供稿人:梁紅濤、賀健康 發(fā)布日期：2017-12-01
生物醫(yī)學的進步與發(fā)展對促進疾病的預防和治療，維護人類健康有著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的生物醫(yī)學研究多依賴于動物實驗和細胞培養(yǎng)技術(shù)，但是這種方法一般只能對疾病進行短期的監(jiān)測和小規(guī)模的藥物篩選。近幾年來，器官芯片在生物醫(yī)學領(lǐng)域得到廣泛重視，它能夠有效的解決傳統(tǒng)方法存在的不足，實現(xiàn)對疾病長期監(jiān)測和規(guī)模藥物測試和篩選。但是器官芯片主要依賴于光學跟蹤分析技術(shù)而不是集成傳感技術(shù)來實現(xiàn)檢測功能，而且器官芯片的制造過于復雜，在一定程度上限制了其應(yīng)用。
由此，美國哈佛大學的Johan U. Lind 和Travis A. Busbee 在 Nature materials 發(fā)表了一篇名為“Instrumented cardiac microphysiological devices via multimaterial three-dimensional printing”的文章，詳細的介紹一種應(yīng)用3D打印方法制造心臟結(jié)構(gòu)微生理活動檢測裝置的方法，得到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。
圖1 裝置制造過程
該裝置主要由：信號采集、信號轉(zhuǎn)換處理、顯示裝置組成。其中關(guān)鍵部分信號采集，是由多種材料通過3D打印設(shè)備，逐層打印制造而成的，如圖1所示。其整個制造流程如下：1）在基底上打印一層可水解的犧牲材料，以便于裝置從基地上取下來；2）打印一層具有熱塑性的TPU材料作為底部支撐材料；3）打印碳納米顆粒和TPU的混合物作為壓電傳感層；4）打印TPU材料覆蓋在壓電傳感層；5）打印PDMS 纖維用于實現(xiàn)接種細胞的分層；6） 打印銀“墨水”作為電極和導線； 7）打印絕緣層和外部三維框架。然后將打印結(jié)構(gòu)放入溫水中，待基底上犧牲材料融化后，檢測裝置便可取出。應(yīng)用3D打印方法可以快速高效的實現(xiàn)上述裝置的制造，并且可按需實現(xiàn)定制化制造。
圖2 裝置測試與應(yīng)用
為檢測該裝置的精確性和可靠性，作者采用一個機械裝置來模擬心臟收縮頻率和壓力然后應(yīng)用該裝置和傳統(tǒng)光學分析技術(shù)進行檢測，通過對比兩者之間的差距，驗證了該裝置的良好精度。由此，該裝置被應(yīng)用于檢測藥物對心肌細胞微觀生理活動的影響也表現(xiàn)出良好的效果，整體結(jié)果如圖2所示。
此項研究有力的促進了3D打印技術(shù)在組織工程、生物醫(yī)學、藥物測試方面的應(yīng)用，相信隨著時間的發(fā)展，3D打印技術(shù)將會在越來越多的領(lǐng)域展現(xiàn)出其得天獨厚的優(yōu)勢。