供稿人:梁红涛、贺健康 发布日期：2017-12-01
生物医学的进步与发展对促进疾病的预防和治疗，维护人类健康有着至关重要的作用。传统的生物医学研究多依赖于动物实验和细胞培养技术，但是这种方法一般只能对疾病进行短期的监测和小规模的药物筛选。近几年来，器官芯片在生物医学领域得到广泛重视，它能够有效的解决传统方法存在的不足，实现对疾病长期监测和规模药物测试和筛选。但是器官芯片主要依赖于光学跟踪分析技术而不是集成传感技术来实现检测功能，而且器官芯片的制造过于复杂，在一定程度上限制了其应用。
由此，美国哈佛大学的Johan U. Lind 和Travis A. Busbee 在 Nature materials 发表了一篇名为“Instrumented cardiac microphysiological devices via multimaterial three-dimensional printing”的文章，详细的介绍一种应用3D打印方法制造心脏结构微生理活动检测装置的方法，得到了国内外学者的广泛关注。
图1 装置制造过程
该装置主要由：信号采集、信号转换处理、显示装置组成。其中关键部分信号采集，是由多种材料通过3D打印设备，逐层打印制造而成的，如图1所示。其整个制造流程如下：1）在基底上打印一层可水解的牺牲材料，以便于装置从基地上取下来；2）打印一层具有热塑性的TPU材料作为底部支撑材料；3）打印碳纳米颗粒和TPU的混合物作为压电传感层；4）打印TPU材料覆盖在压电传感层；5）打印PDMS 纤维用于实现接种细胞的分层；6） 打印银“墨水”作为电极和导线； 7）打印绝缘层和外部三维框架。然后将打印结构放入温水中，待基底上牺牲材料融化后，检测装置便可取出。应用3D打印方法可以快速高效的实现上述装置的制造，并且可按需实现定制化制造。
图2 装置测试与应用
为检测该装置的精确性和可靠性，作者采用一个机械装置来模拟心脏收缩频率和压力然后应用该装置和传统光学分析技术进行检测，通过对比两者之间的差距，验证了该装置的良好精度。由此，该装置被应用于检测药物对心肌细胞微观生理活动的影响也表现出良好的效果，整体结果如图2所示。
此项研究有力的促进了3D打印技术在组织工程、生物医学、药物测试方面的应用，相信随着时间的发展，3D打印技术将会在越来越多的领域展现出其得天独厚的优势。