分离和调节单细胞生物动力学的潜力在药物设计和筛选中具有重要意义。然而，单细胞药物筛选中现有的实验报告必须提供多剂量梯度研究，才能准确预测药物与单细胞的相互作用和性能。在微系统与纳米工程随后，沈少飞与中国生命科学与医学科学家团队通过创建多浓度梯度发生器解决了这一难题。
他们将梯度发生器与单细胞捕获阵列相结合，在单细胞水平上研究了5-氟尿嘧啶和顺铂抗癌药物的单一或联合剂量对人肝癌细胞和人乳腺癌细胞的影响。该仪器提供了一个简单可靠的平台，可以在单细胞水平上研究不同候选药物的正确剂量，以筛选单药化疗药物并有效地形成联合治疗方案。
开发新型药物筛选平台
药物筛选方法提供了预防感染的可见解决方案，治疗人类疾病. 广泛的研究表明，微流控芯片技术为易于获取且生物相容性。 最多提供了一种强大的工具，可以在单细胞水平上研究细胞群，同时促进不同药物浓度下的剂量依赖性细胞反应。在这项研究中，Shen 及其同事优化了一种多级微流控装置，结合了单细胞捕获阵列，从而生成了一个跨多种药物剂量的单细胞微流控药物筛选平台。
在这项研究中，研究人员计算了理论上生成了它，并在荧光实验中进行了验证。他们利用顺铂和5-氟尿嘧啶; 两种化疗药物作为单药或多药联合化疗的模型药物人类乳腺癌细胞和人肝癌细胞该系统为研究药理功能和开展单细胞研究提供了一种灵活且规范的工具。
设计微流体平台
沈教授及其团队设计并构建了包含 24 个单细胞捕获装置的微流控平台。他们在装置中成功生成了一系列药物浓度梯度，其中浓度梯度发生器可以联合筛选两种药物，使他们能够同时研究单一药物和多种药物组合最佳剂量。
生物工程师们将单细胞捕获装置改造成一个二维阵列，其中有细胞和试剂入口，用于细胞悬浮和试剂导入，在先前的研究中描述由同一支团队完成。
三浓度梯度形成
研究人员测试了该装置通过以下方式建立三个浓度梯度的能力和荧光素实验，探索 24 个微腔中的药物分布。他们使用倒置显微镜收集荧光图像，并使用成像软件了解每个腔体收集的数据。
模拟结果显示，在设计的装置中形成了三组相同的药物浓度及其百分比。在模拟的同时，他们还进行了荧光素实验，以验证24个储液腔中的浓度梯度分布。他们将两种荧光剂从入口注入芯片，观察实验结果与数值模拟结果的一致性。
太极螺旋搅拌器在微流体中诱导 Dean 流
该团队在浓度梯度发生器中使用了太极螺旋搅拌器，并加入了弯曲的通道中流动着用于流体调节的微流体应用，作为混合、净化和聚焦的革命性方法反应高效且经济。
他们通过形成三个浓度梯度，获得了稳定有效的用于单细胞药物筛选的多药物浓度梯度，构建了单细胞水平药物筛选的多浓度平台，观察了抗癌药物顺铂和5-氟尿嘧啶的联合和单独作用。
利用单细胞药物相互作用进行药物筛选
生物工程师们在单细胞捕获微流控装置和传统培养皿中，应用了含有两种细胞（人类乳腺癌细胞和人类肝癌细胞）不同浓度的药物培养基，采用双荧光染色法；吖啶橙和碘化丙啶他们验证了细胞活力，并观察了细胞暴露于不同药物浓度时活动的变化，以显示随着培养装置中药物浓度的降低，肿瘤细胞的存活率如何提高。
虽然健康细胞的细胞活力与药物剂量呈负相关，但肿瘤细胞在单细胞水平上不受细胞相互作用的影响。有效调查他们对药物的敏感性。
研究团队将两种药物联合用于该平台的细胞，并注意到两种药物的协同作用比单药治疗单独使用。这种现象也存在于微流体单细胞捕获装置中，以提供有效的单一疗法和联合疗法策略。例如，暴露于 5-氟尿嘧啶的细胞经历了剂量致死以抑制 DNA 合成和细胞有丝分裂，突出了药物筛选对于探索跨不同药物梯度的肿瘤细胞异质性的重要性。这项工作对更广泛的生物学和临床前探索具有重大影响，包括癌症干细胞分离和药物发现。
外表
通过这种方式，Shaofei Shen 及其同事制作了一种简单而高效的多功能微流控药物筛选装置，可用于单细胞水平的功能。该装置含有浓度适合多种用途的药物发生器和单细胞捕获阵列。
他们在平台上结合了单细胞捕获装置，实现了两种细胞的单独给药，对两种不同的癌细胞系进行了研究。该研究为在单细胞和干细胞水平上研究多种抗癌药物的敏感性提供了强有力的起点，以实施有效的化疗策略。
