莫納什大學(xué)程文龍教授《Nat. Commun.》: 基于電子皮膚的柔性傳感器用于心臟類器官的“脈動”的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控
2022-12-01 來源：高分子科技
干細(xì)胞衍生的心臟類器官是了解人類心臟組織收縮動力學(xué)，心血管功能和疾病的重要平臺。然而，這類懸浮于培養(yǎng)液種的柔軟微小類器官（直徑約1mm）與傳統(tǒng)剛性力學(xué)傳感器力學(xué)性能不匹配，無法實現(xiàn)共形接觸，并且缺少與類器官培養(yǎng)環(huán)境相匹配的柔性平臺以實現(xiàn)長期，無線，遠(yuǎn)程，即時原位監(jiān)測。
不同于傳統(tǒng)剛性傳感器，該工作構(gòu)建了一個基于PDMS的全柔性培養(yǎng)平臺（圖1a）同時實現(xiàn)心臟類器官的培養(yǎng)和監(jiān)測。PDMS探針通過調(diào)整微型位移平臺可以與心臟類器官進(jìn)行類似于AFM的輕微接觸以使類器官與其下的超薄電子皮膚建立最佳接觸條件 （圖1e-f），從而實現(xiàn)對心肌細(xì)胞收縮與舒張這樣的微小應(yīng)力進(jìn)行直接監(jiān)測。該平臺對心臟類器官監(jiān)測的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性也通過了激光多普勒測速儀（圖1k-l），光學(xué)顯微鏡（圖2a-f），以及商用微電極陣列 (圖2g-o)等不同傳統(tǒng)監(jiān)測方法的驗證。同時，對弱跳動類器官的進(jìn)一步測量表明，柔性力學(xué)傳感平臺的靈敏度高于傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡。更重要的是，這種柔性力學(xué)監(jiān)測平臺適用于各種不同培養(yǎng)環(huán)境以及條件例如電刺激響應(yīng)及復(fù)蘇（圖3），給藥（圖4），長期培養(yǎng)及疾病建模過程（圖5）監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果證明柔性平臺能夠檢測到類器官由于臨床相關(guān)病理改變對其收縮/舒張動態(tài)機(jī)械性能的影響。此外，通過集成藍(lán)牙模塊和柔性印刷線路板，該平臺可以實現(xiàn)在智能手機(jī)上對培養(yǎng)在恒溫箱種的心臟類器官進(jìn)行實時，無線監(jiān)測 （圖6）。這證明了無線心臟類器官監(jiān)測系統(tǒng)的便利性，為遠(yuǎn)程生物監(jiān)測提供了新思路。
圖1 柔性納米裂紋力學(xué)傳感平臺的制備與表征
圖2 光學(xué)/動態(tài)力學(xué)監(jiān)測與電生理學(xué)/動態(tài)力學(xué)監(jiān)測心臟類器官的同步對比
圖3 電刺激環(huán)境下心臟類器官的即時力學(xué)監(jiān)測
圖4心臟類器官給藥（卡巴膽堿）過程的即時力學(xué)監(jiān)測
圖5 心臟類器官長期培養(yǎng)過程中的發(fā)育研究與糖尿病疾病建模
圖6 心臟類器官遠(yuǎn)程、無線監(jiān)測
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