浙江大學(xué)賀永教授課題組：水凝膠三維微流控芯片及在其上構(gòu)建的血管芯片

來源：賀永科學(xué)網(wǎng)博客

浙江大學(xué)機械工程學(xué)院賀永教授課題組發(fā)明了一種基于二次交聯(lián)的凝膠基微流控芯片制造新方法,，能夠構(gòu)造具有不同復(fù)雜內(nèi)部流道的凝膠芯片,，進而接種血管內(nèi)皮細胞,，形成具有血管形態(tài)和功能的血管模型,。通過凝膠基血管芯片的構(gòu)建不僅可以模擬血管的主要功能,，還可以借助微流控手段施加各種流體剪切及生物因子的刺激。實現(xiàn)在時間和空間上重現(xiàn)體內(nèi)的血管環(huán)境,，它可以應(yīng)用于血管化過程研究,，心血管疾病研究，體外組織工程器官芯片的構(gòu)建,，腫瘤藥物篩選等,。本方法可實現(xiàn)微流道高強度封裝，便于物理剪切力,、生物因子等施加刺激,；同時水凝膠也為營養(yǎng)滲透以及分子擴散提供了高效支撐。

基于二次交聯(lián)的凝膠基微流控芯片制造工藝及原理

一直以來,，器官芯片的基底材質(zhì)通常是PDMS,，塑料、硅等適合于微加工的材料,，水凝膠可否作為微流控芯片的材料呢,？他們設(shè)計了一種Bottom-Up的芯片制造策略，先加工出帶有微槽的水凝膠層（每層水凝膠含有兩種水凝膠材料,，一種用于固化,，一種用于后續(xù)的二次交聯(lián)），然后將水凝膠層堆疊拼裝,，進行二次交聯(lián),，實現(xiàn)三維水凝膠微流控芯片制造。用這種方法,，可制造帶有螺旋形流道,、分叉流道、蛇形流道,、多層互通流道等的水凝膠芯片,。

帶有復(fù)雜內(nèi)部流道的水凝膠芯片

基于二次交聯(lián)方法構(gòu)造的水凝膠基血管芯片

流道上的內(nèi)皮細胞逐漸貼壁,，增殖，軸向及徑向布滿整個流道,，自發(fā)對齊,，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，流道開始實現(xiàn)血管化,，Vinculin蛋白（一種細胞與細胞外基質(zhì)/細胞與支架之間相互作用的關(guān)鍵蛋白細胞）的表達驗證了細胞與流道材料間聯(lián)系的產(chǎn)生,，細胞間連接蛋白VE-Cadherin的表達表明了細胞之間形成緊密的相互連接，細胞之間實現(xiàn)明顯的交流,，內(nèi)皮細胞功能蛋白CD31的表達進一步驗證了血管功能化的實現(xiàn),。此外，通過炎癥誘導(dǎo)因子的加載,，模擬了動脈粥樣硬化等病理條件下血管的炎癥反應(yīng)。

本方法的優(yōu)點有：
1.凝膠基微流控芯片的構(gòu)建得益于水凝膠材料的固有交聯(lián)性質(zhì),，無需引入任何其他材料,。
2.二次交聯(lián)原理可以應(yīng)用于任意具有不同交聯(lián)體系的水凝膠組合。
3.獲得的凝膠基微流控芯片沒有任何結(jié)合面分界線,，完全結(jié)合為一個整體,。
4.方便構(gòu)建各種復(fù)雜形式的內(nèi)部流道。
5.具有良好的生物相容性,，可以實現(xiàn)血管功能化,。

相關(guān)論文Vessel-on-a-chip with Hydrogel-based Microfluidics近日刊登在WILLY旗下的SMALL雜志上。第一作者為聶晶博士生,、高慶博士后,、王怡棟博士生，通訊作者為賀永教授和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)院的陳偉教授,。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201802368