隨(sui)著(zhe)器(qi)官(guan)芯(xin)片(pian)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，其(qi)應(ying)用(yong)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)，大(da)部(bu)分(fen)生(sheng)理(li)途(tu)徑(jing)需(xu)要(yao)連(lian)續(xu)介(jie)質(zhi)循(xun)環(huan)和(he)組(zu)織(zhi)間(jian)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)，單(dan)器(qi)官(guan)芯(xin)片(pian)無(wu)法(fa)全(quan)麵(mian)反(fan)映(ying)機(ji)體(ti)器(qi)官(guan)功(gong)能(neng)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)
、功能變化和完整性。為適應人體結構複雜性
，未來的研究需要建立更加複雜的多器官微流控芯片（Multi-Organ-Chip, MOC）係統，將幾種器官等同物合並到類似人類的代謝環境中，開發動態的實驗室微生物反應器，進行係統的毒性檢測和代謝評估。

 

微流控芯片技術（Microfluidics）也被稱為芯片實驗室（Lab-On-a-Chip, LOC），涉及物理、化學、醫學
、流體
、電子、材料、機械等多學科交叉的研究領域。通過微通道、反應室和其他某些功能部件
，對流體進行精準操控
，對生物、化學、醫學分析過程的樣品製備
、反應
、分離
、檢測等基本操作單元集成分析，具有液體流動可控、集成化
、消耗低、通量高、分析快等優點，已經被廣泛應用於生物醫學和環境科學等研究領域。基於微流控芯片技術的人體器官芯片（Human organs-on-chips）近幾年來發展迅速，已經實現肺、腎、腸、肝、心髒、血管
、皮膚
、大腦、骨骼、乳腺
、脾髒、血腦屏障、氣血屏障等芯片的構建，通過與細胞生物學、工程學和生物材料等多種學科的方法相結合，體外模擬多種活體細胞、組織器官微環境，反映人體組織器官的主要結構和功能特征。

 

rentibutongqiguanhuozhenggexitongdeduxingjianceshiyaodaidonglixueheyaoxiaoxueyanjiudezhongyaobufen

，chuantongdeerweixibaopeiyangmoshiyijidongwushiyanqudelezhuduochengjiu，danshouzhouqi

、成本、精準度
、倫理等因素的限製，難以預測人體對於各種藥物的響應。研究表明：rentiqiguanxinpianjishunengzhunquedikongzhiduogexitongcanshu
，yuchuantongdedulixuedongwushiyanxiangbigengnengfanyingrentineizhenshiqingkuang
，zaixinyaoshaixuanfangmiangengjuteyixing。yinci，liyongweijiagongjishu，jianligengjiejinrentihuanjingdefangshengxitongchengweitiwaishenglimoxingdeyanjiuredian。

 

然而，隨(sui)著(zhe)器(qi)官(guan)芯(xin)片(pian)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)
，其(qi)應(ying)用(yong)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)，大(da)部(bu)分(fen)生(sheng)理(li)途(tu)徑(jing)需(xu)要(yao)連(lian)續(xu)介(jie)質(zhi)循(xun)環(huan)和(he)組(zu)織(zhi)間(jian)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)，單(dan)器(qi)官(guan)芯(xin)片(pian)無(wu)法(fa)全(quan)麵(mian)反(fan)映(ying)機(ji)體(ti)器(qi)官(guan)功(gong)能(neng)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)、功能變化和完整性。為適應人體結構複雜性，未來的研究需要建立更加複雜的多器官微流控芯片（Multi-Organ-Chip, MOC）係統，將幾種器官等同物合並到類似人類的代謝環境中，開發動態的實驗室微生物反應器
，進行係統的毒性檢測和代謝評估。

 

本文綜述了近年來多器官微流控芯片的研究進展
，並對其發展趨勢進行了展望。

 

多器官微流控芯片的設計原理

多duo器qi官guan微wei流liu控kong芯xin片pian將jiang不bu同tong器qi官guan和he組zu織zhi的de細xi胞bao在zai芯xin片pian上shang培pei養yang
，以yi微wei通tong道dao相xiang連lian，實shi現xian多duo器qi官guan集ji成cheng化hua，以yi考kao察cha其qi相xiang互hu作zuo用yong或huo建jian立li一yi個ge係xi統tong，用yong於yu體ti外wai藥yao物wu篩shai選xuan。芯xin片pian中zhong可ke集ji成cheng數shu個ge經jing過guo特te殊shu設she計ji的de微wei培pei養yang室shi
、灌注通道並同時培養多種細胞，利用微流控技術可以產生精確可控的流體剪切力、周期性變化的機械力和溶質濃度梯度變化的灌注液。利用這些平台優勢，多器官微流控芯片可以用於細致地分析組織

、器官特異性應激反應，例如循環免疫細胞的募集、對藥物、毒素或其他刺激因素的應答等。除此之外，將多個模擬不同器官、組織的芯片，按照體內的關係，用血管內皮組織、血細胞或是流體介質將其連接起來，就能在體外模仿體內不同器官、組織之間的生理作用和藥物分布等。

 

圖1所示為 MOC係統裝置，圖1（a）包括兩個聚碳酸酯蓋板，PDMS-玻璃芯片用於承載血流回路（粉紅色）和排泄流動回路（黃色）

；數字分別代表腸道（1）
，肝髒（2）
，皮膚（3）和腎髒（4）組織的4個組織培養隔室。多器官芯片布局的頂視圖示出了血液回路中的3個測量點（A
，B和 C）的位置以及排泄回路中的兩個測量點（D，E）。該裝置用微泵設備來控製流體的順時針和逆時針流動，以微通道相連接，在芯片上培養構建了可容納腸、肝、皮膚、腎4個器官的MOC係統
，通過兩個流動回路模擬模擬藥物在腸內吸收
、肝髒代謝以及腎髒排泄，用於體外檢測候選藥物安全性和有效性評估。應用該係統體外模擬了人體內葡萄糖代謝的環境，結果顯示芯片“口服”藥(yao)物(wu)，吸(xi)收(shou)後(hou)藥(yao)物(wu)通(tong)過(guo)模(mo)擬(ni)的(de)血(xue)液(ye)循(xun)環(huan)
，經(jing)過(guo)肝(gan)髒(zang)，然(ran)後(hou)進(jin)入(ru)皮(pi)膚(fu)和(he)腎(shen)髒(zang)，到(dao)達(da)腎(shen)髒(zang)器(qi)官(guan)模(mo)型(xing)代(dai)謝(xie)並(bing)經(jing)腎(shen)尿(niao)液(ye)排(pai)出(chu)，進(jin)一(yi)步(bu)驗(yan)證(zheng)了(le)葡(pu)萄(tao)糖(tang)在(zai)小(xiao)腸(chang)內(nei)的(de)代(dai)謝(xie)途(tu)徑(jing)。此(ci)外(wai)，還(hai)有(you)相(xiang)關(guan)研(yan)究(jiu)共(gong)培(pei)養(yang)神(shen)經(jing)球(qiu)和(he)肝(gan)球(qiu)體(ti)
，構(gou)建(jian)神(shen)經(jing)係(xi)統(tong)-肝髒多器官微流控芯片，用2
，5-己二酮研究其對組織的毒性作用和代謝途徑，通過測定葡萄糖消耗量和乳酸產量作為MOC係xi統tong代dai謝xie活huo動dong的de指zhi標biao。在zai肝gan中zhong，正zheng己ji烷wan可ke能neng以yi解jie毒du途tu徑jing或huo者zhe生sheng物wu活huo化hua途tu徑jing代dai謝xie為wei己ji醇chun，經jing過guo血xue液ye到dao達da大da腦nao產chan生sheng毒du害hai作zuo用yong，實shi驗yan中zhong對dui兩liang種zhong不bu同tong濃nong度du的de2，5-己二酮的毒性測定結果表明其誘導了神經球和肝微組織中的高度細胞凋亡。

 

圖1 多器官微流控芯片設計示意圖

 

多器官微流控芯片係統研究

微細胞培養物類似物（μCCA）與PBPK模型

 

藥代動力學模型（Physiologically Based Pharmacokinetics, PBPK）是指一種更符合藥物在體內動態變化的具體狀況的模型
，對於新藥研發具有重要作用。PBPK模型以“生理學室”代替經典模型中的隔室（房室模型），根據質量平衡關係、按模型建立速度方程、對方程組進行求解、得de出chu各ge個ge組zu織zhi或huo器qi官guan的de毒du物wu濃nong度du與yu時shi間jian的de關guan係xi，可ke基ji本ben明ming確que藥yao物wu在zai體ti內nei動dong態tai增zeng加jia或huo減jian少shao的de實shi際ji情qing況kuang。由you於yu微wei流liu體ti可ke以yi精jing確que控kong製zhi多duo個ge隔ge室shi的de流liu動dong和he連lian接jie，區qu域yu化hua的de微wei流liu體ti係xi統tong可ke以yi作zuo為weiPBPK模型的體外平台。

 

經過對多器官微流控芯片係統的研究，開發了一種模擬人類對藥物反應的高通量體外係統
，將基於微流控芯片的微細胞培養物類似物（Microscale Cell Culture Analog, μCCA）與PBPK模型結合使用，建立對應PBPK數學模型的物理裝置（μCCA裝置）。在(zai)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)

，每(mei)個(ge)器(qi)官(guan)代(dai)表(biao)一(yi)個(ge)隔(ge)室(shi)，代(dai)表(biao)關(guan)鍵(jian)器(qi)官(guan)的(de)腔(qiang)室(shi)被(bei)製(zhi)造(zao)在(zai)矽(gui)芯(xin)片(pian)上(shang)

，並(bing)通(tong)過(guo)微(wei)通(tong)道(dao)相(xiang)互(hu)連(lian)接(jie)用(yong)於(yu)模(mo)擬(ni)血(xue)液(ye)流(liu)動(dong)中(zhong)的(de)介(jie)質(zhi)再(zai)循(xun)環(huan)，μCCAs縮小器件可以在體外模擬近生理流體流動條件
、體內組織的尺寸比以及多組織器官的相互作用
，通過使用外部泵和外部常見的介質再循環來支持個體肝髒
、骨髓和腫瘤細胞係培養隔室之間的相互作用。在對肝髒、骨髓和腫瘤細胞係共培養研究中
，根據人類組織數據設置縮放細胞室及相關參數


，μCCA裝置中不同組織或者器官分別以單獨的隔室相連接來模擬多組織器官的作用環境。實驗結果顯示，μCCA裝置能夠捕獲肝髒隔室中的代謝
，可以觀察到傳統孔板測定中未觀察到的腫瘤細胞的損傷。

 

結合PBPK預測的μCCA裝zhuang置zhi可ke以yi與yu人ren體ti試shi驗yan的de藥yao物wu處chu理li匹pi配pei
，不bu僅jin能neng模mo擬ni動dong態tai的de多duo器qi官guan相xiang互hu作zuo用yong，並bing且qie還hai能neng夠gou模mo擬ni現xian實shi的de生sheng理li微wei環huan境jing，實shi現xian體ti外wai研yan究jiu藥yao物wu的de藥yao代dai動dong力li學xue等deng藥yao效xiao學xue性xing質zhi。μCCA裝置的微環境是基於一個簡化的PBPK數學模型設計的，在研究藥代動力學
、butongqiguanxibaojianhuzuojiduxinghedaixiexianghuzuoyongdejiashejianyandengfangmianyouzhongyaoyiyi。buzudeshi，dangxibaoyiliutilianjiedefangshipeiyangshi，peiyangjizaitigongyingyangwuzhi、去除細胞廢物的同時，也可能會放大未知灌注液對隔室細胞的毒性作用。

 

多通道三維微流控細胞培養係統（3D-μFCCS）

 

由於μCCAzhuangzhidebuzu，yaoshejiyigetineigaodubaoshoudexitong，zhongyaodeshiyiliutilianxidefangshipeiyangduozhongxibaoleixing
，tongshibaochibicijiandegeli，jucikaifaleyizhongduotongdao3D微流控細胞培養係統（3D microfluidic Cell Culture System, 3D-μFCCS）。

 

3D-μFCCS是由多個微通道相互連接的微流體通道和微陣列組成
，采用微陣列技術對多種細胞類型進行高密度物理固定，以獲得最大的細胞-細胞相互作用。在3D球(qiu)形(xing)微(wei)組(zu)織(zhi)和(he)微(wei)流(liu)控(kong)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)多(duo)組(zu)織(zhi)實(shi)驗(yan)分(fen)析(xi)中(zhong)
，將(jiang)預(yu)先(xian)形(xing)成(cheng)的(de)球(qiu)形(xing)微(wei)組(zu)織(zhi)裝(zhuang)載(zai)到(dao)微(wei)室(shi)中(zhong)並(bing)在(zai)連(lian)續(xu)灌(guan)注(zhu)下(xia)培(pei)養(yang)，通(tong)過(guo)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)芯(xin)片(pian)傾(qing)斜(xie)由(you)重(zhong)力(li)驅(qu)動(dong)的(de)流(liu)動(dong)產(chan)生(sheng)，而(er)不(bu)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)管(guan)道(dao)和(he)外(wai)部(bu)泵(beng)。以(yi)3D-μFCCS為基礎構建的鼠肝和大腸腫瘤MOC係統在前體藥物環磷酰胺存在下培養8d
，僅jin在zai芯xin片pian上shang不bu同tong微wei量liang組zu織zhi類lei型xing的de共gong培pei養yang物wu中zhong觀guan察cha到dao對dui腫zhong瘤liu生sheng長chang有you顯xian著zhu影ying響xiang

，而er環huan磷lin酰xian胺an處chu理li的de靜jing態tai肝gan髒zang微wei組zu織zhi的de不bu連lian續xu轉zhuan移yi上shang清qing液ye並bing不bu顯xian著zhu影ying響xiang腫zhong瘤liu生sheng長chang。該gai係xi統tong驗yan證zheng了le環huan磷lin酰xian胺an對dui腫zhong瘤liu生sheng長chang有you顯xian著zhu的de影ying響xiang
，但dan在zai體ti外wai無wu抗kang腫zhong瘤liu活huo性xing，隻zhi有you在zai肝gan髒zang被bei生sheng物wu活huo化hua之zhi後hou才cai起qi作zuo用yong。

 

此外，多通道3D-μFCCS還被設計用於同時培養不同器官的細胞聚集體以模擬身體中的多個器官。培養4種不同的細胞類型，以模擬人類的4種器官：C3A（肝髒）
，A549（肺髒）
，HK-2（腎髒）和 HPA（脂肪），通過補充常見的培養基與生長因子來優化細胞功能。在細胞培養過程中，特異性地將TGF-β1在A549室內控製釋放，能增強A549細胞的功能，而C3A、HK-2和HPA細胞的功能不受影響，與模擬單個組織功能有所不同。3D-μFCCS裝置上，細胞培養隔室之間有限的相互作用類似於體內的情況。

 

單向流動的生物測定係統及其他MOC係統

 

相比μCCA和3D-μFCCS，Imura及ji其qi同tong事shi構gou建jian的de生sheng物wu測ce定ding係xi統tong是shi相xiang對dui先xian進jin的de版ban本ben，它ta將jiang人ren類lei的de腸chang道dao，肝gan髒zang和he乳ru腺xian癌ai細xi胞bao係xi培pei養yang物wu組zu合he成cheng一yi個ge單dan一yi的de線xian性xing通tong道dao，應ying用yong單dan向xiang流liu動dong而er不bu需xu要yao介jie質zhi再zai循xun環huan。微wei芯xin片pian由you載zai玻bo片pian，透tou氣qi膜mo和he聚ju二er甲jia基ji矽gui氧yang烷wan片pian組zu成cheng
，其qi中zhong含han有you通tong過guo光guang刻ke製zhi成cheng的de微wei通tong道dao。將jiangCaco-2克隆結腸腺癌細胞在微芯片的膜上培養，模擬藥物的體內腸轉運：環huan磷lin酰xian胺an能neng透tou過guo腸chang屏ping障zhang的de


，表biao現xian出chu較jiao高gao的de滲shen透tou係xi數shu
，環huan磷lin酰xian胺an不bu能neng被bei腸chang壁bi吸xi收shou的de，表biao現xian出chu較jiao低di的de滲shen透tou係xi數shu。滲shen透tou測ce試shi結jie果guo與yu使shi用yong傳chuan統tong方fang法fa獲huo得de的de結jie果guo一yi致zhi
，而er電dian池chi消xiao耗hao減jian少shao80%。

 

近年來，在原有器官芯片係統的基礎上

，MOC係統進一步發展完善。Loskill等利用μOrgano係統研究多個心髒單元
，可以單獨加載不同類型的細胞，控製分化和發育的時間，控製各個組織的流體連接，即插即用。Maschmeyer等設計了可容納兩個微生物流體流動回路的MOC裝置



，首次實現了腸、肝
、皮膚和腎4個器官組織在微流控芯片上重複培養28d，且(qie)所(suo)有(you)組(zu)織(zhi)在(zai)整(zheng)個(ge)共(gong)培(pei)養(yang)期(qi)間(jian)保(bao)持(chi)高(gao)細(xi)胞(bao)活(huo)力(li)和(he)離(li)散(san)的(de)生(sheng)理(li)組(zu)織(zhi)結(jie)構(gou)，成(cheng)功(gong)從(cong)生(sheng)理(li)角(jiao)度(du)證(zheng)明(ming)了(le)腸(chang)道(dao)的(de)功(gong)能(neng)以(yi)及(ji)腎(shen)髒(zang)的(de)生(sheng)物(wu)屏(ping)障(zhang)。除(chu)了(le)腸(chang)屏(ping)障(zhang)與(yu)腎(shen)屏(ping)障(zhang)，多(duo)器(qi)官(guan)微(wei)流(liu)控(kong)芯(xin)片(pian)還(hai)成(cheng)功(gong)地(di)模(mo)擬(ni)了(le)人(ren)體(ti)的(de)多(duo)個(ge)生(sheng)物(wu)屏(ping)障(zhang)

，例(li)如(ru)利(li)用(yong)Transwellzhuangzhizaixuanfuyukongzhongdelvmoshangpeiyangxibaomonixuenaopingzhangjinxingyaowuzhuanyunyanjiujijiancetedingbiaozhiwudebiaoda
，zaiqiyejiemianshixianfeishangpixibaoyuxueguanneipixibaogongpeiyangdeqixuepingzhangdeng。

 

多器官微流控芯片的設計及新應用

多器官微流控芯片設計

 

多器官微流控芯片的設計基於PBPK的理念
，可利用模型預測人體對藥物的反應以及藥物的作用機製。最常製造的裝置是尺寸在10~200mm之(zhi)間(jian)的(de)微(wei)流(liu)體(ti)通(tong)道(dao)，隔(ge)室(shi)的(de)大(da)小(xiao)根(gen)據(ju)其(qi)功(gong)能(neng)正(zheng)確(que)地(di)設(she)計(ji)比(bi)例(li)，不(bu)同(tong)的(de)器(qi)官(guan)功(gong)能(neng)根(gen)據(ju)其(qi)機(ji)製(zhi)的(de)不(bu)同(tong)而(er)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)的(de)尺(chi)度(du)。微(wei)流(liu)體(ti)係(xi)統(tong)材(cai)料(liao)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)聚(ju)二(er)甲(jia)基(ji)矽(gui)氧(yang)烷(wan)，優(you)化(hua)後(hou)多(duo)用(yong)多(duo)孔(kong)性(xing)較(jiao)好(hao)的(de)水(shui)凝(ning)膠(jiao)，可(ke)允(yun)許(xu)水(shui)凝(ning)膠(jiao)支(zhi)架(jia)內(nei)的(de)分(fen)子(zi)擴(kuo)散(san)。芯(xin)片(pian)製(zhi)作(zuo)後(hou)需(xu)要(yao)鑒(jian)定(ding)和(he)測(ce)量(liang)培(pei)養(yang)的(de)組(zu)織(zhi)在(zai)用(yong)藥(yao)物(wu)或(huo)工(gong)程(cheng)刺(ci)激(ji)物(wu)處(chu)理(li)時(shi)的(de)功(gong)能(neng)反(fan)應(ying)，進(jin)行(xing)細(xi)胞(bao)活(huo)力(li)、機械力
、電信號檢測以及化學分析等。

 

目前
，設計微流控芯片體係主要使用PBPK模型和PD模型。在PBPK模型中，藥代動力學 （Pharmacokinetics, PK）建模的方法用來設計和操作以再現多器官相互作用。PK建模可量化身體不同部位的藥物量
，可用簡單的術語來描述藥物給藥後吸收
、分布
、代謝和消除的複雜過程，並深入了解藥物分布動力學。然而，建立一個生理學上準確的模型是十分困難的，因此限製了PK建模的廣泛使用。藥效動力學（Pharmacodynamics, PD）建模中藥理學作用被視為藥物濃度的函數
，是針對藥物在體內的藥理作用的研究模型。單獨的PK模型不能闡明時間-藥效的關係，單獨的PD模型也不能闡明時間-濃度的關係，因此需要結合兩者建立PK-PD模型以研究藥物作用靶部位的濃度-效應-時間三維關係。在PBPK-PD模型中
，PD模型與PK 模型耦合，使用組合的PK-PD模型來預測或分析給定劑量藥物的生理效應，綜合PK-PD模型可以評估特定劑量下藥物的生理結果的時間依賴性變化，應用性相對較廣泛。

 

多器官微流控芯片的新應用

隨sui著zhe多duo器qi官guan微wei流liu控kong芯xin片pian在zai藥yao物wu代dai謝xie方fang麵mian應ying用yong研yan究jiu的de深shen入ru，也ye產chan生sheng了le各ge種zhong新xin應ying用yong，如ru利li用yong肺fei器qi官guan芯xin片pian研yan究jiu納na米mi材cai料liao毒du性xing及ji代dai謝xie。哈ha佛fo大da學xue通tong過guo研yan究jiu肺fei對dui熒ying光guang納na米mi顆ke粒li傳chuan遞di至zhi肺fei上shang皮pi細xi胞bao引yin發fa的de一yi係xi列lie毒du性xing反fan應ying，來lai探tan究jiu應ying用yong於yu環huan境jing毒du理li學xue的de肺fei芯xin片pian係xi統tong的de潛qian在zai價jia值zhi，為wei環huan境jing汙wu染ran物wu的de體ti內nei代dai謝xie模mo擬ni研yan究jiu開kai拓tuo了le新xin的de視shi野ye。

 

與大氣汙染物有關的癌症病例中，細顆粒物PM2.5起至關重要的作用，PM2.5keyichuantourentifeipingzhangbingjinruxueyexitongyinfagezhongjibingshenzhiaizheng。danqizaitineidedaixietujinghezhiaizuoyongjilishangbumingque。ermuqianyanfadeyingyongyuyaodaidonglixueheyaoxiaoxuefangmiandeduoqiguanweiliukongxinpianxitongweigaileiyanjiutigonglexindejishushangdekeneng。weiyanjiudaqiwuranyujibingfasheng，muqianyanfadefeishangxinpianxitongyijingnenggouceshikongqizhongdeweilihewuzhiduidancengxibaohuosanweixibaojujitideduxing。jiyuweiliukongjishupinggukongqizhiliangduirenleijiankangdeyingxiang，liyongqiguanxinpianmonijiankanghebingtaifeidegongneng，duikongqichuanbodewuranwubaoluduihuxixitongdeduanqihechangqiyingxiangjinxingwudongwuceshi。yukoufuyaodedaixietujingbutong，keliwuzaitineidedaixietujingzhuyaoyouliangzhong：一是經皮膚入血
，經由心入肺再進入體循環分配到肝和腎；ershijingfeipaoruxuejinrutixunhuanfenpeidaoganheshen。erweizhinongdudezhenshidaqikeliwuyangpinjinrutineidefenbuhedaixieyouyunanyijiance，wufaquedingqinongdu，yinciquefaxiangyingdeshuxuemoxinglaijinxinghouxudeyanjiuheyuce
，muqianduoshicaiyongyingguangbiaojiderenzaokeliwulaijinxingmoni。yincizaifeixinpianxiangguanduxingyanjiudejichushang
，shejihelidezhenshifanyingkeliwutineidaixiededuoqiguanweiliukongxinpianxitong，jianliwanzhengdemonikeliwudaixiedetiwaipingtai、精準確定顆粒物代謝途徑、製定精確的代謝模型並進一步揭示顆粒物的致癌機理是亟待進一步深入研究的重要科學問題。

 

此外，微芯片製造通過微電子機械係統（Microelectromechanical systems, MSMS）與芯片實驗室和器官微流控芯片係統相結合，MEMS允許將幾種微小或納米微傳感器、致動器、加速度計
、熱控製器、微流體推進器、微波設備、衛星通信等的各種組件最小化
，可用於衛星等航天技術，也可用於監測沙塵暴或火山活動等產生的汙染源。

 

展望

weiliukongjishuyouweijiagongjishuyusanweipeiyangxiangjiehechansheng，zaitiwaixibaopeiyangzhongqianlijiaogao。duoqiguanweiliukongxinpianjishukezaiweichiduduiliutijingzhunkongzhi

，monirentishenglihuanjing，kefulechuantongerweixibaopeiyangmoshiyudongwushiyandebuzu

，juyougaodufangshengxing。MOC係統的發展結合了工程技術的優點，可調整流體流動和微通道中可控的局部組織-流體比率。MOC技術旨在建立人工的仿生環境

，在器官-組織水平上模擬
，以研究不同器官細胞之間的相互作用、相關生理代謝途徑以及生理毒性檢測等。

 

人體芯片（Human-on-a-chip）是一種利用微加工技術，基於MOC係統將多個器官微流控芯片連用反映人體整體係統的仿真體係。自2011年NIH
、FDA和國防部人體芯片專項設立以來，全世界範圍內掀起了人體芯片的研究熱潮。Human-on-a-chip旨在通過動態控製細胞微環境的各種培養條件，在微流控芯片上模擬人類多個器官主要功能，從而達到複原芯片上的“人體”係統。相較於單器官芯片
，人體芯片更能全麵反映機體器官功能的複雜性
、功能變化和完整性，並且應用性更強。

 

目前
，基於MOC係統的發展和完善，已經實現了體外模擬心髒
、生物血管

、肺癌細胞轉移、 腸道功能和腎髒生物屏障等環境。雖然MOC克服了傳統二維細胞和動物實驗的諸多不足，但是也麵臨芯片設計上器官的縮放、高通量分析、芯片上的檢測分析
、疾病模型和細胞來源等問題，在實驗中涉及到的長期的動態營養平衡、器官的細胞和組織穩態、毒性檢測的完整性、檢測方法的特異性和靈敏度
、芯片的材料等依舊是MOC係統亟待解決和完善的。此外
，MOC在生物學研究
、醫學、毒性測試、藥物代謝等領域應用比較多，但在進入體內的汙染物比如顆粒物PM2.5對人體的毒害及體內代謝方麵研究極少。相信隨著技術的發展和研究的深入，MOC係統將廣泛應用於醫學
、藥學
、生命科學等領域，我們離‘Human-on-a-chip’的實現亦越來越近。