器官芯片

微流控微生理系统( MPSs )或“芯片上器官”是一种很有前景的替代动物模型用于药物筛选和毒理学试验。然而，大多数微流控器件都采用聚二甲基硅氧烷( PDMS )作为结构材料，存在着一些缺点。环烯烃聚合物( COPs )由于其较低的药物吸收和自荧光性，比PDMS等热塑性材料更具有优势。然而，大多数基于COP的微流控器件都是通过组分的溶剂键合制备的。值得注意的是，残留溶剂会对培养的细胞产生影响。本研究采用真空紫外光( VUV )光键合工艺，在不使用任何溶剂的情况下制备微流控器件，并与溶剂键合体系(以环己烷、二氯甲烷或甲苯为溶剂)的性能进行比较，考察残留溶剂对细胞培养的影响。定量免疫荧光实验表明，溶剂结合型COP器件对细胞外基质蛋白(如Matrigel和Ⅰ型胶原)的包被效率低于VUV结合型器件。此外，利用SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞评价了该系统的细胞毒性，并在溶剂处理装置中观察到细胞凋亡增加。这些结果为微流控器件制造过程中所用溶剂的影响提供了见解，有助于防止不良反应并建立良好的制造实践。

近几十年来微流控技术的出现和普及几乎完全依赖于弹性体聚二甲基硅氧烷( PDMS )，PDMS在微流控研究领域取得成功的主要原因是其适合于快速成型和简单的键合方法。PDMS允许通过复制品的模压和通过各种既定的策略键合到不同的基底上进行精确的微结构。然而，PDMS基芯片制造的低可扩展性和高昂的材料成本阻碍了大规模生产和商业化的努力。此外，PDMS的基本局限性，如小分子吸收和高水分蒸发等，导致了向无PDMS体系的转变。热塑性弹性体( TPE )是一种很有前途的替代品，兼具热塑性材料和弹性体的性能。这里，我们提出了一种基于聚碳酸酯( PC )和TPE混合材料的微流控系统快速、可扩展的制备方法。PC / TPE - hybrid模块是通过在TPE中热压印精确特征，同时通过热熔连接将柔性TPE熔接到刚性热塑性层中而形成的。与TPE单独使用相比，刚性复合材料在保持TPE关键优势的同时，提高了器件的操控性能。在快速简单的工艺中，PC / TPE-杂化物既可以与几种类型的热塑性塑料结合，也可以与玻璃基板结合。即使在高温潮湿的环境中暴露7天后，所得到的键强度仍能承受至少7.5 bar的外加压力，这使得PC / TPE - hybrid适合于大多数微流控芯片的应用。此外，我们还证明了PC / TPE-杂化材料在生物相容性的同时对小分子的吸收率低，是一种适合微流控生物技术应用的材料。

聚二甲基硅氧烷( PDMS )具有使用方便、弹性好、光学透明、微加工成本低等优点，是用于芯片上器官设备和微生理系统的主要材料。然而，PDMS对小分子疏水分子的吸附以及PDMS负载器件的高通量制造能力有限，严重限制了这些系统在个性化医学、药物发现、体外药动学/药效学( PK / PD )建模以及细胞对药物反应研究中的应用。因此，相对年轻的片上器官设备和MPS领域正逐步开始为这些关键应用过渡到替代的非吸收材料。本综述审查了在开发由弹性体、水凝胶、热塑性聚合物和无机材料等替代材料组成的片上器官装置和MPS方面所采取的一些第一步。同时也提供了PDMS-交替器件走向何处以及基于PDMS替代材料的多功能器件发展中必须克服的障碍的展望。

片上肝( liver-on-a-chip )是一种载人肝细胞等肝细胞的微流控装置。它用来繁殖一部分肝功能。许多微流控器件都是由聚二甲基硅氧烷( PDMS )组成，PDMS是一种硅弹性体。PDMS易于加工，适合细胞观察，但其高疏水性携带药物吸收的风险。本研究首先测定了12种化合物在PDMS装置上的吸收率，并考察了在PDMS装置(肝细胞芯片)中培养的人肝细胞对药物的响应性。咪达唑仑、布呋洛尔、环孢素A、维拉帕米的吸收率分别为92.9 %、71.7 %、71.4 %、99.6 %，其他化合物吸收较差。重要的是，化合物的吸收率与其辛醇/水分配系数( log D )值相关( R2 = 0.76 )。接下来，肝细胞芯片被用来检查药物的反应，这些反应通常被用来评估肝功能。利用肝细胞芯片，我们可以确认包括细胞色素P450 ( CYP )诱导剂和法尼西X受体( FXR )配体在内的药物的反应性。我们相信我们的发现将有助于使用PDMS基肝芯片进行药物发现研究。