近日，東南大學生物科學與醫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大突破。與此同時，該研究成果論文于2017年3月7日發表在國際知名學術刊物《先進材料》Advanced Materials（影響因子：18.96）。

通常，器官芯片是要在芯片上仿生構建微器官來替代生物體，進行藥物評估和生物學研究等。由于心臟是人體最重要的器官，因此，構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的重要內容。

趙遠錦教授團隊基于彈簧對于力學的測定原理，提出了用螺旋結構纖維進行心肌細胞力學傳感的設想。螺旋結構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，包括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--螺旋結構。受此啟發，科學家們仿生研制了一系列用于微機電系統、光學傳感等的螺旋纖維，納米尺度的螺旋結構可以通過分子組裝等方式實現，宏觀彈簧等的螺旋結構則可以通過機械加工手段獲得。然而，微尺度的仿生螺旋纖維，特別是具有生物響應性的螺旋纖維尚無報道。

值得一提的是，該課題組研究發現借助于共軸毛細管微流控系統，通過調節多相流體在微流控通道中的流動行為，再結合流體的快速凝膠化，就可得到具有連續螺旋結構的微米纖維，纖維的螺距也可通過流體精確調控。不僅如此，利用三維微流控芯片的技術優勢，通過拓展凝膠前體溶液的流體通道，還可紡織得到多組分結構、核殼結構、以及雙螺旋結構的螺旋纖維。

由于構成螺旋纖維的水凝膠材料具有較好的柔性，研究者在流體中摻入具有磁響應性的納米粒子或溫度響應性的高分子就可以賦予螺旋纖維特定的刺激響應性功能。這些刺激響應性螺旋纖維還表現為彈簧的基本特性，即螺距的可復性改變。在此基礎上，研究人員將螺旋纖維連接在培養有小鼠心肌細胞的水凝膠膜上，發現隨著心肌細胞的規律跳動，纖維的螺距發生規律性的變化，這樣只需測量螺距的變化大小通過螺旋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，實現了細胞力學的傳感。

此項研究成果的最大意義在于，通過簡單的微流控技術即可得到具有特定微結構的聚合物螺旋纖維，這對于聚合物材料的功能拓展及其生物醫學應用有著重要的啟示作用。并且在器官芯片，尤其是心臟芯片的研究、心肌相關的藥物開發中具有重要的應用價值。

作者：趙遠錦