编者按：本文是世界经济论坛制作的“2016年十大新兴技术”特别报告的一部分。该列表由论坛的新兴技术元理事会编制，重点介绍了其成员（包括《大众科学》主编玛丽埃特·迪克里斯蒂娜）认为有能力改善生活、改造行业和保护地球的技术进步。它还提供了机会，在技术广泛应用之前，就技术可能带来的人类、社会、经济或环境风险和担忧进行辩论。
在好莱坞特效工作室之外，你不会在生物实验室里发现漂浮的活体人体器官。撇开在体外维持器官的所有技术难题不谈，完整的器官作为移植物来说太珍贵了，不能用于实验。但是，许多重要的生物学研究和实际药物测试只能通过研究器官的运作方式来完成。一种新技术可以通过在微芯片上微型化地培养人体器官的功能部分来满足这一需求。
2010年，来自Wyss研究所的唐纳德·英格伯开发出了一种肺芯片，这是同类首创。私营部门迅速加入，以英格伯和Wyss研究所的其他人员为首的Emulate等公司与工业界和政府的研究人员（包括美国国防高级研究计划局DARPA）建立了合作伙伴关系。到目前为止，各个研究小组都报告了成功制造出肺、肝、肾、心脏、骨髓和角膜的微型模型。其他人肯定会效仿。
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每个芯片器官的大小都与USB记忆棒大致相同。它由柔韧的半透明聚合物制成。微流体管的直径均小于一毫米，内衬取自目标器官的人体细胞，在芯片内以复杂的模式运行。当营养物质、血液和测试化合物（如实验性药物）通过管道泵送时，细胞会复制活体器官的一些关键功能。
芯片内部的腔室可以排列成模拟器官组织的特定结构，例如肺中的微小气囊。例如，空气通过通道，可以非常准确地模拟人类呼吸。同时，可以将掺有细菌的血液泵入其他管道，然后科学家可以观察细胞如何对感染做出反应，所有这些都不会对人造成任何风险。该技术使科学家能够看到以前从未见过的生物学机制和生理行为。
器官微芯片还将促进开发新药的公司。它们模拟人体器官的能力使得对候选药物进行更真实和准确的测试成为可能。例如，去年，一个研究小组使用芯片来模拟内分泌细胞将激素分泌到血液中的方式，并使用它对一种糖尿病药物进行了关键测试。
其他研究小组正在探索在个性化医疗中使用芯片器官。原则上，这些微芯片可以使用来源于患者自身干细胞构建，然后可以进行测试以确定更有可能成功的个性化疗法。
有理由希望微型器官可以大大减少制药行业对实验化合物动物试验的依赖。每年有数百万只动物在这些试验中被牺牲，这种做法引起了激烈的争议。撇开伦理方面的考虑不谈，事实证明这是极其浪费的——动物试验很少能提供关于人类对同一种药物的反应的可靠见解。在微型人体器官上进行的测试可能会做得更好。
军事和生物防御研究人员看到了芯片器官以不同方式拯救生命的潜力。模拟肺和类似的其他设备可能是测试对生物、化学或放射性武器反应的下一个重要步骤。由于显而易见的伦理原因，今天不可能做到这一点。