現階段微流控芯片在生命科學、醫藥衛生和環境領域的應用日益廣泛，鑒于所使用的微流控芯片基體材料的生物相容性可能會對芯片內生物醫學檢測過程產生重要影響，因而很有必要對微流控芯片基體材料的生物相容性及其改善方法進行分析和研究。

據麥姆斯咨詢報道，基于此，來自北京化工大學和新疆科技學院的研究人員于《微納電子技術》期刊發表論文，對各種基體材料的微流控芯片的生物相容性進行了討論，并對改善微流控芯片生物相容性的方法進行了總結。

微流控芯片不同基體材料生物相容性對比

如下表所示，研究人員對不同種類微流控芯片基體材料的生物相容性研究結果進行了對比。

表1 不同基體材料的微流控芯片的生物相容性

具體來說，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單、流道完整、化學穩定性高，并且模具可以重復利用。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培養單元，左右兩側分別是培養基的入口和出口，上下通道的作用是加載細胞和排出廢料，人癌（HeLa）細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培養單元

熱塑性聚合物材料機械性能優異，基于激光燒蝕技術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。近幾年出現的新興材料TPE或sTPE的生物相容性優良，并且兼具熱塑性聚合物材料和彈性體聚合物材料的優點。

3D打印技術中的熔融沉積快速成型技術常用的ABS和PLA的生物相容性好，而光固化成型技術常用的光敏樹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學檢測方面的應用已經較為廣泛。

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），并通過實驗對3種不同的陶瓷材料的生物相容性進行了評估。結果如圖2（a）所示，CMBS樣品的浸出液中發現大量死亡細胞，其他兩種幾乎看不到；然后通過直接培養細胞法培養細胞，圖2（b）所示的結果表明細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胞，然而，細胞很少粘附在CBS和CMBS樣品表面，并觀察到大量的死亡細胞。

圖2 不同方法培養細胞的熒光圖像

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有達到理想狀態時可以通過改變材料的組成或者在微通道內壁表面修飾一層理想的具有生物相容性的涂層來改善芯片的生物相容性。有研究人員通過氬（Ar）或氮（N）等離子體處理，在以PUMA和OSE-80聚合物為基質的微流控芯片表面引入極性高且有利于細胞附著和生長的修飾物，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間HUVEC細胞生長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對細胞附著和表面浸潤性有一定的影響，這勢必會對其生物相容性產生一定的影響。一般來說，增大材料表面粗糙度可以增加其生物相容性。

總體來說，現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