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微流控芯片——體外藥物篩選的可靠平臺

微流控，是一種控制和操控微尺度流體，特指亞微米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。微流控分析芯片最初在美國被稱為“芯片實驗室”(lab-on-a-chip)，在歐洲被稱為“微整合分析芯片”(micrototal analytical systems)，它是微流控技術(shù)(Microfluidics)實現(xiàn)的主要平臺，可以把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程。有著體積輕巧、使用樣品及試劑量少，且反應(yīng)速度快、可大量平行處理及可即用即棄等優(yōu)點(diǎn)的微流控芯片，在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有潛力，近年來已經(jīng)發(fā)展成為一個生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域。

目前藥物篩選的體外模型主要依靠2D或者簡單的3D細(xì)胞靜態(tài)培養(yǎng)體系，簡單快速高通量是它的優(yōu)勢，用于早期化合物的篩選。但是這種通過培養(yǎng)皿和多孔板甚至3D支架構(gòu)建出的簡單細(xì)胞模型生理功能不完整，不能夠準(zhǔn)確反映細(xì)胞在體內(nèi)生理狀態(tài)下的機(jī)理，對化合物的選擇構(gòu)成誤導(dǎo)。因此，行業(yè)迫切需要與生理功能更相關(guān)，精準(zhǔn)性更高的藥物篩選平臺。在一個微流控芯片上，流動的液體為細(xì)胞持續(xù)不斷地提供充足的氧氣和營養(yǎng)，類似于血液在人體中維持細(xì)胞生存的方式。正是這種持續(xù)流動性使得這些設(shè)備變得特別。相比于沒有流動的扁平培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細(xì)胞，微流控芯片上生長的細(xì)胞更接近人類中的正常生理條件下的細(xì)胞。

微流控芯片類型：

         BE-FLOW             BE-GRADIENT               BE-TRANSFLOW

BE-FLOW 灌流芯片

BE-FLOW對涉及流動和剪切應(yīng)力的生理環(huán)境進(jìn)行了體外模擬，在流動條件下在兩個獨(dú)立通道中進(jìn)行長期2D或3D實驗。

應(yīng)用實例：與細(xì)胞粘附至血管內(nèi)皮有關(guān)的過程（感染，細(xì)胞治療，轉(zhuǎn)移等）。

結(jié)構(gòu)及原理：BE-FLOW包含兩個獨(dú)立的通道，每個通道都有一個入口和出口，可以與流動系統(tǒng)連接，模仿血管結(jié)構(gòu)。將細(xì)胞接種在ECM涂層表面，可以滿足細(xì)胞生長和粘附需求，從而可以在不同的生理和病理學(xué)流速下重建動態(tài)環(huán)境。

BE-GRADIENT 梯度芯片

BE-GRADIENT允許在化學(xué)濃度梯度下進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)。

應(yīng)用實例：細(xì)胞/球體的侵襲和遷移，血管生成，轉(zhuǎn)移，趨化性，局部缺血，細(xì)胞分化或氧化應(yīng)激。

結(jié)構(gòu)及原理：BE-GRADIENT包括側(cè)面微通道和*腔室，可以在*腔室接種細(xì)胞，側(cè)面通道注入含有O2、生長因子等的培養(yǎng)基，從而形成濃度梯度來創(chuàng)建一個三維仿生微環(huán)境。

BE-TRANSFLOW 動態(tài)共培養(yǎng)芯片

BE-TRANSFLOW允許細(xì)胞/組織進(jìn)行2D-3D結(jié)合共培養(yǎng)，通過灌流培養(yǎng)模擬液體流動環(huán)境，是我們仿生的微型設(shè)備，可以在體外模擬不同的組織結(jié)構(gòu)。利用芯片可以進(jìn)行體內(nèi)微環(huán)境模擬，對藥物化合物進(jìn)行有預(yù)測性的體外研究，從而使結(jié)果快速、有針對性地轉(zhuǎn)化至臨床，加速臨床藥物、疫苗研發(fā)的進(jìn)程。

應(yīng)用實例：體外免疫系統(tǒng)模型，血管粥樣斑塊形成，上皮粘連，氣血屏障等屏障類模型。

結(jié)構(gòu)及原理：BE-TRANSFLOW包括2個獨(dú)立的孔，中間為多孔膜，該膜與下部通道連接，可以進(jìn)行單培養(yǎng)或共培養(yǎng)。用不同的細(xì)胞類型在膜的上方和/或下方接種單層細(xì)胞，也可以在上層添加水凝膠細(xì)胞培養(yǎng)物。