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近日，来自北京航空航天大学生物与医学工程学院、生物力学与力学生物学教育部重点实验室以及北京生物医学工程高精尖创新中心的樊瑜波教授和刘肖副教授团队，在物理领域的知名综合性期刊《Applied Physics Reviews》上发表了一篇题为“Microfluidic Organ Chip of Fluid-Solid Dynamic Curved Interface”的文章。这篇文章被期刊特别选为Featured article（特色文章），受到了广泛关注。此外，美国物理学联合会旗下的《科学之光》（AIP Scilight）也以“Flexible organ-on-a-chip device replicates complex curved surfaces”为题，对这项研究进行了报道。

该研究团队研发了一种独特的三通道“分支”型流道结构的器官芯片。这款芯片构造精致，包含上层流道层、中间的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜层以及底部的支撑基底层。团队巧妙地调整了PDMS薄膜的硬度，成功地模拟了不同组织的基底硬度。这款芯片的独特之处在于，通过精确调控进入细胞培养通道和压力调节通道的流体流量，以及狭窄阻力通道的压力，能够同时模拟复杂的动态流动剪切力和循环应变力学环境。

为了精确调控芯片中的剪切应力和循环应变，研究团队采用了纳维-斯托克斯方程和膜压力-变形关系方程，构建了关于剪切应力和应变与流体流动关系的理论分析模型。他们利用三维建模、仿真技术、粒子图像测速以及光学相干断层扫描实验等方法，验证了该理论模型的准确性。此外，研究团队还构建了一套自动、高效且低能耗的流体灌注平台。这一平台能够实现精确控制灌注流量，确保芯片中的剪切应力和循环应变得到有效调控。

为了验证该芯片的有效性，研究团队针对多种力学环境条件下的内皮细胞和上皮细胞的力传导机制进行了深入研究。他们测量了Ca2+跨膜转运通道Piezo1和力敏感转录因子YAP在芯片中的表现，进一步验证了该芯片平台在模拟和研究细胞在生理或病理状态下的行为机制的巨大潜力。这一成果为生物医学工程和细胞生物学领域的研究提供了新的工具和方法，有助于更深入地了解细胞行为的机制，为疾病诊断和治疗提供更多可能性。

除了上述研究，该团队还提出了一种创新的药物治疗方法。他们利用藻酸盐作为药物载体，通过与氯化钙溶液交联，实现了药物的定量释放。这一方法不仅有效控制了药物的剂量和释放速度，还为药物在PDMS薄膜中的扩散过程提供了深入的了解。通过这种创新的药物递送方式，研究人员能够更精确地测试药物的毒性，并找到最佳的治疗剂量。

最终，研究团队致力于探索颈动脉的个性化医疗方案。他们利用影像学技术和多种检测手段，获取颈动脉的三维结构信息和力学边界条件。通过仿真计算，他们确定了流动剪切力和循环应变在颈动脉中的分布情况。基于先前构建的理论分析模型，研究团队进一步计算了芯片模拟颈动脉窦和颈内动脉分支所需的力环境，并确定了所需的灌注流量。结合流体灌注系统和药物释放系统，他们测试了不同药物毒性和最佳剂量反应。这一研究为精准医疗的发展开辟了新的可能性。通过该器官芯片平台，可以根据患者的个体生理和病理特征，量身定制药物治疗方案。

总结来说，器官芯片是一种创新的生物技术，它通过构建包含活体细胞、组织成分、生物流体和组织形变等在内的微环境，模拟生物体内的复杂作用机制。这种技术为力学生物学和药物筛选等领域提供了重要的工具。尽管器官芯片已经取得了显著的成果，但仍有一些挑战尚未得到解决。