新型 NIST 芯片心脏微流控平台加速药物研发和商业化 

动物试验早已成为药物研发项目中的一项既定方案。但这种远非可靠的方法存在系统性问题。事实上，从动物试验转入人体临床试验的药物中，只有 10% 能够成功。

如此低的产量增加了药品上市所需的时间和成本，引发了保险公司和政府机构对该行业定价结构的抱怨。此外，人类对动物实验对象的困境变得更加敏感，这给制药行业带来了不良的道德形象。

因此，学术界和行业研究人员长期以来一直在寻求一种更好的系统，现在看来，人们期待已久的微流体技术在药物测试中的可行性已成为取代动物测试的领跑者。

芯片上的器官

微流体设备可以创建一个受控的微环境，通过在设备的微小通道内填充人体器官和血管细胞，基本上复制器官的生理和功能。然后将药物引入生态系统，以便观察特定的相互作用。可以收集有关毒性和其他影响的数据，现在 FDA 正在接受此类数据来代替动物试验数据。

许多研究小组已经展示了各种器官芯片平台（从洛斯阿拉莫斯国家实验室的肺部到香港大学的角膜）的性能。器官芯片在药物检测系统中的预测价值已被证明是可行的，推动该方法获得主流认可。

芯片上的心脏

Darwin Reyes-Hernandez 博士是美国国家标准与技术研究院 (NIST) 物理测量实验室 (PML) 微系统和纳米技术部门的生物医学工程师，他和他的团队刚刚发表了心脏芯片技术方面的重大突破。《芯片实验室》期刊论文介绍了使用微流体技术重现心肌梗塞情况以开发生物技术治疗方法。通常所说的“心脏病发作”是指由于缺乏血液供应而导致的心脏细胞死亡。

有趣的是，与肝脏组织非常相似，新进展显示心脏细胞成功再生，从而改善了患者的治疗效果。芯片上的心脏加速了数据收集，以证明治疗效果并加快了 FDA 对人体试验的批准。

NIST 的新平台

NIST 的“芯片上的心脏”也是在一种新型平台上制造的。Reyes-Hernandez 博士解释说，通过微型化微流体系统，他们能够缩短细胞必须行进的距离，从而更快地看到与外部介质的相互作用。使用一种新颖的跨孔设计概念，细胞可以被困在微流体装置膜的顶部和底部，距离约为 11 微米。

平台制造的核心是用于阻抗测量的 10 微米宽金电极。该过程可以实时测量细胞的连续运动，这对癌症研究也很重要。

“幸运的是”，Reyes-Hernandez 博士指出，“我们可以使用 NIST NanoFab，这是一个现场光刻工厂，我们的团队可以用它来创建新微流体平台设计所需的微结构。先进的制造技术使治疗世界头号杀手之一的高速解决方案成为可能。”

微观尺度上的先进制造

NIST 利用 NanoFab 等最先进的先进制造工具促进创新。对于没有现场资源而需要 1 至 200 微米范围内高分辨率制造的团体，Potomac Photonics 能够利用紫外线激光和微型 CNC 微加工技术帮助创建小型化解决方案。我们的原型到大批量生产能力还可以创建专为制造而设计的原型，确保快速上市和即时可扩展性。

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