3D打印的一小步，人類健康的一大步！

材料牛注:哈佛大學的研究人員首次完全利用3D打印制備出具有集成傳感的生物芯片。這項成果為研究人類的健康和疾病提供了新的可能性。

完全用測量組織伸縮強度的內置傳感器3D打印的心臟芯片

哈佛大學的研究人員首次完全利用3D打印制備具有集成傳感的生物芯片。3D打印的心臟芯片可以通過一個完全自動化以及數字化的制造過程實現快速生產和定做，從而允許研究人員很容易對短期和長期的研究收集可靠數據。

這種制造芯片的新方法總有一天會讓研究人員快速設計生物芯片，這也被稱為微生理系統，可以匹配一種特定疾病甚至是病人個體細胞的特征。

該研究成果發表在期刊Nature Materials。Johan Ulrik Lind是這篇論文的第一作者，哈佛大學約翰·A·保爾森工程和應用科學學院(SEAS)博士后研究員，同時也是哈佛大學威斯生物工程研究所的研究員。他表示：“用這個新的可編程的方法來構建生物芯片，不僅使我們能夠很容易地通過集成傳感改變和定制系統的設計，同時也大大簡化了數據的采集。”

該篇文章的共同作者之一Kit Parker表示：“我們的精密制造方法開辟體外組織工程、毒理學和藥物篩選研究的新途徑。”Kit Parker是Tarr家族生物工程和應用物理學的教授以及威斯研究所的核心成員。

生物芯片模仿天然組織的結構和功能，很有可能替代傳統的動物實驗。哈佛大學的研究人員已經開發出微生理系統，模擬肺、心、舌和腸道的微體系結構和功能。

然而，生物芯片的制造和數據收集過程非常昂貴且費時費力。目前，這些設備是通過一個復雜、多步驟的光刻過程，在干凈的房間進行搭建。收集數據則需要顯微鏡或高速攝像機。

文章的共同作者、Lewis實驗室的研究生Travis Busbee表示：“我們的方法采用數字化制造的方法同時解決這兩大難題。通過發展新型打印墨水進行多材質的3D打印，我們能夠在增加設備復雜性的同時，實現自動化制造。”

研究人員開發出六種不同的墨水，整合出具有微架構組織的軟應變傳感器。在單一連續過程中，研究人員3D打印出了心臟微生理設備，即具有集成傳感器的心臟芯片。

哈佛大學生物啟發工程研究所的Hansjorg Wyss教授、這項研究的合作者Jennifer Lewis表示：“我們正在通過用印刷設備開發和集成多功能材料來推動3D打印的發展。這項研究有力地證明，我們的平臺如何制造功能完整的芯片，用于藥物篩選和疾病建模。”Lewis也是威斯研究所的核心成員。

芯片包含多個孔，每個都有獨立的組織和集成傳感器，這使研究人員可以同時研究多個心肌組織。為了證明設備的功效，該團隊進行藥物研究和心肌組織收縮能力漸變的長期研究，這個過程可能進行幾個星期。

Lind說：“由于缺乏簡單、非侵入性的方法來衡量組織功能的特性，所以，當心肌組織發展和成熟過程發生收縮能力漸變時，研究人員經常很晚才能結束工作。在組織成熟和收縮性提高時，這些集成傳感器可以讓研究人員不斷收集數據。同樣，研究人員將探究其長期暴露于毒素中所受到的慢性影響。

Parker表示：“將微生理設備轉變成研究人類健康和疾病的真正有價值的平臺，要求我們解決數據采集和設備制造問題。這項工作為解決這兩個主要挑戰提供了新的可能性。”

原文鏈接：3D-Printed Heart-On-a-Chip with Integrated Sensors。

文獻鏈接：Instrumented cardiac microphysiological devices via multimaterial three-dimensional printing。

本文由編輯部丁菲菲提供素材，牛效瑩編譯，萬鑫浩審核，點我加入材料人編輯部。