從抗生素到抗組胺藥，每一個讀者都在某種程度上受益于現(xiàn)代藥物。但藥物開發(fā)的成本是難以接受的。你知道嗎,平均而言,它需要大約12年,超過10億英鎊開發(fā)每一個新的藥。

Representation of the drug discovery & development pipeline. Credit: Isobel Steer

潛在藥物有兩種方式可以脫離藥物開發(fā)流程。它可能無法在人體中發(fā)揮作用（無效率），或者可能導致不可接受的副作用（毒性）?？茖W家們想在流水線早期找出哪些藥物效率低下或有毒。這可能是在一個裝滿細胞的培養(yǎng)皿中，或者是一瓶液體，潛在的藥物（也稱為“l(fā)ead”）與其生物學“目標”混合在一起。這種試管階段被稱為體外（測試在活體動物體內稱為）。體外是微流控進入的第一步。

什么是微流控芯片？

微流控芯片（'微芯片'）是包含通道系統(tǒng)的微小平臺，旨在處理小于1微升的液體體積。根據設計，它們可以過濾，濃縮，混合，加熱，分離和檢測。制造微芯片的方法有很多，但通常需要實驗室級的設備和設備。在大學里，許多微芯片都是由聚合物PDMS制成的，但這很難大規(guī)模生產。另一種選擇是由著名化學家George Whitesides開創(chuàng)的紙片微芯片。另一個尚在探索3D打印微芯片。

微芯片的優(yōu)勢

最初，微芯片的設計是為了通過使用較小的反應體積來提高效率并減少浪費。此外，它們的低成本和易于自動化使其在商業(yè)上具有吸引力。然而，人們很快意識到小型化可以擴大現(xiàn)有生物測定的能力，以及化學合成技術?？s小尺寸將顯著改變表面體積比和分子擴散。結果是：你可以做更多的反應，速度更快。這種高通量技術是醫(yī)學發(fā)現(xiàn)的里程碑之一。

用于藥物合成的微芯片

據估計，潛在的藥用分子的數量約為1063-a.k.a.one vigintill。使用宏觀方法合成和篩選候選分子是耗時且昂貴的。微流體可以提供顯著的改進。例如，研究人員使用微反應器在20分鐘內合成出高產率的二肽，這是前一個24小時，50％產量宏觀反應器的巨大改進。

用于體外篩查藥物的微芯片

微芯片不僅可用于合成潛在的藥物分子，還要測試這些化學分子如何與生物靶標結合。例如，國外某研究所開發(fā)了一個高通量的微流體平臺來測試轉錄因子與DNA的結合，成功預測了體內功能。在另一個有趣的例子中，草藥（一個價值數十億美元的市場）在電極微芯片上作為抗抑郁藥進行了測試。

今年早些時候開發(fā)出了合成和篩選的創(chuàng)新組合，它們合成了金屬配合物，然后測試了它們如何與稱為端粒的折疊DNA結構結合。整個過程在單個微流體平臺上進行。

用于檢測細胞藥物的微芯片

在活細胞上測試化合物是藥物開發(fā)流程中的關鍵步驟，但這需要盡可能接近生命體的生理條件。利用微流控技術，您可以操縱細胞或細胞大小的體積;你可以同時查看大量的數據。例如，PDMS微芯片已用于研究穿過細菌膜的抗生素。

微芯片也被開發(fā)用于向神經元細胞施用重復的微量緩激肽（一種炎癥介質）。這模仿了生物突觸 - 在芯片上。事實上，越來越多的研究使用微流控平臺來監(jiān)測藥物對細胞的長期影響，有效地構建人造血管，神經和肌肉。未來，這些設備有可能取代動物實驗。這種工作模糊了科學術語“體外”和“體內”之間的界限。

未來

在藥物輸送途徑的早期階段，如化學合成，分子篩選和活細胞中藥物的臨床前檢測，微流控平臺顯然對現(xiàn)有技術提供了不小的改進。然而，問任何微流控研究人員，他們會告訴你，首先必須克服各種限制。這些包括標準化微流體通道的材料和幾何形狀，以及研究長期的微芯片性能。為了幫助下一代工業(yè)醫(yī)學研究人員縮短和精簡藥物開發(fā)流程，大規(guī)模生產微芯片也需要開展。