环形微通道心脏芯片的载荷与电学测力校准
把外部压力、壁面形变和电阻变化对应起来，用于测量人源心肌微组织在机械刺激下的收缩。
用途与模型
- 研究用途
- 提供人源心肌微组织的机械刺激、收缩测量与器件校准方法，支持心脏 NAMs 功能评价；药物处理、动作电位和传导速度仍为论文后续工作。
- 模型与细胞来源
- PGP1 供者 人诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells，hiPSCs）来源心肌细胞与人间充质细胞形成三维微组织；组织附着在中央培养腔的侧壁锚定点。
- 方法版本
- 2021 年正式发表与公开作者版本
- 实验形式
- 同一芯片包含 4 个培养单元，各单元的中央组织与外侧环形微通道由柔性薄壁分隔；微通道兼作驱动和电阻传感结构。
材料与平台
- 力学结构
- 两种柔性壁面与可定制组织锚定点，结合外部压力施加位移。
- 测量与校准
- 显微成像测定位移，有限元描述载荷/刚度，电阻记录换算为相应形变及组织收缩力。
测量指标与分析
- 外部压力与壁面位移关系
- 电阻变化与形变关系
- 微组织收缩力和搏动间隔
- 不同组织单元同步记录
外部均匀压力与组织从内侧牵拉使用相应的形变校准。线性近似仅在研究表征范围内使用，不能直接外推至大形变。
研究设计与结果
标准品与器件校准
- 研究设计
- 器件光学/有限元/电学表征，结合短时静态拉伸、一个微组织的周期刺激和四单元并行记录。
- 测试范围
- 图 2 电阻—压力曲线每种结构记录 10 个周期；图 4 每种应变至少 23 次搏动，为所示微组织记录。图 6 为同一芯片 4 个组织，各搏动间隔分布分析超过 360 次搏动。
- 参照体系
- 两种壁面结构、不同外加应变，以及外部周期刺激前后相应的组织搏动记录。
- 研究结果
- 静态拉伸增加受测组织收缩力；一个微组织曾短暂接近外部刺激的节律。系统同时记录 4 个单元，但尚未完成药物评价或长期同步成熟验证。
适用条件与研究局限
- 该方法依靠有限元和光学位移建立力学换算；未用独立的直接测力设备复核全部组织。
- 图 4 的统计来自示例组织连续搏动，独立组织和供者覆盖仍有限。
- 八边形组织中央的纤维方向仍较杂乱，成熟度还需进一步表征。
- 药物、动作电位、传导速度与扩大通量均属于论文提出的后续工作。
来源与原文
- Direct laser writing for cardiac tissue engineering: a microfluidic heart on a chip with integrated transducers原始研究 · Lab on a Chip · 2021-03-18