血管内皮细胞层是将生物化学信号和力学信号向血管壁传导的敏感界面,在保持血管稳定、释放生物活性物质、调节血管结构和功能及参与免疫反应等一系列生理过程中发挥着重要作用。几乎所有心血管疾病都与血管内皮细胞功能障碍相关。作为血管内皮细胞释放的重要活性小分子之一,一氧化氮（NO）在维持血管功能和血液动力稳定方面起着关键调节作用,其生成却受到血流机械力（如流体剪切力、血管拉伸应力）的调控。因此,在内皮细胞受到机械力刺激时,实时监测形变内皮细胞释放NO具有重要生理和病理意义。电化学方法具有灵敏度高、响应速度快等特点,在实时监测活细胞信号分子释放方面具有独特优势,但目前在原位诱导细胞形变和同时检测机械刺激引发的信号分子方面的相关探索仍十分有限。其困难主要在于现有电极大多为杨氏模量较大的刚性材料,难以随着外力发生形变;且体内的内皮细胞生长于管状3D微环境中,仿生条件下的内皮细胞释放信号分子检测也是难点之一。基于以上挑战,我们以构建柔性电化学传感器为基础,以模拟体内细胞生长环境为载体,以细胞信号分子的电化学检测为目的,展开了以下三个方面的工作:1.传统碳纳米管薄膜在拉伸过程中,纳米管之间相互滑动或脱离导致薄膜电阻急剧上升,严重影响其电化学传感性能。为了解决这一问题,我们以单壁碳纳米管（SWNTs）和聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）为原材料,采用简便的抽滤方法得到光学透明的SWNTs@PEDOT复合薄膜。薄膜中的单根SWNT被导电聚合物PEDOT均匀包裹,且SWNTs之间的接连处由PEDOT粘合。作为具有优良导电性、电化学性能和生物相容性的导电高分子,PEDOT有效弥补了SWNTs的表面缺陷,提高了其电化学活性。同时,PEDOT对SWNTs之间的节点起到保护作用,防止SWNTs在拉伸过程中相互脱离,赋予了薄膜良好的机械拉伸性和稳定的电化学性能。2.利用上述复合薄膜材料制备了可拉伸的SWNTs@PEDOT/PDMS电极。PEDOT的加入显著提高了传感器的电化学性能,并且在拉伸状态下仍然能保持稳定的电化学传感能力。该可拉伸电化学传感器对NO具有良好的响应能力,检出限可达0.75 n M。我们将血管内皮在电极表面进行连续培养,传感器展示了优异的生物相容性。基于此,我们在电极表面原位培养细胞的情况下,实现了对血管内皮细胞在承受拉伸应力条件下释放NO情况的初步研究和探讨。3.为了构建更加接近体内细胞生长的真实三维、天然流体力学微环境,我们将图案化的SWNTs@PEDOT/PDMS柔性电极与微流控芯片结合,实现了体外器官芯片和柔性电化学检测平台的一体化集成。电极表面培养细胞后,通过微通道真空负压方式使电极发生周向形变,以模拟血管壁舒张对内皮细胞施加的拉伸应力。在此基础上,体外重构高血压、常血压、低血压条件下的血管状态,初步研究了环形循环牵张应力对细胞状态与功能的影响,并对应力刺激下内皮细胞释放NO进行了原位电化学检测。实验结果表明:1)周向拉伸应力超过一定阈值时才能检测到NO产生;2)正常生理水平（10%）拉伸幅度下,内皮细胞会受到拉伸刺激并释放NO;3)拉伸幅度达到18%（对应体内高血压状态）时,可能引发活性氧（ROS）产生。总的来说,我们构建了性能优异的柔性电化学传感器,并结合微流控技术,实现了三维器官芯片与原位电化学检测的一体化集成。利用三维器官芯片在体外实现内皮细胞原位培养和血管形貌及功能的模拟,利用柔性电极实现机械刺激下内皮细胞释放信号分子的原位电化学检测。研究工作有望为血管相关疾病机制研究提供可靠的检测平台。