現(xiàn)階段微流控芯片在生命科學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生和環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，鑒于所使用的微流控芯片基體材料的生物相容性可能會(huì)對(duì)芯片內(nèi)生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)過(guò)程產(chǎn)生重要影響，因而很有必要對(duì)微流控芯片基體材料的生物相容性及其改善方法進(jìn)行分析和研究。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，基于此，來(lái)自北京化工大學(xué)和新疆科技學(xué)院的研究人員于《微納電子技術(shù)》期刊發(fā)表論文，對(duì)各種基體材料的微流控芯片的生物相容性進(jìn)行了討論，并對(duì)改善微流控芯片生物相容性的方法進(jìn)行了總結(jié)。

微流控芯片不同基體材料生物相容性對(duì)比

如下表所示，研究人員對(duì)不同種類微流控芯片基體材料的生物相容性研究結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。

表1 不同基體材料的微流控芯片的生物相容性

具體來(lái)說(shuō)，硅膠類聚合物材料彈性好，基于軟光刻方法制備的微流控芯片鍵合工藝簡(jiǎn)單、流道完整、化學(xué)穩(wěn)定性高，并且模具可以重復(fù)利用。硅膠類聚合物材料中PDMS和NOA81的生物相容性比較好，而PUMA和OSTE的生物相容性則相對(duì)欠佳。有研究人員提出了一種以PDMS為基體的微流控芯片，圖1（a）為該微流控芯片的整體示意圖，圖1（b）為微流控芯片中的單個(gè)培養(yǎng)單元，左右兩側(cè)分別是培養(yǎng)基的入口和出口，上下通道的作用是加載細(xì)胞和排出廢料，人癌（HeLa）細(xì)胞在此芯片中存活了14天之久。

圖1 PDMS基體的微流控芯片整體示意圖及其單個(gè)培養(yǎng)單元

熱塑性聚合物材料機(jī)械性能優(yōu)異，基于激光燒蝕技術(shù)制備的微流控芯片的成本低、制作周期短，且生物相容性較高。近幾年出現(xiàn)的新興材料TPE或sTPE的生物相容性優(yōu)良，并且兼具熱塑性聚合物材料和彈性體聚合物材料的優(yōu)點(diǎn)。

3D打印技術(shù)中的熔融沉積快速成型技術(shù)常用的ABS和PLA的生物相容性好，而光固化成型技術(shù)常用的光敏樹(shù)脂類材料生物相容性大都欠佳。其他常用材料如玻璃和紙的生物相容性很好，尤其是紙基微流控芯片在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)方面的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛。

陶瓷的生物相容性受其材料配比的影響而不盡相同，但大部分陶瓷的生物相容性欠佳。有研究人員制備了3種硼硅酸鹽玻璃陶瓷LTCC襯底材料，即Ca-B-Si-O（CBS）、Ca-Al-B-Si-O（CABS）和Ca-Mg-B-Si-O（CMBS），并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)3種不同的陶瓷材料的生物相容性進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果如圖2（a）所示，CMBS樣品的浸出液中發(fā)現(xiàn)大量死亡細(xì)胞，其他兩種幾乎看不到；然后通過(guò)直接培養(yǎng)細(xì)胞法培養(yǎng)細(xì)胞，圖2（b）所示的結(jié)果表明細(xì)胞良好地粘附在纖維連接蛋白包覆的CABS樣品表面，觀察到其中有少量死亡細(xì)胞，然而，細(xì)胞很少粘附在CBS和CMBS樣品表面，并觀察到大量的死亡細(xì)胞。

圖2 不同方法培養(yǎng)細(xì)胞的熒光圖像

微流控芯片生物相容性的提高方法

（1）表面修飾或材料改性

微流控芯片的生物相容性沒(méi)有達(dá)到理想狀態(tài)時(shí)可以通過(guò)改變材料的組成或者在微通道內(nèi)壁表面修飾一層理想的具有生物相容性的涂層來(lái)改善芯片的生物相容性。有研究人員通過(guò)氬（Ar）或氮（N）等離子體處理，在以PUMA和OSE-80聚合物為基質(zhì)的微流控芯片表面引入極性高且有利于細(xì)胞附著和生長(zhǎng)的修飾物，圖3為未處理及等離子體處理的PUMA和OSTE聚合物上分別孵育24和72h后HUVEC的代表性免疫熒光圖像，此方法成功地使HUVEC在PUMA上更好地粘附和增殖，提高了芯片表面的生物相容性。

圖3 Ar或N等離子體處理不同時(shí)間HUVEC細(xì)胞生長(zhǎng)的代表性免疫熒光圖像

（2）表面形貌及粗糙度

材料表面的粗糙度會(huì)對(duì)細(xì)胞附著和表面浸潤(rùn)性有一定的影響，這勢(shì)必會(huì)對(duì)其生物相容性產(chǎn)生一定的影響。一般來(lái)說(shuō)，增大材料表面粗糙度可以增加其生物相容性。

總體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段提高生物相容性方法的適用范圍和使用效果還很有限，未來(lái)可以探索從表面修飾的新材料、新方法入手提升微流控芯片內(nèi)表面的生物相容性及表面修飾的耐久性。

論文鏈接：

http://dx.doi.org/10.13250/j.cnki.wndz.2022.07.003

審核編輯 ：李倩