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微流控技术指利用微流道（尺寸为几十到几百μm）对微小流体进行处理或者操纵的科学技术，其中涉及微流控平台的装置常被称为微流控芯片[1]。微流控技术凭借微型化、系统化的技术特点，在微纤维、微球和微传感器等方面有诸多应用[2]。
微创青光眼手术（Minimally Invasive Glaucoma Surgery, MIGS）是青光眼临床研究前沿的革命性技术，为青光眼患者提供了比传统青光眼手术风险更小的治疗选择，已成为针对轻度至中度青光眼或不耐受标准药物治疗患者的更安全、创伤更小的手术干预措施[3]。作为需要长期植入眼内的装置，MIGS器械设计尺寸微小、工艺结构复杂、材料生物相容性良好，因此对加工要求较高。传统的金属材料加工方法不适用于高柔韧性材料；旋转涂层可能无法严格控制尺寸精度和提供材料成型后的外观灵活性。
近期，明澈生物科技（苏州）有限公司研发团队与中山眼科中心林明楷主任团队、华东理工大学殷瑞雪副教授团队利用微流控模板加工技术制备引流支架。该方法安全高效、成型精度高，通过此方法制备出的渐扩内径引流通道的引流支架也具有良好的力学性能、材料稳定性和生物相容性，为MIGS器械的制备提供了一种经济有效的新型方法。
这一研究成果以“A glaucoma micro-stent with diverging channel and stepped shaft structure based on microfluidic template processing technology”为题被《BIOMEDICAL ENGINEERING ONLINE》接收。华东理工大学研究生王晨为第一作者，中山眼科中心廖韵如博士为共同一作，华东理工大学殷瑞雪副教授为通讯作者，中山眼科中心林明楷主任为共同通讯，其他主要合作者还包括明澈生物科技王克敏博士、任冬妮博士等人。
支架表征
支架植入眼内，需要考虑在眼内固定的问题。研究团队为引流支架设置了梯度外径，当支架植入到眼睛内部后，支架的纵切面与组织将呈现楔形接触，相较等水平长度下水平接触可以提供更大的接触面积，当支架受力移动时将同时承受摩擦力和组织的水平分力，二者共同阻碍引流支架的运动，有助于降低支架的移位概率。制造样品支架总体尺寸与原设计尺寸基本保持一致，如图1 (a)-(c)所示。
支架导通性能直接体现支架的功能性，引流支架制造完成后，进一步测试了支架的导通性能。实验结果表明，当注射器缓慢推动时，支架出口有液体顺利溢出，在水中产生均匀气泡，证明支架导通良好，如图1(d)-(f)所示。
支架的体外降解
微引流支架长期植入眼内，除具有稳定的引流功能外，还需注意其植入眼睛后的降解稳定性。对引流支架的降解率和沉淀进行了为期一年的随访研究，结果如图2a所示。引流支架在12个月内的平均降解率为1.5%（p>0.05），说明了支架材料的长期稳定性。
在制作过程中，引流支架进行了半胱氨酸浸泡表面处理并引入了光敏剂。红外光谱图（图2b）显示，经过半胱氨酸处理后，在810cm-1与1640cm-1处的碳碳双键消失，表明引流支架表面没有活性双键。最终样品浸提液的质谱（图2c）中没有与2959引发剂和半胱氨酸匹配的峰，说明支架表面经处理后无有害物质残留。
图2 (a)支架在12个月期间的降解结果(p> 0.05)；(b)红外光谱显示浸泡在半胱氨酸中后支架表面双键的变化；(c)使用联合气相色谱-质谱法对引流支架进行质谱分析
支架的流动特性
本研究开发的渐扩内径引流支架的大口端直径为70 µm，小口端直径为60 µm，计算可得其始引流速率为23.52μL/min；等径引流支架的内径为65μm，引流速率为17.75μL/min。渐扩内径引流支架的引流效率比等直径支架高出约32%。商用支架XEN内径为45 µm，通过计算初始引流速率为4.08 µL/min，60-70 µm内径支架相对于商用支架提高初始引流效率5.76倍。这是由于逐渐扩大的圆形内径截面可以降低液体的流速，减小管道中的摩擦阻力和阻力损失，使液体在流动过程中难以积聚，从而提高排水效率。此外，计算表明，在房水生成速率为2μL/min-2.5μL/min的条件下，60-70μm内径的支架可以提供2-3 mmHg的流动阻力，巩膜外静脉压可提供8 mmHg的压力，两者共同作用可有效防止低眼压发生。
支架的机械性能
引流支架植入后由于角膜曲率影响会发生弯曲变形从而产生应力集中的情况。分析得到XEN和渐扩内径微引流支架的仿真结果，各图右上角的值代表应力集中时的最大应力值，如图3所示。渐扩内径支架的应力集中最大值小于等径内径支架。在相同外力作用下，管径越小的支架应力集中程度越高。本研究设计支架应力集中值比目前流行的商用支架小2-3倍，理论上具有更强的抗弯折能力。
图3 力学仿真结果：(a) XEN凝胶支架；(b)外径轴段分布250μm轴长1 mm，150μm轴长3 mm，过渡段2 mm，渐扩内径60-70μm；(c)外径轴段分布250μm轴长1 mm，150μm轴长3 mm，过渡段2 mm，等径65μm；(d)外径轴段分布250μm轴长1 mm，200μm轴长3 mm，过渡段2 mm，渐扩60-70μm；(e)外径轴段分布250μm轴长1 mm, 200μm轴长3 mm，过渡段2 mm，等径65μm
支架的生物相容性
●体外细胞毒性：图4展示了人脐静脉内皮细胞（HUVEC）在浸提液中培养3天后的状态，空白组和实验组细胞形态均健康，呈现稳定的生长趋势，视野内观察到的死亡细胞极少，提示引流支架没有细胞毒性。
●皮下植入实验：在大鼠皮下组织内埋植引流支架，3个月时病理切片显示皮下组织无炎症反应，这提示在长期内引流支架不会诱发炎症反应。
支架在体内兔眼的应用
支架植入后1周内，观察到滤过泡大小保持相对稳定，可知引流管具有稳定引流功能。眼压在术后快速降低，之后趋于稳定（图6）。引流支架在植入后无移位现象，除常见的滤过泡血管密度增加之外，无低眼压、炎症等并发症的发生。
图6 手术后最初一周内的眼压波动
综上所述，利用微流道芯片制作引流支架的工艺流程简单易操，制备的引流支架可提高初始引流效率，防止低眼压，体外和体内实验也验证了支架良好的稳定性与安全性，本研究为MIGS器械的低成本高效制备工艺做出新的尝试，同时也为青光眼的滤过性治疗提供更多的选择。
参考来源：
[1]MARK D, HAEBERLE S, ROTH G, et al. Microfluidic lab-on-a-chip platforms: requirements, characteristics and applications [J]. Microfluidics based microsystems: fundamentals and applications, 2010: 305-376.
[2]夏威, 何荣祥. 基于微流控芯片技术的小尺寸μm级液滴制备 [J]. 材料导报: 1-7.
[3]Lavia C, Dallorto L, Maule M, et al. Minimally-invasive glaucoma surgeries (MIGS)for open angle glaucoma: A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2017 Aug 29;12（8）: e0183142.
