🧠 3Brain 高密度微电极阵列（HD-MEA）技术手册

全球首家采用微芯片测量细胞活性的公司 ｜ 瑞士苏黎世

4,096 通道双向记录 ｜ 3D 柱状电极技术 ｜ 实时多模态分析
类器官 · 脑切片 · 神经元 · 心脏组织 · 视网膜

📑 目录

一、关于 3Brain

🏢 公司概况

3Brain 是全球首家利用微芯片技术测量细胞活性的公司，总部位于瑞士苏黎世。

• Microchip-based technology to empower life science research

📅 芯片研发历程

⭐ 差异化优势

🌍 全球合作伙伴

3Brain 的技术被全球顶尖研究机构和大学广泛采用：

图 1	图 2	图 3
哈佛大学官方标志，左侧深红色盾形校徽含三本翻开书籍拼成拉丁文VERITAS(真理	冷泉港实验室(CSHL)标志，DNA双螺旋环状图案含CSH缩写，配机构全称。	埃默里大学(Emory University)标志，深蓝色盾徽含火炬与橡树叶，配
图 1	图 2	图 3
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Human Technopole 官方品牌标志，由左侧蓝绿渐变抽象字母'H'几何	马克斯·普朗克智能系统研究所（MPI-IS）官方标识，含深青色文字与古典人物侧面	南京大学官方视觉标识，左侧盾形校徽含雪松图案和1902建校年份，右侧毛泽东集字校
图 1	图 2	图 3
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北京大学官方标志，左侧鲁迅设计的圆形校徽含北大二字和1898建校年份，右侧毛泽东	法国学术徽章，顶部标FRANCE，中心为打开的书籍配拉丁格言DOCTRINA O	slide5_img7.png

……以及更多全球顶尖研究机构

📍 全球布局

二、CorePlate™ 3D 核心技术

🔬 技术概述

CorePlate™ 3D 采用垂直生长的 3D 微电极柱，突破传统平面 MEA 限制，可深入类器官、厚组织和神经网络内部，实现高保真、高密度电生理信号记录。

微芯片技术

图 1	图 2	图 3
集成电路（IC）裸片显微照片，展示高密度存储阵列核心及外围控制逻辑电路的芯片内部	体外培养神经元的荧光显微镜照片，绿色荧光标记细胞骨架显示神经突起网络，橙红色荧光	神经电生理数据分析软件界面（AxIS Navigator），展示大鼠海马体和皮层

广泛的生物模型适配

图 1	图 2	图 3
Petri dish with agar medium, white colon	Fluorescence microscopy of neuronal netw	Conceptual biocomputing image - petri di

CorePlate™ 3D 芯片

🏗️ 工作原理：三层放大架构

💡 数据流向：神经元动作电位 → 3D 微电极耦合 → 离子流转为电子流 → 外部数字化

📈 3D 电极提升细胞活性

图 1	图 2	图 3
荧光显微镜图像，蓝色DAPI标记细胞核，绿色荧光标记目标蛋白在细胞质中的表达与定	组织切片免疫荧光显微图像，蓝色DAPI标记密集排列的细胞核，绿色荧光显示目标蛋白	扫描电子显微镜（SEM）图像，展示高精度微纳结构阵列与互连线路。包含密集排列的微

3D 柱状电极显著改善细胞与电极接触面积，提高信号质量和细胞存活率。

💊 快速化合物递送

图 1	图 2
TTX处理对神经元归一化平均发放率影响的折线图，显示蓝色曲线快速衰减、绿色曲线缓	SEM扫描电镜图像，展示MEMS微针/微柱阵列结构，底部为平行金属电极层，上方为

🎯 超高灵敏度

⚡ 3D vs 2D MEA 对比

三、设备产品线

🖥️ 产品矩阵

BioCAM™ Duplex

图 1	图 2
BioCAM Duplex device	3Brain高密度微电极阵列(MEA)硬件模块，黑色PCB，顶部金手指接口，中央

HyperCAM™ Alpha

图 1	图 2	图 3
3Brain HyperCAM Alpha台式系统，白色机身配黑色顶盖，样品槽内	HyperCAM Alpha internal - 6 sensor modul	六通道微流控动态培养模块，透明材质2x3布局，每个腔室连接独立进出液软管。

HyperCAM™ Delta

图 1	图 2	图 3
24位(4x6阵列)防静电托盘包装，内装圆形LED光源模组组件，带行列编号。	精密实验室仪器外观，白色机身黑色顶盖，顶部加载标准微孔板样品，配发光品牌标识。	SMD LED灯珠标准工业托盘，8行x12列共96位，白色防静电工程塑料制成。

CorePlate™ 24W

四、BrainWave 6 分析软件

💻 软件概览

BrainWave 6 提供从原始数据采集到高级分析的全流程工具。

软件界面

图 1	图 2
BrainWave 6数据分析平台界面，左侧热力图显示传感器阵列空间活性分布，右	AxIS电生理记录软件主界面，展示高通量MEA神经元培养自动化实验的实时波形监控
图 1	图 2
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AxIS Navigator软件光栅图分析界面，展示神经元网络随时间变化的放电活	神经电生理数据分析结果界面，以小提琴图对比不同孔位的平均放电率分布，配合空间热图
图 1
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基于微电极阵列的神经元平均发放率活动热图，展示两个培养孔内神经元网络电生理活动的

分析案例

图 1	图 2
趋势图展示两个记录单元(Z1/Z2)的平均放电率随时间变化，Z1在00:07出现	四面板神经电生理分析图：放电率、爆发频率、爆发内峰间期(ISI)、网络爆发持续时

五、应用案例

🧫 5.1 神经元培养

通过长期记录监测 hiPSC 源性神经元成熟过程：

参数	趋势
网络爆发频率	0 → ~70 Burst/min
平均爆发率	0 → ~4.5 Burst/min
平均爆发持续时间	150ms → ~350ms
平均发放率	0.2Hz → ~1.6Hz
图 1	图 2	图 3
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折线图展示体外培养神经元网络爆发（Network Burst）频率随时间（DIV	折线图展示平均爆发率（Mean Burst Rate）随体外培养时间（DIV21	折线图展示平均爆发持续时间（Mean Burst Duration）从DIV21
图 1	图 2	图 3
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折线图展示平均放电率（Mean Firing Rate）从DIV21约0.2Hz	二维网格上的高密度随机轨迹可视化，线条密集交织形成中心团块，展示复杂系统空间分布	网格背景上的网络拓扑图，中心密集连线代表高连接密度，边缘稀疏展示节点关系。
图 1
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复杂网络节点连接示意图，蓝色点阵网格为基底，黑色线条交织表示节点间的高密度连接关

📚 Parodi et al., Front. Mol. Neurosci., 2024

图 1	图 2
成纤维细胞（Fibroblasts）在培养皿中的体外培养示意图，蓝色梭形细胞散布	人诱导多能干细胞（hiPSCs）在培养皿中的体外培养示意图，深蓝色细胞集落聚集于
图 1	图 2
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捐赠者（Donors）群体图标，三个并排站立的蓝色人形剪影，象征集体奉献与支持。	iNeurons诱导神经元系统示意图，展示Ngn2诱导的兴奋性神经元（EXC，红

📚 Amin et al., Sci. Report 2017

图 1
意大利理工学院（Istituto Italiano di Tecnologia,

🧠 5.2 癫痫基因敲除模型

指标	对照组	cKO 模型	变化
平均放电率	~0.25 spk/s	~0.8 spk/s	3 倍 ↑
爆发频率	~0.2 brt/min	~1.6 brt/min	8 倍 ↑
图 1	图 2	图 3
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射频频谱瀑布图：展示0-150频率范围内约50秒的信号活动，包含连续载波信号（水	0-154 MHz频段频谱监测瀑布图：展示约60秒内的无线电频谱活动，可见宽带脉	Epilepsy cKO bar chart - Mean Firing Rat
图 1	图 2
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功能连接性（Functional Connectivity）对比图，展示对照组（	活动轨迹中心（CAT）对比图，展示对照组（Control）与条件性基因敲除组（c

💡 结论：cKO 模型爆发频率是对照组的 8 倍，清晰展示癫痫样过度兴奋表型。

🔬 5.3 类器官研究

3Brain HD-MEA 是类器官电生理研究的黄金标准：

Organoids

图 1
生物电子学概念图，展示智能药丸/生物样本置于芯片阵列之上，背景为电路板纹理，象征

How it Works

Functional Connectivity Analysis of Cortical Organoids

图 1
深色背景箱线图对比分析，展示三组数据（绿色、浅蓝色、深蓝色）在两种不同条件下的统

Functional Connectivity Analysis of Cortical Organoids

图 1	图 2	图 3
发散型颜色映射色带（Diverging Colormap），8级渐变色阶：顶部深	三组数据对比示意图，三个垂直柱状条（绿、浅蓝、深蓝），前两项指标较高且接近，第三	三组数据对比柱状图，三个垂直条（绿、浅蓝、深蓝），顶部带有T形标记（误差线/阈值

CorePlateTM 3D enables field potential detection at high resolution from the whole brain organoid

图 1
Organoid drug screening - Convulsant bar

Electrically Evoked Activity in Hippocampal Organoid (70 DIVs)

图 1	图 2
芯片去封装后显微结构图（Die Shot），展示IC芯片硅片表面，核心为SRAM	图像分析未返回有效内容（vision_analyze返回无图片提示），跳过。

+300

图 1	图 2	图 3
现代风格水平渐变背景，色彩从深蓝平滑过渡至亮黄（涵盖紫、红、橙），用于装饰性横幅	中年男性专业人士职业肖像照，身着白衬衫深色领带，背景为虚化办公/实验室环境。	slide65_img4.png
处理条件	放电率变化	说明
---------	-----------	------
惊厥剂	+10~15 spk/s	模拟癫痫样高频放电
ASM 90 分钟后	+3~8 spk/s	药物有效抑制异常活动

📚 Bolanos et al., Nature, 2024

图 1	图 2	图 3
slide66_img1.jpg	职业女性半身肖像照（疑似Oracle CEO Safra Catz），戴透明边框	神经元放电活动的时间序列图，展示D-AP5与DNQX对神经元放电的抑制作用。0-
图 1	图 2
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标准职业形象照，中年亚洲男性，深色西装搭配白色衬衫，浅灰色背景，神情沉稳专注，适	slide66_img5.png
图 1	图 2	图 3
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图像分析未返回有效内容。	丘脑区域（Thalamic area）神经元平均放电率趋势图，展示65µA电刺激	图像分析未返回有效内容。
图 1	图 2	图 3
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人类脑类器官模型构建示意图，展示从人多能干细胞诱导生成延髓脊髓三叉神经核类器官（	人类脑类器官构建及神经回路模拟示意图，展示hmSpVO与hThOs共培养体系重建	上海科技大学官方视觉识别标志（Logo），深红色圆形校徽融合DNA双螺旋与东方明

📚 Pang et al., Cell Stem Cell, 2025

图 1	图 2	图 3
图像分析未返回有效内容。	丘脑区域（Thalamic area）神经元平均放电率趋势图，展示65µA电刺激	图像分析未返回有效内容。
图 1	图 2	图 3
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人类脑类器官模型构建示意图，展示从人多能干细胞诱导生成延髓脊髓三叉神经核类器官（	人类脑类器官构建及神经回路模拟示意图，展示hmSpVO与hThOs共培养体系重建	上海科技大学官方视觉识别标志（Logo），深红色圆形校徽融合DNA双螺旋与东方明
图 1	图 2	图 3
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专业商务人像摄影，中年白人男性，深色西装搭配黑色内搭，虚化自然背景，面带自信微笑	基因本体论（GO）生物过程富集分析柱状图，展示上调（氧化还原、细胞呼吸等能量代谢	图像分析未返回有效内容。

❤️ 5.4 iPSC 源性心脏类器官

图 1	图 2	图 3
slide71_img1.png	slide71_img2.png	slide71_img3.jpg
图 1	图 2
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图 1	图 2	图 3
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slide72_img1.png	Vision analysis failed - image could not	生物电信号时域波形图（ERP/诱发电位），显示时间-振幅曲线，含两个显著正相波峰
图 1	图 2	图 3
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生物电信号时域波形图（诱发电位/EEG），背景黑色，绿色曲线显示0-250ms时	slide72_img5.jpg	slide72_img6.png
图 1	图 2	图 3
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LFP延迟空间分布热力图，展示二维微观空间内局部场电位信号响应延迟的分布。颜色从	低分辨率信号强度分布热力图（伪彩色图像），蓝色为背景低强度，红色为最高强度。主要	slide73_img3.png
图 1	图 2
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图 1	图 2	图 3
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图 1	图 2
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图 1	图 2	图 3
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图 1	图 2
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slide75_img4.png	箱线图比较RO与RO+iMG处理对ON-centre和OFF-centre RG

六、+300 篇文献支撑

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