3Brain 高分辨微电极阵列（HD-MEA）系统：让每一次细胞放电都有迹可循
一、传统电生理的"天花板"，你撞到过几次？
对于长期与电生理打交道的科研人员来说，下面这些场景几乎都经历过：
- 通道数不够用：传统 MEA 多为数十到数百个电极，当研究对象扩展到神经元网络、心肌同步簇或脑类器官时，"几千到几万个细胞"层面的活动根本无法被全尺度捕获。
- 空间分辨率太粗：电极间距通常在百微米级以上，单个神经元的发放、单个突触的微电场，很容易被周围信号淹没。
- 只能看"表面"：平面电极只能记录贴在芯片最表层的二维信号，3D 类器官、组织切片内部的电活动几乎是盲区。
- 样本被破坏：膜片钳、锋金属微电极是"刺入式"记录，难以实现数天到数月的非破坏性长时程追踪。
- 通量太低：一次只能记录一个或几个样本，与现代药物筛选、类器官高通量需求严重脱节。
这些"天花板"，本质上是传统 MEA 在电极密度、CMOS 工艺、三维结构三个维度上的局限。3Brain 的解法是——把电生理记录建立在 CMOS 半导体工艺上。
二、3Brain AG：瑞士 HD-MEA 全球领跑者
3Brain AG 总部位于瑞士，是**高分辨微电极阵列（High-Density Microelectrode Array, HD-MEA）**领域的全球领导者。公司与瑞士联邦材料科学与技术研究所（CSEM）深度合作，联合开发了 Accura-3D ——这是全球首款基于三维 CMOS 工艺的微电极芯片。
3Brain 的核心定位可以浓缩为一句话：
用半导体工艺重塑电生理记录——把"通道数 × 空间分辨率 × 三维深度"三个维度同时推到极限。
其 HD-MEA 系统已部署在全球顶尖的神经科学实验室、药企安全评价中心、类器官研究平台和视网膜研究机构。
三、三大核心技术
1. CorePlate™ 多孔同步检测平台
CorePlate™ 是 3Brain 推出的通用型多孔培养-检测一体化平台，传感面积显著大于同类 2D 芯片，兼容神经元、心肌细胞、类器官等几乎所有电活性模型。
- 多规格孔板：提供 1-well / 6-well / 24-well 四种规格，覆盖从单样本深度表达到高通量筛选的完整实验需求；
- 培养即记录：细胞 / 类器官直接培养在电极上方，长时间、非破坏、同步记录；
- 高通量友好：单板可同时运行数十个独立样本，适合药筛和大规模表型研究。
2. Accura-3D 三维 CMOS 微芯片
Accura-3D 是 3Brain 与 CSEM 联合开发的全球首款三维 CMOS 微芯片，是 3Brain 在电极结构上的关键差异化技术：
- 数千根微针：单芯片集成数千根覆盖生物聚合物的微针，每根微针顶端搭载感应金电极；
- 微流控集成：芯片下方集成数十条微流控通道，可从底部精确输送营养液与化合物，模拟体内灌注；
- 生物兼容：生物聚合物涂层与硅胶压网双重保障，最大限度维持组织原始活性与结构完整。
这意味着——电生理信号不再被"压"在二维平面上，而是可以从组织内部直接读出。
3. BrainWave 智能分析软件
BrainWave 是 3Brain 自研的尖峰（spike）与场电位（LFP / field potential）分析平台：
- 智能事件检测：自动识别动作电位、场电位、爆发（burst）、网络振荡等多种电生理事件；
- Python / Matlab 兼容：原始数据可一键导出至 Python、Matlab 生态，与现有分析工作流无缝对接；
- 高通量批处理：单次实验可处理数千通道 × 数小时的连续数据。
四、产品线：从入门到高通量全覆盖
3Brain 当前在售的三款主力 HD-MEA 系统，覆盖"基础研究 → 中等通量 → 高通量筛选"全谱：
| 型号 | 平台配置 | 电极类型 | 电极总数 | 每孔记录电极数/刺激电极 | 关键特点 |
|---|---|---|---|---|---|
| HyperCAM Alpha | CorePlate™ 6-well HD-MEA | 2D & 3D | 13,824 | 2,304/4,096 | 内建环境控制，3D 模块 |
| HyperCAM Delta | CorePlate™ 24-well HD-MEA | 2D | 24,576 | 1,024 | 高通量，内建环境控制 |
关键参数一览
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 采样率 | 20 kHz 全通道同步 |
| 空间分辨率 | 微米级 |
| 精度提升 | 相对传统方法 40 倍 |
| 信号捕获量 | 比传统 2D 芯片多 20–50 倍电生理信号 |
| 标记方式 | 无标记实时监测动作电位、场电位 |
五、应用场景
1. 药物开发与心脏安全评估
- 心脏安全药理学（CiPA）：同步记录心肌细胞场电位，精准评估 QT 间期、传导速度、致心律失常风险；
- 神经毒性筛选：在神经元网络上高通量评估化合物对突触传递、网络爆发的影响；
- 慢性毒性评估：长时程记录数天至数周，捕捉延迟性、累积性毒性反应；
- 低剂量生物活性检测：可检测到 100 nM 级别的 Aβ 寡聚体所致突触功能异常，灵敏度远超传统 MTT 比色法。
2. 神经科学
- 脑类器官功能图谱：绘制脑类器官在分化、成熟、衰老过程中的网络连接、爆发模式、振荡特征；
- 突触可塑性：长时间追踪 LTP / LTD，记录同一突触群在给药前后的可塑性变化；
- 网络动力学：在单孔 2,304 电极规模下解析神经元网络的功能连接与信息编码；
- 神经保护化合物评估：在阿尔茨海默病模型中系统评估美金刚（memantine）、藏红花提取物等候选化合物的救援效应。
3. 视网膜研究
- 光响应分析：在不同光刺激模式下记录视网膜各层神经元的反应；
- 神经节细胞分类：基于高密度时空响应特征，对 On / Off 通道及各类神经节细胞进行功能学分型；
- 疾病模型：在视网膜退行性病变模型中评估感光细胞、神经节细胞的功能退化进程。
4. 类器官与 3D 模型电生理
3Brain 的 3D 柱状电极设计，首次实现了对类器官和组织切片内部生物电活动的直接探测，突破平面技术只能测量表面信号的局限：
- 脑类器官：监测神经网络在分化、成熟、衰老过程中的电活动演化；
- 心脏球状体（cardiac spheroid）：评估 3D 培养下的同步收缩、传导速度、致心律失常风险；
- 脊髓类器官 / 运动神经类器官：评估神经-肌肉共培养体系的突触传递与网络放电。
六、顶刊与文献背书
3Brain HD-MEA 平台已在多篇高水平同行评审论文中得到应用：
- Nature Communications（2023）：利用 HD-MEA 研究鸟类视网膜 On / Off 通道如何多路复用光谱与时间视觉信息，在单细胞分辨率下揭示了视网膜功能分型的新机制。
- 阿尔茨海默病 Aβ 寡聚体检测：3Brain HD-MEA 对低至 100 nM 的 Aβ 寡聚体即可检测到显著的电生理异常，灵敏度远超传统 MTT 比色法。
- 神经保护化合物评估：使用 3Brain HD-MEA 平台系统评估了美金刚（memantine）、藏红花提取物等神经保护化合物对 Aβ 寡聚体所致突触功能障碍的救援效应。
七、核心优势总结
| 维度 | 3Brain HD-MEA 优势 |
|---|---|
| 标记方式 | 无标记实时监测，样本保持天然生理状态 |
| 分辨率 | 20 kHz 采样 × 微米级空间分辨率，精度较传统方法提升 40 倍 |
| 长时程 | 支持数天至数月连续记录，同步追踪数千细胞 |
| 功能集成 | 内置电刺激模块，支持高通 / 低通 / 带通灵活滤波 |
| 3D 电极 | 柱状电极结构，覆盖类器官、组织切片内部信号 |
| 样本完整性 | 非破坏性测量，生物兼容性电极柱完好保留组织结构 |
| 微流控 | 3D 芯片下方集成微流控通道，底部精确灌流 |
| 高通量 | 24 孔板 × 每孔 1,024 电极，单次实验可同步采集 24,576 通道 |
八、配套系统
- 6 通道灌流系统：世界首个可搭配 MEA 使用的灌流系统，可同时记录 6 个急性脑片 / 视网膜样本；
- 硅胶压网：精密微孔结构，确保样本与芯片紧密接触同时保证细胞活性；
- CorePlate™ 系列孔板：1-well / 6-well / 24-well 多种规格自由切换。
九、联系我们
3Brain HD-MEA 中国区授权代理
- 联系人：李东伟
- 📞 18045130660
- 🌐 https://www.biokingdom.top
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本文所有产品参数、应用案例与文献均来源于 3Brain AG 官方技术资料。
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