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勢是可在微尺度條件下重建細胞微環境。已經報道的微流控細胞培養系統大多數采用灌流培養方式，這種結構有利于構建高密度細胞培養陣列和實現及時的物質交換。然而，灌流培養芯片也面臨著一些挑戰，包括：

(1)  難以精確控制細胞培養環境；

(2)  連續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，廣州市第一人民醫院暨華南理工大學附屬第二醫院檢驗醫學研究室的研究人員發展了一種開放式微流控芯片組織陣列系統，并將之用于抗腫瘤藥物正交組合測試。該研究成果發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與微流控芯片結構（上），以及微流控芯片上的腫瘤微環境構建（下）。

研究發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池陣列，頂層是開放式培養池，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勢在于：

（1）借助于自動液體分布構建高密度細胞培養陣列；

（2）結合了3D細胞培養和仿真血管內皮層，允許在仿真微環境下進行細胞實驗；

（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境穩定性。

這種微流控芯片系統結合了封閉式和開放式微流控芯片的優點，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液體操控的靈活性和微環境穩定性。

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境條件下進行包含復雜操作步驟的實驗操作，是實現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. 芯片上的細胞培養微陣列形成：(I) 引入細胞懸液; (II) 細胞懸液順序充滿培養池; (III) 細胞懸液填充所有培養池; (IV) 多余液體排出。B. 細胞培養和藥物測試：(I) 液池加入CaCl₂溶液，下方培養室內形成海藻酸鈣水凝膠; (II) 加入細胞培養基（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)，連續細胞培養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