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用MEMS芯片找到控制心脏病的方法

2018-01-03 20:15:43来源: EE Times 关键字:MEMS芯片  心脏病

在新加坡南洋理工大学,医学研究人员正尝试利用一款新开发的微电子机械系统(MEMS)微流控芯片,来实现研究心血管疾病的成因和预防……

EETimes佛罗里达州报道,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大鼠或培养皿中培养心脏细胞。在新加坡南洋理工大学,医学研究人员正尝试利用一款新开发的微电子机械系统(MEMS)微流控芯片,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上时,动脉中的精确血流情况。在活组织中,由此产生的动脉粥样硬化(atherosclerosis)会限制血液流动,并可能导致心脏病发作。这款芯片最牛的地方是,能够模拟心脏血管细胞的炎症反应,这种反应能够切断血液供应。如果这些反应能被抑制,那么心脏病就不会发生。

在实验中,研究人员首先使用人造血液来完善通过微流体“血管”的流动通道,然后使用真实血液模拟需要消除的炎症反应,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样硬化建模方法,远远优于使用培养细胞或实验室动物模拟条件的方法。

该小组希望学习如何通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,研究人员的精力已经集中在心脏血流的整体生物力学上,并精确地模拟了心脏血管的形状和几何结构,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,通过柔性聚合物膜隔开,以模拟导致心脏病发作的条件。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)。为了准确地模拟一颗真实的心脏,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。该系统通过将空气泵送到柔性充气室中来操作,从而推动薄膜以模拟阻塞动脉中受限制的血流。

在芯片上实现动脉粥样硬化的模拟,并在心脏病发作前评估血管的狭窄和血液的健康状况。 (Source: Han Wei Hou)

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样硬化的蛋白质。当使用真实血液模拟时,免疫细胞的积聚则更快发展成动脉堵塞斑块的脂质。

据芯片研发负责人韩伟厚(音译)介绍,该芯片在模仿这些众所周知的心脏病前兆的准确性,使其成为测试新疗法的理想装置。

该团队在这几篇文章中详述了研究成果:“芯片上的动脉粥样硬化:可调节3D狭窄血管微装置(Atherosclerosis-on-a-Chip: A Tunable 3D Stenotic Blood Vessel Microdevice)”和1月2日发表的一篇文章“一种可调的微流体3D狭窄模型,用于研究动脉粥样硬化中的白细胞 - 内皮相互作用(A tunable microfluidic 3D stenosis model to study leukocyte-endothelial interactions in atherosclerosis.)”。


关键字:MEMS芯片  心脏病

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/article_201801038368.html
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