细胞是组成生命结构和功能的基本单位，以活细胞为敏感元件或研究对象的细胞传感器，能够定性定量对细胞的功能信息或待测物的性质进行检测，是生物传感研究的热点之一。细胞传感具有响应迅速、检测灵敏、环保等众多优点，在生物医学，药物开发，环境监测等方面均有广泛的应用。然而，大多数现有的细胞传感需要庞大的外部设备。在本文中，我们设计了一种复合结构色水凝胶材料，能够在不需要复杂信号处理系统情况下，实现心脏细胞的可视化监测。该复合结构色水凝胶利用不同材料细胞黏附率的差异实现了功能区和细胞生长区的分离。心肌细胞的自主搏动引起光子晶体晶格的改变，将机械力学的变化转换为光学改变。我们将复合结构色水凝胶材料集成到微流控装置中，构建了可视化的心脏芯片系统，该系统在心脏传感、药物筛选和体外疾病建模等方面提供了新的思路。
　　具体工作如下：
　　1、制备反蛋白石结构的聚乙二醇二丙烯酸脂水凝胶薄膜：利用自组装法制备二氧化硅蛋白石模板；以聚乙二醇二丙烯酸脂为原材料，制备具有结构色的反蛋白石薄膜，并探索了反蛋白石薄膜的结构特征、光学特性和力学特性。
　　2、制备沟槽结构的甲基丙烯酸化明胶薄膜：利用光聚合法制备了具有沟槽结构的甲基丙烯酸化明胶，并创新性地掺入还原氧化石墨烯改善水凝胶的性能。沟槽结构可以诱导心肌细胞取向生长，对于体外心肌细胞功能的实现具有重要意义。
　　3、构建聚乙二醇二丙烯酸脂-甲基丙烯酸化明胶复合结构色水凝胶用于细胞传感并与微流控装置集成为心脏芯片：利用光聚合法制备聚乙二醇二丙烯酸脂-甲基丙烯酸化明胶复合结构色水凝胶，并利用还原氧化石墨烯改善水凝胶的性能。该复合结构色水凝胶开创性地利用聚乙二醇二丙烯酸脂和甲基丙烯酸化明胶细胞黏附率的差异，实现了功能分离。细胞生长区中细胞的自主搏动引起功能区表面微结构的变化，表现为材料颜色的改变。通过对结构色的监测可以实现心肌细胞收缩力和搏动频率的评估。将复合结构色水凝胶膜整合到微流控装置中得到心脏芯片，得到了心肌细胞对不同药物刺激的反应。