全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法及其产品和应用，所述微阵列生物芯片由甲基丙烯酸酐化明胶溶液在光引发剂和导电纳米材料/导电聚合物作用下物理交联，然后通过印刷制备微阵列生物芯片，再使用紫外光照射印刷好的微阵列生物芯片使甲基丙烯酸酐化明胶交联固化，冷冻干燥制得。本发明专利技术制得的芯片能够为细胞提供三维生长平台还可以储存细胞培养基等为细胞实时提供营养物质，实现对细胞释放多种ROS及其他代谢产物的同时监测，在临床诊断和日常疾病的早期监测中具有潜在的应用价值。具有潜在的应用价值。具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法及其产品和应用


[0001]本专利技术涉及生物检测领域，具体涉及全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法， 还涉及由该方法制得的产品和应用。

技术介绍

[0002]细胞作为生物体形态结构及生命活动的基本单元，在代谢过程中会产生各种活性氧分子 (ROS)和代谢产物。过多的ROS会引起细胞膜脂质过氧化及DNA损伤等，进而引发肿瘤 及神经元退化等疾病。而代谢产物如葡萄糖、乳酸、多巴胺等常与重大疾病相关联。此外， 这些信号小分子在细胞生命活动中扮演重要的作用。因此开发可靠灵敏的方法用于测量及实 时监测细胞内代谢分子和信号分子含量的变化，能够从分子水平上研究上述物质传导以及阐 明相关疾病的致病机制，在细胞生理学和病理生理学等领域具有重要的意义。同时，亦可成 为精准医学诊断和治疗的有力工具。然而，这些细胞内物质如ROS扩散快、浓度低、寿命短 且不同种类的ROS之间存在一定的相互关系，因此，实现实时、同时定量检测多种ROS及 其他代谢产物极具挑战性。因此需要设计一种传感芯片实时精确监测活细胞的多种代谢产物 释放量，这就要求传感芯片能为细胞提供可贴附生长的平台以期望能够原位检测多种代谢产 物的电化学信号。但是目前大多数的电化学传感检测还只是针对单一代谢产物的测试，且二 维的细胞培养体系不能够实时监测活细胞在三维生长过程中的生理机能、结构等变化。因此， 构建一个简单稳定的可用于三维培养细胞并能够同时实时高灵敏监测细胞释放多种代谢的微 阵列芯片是非常有必要的。
[0003]传统的电化学检测细胞释放ROS及其他代谢产物的方法大都是将电极置于细胞培养皿 中进行测试。由于细胞与电极间距离较远且细胞释放的信号小分子的半衰期短、浓度低，因 此，这种方法使得检测的灵敏度和准确性都受到了极大的限制且只能定量检测一种信号分子。 有报道将细胞直接生长在二维传感膜上对细胞释放ROS及其他代谢产物进行检测，但是由于 细胞在生物体内是处于三维的生长状态，所以这种方法会导致细胞生长维度的不匹配，使得 检测结果准确度不高。因此，亟需一种对细胞释放ROS及其他代谢产物在电化学实时检测芯 片。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方 法；该方法基于甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA)等生物相容性好的水凝胶结合导电纳米材料 或导电聚合物等导电性好的纳米材料开发新型导电凝胶，该导电凝胶不仅能够通过全印刷技 术制备微电极阵列，而且其很好的三维网络结构能够实现对细胞的三维培养。该导电凝胶构 建的微电极阵列能够复合对不同ROS及其他代谢产物具有特异性催化作用的纳米仿生酶材 料，从而实现对三维培养状态下细胞释放多种ROS及其他代谢产物的同时实时高灵敏监测。 本专利技术的目的之二在于提供由所述制备方法制得的全印刷凝胶准固态
细胞微阵列生物芯片； 本专利技术的目的之三在于提供利用所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片检测细胞代谢产 物中的应用；本专利技术的目的之四在于提供利用所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片在 可穿戴设备中的应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]1、全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法，所述微阵列生物芯片由明胶溶液 在光引发剂和导电纳米材料/导电聚合物作用下物理交联，然后通过印刷制备微阵列生物芯 片，再使用紫外光照射印刷好的微阵列生物芯片使明胶交联固化，冷冻干燥，得到全印刷凝 胶准固态细胞微阵列生物芯片。
[0007]本专利技术中，所述明胶溶液为但不限于甲基丙烯酸酐化明胶溶液。
[0008]本专利技术中，所述明胶溶液的质量分数为4～8％。
[0009]本专利技术中，所述导电纳米材料为但不限于活性炭，碳纳米管、炭纤维，石墨烯、Mxene 生物碳或它们的混合物。
[0010]本专利技术中，所述导电纳米材料为但不限于各种金属碳化物如碳化钨、碳化钴，金属氧化 物如氧化铁、氧化镍，或它们的混合物。
[0011]本专利技术中，所述光引发剂为但不限于Irgacure 2959或苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基膦酸锂； 所述导电聚合物为但不限于聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯或它们的混合物。
[0012]本专利技术中，所述光引发剂的终浓度为0.3
‑
0.8wt％，纳米材料或导电聚合物的终浓度为 0.5
‑
8mg/mL
[0013]本专利技术中，所述物理交联为在高于4℃条件下处理至少15min。更优选的，所述物理交 联为在4℃条件下处理至少15～30min。
[0014]2、由所述制备方法制得的全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片。
[0015]3、利用所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片检测细胞代谢产物中的应用。
[0016]本专利技术中，所述细胞代谢产物为活性氧分子或其他代谢产物。
[0017]4.利用所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片在可穿戴设备中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方 法，基于GelMA等生物相容性好的水凝胶结合导电纳米材料或导电聚合物等导电性好的纳米 材料开发新型导电凝胶，通过全印刷技术构建细胞微阵列生物芯片可实现对三维生长细胞释 放多种ROS及其他代谢产物的同时实时高灵敏电化学监测。GelMA具有精氨酸
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甘氨酸
‑
天冬 氨酸(RGD)序列，类似于细胞外基质，非常有利于细胞的增殖、迁移和分化。此外，导电 凝胶的多孔网络结构不仅能够为细胞提供三维生长平台还可以储存细胞培养基等为细胞实时 提供营养物质。更重要的是基于该导电凝胶印刷的电极阵列可以复合不同类型的纳米仿生酶 材料，实现对细胞释放多种ROS及其他代谢产物的同时监测，突出显示了全印刷凝胶准固态 细胞微阵列生物芯片在临床诊断和日常疾病的早期监测中的潜在应用。
附图说明
[0019]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0020]图1为细胞微阵列生物芯片示意图。
图2为细胞释放多种ROS及其他代谢产物的实时电流响应图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的 理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0022]实施例1、全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备
[0023]方案1：
[0024]全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法，采用全印刷技术制备，具体方法如 下：
[0025](1)将明胶和甲基丙烯酸酐合成甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)，冷冻干燥后在
‑
20℃ 下保存；
[0026](2)将GelMA配制成质量分数为4
‑
8％的GelMA溶液；
[0027](3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法，其特征在于：所述微阵列生物芯片由明胶溶液在光引发剂和导电纳米材料/导电聚合物作用下物理交联，然后通过印刷制备微阵列生物芯片，再使用紫外光照射印刷好的微阵列生物芯片使明胶交联固化，冷冻干燥，得到全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片。2.根据权利要求1所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法，其特征在于：所述明胶溶液为但不限于甲基丙烯酸酐化明胶溶液。3.根据权利要求1所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法，其特征在于：所述明胶溶液的质量分数为4～8％。4.根据权利要求1所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法，其特征在于：所述导电纳米材料为但不限于活性炭，碳纳米管、炭纤维，石墨烯、Mxene生物碳或它们的混合物。5.根据权利要求1所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法，其特征在于：所述导电纳米材料为但不限于各种金属碳化物如碳化钨、碳化钴，金属氧化物如氧化铁、氧化镍，或它们的混合物。6.根据权利要求1所述全印刷凝胶准固态细胞微阵列生物芯片的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，史转转，邹卓，吴小帅，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：