基于3D水凝膠微孔陣列芯片的肺癌細(xì)胞檢測(cè)

霍丹群郭明遺鄧艷楊眉法煥寶侯長(zhǎng)軍（重慶大學(xué)生物工程學(xué)院；化學(xué)工程學(xué)院,重慶400044）

基于3D水凝膠微孔陣列芯片的肺癌細(xì)胞檢測(cè)

霍丹群1郭明遺1鄧艷1楊眉1法煥寶2侯長(zhǎng)軍*1
（重慶大學(xué)生物工程學(xué)院1；化學(xué)工程學(xué)院2,重慶400044）

基于聚乙二醇雙丙烯酸酯（PEGDA）的紫外光聚合性能,引入甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）增加親水性,引入N-乙烯吡咯烷酮（NVP）加強(qiáng)材料的壓縮屈服應(yīng)變力,在各功能單體體積比PEGDA∶HEMA∶NVP為5∶4∶1時(shí),設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種模擬肺癌組織生理微環(huán)境的無毒、低免疫原性、高親水性的三維水凝膠微孔陣列芯片（60 mm×20 mm×3 mm）。通過紅外表征及溶脹率測(cè)試,證明此芯片可適用于肺癌細(xì)胞的培養(yǎng)檢測(cè)且穩(wěn)定性好。集成16種特異性染料組成的卟啉可視傳感系統(tǒng),實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和分析肺癌細(xì)胞代謝物指紋圖譜。提取檢測(cè)差譜圖色度值數(shù)據(jù),基于平方歐氏距離,主成分分析（PCA）結(jié)果表明,此芯片能對(duì)正常肺細(xì)胞和肺癌細(xì)胞代謝液正確區(qū)分；聚類分析（HCA）結(jié)果表明,能對(duì)30種肺細(xì)胞代謝液樣品正確歸類。本研究開發(fā)的基于微孔陣列的肺癌細(xì)胞培養(yǎng)代謝液檢測(cè)平臺(tái)為醫(yī)學(xué)研究提供了一種全新的可行性檢測(cè)方法。

微流控芯片；肺癌；代謝液檢測(cè)；可視化傳感陣列

1 引 言

肺癌是威脅人類健康的重大疾病之一,發(fā)病率逐年增加,低齡化趨勢(shì)明顯,預(yù)計(jì)10年后,我國(guó)肺癌患者將超過100萬人次[1]。傳統(tǒng)的肺癌檢測(cè)方法涉及胸部X線、CT成像及核磁共振成像等,設(shè)備復(fù)雜,操作專業(yè)技術(shù)要求高,儀器價(jià)格昂貴,故迫切需要行之有效且價(jià)廉普適的檢測(cè)方法[1]。

微流控芯片技術(shù)（Microfluidics chip）又稱芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-a-chip）,具有自動(dòng)化、高度集成化、檢測(cè)成本低、便攜、試劑消耗少、所需樣本少等特點(diǎn)[3～5]。目前,微流控芯片系統(tǒng)在高通量篩選[6,7]、藥物研發(fā)[8]、免疫檢測(cè)[9]、食品安全[10]、環(huán)境監(jiān)測(cè)[11]、疾病診斷和治療[12,13]、取證測(cè)試[14]、再生醫(yī)學(xué)[15,16]等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用,但用于細(xì)胞捕獲、培養(yǎng)、代謝物實(shí)時(shí)檢測(cè)的微流控芯片尚鮮有報(bào)道。具有優(yōu)良生物相容性的甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）和聚乙二醇雙丙烯酸酯（PEGDA）構(gòu)成的水凝膠微流控芯片是優(yōu)良的細(xì)胞培養(yǎng)支架材料[14,17,18],具有無毒[19]、免疫原性低[15]、可操控性強(qiáng)[20]、高親水性[21],且可進(jìn)行表面改性修飾[22,23]的特點(diǎn)；更重要的是由聚乙二醇雙丙烯酸酯（PEGDA）交聯(lián)形成的3D親水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在模擬人體內(nèi)組織微環(huán)境和可控體外培養(yǎng)上皆遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的2D培養(yǎng)模式。

基于此,本研究設(shè)計(jì)了一種模擬肺部組織分流結(jié)構(gòu)且可重復(fù)使用的低成本、成型快、便攜式、加工工藝簡(jiǎn)單的3D微孔陣列芯片[24]。利用PEGDA的紫外光聚合性能、HEMA的高親水性,引入N-乙烯吡咯烷酮（NVP）加強(qiáng)材料的壓縮應(yīng)變力[25],改善PEGDA水凝膠材料的剛性[26],構(gòu)建了一種集肺癌細(xì)胞的分離、捕獲、培養(yǎng)、觀察、檢測(cè)等功能性微單元于一體的水凝膠微流控芯片,可對(duì)細(xì)胞附著、生長(zhǎng)、真實(shí)形態(tài)表達(dá)起促進(jìn)作用。集成卟啉可視傳感系統(tǒng)可實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和分析肺癌細(xì)胞代謝物特征,從而獲得肺癌細(xì)胞相關(guān)的生物應(yīng)答和代謝等生理信息。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

NICOLET 6700傅立葉變換紅外光譜儀、1300系列A2超凈工作臺(tái)（美國(guó)Thermo Fisher公司）；便攜式紫外線UV固化燈（365 nm,100W,上海邁芯光電科技有限公司）；DMI3000B倒置生物顯微鏡（德國(guó)Leica公司）；Forma 370系列CO2培養(yǎng)箱（美國(guó)Thermo Fisher公司）；LDZX-75KBS高壓蒸汽滅菌鍋（上海申安醫(yī)療器械廠）。高純氮?dú)猓兌取?9.99％,重慶海格氣體公司）。

聚乙二醇雙丙烯酸酯（PEGDA,平均分子量575,Sigma-Aldrich公司）；甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、N-乙烯基吡咯酮（NVP）（Aladdin公司）；PDMS預(yù)聚體及固化劑（美國(guó)Dow Corning公司）；光引發(fā)劑Irgacure2959（上海長(zhǎng)哲生物有限公司）；肺癌細(xì)胞與正常肺細(xì)胞（中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院）；1640細(xì)胞培養(yǎng)液、胎牛血清、胰酶、青霉素和鏈霉素均購自Gibco公司。

2.2 芯片設(shè)計(jì)及制作

2.2.1 微孔陣列芯片設(shè)計(jì)利用CorelDRAW軟件設(shè)計(jì)芯片掩膜結(jié)構(gòu)（圖1）,尺寸60 mm×20 mm,打印高精度掩膜用于后續(xù)紫外聚合反應(yīng)。細(xì)胞培養(yǎng)層（a）設(shè)計(jì)有直徑為0.9 mm的60個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室陣列和代謝液收集池（12 mm×16 mm）；微通道層（b）模擬人體肺部結(jié)構(gòu),進(jìn)口支管內(nèi)徑2 mm,分支支管內(nèi)徑為4 mm,流體微通道內(nèi)徑為0.6 mm,且在（a）層對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)處同樣設(shè)有60個(gè)細(xì)胞室和代謝液收集池,形成十字交叉微孔結(jié)構(gòu)；培養(yǎng)封蓋層（c）層設(shè)計(jì)有檢測(cè)窗口,內(nèi)徑為0.8 mm的培養(yǎng)基出入口。三層結(jié)構(gòu)可精確對(duì)接。

圖1 芯片掩膜設(shè)計(jì)圖,第一層的微孔陣列為細(xì)胞培養(yǎng)層（a）,第二層結(jié)構(gòu)為微通道層（b）,第三層為氣密性結(jié)構(gòu)封蓋層（c）Fig.1 Structure of the designed hydrogelmicrofluidic chip mask.1stmicropore layer for cell culture（a）, 2ndhydrogel layer asmicrochannels（b）and 3rdairtight cover（c）

2.2.2 微孔陣列芯片加工過程按PEGDA∶HEMA∶NVP為5∶4∶1（V/V）加入各單體材料形成預(yù)聚物,避光加入預(yù)聚物總質(zhì)量0.3％的光引發(fā)劑,混合均勻,注入以第一層掩膜密封的模具中,室溫下,用100 W紫外燈照射10min光聚合,脫模得到一層結(jié)構(gòu)。整個(gè)反應(yīng)過程在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。采用相同方法制得第二層芯片結(jié)構(gòu),圖2為芯片實(shí)物圖,模擬肺部組織分流特點(diǎn)及外型構(gòu)成,成功制作出可用于肺癌細(xì)胞代謝物檢測(cè)的微孔陣列芯片,進(jìn)樣分流支管及代謝液收集槽清晰可見,芯片微通道結(jié)構(gòu)整齊陳列于芯片上。再以聚二甲基硅氧烷（PDMS）鍵合芯片,形成一個(gè)環(huán)境可控且可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化培養(yǎng)的微流控芯片。

圖2 水凝膠微孔陣列芯片的實(shí)物圖Fig.2 Hydrogelmicro-well array chip（60 mm×20 mm）

2.3 傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）表征

傅立葉變換紅外光譜測(cè)定波數(shù)范圍為400～4000 cm-1,其中微流控水凝膠芯片壓成粉末采用KBr壓片法測(cè)定,液體PEGDA單體、HEMA單體、NVP單體采用液膜法測(cè)定。

2.4 芯片溶脹率測(cè)試

分別取制作好的水凝膠微流控芯片,稱量其干重Wd,設(shè)置不同梯度的溫度及pH值,將芯片置于PBS磷酸鹽緩沖液中溶脹24 h至溶脹平衡,稱重得濕重Ww,材料的溶脹率Swelling ratio（SR）, SR（％）=（Ww-Wd）/Wd,每組做5次平行測(cè)定。

2.5 細(xì)胞培養(yǎng)及代謝液檢測(cè)

2.5.1 細(xì)胞培養(yǎng)在超凈工作臺(tái)中,先將芯片依次置于75％乙醇中2 h、滅菌的PBS緩沖液中1 h,使芯片滅菌。使用微量注射器將細(xì)胞懸液（2×105個(gè)/mL）從芯片的入口緩慢勻速注入,于收集槽處收集多余的懸液,移入CO2培養(yǎng)箱孵育1 h,待微孔陣列中捕獲到足夠的肺癌細(xì)胞,吸取新鮮培養(yǎng)基從入口緩慢沖洗,將微通道內(nèi)的殘留細(xì)胞和未被微孔捕獲的細(xì)胞沖至收集槽吸出芯片。移入孵箱進(jìn)行培養(yǎng),觀察,每隔8h記錄細(xì)胞形狀。培養(yǎng)36 h后細(xì)胞代謝液進(jìn)行可視化傳感芯片的檢測(cè)。

2.5.2 檢測(cè)傳感芯片制作篩選出16種利用溶膠凝膠法制備的特異性卟啉和酸堿指示劑染料作為傳感陣列點(diǎn),在點(diǎn)樣室中,用玻璃點(diǎn)樣毛細(xì)管取樣,點(diǎn)到裁剪好的12 mm×12 mm的PVDF（4×4）膜上,制備完成的芯片通氮?dú)飧稍?0min,密封避光保存以備后續(xù)檢測(cè)使用。

2.5.3 指紋圖譜的提取與分析應(yīng)用所設(shè)計(jì)的傳感芯片,檢測(cè)細(xì)胞代謝液,選取檢測(cè)前和檢測(cè)后的差譜圖,提取特征RGB顏色標(biāo)準(zhǔn)值,計(jì)算歐氏距離,并進(jìn)行主成分和系列聚類數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 芯片共聚物水凝膠的紅外光譜分析

在芯片樣本（Chip）以及3種單體（PEGDA、HEMA、NVP）的FT-IR圖譜（圖3）中,可見共聚物芯片集合了 PEGDA、HEMA、NVP的FT-IR特征結(jié)構(gòu)。3422.47 cm-1為末端-OH的伸縮振動(dòng)峰,2980～2876.17 cm-1區(qū)域?yàn)镃H3,CH2,CH中CH的伸縮振動(dòng)峰,1731.55 cm-1為酯鍵 CO振動(dòng)峰,1452.46 cm-1處為CH2和CH3的彎曲振動(dòng),1101.86 cm-1處為COOR酯鍵的伸縮振動(dòng)峰,752.44 cm-1處為CH2的平面搖擺振動(dòng)峰和OH 面外彎曲振動(dòng)峰,且 2900 cm-1附近的CH上氫鍵所對(duì)應(yīng)的特征吸收峰消失及1637 cm-1附近的雙鍵吸收峰大幅度減弱,說明雙鍵已被打開,各材料單體之間發(fā)生了共聚反應(yīng),形成了具備研究設(shè)計(jì)所需材料特征的水凝膠芯片。

圖3 3種單體（甲基丙烯酸羥乙酯HEMA,聚乙二醇雙丙烯酸酯PEGDA,N-乙烯吡咯烷酮NVP）及芯片共聚物水凝膠的FT-IR譜Fig.3 FT-IR spectra of three monomer（2-hydroxyethyl methacrylate（HEMA）,Poly（ethylene glycol）diacrylate （PEGDA）,1-vinyl-2-pyrrolidone（NVP））and copolymer hydrogel

3.2 溫度及pH值對(duì)微流控芯片溶脹率的影響

圖4所示為水凝膠微流控芯片在不同溫度梯度及pH值下溶脹率的變化,隨著溫度和pH值升高,溶脹率皆呈現(xiàn)降低趨勢(shì),但變化幅度小,表明此芯片可在正常的室溫和37℃生理溫度以及生理pH范圍內(nèi)使用,且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,避免了芯片結(jié)構(gòu)和性能的不穩(wěn)定對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)的影響。

3.3 微孔陣列芯片制備

利用PEGDA材料的紫外聚合功能,輔以高精度的掩膜,制作出了水凝膠微孔陣列芯片。圖5為顯微鏡下微流控芯片的部分結(jié)構(gòu)示意圖,圖5a為十字交叉微孔結(jié)構(gòu),圖5b為芯片彎道結(jié)構(gòu)。尺寸未發(fā)生偏差,且邊緣整齊,結(jié)構(gòu)清晰,表面平整,加工精度滿足細(xì)胞培養(yǎng)要求。

圖4 不同溫度梯度（a）及pH梯度（b）下水凝膠微流控芯片的溶脹率Fig.4 The swelling ratio of hydrogelmicrofluidic chip at different temperature（a）and pH（b）

圖5 顯微鏡下部分特征性芯片實(shí)物圖。十字交叉微孔通道結(jié)構(gòu)（a）,芯片彎道結(jié)構(gòu)（b）Fig.5 Microscope image ofmicrofluidic chip′s characteristic structure.（a）,Crossmicrochannel,（b）bend structure

3.4 細(xì)胞捕獲培養(yǎng)

當(dāng)細(xì)胞懸液流體流經(jīng)這些芯片微孔通道時(shí),重力作用使微孔自動(dòng)捕獲細(xì)胞,直至向下凹陷0.3 mm的微孔內(nèi)充滿細(xì)胞混合液,通過微通道,細(xì)胞懸液繼續(xù)流向下一個(gè)微孔,多余的細(xì)胞懸液會(huì)自發(fā)的匯聚至檢測(cè)槽內(nèi)被移出芯片內(nèi)。孔道因其剪切力大,細(xì)胞很難附著。微孔陣列所捕獲的細(xì)胞在特定微孔中生長(zhǎng),便于原位細(xì)胞觀察和分析,有效地避免了流體剪切力對(duì)細(xì)胞的損傷,利于芯片細(xì)胞的平均分布和后期代謝物的表達(dá)。圖6可清晰觀察出微孔接種細(xì)胞前（a）和接種細(xì)胞后（b,c）對(duì)細(xì)胞的捕獲結(jié)果。

圖6 不同時(shí)間段顯微鏡下芯片微孔捕獲細(xì)胞培養(yǎng)圖,A為進(jìn)樣前微孔結(jié)構(gòu)顯微圖,B為進(jìn)樣后細(xì)胞被捕獲孵育1 h后的顯微圖片,C為捕獲孵育后局部放大圖Fig.6 Microscope images ofmicro-well（a）before capture of cells and（b）after cell culture for 1 h in the hydrogel chip；（c）is themagnified image of（b）

3.5 代謝液檢測(cè)指紋圖譜

5種不同正常肺細(xì)胞（MRC-5,BEAS-2B,HFL1,HFL-I和IMR-90）及5種不同肺癌細(xì)胞（95C, 95D,A549,NCIH446和HCC827）的可視化指紋圖譜見圖7,肉眼可見對(duì)于不同的細(xì)胞代謝物傳感陣列表現(xiàn)出完全不同的特征性圖譜,且各樣本的響應(yīng)程度不同。肺癌細(xì)胞與正常肺細(xì)胞圖譜響應(yīng)差別很大,肺癌細(xì)胞代謝物起反應(yīng)的特異性陣列點(diǎn)遠(yuǎn)多于正常肺細(xì)胞,且正常肺細(xì)胞之間的指紋圖譜響應(yīng)差別較小,響應(yīng)點(diǎn)的位置也相對(duì)固定。

3.6 聚類分析

聚類分析（HCA）是對(duì)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)程度進(jìn)行分析,后進(jìn)行分類的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法,可分析出實(shí)驗(yàn)樣本間的相似度與差異性。平方歐氏距離越小,代謝物間差異就越小。圖8的聚類分析圖顯示了10組試樣的平行樣,在平方歐氏距離＜5時(shí),皆呈現(xiàn)明顯聚集現(xiàn)象,表明各平行樣之間差異較小且變化幅度穩(wěn)定,且正常肺細(xì)胞與肺癌細(xì)胞都能進(jìn)行組內(nèi)聚類。尤其是在平方歐氏距離=6時(shí),正常肺細(xì)胞全部聚類在一起,說明人正常肺細(xì)胞代謝液間差異較小。在平方歐氏距離=25時(shí),兩大類細(xì)胞代謝液匯聚在一起,說明代謝物差異也在不斷增大。

圖7 不同正常肺細(xì)胞和肺癌細(xì)胞的可視化指紋圖譜,每次實(shí)驗(yàn)取3次平行樣結(jié)果Fig.7 Colorimetricmaps of pigment-based arrays for different lung cellmetabolites,and all experiments were run in triplicate

3.7 主成分分析

主成分分析（PCA）是一種分析、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)集的分析手段,通過減少數(shù)據(jù)維度,保留低階主成分,忽略高階主成分,保持對(duì)方差貢獻(xiàn)最大的值,衡量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定度非?？煽?。實(shí)驗(yàn)選取16種特異性染料,取前10種累積方差貢獻(xiàn)較大的成分作為分析值,最主要的10維主成分包含了全部數(shù)據(jù)99.952％的信息量。如圖9所示,前兩種主成分占總信息量的78.8％。由圖10所示的二維主成分分析圖可見,在由64.6％和14.2％兩種主成分為軸的平面空間內(nèi)同種細(xì)胞平行樣彼此的空間距離相距不遠(yuǎn),團(tuán)簇狀況非常明顯,有些平行樣之間甚至發(fā)生重合現(xiàn)象。藍(lán)色圈內(nèi)的正常肺細(xì)胞之間空間距離相聚較近,而紫色圈內(nèi)的肺癌細(xì)胞在空間上距離較遠(yuǎn),直觀的表現(xiàn)出各試樣代謝物之間的差異性。肺癌細(xì)胞代謝物差異較大,是因?yàn)楦鱾€(gè)時(shí)期的癌細(xì)胞代謝物不同,尤其是人小細(xì)胞肺癌和人高轉(zhuǎn)移肺癌細(xì)胞等分裂繁殖都較快,惡化程度快,治愈難,與人肺腺癌細(xì)胞和人低轉(zhuǎn)移肺癌細(xì)胞等細(xì)胞代謝物有較大差異,其代謝物中特異性分泌物的種類和數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常肺細(xì)胞和肺癌早期階段存在的肺癌細(xì)胞。由于這幾種肺癌細(xì)胞所對(duì)應(yīng)的病變程度差異大,故它們代謝物之間也存在較大差異。但正常肺細(xì)胞與肺癌細(xì)胞所代表的分布區(qū)別明顯。檢測(cè)結(jié)果證明了在微孔陣列芯片上進(jìn)行肺癌細(xì)胞培養(yǎng)及相關(guān)檢測(cè)的可行性,集成的傳感器檢測(cè)元件能夠直觀的對(duì)不同肺癌細(xì)胞代謝物進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。

圖8 5種肺癌細(xì)胞和5種正常細(xì)胞代謝物的聚類圖Fig.8 Hierarchical cluster analysis dendrogram of metabolites of 5 normal lung cells and 5 different lung cancer cells

4 結(jié)論

建立了一種精度高、加工快速、成本低廉的水凝膠芯片加工方法,設(shè)計(jì)制作出集細(xì)胞分離、捕獲、培養(yǎng)、觀察和檢測(cè)等功能性微結(jié)構(gòu)單元于一體的微孔陣列芯片。通過溶脹率測(cè)試證明了此芯片在正常室溫和37℃體溫以及中性生理pH范圍下能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和適用性；紅外光譜表征證明了芯片各單體發(fā)生了有效的聚合反應(yīng),形成了設(shè)計(jì)所需的無毒、高親水性、生物相容性好材料特性的芯片。芯片設(shè)計(jì)盡量模擬了肺部組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn),芯片上的微孔尺寸能調(diào)控細(xì)胞分布,均勻的分散細(xì)胞有利于觀察和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,有利于細(xì)胞真實(shí)形態(tài)及活性的表達(dá),有效降低流體剪切力對(duì)細(xì)胞的損傷；交錯(cuò)微通道實(shí)現(xiàn)了流體的均勻傳遞,從而減小流體剪切力。微流控芯片集成的卟啉傳感可視元件,可在芯片原位收集槽處進(jìn)行收集、檢測(cè),過程方便,快捷,迅速,且不涉及液相,液質(zhì)等大型儀器的使用,費(fèi)用低廉,該可視化分析系統(tǒng)可對(duì)肺細(xì)胞及肺癌細(xì)胞代謝液做出準(zhǔn)確區(qū)分,結(jié)果具有穩(wěn)定性和直觀性。故此基于微孔陣列的肺癌細(xì)胞培養(yǎng)的代謝液檢測(cè)芯片平臺(tái)為醫(yī)學(xué)研究提供了一種全新的可行性檢測(cè)方法。

圖9 前10種主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)值柱狀圖Fig.9 Histogram of the cumulative variance contribution values of the first10 kinds of principal components

圖10 正常肺細(xì)胞與肺癌細(xì)胞代謝液基于前二主成分分析散點(diǎn)圖Fig.10 Plot of the first two principal components by principal component analysis（PCA）of metabolites of normal lung cells and lung cancer cells

1 Global Burden of Disease Cancer Collaboration.Jama Oncol.,2015,1（4）：505-527

2 XU Yong-Hong,HUO Dan-Qun,FA Huan-Bao,YANG Mei,HOU Chang-Jun.Chem.J.Chinese.Universities,2015, 36（2）：241-247

徐永紅,霍丹群,法煥寶,楊眉,侯長(zhǎng)軍.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào),2015,36（2）：241-247

3 GAO Jian,YIN Xue-Feng,FANG Zhao-Lun,XIA Fang-Quan.Chem.J.Chinese Universities,2003,24（9）：1582-1584

高健,殷學(xué)鋒,方肇倫,夏方詮.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào),2003,24（9）：1582-1584

4 FANG Zao-Lun,FANG Qun.Modern Scientific Instruments.,2001,65（4）：3-6

方肇倫,方群.現(xiàn)代科學(xué)儀器,2001,（4）：3-6

5 WEN Xiao-Xia,XU Bang-Lao,WANGWei-Xin,LIANGGuang-Tie,CHEN Bin,YANGYin-Mei,LIU Da-Yu.Chinese J.Anal.Chem.,2014,42（6）：791-798

文小霞,徐邦牢,王偉鑫,梁廣鐵,陳斌,楊銀梅,劉大漁.分析化學(xué),2014,42（6）：791-798

6 Kwon S J,Lee D W,Shah D A,Ku B,Jeon S Y,Solanki K,Ryan JD,Clark D S,Dordick J S,Lee M Y.Nat.Commun.,2014,5：37-39

7 Garcia-Cordero JL,CNembrini A,Stano JA,Hubbell S J,Maerkl.Integr.Biol.,2013,5（4）：650-658

8 Harink B,Le Gac S,Truckenmuller R,Van Blitterswijk C,Habibovic P,Lab Chip,2013,13（18）：3512-3528

9 Han SW,Jang E J,Koh W G.Sens.Actuators,B,2015,209：242-251

10 Kim G,Moon JH,Moh C Y,Lim J.Biosens.Bioelectron.,2015,67：243-247

11 Lefevre F,Chalifour A,Yu L,Chodavarapu V,Juneau P,Izquierdo R.Lab Chip,2012,12（4）：787-793

12 Zilberman Y,Sonkusale SR.Biosens.Bioelectron.,2015,67：465-471

13 Hirai Y,Takagi D,Anai S,Chihara Y,Tsuchiya T,Fujimoto K,Hirao Y,Tabata O.Sens.Actuators,B,2015,213：547-557

14 Ahmed E M.J.Adv.Res.,2015,6（2）：105-121

15 Musumeci G,Loreto C,Castorina S,Imbesi R,Leonardi R,Castrogiovanni P,Italian J.Anato.Embryol.,2013, 118（2）：204-210

16 Samorezov JE,Alsberg E.Adv.Drug Deliv Rev,2014,11：1-23

17 Zellander A,Zhao C,Kotecha M,Gemeinhart R,Wardlow M,Abiade J,Cho M.PloS one,2014,9（5）：e96709

18 Ingavle G C,Gehrke SH.Detamore M S.Biomaterials,2014,35（11）：3558-3570

19 Chen J,Chen D,Yuan T,Xie Y,Chen X.Biomicrofluidics,2013,7（3）：34106

20 Fang K J,Hou C J,Huang CH,Luo X G,Zhang SY,Shen C H,Huo D Q.Key Eng.Mater.,2013,565：632-636

21 Xu B,Ye W,Zhang Y,Shi J,Chan C,Yao X,Yang M.Biosens.Bioelectron.,2014,53：187-192

22 Verhulsel M,Vignes M,Descroix S,Malaquin L,Vignjevic D M,Viovy JL.Biomaterials,2014,35（6）：1816-1832

23 Schesny M K,Monaghan M,Bindermann A H,Freund D,SeifertM,Eble JA,Vogel S,GawazM P,Hinderer S.Biomaterials,2014,35（25）：7180-7187

24 Billiet T,Vandenhaute M,Schelfhout J,Van Vlierberghe S,Dubruel P.Biomaterials,2012,33（26）：6020-6041

25 González-Henríquez CM,Pizarro G C,Sarabia-Vallejos M A,Terraza CA,López-Caba?a Z E.Arabian J.Chem.,2014, available online

26 Browning M B,Cereceres SN,Luong PT,Cosgriff-Hernandez EM.J.Biomed.Mat.Res.,2014,102（12）：4244-4251

（Received 23 April 2015；accepted 10 August2015）

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China（Nos.81171414,81271930）and the Key Technologies R＆D Program of China（No.2012BAI19B03）

Development of 3D Hydrogel M icrofluidic Chip for Lung Cancer Cells Capture and Detection

HUO Dan-Qun1,GUOMing-Yi1,DENG Yan1,YANG Mei1,FA Huan-Bao2,HOU Chang-Jun*11（College of Bioengineering,Chongqing University,Chongqing 400044,China）
2（College ofChemical Engineering,Chongqing University,Chongqing 400044,China）

Based on photopolymerization property of poly（ethylene glycol）diacrylate（PEGDA）,a 3D nontoxic,hydrophilic and biocompatible hydrogelmicrofluidic chip（60 mm×20 mm×3 mm）,was specifically designed and fabricated.2-Hydroxyethyl methacrylate（HEMA）was used to increase hydrophilicity of the chip,and 1-vinyl-2-pyrrolidone（NVP）was added to improve its toughness.The swelling ratio testing and the infrared spectrum characterization showed that the hydrogelmicrofluidic chip had excellent performance and stability.A colorimetric sensor array with 16 specific dyeswas integrated into the chip for real-time detection of themetabolites of lung cells.The colorimetric value of themaps was extracted for calculating the squared Euclidean distance.The results of principal componentanalysis（PCA）suggested that themetabolic liquids of different lung cells could be easily distinguished.Thirty normal lung cell and lung cancer cell samples could be accurately clustered by hierarchical cluster analysis（HCA）.The fabricated hydrogel microfluidic chip provides a novelmethod for clinically diagnosing.

Microfluidic chip；Lung cancer；Metabolites detection；Visual sensor array

10.11895/j.issn.0253-3820.150333

2015-04-23收稿；2015-08-10接受

本文系國(guó)家自然科學(xué)基金（Nos.81171414,81271930）、國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（No.2012BAI19B03）、重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（No.CYB14028）和重慶大學(xué)大型儀器設(shè)備開放基金資助

E-mail：houcj@cqu.edu.cn