半導體產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)單芯片是把多樣功能整合成在一顆芯片里，再透過硅來移動電子，進而使系統(tǒng)運作，讓電子產(chǎn)品發(fā)揮功能。 然這里所指的“器官芯片”(Organs-on-chips)，則是將微量的化學物質(zhì)或微生物送到模仿完整器官(如肺臟、心臟等)結(jié)構(gòu)和功能的單元芯片，仿真出相同化學物質(zhì)放到真實人類器官中，所可能會發(fā)生的狀況。

換句話說，器官芯片不是創(chuàng)造人類整個完整器官，而是仿真人體器官中的最小功能單元，實現(xiàn)藥物或化學物質(zhì)在非活體環(huán)境(in vitro)中，研究活體環(huán)境(in vivo)的交互反應，用來了解、評估疾病、藥物、化學物質(zhì)與食物等對人類影響的3D芯片裝置。

2015年英國年度設計獎，不是頒給谷歌的無人車，也不是清除海洋塑料計劃，而是頒給美國哈佛大學韋斯生物啟發(fā)工程研究所的器官芯片;這是英國年度設計獎，首度由醫(yī)學領(lǐng)域獲得大獎。 現(xiàn)代美術(shù)館(MoMA)也將器官芯片納為永久收藏。

動物實驗成效未必適用人體

以韋斯生物得獎作品為例，就是仿真人類肺臟的器官芯片。 韋斯生物將半導體芯片的概念導入，將活的人體器官細胞植入芯片，使芯片可以仿真細胞在人體內(nèi)的環(huán)境。 其芯片的主要架構(gòu)，是在槽道中設置三個并列的流體信道，兩邊的信道是真空信道，中間的信道則是植入細胞的信道。

為了仿真肺臟構(gòu)造，韋斯生物在中間信道的正中間放置一層布滿小孔的生物薄膜，并在薄膜上鋪滿一層肺泡細胞，薄膜的另一面鋪滿血管細胞。 因此，薄膜上面可以流通空氣，下面可以流通血液。

另外，兩側(cè)的真空信道也設計成可收縮的結(jié)構(gòu)，可以同時帶動中間的信道一同收縮，于是肺泡細胞也跟著收縮，再將空氣與血液導入芯片，就可仿真正常肺臟運行環(huán)境。 同樣地，如果要仿真肺臟感染或?qū)μ厥馕镔|(zhì)的反應，只要將病毒、養(yǎng)分、細胞或相關(guān)物質(zhì)導入器官芯片，即可透過顯微鏡“看到”接下來可能發(fā)生的變化。

德國康斯坦茨大學毒理學教授Marcel Leist曾說：“人類絕對不等于70公斤的老鼠。 ”一語道出傳統(tǒng)臨床實驗中的關(guān)鍵問題。

因為人類與動物的生理結(jié)構(gòu)不同，為了實驗需求，常將人類獨有的癌細胞或其他病原，移植到老鼠、兔子或是猴子身上;問題是，即使在動物實驗階段結(jié)果良好，也無法保證轉(zhuǎn)換到人類身上時，同樣安全或同樣有效果。 據(jù)統(tǒng)計，至少30%藥物分子沒有機會上市，就是因為毒性或人體肝臟無法代謝;這也是很多藥無法通過臨床一期(確認毒性)或臨床二期(確定劑量及效性)的原因。