制药业在全球是一个大规模行业，撇开经济学不谈，药物如何在其周围环境中相互作用是许多现代疗法和药物的重要考虑因素。尽管有这么多的研究，仍然需要找到更有效的方法来确定不同药物对患者心脏的影响；但实现这一点并不像其他器官那么容易。

多年来，来自学术界和工业界的科学家们想出了许多方法来评估药物对心脏的毒性。最主要也是最有前途的方法是分析心肌细胞（即参与心脏肌肉收缩的细胞）在药物存在下的收缩力如何变化。

许多不同的生物传感平台已经进行了试验，更多的是在基础水平上构想的。今年年初出现的一个平台是一个专门的裂纹传感器，它使用悬臂直接测量心肌细胞的收缩力。

在培养基中工作的高耐久性裂纹传感器的原理。

裂缝传感器的用途是什么？

裂纹传感器在医学领域并不常见，尽管在过去的几年里已经有了一些发展，用于生物应用的不同应变传感器。传统上，在建筑、土木工程和航空航天工业中，裂纹传感器被用于检测结构运动，但与其他任何行业一样，应用范围也在不断扩大。无论应用领域如何，裂纹传感器都是一种位移传感器，它测量被测物体的位置变化。虽然不同类型的工作机制往往略有不同，但总的原则是相同的。

新型裂纹传感器的研制

该传感器是由Lee等人开发的悬臂梁和裂纹传感器的组合。研究人员将硅橡胶制成一个几何体，使其能够在玻璃层上加载一个部分，而在该装置的主要部件外面留有一个小臂。这个延伸部分是悬臂，但是整个层都是由相同的材料制成的，这使得它能够做出反应。硅树脂表面有一个铂层图案，金电极附着在铂上，形成一个完整的装置。悬臂梁上有内置的“裂缝”，在外力作用下会膨胀和收缩。

这种传感器的一个关键特性是它的涂层，使它能够用于生物环境。传感器（而不是悬臂梁）涂有一层薄薄的聚合物，聚二甲基硅氧烷（PDMS）。由于传感器被封装在一个“聚合物外壳”中，其耐用性和可用性大大提高（超过未涂层原型），这意味着它可以在恶劣的生物环境（如细胞培养基）中长时间使用而不会受到损坏。

裂纹传感器的工作原理

所有的传感器都有不同的特性，许多传感器都是按照预期用途制造的。这种传感器的工作原理非常特别，硅树脂表面的图案部分负责将悬臂梁顶部的电池对齐。当电池引起压缩力变化时，它会导致悬臂梁上橡胶和铂内部的裂缝打开。这些变化被检测到是因为金电极与铂材料耦合，将其连接到含有晶体管的外部电路。传感器的电阻随细胞感应应变的变化而变化，使任何变化都能被记录下来。在1%应变下，传感器的标度系数为9 x 106。

裂缝传感器在药物试验中的应用

这种传感器不是直接与心脏接触的设备，也不会直接用于病人本身。这种传感器是一种可以用于药物试验的临床前和临床阶段试验的装置，当科学家们试图在药物获得批准之前确定药物是否会对患者产生任何负面影响。它不是直接让病人使用，而是一种被浸入含有心肌细胞心脏细胞的细胞培养基中的装置，这种传感器可用于这些体外研究，以确定一种药物在商业上使用前可能对心脏产生的影响。

在试验该传感器时，他们通过在存在维拉帕米、奎尼丁和异丙肾上腺素（所有这些都是已知的心血管药物）的情况下测试传感器在心肌细胞上的效率和工作性能，以刺激反应。该传感器显示了它的应用前景，它能够在26天内测量心肌细胞的力量，在这段时间里，它在水介质和培养介质中测量了至少500万次心跳。

总的来说，在测量药物对心肌细胞的作用力时，传感器具有高灵敏度、良好的重现性和长期稳定性，但在悬臂梁设计上还需要做更多的工作，以确保在分析过程中细胞始终存在于其上。

深远的影响

虽然这项研究对某些药物有特定的结果，但如果继续对这些类型的传感器进行研究，更广泛的意义是，它们可以成为一种有效的临床前和临床分析工具，以确定不同的药物如何影响心脏。这将有助于在申请药物批准时产生更准确的临床结果；同时也提供了一种方法，以了解是否需要在最初的药物开发阶段进行任何更改，以使药物更安全。另一方面，这些工具可以提供一种更好地描述已经建立的药物的特性的方法，以获得关于任何潜在副作用的更深入的分析。虽然在现阶段都是纯学术的，但商业发展的潜力是存在的。