工程制造薄的空气-液体界面膜是建立肺泡体外模型的关键。目前，仅有少数体外微流控平台能够复制肺泡的尺寸（约100μm），同时保持制造过程简单和高产率。此外，现有平台尚未包含肺成纤维细胞，而这些细胞在哮喘和疾病建模研究中扮演着重要角色。

近期，韩国国立首尔大学Noo Li Jeon研究团队提出了一种基于3D打印和表面张力的开放式微流控平台，可以制造接近肺泡尺寸的薄水凝胶膜，用于共培养和三培养肺部细胞，为肺部疾病研究提供新的实验模型。相关研究以“Surface Tension-Based Open Microfluidic Platform Using Micropillars to Recreate the 3D Lung Cellular Microenvironment”为题目，发表在期刊《BioChip Journal》上。

本文要点：

1、本文介绍了一种3D打印的开放式微流控芯片，利用微柱之间的毛细力可以制造约150微米厚的水凝胶膜，适用于细胞培养。

2、3D打印的器官芯片具有与常规聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片相同的生物性能和生物降解性，同时提供高通量且不吸收小分子。

3、利用水凝胶和紧密间隔的微柱之间的强表面张力，可以在液体吸入后形成所需的薄水凝胶膜。

4、该开放式微流控平台使用特定的图案化技术，具有高通量、易操作等优点，为肺部疾病研究提供了新的工具，可用于粉末吸入测试或药物筛选等领域。

相比于传统的PDMS芯片，使用3D打印微流控平台具有以下优势：

1、高通量和大规模生产潜力：3D打印平台可以通过注塑成型等技术进行大规模制造，相比于PDMS芯片的手工制作过程，具有更高的生产效率。

2、不会吸收小分子：PDMS芯片会吸收一些小分子，影响细胞培养和药物筛选实验，而3D打印树脂不存在这个问题。

3、生物相容性和可降解性：3D打印树脂可以设计成生物相容和可降解的，与PDMS芯片相比具有类似的生物性能。

4、表面处理的灵活性：3D打印平台可以进行不同的表面处理以优化细胞粘附和生长，这对于PDMS芯片来说较为困难。

5、开放式设计：3D打印平台的开放式设计使细胞接种、培养基交换和成像更加便捷，不像封闭的PDMS芯片。

总之，3D打印微流控平台在大规模制造、减少小分子吸附、生物相容性和表面工程灵活性等方面都优于传统的PDMS芯片，是一种有前景的器官芯片替代方案。

毛细管钉扎现象及原理：

• 毛细管钉扎现象是一种利用表面张力在微流控系统中控制液体流动的技术。具体来说，当液体被注入一个包含微柱结构的通道时，液体会渗透到这些柱子之间。然后，通过抽吸的方式将多余的液体移除，但由于表面张力的作用，一小部分液体会被保留并固定在柱子之间。

• 这种现象被用于在微流控平台上形成薄的水凝胶膜，模仿肺泡的空气-液体界面，用于细胞培养。这种方法的优点在于它可以通过简单的几何结构设计来调节液体流动，无需复杂的机械阀门，从而实现高效的液体图案化和薄膜形成。

图1.微流控芯片和液体图案化过程。

图2.数值模拟及图案化条件。

图3.芯片共培养和三培养。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s13206-024-00171-1