CN108324293B - 一种骨骼肌肌管力学测定芯片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种骨骼肌肌管力学测定芯片及制备方法，可以用于测定骨骼肌肌管收缩时的力学强度，可在生物医学工程领域的科研中应用。本骨骼肌肌管力学测定芯片由玻璃爬片，双层聚合物材料基底和荧光标记物组成。玻璃爬片作为整个芯片的基底，起到支撑与稳固作用；聚合物材料基底在玻璃爬片上层，分为两层，下层较厚，通过匀胶机的不同转速控制在38μm以上，上层控制在10μm以内；荧光标记物作为本项发明的核心要素，夹在两层聚合物材料之间，靠近上表面，达到被表面骨骼肌肌管收缩力影响而产生位移的目的。本发明具有易于观测的特点，可大大提高肌管收缩力测定的准确性和直观性，操作难度大大降低，可在较短周期内完成肌管培养以及力学测定等实验步骤。

Description

一种骨骼肌肌管力学测定芯片及制备方法
技术领域
本发明属于生物医学技术领域，设计一种骨骼肌肌管力学测定芯片及制备方法，具体地说是直观准确观测收集骨骼肌肌管收缩力力学信息的芯片及制备方法。
背景技术
肌管力学测定技术的需求是本世纪出现的。目前科研领域正在试图建立用于生理病理研究和药物筛选的肌肉组织芯片，为肌肉组织疾病提供技术基础。21世纪初研究人员通过力学、电学刺激以及化学修饰等方法成功构建出平行排列的骨骼肌肌肉组织芯片，大量研究表明：几何排列会影响成肌细胞分化效率和肌肉组织功能，因此在制备骨骼肌芯片时，对成肌细胞的排列是实现其功能的保障。
为了探究骨骼肌组织的功能(主要为收缩力)，则需要对其力学进行定量测定及分析。2000年Alenghat[1]等人运用磁镊法测量单细胞的收缩力，但是细胞需首先将磁珠内吞，这种方法会严重影响细胞的正常生命活动。2007年Wilson[2]等用原子力显微镜硅悬臂结合可以测量单层肌纤维的收缩力，但是硅悬臂的制作过程复杂，操作复杂，成功率较低，无法实现大量重复实验，且原子力显微镜并不是非常通用的设备，普通实验室无法达到相应的条件。2010年Shimizu[3]等改进为用光学显微镜结合硅悬臂进行肌纤维力学测定。但是这些复杂的设备对于药物筛选的高通量要求都是很不现实的，同时成功率也极低。2010年Mann[4]等人采用免疫荧光微球法测定肌管收缩力的大小，能够实现更为精确的力学测定，但是同样的，荧光微球会被细胞内吞，从而影响细胞自身生命活动，无法客观的反应实验结果，而且该方法也无法控制肌管的排列和数量。此外，该方法无法控制荧光微球的垂直高度，也会对后期统计结果造成一定的偏差。2011年Fujita[5]等人运用微机电的方法来进行测定，但是此种方法依旧成功率低，设备要求高，成本高，操作复杂，无法实现高通量的要求，同时不易控制肌管的形态及数量，操作工程中肌管会收缩至一团不再张开。2013年Sun[6]等所用的PDMS薄膜悬臂梁技术可以定量测定肌纤维的力学特性,并且可以实现肌纤维个数的量化测定，但此方法需要将PDMS薄膜切割成毫米规格的悬臂梁，释放一端，操作复杂，在操作过程中很多细胞和肌管被破坏，导致实验成功率低，重复性低。
[1]Alenghat F J,Fabry B,Tsai K Y,et al.Analysis of cell mechanics insingle vinculin-deficient cells using a magnetic tweezer[J].Biochemical&Biophysical Research Communications,2000,277(1):93-99.
[2]Wilson K.et al.(2007)Integration of functional myotubes with aBio-MEMS device for non-invasive interrogation.Lab.Chip 7,920-922.
[3]Shimizu K.et al.(2010)Micropatterning of single myotubes on athermoresponsive culture surface using elastic stencil membranes for single-cell analysis.Journal of Bioscience and Bioengineering.109:174–8.
[4]Mann C,Leckband D.Measuring Traction Forces in Long-Term CellCultures[J].Cellular&Molecular Bioengineering,2010,3(1):40-49.
[5]Fujita H,Van D T,Shimizu K,et al.Designing of a Si-MEMS devicewith an integrated skeletal muscle cell-based bio-actuator.[J].BiomedicalMicrodevices,2011,13(1):123-129.
[6]Sun Y,Duffy R,Lee A,et al.Optimizing the structure andcontractility of engineered skeletal muscle thin films.[J].ActaBiomaterialia,2013,9(8):7885-7894.
发明内容
本发明技术解决问题：克服当前骨骼肌肌管力学测定技术的不足，提供一种骨骼肌肌管力学测定芯片及制备方法，利用荧光标记物的嵌入，完成一种骨骼肌肌管力学测定芯片及制备方法，提高骨骼肌肌管力学信息采集的准确性与直观性，实现高通量测定的可能。
本发明技术解决方案：一种骨骼肌肌管力学测定芯片，所述芯片自下而上为基底爬片、下层聚合物材料、荧光标记物、上层聚合物材料；
所述下层聚合物材料，用于支持荧光标记物；
所述上层聚合物材料，用于人体或动物的骨骼肌肌细胞的培养和骨骼肌肌细胞向肌管的分化；
所述荧光标记物位于所述下层聚合物材料的上表面；
所述荧光标记物包括若干荧光点阵列或荧光网格线；
所述荧光标记物使用荧光染料进行荧光标记；
所述荧光点阵列的所述荧光点按设定的微图案一分布；
所述荧光网格线的网格线按照设定的微图案二分布；
所述上层聚合物材料的上表面包括粘附蛋白；
所述粘附蛋白按照设定的微图案三分布；所述微图案三用于控制骨骼肌细胞的排列和数量；
骨骼肌肌管通过所述粘附蛋白固定在所述芯片上，在所述芯片对所述骨骼肌肌管施加电刺激，并在显微镜下观测记录骨骼肌肌管的形变及所述荧光点阵列或荧光网格线的位移，进而获得骨骼肌肌管的力学信息。
所述基底爬片为固定支撑所述芯片的片状固态材料，所述片状固态材料为透光性细胞培养材料。
所述透光性细胞培养材料为玻璃，由玻璃组成的爬片边长8-24mm，厚度0.17mm。
所述下层聚合物材料和上层聚合物材料均为弹性材料；所述弹性材料为PDMS(polydimethylsiloxane，PDMS)；所述下层聚合物材料的厚度38μm-1mm；所述上层聚合物材料的厚度为1-10μm。
所述荧光标记物为纤维粘连蛋白免疫荧光染色后得到。
所述荧光标记物为与纤维粘连蛋白抗体连接的二抗上修饰的荧光染料，包括罗丹明、CY3或FITC荧光材料。
所述微图案一在所述芯片的中心平整区域，在上表面中央1-2cm2范围内，所述微图案一荧光点阵列由大小和距离不同的荧光点组成，荧光点为直接径2-4μm的圆点，所述荧光点之间的距离为4-12μm，全部荧光点组成的整体荧光点阵列面积为1-2cm2；所述微图案一荧光点阵列由对应的PDMS印章用微接触印刷技术制备。
所述微图案二在所述芯片的中心平整区域，在上表面中央1-2cm2范围内，所述微图案二荧光标记物由宽度和距离不同的荧光网格线组成，网格线宽度为2-8μm，所述网格线之间的距离为4-12μm，网格线呈十字交叉排布，全部荧光网格线面积为1-2cm2；所述微图案二荧光网格线由对应的PDMS印章用微接触印刷技术制备。
所述微图案三在所述芯片的中心平整区域，在上表面中心1-2cm2范围内，所述微图案三面积为1-2cm2，上面分布有条带宽度为20-100μm，间隔为1-3mm,长度为1-5mm的微图案；所述微图案三的粘附蛋白阵列由对应的PDMS印章用微接触印刷技术制备；所述粘附蛋白包括：纤维粘连蛋白和层粘连蛋白。
本发明上述芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在基底爬片上用匀胶机1000转/分钟或直接倾倒PDMS与容器中，制备所述下层聚合物材料，90-100℃(最优95℃)，25-35min(最优30min)加热固化；所述下层聚合物材料的厚度38μm-1mm；
(2)用所述微图案一或微图案二对应的PDMS印章，在上层聚合物材料上表面通过微接触印刷技术印出纤维粘连蛋白图案；所述微图案一在所述芯片的中心平整区域，在上表面中央1-2cm2范围内，所述特点的微图案一荧光点阵列由大小和距离不同的荧光点组成，荧光点为直接径2-4μm的圆点，所述荧光点之间的距离为4-12μm，全部荧光点组成的整体阵列面积为1-2cm2；所述微图案二荧光标记物由宽度和距离不同的荧光网格线组成，网格线宽度为2-8μm，所述网格线之间的距离为4-12μm，网格线呈十字交叉排布，全部荧光网格线面积为1-2cm2。
(3)用免疫荧光染色法对印制完成的纤维粘连蛋白微图案进行染色，使得图案部分为荧光标记物；一抗为纤维粘连蛋白抗体，二抗连接了荧光染料，包括罗丹明、CY3和FITC荧光材料。
(4)在印有图案的下层聚合物材料上方用匀胶机4000转/分钟甩一层所述上层聚合物材料，90-100℃(最优95℃)，25-35min(最优30min)加热固化；
(5)在上层聚合物材料上用含有所述微图案三的PDMS印章，通过微接触印刷技术在上层聚合物上表面制作粘附蛋白微图案三；
(6)所述粘附蛋白按照所述微图案三分布；所述微图案三用于控制骨骼肌细胞的排列和数量，整体图案面积为1-2cm2，上面分布有条带宽度为20-100μm，间隔为1-3mm,长度为1-5mm的微图案；
(7)骨骼肌成肌细胞通过所述粘附蛋白粘附在所述芯片上，分化为肌管，在所述芯片上对所述骨骼肌肌管施加电刺激，并在荧光显微镜下观测记录骨骼肌肌管的形变及所述荧光点阵列和荧光网格线的位移，进而获得骨骼肌肌管的力学信息。
本发明所述的芯片对骨骼肌肌管力学测定方法，在所述芯片上对骨骼肌肌管施加电刺激，并在显微镜下观测记录骨骼肌肌管的形变及所述荧光点阵列和荧光网格线的位移，进而获得骨骼肌肌管的力学信息。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明所述方法在两层聚合物材料中间做荧光标记物夹层，可以通过荧光标记物的位移测定肌管的力学特性，同时避免荧光标记物被细胞內吞；在上层聚合物材料上做微图案控制肌管的数量和排列，可以对肌管的力学特性实现精确的测定；整个过程不会对细胞产生破坏，操作性强，可重复性高。
(2)相比于已有悬臂梁法，本发明成肌细胞培养在芯片上表面，用荧光显微镜直接观察细胞下层荧光标记物的位移变化，计算肌管力学特性，避免操作失误带来的细胞损伤问题。
(3)相比于现有荧光微球的肌管力学测定方法和磁镊法，本发明中的荧光标记物印制在两层PDMS材料中间，在二维和三维水平上都可以严格定位，便于位移的计算；由于上层PDMS的存在，使荧光标记不会被细胞内吞，消除了对细胞的影响。
(4)在上层聚合物材料上制作纤维粘连蛋白微图案控制细胞的排列和数量，解决了精确地对肌管力学特性进行定量分析的问题。
(5)本发明的骨骼肌肌管力学测定芯片包括玻璃爬片，下层聚合物材料，中间荧光标记物，上层聚合物材料。上下两层聚合物材料与荧光标记物形成“三明治”特征的结构，下层聚合物材料厚度能够保证细胞的生长状况不会因为最下方玻璃爬片的硬度而受到影响，在38μm厚度以上，成肌细胞C2C12感受不到最下方玻璃爬片的硬度；上层聚合物材料厚度≤10μm，一是为骨骼肌肌管提供安全无害的生物相容特性，提供细胞的生长场所，二是确保在骨骼肌肌管收缩时能够顺利将位移信息传递至荧光标记物一层，使得在荧光显微镜下可观测荧光标记物的位移，便于力学信息的采集与后期处理。
(6)本发明的所述下层聚合物材料的厚度≥38μm，中间大约有边长1-2cm的正方形平整区域，平整区域可以保证荧光标记物的顺利印刷。
(7)本发明的所述荧光标记物位于下层与上层聚合物材料之间，在芯片正中央靠近上表面位置，是边长约为1-2cm的正方形区域，通过微接触印刷技术以及免疫荧光染色技术得到。
(8)本发明所述上层聚合物材料的厚度≤10μm，中间大约有边长1-2cm的正方形平整区域，其透明特性保证可以真实观察到下侧荧光标记物的形变。其上方因其生物相容性可以种植成肌细胞，保证其正常生长。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的制作流程图；
图3芯片及细胞排列结果。左侧为下层荧光点阵列的微图案一和纤维粘连蛋白的微图案三荧光照片，右上图为下层荧光点阵列微图案一荧光照片，右下图为相差显微镜中C2C12细胞在上层纤维粘连蛋白微图案三上排列情况。
附图标记说明：1-芯片整体、2-上层聚合物材料、3-荧光标记物、4-下层聚合物材料、5-玻璃爬片、6-荧光显微镜、7-微图案一或微图案二、8-纤维粘连蛋白、9-玻璃爬片、10-下层聚合物材料、11-纤维粘连蛋白、12-对应于微图案一的PDMS印章、13-纤维粘连蛋白微图案一、14-荧光标记物、15-上层聚合物材料、16-对应于微图案三的PDMS印章、17-纤维粘连蛋白微图案三、18-成肌细胞C2C12。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明涉及一种骨骼肌肌管力学测定芯片，可以准确高效的测定骨骼肌肌管收缩时的力学强度，可在生物医学工程领域的科研中应用。本骨骼肌肌管力学测定芯片由玻璃爬片，双层聚合物材料基底和免疫标记物组成。玻璃爬片作为整个芯片的基底，起到支撑与稳固作用；聚合物材料分为两层，下层较厚，通过匀胶机的不同转速控制在38μm以上，上层控制在10μm以内；免疫标记物作为本项发明里的核心要素，夹在两层聚合物材料之间，靠近上表面，达到被表面肌管收缩力影响而产生位移的目的。本发明具有易于观测的特点，可大大提高机关收缩力测定的准确性和直观性，操作难度大大降低，可在较短周期内完成肌管培养以及力学测定等实验步骤。
如图1所示，本发明包括骨骼肌肌管力学测定芯片1包括玻璃爬片5，下层聚合物材料4，荧光标记物3，上层聚合物材料2。上下两层聚合物材料2和4与荧光标记物3形成“三明治”特征的结构，下层聚合物材料4厚度能够保证细胞的生长状况不会因为最下方玻璃爬片5的硬度而受到影响，在38μm厚度以上，成肌细胞C2C12感受不到最下方玻璃爬片的硬度；上层聚合物材料2厚度较薄，一是为骨骼肌肌管提供安全无害的生物相容特性，提供细胞的生长场所，二是确保在骨骼肌肌管收缩时能够顺利将位移信息传递至荧光标记物3一层，使得在荧光显微镜下可观测荧光标记物3的位移，便于力学信息的采集与后期处理。
根据图2中的左所示，本发明的制作方法如下：
(1)在所述8-24mm，厚度0.17mm玻璃爬片9上用匀胶机均匀甩一层厚度38μm-1mm的聚合物材料，将其放置在加热板上，95℃，3h使凝固，其中聚合物材料为PDMS184(SYLGARD)，做为下层聚合物材料10。
(2)准备好对应于微图案一的PDMS印章12，使用纤维粘连蛋白11浓度为50ug/ml孵育1h，去离子水洗两遍除去表面多余纤维粘连蛋白，用洗耳球吹干，待用。制作印章的PDMS为PDMS 184(SYLGARD)。本实施例采用微图案一，所述微图案一在所述芯片的中心平整区域，在上表面中央1-2cm2范围内，所述微图案一荧光点阵列由大小和距离不同的荧光点组成，荧光点为直接径2-4μm的圆点，所述荧光点之间的距离为4-12μm，全部荧光点组成的整体阵列面积为1-2cm2。
(3)将处理好的带有一层纤维粘连蛋白的对应于微图案一的PDMS印章12，轻轻放置在下层聚合物材料10中央平整区域，在上表面中央1-2cm2范围内，轻轻按压至对应于微图案一的PDMS印章12与下层聚合物材料10表面完全贴合，静置5min后从一侧揭起，在下层聚合物材料10表面留下一层纤维粘连蛋白微图案一13。
(4)用免疫荧光染色法对印制完成的纤维粘连蛋白微图案一13进行染色成为荧光标记物14，印刷成功后用吹风机将表面剩余水分吹干，即为所述荧光点阵列。所述免疫荧光法一抗为兔抗纤维粘连蛋白抗体，二抗为羊抗兔带有荧光染料修饰的抗体，荧光染料包括罗丹明、CY3或FITC。所述荧光点阵列由大小和距离不同的荧光点组成，荧光点为直接径2-4μm的圆点，所述荧光点之间的距离可为4-12μm，整体阵列面积为1-2cm2
(5)在印有荧光标记物14的下层聚合物材料10上方用匀胶机高速甩一层1-10μm厚度的上层聚合物材料，95℃，30min加热使凝固，作为所述上层聚合物材料15。
(6)至此，整个芯片制作完毕。
根据图2中右所示，本发明的使用过程如下：
(1)将芯片在50％乙醇超声30min，紫外清洗机处理5min，待用。
(2)准备好与对应于微图案三的PDMS印章16，微图案按照特定的微图案三分布，使用粘附蛋白浓度为50ug/ml孵育1h，去离子水洗两遍除去表面多余粘附蛋白，用洗耳球吹干，待用。制作印章的PDMS为PDMS 184(SYLGARD)。所述微图案三整体阵列面积为1-2cm2，上面分布有条带宽度为20-100μm，间隔为1-3mm,长度为1-5mm的微图案。所述微图案三用于控制骨骼肌细胞的排列和数量。本实施例选用的粘附蛋白为纤维粘连蛋白。
(3)将处理好的对应于微图案三的PDMS印章16，轻轻放置在上层聚合物材料中央平整区域，在上表面中央1-2cm2范围内，轻轻按压至对应于微图案三的PDMS印章与上层聚合物材料15表面完全贴合，静置5min后从一侧揭起，在上层聚合物材料15表面留下一层纤维粘连蛋白微图案三17。
(4)接种大约2×105密度的18成肌细胞C2C12在处理过的芯片上，1天后可观察到细胞均贴附在有粘附蛋白的纤维粘连蛋白微图案三17的位置，待分化。
(5)待细胞密度足够大时，将10％胎牛血清的生长培养基更换为2％马血清的分化培养基，之后2天换一次培养基。
(6)待18成肌细胞C2C12首尾相接连成多核单细胞的肌管时，施加电刺激，可以采集荧光点阵列的位移计算出骨骼肌肌管收缩力的大小。
在所述芯片上对骨骼肌肌管施加电刺激，并在显微镜下观测记录骨骼肌肌管的形变及所述荧光点阵列或荧光网格线的位移，进而获得骨骼肌肌管的力学信息的相关试验数据。
下面再结合小鼠成肌细胞C2C12肌管力学测定芯片及制备方法进行详细说明。
(1)在所述24mm，厚度0.17mm玻璃爬片9上用匀胶机均匀甩一层厚度38μm的下层聚合物材料，将其放置在加热板上，95℃，3h使凝固，其中PDMS的型号为PDMS184(SYLGARD)，做为下层聚合物材料10。
(2)准备好具有荧光点的对应于微图案一的PDMS印章12，使用纤维粘连蛋白11浓度为50ug/ml孵育1h，去离子水洗两遍除去表面多余纤维粘连蛋白，用洗耳球吹干，待用。制作印章的PDMS为PDMS 184(SYLGARD)。
(3)将处理好的带有一层纤维粘连蛋白的对应于微图案一的PDMS印章12，轻轻放置在下层聚合物材料10基底中央平整区域，在上表面中央1cm2范围内，轻轻按压至图案与PDMS表面完全贴合，静置5min后从一侧揭起，在下层聚合物材料10表面留下一层纤维粘连蛋白微图案一13。
(4)用免疫荧光染色法对印制完成的纤维粘连蛋白微图案一13进行染色成为荧光标记物14，印刷成功后用吹风机将表面剩余水分吹干，即为所述荧光点阵列。所述免疫荧光法一抗为兔抗纤维粘连蛋白抗体，二抗为罗丹明羊抗兔抗体。荧光阵列由大小和距离不同的荧光点组成，荧光点为直接径2μm的圆点，所述荧光点之间的距离可为4μm，整体阵列面积为1cm2
(5)在印有荧光标记物14的下层聚合物材料10上方用匀胶机4000转/分钟高速甩一层10μm厚度的PDMS，95℃，30min加热使凝固，作为所述上层聚合物材料15。
(6)至此，整个芯片制作完毕。
根据图2中右所示，本发明的使用过程如下：
(1)将芯片在50％乙醇超声30min，紫外清洗机处理5min，待用。
(2)准备好对应于微图案三的PDMS印章16，该微图案按照特定的微图案三分布，使用粘附蛋白纤维粘连蛋白浓度为50ug/ml孵育1h，去离子水洗两遍除去表面多余纤维粘连蛋白，用洗耳球吹干，待用。制作印章的PDMS为PDMS 184(SYLGARD)。所述纤维粘连蛋白微图案三17用于控制骨骼肌细胞的排列和数量。微图案条带宽度为20μm，间隔为20μm-3mm,长度为1mm，整体阵列面积为1cm2。所述粘附蛋白包括纤维粘连蛋白和层粘连蛋白，本实施例为纤维粘连蛋白。
(3)将处理好的对应于微图案三的印章16，轻轻放置在上层聚合物材料中央平整区域，在上表面中央1cm2范围内，轻轻按压至图案与PDMS表面完全贴合，静置5min后从一侧揭起，在上层聚合物材料15上留下一层纤维粘连蛋白微图案三17。
(4)接种大约2×105密度的18成肌细胞C2C12在处理过的芯片上，1天后可观察到细胞均贴附在有纤维粘连蛋白微图案三17的位置，如图3所示，左侧为下层荧光点阵列的微图案一和纤维粘连蛋白的微图案三荧光照片，右上图为下层荧光点阵列微图案一荧光照片，右下图为相差显微镜中C2C12细胞在上层纤维粘连蛋白微图案三上排列情况。
总之，本发明涉及一种骨骼肌肌管力学测定芯片，可以测定骨骼肌肌管收缩时的力学强度，可在生物医学工程领域的科研中应用。本骨骼肌肌管力学测定芯片由玻璃爬片，双层聚合物材料基底和荧光标记物组成。玻璃爬片作为整个芯片的基底，起到支撑与稳固作用；聚合物材料基底分为两层，下层较厚，通过匀胶机的不同转速控制在38μm以上，上层控制在10μm以内；荧光标记物作为本项发明里的核心要素，夹在两层聚合物材料之间，靠近上表面，达到被表面骨骼肌肌管收缩力影响而产生位移的目的。本发明具有易于观测的特点，可大大提高肌管收缩力测定的准确性和直观性，操作难度大大降低，可在较短周期内完成肌管培养以及力学测定等实验步骤。
本发明的骨骼肌肌管力学测定芯片不仅限于一种大鼠成肌细胞C2C12肌管，通过微图案三控制的肌管长度与宽度规格不同，可以采用不同间隔的微图案来采集力学信息。芯片也不仅限于大鼠成肌细胞，任何种属的成肌细胞、心肌细胞和平滑肌细胞均适用。除此之外，芯片还为单细胞力学测定提供了知识基础，发展成熟后，可推广至单细胞力学信息测定的应用。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种骨骼肌肌管力学测定芯片，所述芯片自下而上为基底爬片、下层聚合物材料、上层聚合物材料，其特征在于：还包括荧光标记物，所述荧光标记物位于所述下层聚合物材料的上表面；
所述下层聚合物材料，用于支持荧光标记物；
所述上层聚合物材料，用于人体或动物的骨骼肌肌细胞的培养和骨骼肌肌细胞向肌管的分化；
所述荧光标记物包括荧光点阵列或荧光网格线；
所述荧光标记物使用荧光染料进行荧光标记；
所述荧光点阵列的所述荧光点按设定的微图案一分布；
所述荧光网格线的所述网格线按照设定的微图案二分布；
所述上层聚合物材料的上表面包括粘附蛋白；
所述粘附蛋白按照设定的微图案三分布；
所述设定的微图案三用于控制骨骼肌细胞的排列和数量；
骨骼肌肌管通过所述粘附蛋白固定在所述芯片上，在所述芯片对所述骨骼肌肌管施加电刺激，并在显微镜下观测记录骨骼肌肌管的形变及所述荧光点阵列或荧光网格线的位移，进而获得骨骼肌肌管的力学信息。
2.根据权利要求1所述的骨骼肌肌管力学测定芯片，其特征在于：所述基底爬片为固定支撑所述芯片的片状固态材料，所述片状固态材料为透光性细胞培养材料。
3.根据权利要求2所述的骨骼肌肌管力学测定芯片，其特征在于：所述透光性细胞培养材料为玻璃，由玻璃组成的爬片边长8-24mm，厚度为0.17mm。
4.根据权利要求1所述的骨骼肌肌管力学测定芯片，其特征在于：所述下层聚合物材料和上层聚合物材料均为弹性材料；所述弹性材料为聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)；所述下层聚合物材料的厚度38μm-1mm；所述上层聚合物材料的厚度为1-10μm。
5.根据权利要求1所述的骨骼肌肌管力学测定芯片，其特征在于：所述荧光标记物为纤维粘连蛋白免疫荧光染色后得到。
6.根据权利要求1所述的骨骼肌肌管力学测定芯片，其特征在于：所述荧光标记物为与纤维粘连蛋白抗体连接的二抗上修饰的荧光染料，包括罗丹明、CY3FI或FITC荧光材料。
7.根据权利要求1所述的骨骼肌肌管力学测定芯片，其特征在于：所述微图案一在所述芯片的中心平整区域，在上表面中央1-2cm2范围内，所述微图案一中，荧光标记物由大小和距离不同的荧光点阵列组成，荧光点为直径2-4μm的圆点，所述荧光点之间的距离为4-12μm，全部荧光点组成的荧光点阵列面积为1-2cm2；所述微图案一中，荧光点阵列由对应的PDMS印章用微接触印刷技术制备；所述微图案二中，荧光标记物由宽度和距离不同的荧光网格线组成，网格线宽度为2-8μm，所述网格线之间的距离为4-12μm，网格线呈十字交叉排布，全部荧光网格线面积为1-2cm2；所述微图案二荧光网格线由对应的PDMS印章用微接触印刷技术制备。
8.根据权利要求1所述的骨骼肌肌管力学测定芯片，其特征在于：所述微图案三在所述芯片的中心平整区域，在上表面中心1-2cm2范围内，所述微图案三整体面积为1-2cm2，上面分布有条带宽度为20-100μm，间隔为1-3mm,长度为1-5mm的微图案；所述微图案三中的粘附蛋白图案由对应的PDMS印章用微接触印刷技术制备；所述粘附蛋白包括：纤维粘连蛋白和层粘连蛋白。
9.一种如权利要求1-8任意之一所述的一种骨骼肌肌管力学测定芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在基底爬片上通过匀胶机或直接倾倒PDMS与容器中，制备所述下层聚合物材料，加热固化；所述下层聚合物材料的厚度38μm-1mm；
(2)用所述微图案一或二对应的PDMS印章，在上层聚合物材料上表面通过微接触印刷技术印出纤维粘连蛋白图案；所述微图案一或二在所述芯片的中心平整区域，在上表面中央1-2cm2范围内，所述微图案一中，荧光点阵列由大小和距离不同的荧光点组成，荧光点为直径2-4μm的圆点，所述荧光点之间的距离为4-12μm，全部荧光点组成的整体荧光点阵列面积为1-2cm2；所述微图案二中，荧光网格线的网格线宽度为2-8μm，网格线之间的距离为4-12μm，网格线呈十字交叉排布，全部荧光网格线面积为1-2cm2；
(3)用免疫荧光染色法对印制完成的纤维粘连蛋白微图案一或二进行染色，使得图案部分为荧光标记物；一抗为纤维粘连蛋白抗体，二抗连接了荧光染料；
(4)在印有图案的下层聚合物材料上用匀胶机甩一层所述上层聚合物材料，加热固化；
(5)在上层聚合物材料上用含有所述微图案三的PDMS印章，通过微接触印刷技术在上层聚合物上表面制作粘附蛋白微图案三；
(6)所述粘附蛋白按照所述微图案三分布；所述微图案三用于控制骨骼肌细胞的排列和数量，整体图案面积为1-2cm2，上面分布有条带宽度为20-100μm，间隔为1-3mm,长度为1-5mm的微图案；
(7)骨骼肌成肌细胞通过所述粘附蛋白粘附在所述芯片上，分化为肌管，在所述芯片上对所述骨骼肌肌管施加电刺激，并在荧光显微镜下观测记录骨骼肌肌管的形变及所述荧光标记物的位移，进而获得骨骼肌肌管的力学信息。
10.一种利用权利要求1-8任意之一所述的芯片对骨骼肌肌管力学测定方法，其特征在于：在所述芯片上对骨骼肌肌管施加电刺激，并在显微镜下观测记录骨骼肌肌管的形变及所述荧光点阵列或荧光网格线的位移，进而获得骨骼肌肌管的力学信息。
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