12月3日上午，智能医学讲堂—智能医用材料青年学者沙龙圆满举行。

沙龙特邀东南大学教授、博士生导师、科技部重点专项首席科学家、国家“万人计划”科技领军人才、英国皇家化学会会士、国家优青赵远锦教授，作了题为《仿生器官芯片研究》的专题报告，分享他多年的研究工作进展和成果。赵远锦教授课题组致力于用工程学的思路和方法解决生物医学中的问题，具体有以下三个研究方向：微纳结构生物医用材料，仿生智能界面材料，仿生器官芯片。

器官芯片是在芯片上仿生构建微器官来替代生物体，进行药物评估和生物学研究等。心脏是人体最重要的器官，因此，构建具有心肌细胞传感功能的“心脏芯片”是“器官芯片”开发的重要内容。东南大学赵远锦教授课题组受变色龙细胞调控结构色的启发，在国际上率先提出了构建具有结构色传感功能的“心脏芯片”的设想。

具有自主调节结构色功能的反蛋白石水凝胶示意图

该研究成果于2018年以“Bioinspired living structural color hydrogels”为题，发表在国际顶级期刊《Science Robotics》（科学-机器人）杂志上，这也是中国学者独立完成的首篇《科学》机器人子刊论文。同时，它标志着世界首创性的、具有微生理可视化功能的“心脏芯片”问世。

构建具有心肌细胞力学传感功能的心脏芯片是器官芯片开发中的重要内容。赵远锦教授课题组提出了用螺旋结构纤维进行心肌细胞力学传感的设想。螺旋结构是自然界最普遍的一种形状，携带重要生命遗传信息的DNA、攀附在其他物体向上生长的植物藤蔓以及日常使用的弹簧等都采用了这种在局限空间里最佳的存在方式——螺旋结构。

赵远锦教授团队研究发现通过调节多相流体在微流控通道中的流动行为，再结合流体的快速凝胶化，得到了具有连续螺旋结构的微米纤维。而利用微流控技术的优势，通过拓展流体通道，还可制备得到多组分结构、核壳结构以及双螺旋结构的螺旋纤维。由于构成纤维的水凝胶材料具有较好的柔性，研究人员在流体中掺入具有磁响应、温度响应的物质就可以赋予螺旋纤维不同的刺激响应功能，表现为弹簧的基本特性，即螺距的可复性改变。在此基础上，研究人员将螺旋纤维连接在培养有小鼠心肌细胞的水凝胶膜上（如图2所示），发现随着心肌细胞的规律跳动，纤维的螺距发生规律性变化，而通过测量纤维的弹性模量就可以推算出膜上心肌细胞的收缩力大小，实现了心肌细胞收缩力的传感。该技术在心肌相关的药物开发等方面具有重要应用价值。

图2

此外，其课题组提出了用于多重测定的新型结构性彩色条形码微马达。这些微马达的自我运动可以有效地加快检测样品的混合速度，大大增加探针与目标之间的相互作用，从而实现更快、更灵敏的单一或多重检测，而这些条码微马达的磁性使得微马达的采集更加灵活，方便了检测过程。这些特性使得腔性结构彩色条形码微马达成为生物医学应用的理想选择。赵远锦教授还对活细胞驱动的生物混合型机器人、新型生物软机器人及其应用进展进行了综述介绍。

报告结束后，赵远锦教授与在座的科研工作者和研究生进行了学术交流，使大家加深了对器官芯片前沿领域的认识，开阔了科研视野。

赵远锦教授十余年间研究硕果累累，已发表 SCI 论文 310 余篇，IF 之和大于 3600，其中 160 余篇 IF 大于 10，被引用 12300余次（H 因子为 57）；第一作者/通讯作者论文包括 7 篇 Nature / Science 子刊、6 篇 PNAS、4 篇 IF 大于 50、以及 21 篇 IF 大于 30 的论文等；研究成果共申请专利200 余项，获授权 60 余项。