流量控制之芯片器官应用

什么是芯片器官？

芯片器官可称为小型微流体设备，在其上生长了特定器官的活组织，同时模拟真实生活条件。芯片器官系统的开发在生物医学研究领域众所周知，其使新治疗方法的研究成为可能。

芯片器官的应用案例很多，本文分享最近在新冠肺炎研究中使用的肺芯片设备：创建肺部的微型模型，以了解新冠肺炎如何侵入人体并造成损害。

芯片肺系统

2010年，D.Huh et al提出芯片肺系统。 2013年，该小组提交了一份后续文件[5]。我们在图1中复制了他们2013年后续论文中的一些结果[5]。芯片上的肺细胞生长在柔性、可拉伸的膜上，这是肺泡的真实模拟。

通过向侧腔施加压力差，人工肺泡可扩张，以模拟呼吸过程。通过使液体流过下通道，气体流过上通道，可分别模拟血液和氧气循环。

在下方侧腔中施加真空时肺细胞的机械拉伸。

流量和压力控制

气体流量、液体流量和压力控制是使用芯片肺应用时需要考虑的三个重要功能：

• 压力控制，其中（亚大气）压差（“真空”）可应用于侧腔，以模拟呼吸时肺细胞的拉伸；压力范围为-100~600 mbarg (相对于大气压力)
• 气体流量控制，用于控制肺细胞的氧气供应，流量范围 1~20 mln/min 空气当量
• 液体流量控制，可向肺细胞提供类血液体和营养，并可模拟血液循环，流量范围 1~50 µl/min

Bronkhorst拥有齐全的流量和压力控制仪表产品线，适合此类流量和压力控制应用。

iMicrofluidics：微流体传感器和致动器平台

Bronkhorst 与Delft 大学的NERI倡议一起参与了iMicrofluidics  项目[6]。目标是通过为研究人员提供集成、紧凑和模块化的微流体传感器和致动器平台，支持和加快芯片器官系统的开发和优化，可轻松地将不同类型的芯片器官连接到该平台，并实时监控和控制其过程输出的质量。

最近出台流量控制平台的初步版本[7]，包含2个Bronkhorst ML120 科里奥利质量流量控制器-用于控制液体和气体，和一个IQ+FLOW 压力控制器-用于调节真空。当然，也可以使用EL-FLOW Select 或 EL-FLOW Prestige 系列的热式气体质量流量控制器控制气体流量，使用µ-FLOW系列的小流量液体流量控制器控制液体流量。

初步测量结果表明，平台性能良好。未来的研究将涉及平台的改进和优化，以及平台在芯片器官研究中的应用。除此之外，鹿特丹Erasmus医学中心的科学家表示有兴趣使用该平台进行芯片上肺的研究[8]。