说起⼼脏⻓什么样，我们想到的可能是由⼼肌组织堆积形成，形态犹如⼀颗桃⼦的器官。但早在300多年前，英国医师Richard Lower就注意到⼼脏的奇特结构：⼼肌纤维是以螺旋形态扭在⼀起的。到了20世纪70年代，⻄班⽛医⽣Francisco Torrent-Guasp提出了⼀个理论：⼼肌组织形成的“⼼肌带”就如同⼀张纸条，经过3次螺旋扭曲，可以形成⼀个“8”字形的莫⽐乌斯环结构。
不过，⽬前的理论并不能完全解释我们的⼼脏复杂程度。⼼脏为什么要扭曲成复杂的结构？螺旋形的好处是什么？对此科学家提出了⼀些猜测，例如有利于⼼脏⾼效地泵出⾎液，但要验证其功能却⼗分困难。⼀个关键的限制因素就在于，科学家难以重建⼼脏精细、复杂的结构。要重建⼀颗⼼脏模型，⼀种技术⼿段是3D打印，但3D打印微纳⽶尺度的效率⾮常低——如果⽤⼀个喷头来打印⼀颗分辨率达到胶原蛋⽩⽔平的⼼脏，需要惊⼈的100年。
另⼀种盛⾏的技术是电纺，电纺可以解决微纳⽶尺度打印的效率问题，但这种技术同样存在致命缺陷，那就是⽆法控制微纳⽶纤维的堆积取向，尤其是在不规则的3D形状物体中。当两种主流的技术都⽆法实现⽬标，新技术的开发势在必⾏。在最新⼀期《科学》杂志上，哈佛⼤学Kevin Kit Parker教授领导的研究团队通过⼀项全新的技术成功解决上述问题，打造出⼈体⼼脏的三维螺旋排列模型。
这项研究成功证实了⼼脏螺旋结构的作⽤，⽽这项新技术也将在更多应⽤场景中展现出⽆尽的可能性。这项新技术名为聚焦旋转喷射纺纱（Focused Rotary Jet Spinning, FRJS）。论⽂共同第⼀作者，Parker实验室的常会宾博⼠向我们介绍，正如FRJS名称所展示的，这项技术包含了两个主要步骤。FRJS通过旋转喷射与聚焦两个过程，实现精准、⾼分辨率的纺纱。
⼀是“旋转喷射”：在上图所示旋转圆盘的侧⾯有3个喷⼝，通过⾼速旋转产⽣的离⼼⼒可以喷射出聚合物溶液。离开喷⼝后，溶剂蒸发，聚合物就固化形成纤维——我们可以将这个过程想象成棉花糖的制作，如果没有其他作⽤的影响，喷出的纤维应该是沿着圆盘侧⾯逐层堆积。⽽另⼀个步骤则是“聚焦”：⼀股垂直于圆盘的聚焦⽓流将刚刚离开喷⼝的纤维吹⾛，最终这些纤维会落在⼀根收集轴上。
为了得到预期的结构形态，研究⼈员可以随时改变收集轴的⻆度以及收集模型的形状，使得纤维落在恰当的位置上，准确控制纤维的取向。同时，这项技术通过创新性设计，实现了⼀项重要突破：同时进⾏喷丝与纺织这两个过程，并且两个过程相对独⽴，极⼤地提升了微纳⽶尺度的纺纱效率。利⽤这⼀技术，研究团队成功打造出具有真实螺旋结构的⼼脏模型。
FRJS可以让研究者严格按照⼼脏中⼼肌纤维螺旋排列的⻆度，重建单个甚⾄是4个⼼室的复杂⼼脏结构。⽽FRJS的效率同样惊⼈——前⽂中3D打印需要100年才能重建的微纳⽶尺度⼼脏模型，FRJS⼀天之内就能完成。重建出⼼脏模型后，研究团队为⼼脏螺旋结构的功能提供了重要证据。
作者分别纺织出螺旋⼼脏，以及⼼肌纤维同⼼圆排列的⼼脏结构，结果⽆论是信号传导速率、⼼脏收缩舒张时的⼼室变形情况，还是泵出⾎液体的能⼒，螺旋结构都表现更为优异。例如，体现泵⾎能⼒的射⾎分数，螺旋⼼脏是同⼼圆⼼脏的两倍。因此，FRJS为我们理解⼼脏结构与功能的关系，提供了⼀个全新的窗⼝。研究团队还表示，这⼀过程还能制造不同尺⼨的⼼脏：从⼩到⽼⿏的⼼脏，⼤到⼈的⼼脏，甚⾄到⼩须鲸的⼼脏。
⽽对于FRJS的开发者来说，在研究⼼脏结构中的应⽤，只是FRJS众多应⽤场景的冰⼭⼀⻆。近期，该团队还利⽤FRJS打造出⼀款⽤于保存⻝品的可降解纺纱，论⽂已发表于《⾃然·⻝品》期刊。此外，从重建⼈体的⾎管、软⻣等其他结构，到机器⼈与⼯程中的仿⽣，甚⾄是制造交通⼯具，我们期待，这项技术将在⼴阔的领域引领⼀场纺织⾰命。