[發明專利]基于非密堆積光子晶體薄膜的心肌細胞檢測方法及其應用

有效

• 申請號: 201711095954.5
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107941678B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 趙遠錦;陳卓玥;顧笑曉;劉羽霄;卞非卡
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于非密堆積光子晶體薄膜的心肌細胞檢測方法及其應用，該檢測方法步驟如下：1)非密堆積光子晶體薄膜的制備；2)基于非密堆積光子晶體薄膜的心肌細胞培養；3)心肌細胞檢測；4)數據分析。本發明借助非密堆積光子晶體薄膜的光學傳感屬性，可靈敏、高效的檢測心肌細胞收縮和跳動頻率，該檢測方法成本低廉、過程簡單，在心肌細胞檢測及心臟藥物的篩選和評估中具有穩定、靈敏、高效的內在優勢，該方法可用于心臟藥物的篩選評估。

技術領域

本發明涉及一種基于非密堆積光子晶體薄膜的心肌細胞檢測方法及其應用,屬于生物醫藥材料研究技術領域。

背景技術

心臟是人體中最重要的器官之一，主要功能是推動血液流動，向器官、組織提供充足的血流量，以供應氧氣和各種營養物質，帶走代謝廢物，維持其他器官、組織細胞的正常代謝和功能。近年來，隨著冠心病及先心病對人類威脅日益加重，有效的心臟藥物的研發、篩選和評估成為生物醫學領域急需解決的問題之一。

目前，對于針對人類的藥物開發，主要是通過體外細胞培養和動物體內實驗，檢測藥物對靶標物的作用及藥物對其他細胞、組織、器官等正常生理結構的影響，從而對藥效進行評估。然而，體外細胞培養趨向與平面二維培養，該模式不能真實有效的模擬體內微環境及各組織和器官之間的復雜生理過程；動物體內實驗也存在構建動物模型的不確定性、不同動物種類差異以及一些人道主義因素的限制，因此在細胞或組織水平上構建體外模型來模擬生理過程、進行藥物篩選和評估已經引起了廣泛的關注。在心臟及心肌細胞的研究中，心肌細胞的收縮和跳動頻率是極為重要的評測參數，是用于評價心肌細胞活性的重要指標；然而，構建心臟芯片需要復雜的檢測系統，通常依賴大型儀器設備，缺乏直觀性。因此，設計并開發具備高靈敏度的心肌細胞收縮和跳動頻率的傳感材料，并據此構建穩定的心臟藥物評估平臺仍面臨這嚴峻的挑戰。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種基于非密堆積光子晶體薄膜的心肌細胞檢測方法及其應用，該檢測方法中非密堆積光子晶體薄膜為心肌細胞提供三維生長結構，并為心肌細胞收縮和跳動頻率提供穩定、高效的光學傳感信號，該檢測方法成本低廉、過程簡單，在心肌細胞檢測及心臟藥物的篩選和評估中具有穩定、靈敏、高效的內在優勢。

技術方案：本發明提供了一種基于非密堆積光子晶體薄膜的心肌細胞檢測方法，該方法包括以下步驟：

1)非密堆積光子晶體薄膜的制備：采用膠體粒子自組裝法，利用表面帶電的膠體粒子和生物相容性水凝膠前聚體溶液，制備非密堆積光子晶體薄膜；

2)基于非密堆積光子晶體薄膜的心肌細胞培養：在非密堆積光子晶體薄膜表面種植心肌細胞，經培養后得到生長有心肌細胞的非密堆積光子晶體薄膜；

3)心肌細胞檢測：非密堆積光子晶體薄膜上心肌細胞的收縮和舒張引起非密堆積光子晶體薄膜的特征反射峰周期性變化，采集非密堆積光子晶體薄膜的特征反射峰周期性變化數據；

4)數據分析：對步驟3)采集的非密堆積光子晶體薄膜的特征反射峰周期性變化數據進行分析，得到心肌細胞的收縮力和跳動頻率情況。

其中：

所述的非密堆積光子晶體薄膜的具體步驟如下：

①利用膠體粒子自組裝法，將表面帶電的膠體粒子分散到生物相容性水凝膠前聚體溶液中，其中生物相容性水凝膠前聚體的濃度為5～20wt％，之后加入2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，其加入的體積為生物相容性水凝膠前聚體溶液體積的0.5～5％，充分混勻后，加入總體積10～30％離子交換樹脂，充分振蕩形成膠體晶體溶液；

②將步驟①得到的膠體晶體溶液注入模具中，經固化成平面的非密堆積光子晶體薄膜或者圖案化的非密堆積光子晶體薄膜。

步驟1)所述的生物相容性水凝膠前聚體為聚丙烯酰胺、聚N-異丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯明膠、四臂-聚乙二醇或聚乙二醇二丙烯酸酯中的一種。