一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统的构建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统的构建方法，将细胞混合液注入预先设计好的芯片模型中，连续培养形成器官芯片；然后在器官芯片的出口连接设计有微流控管路的电化学传感芯片，用于特异性监测器官芯片代谢物中的氧含量、ATP、pH、ROS、胆固醇。该器官芯片分析系统构建简便，适用范围广泛，分析参数多样；将器官芯片与电化学传感器相结合，可以实时动态监测三维体外血管/心脏模型的生长微环境。本发明专利技术所述的监测器官芯片生理病理指标的电化学生物传感系统可即时调整模型培养条件使其更加符合真实活体条件，可用于探究疾病过程中的生理状态变化，也可以用于在线监测器官芯片对药物的响应。线监测器官芯片对药物的响应。

【技术实现步骤摘要】
一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统的构建方法


[0001]本专利技术属于细胞3D体外培养及电化学分析
，涉及一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统的构建方法，将器官芯片和多个电化学生物传感器进行集成。

技术介绍

[0002]器官芯片作为一个更真实反映人体的3D体外组织模型，在器官芯片的构建过程中，通过在芯片模型中培养相应的人源细胞系以模拟人体真实组织或者器官的结构和功能单元。器官芯片作为一种新兴的3D体外疾病模型，弥补了现有2D模型和动物模型的缺陷，在生物发育学、药物研发和精准医疗方面具有巨大的应用潜力。
[0003]常规的血管芯片在用于发育生物学和疾病病理学研究时，通常采用免疫荧光染色法，借助荧光染料和光学成像手段进行芯片的观察，该方法操作复杂，且受限于操作者的操作技术，检测耗时长，成本高昂，只能对特定参数的分析，无法实现实时动态监测。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统的构建方法，将器官芯片技术与电化学分析技术相结合，在芯片的出口连接设计有微流控管路的电化学传感器，用于特异性监测器官芯片代谢物中的氧含量、ATP、pH、ROS、胆固醇。该器官芯片分析平台构建简便，适用范围广泛，分析参数多样；将器官芯片与电化学传感器相结合，可以实时动态监测三维体外血管模型的生长微环境，实现实时动态监测器官芯片的生理状况，便于更加准确快速的人为调整以增大制备器官芯片的成功率、更加长期动态的监测器官芯片的生长状况、更加实时简便的响应药物效果。
[0005]其潜在应用价值在于这种集成式的芯片分析平台便于研究者对芯片生长的微环境实施更加精确地控制，提高器官芯片体外培养的成功率，更加快速监测3D体外组织模型生长发育过程中微环境的变化，为疾病早期诊断及生理环境参数的变化检测增加临床检验指标。
[0006]本专利技术构建的一种监测器官芯片生理指标的电化学传感系统的设计模型如图1所示，其中血管芯片模型的各层母版如图2所示，单层细节图如图3所示。具体为：将成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞混合注入预先制备芯片模型中；将电极传感器与具有储液孔的PDMS电极芯片相结合，得到电极传感芯片；将器官芯片与电极传感芯片串联，监测芯片代谢溶液中的pH、ATP、ROS、胆固醇、氧含量五项生理环境参数。
[0007]根据上述原理，本专利技术提供了一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统，所述系统包括：器官芯片，pH传感芯片、ROS传感芯片、ATP传感芯片、氧含量传感芯片、胆固醇传感芯片。
[0008]所述器官芯片包括心脏器官芯片、肾器官芯片、肺器官芯片、脑器官芯片、血管器官芯片、肠器官芯片。
[0009]本专利技术提供了一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统的构建方法，所述
方法包括如下步骤：
[0010]步骤(1)、将聚二甲基硅氧烷主剂和固化剂按质量比10:1的比例混合，然后浇筑在预先设计的芯片母板上固化，然后将固化后获得的PDMS模板与母板分开；所述主剂为Sylgard184聚合体，所述固化剂为Sylgard 184固化剂；
[0011]步骤(2)、将步骤(1)中制备的PDMS模板进行键合，获得器官芯片；
[0012]步骤(3)、向上述步骤(2)获得的器官芯片中注入细胞混合液，于恒温培养箱中培养；
[0013]步骤(4)、在玻璃片上修饰上检测不同参数的电化学传感器；
[0014]步骤(5)、将聚二甲基硅氧烷主剂和固化剂按质量比10:1的比例混合，然后浇筑在预先设计的电极芯片母板上固化，将固化后获得的PDMS模板与所述电极芯片母板分开；所述主剂为Sylgard 184聚合体，所述固化剂为Sylgard 184固化剂；
[0015]步骤(6)、将步骤(5)中制备好的PDMS模板键合在所述步骤(3)修饰电极传感器的玻璃片上，获得电极传感芯片；
[0016]步骤(7)、将步骤(6)中的各个电极传感芯片入口与步骤(3)中的器官芯片出口进行串联，形成液体流通管道，通过蠕动泵使得血管芯片中的液体流经电极芯片，从而获得检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统。
[0017]步骤(1)中，所述芯片母板分为细胞培养层和培养基层；
[0018]所述芯片母板的细胞培养层的主流道尺寸为宽500
‑
1000μm，高100
‑
200μm；优选地，主流道尺寸宽500μm，高200μm。
[0019]所述芯片母板的细胞培养层的支流道尺寸为宽200
‑
250μm，高400
‑
500μm；优选地，支流道的尺寸为宽200μm，高500μm。
[0020]所述芯片母板的培养基层尺寸为长17mm，宽7mm，高500
‑
700μm；优选地，长17mm，宽7mm，高500μm。
[0021]所述芯片母板的出入口均为直径为200
‑
500μm的圆孔；优选地，为500μm。
[0022]步骤(1)中，所述固化的温度为60
‑
80℃；优选地，为60℃。
[0023]步骤(1)中，所述固化的时间范围为2
‑
4h；优选地，为2h。
[0024]步骤(2)中，所述PDMS模板键合的个数为3个。
[0025]步骤(2)中，所述器官芯片包括培养基出口层PDMS，PDMS多孔膜，细胞培养层PDMS，PDMS多孔膜，培养基入口层PDMS；所述顺序为第一层培养基出口层PDMS，第二层PDMS多孔膜，第三层细胞培养层PDMS，第四层PDMS多孔膜，第五层培养基入口层PDMS。
[0026]步骤(2)中，所述键合的内容为培养基出口层PDMS模板，PDMS多孔膜，细胞培养层PDMS模板，PDMS多孔膜，培养基入口层PDMS模板。
[0027]步骤(2)中，所述键合的条件为射频功率为400
‑
600w，处理时间为20
‑
40s，氧气流量为50
‑
400mL/min；优选地，射频功率600w，时间40s，氧气流量200mL/min；
[0028]步骤(3)中，所述细胞混合液为成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞的细胞混合液、人脐血管内皮细胞和人诱导多功能干细胞来源的心肌细胞的细胞混合液；
[0029]其中，所述人脐静脉内皮细胞、成纤维细胞、人脐血管内皮细胞和人诱导多功能干细胞来源的心肌细胞的密度均为2
×
(106‑
107)个/mL；优选地，为2
×
106个/mL。
[0030]其中，所述成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞两种细胞的数量比为1:1～1:5；优选
地，为1:1。
[0031]其中，所述人脐血管内皮细胞和人诱导多功能干细胞来源的心肌细胞两种细胞的数量比为1:1～1:3；优选地，为1:1。
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统，其特征在于，所述系统包括：器官芯片，pH传感芯片、ROS传感芯片、ATP传感芯片、氧含量传感芯片、胆固醇传感芯片。2.如权利要求1所述的生物传感系统，其特征在于，所述器官芯片包括心脏器官芯片、肾器官芯片、肺器官芯片、脑器官芯片、血管器官芯片、肠器官芯片。3.一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括如下步骤：步骤(1)、将聚二甲基硅氧烷主剂和固化剂以质量比10:1的比例混合，并浇筑在预先设计的芯片母板上固化，然后将固化后获得的聚二甲基硅氧烷PDMS模板与所述芯片母板分开；所述主剂为Sylgard 184聚合体，所述固化剂为Sylgard 184固化剂；步骤(2)、将上述步骤(1)制备的PDMS模板进行键合，获得器官芯片；步骤(3)、向上述步骤(2)获得的器官芯片中注入细胞混合液，于恒温培养箱中培养；步骤(4)、在玻璃片上修饰电极传感器；步骤(5)、将聚二甲基硅氧烷主剂和固化剂按照质量比10:1的比例混合，然后浇筑在预先设计的电极芯片母板上固化，然后将固化后获得的PDMS模板与所述电极芯片母板分开；所述主剂为Sylgard 184聚合体，所述固化剂为Sylgard 184固化剂；步骤(6)、将上述步骤(5)制备获得的PDMS模板键合在所述步骤(4)修饰电极传感器的玻璃片上，获得电极传感芯片；步骤(7)、将步骤(6)中的电极传感芯片入口与步骤(3)中的器官芯片出口连接，形成液体流通管道，即获得检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统。4.如权利要求3所述的构建方法，其特征在于，步骤(1)中，所述芯片母板分为细胞培养层和培养基层；所述芯片母板的细胞培养层的主流道尺寸为宽500
‑
1000μm，高100
‑
200μm；所述芯片母板的细胞培养层的支流道的尺寸为宽200
‑
250μm，高400
‑
500μm；所述芯片母板的培养基层尺寸为长17mm，宽7mm，高500
‑
700μm；所述芯片母板的出入口均为直径为200
‑
500μm的圆孔；所述固化的温度为60
‑
80℃；所述固化的时间范围为2
‑
4h。5.如权利要求3所述的构建方法，其特征在于，步骤(2)中，所述键合的内容为培养基出口层PDMS、PDMS多孔膜、细胞培养层PDMS，PDMS多孔膜，培养基出口层PDMS；和/或，所述键合的条件为：射频功率400
‑
600w，时间20
‑
40s，氧气流量50
‑
400mL/min。6.如权利要求3所述的构建方法，其特征在于，步骤(3)中，所述细胞混合液为成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞的细胞混合液、人脐血管内皮细胞和人诱导多功能干细胞来源的心肌细胞混合液；所述细胞混合在浓度为3
‑
10mg/mL的基质胶溶液中；其中，所述成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞的密度为2
×
(106‑
107)个/mL，两种细胞的数量比为1:1～1:5；所述成纤维细胞和人脐静脉内皮细胞混合在8
‑
10mg/mL的基质胶溶液中；所述基质胶溶液包括基质胶，牛纤维蛋白原溶液，I型胶原；所述人脐血管内皮细胞和人诱导多功能干细胞来源的心肌细胞的密度为2
×
(106‑
107)个/mL，两种细胞的数量比为1:1～1:3；所述人脐血管内皮细胞和心肌细胞混合在3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴昊，余紫荆，李丽，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：