目錄
前言
致謝
第1章 微流控芯片 1
1.1 微流控芯片概要 1
1.1.1 微流控芯片概念 1
1.1.2 微流控芯片定位 1
1.1.3 微流控芯片中流體的基本特征 1
1.1.4 微流控芯片的材料與制作 3
1.1.5 微流控芯片中的流體驅動與控制 4
1.1.6 微流控芯片中的信號檢測 5
1.2 微流控芯片的應用 6
1.2.1 微流控分析診斷芯片 6
1.2.2 微流控反應篩選芯片 8
1.2.3 微流控細胞/器官芯片 9
1.2.4 其他微流控芯片 10
1.3 微流控芯片的產業(yè)化 11
1.3.1 即時診斷（POCT） 11
1.3.2 器官芯片 13
1.3.3 中國的微流控芯片產業(yè) 14
1.4 大連團隊微流控芯片研究歷程 15
參考文獻 18
第2章 微流控器官芯片 20
2.1 微流控器官芯片概要 20
2.1.1 微流控器官芯片的概念 20
2.1.2 微流控器官芯片的研究背景 20
2.1.3 微流控器官芯片的發(fā)展歷史 21
2.1.4 微流控器官芯片的工作原理 22
2.1.5 微流控器官芯片中的微環(huán)境 23
2.1.6 干細胞、類器官與器官芯片 24
2.2 微流控器官芯片的應用 25
2.3 微流控器官芯片的產業(yè)化 27
2.4 微流控器官芯片生理模型和病理模型構建的基本步驟和典型案例 28
2.4.1 微流控器官芯片與建模 28
2.4.2 高血壓型慢性腎臟病器官芯片的構建和表征 30
2.4.3 動物模型的確立 39
2.4.4 芯片模型的驗證 40
參考文獻 42
第3章 器官芯片檢測技術 43
3.1 器官芯片檢測的一般方法 43
3.1.1 光學檢測器 44
3.1.2 電化學檢測器 46
3.1.3 質譜檢測器 47
3.1.4 其他檢測器 47
3.1.5 各種檢測方法的主要優(yōu)缺點 48
3.1.6 器官芯片一般性檢測方法應用示例 48
3.2 器官芯片檢測中的跨上皮/內皮電阻法 49
3.2.1 跨上皮/內皮電阻（TEER） 49
3.2.2 TEER測定方法 50
3.2.3 TEER測定的應用 52
3.2.4 TEER電極和器官芯片的集成 55
3.2.5 關于TEER測定研究的一些階段性看法 55
3.3 器官芯片微環(huán)境檢測和單細胞分析 56
3.3.1 微環(huán)境 56
3.3.2 單細胞分析 57
參考文獻 61
第4章 腦芯片 65
4.1 腦和血-腦屏障概況 65
4.2 早期的血-腦屏障芯片研究 66
4.3 一種典型的微流控血-腦屏障芯片 67
4.3.1 模型的構建 67
4.3.2 在芯片上建立和維護屏障的完整性 70
4.3.3 熒光示蹤劑和藥物的選擇性滲透 71
4.3.4 動態(tài)流動條件對腦微血管內皮細胞形態(tài)和屏障性能的影響 71
4.3.5 微流體芯片模型相對于傳統(tǒng)模型的優(yōu)越性 71
4.4 專設神經通道引入神經細胞的血-腦屏障芯片 72
4.5 炎癥刺激下的血-腦屏障模型 74
4.5.1 炎癥刺激下的血-腦屏障模型的構建步驟 74
4.5.2 局部或全身性炎癥刺激下的血-腦屏障模型 77
4.6 三維腦芯片上的阿爾茨海默病模型 78
4.7 大腦芯片的一些其他應用 81
4.7.1 小鼠腦源性神經營養(yǎng)因子的超靈敏檢測微流控芯片平臺 81
4.7.2 人神經干細胞功能性神經元分化的模擬 83
4.7.3 通過微流體大腦模型建立和捕捉神經通路 84
參考文獻 85
第5章 心芯片 86
5.1 心臟概述 86
5.2 由誘導多能干細胞構建的人心臟芯片 87
5.3 通過血管和肝臟相連的心臟芯片 89
5.3.1 可灌注血管網絡 91
5.3.2 肝微組織 92
5.3.3 心微組織 92
5.4 高通量心臟芯片 92
5.5 功能性心臟芯片 95
5.5.1 具有微生理視覺特性的心臟芯片 95
5.5.2 用于抗癌藥物毒副作用研究的心臟芯片 96
5.5.3 具有實時收縮應力測量功能的三維心臟芯片 98
5.5.4 可以研究力學影響的血管/心臟瓣膜的心臟芯片 100
5.6 基于心臟芯片的病理性心臟肥大模型 102
5.6.1 高通量微型心臟芯片 102
5.6.2 心肌組織的形成 102
5.6.3 拉伸力的表征 103
5.7 一種由心肌細胞驅動的微球形心臟泵 104
5.8 借助于三維生物打印技術的微纖維支架心肌和心臟芯片 105
5.8.1 需求背景 106
5.8.2 三維生物打印和器官芯片結合 107
5.8.3 微流控生物反應器芯片上集成生物組織的打印 109
參考文獻 111
第6章 肺芯片 112
6.1 肺的結構和功能 112
6.1.1 氣-血屏障 112
6.1.2 導氣部 112
6.1.3 呼吸部 113
6.2 一種典型的微流控肺芯片 113
6.2.1 肺芯片的基本結構 114
6.2.2 功能性肺泡-毛細血管界面構成的氣-血屏障 115
6.2.3 再現肺部炎癥反應和納米顆粒毒性的肺芯片 116
6.3 亞器官級別的肺芯片 117
6.3.1 人肺小支氣管芯片 117
6.3.2 人呼吸道肌肉組織芯片 119
6.4 肺芯片中的力學微環(huán)境 121
6.4.1 模擬肺泡力學微環(huán)境的微/納米級結構 121
6.4.2 力學微環(huán)境變化對各種細胞行為的影響 122
6.5 基于肺芯片的病理模型 123
6.5.1 藥物誘導性肺水腫 124
6.5.2 人原位非小細胞肺腫瘤 125
6.5.3 巨噬細胞通過激活NF-κB和STAT 3信號促進苯并芘誘導腫瘤轉化 127
6.5.4 腫瘤微環(huán)境的構建和人肺癌侵襲發(fā)生機制的研究 128
6.5.5 嗜酸性粒細胞陽離子蛋白（ECP）對肺部炎癥的影響 130
6.6 用于個體化治療的藥物敏感性測試平臺 130
6.7 肺芯片模型和煙霧-粉塵污染 132
6.7.1 吸煙與小氣管芯片模型 132
6.7.2 Hedgehog信號通路抑制香煙煙霧誘導16 HBE 細胞的惡性轉化 134
6.7.3 PM2.5對人支氣管上皮細胞向支氣管上皮間充質轉化（EMT）的影響 135
參考文獻 136
第7章 肝芯片 138
7.1 肝臟概述 138
7.2 常規(guī)方法構建的不同細胞來源的肝芯片及其應用 139
7.2.1 肝微粒體芯片 139
7.2.2 肝細胞構建的肝芯片 143
7.3 用其他方法或材料構建的肝芯片 151
7.3.1 用液滴包裹的肝芯片 151
7.3.2 聚醚砜中空纖維膜肝芯片 155
7.3.3 仿晶格生長研制的肝芯片 156
7.3.4 3D生物打印和生物反應器芯片聯(lián)結構建肝芯片 158
7.4 肝器官芯片用于過程控制：線粒體活性評估 160
7.4.1 系統(tǒng)設計 160
7.4.2 線粒體應激的測定 161
參考文獻 162
第8章 腎芯片 164
8.1 腎臟概述 164
8.2 腎單位芯片 165
8.2.1 腎單位芯片的設計及構建 165
8.2.2 腎單位芯片細胞層功能評估 167
8.2.3 腎單位芯片功能評估 168
8.2.4 不同濃度順鉑作用下腎單位芯片細胞的損傷情況 170
8.2.5 不同藥物作用下腎單位芯片中細胞損傷的比較 171
8.2.6 腎單位芯片在藥致腎損傷研究中的應用 174
8.3 腎近端小管芯片 174
8.3.1 一般腎近端小管芯片 174
8.3.2 用于研究基礎生物學的腎近端小管芯片 176
8.4 基于人干細胞分化足細胞的腎小球芯片 179
參考文獻 182
第9章 腸芯片 183
9.1 腸道概述 183
9.2 腸道芯片 184
9.2.1 腸道芯片模型構建的背景 184
9.2.2 早期的微流控腸道芯片 185
9.2.3 升級版微流控腸道芯片 187
9.2.4 原代人腸上皮細胞構建的腸芯片模型 188
9.3 關于腸絨毛的進一步研究 190
9.4 基于腸道芯片的病理模型 194
9.4.1 病理模型構建中的幾個共性問題 194
9.4.2 病毒感染模型（Ⅰ） 195
9.4.3 病毒感染模型（Ⅱ） 197
9.4.4 腸道菌群模型 198
9.5 用于口服藥物研究的腸道芯片 200
9.5.1 口服藥物的代謝 200
9.5.2 口服藥物低生物利用度問題 201
9.6 藥物腸吸收所引起的腎毒性 202
9.7 腸等四種器官共培養(yǎng)模型 204
9.8 關于腸芯片模型的幾點說明 206
參考文獻 206
第10章 血管芯片 208
10.1 血管和血管芯片概述 208
10.2 相對完整的微血管網絡芯片模型 209
10.3 局部血管芯片和力學微環(huán)境 211
10.3.1 由血管內皮細胞構建的血管新生芯片及剪切力對血管新生的影響 211
10.3.2 血管芯片中的剪切力和循環(huán)拉伸力 214
10.4 血管芯片構建的幾個重要病理模型 215
10.4.1 微型動脈粥樣硬化（AS）模型 215
10.4.2 腫瘤細胞侵襲模型 218
10.4.3 腫瘤細胞外滲模型 220
10.4.4 急性呼吸窘迫綜合征模型 221
10.4.5 哈欽森-吉爾福德早衰綜合征模型 224
10.5 血管糖萼芯片的設計、制備和初步應用 226
10.5.1 芯片上血管糖萼的培養(yǎng)、觀測及酶切鑒定 226
10.5.2 基于微流控血管糖萼芯片的高糖損傷和修復模型的構建 227
10.5.3 基于微流控芯片血管糖萼模型的寡糖篩選 228
參考文獻 229
第11章 腫瘤芯片 230
11.1 腫瘤和腫瘤芯片 230
11.2 腫瘤細胞侵襲芯片 231
11.2.1 生長因子誘導的腫瘤細胞侵襲芯片 231
11.2.2 腫瘤細胞侵襲的過程及其量化 233
11.2.3 間質細胞誘導的腫瘤細胞侵襲芯片 235
11.3 腫瘤細胞誘導血管新生芯片 237
11.4 腫瘤細胞外滲芯片 241
11.5 腫瘤多器官轉移芯片 243
11.6 腫瘤診斷芯片 245
11.7 腫瘤藥物治療芯片 249
11.8 展望 252
參考文獻 253
第12章 其他器官芯片 255
12.1 胰島芯片 255
12.2 脾臟芯片 257
12.3 皮膚芯片 260
12.3.1 血管化皮膚芯片 261
12.3.2 免疫介導皮膚芯片 264
12.3.3 皮膚創(chuàng)傷芯片 264
12.3.4 其他實用型皮膚芯片 266
12.4 脂肪芯片 268
12.5 骨芯片 271
12.6 子宮芯片 276
12.7 卵巢芯片 279
12.8 眼睛芯片 282
12.9 鼻芯片 286
參考文獻 288
第13章 器官芯片系統(tǒng) 292
13.1 器官芯片系統(tǒng)概述 292
13.2 兩器官組合 293
13.2.1 腸-肝組合 293
13.2.2 肝-神經組合 294
13.2.3 肝-腫瘤組合 294
13.2.4 肝-腎組合 295
13.2.5 肝-腸組合或肝-皮膚組合 296
13.3 三器官組合 297
13.4 四器官組合 298
13.5 用于藥物吸收、分布、代謝和消除（ADME）以及肝毒性和抗癌活性測定的多器官芯片系統(tǒng) 299
13.5.1 ADME芯片的基本思想 300
13.5.2 芯片的設計加工與組裝 302
13.5.3 Caco-2細胞層與HUVEC細胞層的功能評價 304
13.5.4 肝實質細胞的功能評價 305
13.5.5 心臟、肺和脂肪組織活性評價 306
13.5.6 基于ADME芯片的藥物臨床前篩選 307
13.5.7 藥物的組織分布和它們的肝細胞毒性 308
13.5.8 ADME芯片測得的藥物濃度-時間曲線 309
參考文獻 311
第14章 基于3D生物打印的器官芯片 312
14.1 普通3D打印 312
14.1.1 概述 312
14.1.2 3D模型設計 312
14.1.3 3D打印機分類及性能 313
14.1.4 3D打印應用領域 314
14.2 3D生物打印 316
14.2.1 3D生物打印與普通3D打印 317
14.2.2 生物墨水 318
14.2.3 生物打印展望 319
14.3 器官芯片用基底材料和裝置的普通3D打印 320
14.3.1 芯片模板的3D打印 321
14.3.2 芯片的3D打印 322
14.3.3 芯片中微通道的3D打印 324
14.3.4 芯片用生物傳感器的3D打印 327
14.4 基于3D生物打印的器官芯片 328
14.4.1 支架的生物打印 329
14.4.2 血管微通道的生物打印 329
14.4.3 類組織-器官的生物打印 331
14.5 大連微流控芯片團隊的3D生物打印 334
14.5.1 可灌注的中空血管 335
14.5.2 3D生物打印腫瘤組織與芯片 335
14.5.3 3D生物打印類器官與芯片 336
14.6 器官芯片和3D生物打印 338
參考文獻 340
縮略語表 342
代后記 微流控芯片二十年 346