用导电塑料造出“跳动”的人工心肌细胞 首次成功模拟了离子信号传导功能

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一项发表于最新一期《自然·通讯》的研究取得了重要突破：科学家利用基于导电塑料的有机电子材料造出会“跳动”的人工心脏，首次成功模拟了心肌细胞的离子信号传导功能。这项由瑞典林雪平大学团队完成的工作，为未来开发新型心脏修复体、生物植入物和传感设备开辟了潜在路径。

团队开发出一种由导电塑料制成的人工心肌细胞，它能模拟生物心肌细胞在兴奋时产生的电活动，即动作电位。人类心脏的持续跳动依赖于钾、钠、钙离子在细胞膜上的有序运输，从而触发动作电位，驱动心肌收缩。然而，心肌细胞中钙离子通道的相对缓慢特性，使得用追求高速的传统电子器件模拟这一过程面临瓶颈。

该研究的突破点在于利用了有机电子材料的独特优势。有机电子器件能够同时传输电子和离子，因此能以与人体细胞类似的方式进行“沟通”，从而更逼真地再现心脏特有的电信号模式。研究团队指出，这不仅是为了模仿生物学，更是为了掌握使这些生理信号高效可靠的内在原理。

在此之前，同一研究团队已开发出模拟神经细胞功能的人工神经细胞。开发人工心肌细胞被视为该方向上的自然延伸，因为此前缺乏能够模仿心脏特殊离子信号机制的硬件系统。

这项工作具有双重意义。在基础研究层面，它有助于深入理解重现类生物信号所需的材料特性。在应用层面，此类系统未来有望作为生物电子模型和接口。由于是硬件系统，科学家可以精确调控离子浓度、酸碱度等参数，以研究它们对类心脏电信号的影响，并有望在未来与真实的心肌细胞更紧密地连接。

未来，这项技术可能催生更多应用，例如更符合生理节律的小型“自然”起搏器、能够激活肌肉的植入装置，或能早期监测心脏功能异常并触发干预的传感器。然而，实现这些应用的关键前提，是解决人工细胞与生物细胞之间的双向信号交互问题。理想状态下，人工心肌细胞应能接收来自生物细胞的信号，并将其传递至其他细胞，充当修复或替代受损组织的“桥梁”。

关键词： 细胞 电子 塑料 心肌 模拟 人工 离子