本研究开发了一种模块化无管流体电路板（FCB）系统，结合可逆密封的细胞培养块，用于动态培养胚胎干细胞来源的甲状腺类器官。FCB 由铣削聚碳酸酯板并进行热粘合制成，通过类似乐高积木的互连器实现细胞培养块的即插即用连接。
集成锁紧夹具便于类器官装卸。在六个 FCB 上进行多路复用灌注实验，甲状腺类器官可在数分钟内转移并稳定培养达10天，验证了该平台在类器官与微流体系统结合方面的灵活性与实用性。参考文献：A Modular Microfluidic Organoid Platform Using LEGO‐Like Bricks – PMC
1. 简介
类器官和器官芯片（OoC）技术在精准医学、疾病建模和药物筛选中展现出巨大潜力，将两者结合可增强生理相关性并改善类器官培养的控制性与成熟度。
然而，传统微流控设备操作复杂，难以灵活整合大型三维类器官，尤其在细胞加载和 ECM 凝胶处理方面存在限制。
为解决这些问题，研究者开发了模块化微流控系统，如流体电路板（FCB），通过可插拔模块简化操作，但其常为封闭式设计，限制类器官的直接处理。
为此，我们设计了一种无管式 FCB，结合采用 Lock-and-Play（LnP）可逆密封的模块化 OoC 组件，实现类 LEGO 式即插即用连接，并成功在芯片上培养小鼠胚胎干细胞来源的甲状腺类器官。
该平台显著降低了组装复杂度并保持类器官的结构与功能，为构建灵活、高效的类器官芯片培养系统提供了新思路。
2. 结果
1) 设计
该微流体系统由无管流体电路板（FCB）和类似乐高积木的细胞培养模块组成，模块可通过新颖的流体互连方式插入FCB中。
FCB由两层聚碳酸酯板构成，热粘合形成密闭微流体通道，允许培养液在不同模块间循环流动，支持多种模块组合。
培养模块尺寸统一（38×38 mm），高度根据功能变化（15–30 mm），可通过更换底板实现不同微流体布局，提升系统多功能性。
平台支持实时成像模块集成，并可配置为多个独立流体隔室，最多可并联六个FCB，总体积约1.3升。
所有组件可灭菌、重复使用，适用于多次细胞培养实验。
2) FCB 的制作
本研究利用数控微铣床在聚碳酸酯（PC）底板上加工出多种几何形状的微流体通道（0.3–1.0 mm），并通过优化铣削参数（40,000 rpm 主轴转速，200 mm/s 进给率）及后去毛刺处理，显著提升了通道的表面质量（Ra ≈ 0.5 µm）。
随后，使用聚合物粘合箔在液压机中以 120 °C 热粘合上下PC板，确保密封同时避免通道变形。
系统测试显示粘合强度超过 7 巴，无明显泄漏，成功制造并粘合了14个FCB，其中10个通过目视质检，满足细胞培养实验需求。
3) 即插即用流体互连
本研究通过在 FCB 上设计圆形凹槽与四螺柱式模块底部插头配合，实现类似乐高的可逆流体互连。
螺柱中心设有 I-O 通孔，配合嵌入 O 形圈的径向凹槽实现密封。
优化后的设计在 0.2 mm 间隙、20% O 形圈压缩率下，既保证了易插拔性，又在 0.5 mL/min 流速下无泄漏。
初期使用 Polyjet 技术打印原型，后期改为聚碳酸酯加工，以避免有毒物质渗漏影响类器官活力。
相比 3D 打印件，PC 加工部件在密封强度（达 111 ± 15 kPa）、插拔性及表面质量上均表现更优，且其 O 形圈凹槽更光滑、不易损伤密封结构，从而提升了系统的可靠性和生物兼容性。
4) 模块板和 LnP OoC
本研究设计并制造了多种类似乐高的细胞培养砖，用于细胞培养基储存、pH/氧气传感以及可逆密封的器官芯片（OoC）功能。
所有模块通道由透明、可灭菌的 PDMS 流体层构成，并垂直堆叠于 PC 外壳中，用机械夹具密封。
细胞培养砖标准尺寸为 38×38 mm，配有四螺柱连接器便于与 FCB 对接。
为快速装载小鼠ESC来源的甲状腺滤泡，引入单螺钉LnP夹具，将包埋于Matrigel中的类器官放置于可热成型的PC膜状载体上，便于芯片内外转移和预培养，组装时间小于4分钟。
为防止气泡干扰流体流动，在培养砖上方设计了含有硅胶层和储液腔的被动气泡捕集器，有效提升系统稳定性。
5) FCB 平台类器官培养的验证
建立微流体平台后，研究评估其在类器官培养中的适用性。
预先将Matrigel包埋的mESC来源甲状腺类器官在热成型载体中静态培养3天后，装载至六个类似乐高的OoC模块，并通过塑料歧管并联连接至FCB平台和培养基储存器，设置持续灌流系统，流速为12 µL/min，培养10天。
平台组件减少了管道使用（缩短64%）与装配时间（缩短15倍），确保操作效率。
引入传感器模块实现pH与DO₂的在线监测，数据显示培养期间pH稳定，DO₂略有下降。
系统在灌流期间未出现泄漏，气泡捕集器有效减少气泡干扰。
细胞形态和活力在动态与静态条件下表现一致，类器官保持极化滤泡结构。
免疫染色显示Tg和ZO-1的正常表达，表明类器官在芯片内维持原生甲状腺样结构与功能。
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