Biosensor는 Organs-On-A-Chip에 대한 실시간 산소 모니터링을 가능하게 합니다.

Organ-on-a-chip 개념은 폐가 하는 것과 같은 방식으로 공기에서 혈류로 산소를 전달하는 것과 같은 특정 기관 기능을 모방하는 소규모 생물학적 구조를 생성합니다. 목표는 미세 생리학적 모델이라고도 하는 이러한 장기 온칩을 사용하여 독성을 평가하거나 신약의 효과를 평가하기 위해 처리량이 많은 테스트를 신속하게 수행하는 것입니다.

그러나 최근 몇 년 동안 Organ-on-a-chip 연구가 상당한 발전을 이루었지만 이러한 구조의 사용에 대한 한 가지 장애물은 시스템에서 실제로 데이터를 검색하도록 설계된 도구가 부족하다는 것입니다. 데이터를 수집하는 기존 방법은 생물학적 분석, 조직학을 수행하거나 조직을 파괴하는 다른 기술을 사용하는 것입니다. 시스템 운영에 영향을 미치지 않으면서 실시간으로 데이터를 수집할 수 있는 수단을 제공하는 도구가 필요합니다.

산소 수치는 신체 전반에 걸쳐 광범위하게 다릅니다. 예를 들어, 건강한 성인에서 폐 조직의 산소 농도는 약 15%인 반면 장의 내벽은 약 0%입니다. 이것은 산소가 조직 기능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 중요합니다. 장기가 정상적으로 작동하는 방식을 알기 위해서는 실험을 수행할 때 칩에 있는 장기에서 "정상적인" 산소 수준을 유지해야 합니다. 이는 Organ-on-a-chip의 즉각적인 환경뿐만 아니라 조직의 산소 수준을 모니터링하는 것을 의미합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구원들이 장기 온칩 시스템에서 실시간으로 산소 수준을 추적할 수 있도록 하는 바이오센서가 개발되어 이러한 시스템이 실제 장기의 기능을 더 가깝게 모방할 수 있도록 합니다. 이는 Organs-on-Chip이 약물 및 독성 테스트와 같은 응용 분야에서 잠재력을 달성하기를 희망하는 경우 필수적입니다.

바이오센서의 핵심은 적외선에 노출된 후 적외선을 방출하는 인광 젤이다. 그러나 젤이 빛에 노출될 때와 반사되는 섬광을 방출할 때 사이의 지연 시간은 환경의 산소량에 따라 다릅니다. 산소가 많을수록 지연 시간이 짧아집니다. 이러한 지연 시간은 마이크로초 동안만 지속되지만 이 시간을 모니터링함으로써 연구자들은 산소 농도를 10분의 1%까지 측정할 수 있습니다.

바이오센서가 작동하려면 젤의 얇은 층이 제조하는 동안 칩에 내장되어 있어야 합니다. 적외선은 조직을 통과할 수 있기 때문에 적외선을 방출하고 인광 젤에서 반사되는 섬광을 측정하는 "판독기"는 마이크로초 단위로 측정된 지연 시간으로 조직의 산소 수준을 반복적으로 모니터링하는 데 사용됩니다.

바이오센서는 건강한 조직과 암 조직 모두를 모델링하기 위해 인간 유방 상피 세포를 사용하는 3차원 스캐폴드에서 성공적으로 테스트되었습니다. 다음 단계는 원하는 산소 농도를 유지하기 위해 자동으로 조정하는 시스템에 이를 통합하는 것입니다.