魏昕钰,李明虓,张灵倩,赵 阳,黄成军

(1.中国科学院微电子研究所 健康电子研发中心,北京 100029;2.中国科学院大学 电子信息与技术学院,北京 100029)

0 引 言

肺癌疾病的早期筛查对于此类疾病的治疗具有重要意义[1]。生物学研究表明细胞的异常代谢气体会溶于血液,通过呼吸作用排出体外。因此,对呼吸气体的检测结果可反映潜在病变细胞的新陈代谢水平,应用于癌症,尤其是肺癌的筛查和诊断[2]。目前已发现超过196种代谢气体与肺癌疾病相关[3],然而这种方法缺乏理论研究和数据支持,难以用于临床治疗。因此,在细胞级别进行实验验证和数据支持是十分必要的。

微流控芯片具有集成度高,样品消耗少等优点[4]。微通道尺寸与体内尺寸相当,可进行细胞三维培养和生物微环境模拟,构建与细胞尺度匹配的三维空间,模拟体内细胞的生长状况,真实地反映其生物学特征,为医学和生物学方面的研究提供一个新思路。

本文提出了一种结构简单、反应灵敏的肺泡芯片。该芯片由聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微通道和聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)核孔膜组成,可实现肺癌细胞的三维培养和醛类代谢气体的捕获,为呼吸检测方法提供理论支持。

1 芯片制备

1.1 结构设计与制备

1.1.1 结构设计

考虑到肺泡尺寸和肺部的气血屏障结构[5],肺泡微流控芯片由两层结构化PDMS(30 mm×15 mm×2 mm)和一层PET核孔膜(15 mm×5 mm×5 μm,孔径5 μm)组成,分层示意图如图1所示。

图1 肺泡芯片分层结构示意

1.1.2 芯片制备

PDMS结构采用软光刻方法翻膜得到,模具为硅基结构。……