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用于可视芯片心脏构造的导电和各向异性结构颜色凝胶

学术动态    2022-06-02 16:10

 

DOI: 10.1002/advs.202105777

心脏芯片在揭示心肌病的生物学机制和开发新药方面具有重要作用。人们投入了大量的精力来开发具有简化制作、精确模仿和微生理视觉效果的芯片上心脏系统。在这篇论文中,作者提出了一种新型的导电和各向异性结构的彩色水凝胶,通过简单地聚合非紧密排列的胶体阵列在超排列的碳纳米管片(SACNTs)上,可以实现可视化和精确的芯片上心脏的构建。所生成的各向异性水凝胶由一个表面上具有明亮结构颜色的胶体阵列锁定水凝胶层和另一个表面上的导电甲基丙烯酸明胶(GelMA)/SACNTs薄膜组成。结果表明,SACNTs的各向异性形态可有效诱导心肌细胞排列,且SACNTs的电导率可促进心肌细胞的同步跳动。这种一致的跳动节奏引起了水凝胶基质的变形以及整个混合水凝胶结构颜色和反射光谱的动态变化。更有趣的是,将这种心肌细胞驱动的活结构颜色水凝胶与微流体相结合,建立了跳动频率更一致的可视化心肌芯片系统,用于动态心肌细胞传感和药物筛选。结果表明,导电和各向异性结构的彩色水凝胶具有广泛的生物医学应用前景。

 

图1 示意图显示了所描述的各向异性水凝胶,该水凝胶由一个表面上具有明亮结构颜色的胶体阵列锁定水凝胶层和另一表面上的导电甲基丙烯酸明胶 (GelMA)/SACNTs 薄膜组成。

图2 a)显示各向异性和导电结构彩色水凝胶的制备示意图。b-e) b,c) 非密排二氧化硅纳米粒子和 d,e) GelMA/SACNTs 的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。f,g)显示 SACNT 集成结构彩色水凝胶界面微观结构的侧视图。 比例尺在 (b) 中为 1 µm,在 (c) 中为 200 nm,在 (d) 和 (f) 中为 2 µm,在 (e) 和 (g) 中为 500 nm。

图3 a) 不同弯曲度的结构颜色变化示意图。b)导电结构彩色水凝胶在弯曲循环(30°)内的代表性光学稳定性测试。c) 不同弯曲度下波长偏移的循环测试。d) 导电结构彩色水凝胶在弯曲循环 (30°) 内的电稳定性测试。e) 不同弯曲度下相对电阻变化的循环试验。

图4 a) 心肌细胞在导电结构彩色水凝胶上的培养和排列示意图。b)荧光图像(蓝色的细胞核和绿色的 F-肌动蛋白)显示在有/没有 SACNT 的基质上培养的心肌细胞的形态。c) 与不同层 SACNT 集成的基板上的细胞频率统计。d) 显示不同底物上起搏器数量的统计图。