[發明專利]一種基于結構色水凝膠的心臟芯片及其應用

有效

• 申請號: 201711096076.9
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107907485B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 趙遠錦;高崴;商逸璇;顧笑曉;李琳杰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 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

一種基于結構色水凝膠的心臟芯片，包括芯片頂板、芯片底板和生長有心肌細胞的結構色水凝膠膜，所述芯片底板設置有微貯液池，其一端通過流量分配微通道與芯片底板上的進液口連通，另一端與芯片底板上的出液口連通，在微貯液池的中設置有水凝膠膜安裝微柱，用于放置結構色水凝膠膜；所述的芯片頂板設置有進液孔和出液孔，位置分別與芯片底板的進液口和出液口相對應。本發明的基于結構色水凝膠材料構建的心臟芯片不需要復雜的檢測系統，具備直觀性，對被檢測系統無生理藥理等方面的影響，更要的是檢測方法不受外界環境和化學試劑等因素的影響，在心臟藥物的篩選和評估中，可表現出靈敏，高效，且不受外界條件影響的獨特內在優勢。

技術領域

本發明涉及一種基于結構色水凝膠的心臟芯片及其應用，屬于器官芯片領域。

背景技術

人體是由多種復雜器官組成的生物體，器官之間的相互聯動，使得人類可以在體內實現多種代謝行為。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，檢測藥物對目標物體的作用，從而判斷藥物特性；然而體外細胞培養出的二維細胞結構不能真實的模擬人體微環境以及各組織和器官之間的復雜生理過程，同時動物體內實驗也受到動物模型不確定性、不同動物體內的復雜性及一些人道主義因素的制約；為此，在細胞或器官水平上構建細胞或器官芯片來模擬真實的生理過程已經引起了廣泛的興趣。

心臟是人體重要的器官之一，心臟芯片是實現模擬人體心臟功能及檢測行為的重要實現方式，然而構建后心臟芯片需要復雜的檢測系統，并且這些檢測系統往往需要消耗大量的時間和精力，并且缺乏直觀性；在心臟及心肌細胞的研究中，心肌細胞的收縮力和跳動頻率是其最為重要的評測參數，通常是用于評判心臟功能和心肌細胞活性的重要指標；因此，研究并開發具備高靈敏性檢測心肌細胞的收縮力和跳動頻率的傳感材料，構建穩定的收縮力和跳動頻率的傳感心臟芯片和藥物研究平臺仍然面臨著嚴峻的挑戰。

受結構色水凝膠的微光子晶體結構變化導致顏色變化的啟發，我們構建了一種利用結構色水凝膠進行心肌細胞培養，并將其構建于器官芯片中的新型檢測方法。利用結構色水凝膠中光子晶體結構獨特的光學傳感技術和特征反射峰進行心肌細胞收縮力和跳動頻率的傳感研究，可視化實現了心臟細胞的檢測。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種基于結構色水凝膠的心臟芯片及其應用，該心臟芯片利用心肌細胞收縮、舒張行為帶動結構色水凝膠結構色改變，從而能夠實現可視化檢測心肌細胞收縮、舒張行為。

技術方案：本發明提供了一種基于結構色水凝膠的心臟芯片，該心臟芯片包括芯片頂板、芯片底板和生長有心肌細胞的結構色水凝膠膜，所述芯片底板設置有微貯液池，其一端通過流量分配微通道與芯片底板上的進液口連通，另一端與芯片底板上的出液口連通，在微貯液池的中設置有水凝膠膜安裝微柱，用于放置結構色水凝膠膜；所述的芯片頂板設置有進液孔和出液孔，位置分別與芯片底板的進液口和出液口相對應。

其中：

所述的流量分配微通道為多重分支結構，即流量分配微通道的一端與進液口連通，另一端岔分為多個分支流道與微貯液池連通，分支流道數目n＝2^N，其中N為級數，且N>2。

所述的結構色水凝膠膜的形狀為多尾狀，且多尾部分朝向出液口方向。

所述的水凝膠膜安裝微柱固定于微貯液池底部，其高度與結構色水凝膠膜的厚度總和等于微貯液池的高度。

所述的結構色水凝膠膜的材料為甲基丙烯酸酯明膠(Gelma)、牛血清白蛋白(BSA)、四臂-聚乙二醇(4-arm-PEG)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)。

所述的結構色水凝膠膜利用模板犧牲法、沉積法制備：

1)利用打印機打印出多尾狀掩膜版，其中多尾部分為透光部分，其余部分為黑色不透光部分，之后利用掩膜版，將光子晶體前聚體溶液聚合，去掉未聚合部分后獲得正結構的多尾狀光子晶體正結構模板；