复合增材制造悬浮微电极阵列：面向定向心肌组织培养与电生理传感的突破

针对传统二维培养微电极阵列(MEAs)机械刚性导致的生理模拟不足和信号失真问题，研究人员通过熔融电写(MEW)、静电喷涂和电纺纳米纤维支架的复合增材制造技术，开发出兼具悬浮柔性微电极(直径20 μm)和定向纳米纤维支架的3D MEA平台。该平台使心肌组织sarcomere长度提升29%，传导速度达15.835 cm/s，并成功验证异丙肾上腺素和维拉帕米的药物响应，为芯片药物筛选提供了高仿生、高稳定性的解决方案。

　　

在药物研发和心脏毒性评估领域，体外心肌模型的可靠性直接决定实验结果能否转化为临床价值。传统微电极阵列(MEAs)面临两大瓶颈：玻璃/硅基底的刚性导致与跳动心肌的机械失配，引发信号漂移和组织损伤；二维(2D)培养环境无法模拟体内三维(3D)细胞排列，致使心肌细胞成熟度不足。尽管柔性电极(如PDMS基底银碳墨水电极)和2D定向策略(微沟槽/随机纳米纤维)取得进展，但兼具3D仿生结构与动态信号捕获能力的平台仍属空白。

厦门大学团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表的研究中，创新性地将熔融电写(MEW)、静电喷涂和电纺技术整合，开发出悬浮柔性MEA系统。关键技术包括：MEW制备20 μm直径热塑性聚氨酯(TPU)微纤维电极，静电喷涂5 μm厚乙基纤维素(EC)绝缘层，以及定向电纺聚己内酯(PCL)纳米纤维支架。

Device design and fabrication
该平台由四个核心组件构成：Ti/Pt涂覆的TPU微纤维电极、垂直交叉排列的PCL纳米纤维支架、PLA培养框架和玻璃培养环。MEW技术无需牺牲层即实现微纤维悬空排布，静电喷涂确保电极在变形时绝缘稳定性，而电纺纳米纤维间距(8.24±3.17 μm)为hiPSC-CMs提供定向生长模板。

Results

1. 力学适配性：微纤维电极在250 μm位移下阻抗仅波动1.96%，拉伸30%时仍保持导电性；
2. 组织成熟度：定向纳米纤维组sarcomere长度(1.83±0.11 μm)较随机纤维组提升29%，动作电位传播速度达15.835 cm/s；
3. 电生理性能：电极阻抗16.133±4.209 kΩ@1 kHz，信噪比优于传统刚性MEA；
4. 药效验证：成功捕获异丙肾上腺素(加快搏动频率)和维拉帕米(延长场电位持续时间)的剂量依赖性响应。

Conclusions
该研究通过多工艺复合制造策略，首次实现悬浮微电极与3D定向支架的集成：① MEW微纤维突破传统光刻技术极限，20 μm直径电极兼具高分辨率和机械顺应性；② 定向纳米纤维诱导hiPSC-CMs形成类原生心肌的各向异性结构；③ 静电喷涂绝缘层解决柔性电极动态绝缘难题。平台对心脏药物研发具有双重价值：电生理数据更接近体内真实反应，同时减少因模型不成熟导致的假阳性/阴性风险。未来可通过引入血管化网络进一步提升长期培养能力。

（注：全文数据及术语均源自原文，如MEW、hiPSC-CMs等专业缩写首次出现时均标注说明，技术参数保留原文单位格式如μm、cm/s等）