微流控芯片技术与建模分析：细胞和器官芯片的进展

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：微流控芯片在细胞的培养、分离、组分分析及细胞操纵方面都有应用。将光镊(或超声)捕获、光穿孔、细胞裂解、电泳分离和细胞流失计数等操作单元集成到一块微流控芯片，并把得到的信息进行汇总、分析，就可以完成对单细胞的精准操控[3]。这些局限性使得很难在芯片上再现器官的所有特征，利用微流控芯片是一个创建受控环境的方法，还需要其他技术不断提高器官芯片的性能和与真实器官的接近程度[4，5]。

微流控芯片在细胞的培养、分离、组分分析及细胞操纵方面都有应用。其中，单细胞分析对重大疾病的早期诊断、治疗、药物筛选及细胞生理、病理过程的研究有重要意义。将光镊(或超声)捕获、光穿孔、细胞裂解、电泳分离和细胞流失计数等操作单元集成到一块微流控芯片，并把得到的信息进行汇总、分析，就可以完成对单细胞的精准操控[3]。

器官芯片利用微流控芯片系统对微流体、细胞及其微环境的灵活操控能力，在微流控芯片上构建模拟复杂体内环境(包括模拟流体剪切力、动态机械应力、浓度梯度等条件的微环境)，以及多细胞结构、细胞与细胞之间的作用、组织与组织之间的作用、血管身体的灌注、细胞/组织与血液之间的作用，进而应用于药物和疫苗的有效性和生物安全性的评估，以及为器官生理学、组织发育和疾病病因研究方面提供更接近人体真实生理和病理条件、成本更低的筛选和研究模型。近些年来，器官芯片研究领域发展迅速，目前大多数器官芯片可实现多种细胞共培养，进行模拟血液流动和物质传输的动态培养，提供可进行药物筛选实验的芯片器官模型，如肌肉芯片、骨骼芯片、肺芯片、肠芯片、心脏芯片、肝芯片、肠-肾芯片、肝-肠芯片、肠-肝-癌芯片以及整合多器官的人体芯片等。虽然目前已可在器官芯片上模拟某些器官组织的部分结构和功能，但要在体外芯片上长期培养这些器官组织并保留其对应的生理功能，仍具有挑战性。PDMS材质芯片会吸收被研究的药物，而其他聚酯、天然水凝胶(基质凝胶、胶原蛋白等)材料可以用于构建设备，但成本高。这些局限性使得很难在芯片上再现器官的所有特征，利用微流控芯片是一个创建受控环境的方法，还需要其他技术不断提高器官芯片的性能和与真实器官的接近程度[4，5]。(www.chuimin.cn)

微流控芯片技术与建模分析：细胞和器官芯片的进展

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