浙江大學賀永教授課題組：水凝膠三維微流控芯片及在其上構建的血管芯片

來源：賀永科學網博客

浙江大學機械工程學院賀永教授課題組發(fā)明了一種基于二次交聯的凝膠基微流控芯片制造新方法，能夠構造具有不同復雜內部流道的凝膠芯片，進而接種血管內皮細胞，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。實現在時間和空間上重現體內的血管環(huán)境，它可以應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建，腫瘤藥物篩選等。本方法可實現微流道高強度封裝，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），然后將水凝膠層堆疊拼裝，進行二次交聯，實現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。

帶有復雜內部流道的水凝膠芯片

基于二次交聯方法構造的水凝膠基血管芯片

流道上的內皮細胞逐漸貼壁，增殖，軸向及徑向布滿整個流道，自發(fā)對齊，形成網絡結構，流道開始實現血管化，Vinculin蛋白（一種細胞與細胞外基質/細胞與支架之間相互作用的關鍵蛋白細胞）的表達驗證了細胞與流道材料間聯系的產生，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，細胞之間實現明顯的交流，內皮細胞功能蛋白CD31的表達進一步驗證了血管功能化的實現。此外，通過炎癥誘導因子的加載，模擬了動脈粥樣硬化等病理條件下血管的炎癥反應。

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

相關論文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化醫(yī)學院的陳偉教授。

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