約90%通過臨床前模型評估的藥物在進入人體試驗后卻失敗了，究其原因，傳統的模型很難真實地模擬人體的生理結構和功能，導致藥物安全性、有效性及毒性評估的準確度大大降低。

器官芯片（OoC，Organ-on-a-Chip）技術作為一種先進的體外模擬人體器官功能的技術，是適用于生物醫學研究的微型生理模型工具，可用于單個器官和多個器官的病理生理學研究，此外美國FDA現代化法案2.0規定，除了動物實驗外，器官芯片和微生理系統等5種方法也可用于IND申報。這意味著利用該技術，研究人員可以更快地篩選出更有效的候選藥物進入臨床試驗。

在過去的二十年里，盡管OoC技術不斷發展，但人體是一個高度復雜的有機體，由各個器官組成，OoC在重現體內微環境和結構方面仍然存在挑戰。除了器官細胞的培養需要從2D轉變成3D，為進一步增強OoC的生理相關性，多細胞球體（例如，腫瘤球體和類器官）的培養也是必要的。但是傳統  OoC  制造涉及使用  PDMS  軟光刻，使用基于  PDMS  的設備可能并不適合毒理學和藥物篩選研究，且這種方法一方面不方便修改，缺乏在動態細胞培養上的適應性，另一方面制造周期也很長，降低了其可制造性。

本項研究旨在開發一種高度適應性的  OoC  制造系統 ，可根據感興趣的組織模型的要求，采用靈活的設計快速制造  OoC。

該系統是通過使用兩個主要組件：(1)  可定制的微流體室和  (2)  數字光掩模顯示器。立體光刻技術被用來光圖案水凝膠，直接在腔室中用于制造內部微流體通道架構。微流體室的可定制性使我們能夠控制微流體室的關鍵參數OoC，包括入口和出口的數量、高度、形狀和室的尺寸。我們的方法使用了通過Xurography定制的預定義微流體室和由數字光掩模光圖案化的充滿細胞的微流體通道；從設計到原型的整個周期在兩小時內完成。我們方法的多功能性為OoC的制造提供了以前無法實現的關鍵特征，包括微通道高度的逐漸變化，以及通道設計的實時修改以捕獲活組織（例如，球狀體）。

動態光掩模  OoC  制造系統示意圖：

(A)        

(i)       聚合物蓋玻片的組裝和Xurography  后使用雙面膠帶（紫色）形成預定義的微流體室；  

(ii)       將由可光交聯的水凝膠LunaGelTM（澳大利亞Gelomics公司）組成的前體溶液（橙色）注入微流體室； 

(iii)        使用數字光掩模對腔室中的微流體通道進行光圖案化；

(iv)        從微流體室中排出未固化的前體，微流體芯片形成；

(v)       通過連接由激光切割  PMMA  制成的介質儲存器來設置灌注系統（綠色）用于重力驅動灌注或硅膠管（藍色）用于泵輔助灌注。

(B)       該示意圖顯示了紅色發光二極管（LED）、預定義的微流控室、液晶顯示器（LCD）、xy級和顯微鏡光刻儀器的位置。

(C)       光測量儀器上的掩模對齊模式示意圖，其中(1)紅色LED用于照亮預定義的微流控腔室的邊界，(2)可視化和 (3) 在xy級的幫助下將數字光掩模與腔室對齊。

(D)       光交聯模式示意圖，其中(1)藍色LED被重新定位以取代顯微鏡的位置，(2)開啟前驅體溶液的光交聯。

(E)       照片顯示了所開發的光度測量儀器的整體結構。 

(F)       突出顯示微流控室精確定位的微調階段（棕色）。

(G)       突出顯示藍色  LED（藍色）和顯微鏡（粉色）在  LCD  下方的位置。

(H)       顯示了光測量儀器的控制盒，其中控制按鈕和操縱桿的位置。

文章總結：

本文介紹了  OoC  的優點和目前涉及的一些限制發展的問題，為了解決這些限制，我們開發了一個高度動態的系統，該系統可以滿足特定器官組織微環境的各種設計要求，同時將設計到原型的周期保持在兩小時內。在這項工作中，我們使用內部的  OoC 光交聯儀器由改良的液晶顯示屏  (LCD)  組成，可正常作為數字光掩模顯示器。數字光掩模顯示器允許實時觀察  OoC 制造，實時修改光掩模以適應形狀和尺寸的變化，活體組織（例如，球體和類器官）被捕獲在裝置中。

通過這個系統，我們開發了用于制造  OoC  的簡單工作流程，具有以下主要功能：(1)  輕松定制微流控芯片架構（即入口和出口設計、裝置高度和內部通道架構）以縮短設計到原型周期；（2）在  OoC  期間修改通道設計，以適應不同形狀和尺寸的活組織。我們展示了成功使用我們的系統制造  OoC  上的組織內皮化，其中功能性內皮屏障在充滿細胞的水凝膠周圍進行了演示。我們開發的系統將有助于加速創新 更多與生理相關的  OoC  設備，以滿足科學界和制藥業兩個領域對  OoC  技術不斷增長的需求。

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