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用導電塑料造出“跳動”的人工心肌細胞 首次成功模擬了離子信號傳導功能|觀察

時間：2026-06-09 09:05:43    來源：科技日報    


(資料圖片僅供參考)

一項發表于最新一期《自然·通訊》的研究取得了重要突破：科學家利用基于導電塑料的有機電子材料造出會“跳動”的人工心臟，首次成功模擬了心肌細胞的離子信號傳導功能。這項由瑞典林雪平大學團隊完成的工作，為未來開發新型心臟修復體、生物植入物和傳感設備開辟了潛在路徑。

團隊開發出一種由導電塑料制成的人工心肌細胞，它能模擬生物心肌細胞在興奮時產生的電活動，即動作電位。人類心臟的持續跳動依賴于鉀、鈉、鈣離子在細胞膜上的有序運輸，從而觸發動作電位，驅動心肌收縮。然而，心肌細胞中鈣離子通道的相對緩慢特性，使得用追求高速的傳統電子器件模擬這一過程面臨瓶頸。

該研究的突破點在于利用了有機電子材料的獨特優勢。有機電子器件能夠同時傳輸電子和離子，因此能以與人體細胞類似的方式進行“溝通”，從而更逼真地再現心臟特有的電信號模式。研究團隊指出，這不僅是為了模仿生物學，更是為了掌握使這些生理信號高效可靠的內在原理。

在此之前，同一研究團隊已開發出模擬神經細胞功能的人工神經細胞。開發人工心肌細胞被視為該方向上的自然延伸，因為此前缺乏能夠模仿心臟特殊離子信號機制的硬件系統。

這項工作具有雙重意義。在基礎研究層面，它有助于深入理解重現類生物信號所需的材料特性。在應用層面，此類系統未來有望作為生物電子模型和接口。由于是硬件系統，科學家可以精確調控離子濃度、酸堿度等參數，以研究它們對類心臟電信號的影響，并有望在未來與真實的心肌細胞更緊密地連接。

未來，這項技術可能催生更多應用，例如更符合生理節律的小型“自然”起搏器、能夠激活肌肉的植入裝置，或能早期監測心臟功能異常并觸發干預的傳感器。然而，實現這些應用的關鍵前提，是解決人工細胞與生物細胞之間的雙向信號交互問題。理想狀態下，人工心肌細胞應能接收來自生物細胞的信號，并將其傳遞至其他細胞，充當修復或替代受損組織的“橋梁”。

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