《基於微流控晶片的生物人工肝細胞狀態檢測方法研究》是依託中國科學院電工研究所，由吳昌哲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於微流控晶片的生物人工肝細胞狀態檢測方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳昌哲
- 依託單位：中國科學院電工研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物人工肝支持系統(BALSS)在維繫急性肝衰患者生命、爭取肝功能主動恢復上具有顯著療效，而掌握BALSS內培養的肝細胞狀態並及時調整營養物質供應是保障細胞活性和療效的關鍵。目前，在長時間連續培養中檢測樣品消耗量巨大且為離線檢測，微量、實時線上檢測細胞存活狀態是BALSS亟待解決且具有挑戰性的課題。為此，本項目提出適於線上微量監測的細胞狀態評價指標體系，將基於MEMS的微流控晶片套用於BALSS，通過仿真最佳化多參數檢測晶片結構，解決樣品用量過大且無法實時閉環調控細胞狀態的問題，同時探索檢測晶片與生物反應器一體地以捨棄方式使用的相關問題。本項目預期以微量線上檢測出細胞狀態，為精細控制細胞培養和生長過程奠定基礎，並對與生物反應器一體化的低成本捨棄式感測器作出有益研究，最終為延續重症肝病患者生命作出貢獻。本項目在如細胞大規模培養等組織工程領域、床旁監護以及生化線上監測中具有普遍意義。
結題摘要
肝衰竭是一種死亡率高達80%的疾病，隨著肝移植等治療手段的限制，生物人工肝的研究對於治療肝衰竭顯得越發重要。生物反應器內微環境的調控對肝細胞狀態乃至生物反應器的療效至關重要。目前，國內外對生物反應器內肝細胞狀態的檢測多是離線檢測，操作繁瑣且不利於及時反饋信息進行調控。基於此，本項目重點研究了用於生物人工肝細胞狀態線上、實時微檢測的方法，選取合適的肝細胞功能評價指標，設計微量、高效的微混合檢測晶片，構建光學檢測平台，實現了肝細胞實時線上微檢測的目的。主要工作包括：1、肝細胞狀態實時線上評價指標選取。通過文獻和臨床調研，選取可反映肝細胞損傷度的丙氨酸氨基轉移酶（ALT）和可反映肝細胞解毒代謝功能的尿素（Urea）來分別反映肝細胞狀態和功能，構成肝細胞狀態實時線上評價體系。根據所選取指標的生化特性以及可實現性，均採用光學比色法檢測樣品（血清）中的ALT和Urea濃度來反映肝細胞生長狀態和功能的發揮。2、微混合晶片的設計加工。通過ANSYS-Fluent仿真設計了菱形串聯式結構的微混合晶片，通過微溝道結構的不斷分、合實現了液體流速方向與濃度梯度方向多次一致的效果，提高混合效率以達到快速檢測的目的。採用聚二甲基矽氧烷（PDMS）製作了微混合晶片，微混合晶片總體積約17μL，當檢測ALT時血清消耗量為1.55μL，當檢測Urea時消耗量為0.1717μL，實現了微量檢測。3、微檢測平台的搭建。根據微混合晶片結構和選取指標的檢測要求，設計了光學比色法的微檢測平台，結合稀釋分配器、氘光源和光譜儀構成了微檢測平台，用於進行微混合晶片的線上檢測。4、實驗驗證。對含不同濃度的ALT和Urea的血清樣品進行檢測實驗，微混合晶片自動檢測結果與計算參考值成良好的線性相關度，ALT相關係數為0.999787且殘差模僅為1.7541 U/L，Urea相關係數為0.999829且殘差模僅為0.11728 mmol/L。微混合晶片實現了線上快速、微量檢測的目的。5、微檢測晶片結構最佳化。對線上檢測中微混合晶片的不足進行最佳化仿真計算，設計出同時滿足高效混合與低壓差的新型立體交錯型微混合模型。 利用本項目建立的細胞功能狀態線上微檢測方法，可實現對病人進行長時間、連續、微量自動檢測的目的，為最佳化生物反應器內肝細胞狀態奠定了基礎，對於提高生物人工肝的療效具有重要意義。
