日前，東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院趙遠錦教授課題組在心臟芯片研究方面取得重要進展，課題組成員基于微流控技術(shù)開發(fā)了系列仿生螺旋纖維，并將其作為微彈簧用于心肌細胞收縮力學的傳感。該研究成果論文于2017年3月7日發(fā)表在國際知名學術(shù)刊物《先進材料》Advanced Materials（影響因子：18.96）。該研究論文第一作者為2016級博士生余筠如，趙遠錦老師是唯一通訊作者。相關(guān)工作得到了國家基金委以及“111計劃”（東南大學“器官芯片學科創(chuàng)新引智基地”項目）的資助。
器官芯片是在芯片上仿生構(gòu)建微器官來替代生物體，進行藥物評估和生物學研究等。構(gòu)建具有心肌細胞力學傳感功能的心臟芯片是器官芯片開發(fā)中的重要內(nèi)容。趙遠錦教授課題組提出了用螺旋結(jié)構(gòu)纖維進行心肌細胞力學傳感的設(shè)想。螺旋結(jié)構(gòu)是自然界最普遍的一種形狀，攜帶重要生命遺傳信息的DNA、攀附在其他物體向上生長的植物藤蔓以及日常使用的彈簧等都采用了這種在局限空間里最佳的存在方式——螺旋結(jié)構(gòu)。受此啟發(fā)，科學家們仿生研制了一系列用于微機電系統(tǒng)、光學傳感等的螺旋纖維，但由于制備手段的限制，微尺度仿生螺旋纖維、特別是具有生物響應(yīng)性的螺旋纖維尚無報道。
東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院科研團隊研究發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)多相流體在微流控通道中的流動行為，再結(jié)合流體的快速凝膠化，得到了具有連續(xù)螺旋結(jié)構(gòu)的微米纖維。而利用微流控技術(shù)的優(yōu)勢，通過拓展流體通道，還可制備得到多組分結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)以及雙螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋纖維。由于構(gòu)成纖維的水凝膠材料具有較好的柔性，研究人員在流體中摻入具有磁響應(yīng)、溫度響應(yīng)的物質(zhì)就可以賦予螺旋纖維不同的刺激響應(yīng)功能，表現(xiàn)為彈簧的基本特性，即螺距的可復性改變。在此基礎(chǔ)上，研究人員將螺旋纖維連接在培養(yǎng)有小鼠心肌細胞的水凝膠膜上（如圖所示），發(fā)現(xiàn)隨著心肌細胞的規(guī)律跳動，纖維的螺距發(fā)生規(guī)律性變化，而通過測量纖維的彈性模量就可以推算出膜上心肌細胞的收縮力大小，實現(xiàn)了心肌細胞收縮力的傳感。該技術(shù)在心肌相關(guān)的藥物開發(fā)等方面具有重要應(yīng)用價值。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201605765/full
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