3Brain HD-MEA 高密度微电极阵列技术手册
转发语：3Brain 是全球首家使用 CMOS 微芯片测量细胞活动的公司，CorePlate™ 技术提供从 4,096 到 24,576 电极的实时并行记录，60μm 电极间距实现单细胞分辨率，覆盖脑片、类器官、原代神经元、心肌细胞、视网膜等全生物模型，20 年芯片迭代（从 Apollo 到第 5 代 Khíron），BrainWave 6 软件提供 100+ 种神经元数据分析指标。
公司全称：3Brain AG（瑞士总部）
成立：2011 年 · 基于 20 年芯片研发经验（2004 年 Kronos 构想）
核心技术：CMOS 微电极阵列（MEA）+ CorePlate™ 芯片 + BrainWave 6 软件
全球布局：瑞士（总部）/ 意大利（Discovery Lab）/ 美国（运营站点）
产品矩阵：BioCAM DupleX / HyperCAM Alpha / HyperCAM Delta / CorePlate™ 系列
一、公司与技术概述
全球首家微芯片细胞活动测量公司
3Brain 是全球首家使用微芯片测量细胞活动的公司，基于微芯片技术赋能生命科学研究。公司总部位于瑞士，在意大利和美国设有办公室和 Discovery Lab。
20 年持续芯片开发历程：
- 2004 年：Kronos 构想（第 0 代）
- 2012 年：第 1 代 Apollo
- 2015 年：第 2 代 Artemis
- 2019 年：第 3 代 Khíron
- 2021 年：第 3 代 Khíron v.2
- 2024 年：第 4 代开发中
- 2025-2026 年：第 5/6 代规划中
图 1：3Brain HD-MEA 系统——从桌面型 BioCAM 到高通量 HyperCAM 的完整产品线（来自 3Brain 官方资料）
为什么我们的方法与众不同
3Brain 提供的不只是一台设备，而是全链条的解决方案：
- 专属客户成功部门：深度培训与技术支持
- 专家支持网络：帮助您获得更深入的洞察
- 全球用户信赖：覆盖全球顶级研究中心和高校
图 2：3Brain 全球用户网络——覆盖欧洲、北美、亚洲的顶级研究机构（来自 3Brain 官方资料）
二、CorePlate™ 微芯片技术
CorePlate™ 技术核心
CorePlate™ 是 3Brain 的核心技术——基于 CMOS 的高密度微电极阵列（HD-MEA）芯片。
关键参数：
- 电极密度：最高支持 24,576 个同时记录电极（96 孔 × 256 电极/孔）
- 单芯片电极数：单孔 4,096 电极
- 电极间距：60μm（标准）或 50μm（高密度）
- 电极尺寸：21 × 21 μm²（3D 电极）或 14 × 14 μm²
- 实时数据处理：全通道并行采集，零延迟
图 3：CorePlate™ 微芯片技术——4,096 电极分布在 3.8 × 3.8 mm² 区域，60μm 间距实现单细胞分辨率（来自 3Brain 官方资料）
可扩展的通量解决方案
3Brain 提供从单孔到 96 孔的完整产品线：
| 产品 | 孔位数 | 总电极数 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| CorePlate™ 1W | 1 孔 | 4,096 电极 | 单样本深度表征 |
| CorePlate™ 6W | 6 孔 | 24,576 电极 | 中等通量筛选 |
| CorePlate™ 24W | 24 孔 | 24,576 电极 | 高通量筛选 |
| CorePlate™ 96W | 96 孔 | 24,576 电极 | 工业级超高通量 |
CorePlate™ 3D 技术——类器官研究的突破
3D 电极是 3Brain 针对类器官、脑片等 3D 生物模型的创新设计：
- 4,096 个双向电极分布在生物相容性绝缘 3D 柱上
- 电极间距：~14μm
- 电极高度：~90μm
- "魔术贴"效应：类器官/脑片自然"粘附"在 3D 柱上，易于处理且保证长期可靠检测
3D vs 2D 对比：
| 维度 | 2D 微芯片 | 3D 微芯片 |
|---|---|---|
| 细胞活力 | 平面电极，细胞贴附差 | 3D 柱改善细胞活力 |
| 化合物给药 | 扩散慢，需长时间平衡 | 顺畅且快速给药 |
| 3D 模型灵敏度 | 类 2D 记录（耗时、破坏性） | 真实 3D 数据、快速筛选、样本可重复使用 |
| 急性测量 | 处理困难、检测受损 | 易于处理、可靠长期检测 |
微流控通道：3D 模块集成营养流和氧合系统，消除类器官核心缺氧区的信号衰减问题。
图 4：CorePlate™ 3D 电极——4,096 电极分布在 3D 柱上，90μm 高度捕获类器官/脑片深层信号（来自 3Brain 官方资料）
三、广泛的生物模型适用性
3Brain 系统覆盖全生物模型：
2D 细胞培养
- 原代神经元
- hiPSC 衍生神经元
- 心肌细胞
- 3D 细胞模型
3D 复杂模型
- 脑类器官（皮层、基底核、多细胞组装体）
- 脑球状体
- 类心脏（Cardioid）
离体制备物
- 急性脑切片（海马、皮层、苍白球等）
- 视网膜（ON/OFF 通路、RGC 感受野）
其他生物模型
- 细菌、真菌（微生物电生理）
- 外泌体（无需负染直接观测）
四、设备产品线
4.1 BioCAM DupleX —— 桌面型单孔系统
| 参数 | 值 |
|---|---|
| 芯片 | CorePlate™ 1W |
| 电极数 | 4,096 电极 |
| 电极间距 | 60μm |
| 记录面积 | 3.8 × 3.8 mm² |
| 电极尺寸 | 21 × 21 μm²（高 90μm）或 14 × 14 μm² |
| 功能 | 实时数据处理、电刺激、温度控制 |
| 特色 | 闭环刺激 API |
适用场景：单样本深度表征、网络拓扑分析、药物筛选
4.2 HyperCAM Alpha —— 6 孔中高通量系统
| 参数 | 值 |
|---|---|
| 芯片 | CorePlate™ 6W（6 孔同时记录） |
| 总电极数 | 13,824 电极 |
| 单孔电极 | 2,304 电极 / 60μm 间距 / 2.9 × 2.9 mm² |
| 可选配置 | 1,024 电极 / 60μm / 1.9 × 1.9 mm² 或 1,024 电极 / 120μm / 3.7 × 3.7 mm² |
| 功能 | 实时数据处理、电刺激、集成气体混合器 |
| 环境控制 | 温度 + 湿度控制、防水环境舱 |
| 3D 兼容 | CorePlate™ 6W-3D 38/60/90 |
适用场景：类器官平行比较、脑片多区域记录、药物剂量梯度筛选
同时记录 6 个类器官：皮层类器官、基底核类器官等多类型并行监测。
4.3 HyperCAM Delta —— 24/96 孔高通量系统
| 参数 | 值 |
|---|---|
| 芯片 | CorePlate™ 24W / 96W |
| 总电极数 | 24,576 电极 |
| 单孔电极 | 1,024 电极 / 50μm 间距 / 1.6 × 1.6 mm²（24W） |
| 96W 配置 | 每孔 256 电极 / 96 同时记录孔 / 共 24,576 电极 |
| 功能 | 实时数据处理、集成气体混合器、温度湿度控制 |
| 自动化 | 兼容自动化平台 |
| 防水 | 防水环境舱 |
适用场景：工业级药物筛选、化合物库高通量筛选、毒性评价
产品线对比
| 特性 | BioCAM DupleX | HyperCAM Alpha | HyperCAM Delta |
|---|---|---|---|
| 孔位数 | 1 | 6 | 24/96 |
| 总电极数 | 4,096 | 13,824 | 24,576 |
| 气体混合器 | — | ✅ 集成 | ✅ 集成 |
| 温湿度控制 | 温度 | 温度 + 湿度 | 温度 + 湿度 |
| 防水环境舱 | — | ✅ | ✅ |
| 自动化兼容 | — | — | ✅ |
| 闭环刺激 API | ✅ | — | — |
| 3D 兼容 | ✅ | ✅ | ✅ |
五、BrainWave 6 软件平台
BrainWave 6 是 3Brain 的多功能数据分析软件，覆盖从记录到可视化的全流程。
三大核心功能
- Record（记录）：记录/重新处理和压缩数据，应用滤波器
- Playback（回放）：回放数据，处理数据
- Results（结果）：以数百种可用指标可视化数据
10+ 种可视化方式
- 波形图（Waveforms）
- 活动图（Activity Maps）
- 栅格图（Raster Plot）
- 趋势图（Trend Charts）
- 箱线图（Box Plots）
- 小提琴图（Violin Plots）
- 直方图（Histograms）
- 时空活动图（Space-time Activity Maps）
- 条形图（Bar Plots）
- 连接图（Connectivity Graphs）
- 活动中心轨迹（Centre of Activity Trajectories）
- 频谱图（Spectrograms）
- 功率谱（Power Spectrums）
- 活动传播图（心脏）
神经元数据指标（100+ 种）
Spikes（锋电位）：活跃单元数、锋电位数量、平均放电率、ISI、变异系数、峰值振幅...
Spike Bursts（锋电位爆发）：爆发数量、频率、持续时间、IBI、四分位距...
Network Bursts（网络爆发）：网络爆发数量、频率、持续时间、峰值时间...
Centre of Activity Trajectories：CAT 速度、持续时间...
Spike Cross Correlation（锋电位互相关）：相关值、延迟、链接数、节点数、平均路径长度、聚类系数、SW 指数、Rich Club 效应...
BrainWave 为每种分析方法提供清晰的描述，帮助您选择最佳数据呈现方式。
六、HD-MEA 在类器官研究中的核心价值
类器官"功能性成熟"的必选项
单纯转录组/形态学数据已不足以证明类器官模型有效性。HD-MEA 提供无标记、长期、高通量的功能成熟度与网络同步性评估。
代表性应用：
- 基底核类器官（Cell Stem Cell 2025）
- 自闭症 SCN2A 缺陷皮质 - 纹状体组装体（bioRxiv 2026）
- 唐氏综合征脉络丛缺陷模型（Sci Adv 2024）
核心优势：
- 可连续监测数月发育轨迹
- 精准捕捉兴奋/抑制（E/I）平衡转换
- 毫秒级时间分辨率（远超钙成像）
- 直接电生理读数（非间接信号）
脑片研究：保留原生突触连接
HD-MEA 的 CMOS 芯片可实现 26,400 电极并行记录，远超传统 64/128 通道 MEA：
- 精准定位电流源密度（CSD）
- 跨脑区传播路径追踪
- LTP/LTD 网络级可塑性验证
- 癫痫样放电路径刻画
视网膜研究：单细胞分辨率 RGC 感受野测绘
视网膜结构扁平，易于与平面 MEA 紧密贴合，信号信噪比极高。HD-MEA 可替代传统膜片钳进行大规模表型筛选与化合物毒性评价。
七、100+ 篇文献支撑
HD-MEA 技术在以下领域展现出不可替代的平台价值：
| 应用方向 | 代表性期刊 | 核心发现 |
|---|---|---|
| 类器官电生理 | Cell Stem Cell 2025 | 类器官网络爆发特征验证 |
| 脑片 LTP 映射 | APL Bioeng. 2025 | 海马网络 LTP 动态映射 |
| 胶质瘤网络 | J. Neurosci. Methods 2025 | 肿瘤网络电生理特征 |
| DBS 验证 | Neurobiol. Dis. 2025 | 苍白球全网络效应 |
| 视网膜光谱 | Nat Commun 2023, 2025 | 多路光谱传输、光开关修复 |
| CSD 高分辨 | J Neurophysiol. 2025 | 二维电流源密度检测 |
| RGC 感受野 | eLife 2025 | 超分辨率估计算法 |
| 自闭症模型 | bioRxiv 2026 | 皮质 - 纹状体组装体 |
| 唐氏综合征 | Sci Adv 2024 | 脉络丛缺陷模型 |
八、竞品定位
与传统 MEA 系统相比，3Brain 的核心优势：
| 维度 | 传统 MEA（64/128 通道） | 3Brain HD-MEA（4,096-24,576 通道） |
|---|---|---|
| 电极密度 | 低 | 极高（CMOS 芯片） |
| 分辨率 | 网络级 | 单细胞级（60μm 间距） |
| 时间分辨率 | 毫秒级 | 毫秒级（直接电生理） |
| 样本兼容性 | 有限 | 全兼容（2D/3D/脑片/类器官/视网膜） |
| 长期记录 | 有限 | 数月连续监测 |
| 数据分析 | 基础 | 100+ 指标（BrainWave 6） |
转发语：3Brain 是全球首家 CMOS 微电极阵列公司，CorePlate™ 技术从 4,096 到 24,576 电极并行记录，60μm 电极间距实现单细胞分辨率，20 年芯片迭代，覆盖脑片、类器官、原代神经元、心肌、视网膜全生物模型，是评估类器官"功能性成熟"的必选项。
联系人：李东伟
📞 18045130660 🌐 https://www.biokingdom.top