一种多通量实时电监测心脏芯片及其制作方法

本发明属于心脏芯片，尤其涉及一种多通量实时电监测心脏芯片及其制作方法。

背景技术：

1、心脏病是全球卫生保健系统的一个重大负担，也是每年死亡的主要原因。为了提高我们对心脏病的认识，需要高质量的疾病模型和高效的药物筛选方法，随着微流控和软光刻技术的快速发展与人类诱导多能干细胞(ipsc)生物学的进步相结合，产生了一个全新的“芯片上的器官”领域，旨在建立能够在体外重现特定器官水平功能的可控、最低功能单元。

2、与微流控技术结合实现封闭环境下细胞的长期动态培养和观察；与传感技术(电传感，压力传感)、生物材料结合：通过聚马来酸八亚甲基(酸酐)柠檬酸酯(pomac)、裂纹传感器集成悬臂监测心肌组织收缩力变化，通过金电极、铂丝电极实现电信号监测，通过反蛋白石水凝胶、毛细管实现心肌收缩可视化。虽然心脏芯片平台的构建有着坚实的基础，但仿生和通量一体化矛盾仍亟待解决，且无法在单平台实现高效药物筛选功能。

3、针对目前心脏芯片存在通量低、仿生不足等问题，我们提出一种多通量实时电监测心脏芯片及其制作方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多通量实时电监测心脏芯片及其制作方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种多通量实时电监测心脏芯片，包括：由上至下依次固接的灌流层、培养室层和玻璃基底-电极板；

4、所述灌流层上开设有树状阶梯灌流通道，所述树状阶梯灌流通道包括沿液体流动方向依次连通设置的n级混合流道组，n为正整数，所述混合流道组包括n+1个进液端和n+2个出液端；前一所述混合流道组的出液端与后一所述混合流道组的进液端一一对应并连通；

5、位于尾端的所述混合流道组的出液端分别连通有液体注入部的进液端，所述液体注入部的出液端连通有出口；

6、所述培养室层上开设有若干培养部，若干所述培养部与若干所述液体注入部一一对应，所述培养部的进液端与所述液体注入部的中部连通；

7、所述玻璃基底-电极板上设置有若干电极部，若干所述电极部与若干所述培养部一一对应并连接。

8、优选的，所述液体注入部包括若干依次连通的灌流腔，位于液体流动方向前端的所述灌流腔的进液端与相对应的所述混合流道组的出液端连通，位于液体流动方向后端的所述灌流腔的出液端与相对应的所述出口连通；

9、若干所述灌流腔与相对应的所述培养部连通。

10、优选的，所述培养部包括若干培养室，若干所述培养室与若干所述灌流腔一一对应，所述培养室与所述灌流腔连通，所述电极部的一端对应设置在所述培养室内。

11、优选的，所述电极部包括两个内部采集信号靶点，所述内部采集信号靶点电性连接有边缘输出信号靶点，所述内部采集信号靶点固定在相对应的所述培养室的底部。

12、优选的，所述液体注入部包括三个所述灌流腔，三个所述灌流腔依次连通，所述灌流腔为3.5mm*6mm的椭圆形结构，所述灌流腔高度为150um。

13、优选的，所述培养部包括三个所述培养室，所述培养室为3.5mm*6mm的椭圆形结构，所述培养室厚度为2mm。

14、一种多通量实时电监测心脏芯片的制作方法，基于上述的一种多通量实时电监测心脏芯片，包括如下步骤：

15、s1、分别制作具有所述灌流层结构和具有所述培养室层结构的模具；

16、s2、将pdms预聚体a与交联剂b的混合液注入所述模具并固化，分别得到所述灌流层和所述培养室层，并清洗灭菌；

17、s3、在所述培养室层的所述培养部内指定位置打孔，将所述培养室层与所述玻璃基底-电极板键合后清洗灭菌；

18、s4、在所述培养室层内接种细胞后置于孵箱，待细胞贴壁后，将所述灌流层与所述培养室层键合形成完整芯片系统。

19、优选的，所述步骤s1中，所述模具的制造方法包括以下步骤：

20、s101、在硅片上旋涂su-8光刻胶，前烘，温度95°，时间30min；

21、s102、将掩膜盖于硅片后uv曝光，后烘，温度95°，时间30min；

22、s103、使用乳酸乙酯显影，坚膜，温度120°，时间30min。

23、优选的，所述步骤s2中，将所述pdms预聚体a与所述交联剂b的按10:1比例混合，混合液注入模具后，进行真空脱气，脱气后在80℃的烘箱中固化1h，得到所述灌流层和所述培养室层。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

25、使用时，通过ptfe管及平针头和注射器连接注射泵与树状阶梯灌流通道的进液口，树状阶梯灌流通道的液体流入方向最前端的混合流道组的进液端有两个，其中一个用于注入特定浓度药物的培养基，另一个用于注入无药物培养基，当特定浓度药物的培养基和无药物培养基同时注入时，在树状阶梯灌流通道作用下，自动形成药物浓度梯度，并使不同浓度的药液进入至对应的液体注入部内，由液体注入部注入至培养室层上开设的相对应的培养部内，培养部内培养有心肌细胞，当药液充满培养部后，会通过出口流出，通过各个培养部内设置的电极部，对心肌细胞进行电刺激及细胞场电位的检测，可以在不同药液浓度下，对心肌细胞状态检测，本发明可实现在同一体系中实现异型细胞共培养，运用于细胞互作研究，微电极阵列设计，较现有心脏芯片明显提高实时电生理评估通量。

技术特征：

1.一种多通量实时电监测心脏芯片，其特征在于，包括：由上至下依次固接的灌流层(1)、培养室层(2)和玻璃基底-电极板(3)；

2.根据权利要求1所述的一种多通量实时电监测心脏芯片，其特征在于：所述液体注入部包括若干依次连通的灌流腔(5)，位于液体流动方向前端的所述灌流腔(5)的进液端与相对应的所述混合流道组的出液端连通，位于液体流动方向后端的所述灌流腔(5)的出液端与相对应的所述出口(9)连通；

3.根据权利要求2所述的一种多通量实时电监测心脏芯片，其特征在于：所述培养部包括若干培养室(6)，若干所述培养室(6)与若干所述灌流腔(5)一一对应，所述培养室(6)与所述灌流腔(5)连通，所述电极部的一端对应设置在所述培养室(6)内。

4.根据权利要求3所述的一种多通量实时电监测心脏芯片，其特征在于：所述电极部包括两个内部采集信号靶点(7)，所述内部采集信号靶点(7)电性连接有边缘输出信号靶点(8)，所述内部采集信号靶点(7)固定在相对应的所述培养室(6)的底部。

5.根据权利要求2所述的一种多通量实时电监测心脏芯片，其特征在于：所述液体注入部包括三个所述灌流腔(5)，三个所述灌流腔(5)依次连通，所述灌流腔(5)为3.5mm*6mm的椭圆形结构，所述灌流腔(5)高度为150um。

6.根据权利要求3所述的一种多通量实时电监测心脏芯片，其特征在于：所述培养部包括三个所述培养室(6)，所述培养室(6)为3.5mm*6mm的椭圆形结构，所述培养室(6)厚度为2mm。

7.一种多通量实时电监测心脏芯片的制作方法，基于权利要求1-6任一所述的一种多通量实时电监测心脏芯片，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种多通量实时电监测心脏芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述模具的制造方法包括以下步骤：

9.根据权利要求7所述的一种多通量实时电监测心脏芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤s2中，将所述pdms预聚体a与所述交联剂b的按10:1比例混合，混合液注入模具后，进行真空脱气，脱气后在80℃的烘箱中固化1h，得到所述灌流层(1)和所述培养室层(2)。

技术总结本发明属于心脏芯片技术领域，尤其涉及一种多通量实时电监测心脏芯片及其制作方法，多通量实时电监测心脏芯片包括：由上至下依次固接的灌流层、培养室层和玻璃基底‑电极板；灌流层上开设有树状阶梯灌流通道，树状阶梯灌流通道包括沿液体流动方向依次连通设置的n级混合流道组，位于尾端的混合流道组的出液端分别连通有液体注入部的进液端，液体注入部的出液端连通有出口；培养室层上开设有若干培养部，若干培养部与若干液体注入部一一对应，培养部的进液端与液体注入部的中部连通；玻璃基底‑电极板上设置有若干电极部，若干电极部与若干培养部一一对应并连接，以及多通量实时电监测心脏芯片的制作方法。技术研发人员：夏云龙,陆瑶,杨晓蕾,唐雨琦,刘显明,邓九,白雪,谢云鹏,薛根龙受保护的技术使用者：大连医科大学附属第一医院技术研发日：技术公布日：2024/8/1