本发明涉及细胞检测，特别是一种基于磁性梁的非接触式心肌组织收缩力传感芯片和方法。
背景技术：
1、心脏是人体循环系统的核心器官，其主要作用是泵血以维持血液的流动，从而实现氧和养分输送、废物排除、体温维持，免疫响应、体液平衡等。心脏的不断收缩和舒张运动产生的压力变化推动血液在动脉和静脉系统中流动，维持了整个循环系统的正常功能，确保各个组织和器官得到足够的血液供应。因此，实时定量测量心肌组织的收缩力和频率在研究心脏机理和治疗心脏疾病方面有着至关重要的作用。
2、体外心肌细胞机械传感平台对评估心脏组织的机械性能至关重要，将成为药物发现和疾病机制研究中不可或缺的工具，是深入了解心脏生理学和研究心血管疾病的关键技术，包括生物传感技术、细胞力学技术、生物传感器、光学成像、磁感应等。然而，大多数平台只能平面培养心肌细胞，限制了心肌细胞的三维生长，从而阻碍了心肌细胞的成熟过程。此外，导线连接仍是一个麻烦问题，会导致信号不稳定和噪声增加。在此，我们开发了一种基于钕铁硼/聚二甲基硅氧烷(ndfeb/pdms)柔性微束的磁性传感平台，为心肌细胞的生长提供了一个三维各向异性的培养环境，同时实现了原位无线收缩力监测。这种平台的应用旨在深入研究心肌细胞对机械刺激的反应，有助于理解心脏生理学、研究疾病机制、开发新的治疗方法以及检测药物对心肌细胞机械特性的影响。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，提出一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片，解决了上述背景技术中的问题。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片，所述器官芯片包括芯片主体18、信号接收模块2和夹具17；信号接收模块12嵌入在夹具17中，以对信号接收模块12进行固定和定位；芯片主体18可拆卸的安装在夹具17上；芯片主体18包括依次层叠设置的柔性基底、进液层6、pdms薄膜敏感层5、出液层4和柔性顶层3，柔性基底内设有空腔，且在进液层6、pdms薄膜敏感层5、出液层4和柔性顶层3上均设计出镂空结构；柔性基底的空腔和上述镂空结构围合形成细胞培养腔室7；pdms薄膜敏感层5内设置有序纤维13和磁化柔性微梁20，磁化柔性微梁20和有序纤维13设置在细胞培养腔室7内；有序纤维13通过pdms固化交联一端与磁化柔性微梁20底部垂直连接，另一端与pdms薄膜敏感层5的底部连接；有序纤维13作为细胞依附支架，用于提供心肌细胞生长所需的支撑和定向排列的微环境；磁化柔性微梁20为感知模块，有序纤维13与磁化柔性微梁20相连接，当细胞收缩时，磁化柔性微梁20发生挠度变形，从而将心肌组织的收缩力转化为可测量的磁场参数变化；信号接收模块2为磁性传感器19，用于测量细胞收缩时磁化柔性微梁20的位移引起的磁场变化。
4、进一步地，
5、磁化柔性微梁20包括横向磁化柔性微梁11和纵向磁化柔性微梁12，横向磁化柔性微梁11和纵向磁化柔性微梁12的两端分别与细胞培养腔室7的两相对侧壁、且属于pdms薄膜敏感层5所在位置处相连以此方式设置于所述细胞培养腔室7内；
6、当细胞收缩时，横向磁化柔性微梁11和纵向磁化柔性微梁12分别在横向和纵向上发生挠度变形，从而将心肌组织的收缩力转化为可测量的磁场参数变化，检测心肌组织在横向和纵向上的收缩情况。
7、进一步地，
8、所述pdms薄膜敏感层5厚度为500μm，磁化柔性微梁20厚度为500μm，由于有序纤维13的厚度远低于磁化柔性微梁20的厚度，即可形成一个适合细胞接种的凹槽。
9、进一步地，
10、柔性顶层3底面与出液层4顶面、出液层4底面与pdms薄膜敏感层5顶面、pdms薄膜敏感层5底面与进液层6的顶面、进液层6的顶面与柔性基底顶面通过氧等离子体键合的方式连接在一起(通过氧等离子体对准键合)，形成了一个可手动换液的细胞培养区1，细胞培养腔室7属于细胞培养区1中。
11、进一步地，
12、在芯片主体18上还设置有进液口8和出液口9，进液口8和出液口9均与细胞培养腔室7连通，在进液口8处连接有进液管15，用于向细胞培养腔室7内注入培养液；在出液口9处连接有出液管16，用于将细胞培养腔室7内的培养液输出。
13、进一步地，
14、在柔性基底内还集成有电激励元件，所述电激励元件为碳棒14，碳棒14一端插入到细胞培养腔室7内，另一端与外部电刺激器连接；
15、所述镂空结构的平面大小为10mm×10mm。
16、一种无线实时检测心肌组织收缩力的器官芯片，所述器官芯片包括磁感应元件，由磁感应元件检测所述心肌细胞收缩所引起的磁化柔性微梁20的挠度变化，得到对应的磁场参数，从而得到对应的心肌组织收缩力；磁感应元件位于所述芯片主体18下方，且正对于所述磁化柔性微梁20。
17、一种器官芯片阵列化集成模组，包括基片，所述基片上设有多通道流体灌注器、多通道电刺激集成器和上述所述的器官芯片，所述器官芯片阵列排布；所述器官芯片集成于微流控导流板内，所述多通道流体灌注器通过培养液毛细管与微流控导流板连接；所述多通道电刺激集成器包括若干电刺激连接孔，所述电刺激连接孔用于接入电源且孔内设有若干导线，所述导线分别与各器官芯片上的碳棒14连接；所述器官芯片通过定位夹具17固定于基片上，所述基片的外周还设有支撑框架。
18、一种多维度检测心肌组织收缩力的器官芯片，包括两根磁化柔性微梁20、两个磁性传感器19和有序纤维13；有序纤维13作为为细胞依附支架，用于提供心肌细胞生长所需的支撑和定向排列的微环境；磁化柔性微梁20与有序纤维13连接，两根磁化柔性微梁20相互垂直分布，用于检测心肌组织在两个方向的收缩；两个磁化柔性微梁20分别正对两个磁性传感器19，以得到心肌组织的收缩参数。
19、制作前述一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片的方法，包括如下步骤：
20、1)称取磁性微粒(包括钕铁硼、四氧化三铁等)，充分搅拌混合得到70％wt的磁性复合材料；另称取pdms溶液并加入交联剂，充分搅拌混合，得到20:1配比的pdms溶液；
21、2)将磁性复合材料浇注在模具中，待溶液平均流平后，放入温箱加热，取出固化后的样品，脱膜去除柔性微梁以外的材料；
22、3)继续浇注20:1配比的pdms，待溶液流平后，放入温箱加热，取出固化后的样品，脱膜得到带有微梁结构的薄膜；
23、4)将所述带有微梁结构的薄膜放入充磁机进行磁化；
24、5)将前述提到的各部件进行组合。
25、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
26、本发明无线实时检测解决了有线检测操作不便、线缆干扰、复杂电路或传感器设计等问题；本发明使用两根磁化柔性微梁进行多维度检测可以检测心肌组织在不同方向上的收缩力；本发明的器官芯片集成模组，不同于传统的片外电刺激装置，片内电刺激为细胞提供更加贴合体内微环境；不同于二维电刺激装置，通过有序纤维支架与电刺激的结合，可实现对细胞的三维电刺激，更进一步促进其细胞间的有序排列与电信号传递。
1.一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片，其特征在于：
2.根据权利要求所述的一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片，其特征在于：
3.根据权利要求所述的一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片，其特征在于：
4.根据权利要求所述的一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片，其特征在于：
5.根据权利要求所述的一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片，其特征在于：
6.根据权利要求所述的一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片，其特征在于：
7.一种无线实时检测心肌组织收缩力的器官芯片，其特征在于，器官芯片包括磁感应元件，由磁感应元件检测心肌细胞收缩所引起的磁化柔性微梁(20)的挠度变化，得到对应的磁场参数，从而得到对应的心肌组织收缩力；
8.一种器官芯片阵列化集成模组，其特征在于：包括基片，基片上设有多通道流体灌注器、多通道电刺激集成器和上述权利要求1-7所述的器官芯片，器官芯片阵列排布；
9.一种多维度检测心肌组织收缩力的器官芯片，其特征在于：包括两根磁化柔性微梁(20)、两个磁性传感器(19)和有序纤维(13)；
10.制作权利要求1-6任一项所述一种集成磁感应式心肌组织收缩力传感的器官芯片的方法，其特征在于：包括如下步骤：
