[发明专利]用于自动持续监测器官行为的芯片上器官平台的构建方法

说明书

本发明属于生物医学检测技术领域，具体涉及用于自动持续监测器官行为的芯片上器官平台的构建方法。包括以下步骤：S1，实验板的制作；S2，微生物反应器的制造；S3，除泡器的制造；S4，微电极组的制造；S5，微电极组与微流体电化学传感芯片的集成；S6，微电极组集成式PDMS微流控芯片的再生。本发明能够制作出通过计算机控制并且能以完全自动化的方式运行，具有更好的药物筛选能力的传感平台；本发明构建出的传感平台能够对自动微流控系统的性能进行分析，并对集成物理和生化传感器的性能进行表征。

技术领域

本发明属于生物医学检测技术领域，具体涉及用于自动持续监测器官行为的芯片上器官平台的构建方法。

背景技术

药物发现是一个漫长的过程，涉及到巨大的成本和高失败率。平均而言，食品和药物管理局最终批准了不到十分之一的候选药物，在此期间，第一阶段和第二阶段和第三阶段的成功过渡比率分别约为65％、32％和60％。在失败的主要原因中，非临床/临床安全性(＞50％)和疗效(＞10％)位居突出，超过所有其他因素(如战略、商业、运营)的总和。这两个主要原因不仅导致了药物开发期间的低成功率，而且还导致了已批准的药物退出市场。在所有的药物消耗中，据估计，与心血管系统相关的安全责任占45％，而32％是由于肝毒性。这些药物在人类患者中的高失败率/损耗率主要归因于基于平面静态细胞培养和临床前动物模型的有效性验证效率低下，无法建立药物的有效性和安全性。因此，迫切需要开发基于人为基础的三维器官模型，精确地概括人体三维器官模型的重要生理学和功能，作为药物筛查的可行平台。

虽然已经发明了许多人类芯片上的器官模型，但在多传感器系统的集成方面的努力有限。如原位连续测量对精确评估微环境参数和器官长时间对药物化合物的动态反应至关重要，还有长期监测还非常需要自动化和无创能力。

因此，设计一种能够制作出通过计算机控制并且能以完全自动化的方式运行，具有更好的药物筛选能力的用于自动持续监测器官行为的芯片上器官平台的构建方法，就显得十分必要。

例如，申请号为CN201821704761.5的中国专利文献描述的适用于生物组织培养及实时监测的系统，包括：生物3D打印机、器官芯片、连接底座、驱动系统和辅助系统；器官芯片通过连接底座与驱动系统相连；生物3D打印机用于构建生物3D打印类组织；器官芯片用于放置培养基和生物3D打印类组织，培养所述生物3D打印类组织；连接底座用于放置器官芯片，并连接驱动系统，驱动系统用于驱动所述培养基在所述器官芯片内流动，辅助系统用于监测生物3D打印类组织的状态。虽然系统为组织培养、病理学研究以及药物筛选等工作提供了一个新型的培养平台，但不足之处在于，无法对器官芯片实现自动化的不间断的监测，且由于主要应用于组织培养，相对的平台药物筛选能力较差。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，现有的传感平台无法精确评估微环境参数和器官长时间对药物化合物的动态反应、无法实现自动化以及药物筛选能力差的问题，提供了一种能够制作出通过计算机控制并且能以完全自动化的方式运行，具有更好的药物筛选能力的用于自动持续监测器官行为的芯片上器官平台的构建方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

用于自动持续监测器官行为的芯片上器官平台的构建方法，包括以下步骤：

S1，实验板的制作：利用工厂三维布置设计管理系统PDMS和标准光刻技术制作出实验板，所述实验板包括微流体层，将微流体层主模转化为凸状的半圆柱二次模，用于产生微通道；

S2，微生物反应器的制造：利用工厂三维布置设计管理系统PDMS制造微生物反应器，所述生物反应器由位于顶部的微流体灌注层和生物反应器底部与玻璃结合而成的腔室层组成；

S3，除泡器的制造：所述除泡器内含直径为10mm的流控室，所述流控室内设有若干个直径为1000μm、500μm和250μm的微柱，所述微柱的高度均为200μm，相邻两个微柱之间的间距与微柱的直径相同；所述流控室总体积为20μL；