哈佛工程师创造了首个完全3D打印的单芯片心脏

时间：2021-12-11 09:25:07 来源：

芯片上的心脏完全通过多材料3D打印以单个自动化程序完成，集成了六种以微米为单位的定制打印墨水。

哈佛大学的工程师们制造出了第一套完全集成了感测功能的3D打印的单芯片器官。使用全自动的数字制造程序，可以快速制作和定制3D打印的芯片上心脏，使研究人员可以轻松地收集可靠的数据，用于短期和长期研究。

这种新的制造方法可能有一天使研究人员能够快速设计与特定疾病甚至患者个体细胞的特性相匹配的片上器官，也称为微生理系统。

该研究发表在《自然材料》上。

该论文的第一作者，博士后研究员约翰·乌里里克·林德说：“这种新的可编程方法用于构建芯片上的器官，不仅使我们能够通过集成感测轻松地改变和定制系统的设计，而且还大大简化了数据采集。”在哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）任职，在哈佛大学Wyss生物启发工程研究所任研究员。

芯片上的器官模仿天然组织的结构和功能，并且已成为传统动物测试的有前途的替代方法。然而，片上器官的制造和数据收集过程昂贵且费力。当前，这些设备是使用复杂的多步光刻工艺在洁净室中构建的，并且需要显微镜或高速相机来收集数据。

“我们的方法是通过数字制造同时解决这两个挑战，”论文的合著者，汉斯·乔治·怀斯（Hansjorg Wyss）生物启发工程学教授，威斯（Wyss）核心教授珍妮弗·刘易斯（Jennifer Lewis）的研究生特拉维斯·布斯比（Travis Busbee）说。研究所，该研究的合著者。Busbee说：“通过开发用于多材料3D打印的新型可印刷油墨，我们能够使制造过程自动化，同时增加了设备的复杂性，”

研究人员开发了六种不同的墨水，这些墨水在组织的微体系结构中集成了软应变传感器。在一个连续的过程中，研究小组将这些材料3D打印到带有集成传感器的心脏微生理设备中（即芯片上的心脏）。

Lewis说：“我们通过在打印设备中开发和集成多种功能材料来突破三维打印的界限。”“这项研究强有力地证明了我们的平台如何用于创建功能齐全的仪器化芯片，用于药物筛选和疾病建模。”

该芯片包含多个孔，每个孔都有单独的组织和集成的传感器，使研究人员可以立即研究许多工程化的心脏组织。为了证明该装置的功效，该团队进行了药物研究和长期工程研究，以研究工程化心脏组织收缩应力的逐渐变化，这种变化可能会持续数周。

Lind说：“当研究人员在心脏组织发育和成熟过程中逐渐发生变化时，他们常常处于黑暗状态，因为缺乏简便，无创的方法来测量组织的功能表现。”这些集成的传感器使研究人员能够在组织成熟时不断收集数据，并改善其收缩力。同样，它们将使人们能够研究慢性暴露于毒素的逐渐影响。

这项研究的共同作者，SEAS的Tarr家庭生物工程与应用物理教授Kit Parker说：“将微生理设备转变为用于研究人类健康和疾病的真正有价值的平台，要求我们同时解决设备的数据采集和制造问题。”帕克还是威斯学院的核心教员。“这项工作为这两个主要挑战提供了新的潜在解决方案。”

出版物：Johan U. Lind等人，“通过多材料三维打印来仪器化的心脏微生理设备”，《自然材料》（2016）doi：10.1038 / nmat4782

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