[发明专利]一种仿生小肠绒毛电化学细胞传感器及其应用

说明书

本发明公开了一种仿生小肠绒毛电化学细胞传感器及其应用，属于电化学传感器和食品检测技术领域。本发明是先将自组装花状氧化铜纳米片、酰肼化多壁碳纳米管和光敏型甲基丙烯酰化明胶GelMA溶液按照比例混合均匀，即得到3D打印墨水；之后采用3D打印的方式制备得到小肠绒毛结构微组织模型；再将小肠绒毛结构微组织模型固定在丝网印刷电极的工作区域部分，得到电化学传感器；最后在电化学传感器表面固定细胞，得到电化学细胞传感器。本发明在一定程度上填补了对食物过敏原的真实性检测，而且大幅度减少了传感器的制备时间，降低手工修饰电极所带来的误差，并有望运用于实际生产中满足快检需求。

技术领域

本发明涉及一种仿生小肠绒毛电化学细胞传感器及其应用，属于电化学传感器和食品检测技术领域。

背景技术

由于新的材料和设备的发展，3D打印作为一个快速发展的新兴技术，已成为近几年的研究热点，在各领域得到了广泛应用：药物分析、细胞组织培养、环境领域等。该技术有着独特的优势，有着多层次快速制备样品模型的能力，主要在生物医学方面广泛的应用，如自体骨颗粒3D打印支架，血管软化组织的生物3D打印，三维共培养肿瘤模型用于药物毒性分析等，然而在生物传感领域应用的较少，尤其在细胞电化学传感方向的应用。目前细胞的固定化方案和高通量制备是构建基于细胞传感器的关键，而生物打印这一技术有效的解决了这些问题，可为细胞负载和高通量制备提供手段，灵活的打印设计给了研究者提供了更多的可能性用于传感方向，若利用该技术快速精确地制备一批上百个传感元件，不仅可以大幅缩短细胞传感器构建的时间和降低制备成本，更加扩宽了细胞传感的应用范围，提高传感器不同批次间的稳定性，高通量也可便于统计分析数据进一步用于危害物的评价和检测。

目前常用的是挤出式的打印方法，挤出式打印是较成熟的生物3D打印方式，普遍采用的是温敏成型工艺，通过喷头挤出丝状材料逐层打印为三维实体，适用性广，可对大多数打印墨水良好匹配，形成范围广阔的材料应用领域，但是对一些微小器件无法形成精确打印且打印过程中往往会造成打印材料出料不可控，喷头堵塞，浪费。投影式光固化生物3D打印利用光的波长和热作用可使光敏生物墨水发生聚合反应，对墨水进行有选择地固化，就可以在不接触的情况下打印所需的三维实体原形，与其他3D打印技术的工艺相比，光固化原位点打印技术的突出优点就是精度高，成型快、原材料利用率高（接近100%），构建相对形状复杂、特征精细的打印体，因其高精度的打印特点，可实现最小打印精度为25微米(μm)的打印结构，已在体外组织构建、组织修复、药物筛选、人工假体等相关领域有所应用，所以本次生物打印选用投影式光固化生物3D设备。

在打印墨水的选择上，选用以甲基丙烯酰化明胶（GelMA水凝胶）为主打印墨水，因其GelMA为双键改性明胶，其溶液可通过光固化成胶，GelMA分子中含有RGD细胞黏附序列，其形成的三维网络结构具有优异的生物相容性，可以制造载细胞的具有微-纳米多孔的水凝胶支架，但对于单纯的 GelMA 不具有导电性，无法更好地模拟生物组织内微弱的导电环境，细胞之间无法进行电信号交流。因此，需要导电以提高检测灵敏度且并不影响细胞活性的新材料。目前有几种方法可以提高电导率，例如添加导电材料，包括金属纳米粒子、氧化石墨烯、碳纳米管、导电聚合物等。在电化学传感器制备中，氧化石墨烯为主的碳纳米材料是最常用的导电材料，但其因为分散性较差和较大的颗粒尺寸无法在微米级别的光固化打印中使用，而聚苯胺(PANi)和聚吡咯(PPy)具有良好的应用前景，但它们的主要缺点是不溶于水。因此，迫切需要能够分散于水中并与细胞相容的导电材料。碳纳米管由于其良好的生物相容性和优异的电化学特性而被许多作者关注。然而，对于多壁碳纳米管而言，缺乏稳定性和均匀性，很容易造成沉积是必须考虑的问题。因此，如何制备一种导电且水溶性的打印墨水是目前亟需解决的问题。