本发明涉及生物材料领域，具体涉及一种心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列及其制备方法和应用。
背景技术：
1、细胞力学在细胞和组织水平的生物学过程中发挥着重要作用，由于其在维持正常生理功能方面的重要性，细胞力学的失调通常被认为与特定疾病的发生和发展有关。例如，肌肉细胞的机械力减弱与心力衰竭和肌肉营养不良等疾病有关。因此，研发出能够对细胞力学有效传感的技术，为揭示细胞力学与疾病之间的潜在联系和疗法开发具有重要意义。
2、目前，很多力学测量技术包括微悬臂、原子力显微镜、牵引力显微镜、光镊和磁镊等已经被广泛用于细胞力的测量。但是这些测量方法大多需要依赖复杂的仪器设备和专业的软件分析处理，其高成本和耗时的专业操作限制了这些仪器的进一步推广使用。另外，这些技术在测量过程中还有可能对细胞造成不可逆的伤害，无法实现长时程的连续测量。因此，一种操作简便且生物安全的细胞力学传感技术仍然有待开发。
技术实现思路
1、为研究病理状态下的心肌细胞力学变化提供了可视化且非侵入式的传感策略，解决传统力学传感技术成本高、耗时长且测量过程可能会对细胞造成不可逆伤害等问题，本发明提供了一种心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列及其制备方法和应用。
2、本发明是通过以下技术方案实现的：
3、一种心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列的制备方法，包括以下步骤：
4、制备微米级微柱的微柱阵列，复制微柱阵列得到微坑模板；
5、将分散有带电胶体颗粒以及导电组分的第一水凝胶前聚体溶液滴加填充到微坑模板中并固化；然后向微坑模板中继续滴加不含带电胶体颗粒的第二水凝胶前聚体溶液并固化，剥离模板后得到光子晶体微柱阵列；
6、用聚多巴胺修饰光子晶体微柱阵列，得到用于心肌细胞培养及力学传感的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列。
7、为优化上述技术方案，采取的具体措施/限定还包括：
8、所述的微柱阵列采用3d打印技术制备；利用聚二甲基硅氧烷复制微柱阵列得到微坑模板。
9、所述的带电胶体颗粒为带电的磺酸化的二氧化硅纳米粒子；第一水凝胶前聚体溶液中含10％-25％w/v的带电胶体颗粒。
10、所述的导电组分选自碳纳米管、mxene、石墨烯中的至少一种；第一水凝胶前聚体溶液和第二水凝胶前聚体溶液中含0.05％-0.2％w/v的导电组分。
11、进一步地，微坑模板经亲水处理后，以抽真空的方式填充第一水凝胶前聚体溶液。
12、进一步地，所述的第一水凝胶前聚体溶液和第二水凝胶前聚体溶液中的水凝胶选自聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙烯酰胺中的至少一种。
13、进一步地，所述的第一水凝胶前聚体溶液和第二水凝胶前聚体溶液中添加有光引发剂，以紫外灯照射的方式固化。
14、作为优选地，所述的微柱阵列中的微柱直径为1-10μm、高度为10-50μm、微柱之间的间隔为5-15μm。
15、本发明还保护所述方法制备的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列，其结构包括上层由微柱阵列组成的导电结构色微柱传感层和下层的水凝胶支架层。
16、本发明还保护所述的光子晶体微柱阵列在心肌细胞培养及力学传感中的应用，用于心肌细胞的接种和培养，心肌细胞可在其中恢复自主搏动性能，并且带动导电结构色微柱传感层中的微柱产生位移和可视化的结构色变化。
17、进一步地，根据导电结构色微柱传感层产生的颜色变化实时监测心肌细胞产生的收缩力。
18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19、1)本发明的光子晶体微柱阵列具有导电的特性，能够模拟体内的细胞外基质环境促进心肌细胞之间的电传导和同步收缩。
20、2)本发明利用心肌细胞收缩过程中带动光子晶体微柱阵列的形变，对心肌细胞的活性不会产生损害，可以用于长时程的细胞力学传感。
21、3)本发明采用的传感策略是观察光子晶体微柱阵列在心肌细胞驱动下产生的可视化结构色变化，传感策略简单易推广。
22、4)本发明的光子晶体微柱阵列的尺度在数个微米的级别，得益于这种精细的微纳结构，该结构色微柱能够对更为微弱的细胞力(从μn级别提升到nn级别)产生灵敏的弯曲和结构色变化，提升了力学传感的灵敏度；微柱尺寸与心肌细胞尺寸大小相匹配，本发明的微柱阵列可以实现单细胞水平上对于心肌细胞的力学传感。
23、5)本发明中的微柱与微柱之间相互独立，可以同时实现上百甚至是上千个不同区域心肌细胞的高通量力学传感。
24、6)本发明利用光子晶体微柱阵列灵敏的结构色变化可揭示在心肌肥大等疾病的发展进程中，心肌细胞收缩力微弱的变化趋势。
1.一种心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列的制备方法，其特征在于：所述的微柱阵列采用3d打印技术制备；利用聚二甲基硅氧烷复制微柱阵列得到微坑模板。
3.根据权利要求1所述的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列的制备方法，其特征在于：所述的带电胶体颗粒为带电的磺酸化的二氧化硅纳米粒子；第一水凝胶前聚体溶液中含10％-25％w/v的带电胶体颗粒。
4.根据权利要求1所述的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列的制备方法，其特征在于：所述的导电组分选自碳纳米管、mxene、石墨烯中的至少一种；第一水凝胶前聚体溶液和第二水凝胶前聚体溶液中含0.05％-0.2％w/v的导电组分。
5.根据权利要求1所述的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列的制备方法，其特征在于：微坑模板经亲水处理后，以抽真空的方式填充第一水凝胶前聚体溶液。
6.根据权利要求1所述的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列的制备方法，其特征在于：所述的第一水凝胶前聚体溶液和第二水凝胶前聚体溶液中的水凝胶选自聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙烯酰胺中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列的制备方法，其特征在于：所述的第一水凝胶前聚体溶液和第二水凝胶前聚体溶液中添加有光引发剂，以紫外灯照射的方式固化。
8.权利要求1-7任一项所述方法制备的心肌细胞驱动的光子晶体微柱阵列，其特征在于：其结构包括上层由微柱阵列组成的导电结构色微柱传感层和下层的水凝胶支架层。
9.权利要求8所述的光子晶体微柱阵列在心肌细胞培养及力学传感中的应用，其特征在于：用于心肌细胞的接种和培养，心肌细胞可在其中恢复自主搏动性能，并且带动导电结构色微柱传感层中的微柱产生位移和可视化的结构色变化。
10.权利要求9所述的光子晶体微柱阵列在心肌细胞培养及力学传感中的应用，其特征在于：根据导电结构色微柱传感层产生的颜色变化实时监测心肌细胞产生的收缩力。
