一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其包括：芯片基底、培养腔体、第一、第二培养腔、集成传感器和模块化部件；第一培养腔为心肌组织芯片的输入端，其底部设置有第一进液口、第一出液口和气体交换口；第二培养腔作为心肌组织芯片的输出端，其底部设置有用于与第一出液口相连的第二进液口以及用于与外部培养液回收端相连的第二出液口，构成闭环系统；集成传感器包括微柱传感器和电化学传感器，且微柱传感器和电化学传感器分别通过设置在芯片基底上的电极引线与外部在线检测系统相连，对心肌组织进行在线全信息采集。本发明专利技术可以广泛应用于体外心肌组织的在线检测领域。

An On-line Nondestructive Detection Cardiac Tissue Chip Based on Multisensor Integration

【技术实现步骤摘要】
一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片
本专利技术涉及一种体外心肌组织芯片，特别是涉及一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片。
技术介绍
随着器官芯片和心肌组织工程的发展，出现了多种多样的心肌芯片。心脏的基本功能是搏动输送血液，一般临床上对心脏功能的评价标准主要是心率、心肌搏动强度和心血管疾病的生物标志物。因此，心肌芯片能够实现精确、高通量的药物筛选的前提是心肌芯片能够反馈完整的评价信息。然而由于目前传感器的工作模式单一、评价方式复杂等原因，心肌芯片中的信号反馈难以做到无损、多功能和在线实时检测。另外，心肌芯片在研究过程中只承担心肌组织载体的功能。目前多数的心肌芯片只设计了心肌芯片的本体——也即心肌组织的载体部分，而仅有少数涉及了整个系统的构件，提供在线、实时的检测心肌组织在不同药物作用下的效果。对于一个完整的药物筛选、药病理学的研究而言，仅有心肌组织的载体部分，无法完整的支持心肌芯片的研究工作，且现有的信号采集系统也无法实现心肌芯片的全信号采集。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，能够在线无损的对体外心肌组织进行收缩力、细胞外群电位以及生物标志物释放程度的心肌组织功能评价。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其包括：芯片基底、设置在所述芯片基底一侧的培养腔体、设置在所述培养腔体内的第一、第二培养腔、设置在两所述培养腔内的集成传感器以及用于支持心肌组织芯片工作的模块化部件；所述第一培养腔作为所述心肌组织芯片的输入端，其底部设置有分别用于与外部培养液供给端相连的第一进液口、与所述第二培养腔相连的第一出液口和与外部氧气输入输出端相连的气体交换口；所述第二培养腔作为所述心肌组织芯片的输出端，其底部设置有用于与所述第一出液口相连的第二进液口以及用于与外部培养液回收端相连的第二出液口，构成闭环系统；所述集成传感器通过设置在所述芯片基底上的电极层与外部检测系统相连，如微电极阵列胞外电极记录系统、示波器、电化学工作站等，对心肌组织进行全信息采集。进一步的，所述第一培养腔底部的第一进液口、第一出液口和气体交换口以及所述第二培养腔底部的第二进液口和第二出液口结构均相同，包括相互垂直的第一、第二两微流通道，所述第一微流通道设置在所述培养腔体底部，一端与所述第一培养腔或第二培养腔相连，另一端与所述第二微流通道相连，所述第二微流通道内插设针头，所述针头通过橡胶管与外部培养液供给端、回收端或氧气输入输出端相连。进一步的，所述集成传感器包括设置在所述第一培养腔内的微柱传感器和设置在所述第二培养腔内的电化学传感器，所述微柱传感器对培养在所述第一培养腔内的心肌组织进行收缩力、细胞外群电位信息进行采集，所述电化学传感器对所述第二培养腔内的生物标志物释放程度信息进行采集，采集数据通过所述电极层发送到外部检测系统。进一步的，所述微柱传感器包括能够提供无损、在线检测的心肌组织收缩力传感器和心肌组织细胞外群电位传感器，且所述心肌组织收缩力传感器与心肌组织细胞外群电位传感器集成为一体。进一步的，所述心肌组织收缩力传感器包括带阵列电极的压电薄膜以及放置在所述压电薄膜上带有PDMS微柱阵列的PDMS薄膜，且压电薄膜和PDMS薄膜采用PDMS进行等离子体处理后封装。进一步的，所述PDMS微柱阵列为n*n阵列，各微柱的尺寸为直径10～2000微米，高30～6000微米，圆心间隔为30～6000微米；PDMS薄膜的厚度为5～500微米；所述压电薄膜上设置的阵列电极与所述PDMS微柱阵列相对应，用于对各微柱的压力进行采集，并发送到外部检测系统。进一步的，所述心肌组织细胞外群电位传感器包括导电层和引线层，所述导电层为采用金属沉积或微滴喷射高分子材料的方法在所述心肌组织收缩力传感器的PDMS微柱表面覆盖的一层导电材料，所述导电层直接与体外心肌组织接触；所述引线层为采用金属材料或高分子导电材料组成的电极引线，所述电极引线分别与所述导电层和外部在线检测系统相连。进一步的，所述导电层的厚度为1埃～1微米。进一步的，所述电化学传感器为心肌组织生物标志物传感器，所述心肌组织生物标志物传感器包括工作电极、参比电极和辅助电极，以及在各电极表面按照顺序固定的MUA、EDC、NHS、SPV以及生物素化生物标志物单克隆抗体，各电极通过电极引线与外部电化学工作站相连。进一步的，所述模块化部件包括温度测量装置、pH测量装置、培养液循环装置和培养液气体除泡装置；所述温度测量装置通过温敏装置，对进入心肌组织芯片第一培养腔的培养液进行温度测量；所述pH测量装置通过在线pH测量仪对心肌组织芯片第二培养腔输出的培养液进行测量；所述培养液循环装置通过微量蠕动泵为心肌组织芯片内的培养液提供循环动力；所述除泡装置设置于心肌组织芯片输入端，利用PDMS的透气性原理，对薄膜一端进行真空，实现薄膜另一端溶液的除泡。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术在芯片基底上设置第一、第二培养腔，并在第一培养腔内设置微柱传感器，第二培养腔内设置电化学传感器，能够同时在线的对心肌组织的收缩力、细胞外群电位以及生物标志物释放程度进行采集，实现了对心肌组织的无损、多功能和实时全信号采集。2、本专利技术中微柱传感器包括心肌组织收缩力传感器和心肌组织细胞外群电位传感器，心肌组织收缩力传感器采用压电薄膜以及位于压电薄膜上带PDMS微柱的PDMS薄膜构成，PDMS微柱一方面用于固定水凝胶心肌组织的位置，另一方面与压电薄膜配合对培养在微柱上的心肌组织的收缩力进行检测，第三方面作为心肌组织细胞外群电位传感器的承载，两种传感器集成一体，使得传感器尺寸更小。3、本专利技术心肌组织收缩力传感器内的压电薄膜上设置有与PDMS微柱阵列相对应的阵列电极，实现了对PDMS薄膜上单微柱的压力采集，使得检测结果更加精确。4、本专利技术由于心肌组织细胞外群电位传感器沉积在PDMS微柱表面，使得该传感器在结构上呈现三维立体结构，能够对心肌组织的电位进行三维采集。因此，本专利技术可以广泛应用于心肌组织细胞在线检测领域。附图说明图1是本专利技术体外心肌组织芯片的立体图；图2是本专利技术体外心肌组织芯片的俯视图；图3是本专利技术体外心肌组织芯片的主视图；图4是本专利技术体外心肌组织芯片的分解图；图5是本专利技术心肌组织收缩力传感器的分解图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提供的一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其包括：芯片基底1、设置在芯片基底1一侧的培养腔体2、设置在培养腔体2内的第一、第二培养腔3、4、设置在两培养腔内的集成传感器以及用于支持心肌组织芯片工作的模块化部件(图中未示出)。其中，第一培养腔3作为心肌组织芯片的输入端，其底部设置有分别用于与外部培养液供给端相连的第一进液口5、与第二培养腔4相连的第一出液口6和与外部氧气输入输出端相连的气体交换口7；第二培养腔4作为心肌组织芯片的输出端，其底部设置有用于与第一出液口6相连的第二进液口8以及用于与外部培养液回收端相连的第二出液口9，构成闭环系统。集成传感器包括设置在第一培养腔3内的微柱传感器10和设置在第二培养腔4内的电化学传感器11，且微柱传感器10和电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其特征在于：其包括：芯片基底、设置在所述芯片基底一侧的培养腔体、设置在所述培养腔体内的第一、第二培养腔、设置在两所述培养腔内的集成传感器以及用于支持心肌组织芯片工作的模块化部件；所述第一培养腔作为所述心肌组织芯片的输入端，其底部设置有分别用于与外部培养液供给端相连的第一进液口、与所述第二培养腔相连的第一出液口和与外部氧气输入输出端相连的气体交换口；所述第二培养腔作为所述心肌组织芯片的输出端，其底部设置有用于与所述第一出液口相连的第二进液口以及用于与外部培养液回收端相连的第二出液口，构成闭环系统；所述集成传感器通过设置在所述芯片基底上的电极层与外部在线检测系统相连，对心肌组织进行全信息采集。

【技术特征摘要】
1.一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其特征在于：其包括：芯片基底、设置在所述芯片基底一侧的培养腔体、设置在所述培养腔体内的第一、第二培养腔、设置在两所述培养腔内的集成传感器以及用于支持心肌组织芯片工作的模块化部件；所述第一培养腔作为所述心肌组织芯片的输入端，其底部设置有分别用于与外部培养液供给端相连的第一进液口、与所述第二培养腔相连的第一出液口和与外部氧气输入输出端相连的气体交换口；所述第二培养腔作为所述心肌组织芯片的输出端，其底部设置有用于与所述第一出液口相连的第二进液口以及用于与外部培养液回收端相连的第二出液口，构成闭环系统；所述集成传感器通过设置在所述芯片基底上的电极层与外部在线检测系统相连，对心肌组织进行全信息采集。2.如权利要求1所述的一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其特征在于：所述第一培养腔底部的第一进液口、第一出液口和气体交换口以及所述第二培养腔底部的第二进液口和第二出液口结构均相同，包括相互垂直的第一、第二两微流通道，所述第一微流通道设置在所述培养腔体底部，一端与所述第一培养腔或第二培养腔相连，另一端与所述第二微流通道相连，所述第二微流通道内插设针头，所述针头通过橡胶管与外部培养液供给端、回收端或氧气输入输出端相连。3.如权利要求1所述的一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其特征在于：所述集成传感器包括设置在所述第一培养腔内的微柱传感器和设置在所述第二培养腔内的电化学传感器，所述微柱传感器对培养在所述第一培养腔内的心肌组织进行收缩力、细胞外群电位信息进行在线采集，所述电化学传感器对所述第二培养腔内的生物标志物释放程度信息进行在线采集，采集数据通过所述电极层发送到外部在线检测系统。4.如权利要求3所述的一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其特征在于：所述微柱传感器包括能够提供无损、在线检测的心肌组织收缩力传感器和心肌组织细胞外群电位传感器，且所述心肌组织收缩力传感器与心肌组织细胞外群电位传感器集成为一体。5.如权利要求4所述的一种多传感器集成的在线无损检测心肌组织芯片，其特征在于：所述心肌组织收缩力传感器包括带阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷，坂宫睦一，孙伟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11