 등가 회로의 임피던스 특성을 도시하는 도면. 10 is a diagram showing an impedance characteristic of an equivalent circuit of the microelectrode of the comparative example.

도 11은 본 발명에 의한 전해 금도금을 실시한 미소 전극의 재이용성을 종래품과 비교한 라이프 시험의 결과를 도시하는 그래프. It is a graph which shows the result of the life test which compared the reusability of the microelectrode which carried out the electroplated gold plating by this invention with the prior art.

본 발명은 상기 문제점의 해결을 의도하는 것으로, 그 목적은, 임피던스가 낮고, 외부 잡음의 영향을 받기 어려운 특성과 강도가 높고, 전극의 재이용이 용이한 특성을 함께 갖는 임피던스-주파수 특성에 의해, 세포의 전기적 신호를 기록하는데 적합한 세포외 기록용 전극을 제공하는 것에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above problems, and an object thereof is to provide an impedance-frequency characteristic having both a low impedance, a property hard to be influenced by external noise, a high intensity, and an easy electrode reuse property. An extracellular recording electrode suitable for recording an electrical signal of a cell is provided.

본 발명자들은, 세포외 기록용 전극의 작성에 있어서, 최상부 표면에 도전성 재료를 형성할 때의 전류 밀도를 최적화함으로써, 표면을 거칠게 하고, 표면적을 증대시킨 다공성의 도전성 재료를 얻을 수 있는 것, 그리고, 이 다공성의 도전성 재료가 세포외 기록용 전극으로서 적합한 특성을 나타내는 것을 발견하였다. 본 발명은 이 지견에 근거하여 완성되었다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors can obtain the porous conductive material which roughened the surface and increased the surface area by optimizing the current density at the time of forming a conductive material in the uppermost surface in preparation of an extracellular recording electrode, and It was found that this porous conductive material exhibited suitable properties as an electrode for extracellular recording. This invention was completed based on this knowledge.

본 발명은, 세포의 전기 생리학적 특성을 측정하기 위한 일체화 복합 전극으로, 기판상에 배치된 복수의 미소 전극과 해당 미소 전극에 전기 신호를 부여하고 또는 해당 미소 전극으로부터 전기 신호를 도출할 수 있는 배선부를 구비하고, 해당 미소 전극은 그 표면에 다공성의 도전성 재료를 갖고, 해당 도전성 재료가 금, 질화 티타늄, 산화은 및 텅스텐으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되고, 그리고 임피던스가 50㏀ 이하인 일체화 복합 전극을 제공한다. The present invention is an integrated composite electrode for measuring the electrophysiological characteristics of a cell, and is capable of imparting an electrical signal to or extracting an electrical signal from a plurality of micro electrodes disposed on a substrate and the micro electrodes. An integrated composite electrode having a wiring portion, wherein the microelectrode has a porous conductive material on its surface, and the conductive material is selected from the group consisting of gold, titanium nitride, silver oxide, and tungsten, and has an impedance of 50 mA or less. To provide.

바람직하게는, 상기 다공성의 도전성 재료는 금이고, 전류 밀도 1.0 내지 5.0A/d㎡로 10 내지 360초간의 통전에 의해 형성된다. Preferably, the porous conductive material is gold and is formed by energizing for 10 to 360 seconds at a current density of 1.0 to 5.0 A / dm 2.

본 발명은 또한, 세포의 전기 생리학적 특성을 측정하기 위한 일체화 복합 전극으로, 기판상에 배치된 복수의 미소 전극과 해당 미소 전극에 전기 신호를 부여하고 또는 해당 미소 전극으로부터 전기 신호를 도출할 수 있는 배선부를 구비하고, 해당 미소 전극과 실질적으로 같은 임피던스 특성을 도시하는 등가 회로의 정전 용량으로부터 산출한 해당 미소 전극의 표면적이 적어도 해당 미소 전극의 투영 면적의 10배 내지 200배 미만일 수 있고, 그리고 임피던스가 50㏀ 이하일 수 있는 일체화 복합 전극을 제공한다. The present invention also provides an integrated composite electrode for measuring the electrophysiological characteristics of a cell, wherein the plurality of micro-electrodes disposed on a substrate and the micro-electrodes can be provided with electrical signals or derived from the micro-electrodes. A wiring portion having a wiring portion, and the surface area of the microelectrode calculated from the capacitance of the equivalent circuit showing substantially the same impedance characteristics as the microelectrode may be at least 10 times to less than 200 times the projected area of the microelectrode, and Provided is an integrated composite electrode having an impedance of 50 kHz or less.

여기서, 용어 「미소 전극의 투영 면적」은 도전성 재료를 형성하기 전의 미소 전극 최상부 표면의 총면적을 의미한다. Here, the term "projection area of the microelectrode" means the total area of the top surface of the microelectrode before forming the conductive material.

바람직하게는, 상기 미소 전극의 가스 흡착법에 의해 측정한 표면적은 해당 미소 전극의 투영 면적의 5×105배를 넘지 않는 범위이다.Preferably, the surface area measured by the gas adsorption method of the said microelectrode is a range which does not exceed 5x10 5 times the projected area of this microelectrode.

본 발명의 하나의 실시예에서는, 상기 미소 전극은 기판상에 매트릭스형으로 배치되고, 상기 배선부는 해당 미소 전극에 접속된 리드선과 해당 리드선의 단부(端部)에 접속된 전기 접점을 포함하고, 그리고 적어도 해당 리드선의 표면이 절연층에 피복된다.In one embodiment of the present invention, the micro electrodes are arranged in a matrix on a substrate, and the wiring portion includes a lead wire connected to the micro electrode and an electrical contact connected to an end of the lead wire, At least the surface of the lead wire is covered with the insulating layer.

본 발명의 하나의 실시예에서는, 상기 다공성의 도전성 재료는 에칭에 의해 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porous conductive material may be formed by etching.

본 발명은 또한, 상기의 일체화 복합 전극을 구비하고, 해당 일체화 복합 전극의 기판상에 세포 또는 조직을 설치하기 위한 세포 설치 영역을 갖는, 일체화 세포 설치기를 제공한다. The present invention also provides an integrated cell mounting device having the integrated composite electrode described above and having a cell mounting region for mounting cells or tissues on a substrate of the integrated composite electrode.

본 발명은 또한, 상기한 일체화 세포 설치기와, 세포 또는 조직의 전기 생리학적 활동에 의한 출력 신호를 처리하기 위해서 해당 미소 전극에 접속되는 출력 신호 처리장치를 구비하고, 또한 필요에 따라서 세포 또는 조직에 전기적 자극을 주기 위해서 상기 미소 전극에 접속되는 자극 신호 부여장치를 구비한 세포 전위 측정장치를 제공한다. The present invention also includes the integrated cell mounting device described above and an output signal processing device connected to the microelectrode in order to process an output signal by electrophysiological activity of a cell or tissue, and furthermore, Provided is a cell potential measuring device having a stimulus signal imparting device connected to the microelectrode for giving electrical stimulation.

본 발명은 또 상기한 세포 전위 측정장치를 구비하고, 더욱이, 세포 또는 조직을 광학적으로 관찰하기 위한 광학 관찰장치 및/또는 세포 또는 조직의 배양 환경을 제어하기 위한 세포 배양장치를 구비한 세포 전위 측정 시스템을 제공한다. The present invention further comprises a cell potential measuring device as described above, and furthermore, a cell potential measuring device having an optical observation device for optically observing a cell or tissue and / or a cell culture device for controlling a culture environment of the cell or tissue. Provide a system.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

(미소 전극의 다공성 도전성 재료 형성) (Formation of porous conductive material of the micro electrode)

본 발명에 의해 제공되는 세포외 기록용의 일체화 복합 전극은 절연성의 기판상에 배치된 복수의 미소 전극을 구비한다. 이 미소 전극상에 세포를 설치함으로써 세포의 전기적 활동을 계측하는 것이 가능해진다. The integrated composite electrode for extracellular recording provided by the present invention includes a plurality of micro electrodes disposed on an insulating substrate. By arranging the cells on this microelectrode, it is possible to measure the electrical activity of the cells.

본 발명의 일체화 복합 전극은 특히, 미소 전극의 최상부 표면에 다공성의 도전성 재료를 갖고, 그리고, 이 전극의 임피던스가 50㏀ 이하인 것을 특징으로 한다. 전극의 임피던스는 바람직하게는 35㏀ 이하이고, 보다 바람직하게는 25㏀ 이하이며, 더욱 바람직하게는 10㏀ 이하일 수 있다. 여기서 말하는 임피던스는 주파수 1㎑, 단자간 전압 50㎷로 측정한 값을 말하는 것으로 정의된다. 본 발명에 있어서의 임피던스의 하한치는 특별히 제한되지 않고, 본 명세서의 교시에 따라서 실현 가능한 한 낮은 값인 것이 바람직하다. In particular, the integrated composite electrode of the present invention is characterized by having a porous conductive material on the uppermost surface of the microelectrode, and having an impedance of 50 kPa or less. The impedance of the electrode is preferably 35 kPa or less, more preferably 25 kPa or less, and still more preferably 10 kPa or less. Impedance here is defined as saying the value measured by the frequency of 1 Hz and the voltage between terminals by 50 Hz. The lower limit of the impedance in the present invention is not particularly limited and is preferably as low as possible in accordance with the teachings of the present specification.

상기한 바와 같은 낮은 임피던스는 전극 표면의 도전성 재료의 다공성 구조에 유래하여 얻을 수 있는 특성이라고 생각된다. 여기서 다공성은 도전성 재료 표면이 이른바 거칠어진 형상, 즉 미세한 요철(凹凸)을 다수 포함하는 형상을 갖는 것을 말한다. 본 발명에 있어서의 다공성의 도전성 재료 표면은 광학 현미경으로 그 확대 상을 관찰하면, 지름이 약 0.01 내지 25㎛ 정도의 미소한 입자가 밀접하게 응집한 외관을 나타내고 있다. 전극 최상부 표면을 이러한 다공성의 구조로 함으로써 표면적이 현저하게 증대하고 결과적으로 종래의 증착 등에 의해 얻을 수 있는 평활한 표면의 금에서는 실질적으로 불가능했던 낮은 임피던스가 실현될 수 있다.The low impedance mentioned above is considered to be a characteristic which can be obtained derived from the porous structure of the conductive material of the electrode surface. Here, the porosity means that the surface of the conductive material has a so-called rough shape, that is, a shape including a large number of fine unevennesses. When the enlarged image of the porous conductive material surface in the present invention is observed under an optical microscope, the surface of the porous conductive material exhibits a close aggregation of fine particles having a diameter of about 0.01 to 25 µm. By making the top surface of the electrode such a porous structure, the surface area is remarkably increased, and as a result, a low impedance substantially impossible with gold of a smooth surface obtained by conventional deposition or the like can be realized.

이와 같이, 전극 최상부 표면의 다공성 구조는 또한, 전극 최상부 표면의 표면적에 의해 규정될 수 있다. 전극 최상부 표면의 표면적은 예를 들면, 당업자에게 주지인 가스 흡착에 의한 BET법을 이용하여 행할 수 있다. 또는, 미소 전극과 용액 계면의 모델을 전기 회로에 등가로서 나타낸 등가 회로의 정전 용량으로부터 산출될 수 있다. As such, the porous structure of the electrode top surface may also be defined by the surface area of the electrode top surface. The surface area of the electrode uppermost surface can be performed using the BET method by gas adsorption well-known to those skilled in the art, for example. Alternatively, it can be calculated from the capacitance of the equivalent circuit, which represents the model of the microelectrode and solution interface as equivalent to the electrical circuit.

본 발명에 있어서의 다공성의 도전성 재료는 대표적으로는 과전류 밀도하에서 전해 도금 공정을 행함으로써 형성된다. 과전류 밀도는, 바람직하게는 1.2A/d㎡를 초과하는 전류 밀도, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 5.0A/d㎡, 가장 바람직하게는 1.4 내지 2.1A/d㎡의 범위의 전류 밀도를 말한다. 이것은 통상의 공업용 전해 도전성 재료 도금 공정에서 사용되는 전류 밀도가 약 1.0A/d㎡ 이하인 것과 대조적이다. 또, 3.0A/d㎡를 넘는 전류 밀도를 사용하여도 다공성의 전극성 재료 도금을 얻을 수 있지만, 전류 밀도가 과대이고, 표면이 거칠어지는 것이 극단적으로 되어, 미소 전극으로서 의도되는 형상(예를 들면, 정방형)을 유지하는 것이 곤란해진다. 본 발명에 있어서는 과전류 밀도하에서의 대표적으로는 10 내지 360초간, 바람직하게는 30 내지 240초간의 통전에 의해 도전성 재료 도금이 형성될 수 있다. 통전 시간이 지나치게 짧으면 미소 전극상에 충분히 도전성 재료 도금이 형성되지 않는 경우가 있다. 통전 시간이 지나치게 길면 미소 전극상에서 도전성 재료의 성장이 불균일해져, 도전성 재료 도금의 성장이 빠른 부분과 느린 부분이 생기며, 전극의 형상이 정방형이 아니게 되는 경향이 있다.The porous conductive material in the present invention is typically formed by performing an electrolytic plating process under an overcurrent density. The overcurrent density preferably refers to a current density in excess of 1.2 A / dm 2, more preferably 1.0 to 5.0 A / dm 2, and most preferably 1.4 to 2.1 A / dm 2. This is in contrast to the current density used in conventional industrial electrolytically conductive material plating processes of about 1.0 A / dm 2 or less. In addition, even when a current density of more than 3.0 A / dm 2 is used, the porous electrode material plating can be obtained, but the current density is excessive and the surface is roughened to an extreme shape. For example, it becomes difficult to maintain square). In the present invention, conductive material plating can be formed by energizing for typically 10 to 360 seconds, preferably 30 to 240 seconds under an overcurrent density. If the energization time is too short, the conductive material plating may not be sufficiently formed on the microelectrode. When the energization time is too long, the growth of the conductive material is uneven on the microelectrode, resulting in a portion where the growth of the conductive material plating is rapid and a slow portion, and the shape of the electrode tends not to be square.

이들의 전해 도금 조건은 예시이며, 상술한 저임피던스치를 달성할 수 있는 한, 예를 들면, 전해 도금장치의 제한 및 조작상의 요청 등에 따라서, 적시 변경될 수 있는 것은 말할 필요도 없다. These electroplating conditions are exemplified, and needless to say, as long as the above-described low impedance value can be achieved, for example, they can be changed in a timely manner according to the limitation of the electroplating apparatus, an operation request, and the like.

또는, 본 발명에 있어서의 다공성의 도전성 재료는 에칭에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 산화제와 용해제를 사용한 화학 에칭이나 산(酸)을 주체로 한 전해액 속에서 직류나 교류를 사용하여 전해하는 전기 화학 에칭 등을 행함으로써 표면적을 증대하는 것도 가능하다.Alternatively, the porous conductive material in the present invention can be formed by etching. For example, it is also possible to increase the surface area by performing chemical etching using an oxidizing agent and a dissolving agent, or electrochemical etching using electrolysis using direct current or alternating current in an electrolyte mainly composed of an acid.

본 발명에 있어서의 미소 전극의 최상부 표면은, 상기한 다공성 구조를 갖고, 또한 그 재질이 예를 들면, 금인 것에 의해 저임피던스 특성과 마찬가지로 높은 강도를 실현하고 있다. 그 때문에, 이 미소 전극은 재이용 효율이 높고, 결과적으로 코스트 퍼포먼스가 뛰어나다. 이것은 종래의 전극 다용된 전해 도금에 의한 백금흑이 낮은 임피던스를 나타내지만 강도가 낮고, 반복 사용에 견디지 못하는 것과 대조적이다. 구체적으로는 본 발명에 있어서의 전극의 임피던스는 하기의 실시예 5와 실질적으로 동일한 여건으로 라이프 시험을 행하였을 때, 초기의 임피던스와 비교하여 20 사이클 후의 임피던스의 증가율이 대표적으로는 30% 이내이고, 바람직하게는 20% 이내이며, 더욱 바람직하게는 15% 이내일 수 있다. The uppermost surface of the microelectrode in the present invention has the above-described porous structure, and the material is, for example, gold, thereby realizing high strength similarly to the low impedance characteristic. Therefore, this microelectrode has high reuse efficiency and, as a result, excellent cost performance. This is in contrast to platinum black by conventional electrode multi-use electrolytic plating, which exhibits low impedance but low strength and withstands repeated use. Specifically, when the life test was conducted under substantially the same conditions as in Example 5 below, the impedance of the electrode in the present invention was typically 30% or less after the initial increase in impedance. It is preferably within 20%, more preferably within 15%.

본 발명에 있어서의 미소 전극의 최상부 표면에는 상기한 다공성 도전성 재료가 형성된다. 도전성 재료의 하층을 구성하는 전극 재료는 다공성 도전성 재료와 충분한 접착성을 나타내는 것인 한 특별히 한정되지 않는다. 바람직한 재료의 예로서, 무전해(無電解) 도금 또는 전해 도금에 의한 니켈, 통상 방법의 무전해 도금에 의한 금 등을 들 수 있다. 이것들의 하층의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 예로서, 니켈 도금은 3000 내지 7000옹스트롬 정도, 무전해 금도금은 니켈 도금의 위에 300 내지 700옹스트롬 정도의 두께로 형성될 수 있다. The porous conductive material described above is formed on the uppermost surface of the microelectrode in the present invention. The electrode material constituting the lower layer of the conductive material is not particularly limited as long as it exhibits sufficient adhesiveness with the porous conductive material. As an example of a preferable material, nickel by electroless plating or electroplating, gold by electroless plating of a conventional method, etc. are mentioned. The thickness of these lower layers is not specifically limited. For example, nickel plating may be formed to a thickness of about 3000 to 7000 angstroms, and electroless gold plating may be formed on the nickel plating to a thickness of about 300 to 700 angstroms.

본 발명의 일체화 복합 전극에 있어서, 대표적으로는, 복수의 미소 전극은 기판상에서 매트릭스형이 되도록, 즉, 격자의 각 교점상에 위치하도록 배치된다. 이 배치에 의해, 복수의 전극을 같은 간격으로 나열할 수 있다. 이것은 신경 세포가 이웃하는 세포체를, 이웃하는 전극상에 위치시켜 세포체간의 전기적 신호의 전달을 검지하는 것을 가능하게 한다. In the integrated composite electrode of the present invention, typically, a plurality of micro-electrodes are arranged so as to be matrix-shaped on a substrate, that is, located at each intersection point of the grating. By this arrangement, a plurality of electrodes can be arranged at the same interval. This makes it possible for nerve cells to locate neighboring cell bodies on neighboring electrodes to detect the transmission of electrical signals between the cell bodies.

각각의 미소 전극에는, 해당 전극에 외부로부터 전기 신호를 부여하고, 또는 해당 전극으로부터 전기 신호를 외부로 도출하기 위한 배선부가 접속된다. 대표적으로는 배선부는 미소 전극과 접속하고, 해당 전극으로부터 기판의 주변 방향으로 추출된 리드선을 포함한다. 배선부는 더욱이, 해당 리드선의 단부에 접속된 통상은 기판의 가장자리부에 위치하는 전기 접점을 포함할 수 있다. 배선부의 재료로서 바람직한 예에는 산화 인듐석(ITO)을 들 수 있다. 또, 상기한 임피던스는 형식상은 미소 전극 및 배선부의 전체에 대한 특성치이지만, 사실상, 상기 배선부의 값은 전극의 최상부 표면의 재질 및 형상에 의해서 규정되는 값과 비교하여 무시할 수 있는 정도로 충분히 작은 것이다. 따라서, 전극의 하층 및 배선부의 재료의 선택이 임피던스에 영향을 주는 것은 거의 없다. Each microelectrode is connected with a wiring section for applying an electrical signal to the electrode from the outside or for guiding the electrical signal to the outside from the electrode. Typically, the wiring portion is connected to the microelectrode and includes a lead wire extracted from the electrode in the peripheral direction of the substrate. The wiring portion may further comprise an electrical contact, usually located at the edge of the substrate, connected to the end of the lead wire. Indium oxide (ITO) is mentioned as a preferable example of a wiring part. In addition, the above-mentioned impedance is a characteristic value for the whole of the microelectrode and the wiring portion in form, but in fact, the value of the wiring portion is small enough to be negligible compared with the value defined by the material and shape of the uppermost surface of the electrode. Therefore, the choice of the material of the lower layer of the electrode and the wiring portion hardly affects the impedance.

대표적으로는 리드선의 표면은 절연층으로 피복된다. 절연층은 리드선상에만 배치되어도 좋지만, 바람직하게는 미소 전극상 및 전기 접점의 근방을 제외하고, 기판상면의 거의 전체를 피복하도록 배치된다. 절연층의 재료로서 바람직한 예에는 가공이 용이한 아크릴이나 감광성의 폴리이미드를 들 수 있다. Typically, the surface of the lead wire is covered with an insulating layer. The insulating layer may be disposed only on the lead wire, but is preferably disposed so as to cover almost the entire surface of the substrate except for the microelectrode and the vicinity of the electrical contact. Preferable examples of the material for the insulating layer include acrylic and photosensitive polyimide that are easy to process.

(일체화 복합 전극의 구성) (Configuration of Integrated Compound Electrode)

본 발명의 일체화 복합 전극의 상세한 설계에 있어서는 상기한 다공성 도전성 재료의 형성 및 작용을 방해하지 않는 한, 공지의 일체화 복합 전극에 있어서의 임의의 구조적 특징을 채용할 수 있다(예를 들면, 일본 특개평 6-78889호 공보를 참조). 이하에, 대표적인 일체화 복합 전극의 구성예를 나타낸다. 여기서 기술된 예는 측정 대상인 신경 세포의 특성, 수집이 의도되는 측정 데이터의 성격 등의 여러가지 요인을 반영하여, 적시 설정, 변경할 수 있는 것이다. In the detailed design of the integrated composite electrode of the present invention, any structural feature of a known integrated composite electrode can be adopted so long as it does not prevent the formation and action of the porous conductive material described above (for example, See Publication 6-78889). Below, the structural example of a typical integrated composite electrode is shown. The example described herein may be set and changed in a timely manner, reflecting various factors such as the characteristics of the nerve cell to be measured and the nature of the measurement data to be collected.

일체화 복합 전극에 제공되는 기판 재료로서는 세포 배양 후의 광학적 관찰의 편의를 위해 투명한 절연성 재료가 바람직하다. 예로서, 석영 유리, 납 유리, 붕규산 유리 등의 유리, 또는 석영 등의 무기 물질, 또는 폴리메타크릴산 메틸 또는 그 공중합체, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 등의 투명성을 갖는 유기 물질을 들 수 있다. 기계적 강도와 투명성이 뛰어난 무기 물질이 바람직하다. As the substrate material provided for the integrated composite electrode, a transparent insulating material is preferable for the convenience of optical observation after cell culture. As an example, glass, such as quartz glass, lead glass, borosilicate glass, or inorganic substance, such as quartz, or organic substance which has transparency, such as polymethyl methacrylate or its copolymer, polystyrene, polyethylene terephthalate, etc. are mentioned. Inorganic materials excellent in mechanical strength and transparency are preferred.

기판상에 배치되는 전극 재료로서는 예를 들면 산화 인듐석(IT0), 산화석, Cr, Au, Cu, Ni, Al, Pt 등이 사용될 수 있다. 그 중에서도, ITO 및 산화석이 바람직하고, 투명성이 좋고 도전성인 ITO가 특히 바람직하다. 상기한 미소 전극은 통상, 원하는 위치 및 형상으로 배치된 이들 전극 재료의 일부의 최상부 표면에 다공성의 도전성 재료 도금을 실시함으로써 형성된다. As the electrode material disposed on the substrate, for example, indium oxide (IT0), oxide, Cr, Au, Cu, Ni, Al, Pt or the like can be used. Especially, ITO and a stone oxide are preferable, and ITO which is transparency and electroconductivity is especially preferable. Said microelectrode is normally formed by performing porous conductive material plating on the uppermost surface of a part of these electrode materials arranged in desired positions and shapes.

복수개의 미소 전극은 통상, 최근접의 전극간 거리가 같아지도록, 같은 간격으로 배치된다. 이 근접의 전극간 거리는 대표적으로는 약 10에서 약 1000㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 전극의 형상은 대표적으로는 정방형 또는 원형이고, 1변의 길이, 혹은 지름은 약 20㎛에서 약 200㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 설정에 의해, 측정 대상의 신경 세포(즉 세포체와 수상(樹狀) 돌기와 축색(軸索) 돌기)의 세포체가 하나의 전극상에 놓였을 때, 이 세포체로부터 연장된 세포 돌기를 개재하여 이웃하는 다른 세포체가 이웃하는 전극상에 위치할 확률이 높아진다. The plurality of micro electrodes are usually arranged at the same interval so that the distance between the closest electrodes is the same. This inter-electrode distance can typically be in the range of about 10 to about 1000 μm. The shape of the electrode is typically square or circular, and the length or diameter of one side may be in the range of about 20 μm to about 200 μm. By this setting, when the neurons to be measured (i.e., the cell body and the dendritic and axonous cell bodies) are placed on one electrode, the neighboring cells are interposed through the cell protrusions extending from the cell body. The chance of other cell bodies being located on neighboring electrodes increases.

미소 전극과 접속하는 리드선에도 상기한 바와 같은 전극 재료를 적용할 수 있고, 역시 ITO가 바람직하다. 통상, 이러한 전극 재료를 기판상에 증착한 후, 포토레지스트를 사용하여 에칭함으로써 미소 전극의 최하층 및 리드선을 포함하는 배선부가 일체적으로 원하는 패턴으로 형성된다. 이 때, 미소 전극의 최하층 및 배선부의 두께는 약 500 내지 5000옹스트롬 정도일 수 있다. The electrode materials as described above can also be applied to lead wires connected to the microelectrodes, and ITO is also preferable. Usually, after depositing such an electrode material on a substrate, the wiring portion including the lowermost layer of the microelectrode and the lead wire is formed integrally in a desired pattern by etching using a photoresist. At this time, the thickness of the lowermost layer and the wiring portion of the microelectrode may be about 500 to 5000 angstroms.

리드선은 대표적으로는 각 미소 전극으로부터 약 방사형으로 연장한 형상으로 배치된다. 이 약 방사형의 배치와 조합하여 복수의 미소 전극의 중심점을 8×8의 격자형의 각 교점에 위치시키는 것이 특히 바람직하다. The lead wire is typically arranged in a shape extending approximately radially from each microelectrode. In combination with this weakly radial arrangement, it is particularly preferable to position the center points of the plurality of micro-electrodes at each intersection of 8x8 lattice.

리드선을 피복하여 절연하기 위한 절연층의 재료로서는 예를들면 폴리이미드(PI) 수지, 에폭시 수지 등의 투명한 수지를 들 수 있다. 네거티브 포토센시티브 폴리이미드(NPI) 등의 감광성 수지가 바람직하다. 감광성 수지의 절연층 재료를 사용하면, 예를 들면, 포트 에칭에 의한 패턴 형성을 이용하여, 미소 전극상의 절연층 부분에 구멍을 열어 해당 전극만을 노출시키는 것이 가능해진다. 이와 같이, 절연층은 각 전극상 및 외부 회로와의 전기 접점의 근방을 제외하고, 절연기판의 거의 모든 면을 피복하도록 형성되는 것이 생산 효율 등의 점에서 바람직하다. As a material of the insulating layer which coats and insulates a lead wire, transparent resins, such as a polyimide (PI) resin and an epoxy resin, are mentioned, for example. Photosensitive resins, such as negative photosensitive polyimide (NPI), are preferable. When the insulating layer material of photosensitive resin is used, it becomes possible to open a hole in the insulating layer part on a microelectrode, and to expose only this electrode, for example using pattern formation by port etching. In this way, it is preferable that the insulating layer is formed to cover almost all surfaces of the insulating substrate except for the electrical contacts on the respective electrodes and the external circuits in terms of production efficiency and the like.

(세포 전위 측정장치 및 시스템) (Cell potential measuring device and system)

본 발명의 일체화 복합 전극을 신경 세포 등의 측정에 유효하게 활용하기 위한 시스템에 있어서의 여러가지 구성요소의 설계에 있어서는 상기한 다공성 도전성 재료의 형성 및 작용을 방해하지 않는 한, 공지의 세포 전위 측정 시스템에 있어서의 임의의 특징을 채용할 수 있다(예를 들면, 일본 특개평 8-62209호 공보를 참조).In the design of various components in a system for effectively utilizing the integrated composite electrode of the present invention for the measurement of nerve cells or the like, a known cell potential measuring system is provided so long as it does not prevent the formation and action of the porous conductive material described above. Any characteristic in can be employ | adopted (for example, refer Unexamined-Japanese-Patent No. 8-62209).

본 발명의 일체화 복합 전극은 통상, 복합 전극상에서의 세포 배양을 쉽게 하기 위한 구조 및 소망에 의해 복합 전극 자체의 취급을 쉽게 하기 위한 구조가 더해져 일체화 세포 설치기로서 제공될 수 있다. The integrated composite electrode of the present invention can be provided as an integrated cell mounting device by adding a structure for facilitating cell culture on the composite electrode and a structure for facilitating the handling of the composite electrode itself as desired.

복합 전극상에서의 세포 배양을 위해서는, 대표적으로는 상기 절연층에서 기판의 거의 전체 면이 피복된 기판상에 절연층을 개재하여 배양액을 유지할 수 있는 구조 부분을 부가할 수 있다. 이러한 유지 구조로서, 예를 들면, 폴리스틸렌으로 된 원통형의 테두리를 복수의 미소 전극을 둘러싸도록 기판상에 고정할 수 있다. 이 때, 폴리스틸렌 테두리의 내측이 세포 설치 영역을 규정한다. 본 발명의 다공성 도전성 재료 도금은 상기 유지 구조의 설치 전 또는 설치 후에 미소 전극의 표면에 형성될 수 있다. For cell culture on the composite electrode, a structural part capable of holding the culture solution via the insulating layer can be added, typically on the substrate on which almost the entire surface of the substrate is coated in the insulating layer. As such a holding structure, for example, a cylindrical edge made of polystyrene can be fixed on the substrate to surround the plurality of micro electrodes. At this time, the inside of the polystyrene frame defines the cell installation region. The porous conductive material plating of the present invention may be formed on the surface of the microelectrode before or after installation of the holding structure.

일체화 복합 전극을 세포 측정할 때의 취급을 쉽게 하기 위해서, 예를 들면, 프린트 배선판을 조합할 수 있다. 프린트 배선판은 일체화 복합 전극의 전기 접점과 도전 접속하는 도전 패턴을 갖는 것에 의해, 미소 전극으로부터 전기 접점에 달하는 전기 접속을 더욱 외부로 끌어 내는 역활을 한다. 프린트 배선판과 일체화 복합 전극의 전기 접속을 유지하면서, 양자를 확실하게 고정하기 위해서, 더욱이, 적절한 형상의 홀더, 예를 들면, 복합 전극을 상하로 끼우는 형상의 2분할식 홀더를 사용할 수 있다. In order to facilitate handling when the integrated composite electrode is measured in a cell, for example, a printed wiring board can be combined. A printed wiring board has a conductive pattern which electrically connects with the electrical contact of an integrated composite electrode, and serves to draw out the electrical connection which reaches an electrical contact from a microelectrode further. In order to reliably fix both while maintaining the electrical connection between the printed wiring board and the integrated composite electrode, a holder of an appropriate shape, for example, a two-split holder having a shape of sandwiching the composite electrode up and down can be used.

일체화 세포 설치기에 또한 자극 신호 부여장치와 출력 신호 처리장치를 조합함으로써 복합 전극상에 설치된 세포에 전기적 자극을 주고, 그 응답으로서의 출력 신호를 처리하기 위한 세포 전위 측정장치가 구성될 수 있다. A cell potential measuring apparatus for giving electrical stimulation to cells installed on the composite electrode and processing the output signal as a response by combining the stimulation signal giving device and the output signal processing device in the integrated cell placing device.

자극 신호 부여장치는 상기 복수의 미소 전극 중의 임의의 한 쌍의 전극간에 자극 신호를 인가할 수 있다. 자극 신호에 세포가 응답함으로써 다른 전극에 있어서 유발 전위의 변화를 얻을 수 있고, 출력 신호로서 신호 처리장치에 부여된다. 출력 신호는 적절한 신호 처리를 거쳐서 예를 들면 표시장치 등으로 출력된다. 또, 자극 신호를 받지 않고 세포에 있어서 발생하는 자발 전위의 측정도 마찬가지로 행하여질 수 있다. The stimulus signal applying device may apply a stimulus signal between any pair of electrodes among the plurality of micro electrodes. When the cell responds to the stimulus signal, a change in the induced potential at the other electrode can be obtained, which is given to the signal processing device as an output signal. The output signal is output to, for example, a display device through appropriate signal processing. In addition, the measurement of the spontaneous potential which arises in a cell without receiving a stimulus signal can also be performed similarly.

자극 신호 부여장치 및 출력 신호 처리장치는 대표적으로는 적절한 측정용 소프트웨어를 구비한 컴퓨터에 의해서 일체로서 구성된다. 측정용 소프트웨어는 컴퓨터의 화면상에 자극 조건 등을 설정할 수 있는 파라미터 설정 화면, 세포로부터 검출된다. 전위를 기록하여 리얼타임으로 다채널 표시할 수 있는 기록 화면, 및 기록된 데이터를 해석할 수 있는 데이터 해석 화면 등을 부여한다. 바람직하게는 컴퓨터로부터의 자극 신호는 D/A 변환기를 통해서 일체화 복합 전극으로 출력되고, 그리고 세포로부터의 출력 신호는 A/D 변환기를 통해서 컴퓨터에 입력된다. The stimulus signal providing device and the output signal processing device are typically integrally formed by a computer having appropriate measurement software. The measurement software is detected from a parameter setting screen and a cell which can set stimulation conditions and the like on a computer screen. A recording screen capable of recording potentials and displaying in multiple channels in real time, and a data analysis screen capable of analyzing recorded data are provided. Preferably the stimulus signal from the computer is output to the integrated composite electrode via the D / A converter, and the output signal from the cell is input to the computer via the A / D converter.

세포 전위 측정장치에 또한 광학 관찰장치와 세포 배양 장치를 조합함으로써 신경 세포를 장기간에 걸쳐 배양하고, 그 전기 생리학적 활동을 안정되고 또한 정확하게 측정하는 것을 가능하게 하는 세포 전위 측정을 위한 시스템이 구축될 수 있다. 광학 관찰장치로서는 역현미경 외에, 고세밀도 디스플레이 및 화상 파일장치를 구비한 현미경용 SIT 카메라를 사용할 수 있다. 세포 배양장치로서는 배양 분위기의 온도 조절, 배양액의 순환, 공기 및 이산화탄소의 혼합 가스의 공급 등을 제어할 수 있는 임의의 기기 또는 기기류의 조합을 이용할 수 있다.A system for measuring cell potential, which makes it possible to cultivate nerve cells over a long period of time and to measure their electrophysiological activity stably and accurately by combining a cell potential measuring device and an optical observer and a cell culture device. Can be. In addition to an inverted microscope, a microscope SIT camera equipped with a high-definition display and an image pile device can be used as the optical observation device. As the cell culture device, any device or combination of devices capable of controlling temperature control of the culture atmosphere, circulation of the culture solution, supply of a mixed gas of air and carbon dioxide, and the like can be used.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 예시한다. 이 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention is more specifically illustrated. This embodiment does not limit the invention.

(실시예 1)(Example 1)

여러가지 전류 밀도로, 평면상의 미소 전극(사이즈 50×50㎛의 전극 각각의 중심부가 8×8의 격자형의 각 교점에 위치한다. 따라서, 미소 전극의 총표면적(투영 면적)은 50×50×64=160000㎛2) 표면에 금에 의한 전해 도금을 실시하였다.At various current densities, the planar microelectrode (the center of each electrode having a size of 50 x 50 µm is located at each intersection of the 8 x 8 lattice. Therefore, the total surface area (projection area) of the micro electrode is 50 x 50 x 64 = 160000 μm 2 ) The surface was electroplated with gold.

구체적으로는, 1.0A/d㎡, 1.5A/d㎡ 및 2.0A/d㎡의 각 전류 밀도로 금의 전해 도금을 시도하였다. 각각의 전류 밀도로 얻은 금도금을 갖는 전극의 임피던스를 주파수 1㎑, 단자간 전압 50㎷로 측정하여, 5회의 측정의 평균치를 구하였다. 결과를 표 1에 도시한다. 전류 밀도를 올릴 수록, 미소 전극의 평균 임피던스를 낮게 할 수 있었다. Specifically, electrolytic plating of gold was attempted at current densities of 1.0 A / dm 2, 1.5 A / dm 2 and 2.0 A / dm 2. The impedance of the electrode with gold plating obtained at each current density was measured at a frequency of 1 Hz and a terminal voltage of 50 Hz, and the average value of five measurements was obtained. The results are shown in Table 1. As the current density was increased, the average impedance of the microelectrode was lowered.

여기서 얻어진 미소 전극상의 금도금 표면을 광학 현미경으로 관찰하였다. 현미경 사진을 도 1a 내지 도 1c에 도시한다. 도 1a가 1.0A/d㎡, 도 1b가 1.5A/d㎡ 그리고 도 1c가 2.0A/d㎡의 전류 밀도로 각각 얻어진 도금 표면의 광학 현미경 사진이다. 1.0A/d㎡의 전류 밀도에서는 거의 평활한 도금 표면을 얻을 수 있는데 대하여, 전류 밀도를 올릴 수록, 금도금 표면이 현저하게 다공성의 형상을 도시하고, 전극 표면의 면적을 증대시키고 있는 것을 알 수 있다.The gold plating surface on the microelectrode obtained here was observed with the optical microscope. Micrographs are shown in FIGS. 1A-1C. 1A is 1.0 A / dm 2, FIG. 1B is 1.5 A / dm 2, and FIG. 1C is an optical micrograph of the plating surface obtained at a current density of 2.0 A / dm 2, respectively. At a current density of 1.0 A / dm 2, an almost smooth plating surface can be obtained. As the current density is increased, the gold-plated surface shows a significantly porous shape and the area of the electrode surface is increased. .

(실시예 2) (Example 2)

실시예 1에서 얻어진 미소 전극 표면을 사용하여 실제로 마우스(mouse)의 해마(hippocampus) 조각(뇌)을 사용하여, 유발(誘發;evoked) 전위의 측정과 노이즈 레벨의 측정을 행하였다. 해마 조각은 마우스로부터 얻었다. 5주된 수(雄;male) c57black 6 마우스를 플로센(Fluothane)으로 마취한 후, 단두(decapitate)하여 전체 뇌를 적출하였다. 적출한 뇌를 즉시 얼음 링거(Ringer)액으로 냉각하고, 해마만을 포함하는 뇌 단편(斷片;block)을 꺼내었다. 이어서, 꺼낸 뇌 단편을, 조직 조각화 장치로 250미크론 두께로 조각으로 하고, 이 조각을 미소 전극상에 두어 시험에 제공하였다. Using the microelectrode surface obtained in Example 1, the hippocampus fragment (brain) of the mouse was actually used to measure the evoked potential and the noise level. Seahorse slices were obtained from mice. Five-week-old male c57black 6 mice were anesthetized with Fluothane, followed by decapitate to extract the whole brain. The extracted brain was immediately cooled with ice Ringer's solution and a brain block containing only the hippocampus was taken out. The removed brain fragments were then sliced to a 250 micron thickness with a tissue fragmentation apparatus, and the pieces were placed on microelectrodes for testing.

유발 전위의 측정과 노이즈 레벨의 측정은 10마이크로A의 정(定)전류를 쌍극성의 펄스(펄스폭 100마이크로초)로서 부여하고, 64개의 전극의 응답을 자극 전 5밀리초에서 자극 후 45밀리초까지의 사이, 64채널로 표시한 컴퓨터 화면으로 측정하여 행하였다. 이 결과를, 도 2a 내지 2f에 도시한다. 도 2a, 2c 및 2e는 금도금 피복 미소 전극상에서의 상기 정전류 자극에 대한 세포의 전위 변화의 응답, 즉 유발 전위를 도시한다. 도 2a는 전류 밀도 1.0A/d㎡에서의 전해로 얻어진 전극, 도 2c는 전류 밀도 1.5A/d㎡에서의 전해로 얻어진 전극 및 도 2e는 전류 밀도 2.0A/d㎡에서의 전해로 얻어진 전극에 있어서의 유발 전위를 각각 도시한다. Measurement of induced potential and measurement of noise level give a constant current of 10 microA as a dipolar pulse (pulse width of 100 microseconds), and the response of 64 electrodes is 5 milliseconds before stimulation and 45 milliseconds after stimulation. The measurement was performed on a computer screen displayed in 64 channels for up to a second. This result is shown to FIG. 2A-2F. 2A, 2C and 2E show the response of the cell's potential change, ie induced potential, to the constant current stimulus on a gold plated coated microelectrode. 2A shows an electrode obtained by electrolysis at a current density of 1.0 A / dm 2, FIG. 2C shows an electrode obtained by electrolysis at a current density of 1.5 A / dm 2, and FIG. 2E shows an electrode obtained by electrolysis at a current density of 2.0 A / dm 2. The induced electric potential in is shown, respectively.

도 2b, 2d 및 2f는 각각 도 2a, 도 2c 및 도 2의 금도금 피복 미소 전극에 대하여 세포의 비존재하에서 노이즈 레벨을 도시한 것이다.2B, 2D and 2F show noise levels in the absence of cells for the gold plated coated microelectrodes of FIGS. 2A, 2C and 2, respectively.

도 2a, 2c 및 2e에 도시하는 바와 같이, 전류 밀도 1.0A/d㎡에서의 전해로 얻어진 금도금(도 2a)과 비교하여, 더욱 고전류 밀도로 얻어진 다공성의 금도금에서는 자극 신호를 인가한 전극에 있어서의 응답이 명료하고, 정전류의 자극을 유효하게 인가할 수 있는 것을 알았다(도 2c 및 도 2e). 그리고, 특히, 1.5A/d㎡의 전류 밀도로 도금을 실시한 미소 전극이 임피던스치가 낮고, 그리고 미소 전극의 표면 형태에 대해서도 양호하였다. As shown in Figs. 2A, 2C and 2E, compared with the gold plating obtained by electrolysis at a current density of 1.0 A / dm 2 (Fig. 2A), in the porous gold plating obtained at a higher current density, the electrode to which the stimulus signal is applied The response was clear and it was found that the stimulus of the constant current can be effectively applied (FIGS. 2C and 2E). In particular, the microelectrode plated at a current density of 1.5 A / dm 2 had a low impedance value and was good also in the surface form of the microelectrode.

노이즈 레벨은 2.0A/d㎡에서의 도금(도 2f)이 가장 낮고, 이어서 1.5A/d㎡에서의 도금(도 2d)이 낮았다. 한편, 1.0A/d㎡에서의 도금(도 2b)에서는 현저하게 노이즈가 많고, 신경 세포의 전위 변화를 정밀도 좋게 계측하는 것은 곤란하였다. The noise level was the lowest at 2.0 A / dm 2 (FIG. 2F), followed by the lowest at 1.5 A / dm 2 (FIG. 2D). On the other hand, plating at 1.0 A / dm 2 (FIG. 2B) was remarkably noisy, and it was difficult to accurately measure the potential change of nerve cells.

(실시예 3) (Example 3)

여러가지 전류 밀도로 금에 의한 전해 도금을 실시한 평면 미소 전극 표면의 주파수 특성을 종래품과 비교하였다. 2.0A/d㎡ 및 1.5A/d㎡에서의 다공성의 금도금 표면을 갖는 전극은 각각 전해에 의한 백금흑의 도금을 표면에 갖는 종래품의 전극과 손색없는 주파수 특성을 나타내었다. 그러나, 1.0A/d㎡에서의 금도금은 종래품과 비교하여 현저하게 주파수 특성이 떨어졌다. The frequency characteristics of the surface of the planar microelectrode subjected to electrolytic plating with gold at various current densities were compared with the conventional products. Electrodes having a porous gold-plated surface at 2.0 A / dm 2 and 1.5 A / dm 2 exhibited frequency characteristics comparable to those of conventional electrodes having platinum black plating on the surface, respectively, by electrolysis. However, gold plating at 1.0 A / dm 2 was significantly inferior in frequency characteristics as compared with the prior art.

(실시예 4) (Example 4)

이하의 방법에 의해 미소 전극 표면적을 측정 또는 산출하였다. The microelectrode surface area was measured or calculated by the following method.

1.가스 흡착법에 의한 측정1.Measurement by gas adsorption method

실시예 1에서 얻어진 전류 밀도 1.5A/d㎡에서의 다공성의 금도금 표면을 갖는 미소 전극의 표면적을 CO 가스를 사용한 가스 흡착법을 이용하여 측정하였다. 측정 시료로서, 1.3㎜×1.3㎜×1.1㎜의 유리기판상에 있는 금도금 미소 전극 64개(이하 금도금 미소 전극 블록이라고 한다)를 사용하였다. 미소 전극 단독에서는 지나치게 작아 가스 흡착법에 의한 피검시료로 하는 것은 곤란하기 때문이다. 또한, 금도금 대신에 종래 방법(전해 도금)에 의해 백금흑을 도금한 동일한 유리기판상에 있는 백금흑 도금 미소 전극 64개(이하 백금흑 도금 미소 전극 블록이라고 한다)를 비교 시료로 하였다. 또, 어느 쪽의 시료 블록이나 그 무게는 0.004g이었다. 측정 결과를 표 2에 나타내었다. The surface area of the microelectrode having a porous gold plated surface at a current density of 1.5 A / dm 2 obtained in Example 1 was measured using a gas adsorption method using CO gas. As the measurement sample, 64 gold-plated microelectrodes (hereinafter referred to as gold-plated microelectrode blocks) on a glass substrate of 1.3 mm x 1.3 mm x 1.1 mm were used. It is because it is difficult to set it as the test sample by gas adsorption method too small in a micro electrode alone. Instead of gold plating, 64 platinum black plated microelectrodes (hereinafter referred to as platinum black plated microelectrode blocks) on the same glass substrate plated with platinum black by a conventional method (electrolytic plating) were used as comparative samples. In addition, either sample block and its weight were 0.004g. The measurement results are shown in Table 2.

여기서, 1.3㎜×1.3㎜×1.1㎜의 유리기판상에 있는 도금되기 전의 미소 전극(이하 미소 전극 블록이라고 한다)의 총 표면적을 S, 도금되기 전의 미소 전극의 표면적(투영 면적)을 s, 금도금 미소 전극 블록 또는 백금흑 도금 미소 전극 블록의 총 표면적을 S', 그리고 도금에 의해 미소 전극의 표면적이 α배로 증가, 즉 그 표면적이 αs가 되었다고 하면, S-s 즉, 미소 전극을 제외하는 미소 전극 블록 부분의 표면적은 변하지 않고, 미소 전극의 표면적만이 도금에 의해 증가하기 때문에, S'=(S-s)+αs의 관계식이 성립한다. 따라서 α의 값은 식:α=(S'-S)/s+1로 산출된다. Here, the total surface area of the microelectrode before plating (hereinafter referred to as microelectrode block) on the glass substrate of 1.3 mm x 1.3 mm x 1.1 mm is S, the surface area (projection area) of the microelectrode before plating is s, and the gold plating fine is If the total surface area of the electrode block or the platinum black plated microelectrode block is S 'and the surface area of the microelectrode is increased by α times by plating, that is, the surface area becomes αs, Ss, that is, the portion of the microelectrode block excluding the microelectrode, Since the surface area does not change, and only the surface area of the microelectrode is increased by plating, the relation of S '= (Ss) + alpha s holds. Therefore, the value of α is calculated by the formula: α = (S'-S) / s + 1.

여기서, S의 값은 1.3㎜×1.3㎜×1.1㎜의 직방체의 표면적으로 7.41㎜2로 계산되고, 그리고 s(투영 면적)의 값은 50μ×50㎛의 전극 64개의 표면적이므로 0.16㎜2이다. 따라서, 표 2로 도시되는 S'의 측정 결과로부터, 백금흑 도금 미소 전극에 대해서 α=504955의 값을 얻을 수 있다. 또, 금도금 전극에 대해서는 가스 흡착법의 검출 한계 이하이고, 표면적의 증가는 α<455로 추측할 수 있다.Here, the value of S is calculated to be 7.41 mm 2 in the surface area of a rectangular parallelepiped of 1.3 mm x 1.3 mm x 1.1 mm, and the value of s (projection area) is 0.16 mm 2 since it is the surface area of 64 electrodes of 50 µm x 50 µm. Therefore, from the measurement result of S 'shown in Table 2, the value of (alpha) = 504955 can be obtained with respect to a platinum black plating microelectrode. In addition, the gold-plated electrode is below the detection limit of the gas adsorption method, and the increase in the surface area can be estimated as? <455.

2. 등가 회로에 의한 미소 전극의 표면적의 산출 2. Calculation of surface area of micro electrode by equivalent circuit

2.1 : 금도금 전극의 임피던스 특성2.1: impedance characteristics of gold-plated electrodes

실시예 1에서 얻어진 전류 밀도 1.5A/d㎡에서의 다공성의 금도금 표면을 갖는 미소 전극에 대하여 주파수를 1㎐에서 100㎑까지 연속적으로 변화시켜 임피던스를 측정하였다. 측정은 대극(對極)으로서 0.3㎜ψ의 백금선을 사용하여, 1.4wt% NaCl 수용액 중에서 행하였다. 바이어스 전압은 0V로 하고, 측정 전압의 진폭은 50㎷로 하였다. 결과를 도 3에 도시한다. 도 3은 임피던스 측정에 의해 얻어진 결과를 도시하는 당업자에게 주지인 보드선도로, 측정 임피던스(Z)의 절대치의 대수 log│Z│와 위상각(θ)을 주파수(f)의 대수에 대하여 플롯한 것이다. 이 보드선도로부터, 측정한 시스템을 등가 회로로서 나타내어, 미소 전극의 표면적을 정량화하였다. The impedance was measured by continuously changing the frequency from 1 kHz to 100 kHz for the microelectrode having a porous gold plated surface at a current density of 1.5 A / dm 2 obtained in Example 1. The measurement was performed in a 1.4 wt% NaCl aqueous solution using a 0.3 mm square platinum wire as a counter electrode. The bias voltage was 0 V and the amplitude of the measured voltage was 50 Hz. The results are shown in FIG. Fig. 3 is a board diagram well known to those skilled in the art showing the results obtained by impedance measurement, in which the logarithm of the absolute value of the measured impedance (Z) and the log angle (Z) and the phase angle (θ) are plotted against the logarithm of the frequency (f). will be. From this board diagram, the measured system was shown as an equivalent circuit to quantify the surface area of the microelectrode.

미소 전극을 사용한 측정 시스템은 실제로는 액(液)저항이나 ITO 회로 패턴 부분 등의 저항, 미소 전극 표면의 전기 2중층에 의한 용량 등 외에 절연막을 통해서 IT0 회로 패턴 부분과 액과의 사이에 발생하는 용량이나 미소 전극 계면에 발생하는 저항 등이 복잡하게 직병렬로 접속된 것과 등가(等價)라고 추정할 수 있다. 예를 들면, 도 4a에 미소 전극을 사용한 측정 시스템의 등가 회로 1개를 도시한다. 도 4a에 도시되는 등가 회로 전체의 합성 임피던스(Z)는 이하의 식 [Ⅰ]로 나타낼 수 있다:The measurement system using the micro electrode is actually generated between the IT0 circuit pattern portion and the liquid through the insulating film in addition to the resistance such as liquid resistance, ITO circuit pattern portion, capacitance by the electric double layer on the surface of the micro electrode, and the like. It can be estimated that the capacitance, resistance generated at the microelectrode interface, and the like are equivalent to those connected in series and in parallel. For example, FIG. 4A shows one equivalent circuit of a measurement system using a microelectrode. The combined impedance Z of the entire equivalent circuit shown in FIG. 4A can be represented by the following formula [I]:

(여기서, R1은 ITO의 회로 패턴 부분의 저항(액과 접촉하지 않은 부분), R2는 ITO의 회로 패턴 부분의 저항 및 액저항, R3는 미소 전극 표면의 저항, C1은 미소 전극 표면의 전기 이중층 용량, C2는 절연막을 통해서 ITO 회로 패턴 부분과 액 사이에 발생하는 용량, 그리고 ω=2πf(ω:각(角) 주파수, f:주파수)이다. 상기 합성 임피던스의 절대치 │Z│ 및 위상(θ)은 각각, │Z│=(ZRe 2+ZIm 2)1/2, θ=tan-1(-ZIm/ZRe)(여기서 ZRe: Z의 실부, ZIm:Z의 허부)로 나타낼 수 있다.Where R 1 is the resistance of the circuit pattern portion of the ITO (the portion that is not in contact with the liquid), R 2 is the resistance and liquid resistance of the circuit pattern portion of the ITO, R 3 is the resistance of the microelectrode surface, and C 1 is the microelectrode The electric double layer capacitance on the surface, C 2, is the capacitance generated between the portion of the ITO circuit pattern and the liquid through the insulating film, and ω = 2πf (ω: angular frequency, f: frequency). │ and phase θ are respectively │Z│ = (Z Re 2 + Z Im 2 ) 1/2 , θ = tan -1 (-Z Im / Z Re ), where Z Re : real part of Z, Z Im Can be expressed as:

그래서, 도 4a에 도시하는 등가 회로의 R1, R2, C1 및 C2를 변화시켜, 등가 회로의 합성 임피던스를 계산하여 시뮬레이션하고, 도 3의 보드선도에 가장 근사한 보드선도를 부여하는 R1, R2, R3, C1 및 C2의 조합을 선택하였다. R1=200Ω, R2=5㏀, R3=5㏀, C1=0.01μF 및 C2=100pF일 때의 보드선도를 도 5에 도시한다. 도 5에 도시하는 결과는 실제 측정 값인 도 3에 도시하는 결과와 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다.Thus, R 1 , R 2 , C 1, and C 2 of the equivalent circuit shown in FIG. 4A are changed to calculate and simulate a composite impedance of the equivalent circuit, and R is given to the board diagram closest to that of FIG. 3. Combinations of 1 , R 2 , R 3 , C 1 and C 2 were selected. 5 shows a board diagram when R 1 = 200 Ω, R 2 = 5 ms, R 3 = 5 ms, C 1 = 0.01 μF, and C 2 = 100 pF. It can be seen that the results shown in FIG. 5 agree well with the results shown in FIG. 3, which are actual measured values.

여기서, 미소 전극을 사용한 측정 시스템에서는 R3>>R1, R3>>R 2 및 C2<<C1이므로 상기한 식 [Ⅰ]은 R3→∞, C2→0으로 하여, 식 [II]로 근사할 수 있다.Here, in the measurement system using the microelectrode, R 3 >> R 1 , R 3 >> R 2, and C 2 << C 1 , and the above formula [I] is defined as R 3 → ∞, C 2 → 0, Can be approximated by [II].

즉, R1+R2=R, C2=C로 함으로써 미소 전극을 사용한 측정 시스템은 도 4b로 도시되는 단순한 회로로 근사할 수 있는 것을 알 수 있다. 이하, 도 4b의 등가 회로를 사용하여 해석을 진행했다.That is, it can be seen that the measurement system using the microelectrode can be approximated by the simple circuit shown in FIG. 4B by setting R 1 + R 2 = R and C 2 = C. Hereinafter, analysis was performed using the equivalent circuit of FIG. 4B.

도 4b에 도시되는 등가 회로 전체의 합성 임피던스(Z)는 Z=R+(jωC)-1로 표시된다. 여기서, R: 회로 패턴 저항, C: 미소 전극 표면의 전기 이중층 용량, ω=2πf(ω: 각 주파수, f=주파수)이다. 그리고 여기서 상기 합성 임피던스의 절대치│Z│ 및 위상(θ)은 각각, │Z│=(R2+(1/ωC)2)1/2 및 θ=tan-1(-ωC/R)로 표시된다.The combined impedance Z of the entire equivalent circuit shown in FIG. 4B is represented by Z = R + (jωC) −1 . Here, R is a circuit pattern resistance, C is an electric double layer capacitance on the surface of the microelectrode, and ω = 2πf (ω: each frequency and f = frequency). And wherein the absolute value of the synthesized impedance │Z│ and the phase θ are represented by │Z│ = (R 2 + (1 / ωC) 2 ) 1/2 and θ = tan −1 (−ωC / R), respectively. do.

그래서, 도 4b에 도시하는 등가 회로의 R 및 C의 값을 변화시켜, 등가 회로의 합성 임피던스를 산출하여 시뮬레이션하고, 도 3의 보드선도에 가장 근사하는 보드선도를 부여하는 R 및 C의 조합을 선택하였다. R=5㏀ 및 C=0.01μF일 때의 보드선도를 도 6에 도시한다. 도 6에 도시하는 결과는 실제 측정 값인 도 3에 도시하는 결과와 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다. Thus, a combination of R and C that changes the values of R and C of the equivalent circuit shown in FIG. 4B, calculates and synthesizes the composite impedance of the equivalent circuit, and gives a board diagram that most closely matches the board diagram of FIG. Selected. 6 shows board diagrams when R = 5 ms and C = 0.01 µF. It is understood that the results shown in FIG. 6 are in good agreement with the results shown in FIG. 3, which are actual measured values.

다음으로, 대조로서 사용한 금도금 표면을 갖지 않는 미소 전극의 임피던스의 실제 측정 값의 그래프를 도 7에 도시한다. 측정 조건은 상기한 금도금 표면을 갖는 미소 전극의 임피던스를 측정한 경우(도 3)와 같다. Next, a graph of the actual measured value of the impedance of the microelectrode without the gold plated surface used as the control is shown in FIG. Measurement conditions are the same as in the case where the impedance of the microelectrode having the above-described gold plated surface is measured (FIG. 3).

다음으로, 도 4b에 도시하는 등가 회로에 있어서 R=5㏀, C=250pF일 때의 등가 회로의 합성 임피던스를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도면 8에 도시한다. 도 8에 도시하는 결과는 실제 측정 값인 도 7에 도시하는 결과와 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다. Next, FIG. 8 shows the results obtained by simulation of the synthesized impedance of the equivalent circuit when R = 5 kHz and C = 250 pF in the equivalent circuit shown in FIG. 4B. It is understood that the results shown in FIG. 8 are in good agreement with the results shown in FIG. 7, which are actual measured values.

여기서, 금도금 표면을 갖는 미소 전극의 전기 이중층 용량을 CA, 금도금 처리를 실시하기 전의 미소 전극의 전기 이중층 용량을 CB로 하면, 상기 시뮬레이션 결과로부터, 각각의 미소 전극의 정전 용량은 CA=0.01μF 및 CB=250PF이므로, CA=40CB의 관계를 얻을 수 있다. 여기서, 일반적으로 정전 용량 Cap는 Cap0εrS/d(ε0:진공의 유전율, εr: 유전체의 비유전율, S: 전극의 표면적, d:유전체의 두께)로 나타낼 수 있고, 그 값은 전극의 표면적에 비례하기 때문에, 상기한 관계식은 금도금 표면을 갖는 미소 전극의 표면적이 금도금을 실시함으로써 40배로 증가한 것을 나타내고 있다.Here, when the electric double layer capacitance of the microelectrode having a gold plated surface is CA and the electric double layer capacitance of the microelectrode before the gold plating treatment is CB, the electrostatic capacitance of each microelectrode is C A = 0.01 μF. And C B = 250PF, a relationship of C A = 40C B can be obtained. In general, the capacitance C ap can be expressed as C ap = ε 0 ε r S / d (ε 0 : dielectric constant of vacuum, ε r : dielectric constant of dielectric, S: surface area of electrode, d: thickness of dielectric) Since the value is proportional to the surface area of the electrode, the above relation indicates that the surface area of the microelectrode having a gold plated surface is increased by 40 times by gold plating.

금도금 표면을 갖는 미소 전극과 마찬가지로, 백금흑 도금 표면을 갖는 미소 전극의 임피던스의 실제 측정 값의 그래프를 도 9에 도시한다. 측정 조건은 상기한 금도금 표면을 갖는 미소 전극의 임피던스를 측정한 경우(도 3)와 같다. 다음으로, 도 4b에 도시하는 등가 회로에 있어서 R=5㏀, C=0.05μF일 때의 등가 회로의 합성 임피던스를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도면 10에 도시한다. 도 10에 도시하는 결과는 실측지인 도 9에 도시하는 결과와 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다.Similar to the microelectrode having a gold plated surface, a graph of the actual measured value of the impedance of the microelectrode having a platinum black plating surface is shown in FIG. 9. Measurement conditions are the same as in the case where the impedance of the microelectrode having the above-described gold plated surface is measured (FIG. 3). Next, FIG. 10 shows the results obtained by simulation of the synthesized impedance of the equivalent circuit when R = 5 Hz and C = 0.05 µF in the equivalent circuit shown in FIG. 4B. It is understood that the result shown in FIG. 10 is in good agreement with the result shown in FIG.

상기한 바와 같이, 백금흑 도금 표면을 갖는 미소 전극의 전기 이중층 용량을 CA, 백금흑 도금 처리를 실시하기 전의 미소 전극의 전기 이중층 용량을 CB로 하면, CA=0.01μF, 및 CB=0.05μF이므로 CA=200CB의 관계가 성립한다. 이 관계식은 백금흑 도금 표면을 갖는 미소 전극의 표면적이 금도금을 실시함으로써 200배 증가한 것을 나타낸다.As described above, when the electrical double layer capacity of the microelectrode having the platinum black plating surface is set to C A , and the electrical double layer capacity of the microelectrode before performing the platinum black plating treatment is set to C B , C A = 0.01 μF and C B = 0.05 Since μF, C A = 200C B is established. This relationship shows that the surface area of the microelectrode having the platinum black plating surface was increased by 200 times by gold plating.

본 시뮬레이션에 의해, 해당 미소 전극의 임피던스 한계인 50㏀ 이하를 실현하기 위해서는 금도금에 의해 적어도 표면적을 투영 면적과 비교하여 10배 이상으로 할 필요가 있는 것을 나타내었다.In this simulation, in order to achieve 50 kΩ or less, which is the impedance limit of the microelectrode, it has been shown that gold plating requires at least 10 times the surface area compared with the projected area.

(실시예 5) (Example 5)

1.5A/d㎡의 전류 밀도에서의 전해에 의한 다공성의 합도금을 실시한 평면 미소 전극을 사용하여, 종래 전극(백금흑 도금)과 비교하여 라이프 시험을 행하였다. 라이프 시험은 통상의 급성 실험과 같은 실험을 반복하였다. 즉, 실시예 2에 기재된 실험을 반복하였다. 각 실험 종료 후, 콜라겐나이제(20u/㎖)로 하룻밤 처리하여 세포 조각 시료를 박리하고, 증류수로 세정 후, 각 전극의 임피던스를 측정하였다. 도 11에는 각 실험 종료 후의 임피던스 변화를 플롯하였다. 이 결과로부터, 사용 횟수를 거듭함에 따라서, 종래 도금 방법(백금흑 도금)과 비교하여 임피던스의 상승이 적고, 더욱이 전극마다의 격차가 적었다. The life test was performed compared with the conventional electrode (platinum black plating) using the planar microelectrode which carried out the electroplating porous by electrolysis at the current density of 1.5 A / dm <2>. The life test was repeated with the same experiment as the usual acute experiment. That is, the experiment described in Example 2 was repeated. After the end of each experiment, the cells were treated with collagenase (20 u / ml) overnight to separate the cell debris samples, washed with distilled water, and the impedance of each electrode was measured. In Fig. 11, the impedance change after each experiment is plotted. From this result, as the number of uses was repeated, the impedance increased less compared with the conventional plating method (platinum black plating), and the gap between the electrodes was smaller.

한편, 전해에 의한 백금흑의 도금을 표면에 갖는 종래품의 경우는 도 11에 도시하는 바와 같이, 17 내지 18 사이클 이후에 임피던스가 현저하게 증가하였다. 이와 같이, 다공성의 금도금을 갖는 전극은 종래품과 비교하여, 재이용성이 높고, 전위 변화의 측정을 안정되게 행할 수 있는 것이 나타났다.On the other hand, in the case of the conventional product having the plating of platinum black by electrolysis on the surface, as shown in Fig. 11, the impedance was significantly increased after 17 to 18 cycles. As described above, it was shown that the electrode having a porous gold plating had a higher reusability and a stable measurement of dislocation change as compared with the conventional product.

이상, 본 발명을 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 당업자의 지식에 근거하여 여러가지 개량, 수정, 변형을 가한 예로 실시할 수 있다. As mentioned above, although this invention was demonstrated with reference to the Example, this invention is not limited to these, The example which added various improvement, correction, and deformation on the basis of the knowledge of those skilled in the art within the range which does not deviate from the meaning of this invention. It can be carried out.

본 발명에 의하면, 강도가 높고, 신경 세포 등의 재기적 활동을 장기간 안정되게 기록할 수 있으며, 또한 재이용이 용이한 세포외 기록용 일체화 복합 전극이 제공된다. 이 복합 전극이 갖는 복수의 미소 전극은 다공성의 금도금을 이용함으로써, 강도를 손상하지 않고, 낮은 임피던스를 부여한다. 이 때문에, 복합에 전극에 대한 정전류 자극의 인가가 용이하고, 전기적 자극에 따른 증가 세포의 응답을 관찰하는 데 적합하다.According to the present invention, there is provided an integrated composite electrode for extracellular recording which is high in intensity, can stably record regenerating activity of nerve cells and the like, and is easy to reuse. The plurality of micro-electrodes of this composite electrode use a porous gold plating to impart low impedance without compromising strength. For this reason, the application of the constant current stimulus to the electrode in the composite is easy, and is suitable for observing the response of the increasing cells due to the electrical stimulation.

Claims (9)

세포의 전기 생리학적 특성을 측정하기 위한 일체화 복합 전극에 있어서, In the integrated composite electrode for measuring the electrophysiological characteristics of the cell, 기판상에 배치된 복수의 미소(微小) 전극과, 해당 미소 전극에 전기 신호를 부여하고 또는 해당 미소 전극으로부터 전기 신호를 도출할 수 있는 배선부를 구비하고, And a plurality of micro electrodes disposed on the substrate, and a wiring portion capable of providing an electrical signal to the micro electrodes or extracting an electrical signal from the micro electrodes. 해당 미소 전극은, 그 표면에 다공성의 도전성 재료를 갖고, 해당 도전성 재료가 금, 질화 티타늄, 산화은 및 텅스텐으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되고, 그리고 임피던스가 50㏀ 이하인, 일체화 복합 전극. The microelectrode has a porous conductive material on its surface, the conductive material is selected from the group consisting of gold, titanium nitride, silver oxide, and tungsten, and the impedance is 50 kΩ or less. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성의 도전성 재료가 금이고, 전류 밀도 1.0 내지 5.0A/d㎡으로 10 내지 360초간의 통전(通電)에 의해 형성된, 일체화 복합 전극. The integrated composite electrode according to claim 1, wherein the porous conductive material is gold and is formed by energizing for 10 to 360 seconds at a current density of 1.0 to 5.0 A / dm 2. 세포의 전기 생리학적 특성을 측정하기 위한 일체화 복합 전극에 있어서, In the integrated composite electrode for measuring the electrophysiological characteristics of the cell, 기판상에 배치된 복수의 미소 전극과, 해당 미소 전극에 전기 신호를 부여하고 또는 해당 미소 전극으로부터 전기 신호를 도출할 수 있는 배선부를 구비하고, A plurality of micro electrodes disposed on the substrate, and a wiring portion capable of providing an electrical signal to the micro electrodes or extracting an electrical signal from the micro electrodes; 해당 미소 전극과 실질적으로 같은 임피던스 특성을 도시하는 등가 회로의 정전 용량으로부터 산출한 해당 미소 전극의 표면적이, 적어도 해당 미소 전극의 투영 면적의 10배 내지 200배 미만이고, 그리고 임피던스가 50㏀ 이하인, 일체화 복합 전극. The surface area of the microelectrode calculated from the capacitance of the equivalent circuit showing substantially the same impedance characteristics as the microelectrode is at least 10 times to less than 200 times the projected area of the microelectrode, and the impedance is 50 Hz or less, Integrated composite electrode. 제 3 항에 있어서, 상기 미소 전극의 가스 흡착법에 의해 측정한 표면적이 해당 미소 전극의 투영 면적의 5×105배를 넘지 않는 범위인, 일체화 복합 전극.The integrated composite electrode of Claim 3 whose surface area measured by the gas adsorption method of the said microelectrode is not more than 5x10 5 times the projected area of this microelectrode. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 미소 전극이 기판상에 매트릭스형으로 배치되고, 상기 배선부는 해당 미소 전극에 접속된 리드선과 해당 리드선의 단부에 접속된 전기 접점을 포함하고, 그리고, 적어도 해당 리드선의 표면이 절연층으로 덮인, 일체화 복합 전극. The micro electrodes are arranged in a matrix on a substrate, the wiring portion includes a lead wire connected to the micro electrode and an electrical contact connected to an end of the lead wire, and at least the surface of the lead wire is covered with an insulating layer; Integrated composite electrode. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성의 도전성 재료가 에칭에 의해 형성되는, 일체화 복합 전극. The integrated composite electrode according to any one of claims 1, 3, and 4, wherein the porous conductive material is formed by etching. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 일체화 복합 전극을 구비하고, 해당 일체화 복합 전극의 기판상에 세포 또는 조직을 설치하기 위한 세포 설치 영역을 갖는, 일체화 세포 설치기. An integrated cell mounting device comprising the integrated composite electrode according to any one of claims 1 to 4 and having a cell mounting region for mounting cells or tissues on a substrate of the integrated composite electrode. 제 7 항에 기재된 일체화 세포 설치기와, 세포 또는 조직의 전기 생리학적 활동에 의한 출력 신호를 처리하기 위해서 해당 미소 전극에 접속되는 출력 신호 처리장치를 구비하고, 또한 필요에 따라서 세포 또는 조직에 전기적 자극(electrical stimulus)을 주기 위해서 상기 미소 전극에 접속되는 자극 신호 부여장치를 구비한, 세포 전위 측정장치. An integrated cell mounting device according to claim 7, and an output signal processing device connected to the microelectrode for processing an output signal by electrophysiological activity of the cell or tissue, and further electric stimulation to the cell or tissue as needed. A cell potential measuring device, comprising: a stimulus signal imparting device connected to the microelectrode for giving electrical stimulus. 제 8 항에 기재된 세포 전위 측정장치를 구비하고, 또한, 세포 또는 조직을 광학적으로 관찰하기 위한 광학 관찰장치 및/또는 세포 또는 조직의 배양 환경을 제어하기 위한 세포 배양장치를 구비한, 세포 전위 측정 시스템. The cell potential measurement apparatus provided with the cell potential measuring apparatus of Claim 8, and further provided with the optical observation apparatus for optically observing a cell or tissue, and / or the cell culture apparatus for controlling the culture environment of a cell or tissue. system.
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