[发明专利]一种基于可降解生物传感器的心肌细胞生长状态监控系统

说明书

本发明提供了一种基于可降解生物传感器的心肌细胞生长状态监控系统，所述的心肌细胞生长状态监控系统包括可降解生物传感器以及源表测试设备；所述的传感器包括玻片衬底、设在玻片衬底上的黑磷和设在黑磷上的金属电极；所述的衬底为玻片；所述的黑磷为致密的黑磷薄膜；所述的金属电极为金和钛；所述的源表测试设备用于提供电流或电压源和信号采集。本发明的有益效果如下：基于本发明所获得的基于可降解生物传感器的心肌细胞生长状态监控系统。以解决在培养过程中，心肌细胞活性及生物信号实时无害采集的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于可降解生物传感器的心肌细胞生长状态监控系统。本发明属生物传感器领域。

背景技术

近年来纳米材料被广泛应用于生物医药领域，比如石墨烯、氧化石墨烯等具有良好的生物兼容性，可以作为细胞培养的支撑物。但是石墨烯材料很难被降解，而且脱落的微小碎片会污染细胞培养液。需要探寻无损害无污染的培养支撑物。另外，细胞活性是进行细胞生物学实验的一项重要指标，是评价细胞培养、细胞毒性及生理研究的基础。目前关于细胞活性的检测方法多种多样，如四唑盐（MTT）比色法，膜片钳胞内电势检测等。MTT比色法操作复杂，而且溶解甲瓒的有机溶剂对实验者也有损害。膜片钳检测对设备要求高并且会破坏细胞。亟需一种原位实时监测所培养细胞活性的方法。

黑磷是一种新型二维半导体材料，它的高迁移率（~1000 cm²/Vs）、可降解性和良好的生物兼容性使其成为生物应用领域最有潜力的候选者，特别是用作生物电学材料。利用黑磷作为细胞培养支撑材料，生物兼容性好，而且可自行降解。比如用作培养支撑物进行干细胞的培养和分化，可以提高再生心肌细胞的传导性和成熟度。同时，优异的电学性质使黑磷在生物传感方面极具前景，能够实现快速灵敏检测。

基于上述背景，本发明提出一种基于可降解生物传感器的心肌细胞生长状态监控系统。

发明内容

本发明提出一种基于可降解生物传感器的心肌细胞生长状态监控系统。以解决在培养过程中，心肌细胞活性及生物信号实时无害采集的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于可降解生物传感器的心肌细胞生长状态监控系统，所述的心肌细胞生长状态监控系统包括可降解生物传感器以及源表测试设备。

所述的传感器包括玻片衬底、设在玻片衬底上的黑磷和设在黑磷上的金属电极；

所述的衬底为玻片（Glass）；

所述的黑磷为致密的黑磷薄膜，用于支撑多能干细胞的培养和分化，同时充当传感器通道；

所述的金属电极为金和钛，两者均无生物毒性。

所述的源表测试设备用于提供电流或电压源和信号采集。

一种基于可降解生物传感器的心肌细胞生长状态监控系统的构建方法，包括如下步骤：

1）在玻片衬底上制备致密的黑磷薄膜；

2）通过电子束曝光（EBL）和金属薄膜沉积技术在黑磷上沉积两个平行的同尺寸金属电极（间距0.1-1cm）。金（500 nm）/钛（5 nm），钛金属层起到增强粘附作用；电极用300 nm氧化铝绝缘层保护；由电极引出的导线为有绝缘层保护的；

3）将传感芯片浸入细胞培养液中，在黑磷培养支撑物上添加少量基质胶（Matrigel）涂层，滴加多能干细胞悬液，培养人类多能干细胞并诱导其分化成心肌细胞；

4）保证细胞与黑磷充分接触，待人类多能干细胞诱导分化心肌细胞时，细胞自身的电活动会引起通道电信号的变化；

5）连接外部电路，通过源表测试设备设定恒定偏压，传感器实时记录细胞生长过程中产生的电生理信号。

优选地，两个金属电极间距为1cm。