《电子技术应用》

心脏病将不会发生,只因这个MEMS芯片

2018/1/4 18:28:01

  新加坡南洋理工大学的医学研究人员尝试利用一款新开发的MEMS微流体芯片,实现研究心血管疾病成因及其预防的目标...

  对于研究心血管疾病的成因和预防方法,未来将不仅局限于解剖老鼠或在培养皿中培养心脏细胞。在新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University),医学研究人员正尝试利用一款新开发的微机电系统(MEMS)微流体芯片,来实现这一目标。

  该芯片模拟了当脂肪和胆固醇积聚在内部动脉壁斑块时,动脉中的精确血流情况。在活组织中,由此产生的动脉粥状硬化(atherosclerosis)限制血液流动,并可能导致心脏病发作。该芯片的关键在于能够模拟心脏血管细胞的发炎反应——这种反应可能导致血液供应阻断。如果这些反应能被抑制,那么心脏病就不会发生。

  实验中,研究人员首先使用人造血液来完善透过微流体“血管”的流动通道,然后再用真实血液模拟需要消除的发炎反应,以防止心脏病发作。因为在芯片上可以密切观察到血管内壁细胞的反应,所以研究小组声称他们的动脉粥状硬化建模方法,远远优于使用培养细胞或实验室动物建模条件的方法。

  该研究小组希望学习如何透过多种手段来调节血管收缩,以防止或至少减轻心脏病发作。到目前为止,研究人员专注于心脏血流的整体生物力学,并精确地为心脏血管的形状和几何结构建模,以查明血管收缩原因。

  这个仅方寸之间的芯片拥有两个堆叠的腔室,透过软性聚合物膜隔开,以模拟导致心脏病发作的情况。底部腔室包含压缩空气,顶部腔室包含血液(或血样测试流体)。为了准确地建模一颗真实的心脏,研究人员从冠状静脉培养内皮细胞(endothelial cells),使其充满流体填充室。该系统透过将空气泵送到软性充气室中来操作,从而推动薄膜以模拟阻塞动脉中受限制的血流。

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  在芯片上建模动脉粥状硬化,并评估血管的狭窄和血液的健康状况,以预防心脏病发作 。

  研究人员发现,随着血管堵塞情况的加剧,内皮细胞释放出一种导致动脉粥状硬化的蛋白质。当使用真实血液模拟时,免疫细胞的积聚会更快发展成动脉堵塞斑块的脂质。

  据芯片研发负责人Han Wei Hou介绍,该芯片能准确地模拟这些已知的心脏病前兆,使其成为测试新疗法的理想装置。


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