心臟組織微流控芯片(HoC)是一種先進(jìn)的OoC,它模仿了服用劑型或特定藥物分子后人類心臟的整體生理學(xué)。使用該芯片已經(jīng)觀察到一些不良反應(yīng)。Mathur等人在2015年證明了動(dòng)物試驗(yàn)不足以估計(jì)測試藥物分子相對于人體的確切藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)。為此,微流控芯片技術(shù)在心血管疾病研究,心血管相關(guān)藥物開發(fā),心臟毒性分析以及心臟組織再生研究中起著至關(guān)重要的作用。Sidorov等人于2016年創(chuàng)建了一個(gè)I-wired HoC。他們檢測到心肌收縮,這是通過倒置光學(xué)顯微鏡測量的。此外,工程化的3D心臟組織構(gòu)建體(ECTC)現(xiàn)在能夠在正常和患病條件下復(fù)制心臟組織的復(fù)雜生理學(xué)。圖1C顯示了心臟組織微流控芯片的示意圖,其中上層由心臟上皮細(xì)胞組成,下層由心臟內(nèi)皮細(xì)胞組成。兩層都被多孔膜隔開。它還包括有助于抽血的真空室。MEMS 工藝實(shí)現(xiàn)超薄柔性生物電極定制,用于腦機(jī)接口電刺激與電信號(hào)記錄。安徽微流控芯片批量定制
腸道微流控芯片(GoC):GoC系統(tǒng)模仿人類腸道的生理學(xué)。它解釋了腸道的主要功能,即消化、營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、腸神經(jīng)的調(diào)節(jié)、體內(nèi)廢物的排泄、以及伴隨微生物共生體的人體腸道的病理生理學(xué)。GoC模型主要用于精確復(fù)制具有所需微流控參數(shù)的腸道體內(nèi)環(huán)境。Kim等人研究了當(dāng)人類GoC被腸道微生物群落占據(jù)時(shí)腸道的蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)。通過對齊兩個(gè)微通道(上部和下部)來設(shè)計(jì)微型器件,該微通道雕刻在PDMS層上,該P(yáng)DMS是通過基于MEMS的微納米制造工藝制作的模板翻模制備而來,且PDMS層由涂有ECM的多孔柔性膜隔開。如圖所示,該裝置被模仿人類腸道生理學(xué)的人腸上皮細(xì)胞包裹。這樣的系統(tǒng)可以模擬人類腸道在某些特定因素下的蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng),即流體流速。江西微流控芯片扣件干濕結(jié)合刻蝕技術(shù)制備納米級微針,可用于組織液提取與電化學(xué)檢測器件。
先前報(bào)道了微流控芯片的另一項(xiàng)采用體外細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的研究,其中軸突和體細(xì)胞被物理分離,從而允許軸突通過微通道。借助這項(xiàng)技術(shù),神經(jīng)科學(xué)家可以研究軸突本身的特征,或者可以確定藥物對軸突部分的作用,并可以分析軸突切斷術(shù)后的軸突再生。值得一提的是,微通道可能會(huì)對組織或細(xì)胞產(chǎn)生剪切應(yīng)力,從而導(dǎo)致細(xì)胞損傷。被困在微通道下的氣泡可能會(huì)破壞流動(dòng)特性,并可能導(dǎo)致細(xì)胞損傷。在設(shè)計(jì)此類3D生物芯片設(shè)備時(shí),通常三明治設(shè)計(jì),其中內(nèi)皮細(xì)胞在上層生長,腦細(xì)胞在下層生長,由多孔膜分叉,該膜充當(dāng)血腦屏障。
微流控芯片鍵合工藝的密封性與可靠性優(yōu)化:鍵合工藝是微流控芯片封裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié),公司針對不同材料組合開發(fā)了多元化鍵合技術(shù)。對于PDMS軟芯片,采用氧等離子體活化鍵合,鍵合強(qiáng)度可達(dá)20kPa,滿足低壓流體(<50kPa)長期穩(wěn)定傳輸;硬質(zhì)塑料芯片通過熱壓鍵合(溫度80-150℃,壓力5-10MPa)實(shí)現(xiàn)無縫連接,適用于高壓流路(如200kPa以上);玻璃與硅片的陽極鍵合(電壓500-1000V,溫度300℃)則形成化學(xué)共價(jià)鍵,鍵合界面缺陷率<0.1%。鍵合前通過激光微加工去除流道邊緣毛刺,配合機(jī)器視覺對準(zhǔn)系統(tǒng)(精度±2μm),確保多層結(jié)構(gòu)的精細(xì)對位。密封性能檢測采用壓力衰減法(分辨率0.1kPa)與熒光滲漏成像,確保芯片在復(fù)雜工況下無泄漏。該技術(shù)體系保障了微流控芯片從實(shí)驗(yàn)室原型到工業(yè)級產(chǎn)品的可靠性跨越,廣泛應(yīng)用于體外診斷、生物制藥等對密封性要求極高的領(lǐng)域。微流控芯片技術(shù)用于液體活檢。
微流控芯片在石英和玻璃的加工中,常常利用不同化學(xué)方法對其表面改性,然后可以使用光刻和蝕刻技術(shù)將微通道等微結(jié)構(gòu)加工在上面。玻璃材料的加工步驟與硅材料加工稍有差異,主要步驟有:1)在玻璃基片表面鍍一層 Cr,再用甩膠機(jī)均勻的覆蓋一層光刻膠;2)利用光刻掩模遮擋,用紫外光照射,光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng);3)用顯影法去掉已曝光的光膠,用化學(xué)腐蝕的方法在鉻層上腐蝕出與掩模上平面二維圖形一致的圖案;4)用適當(dāng)?shù)目涛g劑在基片上刻蝕通道;5)刻蝕結(jié)束后,除去光刻膠,打孔后和玻璃蓋片鍵合。標(biāo)準(zhǔn)光刻和濕法刻蝕需要昂貴的儀器和超凈的工作環(huán)境,無法實(shí)現(xiàn)快速批量生產(chǎn)。微流控芯片技術(shù)用于毛細(xì)管電泳分離。中國澳門微流控芯片的傳感器
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Lee等人先前解釋說,與2D模型相比,微流控3D技術(shù)中腎單位的藥效學(xué)和病理生理學(xué)反應(yīng)更為實(shí)用。KoC已被開發(fā)并證明可顯示出更好的藥物腎毒性體內(nèi)后果,該系統(tǒng)已被進(jìn)一步用于確定各種藥物誘導(dǎo)的生物反應(yīng)。此外,它還有助于培養(yǎng)近端小管,用于觀察預(yù)測藥物誘導(dǎo)的腎損傷(DIKI)和藥物相互作用的生物標(biāo)志物。腎臟器官芯片模型的簡單設(shè)計(jì)基本上由兩層組成。上層包含近端小管上皮細(xì)胞,下層包含內(nèi)皮細(xì)胞。如圖1D所示,位于中間的多孔膜將兩層分開。安徽微流控芯片批量定制