在生物医学领域，药物研发始终是一场与时间赛跑、与病魔较量的艰苦征程。近年来，新药研发的步伐逐渐放缓，从1991-2000年21个主要国家发现367种新药，到2001-2010年降至251种，进入临床试验的新药数量也越来越少，研发周期越来越长[1,2]。这背后的原因复杂多样，其中药物研发过程中化学合成与生物筛选环节的分离和不兼容，成为了阻碍新药研发的关键因素。传统的有机合成方法不仅耗时耗力，且合成过程中大量使用的有机溶剂和严苛条件，与生物筛选所需的温和水性环境及小型化、平行化要求格格不入。不过，一项名为chemBIOS的创新技术平台的出现，为这一困境带来了转机。
chemBIOS平台与合成所需的有机溶剂和生物筛选所需的水溶液相容。我们使用chemBIOS平台进行75个平行的三组分反应来合成一个脂质体库，然后通过MALDI-MS进行表征，在芯片上形成lipoplexes，并在芯片上进行细胞筛选。从文库合成到细胞筛选的整个过程仅需3天，总溶液量约为1mL，证明了chemBIOS技术在提高效率、加速筛选和药物开发方面的潜力。
LSTL玻片：通过硅烷化处理和光化学硫醇-烯点击反应，在玻璃表面形成亲疏两性图案（图1a）。亲水性区域可稳定低表面张力有机溶剂（如DMSO），疏水性边界则通过全氟癸硫醇（PFDT）修饰，实现微滴阵列的精准控制。
HSTL玻片：涂覆多孔聚（甲基丙烯酸羟乙酯-共-二甲基丙烯酸乙二醇酯）聚合物层，结合光化学硫醇-炔点击反应，形成亲水性斑点（接触角<10°）与超疏水性边界（接触角>150°），适用于高表面张力水溶液（如水、脂质体）的微滴阵列（图1b）。
图1. 用于chemBIOS平台的图案化载玻片的制造和表征。chemBIOS平台由两种类型的图案化载玻片组成。a.与低表面张力液体相容的载玻片（LSTL载玻片）是通过使用氯（二甲基）乙烯基硅烷对玻璃表面进行硅烷化，并通过光化学硫醇-烯点击反应形成图案而制备的。通过与全氟癸硫醇（PFDT）反应生成全疏边界，然后通过半胱胺盐酸盐形成全嗜斑点。斑点直径2.83mm;疏水边界宽度1.67mm。b.用于高表面张力液体的载玻片（HSTL载玻片）通过聚合反应来制造，以施加聚（2-羟乙基甲基丙烯酸酯-共-乙烯二甲基丙烯酸酯）的多孔聚合物层。用4-戊炔酸的官能化使得能够通过硫醇炔光点击化学进一步形成表面图案。通过PFDT生成疏水边界，然后使用2-巯基乙醇形成亲水斑点。斑点直径2.83mm;疏水边界宽度1.67mm。c. DMSO液滴在用于具有相应静态接触角的LSTL图案的全疏表面和全亲水表面上的照片。液滴体积：10 µL。d. 用于HSTL载玻片的疏水和亲水表面上水滴的照片，具有相应的静态接触角。液滴体积：10 µL。e. 示意图显示了图案化LSTL载玻片上的不连续去湿效果，这使得能够手动生成有机液滴阵列
I.DOT精准分配：利用I.DOT非接触式移液系统（死体积 <1 μL），将胺类溶液（A1-A5）与硫代内酯/吡啶基二硫化物混合物分别以列、行方式精准分配至LSTL玻片（图2a）。75个微反应器同步反应2小时，产率达89±15%。
产物表征：通过MALDI-TOF质谱（图2c）验证结构，片上液-液萃取技术（图3）分离亲水/疏水染料（亚甲蓝纯度91%，尼罗红57%）。
图2. 一个脂质体库的片上合成和表征。a. 使用chemBIOS平台组合合成脂质体的示意图。在第一步中，将溶解在DMSO中的各种胺逐柱施加到低表面张力液体（LSTL）载玻片A上。然后，将溶于DMSO的硫内酯和吡啶基二硫化物衍生物的混合物以与载玻片A上的列正交的行施加到LSTL载玻片B上。通过滚动溶液液滴以形成成排的单独液滴来进行施加。在下一步骤中，将载玻片A和载玻片B彼此夹在中间（SW）以使各个液滴接触以合并液滴，从而引发反应。在室温下2小时后完成反应。在单个载玻片上一式三份合成每个载玻片25种不同的脂质体。b. 反应方案和反应的所有不同前体的列表。c. 为了表征所产生的化合物，将载玻片A夹在MALDI板上，然后加入基质并干燥板。MALDI-TOF质谱测量（插图中所示的光谱实例，正模式）使得能够快速且方便地表征合成化合物的整个库。(i)静置，然后加入含有0.1%v/v三氟乙酸的1：1乙腈：水的10 mg·mL−1 α-氰基-4-羟基肉桂酸溶液。源数据作为源数据文件提供。
图3. 片上平行液-液萃取。a芯片上两相液体萃取过程的示意图。亲油尼罗红和亲水性亚甲基蓝在1-辛醇的LSTL载玻片D上的混合物，通过将载玻片与HSTL载玻片E进行10分钟的水滴分离。两种不混溶的溶剂之间形成界面，并将水溶性亚甲基蓝提取到水相中。B通过紫外-可见光谱法验证芯片上提取。混合物的UV-Vis光谱显示两个局部吸收最大值：一个在541 nm处对应于尼罗红，另一个在654 nm处对应于亚甲基蓝。萃取后，有机相中亚甲基蓝的最大吸收强度降低，而尼罗红的最大吸收强度保持不变。在水相中，没有检测到尼罗红。源数据作为源数据文件提供。
自动化转移：I.DOT将干燥的脂质体转移至HSTL玻片（图4a），与含质粒DNA（pCS2-GFP）的醋酸钠缓冲液共孵育，形成脂质复合物（lipoplexes）。动态光散射显示，lipoplexes粒径（515±34 nm）显著大于脂质体（376±122 nm），zeta电位更低（-16mVvs+27mV，图4b）
图4. 脂质体或脂质复合物文库的芯片上平行形成。a脂质复合物形成的示意图。将含有蔗糖、明胶、纤连蛋白和pDNA（pCS2-GFP）的水性乙酸钠缓冲液滴的阵列（HSTL载玻片C）与含有干燥的脂质体文库的LSTL载玻片A夹在一起，然后在50°C下孵育1.5小时并干燥，然后将载玻片C用于以下反向细胞转染实验。以相同的方式产生脂质体，而不添加质粒DNA。B脂质复合物和相应脂质体的动态光散射（DLS）和ζ电位分析的结果。脂质体显示出比相应的脂质复合物更小的颗粒和更高的ζ电位。−值为标准偏差，n=3（重复次数）。源数据作为源数据文件提供
细胞打印与分析：通过I.DOT将HEK293T细胞悬液（6×10⁵cells/mL）精准打印至lipoplexes阵列（图5a），48小时后通过Hoechst/PI染色和荧光显微镜分析转染效率。最优脂质体A3_T14_PY14实现52±4%转染效率（图5b），优于商业化试剂ScreenFect A（34%）。
图5. 所产生的lipoplex文库的芯片上反向细胞转染筛选。a显示芯片上细胞转染筛选过程的示意图。将5微升的HEK 293 T细胞悬浮液印刷到HSTL载玻片C上的每个亲水性斑点中，所述HSTL载玻片C被干燥的lipoplex细胞转染混合物覆盖。在36 °C和5%C02下孵育阵列48小时后，将1 μL染色溶液打印到每个液滴中，然后孵育15分钟并进行荧光显微镜分析。B可视化转染效率（GFP转染细胞数/总细胞数）平均值的条形图，其基于覆盖整个管道的三个独立实验（重叠的点图）计算，包括芯片上文库合成、脂质复合物的形成和细胞转染。在我们的研究中，A3_T14_PY14脂质体被证明是最有效的，导致52 ± 4%的转染效率。误差条是标准偏差，n=3（重复次数）; N=3（重复次数，包括脂质合成）。源数据以源数据文件的形式提供。c pCS 2-GFP转染细胞的荧光显微镜图像。比例尺：200 μm
chemBIOS平台通过“芯片级化学-生物联姻”首次实现了溶液相有机合成与高通量生物筛选的无缝衔接，其核心驱动力I.DOT非接触式移液技术具备三大优势：一是精准操控，通过纳升级液体分配确保反应一致性并降低交叉污染风险；二是高通量整合，支持多步自动化操作（如细胞打印、试剂添加）以加速药物筛选流程；三是兼容性扩展，未来可结合I.DOT的液滴融合技术（如proMAD方法）构建更复杂的3D细胞模型（如肿瘤球体），进一步拓展个性化医疗应用潜力。
尽管chemBIOS展现了巨大潜力，但高温反应、固相试剂添加及高通量纯化仍是待解决的难题。通过I.DOT的智能化升级（如动态液滴监测），可进一步提升平台的灵活性与普适性。未来，结合微流控技术与自动化系统，该平台有望推动“按需合成-实时筛选”的精准药物研发模式，为个性化医疗和罕见病药物开发提供革命性工具。
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