本發明屬于心臟(zang)(zang)芯(xin)片，尤其(qi)涉及(ji)一種多通量(liang)實時(shi)電監(jian)測心臟(zang)(zang)芯(xin)片及(ji)其(qi)制作方(fang)法。

背景技術：

1、心臟病是(shi)全球衛(wei)生保健系統的(de)一個重大負擔(dan)，也是(shi)每年死亡的(de)主要原因。為(wei)了提高我(wo)們對(dui)心臟病的(de)認(ren)識，需要高質量(liang)的(de)疾(ji)病模型和(he)高效的(de)藥物(wu)篩選方法，隨著(zhu)微流控(kong)和(he)軟光(guang)刻技術的(de)快速發展與人類誘導多(duo)能(neng)干(gan)細胞(ipsc)生物(wu)學(xue)的(de)進步相結合，產生了一個全新的(de)“芯片上的(de)器官(guan)”領域(yu)，旨在建立能(neng)夠在體(ti)外重現特定器官(guan)水平功能(neng)的(de)可控(kong)、最低功能(neng)單元。

2、與(yu)微流(liu)控技(ji)術(shu)(shu)結合(he)實(shi)(shi)現封(feng)閉環境下細(xi)胞的長期動(dong)態培養和觀察；與(yu)傳(chuan)感(gan)技(ji)術(shu)(shu)(電傳(chuan)感(gan)，壓力傳(chuan)感(gan))、生物材料結合(he)：通過聚馬來(lai)酸(suan)(suan)八亞甲基(酸(suan)(suan)酐)檸檬(meng)酸(suan)(suan)酯(pomac)、裂紋傳(chuan)感(gan)器集成(cheng)懸臂監(jian)測(ce)心(xin)肌(ji)組織收縮力變化，通過金電極、鉑絲電極實(shi)(shi)現電信號監(jian)測(ce)，通過反蛋白石(shi)水凝膠、毛細(xi)管實(shi)(shi)現心(xin)肌(ji)收縮可視化。雖然心(xin)臟芯(xin)片平臺的構建有(you)著堅實(shi)(shi)的基礎，但仿(fang)生和通量(liang)一體化矛盾仍亟待解決，且無法在(zai)單平臺實(shi)(shi)現高效藥物篩選功能。

3、針對目前心臟芯片(pian)存在通量低(di)、仿生(sheng)不足等(deng)問題(ti)，我(wo)們提出(chu)一(yi)種多通量實(shi)時(shi)電監測心臟芯片(pian)及(ji)其制作方法。

技術實現思路

1、本發明的(de)(de)目的(de)(de)是提供一種(zhong)多通量實時電監測心臟芯片(pian)及其(qi)制作方法，以解決上述問題。

2、為實現(xian)上(shang)述(shu)目的，本發明提供了如(ru)下方案：

3、一種(zhong)多通量實時電監測(ce)心臟芯(xin)片，包括：由上至下依次固接的灌流(liu)層、培養室層和玻璃基(ji)底-電極板；

4、所(suo)述(shu)(shu)灌流(liu)層上開設有樹狀(zhuang)(zhuang)階梯灌流(liu)通(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)，所(suo)述(shu)(shu)樹狀(zhuang)(zhuang)階梯灌流(liu)通(tong)道(dao)(dao)(dao)(dao)包括沿液(ye)(ye)體流(liu)動方(fang)向(xiang)依次連通(tong)設置的n級混合(he)流(liu)道(dao)(dao)(dao)(dao)組，n為(wei)正整數，所(suo)述(shu)(shu)混合(he)流(liu)道(dao)(dao)(dao)(dao)組包括n+1個(ge)進(jin)液(ye)(ye)端(duan)和n+2個(ge)出(chu)液(ye)(ye)端(duan)；前(qian)一(yi)所(suo)述(shu)(shu)混合(he)流(liu)道(dao)(dao)(dao)(dao)組的出(chu)液(ye)(ye)端(duan)與后(hou)一(yi)所(suo)述(shu)(shu)混合(he)流(liu)道(dao)(dao)(dao)(dao)組的進(jin)液(ye)(ye)端(duan)一(yi)一(yi)對應并(bing)連通(tong)；

5、位于(yu)尾端(duan)的(de)所述混合(he)流道組的(de)出(chu)液端(duan)分別連通(tong)有液體注(zhu)入部(bu)的(de)進(jin)液端(duan)，所述液體注(zhu)入部(bu)的(de)出(chu)液端(duan)連通(tong)有出(chu)口(kou)；

6、所(suo)述(shu)培(pei)(pei)養室層(ceng)上開(kai)設有若(ruo)干培(pei)(pei)養部(bu)(bu)(bu)，若(ruo)干所(suo)述(shu)培(pei)(pei)養部(bu)(bu)(bu)與(yu)若(ruo)干所(suo)述(shu)液(ye)體(ti)注入部(bu)(bu)(bu)一一對應，所(suo)述(shu)培(pei)(pei)養部(bu)(bu)(bu)的進液(ye)端與(yu)所(suo)述(shu)液(ye)體(ti)注入部(bu)(bu)(bu)的中部(bu)(bu)(bu)連通；

7、所述(shu)玻璃基底-電極板上設置有(you)若(ruo)干(gan)(gan)電極部，若(ruo)干(gan)(gan)所述(shu)電極部與若(ruo)干(gan)(gan)所述(shu)培養部一一對應并(bing)連接。

8、優選的，所(suo)(suo)述液體注(zhu)入部包括(kuo)若干依次連通的灌流腔(qiang)(qiang)，位于(yu)液體流動方向前端(duan)(duan)的所(suo)(suo)述灌流腔(qiang)(qiang)的進液端(duan)(duan)與(yu)相對應的所(suo)(suo)述混合流道組(zu)的出液端(duan)(duan)連通，位于(yu)液體流動方向后端(duan)(duan)的所(suo)(suo)述灌流腔(qiang)(qiang)的出液端(duan)(duan)與(yu)相對應的所(suo)(suo)述出口(kou)連通；

9、若干所(suo)述灌(guan)流腔(qiang)與相對(dui)應(ying)的所(suo)述培養部連通。

10、優選的，所(suo)(suo)述培(pei)(pei)養(yang)(yang)部(bu)包括若干培(pei)(pei)養(yang)(yang)室(shi)(shi)，若干所(suo)(suo)述培(pei)(pei)養(yang)(yang)室(shi)(shi)與若干所(suo)(suo)述灌(guan)流腔一(yi)一(yi)對應，所(suo)(suo)述培(pei)(pei)養(yang)(yang)室(shi)(shi)與所(suo)(suo)述灌(guan)流腔連通，所(suo)(suo)述電(dian)極部(bu)的一(yi)端對應設(she)置在所(suo)(suo)述培(pei)(pei)養(yang)(yang)室(shi)(shi)內。

11、優選的，所(suo)述(shu)電極部包括兩個內部采集信(xin)號靶點，所(suo)述(shu)內部采集信(xin)號靶點電性(xing)連(lian)接有(you)邊緣輸(shu)出信(xin)號靶點，所(suo)述(shu)內部采集信(xin)號靶點固定在相對應的所(suo)述(shu)培養室的底部。

12、優(you)選的，所(suo)述(shu)液體注入部包括三個(ge)所(suo)述(shu)灌(guan)(guan)流(liu)(liu)腔(qiang)，三個(ge)所(suo)述(shu)灌(guan)(guan)流(liu)(liu)腔(qiang)依次連(lian)通，所(suo)述(shu)灌(guan)(guan)流(liu)(liu)腔(qiang)為(wei)3.5mm*6mm的橢圓形(xing)結(jie)構，所(suo)述(shu)灌(guan)(guan)流(liu)(liu)腔(qiang)高度為(wei)150um。

13、優(you)選的(de)，所(suo)述(shu)(shu)培養部(bu)包括三個(ge)所(suo)述(shu)(shu)培養室(shi)，所(suo)述(shu)(shu)培養室(shi)為3.5mm*6mm的(de)橢圓形結構，所(suo)述(shu)(shu)培養室(shi)厚度為2mm。

14、一(yi)種多(duo)通量(liang)(liang)實時(shi)電監(jian)測(ce)(ce)心(xin)臟芯(xin)片(pian)的制作方法，基于(yu)上述的一(yi)種多(duo)通量(liang)(liang)實時(shi)電監(jian)測(ce)(ce)心(xin)臟芯(xin)片(pian)，包(bao)括(kuo)如(ru)下(xia)步驟：

15、s1、分別制作具(ju)有(you)所述灌流層結構和具(ju)有(you)所述培(pei)養室層結構的模具(ju)；

16、s2、將pdms預聚體a與交聯劑b的混(hun)合(he)液注入(ru)所(suo)述模(mo)具并固化，分別得到(dao)所(suo)述灌流(liu)層和所(suo)述培養室層，并清洗滅菌；

17、s3、在所(suo)(suo)述(shu)(shu)培(pei)養(yang)室層的所(suo)(suo)述(shu)(shu)培(pei)養(yang)部內指定位置打(da)孔，將(jiang)所(suo)(suo)述(shu)(shu)培(pei)養(yang)室層與所(suo)(suo)述(shu)(shu)玻璃基底-電極板鍵合后清洗滅(mie)菌；

18、s4、在(zai)所述(shu)培養室層(ceng)(ceng)內接種細(xi)胞后置(zhi)于孵(fu)箱，待細(xi)胞貼(tie)壁后，將所述(shu)灌流(liu)層(ceng)(ceng)與所述(shu)培養室層(ceng)(ceng)鍵(jian)合形成完(wan)整芯片系統(tong)。

19、優選的(de)，所(suo)述步驟(zou)s1中(zhong)，所(suo)述模具(ju)的(de)制(zhi)造方(fang)法包括以下步驟(zou)：

20、s101、在硅片上(shang)旋涂su-8光刻膠，前烘，溫度95°，時間30min；

21、s102、將掩膜蓋于硅片(pian)后uv曝光，后烘，溫度95°，時間30min；

22、s103、使用乳酸乙酯(zhi)顯影，堅膜，溫度(du)120°，時間30min。

23、優選的(de)(de)，所述(shu)(shu)步驟s2中(zhong)，將所述(shu)(shu)pdms預聚體a與所述(shu)(shu)交聯劑(ji)b的(de)(de)按10:1比例混合，混合液注入模具后，進(jin)行真空脫氣，脫氣后在80℃的(de)(de)烘箱(xiang)中(zhong)固化(hua)1h，得到所述(shu)(shu)灌流(liu)層(ceng)和所述(shu)(shu)培養室層(ceng)。

24、與(yu)現有(you)技(ji)術相比，本發明(ming)具有(you)如(ru)下(xia)優點(dian)和技(ji)術效果：

25、使用(yong)時，通(tong)過(guo)ptfe管及平針頭和(he)注射器連接注射泵與樹狀(zhuang)階梯灌(guan)流(liu)通(tong)道(dao)的(de)(de)(de)進(jin)液口，樹狀(zhuang)階梯灌(guan)流(liu)通(tong)道(dao)的(de)(de)(de)液體(ti)流(liu)入方向最(zui)前端的(de)(de)(de)混合流(liu)道(dao)組(zu)的(de)(de)(de)進(jin)液端有(you)兩個，其中一個用(yong)于注入特(te)定(ding)(ding)濃(nong)度(du)(du)藥(yao)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)基(ji)(ji)，另(ling)一個用(yong)于注入無藥(yao)物(wu)(wu)培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)基(ji)(ji)，當特(te)定(ding)(ding)濃(nong)度(du)(du)藥(yao)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)基(ji)(ji)和(he)無藥(yao)物(wu)(wu)培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)基(ji)(ji)同時注入時，在樹狀(zhuang)階梯灌(guan)流(liu)通(tong)道(dao)作用(yong)下，自動形(xing)成藥(yao)物(wu)(wu)濃(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)，并使不同濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)藥(yao)液進(jin)入至(zhi)對應的(de)(de)(de)液體(ti)注入部(bu)內(nei)，由液體(ti)注入部(bu)注入至(zhi)培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)室層(ceng)上開(kai)設的(de)(de)(de)相對應的(de)(de)(de)培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)部(bu)內(nei)，培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)部(bu)內(nei)培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)有(you)心肌(ji)細(xi)(xi)胞(bao)，當藥(yao)液充滿培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)部(bu)后，會通(tong)過(guo)出口流(liu)出，通(tong)過(guo)各個培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)部(bu)內(nei)設置的(de)(de)(de)電(dian)(dian)極部(bu)，對心肌(ji)細(xi)(xi)胞(bao)進(jin)行電(dian)(dian)刺(ci)激及細(xi)(xi)胞(bao)場電(dian)(dian)位(wei)的(de)(de)(de)檢測(ce)，可以在不同藥(yao)液濃(nong)度(du)(du)下，對心肌(ji)細(xi)(xi)胞(bao)狀(zhuang)態檢測(ce)，本發明可實(shi)現(xian)在同一體(ti)系中實(shi)現(xian)異型(xing)細(xi)(xi)胞(bao)共培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)，運用(yong)于細(xi)(xi)胞(bao)互作研究(jiu)，微電(dian)(dian)極陣列設計，較現(xian)有(you)心臟芯片明顯(xian)提高實(shi)時電(dian)(dian)生理評估通(tong)量。

技術特征：

1.一種多通量(liang)實時(shi)電(dian)監測心臟芯(xin)片，其特征在于，包(bao)括：由上至下依次(ci)固接的灌流層(1)、培養室層(2)和玻(bo)璃基(ji)底-電(dian)極板(3)；

2.根據權利要求1所(suo)(suo)(suo)述(shu)的(de)(de)(de)(de)一種多通(tong)量實時電監測(ce)心臟(zang)芯片，其特(te)征在于：所(suo)(suo)(suo)述(shu)液(ye)(ye)體注入部包(bao)括若干依次連通(tong)的(de)(de)(de)(de)灌(guan)(guan)流(liu)(liu)腔(5)，位于液(ye)(ye)體流(liu)(liu)動方向前端(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)所(suo)(suo)(suo)述(shu)灌(guan)(guan)流(liu)(liu)腔(5)的(de)(de)(de)(de)進液(ye)(ye)端(duan)(duan)與相(xiang)對(dui)(dui)應(ying)的(de)(de)(de)(de)所(suo)(suo)(suo)述(shu)混合流(liu)(liu)道組的(de)(de)(de)(de)出(chu)液(ye)(ye)端(duan)(duan)連通(tong)，位于液(ye)(ye)體流(liu)(liu)動方向后端(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)所(suo)(suo)(suo)述(shu)灌(guan)(guan)流(liu)(liu)腔(5)的(de)(de)(de)(de)出(chu)液(ye)(ye)端(duan)(duan)與相(xiang)對(dui)(dui)應(ying)的(de)(de)(de)(de)所(suo)(suo)(suo)述(shu)出(chu)口(9)連通(tong)；

3.根據(ju)權(quan)利要求2所(suo)(suo)述(shu)的一種多通量實(shi)時電監測(ce)心臟芯片，其特征在于：所(suo)(suo)述(shu)培(pei)養部包括若干培(pei)養室(shi)(shi)(6)，若干所(suo)(suo)述(shu)培(pei)養室(shi)(shi)(6)與若干所(suo)(suo)述(shu)灌流(liu)腔(5)一一對(dui)應，所(suo)(suo)述(shu)培(pei)養室(shi)(shi)(6)與所(suo)(suo)述(shu)灌流(liu)腔(5)連通，所(suo)(suo)述(shu)電極(ji)部的一端對(dui)應設置在所(suo)(suo)述(shu)培(pei)養室(shi)(shi)(6)內。

4.根據權(quan)利要(yao)求3所述的一種多通量實時(shi)電(dian)監測心臟芯片(pian)，其(qi)特征在于：所述電(dian)極部(bu)(bu)包括兩(liang)個(ge)內(nei)部(bu)(bu)采(cai)集信(xin)號(hao)靶(ba)(ba)點(dian)(7)，所述內(nei)部(bu)(bu)采(cai)集信(xin)號(hao)靶(ba)(ba)點(dian)(7)電(dian)性連接有邊(bian)緣輸出信(xin)號(hao)靶(ba)(ba)點(dian)(8)，所述內(nei)部(bu)(bu)采(cai)集信(xin)號(hao)靶(ba)(ba)點(dian)(7)固定在相對(dui)應的所述培(pei)養室(shi)(6)的底部(bu)(bu)。

5.根據權利要求2所(suo)述(shu)的一(yi)種多通(tong)量(liang)實時電監測心(xin)臟(zang)芯片，其特征在于：所(suo)述(shu)液體(ti)注入部包括(kuo)三個所(suo)述(shu)灌流(liu)腔(qiang)(qiang)(5)，三個所(suo)述(shu)灌流(liu)腔(qiang)(qiang)(5)依次連通(tong)，所(suo)述(shu)灌流(liu)腔(qiang)(qiang)(5)為3.5mm*6mm的橢圓形結構(gou)，所(suo)述(shu)灌流(liu)腔(qiang)(qiang)(5)高度(du)為150um。

6.根據權利要求3所述(shu)的(de)(de)一種(zhong)多通量(liang)實時電監(jian)測心臟芯片，其特(te)征在于：所述(shu)培養部包括三個所述(shu)培養室(6)，所述(shu)培養室(6)為3.5mm*6mm的(de)(de)橢圓(yuan)形結構，所述(shu)培養室(6)厚度為2mm。

7.一種多(duo)(duo)通(tong)量實時(shi)電(dian)監測(ce)心(xin)臟芯片的(de)(de)制作方法，基于權(quan)利要求1-6任一所述的(de)(de)一種多(duo)(duo)通(tong)量實時(shi)電(dian)監測(ce)心(xin)臟芯片，其特征在于，包(bao)括如下步驟：

8.根據權利要求7所(suo)(suo)述的一種多通量實時電監測(ce)心臟芯片的制作(zuo)方法，其特征在(zai)于：所(suo)(suo)述步(bu)驟(zou)s1中(zhong)，所(suo)(suo)述模(mo)具(ju)的制造方法包括(kuo)以下(xia)步(bu)驟(zou)：

9.根據權利要求7所述的(de)一(yi)種多通量(liang)實時電監測心臟(zang)芯片的(de)制作方法，其特(te)征在(zai)于：所述步驟s2中，將所述pdms預聚體a與所述交聯劑b的(de)按(an)10:1比(bi)例混(hun)合，混(hun)合液注入模具后(hou)，進行真空脫氣(qi)，脫氣(qi)后(hou)在(zai)80℃的(de)烘箱中固化1h，得到所述灌流(liu)層(ceng)(1)和所述培養(yang)室層(ceng)(2)。

技術總結
本發明屬于心臟芯片技術領域，尤其涉及一種多通量實時電監測心臟芯片及其制作方法，多通量實時電監測心臟芯片包括：由上至下依次固接的灌流層、培養室層和玻璃基底?電極板；灌流層上開設有樹狀階梯灌流通道，樹狀階梯灌流通道包括沿液體流動方向依次連通設置的n級混合流道組，位于尾端的混合流道組的出液端分別連通有液體注入部的進液端，液體注入部的出液端連通有出口；培養室層上開設有若干培養部，若干培養部與若干液體注入部一一對應，培養部的進液端與液體注入部的中部連通；玻璃基底?電極板上設置有若干電極部，若干電極部與若干培養部一一對應并連接，以及多通量實時電監測心臟芯片的制作方法。

技術研發人員：夏云龍,陸瑤,楊曉蕾,唐雨琦,劉顯明,鄧九,白雪,謝云鵬,薛根龍
受保護的技術使用者：大連醫科大學附屬第一醫院
技術研發日：
技術公布日：2024/8/1