测试化学品、药物、化妆品等对生物体的影响一直是动物权利倡导者愤怒的原因。由于这种做法明显的残忍,以及认为动物是可有可无的可悲想法,在制造神经生理系统或芯片器官方面已经取得了一些进展。这些措施旨在减少使用动物进行试验,并使科学家在不伤害任何生物的情况下研究这些影响。
这似乎解决了问题,但使用现代技术从芯片中制造和检索数据既昂贵又耗时。因此,为了使其更实惠和实用,哈佛大学的研究人员成功地开发出了新材料,允许他们3D打印设备及其所有复杂和集成传感器,可以使设备变得非常便宜,而且可以方便地收集数据。
该设备大小约为u盘大小,使用活的人类细胞来测试药物和疾病对肺、肠、胎盘和心脏等器官的影响。
但芯片的制造仍然是一个非常精细和复杂的过程,需要显微镜和高速摄像机来实现这个概念。该论文的合著者、团队成员特拉维斯·布斯比(Travis Busbee)在谈到这项技术时表示,
“我们的方法是通过数字化制造同时应对这两个挑战。通过开发用于多材料3D打印的新型可打印油墨,我们能够在增加设备复杂性的同时实现制造过程的自动化。”
![]()
哈佛大学的研究人员开发了一种新材料,可以让他们3D打印芯片上的心脏,并配有集成传感器来简化数据收集(来源:Johan Lind, Michael Rosnach,疾病生物物理小组/Lori K. Sanders, Lewis实验室/哈佛大学)
哈佛大学团队创造的芯片很特别,因为它使用了六种定制的3d打印材料,能够复制人类心脏组织的结构,并嵌入软应变传感器。该芯片可以在一个连续和自主的过程中打印,这使得它很容易制造,而且功能非常强大,因为它可以在芯片上的不同孔中放置不同的组织。
该论文的另一位合著者詹妮弗·刘易斯表示,
“通过在打印设备中开发和集成多种功能材料,我们正在推动三维打印的边界。这项研究有力地展示了我们的平台如何用于创建全功能的仪器芯片,用于药物筛选和疾病建模。”
![]()
芯片上心脏组织的特写(图片来源:约翰·林德,弗朗西斯科·帕斯夸里尼,哈佛大学疾病生物物理小组)
最先进的微型传感器使研究人员能够研究和收集组织随时间的数据,并通过测量收缩应力的变化和长期接触药物和毒素对器官的影响,他们可以得出合理的结论和建议。这项研究发表在杂志上,自然材料。
3D打印的延时在下面的视频中可见。
该研究的第一作者、哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的博士后约翰·乌尔里克·林德评论了这一惊人的成就,
“当涉及到心脏组织发育和成熟过程中发生的逐渐变化时,研究人员经常被蒙在摸里,因为缺乏简单、非侵入性的方法来测量组织功能性能。这些集成传感器使研究人员能够在组织成熟和提高收缩性的同时持续收集数据。同样,它们将有助于研究长期暴露于毒素的逐渐影响。”