基于微流控芯片的體外類生命系統(tǒng)

近日，國際學(xué)術(shù)期刊Biomaterials Science 以inside back cover的形式刊載了中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所微納米課題組在體外類生命系統(tǒng)構(gòu)建領(lǐng)域的最新成果。該研究基于光誘導(dǎo)微流控芯片，利用動(dòng)態(tài)變化的數(shù)字光掩膜，實(shí)現(xiàn)了多維水凝膠結(jié)構(gòu)的層層微制造，并且具備非紫外、快速、靈活、可重構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，為建立體外類生命系統(tǒng)、生物器官模型等奠定了基礎(chǔ)。

沈陽自動(dòng)化所在體外類生命系統(tǒng)構(gòu)建領(lǐng)域取得進(jìn)展

工程技術(shù)與生命科學(xué)的融合已成為引領(lǐng)科技創(chuàng)新的前沿?zé)狳c(diǎn)之一，如何在體外最大限度地復(fù)現(xiàn)生物細(xì)胞、組織和器官在體內(nèi)的結(jié)構(gòu)、功能及環(huán)境，對(duì)于新藥篩選與研發(fā)、組織工程以及類生命機(jī)器人研究等方面具有重要意義。然而，傳統(tǒng)生物3D打印技術(shù)與立體光刻技術(shù)需要依賴于具有生物毒性的紫外光及光引發(fā)劑等，為體外類生命系統(tǒng)構(gòu)建引入額外的影響因素。此外，這些方法也缺乏與微流控技術(shù)的無縫結(jié)合，微流控技術(shù)能為體外類生命系統(tǒng)構(gòu)建提供充足的養(yǎng)料及氧氣供給，是體外類生命系統(tǒng)必不可少的一部分。

課題組利用光誘導(dǎo)微流控芯片新穎的光敏特性，在可見光條件下利用動(dòng)態(tài)多變的數(shù)字掩膜圖案，實(shí)現(xiàn)了微流控芯片中三維立體水凝膠結(jié)構(gòu)的層層制造，研究并提出了“聚合-剝離-聚合”的水凝膠微制造模型，具備靈活、多樣、可重構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而，以此三維立體水凝膠結(jié)構(gòu)作為生物支架，以微流控芯片作為生物反應(yīng)器，進(jìn)行了多類生物細(xì)胞的體外三維培養(yǎng)的研究，對(duì)細(xì)胞與支架、細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用進(jìn)行了研究，為構(gòu)建體外類生命系統(tǒng)、體外生物組織及器官以及類生命機(jī)器人等提供了可行的技術(shù)途徑。

近年來，圍繞微納機(jī)器人與生命科學(xué)的交叉研究，微納米課題組在癌癥個(gè)性化治療、細(xì)胞多維信息獲取、體外生物模型構(gòu)建、先進(jìn)儀器創(chuàng)成等方面取得了進(jìn)展，相關(guān)工作發(fā)表在Nature Communications，Small，ACS Applied Materials & Interfaces，Lab on a Chip，Nanoscale，IEEE Trans匯刊等國際期刊，研究布局逐步系統(tǒng)化、體系化，為未來取得更好的成果奠定了工作基礎(chǔ)。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院、機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。