3D打印的一小步，人类健康的一大步！

材料牛注:哈佛大学的研究人员首次完全利用3D打印制备出具有集成传感的生物芯片。这项成果为研究人类的健康和疾病提供了新的可能性。

完全用测量组织伸缩强度的内置传感器3D打印的心脏芯片

哈佛大学的研究人员首次完全利用3D打印制备具有集成传感的生物芯片。3D打印的心脏芯片可以通过一个完全自动化以及数字化的制造过程实现快速生产和定做，从而允许研究人员很容易对短期和长期的研究收集可靠数据。

这种制造芯片的新方法总有一天会让研究人员快速设计生物芯片，这也被称为微生理系统，可以匹配一种特定疾病甚至是病人个体细胞的特征。

该研究成果发表在期刊Nature Materials。Johan Ulrik Lind是这篇论文的第一作者，哈佛大学约翰·A·保尔森工程和应用科学学院(SEAS)博士后研究员，同时也是哈佛大学威斯生物工程研究所的研究员。他表示：“用这个新的可编程的方法来构建生物芯片，不仅使我们能够很容易地通过集成传感改变和定制系统的设计，同时也大大简化了数据的采集。”

该篇文章的共同作者之一Kit Parker表示：“我们的精密制造方法开辟体外组织工程、毒理学和药物筛选研究的新途径。”Kit Parker是Tarr家族生物工程和应用物理学的教授以及威斯研究所的核心成员。

生物芯片模仿天然组织的结构和功能，很有可能替代传统的动物实验。哈佛大学的研究人员已经开发出微生理系统，模拟肺、心、舌和肠道的微体系结构和功能。

然而，生物芯片的制造和数据收集过程非常昂贵且费时费力。目前，这些设备是通过一个复杂、多步骤的光刻过程，在干净的房间进行搭建。收集数据则需要显微镜或高速摄像机。

文章的共同作者、Lewis实验室的研究生Travis Busbee表示：“我们的方法采用数字化制造的方法同时解决这两大难题。通过发展新型打印墨水进行多材质的3D打印，我们能够在增加设备复杂性的同时，实现自动化制造。”

研究人员开发出六种不同的墨水，整合出具有微架构组织的软应变传感器。在单一连续过程中，研究人员3D打印出了心脏微生理设备，即具有集成传感器的心脏芯片。

哈佛大学生物启发工程研究所的Hansjorg Wyss教授、这项研究的合作者Jennifer Lewis表示：“我们正在通过用印刷设备开发和集成多功能材料来推动3D打印的发展。这项研究有力地证明，我们的平台如何制造功能完整的芯片，用于药物筛选和疾病建模。”Lewis也是威斯研究所的核心成员。

芯片包含多个孔，每个都有独立的组织和集成传感器，这使研究人员可以同时研究多个心肌组织。为了证明设备的功效，该团队进行药物研究和心肌组织收缩能力渐变的长期研究，这个过程可能进行几个星期。

Lind说：“由于缺乏简单、非侵入性的方法来衡量组织功能的特性，所以，当心肌组织发展和成熟过程发生收缩能力渐变时，研究人员经常很晚才能结束工作。在组织成熟和收缩性提高时，这些集成传感器可以让研究人员不断收集数据。同样，研究人员将探究其长期暴露于毒素中所受到的慢性影响。

Parker表示：“将微生理设备转变成研究人类健康和疾病的真正有价值的平台，要求我们解决数据采集和设备制造问题。这项工作为解决这两个主要挑战提供了新的可能性。”

原文链接：3D-Printed Heart-On-a-Chip with Integrated Sensors。

文献链接：Instrumented cardiac microphysiological devices via multimaterial three-dimensional printing。

本文由编辑部丁菲菲提供素材，牛效莹编译，万鑫浩审核，点我加入材料人编辑部。