[发明专利]一种类在体心脏器官芯片及方法

说明书

本发明公开了一种类在体心脏器官芯片及方法，包括基底装置、培养液灌流装置，基底装置表面设置PDMS薄膜，PDMS薄膜顶部设置培养液灌流装置以模拟血液流动的情况；所述基底装置包括基底，基底表面设置PDMS模具，PDMS模具具有微气通道；所述PDMS薄膜包括悬空薄膜，悬空薄膜设置应变传感部件、感应电极与刺激电极。

技术领域

本发明属于微机电工程和生物医学技术领域，具体涉及一种类在体心脏器官芯片及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

在全球范围内，心脏机能障碍诱发的心血管病死亡占总死亡人数的33％，占居全球死亡人数的首位。

目前，现有的心肌收缩力(或应力)检测微纳传感器件有以下几种：

电阻抗法(Electrical impedance)是由Gievar等提出，该方法将心肌细胞种植在叉指微电极阵列芯片，细胞在跳动过程中引起细胞底部与电极上表面之间的距离变化，从而获得阻抗(电阻与电容)的变化，但该方法忽略了心肌细胞收缩力的产生不仅仅与收缩位移相关。

微悬臂梁法(Micro-cantilever)可通过激光束探测心肌收缩引起的挠度变化，实现以力或应力为直接物理量测定心肌细胞的收缩。这种装置需要集成激光束在悬臂梁的背侧，由于热量累积可能会对细胞正常代谢过程造成潜在影响。

细胞鼓(Cell drum)也是一类用于检测心肌收缩行为的微纳器件。它是基于MEMS工艺制备硅基柔性薄膜，同时集成封装激光和压力传感器。这种方法的一种缺陷是，腔体内部难以封装成密闭空间，导致获得信号的信噪比小于3。

微柱阵列(Micropost array)和牵引力显微镜(Traction force microscopy)技术都是通过图像算法分离位移的变化，实现收缩应力的检测。这两种技术通常用于单个心肌细胞的测试。然而，心脏内部心肌细胞之间不是孤立的，其内部的细胞通讯机制来协调心脏的同一跳动。这两种方法在多个细胞同时检测方面需要提升。

基于以上分析，迫切需要构造一种集成多类细胞培养、贴近在体心肌功能、具备动作电位与收缩同时监测的心脏器官芯片。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种类在体心脏器官芯片及方法，该器官芯片可贴近在体心肌生存微环境，并可同时监测收缩行为、电生理行为，并集成电刺激与机械刺激一体。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种类在体心脏器官芯片，包括基底装置、培养液灌流装置，基底装置表面设置PDMS薄膜，PDMS薄膜顶部设置培养液灌流装置以模拟血液流动的情况；

所述基底装置包括基底，基底表面设置PDMS模具，PDMS模具具有微气通道；

所述PDMS薄膜包括悬空薄膜，悬空薄膜设置应变传感部件、感应电极与刺激电极。

作为进一步的技术方案，所述微气通道包括多个管状通道和多个柱状通道，管状通道和柱状通道依次交替设置，且相邻管状通道、柱状通道之间连通。

作为进一步的技术方案，所述微气通道一端设置进气口，微气通道设置进气口的一端插入软管。

作为进一步的技术方案，所述悬空薄膜贴附于基底装置表面设置。

作为进一步的技术方案，所述应变传感部件采用压阻传感器，压阻传感器由CNT与PDMS形成。

作为进一步的技术方案，所述感应电极与刺激电极均间隔设定距离设置于悬空薄膜两侧，感应电极、刺激电极均成对对称设置。