[发明专利]基于光子晶体水凝胶纤维的心肌细胞检测方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于光子晶体水凝胶纤维的心肌细胞检测方法及其应用，该检测方法包括以下步骤：1)生物相容性光子晶体纤维的制备；2)光子晶体水凝胶纤维用于心肌细胞的培养；3)基于光子晶体水凝胶纤维的心肌细胞的检测；4)数据的分析。本发明所制备的光子晶体水凝胶纤维具备良好的生物相容性；光子晶体水凝胶纤维具备光子晶体的光子禁带属，为心肌细胞的检测提供光学传感基底，通过光子晶体水凝胶纤维结构色或反射峰的变化对心肌细胞的收缩力和跳动频率进行检测；该方法可应用于心脏药物的筛选评估，通过加入药物后心肌细胞收缩力和跳动频率的改变进行筛选。本发明提供的检测方法操作简易、成本低廉、便于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种基于光子晶体水凝胶纤维的心肌细胞检测方法及其应用,属于生物医药材料研究技术领域。

背景技术

目前，心肌细胞的来源主要是依赖体外心肌细胞的培养，和体内动物模型的构建，而在心肌细胞功能的检测过程中，简单的二维细胞培养，由于缺乏机体的复杂性，并不能真实的模拟体内复杂的生理过程；而动物模型的不确定性及其本身的复杂性，使得其在心肌细胞的检测的应用中也面临了一定的挑战，在新药研发及其他生理过程研究中，为在细胞或器官水平上实现体内器官的真实模拟，研究学者们已经结合精密加工、仿生学和微流体等优势学科，研究并开发了多种用于心肌细胞的检测技术。然而，基于目前这些技术中所构建的大多数检测方法中，不但需要复杂的检测系统，消耗大量的时间和精力，也很难实现心肌细胞的单细胞检测。在心脏及心肌细胞的研究中，心肌细胞的收缩力和跳动频率作为其中的两项主要的参数，是评判心脏功能和心肌细胞活性的重要指标。因此，研究并开发具备高灵敏性检测心肌细胞检测平台、制备能够在单细胞水平实现传感的材料、构建稳定的心肌细胞及心肌单细胞收缩力和跳动频率的检测技术，仍然面临着严峻的挑战。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种基于光子晶体水凝胶纤维的心肌细胞检测方法及其应用，该方法中光子晶体水凝胶纤维不但为细胞的生长提供载体、诱导心肌细胞定向生成，并为实现心肌细胞收缩力和跳动频率的检测提供稳定的光学传感信号，该检测方法不需要复杂的检测系统，具备直观性、高效、不受外界条件影响的优势，材料易得、成本低廉、易于规模化生产，且该方法应用于心脏药物的筛选评估。

技术方案：本发明提供了一种基于光子晶体水凝胶纤维的心肌细胞检测方法，该方法包括以下步骤：

1)光子晶体水凝胶纤维的制备：采用模板牺牲法，利用胶体粒子和生物相容性水凝胶前聚体，制备光子晶体水凝胶纤维；

2)心肌细胞的培养：在步骤1)得到的光子晶体水凝胶纤维表面种植心肌细胞，借助纤维结构进行培养，使心肌细胞在光子晶体纤维表面形成单个有序排列的纤维结构；

3)心肌细胞的检测：光子晶体水凝胶纤维上心肌细胞的收缩和舒张引起光子晶体水凝胶纤维的特征反射峰周期性变化，采集光子晶体水凝胶纤维的特征反射峰周期性变化数据；

4)数据的分析：对步骤3)采集光子晶体水凝胶纤维的特征反射峰周期性变化数据进行分析，得到心肌细胞的收缩力和跳动频率情况。

其中：

所述的光子晶体水凝胶纤维的具体制备步骤为：

①将单分散的胶体粒子分散在乙醇或者水溶液中，得到浓度为2～20wt％的单分散的胶体粒子溶液，之后将该胶体粒子溶液注入到毛细管中，自然沉积形成光子晶体纤维模板；

②将光子晶体纤维模板浸泡在生物相容性的水凝胶前聚体溶液中1～5h，经固化后得光子晶体-水凝胶杂交体系；

③去除光子晶体-水凝胶杂交体系中的胶体粒子，得到光子晶体水凝胶纤维。

所述的胶体粒子为二氧化硅、四氧化三铁、二氧化钛、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯或聚乙烯中的一种，且其粒径大小为100～300nm。