2024-10-16
各学院(部)：
为更好开展新工科毕设项目，提升项目质量和水平，“脑类器官芯片系统”新工科毕业设计项目现面向全校教师和毕业班学生进行招募。现将有关事项通知如下。
一、项目背景、目的及意义
大脑是人体中最为重要复杂的器官，然而目前对脑的理解主要依赖动物和细胞培养。开发体外脑器官模型，有助于深入了解大脑机制，服务人类生命健康。
本课题拟将基于三维细胞培养的类器官技术和基于微纳加工技术的器官芯片相结合，集成可感知的传感成像技术，建立体外脑类器官系统。
该项目以实际应用需求出发，涉及“理工医”等多学科领域，项目的开展可培养具备交叉学科知识，能综合运用知识进行创新思维及研究的复合型新工科人才。
二、项目已具备的条件
项目以精仪学院微纳机电系统实验室（M/NEMS）和生命科学学院结构生物学实验室为依托，具备各类细胞培养、芯片设计、加工和测试等项目开展所需求的条件。已有血脑屏障器官芯片模型，多功能荧光分子探针合成和各类传感及成像器件等相关研究基础。
项目组教师具备仪器、生物、微电子、化学和药学等学科交叉的科研背景，前期对项目的各任务技术路线进行了充分的论证，可完成新工科毕设的要求，并具备实现复合型新工科人才培养的能力。
三、项目期限与目标
项目计划于2025年6月，开发出脑类器官芯片的器件实物，并具备如下功能模块展示：
1.具有明确特性的三维结构脑类器官的活性培养和图像展示。
2.具备荧光可视化功能的分子探针合成及其在细胞中的视踪演示。
3.声学芯片展示及其对可视化成像功能图像展示。
4.脑类器官培养结构与器官芯片集成系统展示。
5.机械或生化因素调控脑类器官芯片的动态测量及分析。
四、项目主要方向及任务
脑类器官芯片在研究人类大脑发育和神经类疾病诊断和治疗方面具有巨大的潜力。本项目的主要方向为结合类器官细胞三维结构培养和微芯片加工技术构建体外脑生理微系统，并集成可视化的光声成像技术，实现对脑器官的动态观测，从而形成完整的脑类器官芯片系统构建，并进一步研究不同机械和生化因素对脑类器官的影响，推进其在大脑机制、疾病建模和药物治疗研究中的应用。
基于项目目标，拟设置四个方向和六个任务，其中方向1、3各对应一项毕设任务，拟安排2名学生。其中方向2、4各对应两项毕设任务，拟安排4名学生。具体内容也可根据选题学生特长进行调整:
方向1：基于多细胞结构的类脑器官构建
研究任务包括：掌握细胞培养技术，调研文献，充分结合细胞生物学基础选用人多功能干细胞或神经、星形胶质和周细胞等多细胞类别，设计顺序分化诱导过程，并利用自组装形成三维多细胞类器官结构，模拟脑器官的生理结构和功能。
方向2.类器官的可视化分子探针合成
研究任务包括：结合合成生物学基础，设计并合成一种基于蛋白结构的水溶性分子荧光探针，该分子探针具备良好的细胞相容性，可实现对细胞的标记和可视化，并应用于脑类器官的可视化观测研究。
方向3.类脑器官芯片的成像技术开发
研究任务包括：结合仪器学科基础和MEMS工艺，调研声学成像原理，开发可进行成像的新型器件，并结合信号处理，利用声学探测手段对类器官的结构进行成像调试，进一步获取其动态生理过程。
方向4.脑器官芯片集成系统
研究任务包括：结合MEMS技术和生物医学工程，开发基于微流控技术的体外脑器官结构和功能单元，耦合机械和生化刺激物微环境因素，实现体外脑三维生理系统的搭建。并进一步与类器官培养和成像系统相结合，形成仿生的可视化脑体外模型。
五、报名及联系方式：
相关课题细节以及其他未尽事宜请咨询项目组联系人：王艳艳：yanyanwang@tju.edu.cn
欢迎各位同学踊跃报名，期待你的加入！
新工科毕设工作组
2024年10月16日