微流體生物反應(yīng)器靶細(xì)胞快速控制傳感平臺(tái)工作原理及應(yīng)用介紹

一、研究背景
免疫療法利用基因工程 T 細(xì)胞表達(dá)嵌合抗原受體（CAR）和 T 細(xì)胞受體（TCR）對(duì)抗癌細(xì)胞，成為個(gè)性化癌癥治療的有前途策略。然而，當(dāng)前免疫治療中 CAR - T 細(xì)胞培養(yǎng)擴(kuò)增依賴封閉生物反應(yīng)器和手動(dòng)質(zhì)量控制，存在耗時(shí)、勞動(dòng)密集、昂貴且易出錯(cuò)的問題，且生物反應(yīng)器在擴(kuò)增階段不可接近，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測，質(zhì)量控制只能在過程結(jié)束時(shí)進(jìn)行，可能導(dǎo)致資源損失和時(shí)間浪費(fèi)，因此急需實(shí)時(shí)決策工具。芯片實(shí)驗(yàn)室（LoC）設(shè)備因能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室操作、減少生物樣品和試劑用量，成為集成質(zhì)量控制功能的潛在解決方案。

二、材料和方法

1. 材料：采用具有光學(xué)表面質(zhì)量（表面粗糙度Ra<5nm）的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基材和玻璃基板分別制造微流體和傳感模塊，使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄層粘合兩種材料。實(shí)驗(yàn)試劑包括磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）溶液、乙醇、Dulbecco 改良 Eagle 培養(yǎng)基（DMEM）等，永生化前列腺癌細(xì)胞（PC 3）在特定條件下培養(yǎng)，使用抗 EpCAM 抗體功能化的金納米顆粒（AuNP）標(biāo)記 PC 3 細(xì)胞。

1. 方法

• 設(shè)備制造：檢測平臺(tái)由 PMMA 底物上的微流體模塊和玻璃基板上的傳感模塊通過 PDMS 層結(jié)合而成。微流體通道為 Y 形，有兩個(gè)入口，用于注入細(xì)胞培養(yǎng)基和載體流體，主臂長 10 毫米，寬 300μm，深 200μm 。通過激光光刻在玻璃基板上制造兩個(gè)金微電極，排列在微流體通道底部，傳感元件部分的手指電極間距約 40μm，另一端為墊形并微焊到傳感器集成電路板用于 QVAR 檢測。

• 電子器件：系統(tǒng)電子核心是意法半導(dǎo)體的商用電容傳感器 ILPS22QS，用于壓力、溫度和電容測量，能對(duì)輸出電壓采樣數(shù)字化，電荷變化測量（QVAR）是核心。傳感器通過額外電路與外部環(huán)境連接，由安裝在原型板上的微控制器 STM32L476RG 本地管理。
• 軟件：開發(fā)的軟件包括 STM32L476RG 微控制器中的軟件，用于控制傳感器、設(shè)置輸出數(shù)據(jù)速率、讀取電壓值并發(fā)送時(shí)間戳到外部 PC，傳感器和 MCU 通過 I2C 接口通信，數(shù)據(jù)通過 UART 協(xié)議傳輸?shù)?MATLAB 用戶界面進(jìn)行存儲(chǔ)和后處理。