CN110231468A - 一种基于光纤测量的三维心脏芯片及其检测方法 - Google Patents
一种基于光纤测量的三维心脏芯片及其检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110231468A CN110231468A CN201910582191.XA CN201910582191A CN110231468A CN 110231468 A CN110231468 A CN 110231468A CN 201910582191 A CN201910582191 A CN 201910582191A CN 110231468 A CN110231468 A CN 110231468A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- elastic cantilever
- cardiac muscle
- cardiac
- drug
- fibre
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 210000004165 myocardium Anatomy 0.000 claims abstract description 66
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims abstract description 46
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims abstract description 25
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 25
- 230000009191 jumping Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 210000004413 cardiac myocyte Anatomy 0.000 claims description 18
- 239000012930 cell culture fluid Substances 0.000 claims description 12
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 claims description 10
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 9
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 8
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 8
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 7
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 claims description 7
- HYIMSNHJOBLJNT-UHFFFAOYSA-N nifedipine Chemical compound COC(=O)C1=C(C)NC(C)=C(C(=O)OC)C1C1=CC=CC=C1[N+]([O-])=O HYIMSNHJOBLJNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229960001597 nifedipine Drugs 0.000 claims description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 2
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 claims description 2
- 239000005556 hormone Substances 0.000 claims description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 6
- 230000003387 muscular Effects 0.000 abstract description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012800 visualization Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N adrenaline Chemical compound CNCC(O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 5
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 4
- 238000007877 drug screening Methods 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 239000002547 new drug Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000002107 myocardial effect Effects 0.000 description 2
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 2
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000001778 pluripotent stem cell Anatomy 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000013334 tissue model Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000017399 Caesalpinia tinctoria Nutrition 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 241000388430 Tara Species 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000010016 myocardial function Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 pole Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002062 proliferating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001550 time effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/4833—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
本发明采用弹性悬臂作为三维心肌组织的支撑物，它可以在三维心肌组织收缩和舒张的过程中，不断地发生形变，产生位移，从而被弹性悬臂中的光纤探头所检测到。弹性悬臂在三维心肌组织收缩和舒张行为的作用下，两根悬臂反复靠近和远离，两根悬臂间的距离发生变化，变化的频率和位移的幅度反映了心肌组织的跳动频率和收缩力等特征。利用光纤测量技术灵敏、准确的特点，监测包裹光纤的弹性悬臂的变化，实现心肌跳动频率、收缩力等重要指标的检测。加入药物后，三维心肌组织的跳动频率、收缩力等指标发生变化，光纤监测得到的数据可以进行药物评估和筛选，可实时观测药物对心肌的作用效果，具有很好的可视化效果。
Description
技术领域
本发明涉及三维心脏芯片，特别是三维心脏芯片、及其制备方法，以及心肌重要参数的光纤测量方法，属于生物组织工程器官芯片领域。
背景技术
心脏是人体最重要的器官之一。与其他组织相比，由于成熟心肌细胞的增殖能力有限，因此构建功能性的心脏替代品具有很高的挑战性。另一方面，心脏毒性是新药在人体测试阶段甚至药物上市后被召回的最常见原因之一，占退出市场药物总数的三分之一，药物开发过程由于药物的心脏毒性造成的高成本引起了广泛关注和重视。
采用二维细胞静态培养和动物模型来预测人类对新药的反应，失败率很高，主要是因为这些模型不能真实反映人体内的微环境，来提供人体对药物反应的准确数据。器官芯片技术利用微加工、材料、干细胞和组织工程技术，在体外构建了接近生理功能的微缩人体器官模型。器官芯片不仅可以更加真实地反映出人体的情况，而且能节约药物研发的成本，缩短测试时间，降低风险。同时，它还可以避免动物实验在动物保护方面涉及的道德问题。
美国Tara公司所采用的生物线（Biowire）技术，其中，心肌束细胞被包裹在水凝胶中，心肌束形成于两条聚合物线之间，聚合物线两端固定在聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板上，由于心肌的收缩力可造成两端固定的聚合物线发生形变，因此通过测量聚合物线的偏转，可反推出心肌束的收缩力学性质。但是制备含有固定聚合物线的PDMS模板的过程复杂、繁琐，且观测手段为低倍显微镜直接观测，因此对于微小的心肌运动无法被准确捕捉，心肌束的收缩力学性质的算法基于显微图像识别技术，对于微小偏转的检测误差较大。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种心脏三维芯片及其制备方法，心肌重要参数的检测方法，具体方案如下：
一种基于光纤测量的三维心脏芯片，其特征在于，包括：
三维心肌组织，浸泡在培养基细胞培养液中；
第一弹性悬臂、第二弹性悬臂，所述第一弹性悬臂、第二弹性悬臂间隔设置，且与所述三维心肌细胞相接触连接；
第一光纤探头、第二光纤探头，分别嵌入所述第一弹性悬臂、第二弹性悬臂之中；
电刺激发生器，通过导线与所述细胞培养液连接，用于给所述三维心肌组织施加电刺激；
光纤传感器，用于检测所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂之间的距离变化的频率和幅度。
进一步地，还包括培养槽，用于盛放所述细胞培养液。
进一步地，还包括与所述培养槽相配合的盖组件。
进一步地，所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂的材质为聚二甲基硅氧烷。
进一步地，所述三维心肌组织系由含有心肌细胞的凝胶混合液培养而成。
本发明还提出一种模拟心肌的跳动频率及收缩力的检测方法，包括以下步骤：
制备第一弹性悬臂、第二弹性悬臂，所述第一弹性悬臂、第二弹性悬臂内分别嵌入第一光纤探头、第二光纤探头；
将所述第一弹性悬臂、第二弹性悬臂的一端插入包括心肌细胞的凝胶混合液中进行培养；
待凝胶固化后，加入培养基细胞培养液进行培养；
对所述培养基细胞培养液施加电刺激，使所述心肌细胞按照一定频率收缩和舒张；
利用光纤传感器检测所述第一弹性悬臂和所述第二弹性悬臂之间距离变化的频率和幅度。
进一步地，还包括：
制备所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂的成型模具，通过浇筑所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂的材质材料得到所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂。
进一步地，还包括加入不同的试剂或药物,检测所述试剂或药物对所述心肌细胞的作用。
进一步地，还包括调整所述试剂或者药物的浓度，依次检测不同浓度的所述试剂或药物对所述心肌细胞的作用。
进一步地，所述试剂或药物包括肾上激素或者硝苯地平。
采用二维细胞静态培养和动物模型来预测人类对新药的反应，失败率很高，主要是因为这些模型不能真实反映人体内的微环境，同时动物实验涉及伦理问题。本发明采用人源诱导性多能干细胞，构建了接近生理功能的三维心肌组织模型，可以更加真实地反映出人体对药物的反应；利用弹性悬臂的摆动和光纤技术可实现心肌跳动频率、收缩力等重要指标的灵敏、可视化测量。在药物筛选和个性化医疗领域有着广泛的应用前景。
心肌的跳动频率和收缩力是评价心肌功能的重要指标，这里我们利用器官芯片技术采用人源诱导性多能干细胞，构建了一种仿生的三维心肌组织模型，通过弹性悬臂的被动张力和电场刺激，使心肌进一步分化成熟，成熟三维心肌组织的结构和功能更接近人体组织。利用弹性悬臂的摆动和光纤技术实现了心肌跳动频率、收缩力等重要指标的测量。该心脏芯片更接近人体，可进行高灵敏、可视化的实时检测，在药物筛选和个性化医疗领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明基于光纤测量的三维心脏芯片整体示意图
图2是本发明三维心肌组织构建过程图
图3是本发明三维心脏芯片功能检测示意图
其中1、弹性悬臂；2、三维心肌组织；3、细胞培养液；4、电极；5、光纤探头；6、培养槽；7、电刺激发生器；8、光纤传感器；9、导线；10光纤连接线；11细胞凝胶混合液。
具体实施方式
下面结合附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整的说明，以使本发明的优点和特征能够更容易被相关领域的人员所了解。
图1给出了本发明基于光纤测量的三维心脏芯片整体示意图。其中弹性悬臂1用于三维心肌组织构建，它可以在心肌组织收缩和舒张的过程中，不断的发生形变，产生位移，从而被弹性悬臂1中的光纤探头5所检测到。同时弹性悬臂1在三维心肌组织2构建的过程中提供被动张力，帮助心肌细胞取向和排列。细胞培养液3，用于三维心肌组织2构建过程中给细胞提供营养。电极4，通过导线9连接电刺激发生器7，电极4在三维心肌组织2构建过程中给心肌细胞施加电刺激，帮助心肌细胞分化成熟。光纤探头5嵌入弹性悬臂1中，通过连接线10连接光纤传感器8，可以快速、灵敏地识别弹性悬臂1下端部分的位移变化，从而对心肌跳动的频率、收缩力等功能指标进行测量。
图2给出了本发明中三维心肌组织构建的示意图。弹性悬臂1通过机械加工的模具制备，弹性悬臂1能够在心肌收缩力的作用下发生位移。本发明采用聚二甲基硅氧烷作为弹性悬臂的材料，但不仅限于聚二甲基硅氧烷，任何可能在心肌收缩力的作用下发生位移的材料都可能作为弹性悬臂的制备材料。弹性悬臂1内含有光纤探头5。将弹性悬臂1放入含有细胞凝胶混合液的溶液11中，凝胶固化后，加入培养基培养几天后，凝胶逐渐收缩至弹性悬臂1的顶端。在弹性悬臂1的两侧放入一对电极4，通过导线9连接电刺激发生器7，给心肌细胞施加电刺激。心肌细胞在电刺激和弹性悬臂的被动张力下，进行取向和排列，并分化成熟，同时心肌细胞跳动逐渐同步，三维心肌组织发生整体收缩和舒张，并拉动弹性悬臂1进行反复位移。这里的细胞需要一定的种类和数量，其中心肌细胞采用人源诱导性多能干细胞；凝胶需要一定组成和浓度，以便于凝胶的收缩和拉动弹性悬臂发生位移。电极采用碳电极、铂电极等通用的电极材料。电刺激的频率、电压等需要在一定范围内。电刺激和弹性悬臂的被动张力，使心肌分化成熟并排列有序，更接近人体组织。
图3给出了本发明中三维心脏芯片重要功能的光纤检测示意图。成熟的三维心肌组织2跳动同步，进行整体的收缩和舒张，弹性悬臂1在三维心肌组织的拉动下，两根悬臂反复靠近和远离，两根悬臂间的距离发生变化，变化的频率和位移的幅度反映了心肌组织的跳动频率和收缩力等特征。悬臂间距离的变化使光纤探头5的位置发生变化，如光纤探头5和培养槽底距离的改变，光纤探头5旋转角度的变化等，都会引起入射光源光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，通过检测这些变化，可以很灵敏的检测两根悬臂间距离的变化情况，从而实现心肌跳动频率、收缩力等重要指标的检测。加入药物后，心肌组织的跳动频率和收缩力发生变化，从而引起悬臂间位移的频率和幅度发生改变，通过光纤可以灵敏的检测药物加入前后的变化，对药物的效果进行评价，并对药物进行筛选。
实施例1三维心脏芯片用于肾上腺素检测
通过机械加工的方法制备弹性悬臂1的模具；
对模具进行清洗，浇注聚二甲基硅氧烷，固化后剥离，制备得到中空弹性悬臂1；
对弹性悬臂1进行无菌处理，并放入96孔板中固定位置，加入细胞凝胶混合液11，放入培养箱中培养1h、凝胶固化后加入培养基3进行培养；
培养3天后，加入电极4，设置刺激电压、频率、持续时间等进行电刺激，培养液隔天换一次继续培养3周；
三维心肌组织2整体收缩和舒张；
将光纤探头放入中空弹性悬臂1中并固定。设置刺激电压、频率、持续时间，使三维心肌组织按一定频率收缩和舒张。加入不同浓度的肾上腺素，三维心肌组织2发生不同的收缩和舒张行为，对应两根悬臂间距离变化的不同。悬臂间距离的变化使光纤探头5的位置发生变化，如光纤探头5和培养槽底距离的改变，光纤探头5旋转角度的变化等，都会引起入射光源光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，通过检测这些变化，可以很灵敏的检测两根悬臂间距离的变化情况，从而实现心肌跳动频率、收缩力等重要指标的检测。用光纤检测悬臂间距离变化的频率和幅度，得到不同肾上腺素浓度下三维心肌组织2的跳动频率和收缩力等数据，给出不同浓度肾上腺素对三维心肌组织2作用的评估，实现药物筛选功能。
实施例2三维心脏芯片用于硝苯地平检测
通过机械加工的方法制备弹性悬臂1的模具；
对模具进行清洗，浇注聚二甲基硅氧烷，固化后剥离，制备得到中空弹性悬臂1；
对弹性悬臂1进行无菌处理，并放入96孔板中固定位置，加入细胞凝胶混合液11，放入培养箱中培养1h、凝胶固化后加入培养基3进行培养；
培养3天后，加入电极4，设置刺激电压、频率、持续时间等进行电刺激，培养液隔天换一次继续培养3周；
三维心肌组织2整体收缩和舒张；
将光纤探头放入中空弹性悬臂1中并固定。设置刺激电压、频率、持续时间，使三维心肌组织按一定频率收缩和舒张。加入不同浓度的硝苯地平，三维心肌组织2发生不同的收缩和舒张行为，对应两根悬臂间距离变化的不同。悬臂间距离的变化使光纤探头5的位置发生变化，如光纤探头5和培养槽底距离的改变，光纤探头5旋转角度的变化等，都会引起入射光源光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，通过检测这些变化，可以很灵敏的检测两根悬臂间距离的变化情况，从而实现心肌跳动频率、收缩力等重要指标的检测。用光纤检测悬臂间距离变化的频率和幅度，得到不同硝苯地平浓度下三维心肌组织2的跳动频率和收缩力等数据，给出不同浓度硝苯地平对三维心肌组织2作用的评估，实现药物筛选功能。
本发明通过机械加工的方法加工用于弹性悬臂制备的模具，采用弹性悬臂作为三维心肌组织的支撑物，它可以在三维心肌组织收缩和舒张的过程中，不断地发生形变，产生位移，从而被弹性悬臂中的光纤探头所检测到。弹性悬臂在三维心肌组织收缩和舒张行为的作用下，两根悬臂反复靠近和远离，两根悬臂间的距离发生变化，变化的频率和位移的幅度反映了心肌组织的跳动频率和收缩力等特征。
凝胶和细胞混合，利用凝胶固化和收缩的性质，形成三维心肌组织，并收缩包裹在弹性悬臂顶端，形成被动张力。
利用电刺激和弹性悬臂的被动张力，使心肌分化成熟并排列有序，更其更接近人体组织。
利用光纤测量技术灵敏、准确的特点，监测包裹光纤的弹性悬臂的变化，实现心肌跳动频率、收缩力等重要指标的检测加入药物后，三维心肌组织的跳动频率、收缩力等指标发生变化，光纤监测得到的数据可以进行药物评估和筛选，可实时观测药物对心肌的作用效果，具有很好的可视化效果。
Claims (10)
1.一种基于光纤测量的三维心脏芯片，其特征在于，包括：
三维心肌组织，浸泡在培养基细胞培养液中；
第一弹性悬臂、第二弹性悬臂，所述第一弹性悬臂、第二弹性悬臂间隔设置，且与所述三维心肌组织相接触连接；
第一光纤探头、第二光纤探头，分别嵌入所述第一弹性悬臂、第二弹性悬臂之中；
电刺激发生器，通过导线与所述细胞培养液连接，用于给所述三维心肌组织施加电刺激；
光纤传感器，用于检测所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂之间的距离变化的频率和幅度。
2.根据权利要求1所述的基于光纤测量的三维心脏芯片，其特征在于，还包括培养槽，用于盛放所述细胞培养液。
3.根据权利要求2所述的基于光纤测量的三维心脏芯片，其特征在于，还包括与所述培养槽相配合的盖组件。
4.根据权利要求1所述的基于光纤测量的三维心脏芯片，其特征在于，所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂的材质为聚二甲基硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的基于光纤测量的三维心脏芯片，其特征在于，所述三维心肌组织系由含有心肌细胞的凝胶混合液培养而成。
6.一种模拟心肌的跳动频率及收缩力的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备第一弹性悬臂、第二弹性悬臂，所述第一弹性悬臂、第二弹性悬臂内分别嵌入第一光纤探头、第二光纤探头；
将所述第一弹性悬臂、第二弹性悬臂的一端插入包括心肌细胞的凝胶混合液中进行培养；
待凝胶固化后，加入培养基细胞培养液进行培养；
对所述培养基细胞培养液施加电刺激，使所述心肌细胞按照一定频率收缩和舒张；
利用光纤传感器检测所述第一弹性悬臂和所述第二弹性悬臂之间距离变化的频率和幅度。
7.根据权利要求6所述的模拟心肌的跳动频率及收缩力的检测方法，其特征在于，还包括：
制备所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂的成型模具，通过浇筑所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂的材质材料得到所述第一弹性悬臂、所述第二弹性悬臂。
8.根据权利要求6所述的模拟心肌的跳动频率及收缩力的检测方法，其特征在于，还包括加入不同的试剂或药物,检测所述试剂或药物对所述心肌细胞的作用。
9.根据权利要求8所述模拟心肌的跳动频率及收缩力的检测方法，其特征在于，还包括调整所述试剂或者药物的浓度，依次检测不同浓度的所述试剂或药物对所述心肌细胞的作用。
10.根据权利要求8所述模拟心肌的跳动频率及收缩力的检测方法，其特征在于，所述试剂或药物包括肾上激素或者硝苯地平。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910582191.XA CN110231468B (zh) | 2019-06-30 | 2019-06-30 | 一种基于光纤测量的三维心脏芯片及其检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910582191.XA CN110231468B (zh) | 2019-06-30 | 2019-06-30 | 一种基于光纤测量的三维心脏芯片及其检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110231468A true CN110231468A (zh) | 2019-09-13 |
| CN110231468B CN110231468B (zh) | 2020-07-24 |
Family
ID=67857628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910582191.XA Active CN110231468B (zh) | 2019-06-30 | 2019-06-30 | 一种基于光纤测量的三维心脏芯片及其检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110231468B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110954249A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-03 | 东南大学 | 基于蛋白质丝弹簧的体外心肌组织收缩力的测量方法 |
| WO2021123407A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Sophion Bioscience A/S | Contractile tissue-based analysis device |
| CN116818719A (zh) * | 2022-04-02 | 2023-09-29 | 江苏艾玮得生物科技有限公司 | 一种测量三维心脏组织收缩参数的方法与装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996008197A1 (en) * | 1994-09-12 | 1996-03-21 | Alamed Corporation | Fiber optic motion monitor for breath and heartbeat detection and a technique for processing biomedical sensor signals contaminated with body movement noise |
| CN1565649A (zh) * | 2003-06-30 | 2005-01-19 | 中国人民解放军军事医学科学院基础医学研究所 | 一种应用于心肌组织工程的支架材料的制造方法 |
| CN102038977A (zh) * | 2010-11-29 | 2011-05-04 | 中国人民解放军军事医学科学院基础医学研究所 | 以opf水凝胶为载体的组织工程化心肌及其制备方法 |
| CN105911096A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-08-31 | 王嘉显 | 一种可以体外进行药物药理毒理筛查的人工心脏系统 |
| CN107307861A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-11-03 | 杭州创培信息科技有限公司 | 一种可穿戴的光纤实时心率监测装置 |
| CN107655813A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-02-02 | 东南大学 | 基于反蛋白石结构水凝胶的心肌细胞检测方法及其应用 |
| CN107907484A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-13 | 东南大学 | 基于光子晶体水凝胶纤维的心肌细胞检测方法及其应用 |
-
2019
- 2019-06-30 CN CN201910582191.XA patent/CN110231468B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996008197A1 (en) * | 1994-09-12 | 1996-03-21 | Alamed Corporation | Fiber optic motion monitor for breath and heartbeat detection and a technique for processing biomedical sensor signals contaminated with body movement noise |
| CN1565649A (zh) * | 2003-06-30 | 2005-01-19 | 中国人民解放军军事医学科学院基础医学研究所 | 一种应用于心肌组织工程的支架材料的制造方法 |
| CN102038977A (zh) * | 2010-11-29 | 2011-05-04 | 中国人民解放军军事医学科学院基础医学研究所 | 以opf水凝胶为载体的组织工程化心肌及其制备方法 |
| CN105911096A (zh) * | 2016-03-29 | 2016-08-31 | 王嘉显 | 一种可以体外进行药物药理毒理筛查的人工心脏系统 |
| CN107307861A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-11-03 | 杭州创培信息科技有限公司 | 一种可穿戴的光纤实时心率监测装置 |
| CN107655813A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-02-02 | 东南大学 | 基于反蛋白石结构水凝胶的心肌细胞检测方法及其应用 |
| CN107907484A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-13 | 东南大学 | 基于光子晶体水凝胶纤维的心肌细胞检测方法及其应用 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ALEXANDER VON SCHMIDSFELD 等: "Understanding interferometry for micro-cantilever displacement detection", 《JOURNAL OF NANOTECHNOLOGY》 * |
| ATUL KULKARNI 等: "THE PLASTIC OPTICAL FIBER CANTILEVER BEAM AS A FORCE SENSOR", 《MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS》 * |
| NAJWA SULAIMAN: "Construction of an optical fiber strian gauge", 《MASTER"S THESES AND DOCTORAL DISSERTATIONS》 * |
| THULASI M SANTHI 等: "Performance Enhanced Liquid Level Sensing System For Dynamic Environments", 《2019 5TH INTERNATIONAL CONFERENCE FOR CONVERGENCE IN TECHNOLOGY (I2CT)》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110954249A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-03 | 东南大学 | 基于蛋白质丝弹簧的体外心肌组织收缩力的测量方法 |
| CN110954249B (zh) * | 2019-12-18 | 2021-04-06 | 东南大学 | 基于蛋白质丝弹簧的体外心肌组织收缩力的测量方法 |
| WO2021123407A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Sophion Bioscience A/S | Contractile tissue-based analysis device |
| CN116818719A (zh) * | 2022-04-02 | 2023-09-29 | 江苏艾玮得生物科技有限公司 | 一种测量三维心脏组织收缩参数的方法与装置 |
| CN116818719B (zh) * | 2022-04-02 | 2024-05-28 | 江苏艾玮得生物科技有限公司 | 一种测量三维心脏组织收缩参数的方法与装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110231468B (zh) | 2020-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110231468A (zh) | 一种基于光纤测量的三维心脏芯片及其检测方法 | |
| Boudou et al. | A microfabricated platform to measure and manipulate the mechanics of engineered cardiac microtissues | |
| CN102156158B (zh) | 拓扑图式化神经细胞网络培养测量微流控芯片装置 | |
| US20180372725A1 (en) | Polymeric fiber-scaffolded engineered tissues and uses thereof | |
| Lammerding et al. | Nuclear mechanics and methods | |
| CN101517393A (zh) | 用于研究活细胞的扫描离子电导显微术 | |
| WO2018027105A1 (en) | Methods for optical micropatterning of hydrogels and uses thereof | |
| CN112485247B (zh) | 一种异质结构的结构色微纤维及其制备方法和心肌细胞检测方法 | |
| Li et al. | Stretchable mesh microelectronics for the biointegration and stimulation of human neural organoids | |
| CN104931683B (zh) | 一种心肌组织传感器及心肌组织芯片的制备方法 | |
| Lombardi et al. | Biophysical assays to probe the mechanical properties of the interphase cell nucleus: substrate strain application and microneedle manipulation | |
| Napiwocki et al. | Aligned human cardiac syncytium for in vitro analysis of electrical, structural, and mechanical readouts | |
| Davidson et al. | Measuring mechanical properties of embryos and embryonic tissues | |
| CN107907485B (zh) | 一种基于结构色水凝胶的心脏芯片及其应用 | |
| CN103245645B (zh) | 检测离体鼠胫骨钙的激光共聚焦同步应力加载方法及装置 | |
| Trzewik et al. | Evaluation of lateral mechanical tension in thin-film tissue constructs | |
| Filas et al. | Probing regional mechanical properties of embryonic tissue using microindentation and optical coherence tomography | |
| US20230113389A1 (en) | Integrated system for 3d tissue culture | |
| CN116818719B (zh) | 一种测量三维心脏组织收缩参数的方法与装置 | |
| Virtanen et al. | Direct measurement of contraction force in cardiac tissue construct in 2D-plane using dual axis cantilever sensor | |
| KR20220137940A (ko) | 3d 조직 배양을 위한 매립 전극을 갖는 미세 생리학적 플랫폼 | |
| US8857275B2 (en) | NEMS sensors for cell force application and measurement | |
| CN205719867U (zh) | 一种力学生物学耦合测试系统 | |
| Li et al. | Stretchable mesh microelectronics for the biointegration and stimulation of neural organoids | |
| NL2029002B1 (en) | Optical measurement of biological tissue. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |