一种多孔可拉伸传感器与器官芯片集成的多功能平台及其制备方法和应用

本发明涉及化学和生物医学工程领域，特别涉及一种多孔可拉伸传感器与器官芯片集成的多功能平台及其制备方法和应用。

背景技术：

1、体内组织屏障，如气-血屏障、血-脑屏障和血-胎屏障等，始终处于复杂的力学以及生化微环境中。其组成细胞可以灵敏地感知机械或化学刺激，通过将其转化为生化信号分子，例如活性氧、一氧化氮、生长因子等，调节组织屏障功能并参与疾病的发生发展过程。基于微流控技术的器官芯片已实现了体内多种组织-组织界面结构、功能和机械性质的体外重构，为人体组织/器官的体外仿生模拟提供了强有力的平台。然而，在评估界面结构和功能方面，荧光成像、western blotting等分析技术通常被用来提供细胞行为、蛋白表达的长时间累积信息。对于组织界面生化响应的实时、原位获取，仍存在巨大挑战。

2、因此，亟需发展一种可同时实现体内组织-组织界面体外重构、力学微环境模拟和界面生化响应实时监测的体外仿生模型。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种多孔可拉伸传感器与器官芯片集成的多功能平台，包括芯片主体，以及设置在所述芯片主体内的细胞培养流体腔室、多孔可拉伸传感器以及气动腔室；

2、所述细胞培养流体腔室由所述多孔可拉伸传感器分隔为第一腔室和第二腔室；所述第一腔室和所述第二腔室均设置有入口和出口；所述第一腔室和所述第二腔室用于培养不同的细胞；

3、所述气动腔室设置于所述细胞培养流体腔室的侧边，所述气动腔室带有抽气孔。

4、进一步地，所述多孔可拉伸传感器包括多孔可拉伸薄膜以及修饰在所述多孔可拉伸薄膜表面的传感层。

5、进一步地，所述多孔可拉伸传感器的厚度为4-5μm、孔径小于4μm。

6、进一步地，所述芯片主体和所述多孔可拉伸薄膜的材质包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、ecoflex和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

7、进一步地，所述传感层的材料包括导电聚合物、贵金属纳米材料和碳材料中的至少一种。

8、进一步地，所述传感层的材料还使用离子液体和酞菁钴共功能化。

9、进一步地，所述传感层的表面还修饰有细胞外基质；

10、所述细胞外基质包括胶原蛋白、透明质酸、明胶、聚赖氨酸和基质胶中的至少一种。

11、进一步地，所述多孔可拉伸传感器通过与所述传感层连接的金属外接导线引出至所述芯片主体外部。

12、本发明也提供了上述的多功能平台的制备方法，包括，

13、制备芯片主体；

14、制备多孔可拉伸传感器；

15、将所述芯片主体和所述多孔可拉伸传感器组装。

16、本发明还提供了上述的多孔可拉伸传感器与器官芯片集成的多功能平台在体内多种组织-组织界面的体外重构或组织-组织界面化学信号分子实时检测方面的应用。

17、示例性地，所述多功能平台上进行体内多种组织-组织界面的体外重构，包括血-脑屏障、血-胎屏障、血-睾屏障、肺泡-毛细血管屏障、血管内皮-平滑肌界面等等。

18、相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：

19、本发明报道了一种多孔可拉伸传感器与器官芯片集成的多功能平台。通过静电纺丝技术制备了弹性多孔纳米纤维薄膜，进一步修饰功能化导电聚合物，制备了一种多孔可拉伸传感器，并进一步与器官芯片集成。通过在第一腔室和第二腔室培养不同的细胞，可以成功地在多孔可拉伸传感器上、下表面实现不同组织-组织界面的体外构建。该集成平台能够体外重现不同组织-组织界面的结构以及其力学微环境，同时在不影响细胞互作的情况下实现界面化学信号的原位、实时监测，突破了现有器官芯片内组织-组织界面生化响应难以实时、原位获取的局限。

技术特征：

1.一种多孔可拉伸传感器与器官芯片集成的多功能平台，其特征在于，包括芯片主体，以及设置在所述芯片主体内的细胞培养流体腔室、多孔可拉伸传感器以及气动腔室；

2.根据权利要求1所述的多功能平台，其特征在于，所述多孔可拉伸传感器包括多孔可拉伸薄膜以及修饰在所述多孔可拉伸薄膜表面的传感层。

3.根据权利要求2所述的多功能平台，其特征在于，所述多孔可拉伸传感器的厚度为4-5μm、孔径小于4μm。

4.根据权利要求2所述的多功能平台，其特征在于，所述芯片主体和所述多孔可拉伸薄膜的材质包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、ecoflex和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的多功能平台，其特征在于，所述传感层的材料包括导电聚合物、贵金属纳米材料和碳材料中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的多功能平台，其特征在于，所述传感层的材料还使用离子液体和酞菁钴共功能化。

7.根据权利要求2所述的多功能平台，其特征在于，所述传感层的表面还修饰有细胞外基质；

8.根据权利要求2所述的多功能平台，其特征在于，所述多孔可拉伸传感器通过与所述传感层连接的金属外接导线引出至所述芯片主体外部。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的多功能平台的制备方法，其特征在于，包括，

10.一种如权利要求1～8任一项所述的多孔可拉伸传感器与器官芯片集成的多功能平台在体内多种组织-组织界面的体外重构或组织-组织界面化学信号分子实时检测方面的应用。

技术总结本发明公开了一种多孔可拉伸传感器与器官芯片集成的多功能平台及其制备方法和应用，该集成平台包括芯片主体，以及设置在芯片主体内的细胞培养流体腔室、多孔可拉伸传感器以及气动腔室；细胞培养流体腔室由多孔可拉伸传感器分隔为第一和第二腔室，均设置有入口和出口；气动腔室设置于细胞培养流体腔室的侧边，带有抽气孔。通过第一和第二腔室通入细胞，可以成功地在内置传感器的上下表面实现不同组织界面的体外构建。该多孔可拉伸传感器在不影响上、下两侧细胞互作的情况下，能够实现细胞释放化学信号的原位、实时监测。本发明为体内多种组织‑组织界面的体外重构、力学微环境模拟以及界面生化响应的原位、实时监测提供了一种有前景的方法。技术研发人员：黄卫华,赵毅,刘艳玲受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27