細胞電生理信號的精準檢測，是解析單細胞功能特性、揭示細胞群協同作用機制以及推動疾病早期診斷與病理研究的核心技術支撐。當前，主流的細胞電生理信號檢測技術主要分為膜片鉗技術與微電極陣列技術兩大類，二者在原理與應用場景上各有特點，也存在明顯的技術局限。

其中，膜片鉗技術通過玻璃微電極與細胞形成緊密封接，實現對單細胞電信號的高分辨率記錄。然而，該技術存在顯著短板：一是設備整體成本高昂，且操作門檻高；二是設備運行過程中對環境穩定性（如溫度、振動、濕度）要求苛刻，難以在常規實驗室環境下大規模應用；三是受限于電極與細胞的密封方式，難以實現對同一細胞或細胞群的長期、動態電信號監測，在長時間生理過程研究中應用受限。

與之相比，微電極陣列技術憑借其獨特優勢，在細胞電生理監測領域展現出更廣闊的應用前景。該技術通過在細胞培養基底上大范圍集成微型電極陣列，可實現對多個細胞位點電信號的無創同步記錄，同時還能對細胞進行持續的電刺激，因此適用于單細胞電活動分析及細胞群功能的長期動態監測。然而，目前商用微電極陣列均基于二維平面基底加工而成，電極僅能與細胞底部形成局部接觸，直接導致了三大技術問題：一是細胞電信號采集靈敏度低，難以捕捉微弱的電生理變化；二是信號信噪比差，易受背景噪聲干擾，影響數據準確性；三是記錄穩定性弱，長期監測過程中信號易漂移。同時，二維結構無法在三維空間維度上實現細胞不同位點電信號的精準提取與針對性電刺激，難以全面反映細胞的立體電生理特性。

從生理環境模擬角度來看，生物體內細胞的各項生理活動均處于復雜的三維物理/生化微環境中，而二維平面微電極陣列無法還原這一真實生理環境，導致其檢測到的細胞電信號與體內真實信號存在偏差，嚴重時甚至會對實驗結論產生誤導，制約了細胞電生理研究結果向臨床應用的轉化。因此，研發一種兼具三維細胞培養功能與三維電信號檢測能力的集成化電生理平臺，已成為當前細胞生物學與生物醫學工程領域的迫切需求。

在三維電生理平臺的加工制備方面，目前主流技術仍采用傳統半導體工藝，通過光刻、刻蝕、薄膜沉積等一系列復雜工藝構建三維微電極結構。這類方法存在固有缺陷：工藝流程繁瑣且步驟多，對加工環境（如潔凈度、真空度）要求苛刻；加工設備投資成本高昂，難以實現低成本規模化生產；同時，受限于光刻分辨率與刻蝕工藝的靈活性，三維結構的設計自由度低，無法根據不同細胞類型或實驗需求快速調整結構參數，難以滿足個性化研究需求。

近年來，3D打印技術憑借其卓越的三維結構成型能力與靈活的定制化優勢，為三維電生理平臺的制備提供了新的技術路徑。然而，常用的3D打印技術（如噴墨打印、擠出式打印）仍存在明顯不足：一方面，打印材料的導電性較差，難以滿足微電極對高電導率的要求，需額外進行導電層修飾，增加了工藝復雜度；另一方面，打印精度有限，無法達到亞細胞尺度（＆lt;10μm）微電極的加工要求，進而難以實現對單細胞微小區域電信號的精準探測。

由此可見，現有加工技術均無法同時滿足三維集成化細胞電生理平臺對高精度加工、高結構設計靈活度、高集成化功能的核心需求，上述技術瓶頸的突破已成為推動細胞電生理研究向更高維度、更高精度發展的關鍵所在。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種三維集成化細胞電生理平臺及其制備方法與應用，兼顧高精度加工、高結構設計靈活度和高集成化功能，適用于細胞培養、細胞檢測以及細胞激勵等多種場景。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種三維集成化細胞電生理平臺，由微電極和三維微支架組成，且所述微電極包括二維平面微電極和三維立體微電極。

其中，所述微電極用于在二維平面及三維空間對細胞施加刺激并采集電生理信號；所述三維微支架用于模擬細胞正常生理活動的三維微環境。

所述二維平面微電極和三維立體微電極的平均直徑分別獨立地為1μm以下。

本發明提供的三維集成化細胞電生理平臺通過三維微支架模擬細胞正常生理活動的三維微環境，同時采用微電極在二維平面及三維空間對細胞施加刺激并采集電生理信號，真實還原了細胞生理環境，降低了檢測信號與體內真實信號之間的偏差，實現了“培養-刺激-記錄”的集成化功能，且1μm以下的微電極尺寸達到亞細胞尺度，滿足高精度要求，很好地兼顧了高精度加工、高結構設計靈活度和高集成化功能，適用于細胞培養、細胞檢測以及細胞激勵等多種場景。

優選地，所述三維微支架包括中空承載部和邊緣支撐部，用于承載并培養細胞。

優選地，所述三維微支架的材質包括聚合物，且聚合單體包括季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）。

優選地，所述二維平面微電極貫穿設置于所述三維微支架的底部，且微電極觸點暴露于所述中空承載部的鏤空區域。

優選地，所述二維平面微電極指代在平面上具有二維形狀的微電極。

優選地，所述二維平面微電極的材質包括金屬鉑。

優選地，所述三維立體微電極貼合設置于所述三維微支架的表面，且所述三維立體微電極包括具有三維空間位點的微電極。

優選地，所述具有三維空間位點的微電極包括具有三維空間位點的二維形狀微電極和/或具有三維空間位點的三維形狀微電極。

優選地，所述三維立體微電極還包括在平面上具有三維形狀的微電極。

優選地，所述三維立體微電極的材質包括金屬鉑。