MEA 微電極陣列的細胞培養與電漿表面處理

微電極陣列與細胞電生理量測

微電極陣列（microelectrode array, MEA）是在細胞培養區配置多個微小電極的量測平台。神經細胞、心肌細胞或其他具有電生理活動的細胞可培養在電極附近，研究者再從多個位置記錄細胞外電位，觀察放電頻率、突發放電與網路同步性。

MEA 同時包含細胞培養表面與電子量測元件。細胞與電極的距離、培養表面的塗佈狀態及細胞分布都會影響後續記錄。低壓電漿（low-pressure plasma）可在促貼附聚合物或細胞外基質塗佈前清潔並活化相容表面，讓水相塗佈液更容易潤濕與鋪展。

細胞與電極距離對 MEA 訊號記錄的影響

MEA 記錄的是細胞活動在周圍介質中形成的細胞外電位。訊號由培養表面上的電極接收，細胞與電極之間的距離及接觸界面會影響記錄到的訊號。細胞貼附於電極附近並形成可供量測的分布後，研究者便能比較不同培養時間、藥物刺激或實驗條件下的電生理活動。

電極配置、細胞貼附與培養表面共同構成 MEA 的量測界面。低壓電漿處理集中在塗佈前的材料準備；細胞種類、培養條件、電極設計與訊號分析方法仍共同決定量測結果。

MEA 培養皿、電極附近的皮質神經細胞與電極記錄到的細胞外電位訊號 — **MEA 實物、細胞分布與電訊號** 圖 A 為微電極陣列培養皿；圖 B 顯示培養於電極附近的皮質神經細胞，黑色方形為電極；圖 C 為單一電極記錄到的細胞外電位訊號。圖片來源：Isomura、Kotani 與 Jimbo（2015），*PLOS Computational Biology*，Figure 1。依 Creative Commons Attribution（CC BY）授權使用。

MEA 培養表面的材料與塗佈

MEA 可使用玻璃、矽或聚合物作為載板，並整合金屬電極、導電塗層與絕緣層。各元件對電漿的反應與耐受性不同，表面處理需依實際結構與製造商規範判斷。例如，商用 MEA 與電生理量測系統製造商 Multi Channel Systems（MCS）的產品手冊指出，部分透明電極 MEA 不應使用電漿清潔；是否適用電漿仍須依型號、電極與絕緣層材料，以及製造商規範確認。

神經細胞培養常使用聚 D-離胺酸（poly-D-lysine, PDL）、聚 L-離胺酸（poly-L-lysine, PLL）等促貼附聚合物，或層黏連蛋白（laminin）與其他細胞外基質（extracellular matrix, ECM）材料。這些塗層直接形成細胞接觸的培養界面；材料表面的潔淨度與親水性則會影響水相塗佈液和基材的接觸及鋪展。

低壓電漿在 MEA 塗佈前的表面處理

低壓氣體電漿可移除材料表面的部分微量有機污染，並在相容材料最外層提高表面能與親水性。經處理的表面較容易被水相塗佈液潤濕，可作為 PDL、PLL、層黏連蛋白或其他培養塗層的前處理。

電漿活化後的親水狀態可能隨時間逐漸降低，因此表面處理與後續塗佈之間的時間間隔也是影響製程安排的因素。完整滅菌仍是獨立步驟，需依 MEA 材料、設備製造商規範與實驗室標準作業程序執行。

人源 iPSC 神經網路中的 MEA 表面準備

由瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）生物感測器與生物電子實驗室領銜，並與波多大學、史丹佛大學及 Novartis Institutes for BioMedical Research 合作的 Girardin 等人，建立了具特定連接方式的人源誘導型多能幹細胞（induced pluripotent stem cell, iPSC）神經迴路。研究中的 MEA 表面準備包含 PDL 塗佈前的氧電漿處理，並結合聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）微結構建立神經迴路與電生理量測界面。

參考文獻：Girardin, S., Clément, B., Ihle, S. J., Weaver, S., Petr, J. B., Mateus, J. C., Duru, J., Krubner, M., Forró, C., Ruff, T., Fruh, I., Müller, M., & Vörös, J. (2022). Topologically controlled circuits of human iPSC-derived neurons for electrophysiology recordings. Lab on a Chip, 22(7), 1386–1403.

視網膜與丘腦神經模型中的玻璃 MEA 塗佈

ETH Zurich 生物感測器與生物電子實驗室的 Amos 等人，在玻璃 MEA 上建立視網膜與丘腦神經連接模型。該研究使用 Harrick PDC-32G 清潔玻璃 MEA 表面，作為 PDL、層黏連蛋白塗佈與 PDMS 微結構整合的表面準備。

參考文獻：Amos, G., Ihle, S. J., Clément, B. F., Duru, J., Girardin, S., Maurer, B., Delipinar, T., Vörös, J., & Ruff, T. (2024). Engineering an in vitro retinothalamic nerve model. Frontiers in Neuroscience, 18, 1396966.

三維神經培養與立體 MEA 的表面處理

美國勞倫斯利佛摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL）的 Lam 等人，將具有垂直探針的立體 MEA 整合至含有人源 iPSC 神經細胞與星狀膠細胞的三維膠原培養系統。該研究使用 Harrick PDC-001-HP 處理立體 MEA 表面，並將電漿表面處理與滅菌分別列為不同製程，再整合至三維培養系統進行電生理記錄。

參考文獻：Lam, D., Enright, H. A., Cadena, J., George, V. K., Soscia, D. A., Tooker, A. C., Triplett, M., Peters, S. K. G., Karande, P., Ladd, A., Bogguri, C., Wheeler, E. K., & Fischer, N. O. (2023). Spatiotemporal analysis of 3D human iPSC-derived neural networks using a 3D multi-electrode array. Frontiers in Cellular Neuroscience, 17, 1287089.

可彈性變形 MEA 與器官型海馬迴切片培養

由美國哥倫比亞大學、普林斯頓大學與英國劍橋大學組成的研究團隊，開發以軟性矽膠膜為基礎、可隨組織形變的微電極陣列。該研究使用 Harrick PDC-32G 對這類可彈性變形 MEA 進行空氣電漿處理，作為 PLL 與層黏連蛋白塗佈的表面準備；此平台用於器官型海馬迴切片的培養與電生理記錄。

參考文獻：Yu, Z., Graudejus, O., Tsay, C., Lacour, S. P., Wagner, S., & Morrison, B., III. (2009). Monitoring hippocampus electrical activity in vitro on an elastically deformable microelectrode array. Journal of Neurotrauma, 26(7), 1135–1145.