东大教授将仿生螺旋体用于心脏研究 取得重要进展

中国江苏网3月20日讯（记者 王逸男 通讯员 翟梦杰）小小的螺旋结构，竟有着大作用。日前，东南大学生物科学与医学工程学院赵远锦教授课题组在心脏芯片研究方面取得重要进展，课题组成员基于微流控技术开发了系列仿生螺旋纤维，并将其作为微弹簧用于心肌细胞收缩力学的传感。

该研究成果论文于2017年3月7日发表在国际知名学术刊物《先进材料》Advanced Materials（影响因子：18.96）。该研究论文第一作者为2016级博士生余筠如，赵远锦老师是唯一通讯作者。相关工作得到了国家基金委以及“111计划”（东南大学“器官芯片学科创新引智基地”项目）的资助。这也是赵远锦教授作为第一作者或通讯作者，以东南大学作为第一单位在该杂志发表的第六篇论文。

器官芯片是在芯片上仿生构建微器官来替代生物体，进行药物评估和生物学研究等。构建具有心肌细胞力学传感功能的心脏芯片是器官芯片开发中的重要内容。

赵远锦教授课题组提出了用螺旋结构纤维进行心肌细胞力学传感的设想。螺旋结构是自然界最普遍的一种形状，携带重要生命遗传信息的DNA、攀附在其他物体向上生长的植物藤蔓以及日常使用的弹簧等都采用了这种在局限空间里最佳的存在方式——螺旋结构。

受此启发，科学家们仿生研制了一系列用于微机电系统、光学传感等的螺旋纤维，但由于制备手段的限制，微尺度仿生螺旋纤维、特别是具有生物响应性的螺旋纤维尚无报道。

东南大学生物科学与医学工程学院科研团队研究发现通过调节多相流体在微流控通道中的流动行为，再结合流体的快速凝胶化，得到了具有连续螺旋结构的微米纤维。而利用微流控技术的优势，通过拓展流体通道，还可制备得到多组分结构、核壳结构以及双螺旋结构的螺旋纤维。

由于构成纤维的水凝胶材料具有较好的柔性，研究人员在流体中掺入具有磁响应、温度响应的物质就可以赋予螺旋纤维不同的刺激响应功能，表现为弹簧的基本特性，即螺距的可复性改变。

在此基础上，研究人员将螺旋纤维连接在培养有小鼠心肌细胞的水凝胶膜上，发现随着心肌细胞的规律跳动，纤维的螺距发生规律性变化，而通过测量纤维的弹性模量就可以推算出膜上心肌细胞的收缩力大小，实现了心肌细胞收缩力的传感。该技术在心肌相关的药物开发等方面具有重要应用价值。