微流控芯片及其在腫瘤研究中的應(yīng)用進(jìn)展

趙淼，包永睿，2，3，王帥，2，3，李天嬌，2，3，孟憲生，2，3*（.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，遼寧 大連 6600；2.遼寧省中藥多維分析專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心，遼寧 大連 6600；3.遼寧省現(xiàn)代中藥研究工程實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 6600）

微流控芯片（microfluidic chip）是以分析化學(xué)為基礎(chǔ)，微機(jī)械和納米技術(shù)為依托，并隨著生物化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展而興起的一門交叉學(xué)科[1]。相較于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室操作，微流控技術(shù)具有微型化、樣品消耗少、分析速度快、易于集成等優(yōu)點(diǎn)[2]，其設(shè)計(jì)原則為將流體在微觀領(lǐng)域的物理和化學(xué)特性發(fā)揮最大化，實(shí)現(xiàn)流體與微小物體的操控，從而完成分析測(cè)試過程。微流控技術(shù)通過與生物技術(shù)和電子設(shè)備相結(jié)合，可以在芯片中構(gòu)建一種與體內(nèi)環(huán)境相似的微環(huán)境，并能對(duì)芯片中的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制。目前微流控技術(shù)廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、高通量藥物篩選、生物化學(xué)分析檢測(cè)以及臨床診治[3-4]等領(lǐng)域。

1 微流控芯片技術(shù)研究

微流控芯片又稱芯片實(shí)驗(yàn)室（lab on a chip），是一種可在微米尺度下精確操控流體的新技術(shù)，具有微型化和高通量的特點(diǎn)，并兼具可單元組合和功能集成的優(yōu)勢(shì)[5-7]。其最基本的結(jié)構(gòu)特征是微米級(jí)的微通道系統(tǒng)，因此需要相配的制作材料、加工工藝以及結(jié)構(gòu)單元。

1.1 微流控芯片的制作材料

在微流控芯片制作過程中，首先要考慮芯片材料的選取。芯片材料選擇上的主要考量因素為材料的氣密性、導(dǎo)電性、散熱性、透光性、溶劑耐受性、化學(xué)和生物相容性等。常用于制作微流控芯片的材料有單晶硅、玻璃和有機(jī)聚合物，如聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）以及水凝膠等，不同材料制備微流控芯片的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。早期的微流控芯片由玻璃和硅制作而成，優(yōu)點(diǎn)在于高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性、高強(qiáng)度和導(dǎo)熱特性，可以在表面加工實(shí)現(xiàn)精確的納米級(jí)圖案結(jié)構(gòu)[8-9]。例如硅材料廣泛應(yīng)用于三維培養(yǎng)結(jié)構(gòu)中的微反應(yīng)器和細(xì)胞培養(yǎng)腔室；玻璃的機(jī)械強(qiáng)度較高，是制作PCR 芯片的主要材料。硅彈性體PDMS 因成本低廉、制作快捷、設(shè)備門檻低，目前已成為制作微流控芯片的首選材料[10]，且其氣體透過性良好，有利于細(xì)胞培養(yǎng)中的氣體交換[11]，疏水表面也更容易被細(xì)胞黏附[12]，因此多用于細(xì)胞培養(yǎng)、藥物篩選及制作生化分析器件[13]。熱塑性材料因具有良好惰性、溶劑耐受性且加工成本低等特點(diǎn)，在商業(yè)化產(chǎn)品中被大量使用，常見的熱塑性材料有PMMA、PC、聚苯乙烯、聚氯乙烯及全氟代聚合物。PMMA 具有良好的熱加工、光學(xué)性能和生物兼容性，在細(xì)胞培養(yǎng)等生命科學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用[14-15]。水凝膠材料包括人工合成高分子聚合物[如聚丙烯酰胺（PAAM）、聚乙二醇（PEG）等]以及天然水凝膠（瓊脂糖凝膠、海藻酸鈉凝膠、明膠等），因其具有高通透性、高含水量的特性，常用于在體外模擬體內(nèi)的血管結(jié)構(gòu)[16]以及構(gòu)建細(xì)胞共培養(yǎng)微環(huán)境等。

表1 微流控芯片制作材料的優(yōu)缺點(diǎn)Tab 1 Advantages and disadvantages of microfluidic chip materials

1.2 微流控芯片的制作方法

微流控芯片上微通道的加工有多種方法，玻璃類芯片多采用光刻法和蝕刻法，高分子聚合物芯片所采用的制作技術(shù)包括熱壓法、模塑法、注塑法、LIGA 法（集合光刻、電鑄和塑鑄）和軟刻蝕法[17]。其中最常用的制作方法是模塑法，主要是通過光刻膠得到模具并在模具上固化液態(tài)高聚物得到具有微結(jié)構(gòu)芯片的方法，其方法步驟見圖1。實(shí)驗(yàn)室常采用環(huán)氧SU-8 負(fù)膠或正膠作為模具，高分子聚合物PDMS 芯片上的微結(jié)構(gòu)則通過模具轉(zhuǎn)移[18]。模塑法與傳統(tǒng)的刻蝕、濺射工藝相比，操作簡(jiǎn)單，形成芯片方便快捷，且設(shè)備要求低，是實(shí)驗(yàn)室制作芯片的最佳方法[19]。

圖1 PDMS 微流控芯片制作示意圖Fig 1 Schematic diagram of making PDMS microfluidic chip

鍵合是芯片制作中的重要環(huán)節(jié)，微流體通道的封合可采用等離子氧化封接法、陽極鍵合法、紫外照射法、有機(jī)溶劑黏結(jié)法和交聯(lián)劑調(diào)節(jié)法[20]。由于PDMS 是依靠分子間作用力實(shí)現(xiàn)的鍵合，壓力較大時(shí)容易出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，所以PDMS與玻璃芯片的封接需為永久性。利用等離子氧化處理PDMS 基片和蓋板表面，再將兩者復(fù)合在一起，可以使芯片實(shí)現(xiàn)不可逆封接并使封接更為牢固持久。Li 等[21]制作了一種PDMS-玻璃微流控芯片，將澆筑后的PDMS 與表面平整干凈的玻璃通過等離子的方法鍵合在一起，避免了傳統(tǒng)玻璃芯片加工時(shí)的繁瑣，無需刻蝕玻璃。

1.3 微流控芯片結(jié)構(gòu)單元的集成

1.3.1 微泵微閥驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 在細(xì)胞水平微流控芯片上，借助于微型泵和微閥的流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)微流體控制的前提和基礎(chǔ)，微泵主要包括機(jī)械微泵和非機(jī)械微泵。機(jī)械泵是利用自身機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)或壓力作用來驅(qū)動(dòng)微流體的機(jī)械動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式，如氣動(dòng)微泵、壓電微泵、流動(dòng)注射泵、電磁微泵、離心力驅(qū)動(dòng)[22]等；非機(jī)械泵是主要靠外場(chǎng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)微流體驅(qū)動(dòng)，其系統(tǒng)本身沒有活動(dòng)的機(jī)械部件，包括重力驅(qū)動(dòng)、電滲驅(qū)動(dòng)[23]等。目前絕大部分芯片系統(tǒng)都采用注射泵、蠕動(dòng)泵等外接流體泵裝置來引入試樣，對(duì)流體的控制精確且穩(wěn)定，可以執(zhí)行復(fù)雜的程序化操作。

微泵為流體系統(tǒng)提供了動(dòng)力，微閥則負(fù)責(zé)控制流體的通斷和流動(dòng)方向，根據(jù)是否有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分為有源閥和無源閥[24]。無源閥不需要外部動(dòng)力制動(dòng)，利用流體本身方向和壓力的變化實(shí)現(xiàn)微閥狀態(tài)的改變，例如舌狀閥、隔膜閥及擴(kuò)散閥。有源閥需要依靠壓電、靜電、電磁、熱氣動(dòng)等機(jī)械力進(jìn)行開合，目前由PDMS 材料制作的氣動(dòng)軟薄膜微閥因制動(dòng)性強(qiáng)，密閉性好，易與其他微流控器件形成集成化最為常用[25]。Unger 等[26]提出了一種采用三層軟光刻技術(shù)制作的氣動(dòng)PDMS微閥，上層是帶有微通道結(jié)構(gòu)的PDMS 芯片，作為氣體制動(dòng)的控制通道；中層為帶有通道結(jié)構(gòu)的PDMS 薄膜，作為液體流動(dòng)通道，下層為玻璃襯底。這種經(jīng)典氣動(dòng)微閥易于用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行控制，便于操作步驟的自動(dòng)化和芯片功能的集成化，將幾個(gè)微閥串聯(lián)起來，按照前后順序進(jìn)行開閉，即可驅(qū)動(dòng)流體通道內(nèi)的液體流動(dòng)，完成蠕動(dòng)泵的功能，微閥微泵結(jié)構(gòu)見圖2。

1.3.2 濃度梯度生成器 研究表明，細(xì)胞因子的濃度與腫瘤細(xì)胞的侵襲遷移之間存在著密切的關(guān)聯(lián)[27]，傳統(tǒng)的藥物濃度梯度實(shí)驗(yàn)主要在孔板中進(jìn)行，利用自動(dòng)化的液體轉(zhuǎn)移分配機(jī)械臂完成對(duì)液體的多步操控和試劑運(yùn)輸，并使用多孔板掃描儀或者自動(dòng)化顯微鏡掃描拍攝技術(shù)對(duì)細(xì)胞的生存情況進(jìn)行檢測(cè)[28]，但由于設(shè)備價(jià)格高昂，不宜普遍使用。隨著微流控技術(shù)的深入研究與廣泛應(yīng)用，基于微流體控制原理的濃度梯度技術(shù)得到大力發(fā)展，比較主流的微流控濃度梯度生成器主要有對(duì)流擴(kuò)散類、基質(zhì)黏復(fù)類、時(shí)間演化類、流阻類、并流類等。Jeon 等[29]在微流控芯片上設(shè)計(jì)并制作了如“圣誕樹”結(jié)構(gòu)的溶液濃度梯度生成器，它是由多股液流經(jīng)過多次的匯合、分流最終形成較為精確的濃度梯度，并且此類構(gòu)造可以將分析區(qū)域與梯度生成區(qū)域進(jìn)行更加精細(xì)的空間劃分，使梯度環(huán)境更加穩(wěn)定[30]。在芯片中制造濃度梯度用于細(xì)胞研究的優(yōu)勢(shì)有：通過改變通道構(gòu)型設(shè)計(jì)、流體進(jìn)樣流量比、初始濃度設(shè)置以及組合順序，可以獲得一系列復(fù)雜的濃度梯度[31-32]，簡(jiǎn)化操作過程，減少了細(xì)胞和試劑消耗量，使其在研究腫瘤轉(zhuǎn)移、高通量篩選中發(fā)揮重大作用，濃度梯度生成器結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 微閥微泵及濃度梯度發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖Fig 2 Microvalve micropumps and concentration gradient generator

2 微流控芯片在腫瘤研究中的應(yīng)用

微流控技術(shù)憑借著分析速度快捷、樣品消耗量小、裝置便攜化自動(dòng)化等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、癌癥研究、藥物篩選、藥物吸收和藥物代謝、臨床診斷、組織工程[33-34]等領(lǐng)域。

2.1 細(xì)胞研究

細(xì)胞培養(yǎng)是細(xì)胞生物學(xué)研究的基石，通過在體外空間模擬體內(nèi)微環(huán)境，配以無菌環(huán)境、營養(yǎng)條件、適當(dāng)溫度和pH 值等條件培養(yǎng)細(xì)胞，使之生長繁殖并維持結(jié)構(gòu)功能。由于細(xì)胞體積微小、種類繁多，且影響因素復(fù)雜（如溫度、氧氣濃度、生物因子濃度、細(xì)胞間相互作用、細(xì)胞基質(zhì)間相互作用等），使細(xì)胞識(shí)別、代謝物檢測(cè)等細(xì)胞研究受到較多限制。微流控芯片因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，例如微米級(jí)通道與細(xì)胞大小相適應(yīng)，為操縱少數(shù)或單個(gè)細(xì)胞創(chuàng)造條件；集成性強(qiáng)，可以將細(xì)胞遷移、捕獲等多操作單元集成在一張芯片上，同時(shí)也滿足了高通量分析需要[35]，從而逐漸應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞分化、細(xì)胞遷移、藥物代謝[36-37]等多個(gè)細(xì)胞研究領(lǐng)域當(dāng)中。

根據(jù)培養(yǎng)方式的不同，微流控芯片內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)可分為二維培養(yǎng)和三維培養(yǎng)。二維培養(yǎng)一般用于觀察哺乳動(dòng)物細(xì)胞，包含懸浮培養(yǎng)和單層細(xì)胞培養(yǎng)兩種形式，其優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單，易通入培養(yǎng)液且不容易造成通路堵塞，便于進(jìn)行觀察等[38]。但其局限性是模擬細(xì)胞體內(nèi)生長環(huán)境能力較差，不能重現(xiàn)細(xì)胞與胞外基質(zhì)、鄰近細(xì)胞、溶解因子和機(jī)械力的相互作用[39]。與二維培養(yǎng)方式相比，三維培養(yǎng)通過長期培養(yǎng)細(xì)胞來促進(jìn)細(xì)胞聚集和組織形成，并通過調(diào)節(jié)相關(guān)基因蛋白表達(dá)、增殖、分化，從而模擬器官和組織內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境。三維培養(yǎng)一般是利用水凝膠或膠原蛋白構(gòu)建支架結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞提供三維的機(jī)械力支持，使細(xì)胞在三維情況下對(duì)外部環(huán)境與刺激做出反應(yīng)，從而得到更真實(shí)可靠的體外模型[40]。

細(xì)胞間相互作用在維持生物體的生長功能方面十分重要，微流控芯片技術(shù)因其便于實(shí)現(xiàn)多種細(xì)胞的精確共培養(yǎng)從而被廣泛開發(fā)并應(yīng)用于細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的研究中。目前基于微流控芯片的細(xì)胞共培養(yǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于腫瘤轉(zhuǎn)移及分析[41]、抗癌藥物篩選、毒性檢測(cè)[42]等領(lǐng)域，隨著該技術(shù)的發(fā)展，多種細(xì)胞共培養(yǎng)芯片模型相繼出現(xiàn)，在血管系統(tǒng)和腫瘤研究中得到廣泛應(yīng)用，利用3D 結(jié)構(gòu)和插入膜結(jié)構(gòu)培養(yǎng)上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞用于血管生成、腫瘤效應(yīng)等研究領(lǐng)域；通過微閥、微通道結(jié)構(gòu)培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞系和免疫細(xì)胞用于上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和炎癥反應(yīng)等研究[43]。

2.2 藥物篩選

藥物篩選是從天然或合成的有機(jī)化合物中篩選出高效的先導(dǎo)化合物[44]，并對(duì)其進(jìn)行活性和藥理作用的檢測(cè)，是新藥研發(fā)的最初過程和關(guān)鍵步驟。由于藥物分子庫的逐步擴(kuò)大和藥物作用靶點(diǎn)的急劇增加，傳統(tǒng)的藥物篩選因儀器設(shè)備龐大且價(jià)格昂貴限制了應(yīng)用。微流控芯片具有微米級(jí)結(jié)構(gòu)和高表面積，其流動(dòng)模式、傳質(zhì)擴(kuò)散適用于細(xì)胞培養(yǎng)，且具有大規(guī)模集有微閥的濃度梯度篩選平臺(tái)，給新藥研發(fā)領(lǐng)域帶來了新的生機(jī)。

根據(jù)微流體操控模式的不同，可將微流控藥物篩選系統(tǒng)分為灌流模式、液滴模式和微陣列模式[45]。灌流模式培養(yǎng)通過控制流體連續(xù)流過微通道，可以保持培養(yǎng)基穩(wěn)定的輸入培養(yǎng)區(qū)域，并及時(shí)帶走細(xì)胞代謝產(chǎn)生的廢物，為細(xì)胞培養(yǎng)提供一個(gè)與體內(nèi)生理環(huán)境相似的細(xì)胞生長環(huán)境[46]。其優(yōu)勢(shì)在于操作方便，且適用于光學(xué)檢測(cè)、電化學(xué)檢測(cè)、質(zhì)譜檢測(cè)等多種檢測(cè)方式。Zhang 等[47]通過建立高密度排列的微通道，在不同的集成單元內(nèi)接種密度不一的乳腺癌細(xì)胞，利用微閥控制液流灌注，根據(jù)藥物篩選的需要向芯片內(nèi)通入不同類型或不同濃度的藥物，并根據(jù)腫瘤細(xì)胞的遷移速度和比例對(duì)藥效進(jìn)行定量分析，實(shí)現(xiàn)高通量藥物篩選。

液滴模式是近年來在芯片上發(fā)展起來的精準(zhǔn)操作少量、小體積液體的技術(shù)，通常是在芯片中通入兩種互不相溶的液體，一種作為連續(xù)相，一種作為分散相，在流動(dòng)過程中連續(xù)相對(duì)分散相進(jìn)行剪切，分散相以液滴的形態(tài)存在于連續(xù)相中，彼此獨(dú)立，易精確控制[48]。比起灌流模式，液滴模式所需樣品量極微，試劑消耗少；每個(gè)液滴可以作為獨(dú)立的反應(yīng)器，加速試劑混合充分；形成封閉體系，保持液滴內(nèi)部條件穩(wěn)定，避免交叉污染等問題，因此該技術(shù)廣泛應(yīng)用于藥物篩選、細(xì)胞操控和單細(xì)胞分析等研究領(lǐng)域[49]。為了更好地再現(xiàn)體內(nèi)腫瘤微環(huán)境中各類細(xì)胞的相互作用，多種基于三維細(xì)胞培養(yǎng)的液滴微流控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生[50]。Sabhachandani 等[51]利用海藻酸鈉凝膠得到含有人乳腺癌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的腫瘤三維球狀體，模擬了各自獨(dú)立的腫瘤微環(huán)境，基于這一液滴陣列，該共培養(yǎng)腫瘤球體對(duì)姜黃素和紫杉醇兩種抗癌藥物進(jìn)行了細(xì)胞毒性檢測(cè)和分析。基于微陣列模式的藥效篩選系統(tǒng)是指在能夠適應(yīng)細(xì)胞培養(yǎng)的載體上，構(gòu)建高密度細(xì)胞液滴陣列，并對(duì)細(xì)胞液滴陣列進(jìn)行操控和分析[52]。顯示出了高通量、低消耗的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于細(xì)胞捕獲和細(xì)胞分選等。

2.3 藥物分析

微流控技術(shù)對(duì)生物樣品的連續(xù)處理與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使其在蛋白質(zhì)和氨基酸分析、腫瘤標(biāo)志物及癌癥研究等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。蛋白質(zhì)是生理功能的執(zhí)行者和生命現(xiàn)象的體現(xiàn)者，蛋白質(zhì)磷酸化可以闡明腫瘤相關(guān)信號(hào)通路，也可以作為藥物作用的靶標(biāo)[53]。目前蛋白質(zhì)檢測(cè)技術(shù)主要有高效液相色譜、質(zhì)譜以及酶聯(lián)免疫吸附法、化學(xué)發(fā)光法、電化學(xué)發(fā)光法等免疫測(cè)定法[54]。這些方法都存在一定的局限性，液相色譜、液質(zhì)聯(lián)用等檢測(cè)方法設(shè)備依賴性較高；免疫測(cè)定法的靈敏度較低。基于微流控芯片的蛋白質(zhì)免疫分析技術(shù)具有高靈敏檢測(cè)、即時(shí)診斷[55]、規(guī)模集成的優(yōu)勢(shì)，可以使樣品預(yù)處理、分離和檢測(cè)等各種單元技術(shù)在微流控芯片上得以實(shí)現(xiàn)，因而在分子質(zhì)量測(cè)定、氨基酸序列分析、免疫檢測(cè)及腫瘤細(xì)胞篩選等多個(gè)研究領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。Lyons 等[56]將特異性抗體（如上皮細(xì)胞黏附因子）固定于微流控通道表面，利用熒光反射技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)分析物分子的無標(biāo)記連續(xù)檢測(cè)，通過受體與親和蛋白結(jié)合從而篩選分離出腫瘤細(xì)胞，該研究表明人體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體CD71 可以篩選出許多不能被特異性抗體捕獲的癌癥亞型。

2.4 仿生研究

隨著微流控芯片加工和流體控制技術(shù)的日益精湛，以及組織工程、生物材料等前沿技術(shù)的發(fā)展，仿生微流控器官芯片逐漸成為一個(gè)新興研究領(lǐng)域。器官芯片憑借其方便靈敏、可操作性強(qiáng)、高通量等優(yōu)勢(shì)，成為目前適用于進(jìn)行腫瘤生物學(xué)研究的新平臺(tái)[57-58]。通過在微型芯片上建立能夠模擬人體器官主要功能的仿生系統(tǒng)，并加入高通量檢測(cè)功能，從而使其成為一種高效、可控、能在細(xì)胞層次上深刻闡釋疾病機(jī)制的研究工具。這種技術(shù)比起傳統(tǒng)的耗時(shí)長、不可量化的動(dòng)物模型更適用于藥物篩選、藥物安全性分析、理化微環(huán)境研究等[59]。目前國內(nèi)外學(xué)者構(gòu)建了具備關(guān)鍵生理結(jié)構(gòu)及功能的仿生芯片，如仿生肝、仿生肺、仿生腎[60-62]等，并應(yīng)用于腫瘤學(xué)基礎(chǔ)研究。通過模擬器官的組織結(jié)構(gòu)與機(jī)能，可以高效快速地進(jìn)行生理機(jī)制研究、藥理毒理評(píng)價(jià)以及代謝過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。Kong 等[63]以微流控芯片為平臺(tái)構(gòu)建了腫瘤肺、肝、骨等多器官轉(zhuǎn)移模型，在芯片模型上考察了肺、肝、骨、骨骼肌等原代細(xì)胞誘導(dǎo)的腫瘤轉(zhuǎn)移，結(jié)果表明腫瘤細(xì)胞趨向于轉(zhuǎn)移至仿生肺、肝、骨等單元，而很少轉(zhuǎn)移至仿生骨骼肌單元。通過仿生芯片模型有助于明確影響腫瘤轉(zhuǎn)移的相關(guān)因素，以及篩選抗腫瘤轉(zhuǎn)移藥物。

3 展望

微流控芯片因其能將微型、可控的操作單元靈活組合并規(guī)模集成的特征以及可以實(shí)現(xiàn)高通量多通道平行測(cè)試的能力，越來越多地應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞分選等生物學(xué)研究和疾病診斷、藥物篩選、食品安全等領(lǐng)域。基于微流控芯片的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)能夠模擬人體微環(huán)境進(jìn)行復(fù)雜的代謝和調(diào)控，在揭示多細(xì)胞生物生理和病理過程中具有重要意義。多學(xué)科、多方法結(jié)合、多單元集成使微流控細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)從簡(jiǎn)單的多細(xì)胞模型逐步向類器官的方向發(fā)展，在系統(tǒng)級(jí)別上模擬多器官的相互作用和生理反應(yīng)等生物醫(yī)學(xué)方面取得了極大的研究進(jìn)展，并可通過進(jìn)一步改進(jìn)及加強(qiáng)，將新藥發(fā)掘與篩選與微流控芯片技術(shù)相結(jié)合，基于芯片平臺(tái)大量篩選對(duì)腫瘤細(xì)胞有特異性、非特異性抑制作用的藥物，并對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行闡明，在疾病分析、發(fā)病機(jī)制研究、藥物篩選以及臨床治療等方面有著良好的應(yīng)用前景。

雖然微流控技術(shù)已取得了飛速的發(fā)展和顯著的進(jìn)步，但仍然有很大的發(fā)展空間。一方面，目前大多數(shù)基于芯片技術(shù)的細(xì)胞生物學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)細(xì)胞研究方法的更新與改進(jìn)，相比微流控技術(shù)相對(duì)較高的制作要求，生物學(xué)家更傾向于選擇已成熟且有效的傳統(tǒng)技術(shù)。因此微流控需要有更好的生物學(xué)兼容性，加強(qiáng)多學(xué)科人員間的合作；力求在一些研究領(lǐng)域發(fā)揮微流控技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，比如設(shè)備要求較低的即時(shí)診斷、生物樣品的快速檢測(cè)以及生理相關(guān)性體外模型的構(gòu)建等，從而加速其在主流細(xì)胞研究中的應(yīng)用[64-65]。另一方面，微流控細(xì)胞水平高通量藥物篩選尚未達(dá)到商品化和通用化的程度，多數(shù)系統(tǒng)還難以在超微量和高通量水平下，完成從細(xì)胞陣列的形成、培養(yǎng)到加藥和檢測(cè)等全過程操作的自動(dòng)化[28]。怎樣實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的精準(zhǔn)量取與分配以及自動(dòng)快速的高通量篩選結(jié)果檢測(cè)，是下一步在實(shí)現(xiàn)微流控藥物篩選系統(tǒng)實(shí)用化中需要思考的問題。

總之，隨著芯片制作技術(shù)的不斷成熟和各種新型材料的不斷開發(fā)，微流控技術(shù)已經(jīng)成為細(xì)胞生物學(xué)研究和細(xì)胞分析中非常有力的工具。其未來發(fā)展會(huì)更傾向于集成化和體內(nèi)環(huán)境模擬的真實(shí)化，結(jié)合材料、化學(xué)、電子工程等不同學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在單個(gè)芯片上構(gòu)成具有多功能集成體系、多復(fù)合體系的微全分析系統(tǒng)，并著力于發(fā)展細(xì)胞的三維共培養(yǎng)技術(shù)，從而在微流控芯片內(nèi)部更好的模擬腫瘤微環(huán)境。微流控技術(shù)將不斷為細(xì)胞研究帶來革新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在生物探索、疾病研究、藥物篩選、臨床治療等方面的實(shí)際應(yīng)用。