入口浓度与芯片内暴露可能不同
聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）常用于器官芯片，它透明、具有弹性且允许氧气通过。疏水药物同时可能吸附到通道壁，并扩散进入材料内部，使细胞周围的实际暴露低于加入培养液的浓度。
美国哈佛大学（Harvard University）Wyss 生物启发工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）等团队在 Lab on a Chip 报道结合实验与计算的校准方法。本篇关注双通道人气道芯片内的药物分布，使用阿莫地喹作为可测量的药物实例。
芯片上方为人原代支气管上皮，下方为肺微血管内皮，中间有多孔膜。模型依据装置三维几何加入流动、扩散及药物在培养液和 PDMS 之间的分配，计算不同位置和时间的浓度。
药物损失取决于材料分配与扩散速度
药物先到达通道壁，再向聚合物内部移动。模型分别用分配系数表示药物在两种环境之间的比例，用扩散系数表示向材料内部移动的速度。两者具有不同含义。
模拟改变这两个参数后，通道中的药物损失幅度和接近稳定的时间均发生变化。较强的材料分配会使药物更易离开培养液；向材料内部扩散较快，也会持续消耗靠近界面的药物。
早期模拟中，靠近侧壁的区域药物较少，沿流动方向还出现下游浓度降低。随着材料与液体逐渐接近相应分配状态，通道内浓度更加均匀。相同入口设置因此可能对应不同的局部暴露。
装置形状也参与这一过程。通道转角影响局部流速，模型将这些几何和流动特征与材料输送共同计算。用一个固定比例扣除药物，难以保留这种随位置和时间变化的关系。
荧光替代物帮助估计材料扩散
阿莫地喹本身的扩散难以直接用荧光成像跟踪，研究采用分子大小和部分理化性质接近的异硫氰酸荧光素（fluorescein isothiocyanate，FITC）作为替代物。团队在空白芯片中测量荧光从通道壁向 PDMS 延伸的距离与强度。
研究在上、下通道共 4 个位置估计扩散，以检查结果是否受观察位置影响。3 个实验重复的曲线拟合决定系数均超过 0.98，较好的拟合表示替代物曲线能够支持该扩散估计。
用扩散方程拟合这些曲线后，扩散系数的均值与标准差为（3.8 ± 4.5）×10⁻¹³ m²/s，重复之间的变异较大。不同通道位置提供相近估计，但这一参数仍来自替代物。
荧光测量与药物定量承担不同任务：前者提供材料输送的初始估计，后者检查真实药物在有细胞的装置中损失多少。原文提出未来可用更多药物建立参数预测关系，以减少替代物依赖。
流出液测量用于约束分配系数
团队在人气道芯片中进行连续药物输入，定期收集血管通道的流出液，用串联质谱定量阿莫地喹。每条件采用 3 个芯片，分析范围覆盖最初 12 小时。
流出液中的药物逐渐增加，在测量期内仍低于入口水平。模型调整分配系数后，20–60 的范围能够覆盖实验误差，对应的有效对数分配系数为 1.3–1.8。
这一范围低于数据库中的药物分配描述。作者将其与细胞和细胞外基质覆盖后的通道界面联系：装置内的有效材料分配取决于具体培养环境。
实验的扩散、药物流出和计算空间分布分别提供不同层次的资料。方法在有细胞的装置中校准，可减少把空白材料检测直接用于组织培养时的误差；不同设计仍需要相应实测输入。
模型先进行较宽参数范围的测试，再逐步收窄到能够覆盖流出液测量误差的分配区间。保留一个参数范围，使实验变异在后续局部暴露计算中仍然可见。
流出液每 3 小时收集一次，形成连续时间点的药物定量。样品分析使用浓度标准曲线，各样品做 3 次技术测量，再将不同时点的流出结果用于参数拟合。
定量分析还按入口实测值归一化，减少上游储液装置初期吸附的影响。这样，储液组件中的损失与芯片内部需要估计的损失尽量分开。
多日浓度分布来自模型推算
在实测参数基础上，模型进一步推算多日连续输入时的分布，显示早期侧壁附近存在低浓度区，随后逐渐趋于均匀。这些局部浓度未在整个多日窗口逐点直接测量。
三维通道中的位置差异由计算给出，而实验主要测量整体流出液。增加细胞内药物浓度和跨界面通透性资料，可以进一步检查材料损失与组织输送的贡献。
模型把膜、上皮和内皮简化为均一材料层，并假设被动扩散。细胞内药物积累、真实通透性及代谢能力可继续加入；改变细胞、涂层、装置或药物后，也需要新的定量资料约束。
本研究提供了校准芯片暴露的具体路线：先获得材料扩散估计，再测真实药物流出，最后由三维模型计算空间分布。实际浓度测量与模型假设共同决定可用的暴露解释。