新型流体系统推动人造血管和生物医学应用的发展

大自然不断激发工程应用的灵感。近日，香港大学(HKU)工程学院的一组研究人员从血管网络中获得新的灵感，开发出一种名为VasFluidics的新型流体系统。

流体系统可以通过流体和通道壁之间空间上不同的反应来调节流体成分，这在传统流体系统中尚未实现。

这项工作由工程学院机械工程学系Anderson Ho Cheung Shum教授的微流体与软物质团队的研究团队进行。

他们的发现发表在《自然通讯》上，标题为“具有空间功能化膜壁的血管网络启发的流体系统(VasFluidics)”。

该研究项目的第一作者Yafeng Yu说：“对血管中血液成分的出色控制是显着且重要的，它激发我们思考如何设计新的流体系统。”

血管网络是一种自然的流体系统，激发了这项研究。在血管网络的指导下，岑教授的团队开发了 VasFluidics，这是一种具有功能化膜壁的流体系统。与血管壁类似，VasFluidic 通道的壁薄而柔软，并且能够通过物理或化学手段改变液体成分。

这项研究展示了 VasFluidics 在流体处理中的强大功能。在分离的通道区域沉积有溶液或涂有酶后，VasFluidic通道的一些区域在物理上允许特定分子穿过通道壁，而一些区域则在化学上改变液体成分。结果让人想起人体内葡萄糖的吸附和代谢过程。

“VasFluidics 与传统的流体系统有很大不同。传统设备的通道壁通常是不可渗透的，无法像真实组织一样与通道内外的流体进行‘沟通’以进行流体调节。”Yafeng Yu 解释道。

VasFluidic 通道的 3D 图像(激光共焦扫描显微镜图像)。图片来源：《自然通讯》(2024)。 DOI：10.1038/s41467-024-45781-3

报道的技术结合了 3D 打印和软材料自组装。研究小组将一种液体打印在另一种不混溶的液体中，在液-液界面上组装软膜。除了微流控相关研究外，岑教授的团队还专注于液体界面上的软材料组装。他们之前的研究中软材料的理论和实验基础为制造 VasFluidic 装置铺平了道路。

“VasFluidics具有广阔的应用前景，特别是在设计微管结构和生物墨水方面。因此它具有与细胞工程相结合开发人造血管模型的巨大潜力，有望用于生物医学应用，例如器官和生物医学领域。这项研究的贡献者、曾任博士学位的 Pan Yi Pan 博士说：岑教授课题组学生，现任西南交通大学医学院副教授。

这项研究的另一位贡献者、岑教授课题组的研究助理教授郭伟博士补充道：“这项工作除了具有科学价值和潜在的生物医学应用之外，还激发了我们的想象力。人体的血管组织，一个高效的运输系统，经过数百万年的进化而得到完善。

“通过展示 VasFluidics 等合成系统重建血管组织的潜力，这项研究代表了我们在模仿和利用自然界最精确、最高效系统的非凡能力方面取得的重大进展。”

沉教授的团队一直专注于尖端微流体技术，以突破精确(生物)液体控制和高效(生物)液体样品分析的极限。尽管他们在微流体辅助生物医学应用方面取得了进展，但研究团队拒绝仅仅停留在传统设置上。

通过探索和实现微流体在更有效的生物流体处理和分析方面的潜力，该团队意识到设计和制造流体设备需要新的范例。

岑教授表示： “我们的长远目标是利用微流控技术开发人体体液的超灵敏分析，协助精准医疗对抗疾病，造福人类健康。”

Shum 教授预计 VasFluidics 系统将成为具有复杂流体操纵功能的仿生平台的先驱。 “潜在的生物医学应用是无限的。例子包括生物流体力学的体外建模、生物分子合成、药物筛选和器官疾病建模，”他说。