微纳制造、微流控与生物介观仿真前沿科学交叉融合

陈 勇

细胞生物学通常需要对“取出动物或人类细胞在体外进行扩增及各种操作，而这些扩增及操作一般会在与体内完全不同的条件下进行”。简单地说，细胞在体内所处的环境是三维和动态的，而培养皿中所处的环境是二维和静态的。因此有必要对体内的细胞微环境进行仿真，包括细胞外基质的重构、细胞周围可溶性因子的调控、细胞与细胞相互作用和其它物理量的模拟等，以利更好地研究和调控细胞与细胞微环境的相互作用。这可以说是生物介观仿真的主要内容和目的。

现代生命科学使我们对生物分子、基因、细胞及组织器官的结构和功能有了深入的了解，相对而言，我们对细胞微环境重要性的认识还十分有限。近年来，人们对诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell）在再生医学方面的应用寄予了很大的希望，但由于这类细胞对环境的特殊依赖性，其扩增和分化的调控很难在现有的细胞培养体系中完成，从而在一定程度上限制了再生医学的发展。所以说有必要尽快建立以仿真为基础的细胞微环境模型和生产方法。(https://www.xing528.com)

生物介观仿真是一个前沿交叉课题，它的基础是细胞生物学、生物材料学及微纳制造和微流控技术。就微纳制造技术而言，此前还很少从生物应用这一角度来考虑，现在还没有一种好的方法制造生物材料的图案化微纳结构。就微流控技术而言，由于多样性和工艺的非标准化，其应用还十分有限。因此，推广微纳制造及微流控技术在生命科学中的应用不仅意义重大，而且具有很强的挑战性。本文旨在简要介绍微纳制造和微流控技术及目前作者实验室进行的几个研究课题。