微流控芯片不同基体材料生物相容性对比

现阶段微流控芯片在生命科学、医药卫生和环境领域的应用日益广泛，鉴于所使用的微流控芯片基体材料的生物相容性可能会对芯片内生物医学检测过程产生重要影响，因而很有必要对微流控芯片基体材料的生物相容性及其改善方法进行分析和研究。

据麦姆斯咨询报道，基于此，来自北京化工大学和新疆科技学院的研究人员于《微纳电子技术》期刊发表论文，对各种基体材料的微流控芯片的生物相容性进行了讨论，并对改善微流控芯片生物相容性的方法进行了总结。

微流控芯片不同基体材料生物相容性对比

如下表所示，研究人员对不同种类微流控芯片基体材料的生物相容性研究结果进行了对比。

表1 不同基体材料的微流控芯片的生物相容性

具体来说，硅胶类聚合物材料弹性好，基于软光刻方法制备的微流控芯片键合工艺简单、流道完整、化学稳定性高，并且模具可以重复利用。硅胶类聚合物材料中PDMS和NOA81的生物相容性比较好，而PUMA和OSTE的生物相容性则相对欠佳。有研究人员提出了一种以PDMS为基体的微流控芯片，图1（a）为该微流控芯片的整体示意图，图1（b）为微流控芯片中的单个培养单元，左右两侧分别是培养基的入口和出口，上下通道的作用是加载细胞和排出废料，人癌（HeLa）细胞在此芯片中存活了14天之久。

图1 PDMS基体的微流控芯片整体示意图及其单个培养单元

热塑性聚合物材料机械性能优异，基于激光烧蚀技术制备的微流控芯片的成本低、制作周期短，且生物相容性较高。近几年出现的新兴材料TPE或sTPE的生物相容性优良，并且兼具热塑性聚合物材料和弹性体聚合物材料的优点。

3D打印技术中的熔融沉积快速成型技术常用的ABS和PLA的生物相容性好，而光固化成型技术常用的光敏树脂类材料生物相容性大都欠佳。其他常用材料如玻璃和纸的生物相容性很好，尤其是纸基微流控芯片在生物医学检测方面的应用已经较为广泛。

陶瓷的生物相容性受其材料配比的影响而不尽相同，但大部分陶瓷的生物相容性欠佳。有研究人员制备了3种硼硅酸盐玻璃陶瓷LTCC衬底材料，即Ca-B-Si-O（CBS）、Ca-Al-B-Si-O（CABS）和Ca-Mg-B-Si-O（CMBS），并通过实验对3种不同的陶瓷材料的生物相容性进行了评估。结果如图2（a）所示，CMBS样品的浸出液中发现大量死亡细胞，其他两种几乎看不到；然后通过直接培养细胞法培养细胞，图2（b）所示的结果表明细胞良好地粘附在纤维连接蛋白包覆的CABS样品表面，观察到其中有少量死亡细胞，然而，细胞很少粘附在CBS和CMBS样品表面，并观察到大量的死亡细胞。

图2 不同方法培养细胞的荧光图像

微流控芯片生物相容性的提高方法

（1）表面修饰或材料改性

微流控芯片的生物相容性没有达到理想状态时可以通过改变材料的组成或者在微通道内壁表面修饰一层理想的具有生物相容性的涂层来改善芯片的生物相容性。有研究人员通过氩（Ar）或氮（N）等离子体处理，在以PUMA和OSE-80聚合物为基质的微流控芯片表面引入极性高且有利于细胞附着和生长的修饰物，图3为未处理及等离子体处理的PUMA和OSTE聚合物上分别孵育24和72h后HUVEC的代表性免疫荧光图像，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。

图3 Ar或N等离子体处理不同时间HUVEC细胞生长的代表性免疫荧光图像

（2）表面形貌及粗糙度

材料表面的粗糙度会对细胞附着和表面浸润性有一定的影响，这势必会对其生物相容性产生一定的影响。一般来说，增大材料表面粗糙度可以增加其生物相容性。

总体来说，现阶段提高生物相容性方法的适用范围和使用效果还很有限，未来可以探索从表面修饰的新材料、新方法入手提升微流控芯片内表面的生物相容性及表面修饰的耐久性。

论文链接：

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

审核编辑 ：李倩