芯片器官

聚二甲基硅氧烷( PDMS )具有透明性、柔韧性、透气性和易用性等特点，是一种应用于各种生物医学领域的有机硅合成材料。虽然PDMS在微观和纳米尺度上促进和辅助了复杂的几何结构的制备，但它并不能与细胞进行最佳的粘附和增殖。人们提出了各种策略来渲染PDMS以增强细胞附着。这些表面改性技术大部分已提供给静态细胞培养系统。然而，像片上器官设备这样的动态细胞培养系统要求平台能够重现活体组织微环境的复杂性。在片上器官平台中，PDMS表面通常被细胞外基质( ECM )蛋白包被，这种包被是由于PDMS与ECM蛋白之间存在物理和弱的结合，当受到剪切应力时这种结合会被降解。本文报道了利用聚多巴胺( PDA )在PDMS基微流控器件中共价结合胶原的静态和动态涂层方法，并通过水接触角测量和原子力显微镜( AFM )对涂层方法进行了评价，优化了涂层条件。通过在微流控装置中培养原代人支气管上皮细胞( HBECs )，评价胶原涂层PDMS器件的生物相容性。结果表明，两种PDA涂层方法均能结合胶原蛋白，从而提高细胞的粘附力(约3倍以上)，但两种方法的细胞粘附力没有明显差异。这些结果表明，这样的表面修饰可以帮助在PDMS基微流控器件上包复细胞外基质蛋白。

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。