微流控芯片是細胞生物學研究的有力工具，除了微流控芯片所共有的特點如高通量、低試劑消耗和功能集成，微流控細胞分析芯片的另一優(yōu)勢是可在微尺度條件下重建細胞微環(huán)境。已經(jīng)報道的微流控細胞培養(yǎng)系統(tǒng)大多數(shù)采用灌流培養(yǎng)方式，這種結構有利于構建高密度細胞培養(yǎng)陣列和實現(xiàn)及時的物質交換。然而，灌流培養(yǎng)芯片也面臨著一些挑戰(zhàn)，包括：

(1)  難以精確控制細胞培養(yǎng)環(huán)境；

(2)  連續(xù)灌流導致的試劑消耗增加；

(3)   應對復雜操作的靈活性限制。

 針對該問題，廣州市第一人民醫(yī)院暨華南理工大學附屬第二醫(yī)院檢驗醫(yī)學研究室的研究人員發(fā)展了一種開放式微流控芯片組織陣列系統(tǒng)，并將之用于抗腫瘤藥物正交組合測試。該研究成果發(fā)表近日在美國化學會《Analytical Chemistry》雜志，文章第一作者是林冬果和林錦瓊，通訊作者為劉大漁研究員。

圖1圖示說明微流控系統(tǒng)與微流控芯片結構（上），以及微流控芯片上的腫瘤微環(huán)境構建（下）。

研究發(fā)展的開放式微流控芯片包含三層結構：底層為微通道貫穿的細胞培養(yǎng)池陣列，頂層是開放式培養(yǎng)池，二者之間為一層納米孔薄膜。納米孔薄膜具有“透氣阻水”的特性，一方面可以起到止流閥作用實現(xiàn)液體自動分配，另一方面允許跨膜擴散模擬血管內皮層擴散屏障作用。

這種微流控芯片的優(yōu)勢在于：

（1）借助于自動液體分布構建高密度細胞培養(yǎng)陣列；

（2）結合了3D細胞培養(yǎng)和仿真血管內皮層，允許在仿真微環(huán)境下進行細胞實驗；

（3）通過與移液工作站結合，提供了液體操控的靈活性并保證微環(huán)境穩(wěn)定性。

這種微流控芯片系統(tǒng)結合了封閉式和開放式微流控芯片的優(yōu)點，一方面能夠通過液體流動和分布構建高密度細胞陣列，另一方面結合微量移液實現(xiàn)液體操控的靈活性和微環(huán)境穩(wěn)定性。

研究以乳腺癌細胞為模型，在芯片上構建了腫瘤組織微陣列并評價了其生物仿真性能。利用所發(fā)展的開放式微流控組織陣列芯片，研究進行了3因素3水平的抗腫瘤藥物正交組合測試。研究結果顯示，這種開放式微流控組織陣列芯片允許在仿真微環(huán)境條件下進行包含復雜操作步驟的實驗操作，是實現(xiàn)高效細胞分析的有利工具。

圖2微流控組織陣列芯片上藥物組合篩選流程示意圖。A. 芯片上的細胞培養(yǎng)微陣列形成：(I) 引入細胞懸液; (II) 細胞懸液順序充滿培養(yǎng)池; (III) 細胞懸液填充所有培養(yǎng)池; (IV) 多余液體排出。B. 細胞培養(yǎng)和藥物測試：(I) 液池加入CaCl₂溶液，下方培養(yǎng)室內形成海藻酸鈣水凝膠; (II) 加入細胞培養(yǎng)基（含或不含抗癌藥物）; (III)染料加入頂層儲液池；(IV)細胞活力檢測。

圖3 微流控芯片上的細胞懸液自動分布(A)，連續(xù)細胞培養(yǎng)后仿真腫瘤組織形成（B）以及基于組織陣列的抗腫瘤藥物正交組合測試（C）。

原文出處：OrthogonalScreening of Anticancer Drugs Using an Open-Access Microfluidic Tissue ArraySystem，Dongguo Lin, Peiwen Li, Jinqiong Lin, Bowen Shu, WeixinWang, Qiong Zhang, Na Yang, Dayu Liu, and Banglao Xu，Anal. Chem.,2017, 89(22), pp 11976–11984, DOI:10.1021/acs.analchem.7b02021