癌症因其居高不下的年新增病例数量与死亡病例数量，目前依旧严重威胁着人类的生命健康。传统治疗癌症的方式存在明显的局限性，其副作用与并发症更是大大提高了癌症治疗的门槛。光动力疗法（PDT）不仅具有副作用小的优势，且对于癌症晚期阶段也具有一定的治疗效果，因此在肿瘤治疗的相关生物医学领域具有重要的意义。
光敏剂、光源、氧气是PDT三要素。当光敏剂吸收特定波长光子时，光敏剂会从基态被激活到激发态，其直接与分子氧相互作用形成单线态氧（Singlet oxygen，¹O₂），进而杀死肿瘤细胞。经过几十年的发展，光敏剂数次迭代更新，尤其是纳米技术的进步使得光敏剂的靶向性、治疗效果大幅提升。例如，金纳米笼搭载无机材料、过氧化氢酶来缓解肿瘤中的乏氧问题，上转换纳米颗粒通过反斯托克斯发射过程来解决PDT光源穿深问题，纳米金属有机骨架材料用于克服荧光猝灭效应。
尽管在光敏剂方面已经取得很大进展，但由于肿瘤微环境的复杂性使得目前肿瘤PDT的临床推广依旧困难重重。其一，肿瘤微环境的组织乏氧、微酸化、弱还原性等特点，抑制了PDT中活性氧的毒性，进而降低了肿瘤治疗效果。对应的策略多是将PDT与光热疗法、化学动力疗法、免疫疗法等进行联合，通过多模式疗法来提高肿瘤治疗效果。其二，通常的PDT方案是基于体外静态培养的二维肿瘤细胞进行筛选，其与人体内实体瘤环境差异巨大，使得PDT的实体肿瘤治疗效果不佳。
微技术的高速发展使其有望成为一个能高效、高实用性、高准确度的复现人体肿瘤微环境的工具。这一技术经过十数年的发展，已经在PDT的各个方向取得相当喜人的成果。例如，有研究人员构建了一种单次实验可以得到包含氧气、光敏剂、光强度多种实验数据的多功能芯片实验平台来进行高通量药物筛选；已有报道利用微流控芯片进行血管重建来研究中性粒细胞的外渗；此外，还有研究构建了一种血管-肿瘤微流控模型来研究多功能纳米颗粒对免疫细胞的招募能力。
因此，利用微流控技术使得细胞的体外培养环境能够更加接近人体内肿瘤微环境，对于推进PDT在临床上的应用具有重要意义。但由于微流控芯片结构的特殊性与细胞培养的轻量化，对微流控芯片的相关研究难以使用酶标仪、细胞流式术等常规方式进行表征，而通过荧光传感对光动力治疗过程中产生的单线态氧进行实时监测，为在微流控芯片上对PDT疗效进行评估提供了一种新的思路。
据麦姆斯咨询介绍，中央民族大学理学院的研究人员设计并开发了一种微流控生物芯片用于肿瘤PDT。相关研究成果以“基于单线态氧荧光传感的微流控光动力疗法研究”为题发表于《发光学报》。研究人员首先利用再沉淀-包覆法制备了负载酞菁锌（ZnPc）的纳米光敏剂以及负载1,3-二苯基异苯并呋喃（DPBF）的单线态氧荧光纳米传感器；然后设计并制作微流控生物芯片，在其中完成细胞的培养与纳米粒子的装载；最后通过调控微流控参数研究微酸化和力学微环境对ZnPc纳米粒子的吞噬效率以及PDT功效的影响，并利用DPBF纳米粒子对PDT过程中单线态氧的产生进行实时传感，研究影响单线态氧产率的主要因素。
微流控生物芯片：（a）掩模版设计图，（b）结构示意图，（c）微流控芯片实物照片，（d）功能验证图片。左右两通道分别注入红蓝墨水（注入流量为100 μL/s），中间通道不做处理。
DOI：10.37188/CJL.20240145
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