传统的心肌细胞体外培养技术很难让人干细胞诱导分化来的心肌细胞发育成熟,其所得的心肌细胞在在基因表达、电生理和形态学上与人胎儿时期的心肌细胞相似。与成人心肌细胞相比,体外培养的心肌细胞体积较小,电兴奋性降低,兴奋-收缩耦合受损,肾上腺素能受体表达不完全。如果用未成熟的心肌细胞来构建心肌组织工程中的一系列药理模型,其结果不能反映成熟的心肌细胞对于药物的真实情况。因此,体外心肌细胞成熟化的实现及表征方法研究是心肌组织工程中的重要环节。目前对心肌细胞成熟度的判定主要是基于对细胞形态的定性表征。本文结合了数字图像处理技术,设计开发了一套用于评估心肌细胞成熟度的方法和软件,实现了从细胞形态尺寸、心肌标志性蛋白的表达密度、心肌蛋白的分子结构、钙离子转运速率等方面对心肌细胞成熟度的定量表征。鉴于Pt优良的导电性以及细胞无毒性,使用铂纳米粒子作为导电载体,构建了一套Pt-PDMS柱电极平台。该平台不仅可用于施加电刺激,还可用于心肌组织的电信号及药理作用监测。以恒定电流脉冲波对体外培养的心肌细胞施加短时间电刺激,在连续六天,每天30min的电刺激后,电刺激组的心肌细胞在细胞形态、蛋白质表达以及电生理功能等多个方面均明显优于对照组,实验表明电刺激可促进体外心肌细胞成熟。另一方面,本论文结合了微流控芯片技术,通过自主设计制作的循环拉伸装置,可为培养在此微流控芯片中的心肌细胞提供稳定可控的力刺激。用3%大小的形变拉力对培养两天的心肌细胞施加长时间的力刺激,在三天的拉力刺激后,细胞形态发生明显变化。初步探讨了机械力对心肌细胞的影响,为电力耦合芯片的设计与制备打下了基础。