用于高通量药物筛选的微流控细胞芯片研究

创新药物研发对提高人类健康水平和生活质量起着至关重要的作用，是现代生物医学研究的重要课题。基于细胞水平的高通量药物筛选是创新药物研发的关键步骤。目前基于微孔板技术的药物筛选通量有限、试剂消耗量大、筛选成本高。近几年快速发展的微流控芯片技术能够在微小的面积上集成成千上万个体积仅在纳升或皮升量级的筛选单元，是一种高度平行化、自动化的集成微型芯片，具有发展成为试剂消耗少、筛选成本低的超高通量药物筛选技术的巨大潜力。本项目将通过探索研究微尺度流道中溶液和细胞输运规律、复杂流场中细胞分布行为、微流道中细胞定位操纵方法、微泵微阀的集成方法和三维立体复杂微流控芯片的制作方法和工艺，发展出大规模集成微泵微阀、能够控制细胞均匀分布、适合于多种细胞模型和筛选模式的高通量微流控细胞芯片，用于高通量高内涵药物筛选。

本课题通过化学、生命科学、微纳米技术以及流体力学等相关学科的交叉，研究了在微流控芯片中定位、操纵、输运微量液体或细胞所涉及的关键科学技术问题。按照研究计划完成了各项研究，达到了预期目标。完成了高通量微流控细胞芯片微流道网络结构设计；完成了微流控细胞芯片细胞定位控制技术研发，根据药物筛选需要可以进行筛选微单元内单细胞控制或多细胞控制，适合于贴壁依赖性动物细胞和悬浮培养细胞的培养；完成了96通道微流控液体输送系统研发，能够同时进行多种纳升或皮升量级液体输送；完成了微流控芯片系统集成研发，发展出集细胞定位操控技术、多通道纳升或皮升量级液体输送技术于一体的大规模集成96×96 高通量微流控药物筛选细胞芯片（含9216个药物筛选微单元）；进行了抗肿瘤药物筛选的演示验证，使用一块这样的微流控芯片，不但一次试验就可以获得近万个药物筛选数据，而且与目前的微孔板技术比较，药物试剂消耗量下降数十万倍，内置的多通道微泵用于样品和试剂的输送，无需昂贵的体积庞大的外设液体输送系统。目前在已经建立的微纳制作实验室可以方便地制作24×24、48×48、96×96等不同通量的微流控细胞芯片，满足不同的药物筛选试验需求。. 项目执行期间申请发明专利3项；完成撰写论文5篇，其中已发表4篇，已投稿1篇。发表的4篇论文中SCI索引的2篇，EI收录的1篇，会议论文1篇（EI收录）。培养硕士研究生3名，形成了一支10人左右的以海外归国高级研究人员为骨干，有工程学、化学、药学、生物学和物理学等不同专业背景，致力于开拓创新的微流控芯片技术研发队伍。