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近日妆艘，來自北京航空航天大學生物與醫(yī)學工程學院吁峻、生物力學與力學生物學教育部重點實驗室以及北京生物醫(yī)學工程高精尖創(chuàng)新中心的樊瑜波教授和劉肖副教授團隊敲茄，在物理領域的知名綜合性期刊《Applied Physics Reviews》上發(fā)表了一篇題為“Microfluidic Organ Chip of Fluid-Solid Dynamic Curved Interface”的文章傻工。這篇文章被期刊特別選為Featured article（特色文章）回右，受到了廣泛關(guān)注境钟。此外令花，美國物理學聯(lián)合會旗下的《科學之光》（AIP Scilight）也以“Flexible organ-on-a-chip device replicates complex curved surfaces”為題，對這項研究進行了報道凉倚。

該研究團隊研發(fā)了一種獨特的三通道“分支”型流道結(jié)構(gòu)的器官芯片兼都。這款芯片構(gòu)造精致，包含上層流道層稽寒、中間的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜層以及底部的支撐基底層扮碧。團隊巧妙地調(diào)整了PDMS薄膜的硬度，成功地模擬了不同組織的基底硬度杏糙。這款芯片的獨特之處在于慎王，通過精確調(diào)控進入細胞培養(yǎng)通道和壓力調(diào)節(jié)通道的流體流量，以及狹窄阻力通道的壓力宏侍，能夠同時模擬復雜的動態(tài)流動剪切力和循環(huán)應變力學環(huán)境赖淤。

為了精確調(diào)控芯片中的剪切應力和循環(huán)應變，研究團隊采用了納維-斯托克斯方程和膜壓力-變形關(guān)系方程谅河，構(gòu)建了關(guān)于剪切應力和應變與流體流動關(guān)系的理論分析模型咱旱。他們利用三維建模、仿真技術(shù)绷耍、粒子圖像測速以及光學相干斷層掃描實驗等方法吐限，驗證了該理論模型的準確性。此外褂始，研究團隊還構(gòu)建了一套自動诸典、高效且低能耗的流體灌注平臺。這一平臺能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制灌注流量病袄，確保芯片中的剪切應力和循環(huán)應變得到有效調(diào)控搂赋。

為了驗證該芯片的有效性赘阀，研究團隊針對多種力學環(huán)境條件下的內(nèi)皮細胞和上皮細胞的力傳導機制進行了深入研究益缠。他們測量了Ca2+跨膜轉(zhuǎn)運通道Piezo1和力敏感轉(zhuǎn)錄因子YAP在芯片中的表現(xiàn)，進一步驗證了該芯片平臺在模擬和研究細胞在生理或病理狀態(tài)下的行為機制的巨大潛力基公。這一成果為生物醫(yī)學工程和細胞生物學領域的研究提供了新的工具和方法幅慌，有助于更深入地了解細胞行為的機制，為疾病診斷和治療提供更多可能性轰豆。

除了上述研究，該團隊還提出了一種創(chuàng)新的藥物治療方法酸休。他們利用藻酸鹽作為藥物載體骂租，通過與氯化鈣溶液交聯(lián)，實現(xiàn)了藥物的定量釋放斑司。這一方法不僅有效控制了藥物的劑量和釋放速度渗饮，還為藥物在PDMS薄膜中的擴散過程提供了深入的了解。通過這種創(chuàng)新的藥物遞送方式，研究人員能夠更精確地測試藥物的毒性互站，并找到最佳的治療劑量私蕾。

最終，研究團隊致力于探索頸動脈的個性化醫(yī)療方案胡桃。他們利用影像學技術(shù)和多種檢測手段踩叭，獲取頸動脈的三維結(jié)構(gòu)信息和力學邊界條件。通過仿真計算翠胰，他們確定了流動剪切力和循環(huán)應變在頸動脈中的分布情況容贝。基于先前構(gòu)建的理論分析模型亡容，研究團隊進一步計算了芯片模擬頸動脈竇和頸內(nèi)動脈分支所需的力環(huán)境嗤疯，并確定了所需的灌注流量。結(jié)合流體灌注系統(tǒng)和藥物釋放系統(tǒng)闺兢，他們測試了不同藥物毒性和最佳劑量反應茂缚。這一研究為精準醫(yī)療的發(fā)展開辟了新的可能性。通過該器官芯片平臺屋谭，可以根據(jù)患者的個體生理和病理特征脚囊，量身定制藥物治療方案。

總結(jié)來說桐磁，器官芯片是一種創(chuàng)新的生物技術(shù)悔耘，它通過構(gòu)建包含活體細胞、組織成分我擂、生物流體和組織形變等在內(nèi)的微環(huán)境衬以，模擬生物體內(nèi)的復雜作用機制。這種技術(shù)為力學生物學和藥物篩選等領域提供了重要的工具校摩。盡管器官芯片已經(jīng)取得了顯著的成果看峻，但仍有一些挑戰(zhàn)尚未得到解決。