南方医科大学第十附属医院杨志禄、王颖团队：系统梳理用于动脉粥样硬化研究的微流控芯片材料、模型构建与前沿技术，揭示从材料组合、血流动力学模拟到类器官和人工智能融合的关键路径，为疾病机制研究、药物筛选及个体化治疗提供新型体外平台。

01内容简介

动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是心脑血管疾病的重要病理基础。其发生发展不仅涉及脂质沉积、内皮损伤、炎症细胞募集和血栓形成，还受到血管几何形态、壁面剪切应力及多细胞相互作用的共同调控。传统二维培养难以重建真实的血管结构与血流环境，动物模型又受到种属差异、成本高和力学条件难以精确量化等限制。微流控芯片凭借微尺度流体操控、低样本消耗、可视化和高通量等优势，正在成为连接基础机制研究与转化医学的重要工具。

该综述以“材料—器件—模型—应用”为主线，系统总结微流控芯片在AS研究中的关键进展。文章指出，芯片材料的选择需同时考虑可加工性、生物相容性和光学透明性：硅与热塑性材料适合高精度模具和规模化制造；玻璃具有化学稳定、低分子吸附和高透明等优势；聚二甲基硅氧烷（PDMS）易加工、弹性好，是血流动力学模型的常用材料，但存在疏水、药物吸附和自发荧光等问题；水凝胶能够模拟细胞外基质并支持三维培养，智能水凝胶、形状记忆聚合物和纳米材料则进一步赋予芯片刺激响应、动态重构与信号增强功能。

在模型层面，二维芯片可精确控制流速、剪切应力和细胞共培养条件，用于研究内皮功能障碍、炎症和早期病变；三维芯片通过狭窄、分叉、曲率和多层血管壁结构，更真实地再现斑块形成、白细胞黏附及血栓演变，并支持抗血小板、降脂和靶向递送等药物评价。进一步将芯片与血管类器官、多器官共培养及人工智能结合，有望把壁面剪切应力、细胞形态和细胞因子等多维数据转化为斑块稳定性、血栓风险和治疗响应的预测指标。

综述同时强调，微流控AS模型仍面临通道几何与天然血管不完全一致、水凝胶溶胀、长期培养稳定性不足、跨实验室重复性有限以及接口和制造标准缺失等挑战。未来需要从新材料与复合材料设计、复杂结构制造、干细胞/类器官整合、标准化数据库和临床数据闭环等方面协同推进，以实现更可靠的疾病模拟、高通量药物筛选和个体化心血管研究。

图1. 用于动脉粥样硬化研究的微流控材料、器件优势及主要应用概览，涵盖血流动力学、炎症、血栓形成和药物评价。

图2. 微流控芯片材料与技术演进：从无机材料、软光刻和PDMS，到液滴微流控、器官芯片、三维打印、开放式微流控及水凝胶体系。

图3. 水凝胶与智能水凝胶在微流控芯片中的构建与应用，包括仿生血管、灌流培养、非侵入式监测和靶标响应检测。

图4. 常用芯片材料与智能材料的代表性应用：玻璃免疫分析、PDMS微血管、形状可编程三维通道和纳米材料增强检测。

图5. 二维微流控模型的构建与应用，包括内皮细胞培养、不同血流条件模拟、早期动脉粥样硬化模型及仿人动脉微环境芯片。

图6. 三维微流控模型在动脉粥样硬化研究中的应用：三维血管、重力驱动灌流、部位特异性粥样血栓芯片和多层动脉壁模型。

原文信息

Mulan Zhu, Na Bai, Zhilu Yang, Ying Wang. 

Advances in microfluidic devices and materials for atherosclerosis research. 

Smart Materials in Medicine 7 (2026) 144–162.

https://doi.org/10.1016/j.smaim.2026.03.003

期刊简介

首个影响因子（2027）

CiteScore: 19.1

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