海马作为参与记忆过程的神经结构，它的生物学功能参与人体的学习，记忆及情绪反应等生理活动，是大脑系统的重要组成部分。体外离散培养的海马神经元网络可以作为初级的神经网络研究模型，和单独的神经元细胞相比，它具有网络结构，而且也具备了脑片和脑的高度自组织特性，因此是神经网络功能研究的最佳模型。微流控芯片能够在几微米至几百微米尺寸下实现细胞在可控环境下的培养和生长，基于微流控芯片技术在体外构建海马神经元网络是一个新的应用。本文通过设计网络化图案的微流控芯片，探索3D微通道中海马神经元的生长及神经元网络的生物学功能。
　　本文从设计微流控芯片、构建海马神经元网络和应用等几个方面进行了探索，前期针对基于微流控技术的芯片图案、结构设计，材料选择以及适于不同材料的加工方法进行了对比，随后在微流控芯片上培养海马神经元细胞，并且与常规玻片培养技术进行形态学对比。继而将膜片钳技术应用于体外构建的海马神经元微流控芯片，对海马神经元网络的生物学功能进行了研究。最后比较了体外构建的神经元网络中海马神经元生长发育与常规2D培养的异同，对3D培养的神经元突起进行了定量分析及统计学比较，并且观察在不同芯片条件下的异同。
　　在芯片实物方面，本文综合的介绍了制备微流控芯片的材料、方法和流程，在制备过程中，充分考虑了芯片材料的选择、易用性、制备效率等问题。依据神经元细胞的特异性结构初步设讨‘为网络化图案，并对网络图案的单元结构十字型3D微通道进行了制备和结构分析，结果表明:实际测量尺寸与设计尺寸在误差允许范围内，对于细胞培养没有影响，可正常用来培养海马神经元。在此基础上完成神经元网络微流控芯片的加工:芯片尺寸为10×10×5mm，芯片结构涵盖了细胞进液、出液和培养的部分。其中细胞培养微通道为10×10微阵列网络图案，微通道宽度和深度分别为100μm和40μm。
　　在海马神经元网络构建方面，摸索适用于构建神经元网络的最佳密度以获得高质量的离体神经元网络。从不同种植密度中筛选出接种1×105cells/mL的神经元细胞作为进一步的观察，光学显微镜下隔天观测细胞的形态及神经元网络生长状态。同时采用免疫荧光技术完成一周后海马神经元网络结构3D培养和2D培养的形()的观察并比较。结果表明:3D微通道内的神经元细胞结构完整，发育成熟，海马神经元突起沿着3D微通道方向延伸，交错连接，形成网络结构，表明海马神经元网络体外构建成功;而且最终确定一个芯片上种植5000-6000个海马神经元细胞更有利于膜片钳技术的应用。
　　在神经元网络的生物学功能探索方面，我们应用膜片钳技术记录微流控芯片上海马神经元单细胞的电生理信号，即胞内记录。我们随机选取芯片的不同区域，设置不同的离子通道刺激条件进行观察，同时又进行了膜突触后电位的探测。结果表明:3D微通道里的单个海马神经元细胞均具有钠电位、钾电位、动作电位和自发电位，表明神经元细胞具有良好活性;不同区域的海马神经元之间均有突触后电位信号，这表明细胞和细胞之间可以自发产生电信号传递，表明体外构建的神经元网络具有基本的生物学功能。后又对比采用MEA微电极检测系统完成神经元网络电生理的检测结果，结果表明:神经元网络具有单通道和多通道的自发放电信号，并呈持续爆发、交替发放、单个峰电位连续发放几种不同的模式出现，这一结果不但充分证明了膜片钳技术应用的可行性而且可以看出神经元网络活动是神经元之间高度协同有序的结果，而不是单一的、无序的、混乱的电活动，从而证实了体外构建的神经元网络具有稳定的生物学功能。
　　在神经元突起的定量分析中，通过Image J软件对免疫荧光图像中神经元突起进行自动追踪和长度分析。在实验中以体外传统2D培养方法为参照，比较体外2D和3D培养条件下不同培养时间的海马神经元突起长度的异同，采用独立样本t检验分析神经元突起长度。结果显示:3天后两者没有统计学差异，但是5天后和7天后3D培养的神经元突起长度比2D培养的较短，有统计学差异，说明3D微通道对神经元细胞生长有一定的局限作用，使其生长较慢。随后，比较了3天后不同材料PMMA及不同宽度十字微通道对神经元突起的影响，发现均没有统计学差异，以此为基础，可为以后芯片的改进及培养条件的探究提供了参照依据。