芯片上的器官

摘要\n使用聚二甲基硅氧烷( PDMS )的软光刻技术是微流控微器件和微生理系统( MPS )等新兴技术的基石，这些系统大多在干细胞分化、药物筛选或器官样发育过程中使用疏水小分子。然而，由于PDMS的结构和疏水性，亲脂分子被强烈吸收，产生不可预测的丝裂原、药物、分化因子和分析物浓度，这是其在生物应用中的一大限制。本研究合成了几种儿茶酚功能化杯[ 4 ]芳烃基大环多酚类化合物( MPPs )，通过浸涂或流过工艺在PDMS表面包复。其中一个分子MPP5锥是由儿茶酚和间苯二酚以其锥体异构体形式合成的，增加了PDMS的亲水性，并急剧减少了对多个疏水性药物替代物的吸收，同时保持了高的透氧性、良好的细胞活力和功能。然而，基于Log P的分子吸收并没有观察到简单的规律，这表明单探针筛选PDMS阻隔涂层是不够的。涂层过程很容易通过泵的通道输液转化为微流控器件，因此在分子吸收进入PDMS是一个重要问题的应用中应该得到应用。

微加工和聚二甲基硅氧烷( PDMS )软光刻技术在实验室成为微流控成型的热门技术，但即使经过协议优化，制造仍然是一个漫长、费力的过程，部分依赖于用户。此外，任何设计升级所需的主制造工艺所需的时间和资金仍在增加。数字制造( DM )和快速成型( RP )在微流控领域的应用是为了解决这种和其他限制的光刻和软刻制造技术。特别是在本文中，我们将重点研究消减DM技术在片上器官( Organ-on-a-chip，OoC )中的应用。微流控芯片的主要可用热塑性塑料被建议作为器件制造的材料选择。本综述的目的是在评价PDMS软光刻策略的主要局限性后，探索DM和RP技术制备具有嵌入式膜的OoC。还审查了不同的材料选择以及各种粘结策略。最后，给出了一种新型的功能OoC器件，定义了使用两种不同的RP技术在循环烯烃聚合物( COP )中制备OoC器件的协议。在膜两侧分别接种不同的细胞作为概念的证明来测试器件的光学和流体性质。

微加工和聚二甲基硅氧烷( PDMS )软光刻技术在实验室成为微流控成型的热门技术，但即使经过协议优化，制造仍然是一个漫长、费力的过程，部分依赖于用户。此外，任何设计升级所需的主制造工艺所需的时间和资金仍在增加。数字制造( DM )和快速成型( RP )在微流控领域的应用是为了解决这种和其他限制的光刻和软刻制造技术。特别是在本文中，我们将重点研究消减DM技术在片上器官( Organ-on-a-chip，OoC )中的应用。微流控芯片的主要可用热塑性塑料被建议作为器件制造的材料选择。本综述的目的是在评价PDMS软光刻策略的主要局限性后，探索DM和RP技术制备具有嵌入式膜的OoC。还审查了不同的材料选择以及各种粘结策略。最后，给出了一种新型的功能OoC器件，定义了使用两种不同的RP技术在循环烯烃聚合物( COP )中制备OoC器件的协议。在膜两侧分别接种不同的细胞作为概念的证明来测试器件的光学和流体性质。

目前的体外模型对于新发呼吸道疾病的研究和药物的快速重复使用具有很大的局限性。片上肺( LOAC )技术为这些问题提供了潜在的解决方案。然而，这些器件一般都是由具有小疏水分子吸收的聚二甲基硅氧烷( PDMS )制备的，阻碍了该技术在呼吸道疾病药物重排中的应用。离化学计量的巯基-烯( OSTE )是PDMS很有前途的替代材料类。因此，本研究旨在测试OSTE作为LOAC原型开发的替代材料，并与PDMS进行比较。我们测试了OSTE材料的透光性、小分子吸收、抑制酶促反应、膜微粒和荧光染料吸收。接下来，我们从PDMS和OSTE中微加工LOAC器件，用人脐静脉内皮细胞( HUVEC )和A549细胞株进行功能化，并进行免疫荧光分析。我们证明，与PDMS相比，OSTE对膜颗粒的吸收和对酶促反应的影响相似，小分子吸收明显降低，透光率降低。因此，OSTE光学特性显著损害了OSTE LOAC的免疫荧光。总而言之，OSTE是一种很有前途的LOAC材料，但在未来的LOAC光学问题应该得到解决，以从材料特性中获益。

近年来，片上器官( OoC )系统引起了不同学科研究者越来越多的兴趣。OoCs以微型化的方式使体内样微环境的再创造和广泛不同组织或器官的或器官。通常，OoC平台是基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )制成的微流控芯片，PDMS具有良好的生物相容性、透氧性和快速成型性，但其对小分子疏水分子(包括多种测试化合物、激素和细胞因子)的吸附能力有限。OoC系统的另一个共同特点是膜的集成( i )分离不同的组织室，( ii )将对流灌注限制在介质通道，( iii )为细胞单层提供机械支持。通常，多孔聚合物膜是通过轨迹刻蚀(例如聚对苯二甲酸乙二酯)来显微结构的；PET )或光刻(如PDMS )。虽然已经利用了不同生物力学性质的膜(刚性PET到弹性PDMS )，但膜结构和材料大多停留在人工状态，与体内条件(细胞外基质)不相似。在此，我们报道了一种利用激光结构的聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )在OoC模块中可靠制备和集成电纺膜的方法，选择PMMA作为基材，在避免吸收问题的同时提供了类似PDMS的光学参数和生物相容性。利用静电纺丝技术生成3D膜，可以生成类似于原生细胞外基质( ECM )的微环境。我们对两种不同的电纺膜进行了测试，并建立了紧密集成到PMMA模块中的工艺。人(微血管)内皮和(视网膜色素)上皮细胞层可在系统内成功培养7天，而直接接触(内皮细胞)或保护(上皮细胞)不受剪切流的影响。