电信号类器官芯片
Main Business
平台概述
核心技术架构 ：
以高密度微电极阵列生物芯片（MEA）为核心，集成微流控培养、实时电信号采集与智能分析系统，构建可长期培养、实时无损监测的3D类器官电生理功能研究平台。
核心应用场景：
●脑/心脏/神经肌肉类器官电活动记录
●药物对电生理功能的影响评价与筛选
●疾病模型电信号异常特征分析
●个性化类器官功能验证
高密度微电极阵列生物芯片 (MEA) 实物图
核心技术架构 - MEA生物芯片
高密度通道阵列
支持 64/128/256/1024 多种通道规格，满足不同实验需求
超高精度微电极
电极直径仅 10–30 μm，实现细胞级电信号的精准捕捉
生物兼容基底
采用高透明生物兼容聚合物材料，无毒且光学性能优异
集成微流控系统
内置微流控通道，支持长期灌流培养，模拟体内微环境
类器官电生理基础表征服务
对脑、心脏等类器官进行基础电生理功能检测，提供精准的功能数据支持。
核心服务内容
药物筛选与安全性评价服务
评估药物对类器官电生理功能的影响，高效应用于药物筛选和毒性测试环节。
疾病模型电生理研究服务
构建精准的疾病类器官模型，深入分析其电信号异常特征，助力病理机制研究。
个性化类器官服务
基于患者iPSC构建专属类器官，实现个体化功能分析，推动精准医疗落地。
原理设计
探索生命科学与电子工程的交叉点，模拟生命的“电”信号传导与微观“形”态构建。
芯片设计与加工
从原理图到晶圆制造，结合MEMS微加工工艺，展示将前沿理念工程化落地的艺术。
方案验证
通过一系列标准测试与对比实验，用详实的数据指标，科学地证明芯片的实际应用价值。
主营业务
物理化学 特征模拟
细胞外基质 (ECM)
使用水凝胶、胶原、明胶、Matrigel 等材料，模拟组织微环境中的多孔结构、黏弹性与细胞黏附特性。
表面化学修饰
通过亲疏水调控、等离子体处理、硅烷化或生物分子偶联，提高芯片表面对细胞、蛋白或核酸的选择性结合能力。
微纳结构调控
构建微通道、微孔阵列、纳米纹理和梯度结构，模拟体内组织边界、细胞排列及物质传输环境。
仿生学设计：构建三维动态微环境
生物响应 特征模拟
细胞多样性共培养
引入多种功能细胞类型，高度还原真实组织的细胞组成与交互。
生物标志物验证
通过免疫荧光等技术，精准验证类器官中特定功能细胞的标志物表达。
电生理特性调控
利用微电极阵列(MEA)记录并调控组织的电生理活动。
动态变化 特征模拟
周期性机械刺激
施加周期性拉伸或流体剪切力，模拟体内生理状态下的持续力学刺激。
节律性电信号干预
施加特定频率的电脉冲，引导细胞同步化，显著促进组织的功能成熟。
促进细胞成熟 与功能特化
心脏类器官调控
节律性电脉冲促进肌节有序排列，收缩力达8–12 mN/mm²，接近新生儿心肌水平。
神经类器官发育
显著加速神经元分化与突触形成，增强神经网络的同步放电活动与成熟度。
电信号的生物学效应：从细胞到组织的调控
电信号作为关键物理微环境因素，通过多种机制深度影响细胞行为与组织功能的构建
调控细胞 信号传导通路
跨膜离子通道激活
调控细胞膜Ca²⁺、K⁺等离子通道开闭，改变胞内离子稳态，触发下游级联反应。
激活ERK/MAPK等核心通路，精准调控细胞增殖、分化与凋亡命运。
引导组织形态 与功能耦合
心脏芯片同步搏动
实现不同区域心肌细胞的电生理同步化，构建具备泵血功能的工程化心肌组织。
神经-肌肉功能整合
促进运动神经元与骨骼肌形成功能性突触连接，实现神经信号传递与肌肉收缩的闭环。
核心组件设计：微电极阵列（MEA）
图示：形状自适应“壳状”微电极阵列结构
二维平面 MEA (基础款)
优点：制造工艺成熟，成本较低，易于大规模生产。
局限：仅能接触类器官底部，无法捕捉内部深层的电信号。
MEA是实现电信号刺激与记录的关键，其设计经历了从二维平面到三维立体的演进，以适应类器官等复杂三维组织的研究需求。
三维立体 MEA (前沿演进)
柱状/针状电极：垂直插入组织，实现深度多点记录。
形状自适应(Shell MEA)：自主折叠成笼状包裹类器官，实现360°无死角的电生理信号采集。
材料选择：平衡性能与生物相容性
PDMS (聚二甲基硅氧烷)
核心优势：光学透明、生物相容性极佳、弹性优异、微加工工艺成熟。
主要局限：易吸附疏水性小分子、低聚物易浸出污染样本。
典型场景：实验室原理验证、快速原型开发。
热塑性塑料 (如 COC/PMMA)
核心优势：化学稳定性强、非特异性吸附低、适合注塑大规模量产。
主要局限：刚性强难以变形、制造复杂三维微结构难度较大。
典型场景：商业化诊断芯片、自动化仪器集成。
功能水凝胶
核心优势：仿生细胞外基质、极高生物相容性、可原位构建3D微环境。
主要局限：机械强度低、在长期流体剪切下易发生溶胀或降解。
典型场景：类器官培养、生物3D打印、药物缓释。
金属电极材料
核心优势：主要采用Au、Pt、Ir及其合金；具有优异的导电性和电化学稳定性。
主要局限：成本相对较高，微纳加工工艺要求精细。
典型场景：可穿戴传感、微电极阵列(MEA)、电化学检测。
将设计蓝图转化为物理芯片的核心技术方案解析
主流加工工艺
光刻与软光刻 (Soft Lithography)
流程：通过光刻制作微纳模具，再利用PDMS浇注实现图案转移成型。
特点：工艺成熟，适合实验室快速原型验证，研发阶段成本较低。
复制技术 (热压印 / 微注塑)
流程：将热塑性塑料加热至软化点，通过精密模具压印或注塑批量成型。
特点：高一致性、低成本、高产出，是目前商业化芯片生产的主流选择。
3D 打印技术 (3D Printing)
流程：基于增材制造原理，通过逐层打印堆积直接制造复杂的三维微流控结构。
特点：设计自由度极高，支持个性化定制，是实现生物芯片与异形结构的前沿技术。
核心功能单元设计
电生理记录
方法：利用MEA芯片直接记录细胞外场电位或动作电位，实时捕捉电活动。
指标：动作电位幅度、时程(APD)、发放频率及传导速度。
钙成像监测
方法：负载钙离子荧光探针，通过高分辨率成像实时监测胞内钙浓度动态变化。
指标：钙瞬变幅度、频率及传播速度，可视化信号扩散。
力学性能检测
方法：集成柔性应变传感器或利用图像分析技术，精准测量组织的收缩与舒张过程。
指标：最大收缩力、收缩速率、舒张速率。
免疫荧光染色
方法：使用特异性荧光抗体标记特定抗原，结合高分辨成像技术进行定性定量分析。
指标：目标细胞比例、蛋白表达水平及亚细胞定位。
结构与流体性能表征
类器官切片免疫荧光染色观察
药物筛选与毒性测试
基于器官芯片模型，精准监测动作电位变化。其药物心脏毒性预测准确率可达85% 以上，大幅降低临床风险。
对芯片的物理结构和流体动力学性能进行全面测试与量化分析
疾病机制精准建模
利用iPSC构建特异性类器官，成功诱导形成收缩力达8–12 mN/mm²的心肌组织，在体外完美重现长QT等疾病表型。
个性化精准医疗方案
基于患者肿瘤组织构建类器官芯片，直接测试药物敏感性，为患者量身定制最优治疗策略。
除了功能验证，我们更关注芯片在实际应用中的表现。在药物筛选方面，心脏芯片能以超过85%的准确率预测药物的心脏毒性。在疾病建模方面，我们可以利用患者自身的细胞构建疾病模型，如右图所示的类器官切片，来研究疾病机制和筛选药物。未来，这项技术还将在个性化医疗领域发挥重要作用，为每位患者找到最适合的治疗方案。
