综述：微流控技术在生物医学中的应用——用于心血管疾病建模和治疗创新的心脏芯片平台

这篇综述系统阐述了微流控（microfluidics）技术如何通过心脏芯片（HoC）平台革新心血管疾病（CVD）研究。作者详细分析了PDMS基微通道、3D共培养体系及实时生物传感器等技术如何精准模拟剪切力、氧梯度和电生理特性，突破传统2D培养和动物模型的局限，为个性化医疗（如iPSC-CM应用）和药物开发（如抗心律失常药筛选）提供新范式。

　　

微流控技术重塑心血管研究范式

Abstract
微流控技术正以革命性方式推动生物医学发展，尤其在心血管领域表现突出。传统模型难以复现的复杂生理条件——如剪切应力、氧梯度变化和内皮细胞行为——如今可通过精密设计的微流控装置实现精准模拟。从血管芯片到心脏芯片，这些平台不仅能再现血管生理和动脉粥样硬化进程，更在心律失常建模、心脏瓣膜疾病研究中展现出独特优势。尽管面临血流动力学模拟复杂度高、标准化协议缺失等挑战，但3D打印、纳米技术与人工智能的融合正为个性化心脏诊疗开辟新路径。

Introduction
心血管疾病（CVD）占全球死亡总数的三分之一，其研究长期受限于传统模型的生理相关性不足。2D细胞培养无法模拟机械力与细胞互作，动物模型则因种属差异导致临床转化失败。微流控器官芯片（OoC）技术通过PDMS微通道精确控制灌注参数，结合3D共培养（心肌细胞、内皮细胞、成纤维细胞），首次实现了对心脏微环境的高保真重建。这类平台具备三大突破性能力：实时监测电生理/收缩力（钙成像、阻抗谱）、高通量药物筛选（检测致心律失常性）、以及基于iPSC-CM的患者特异性建模。

Microfluidic devices and fabrication methods
微流控技术的核心在于对微米尺度流体的精确操控。PDMS因其生物相容性和气体渗透性成为主流材料，通过软光刻技术可制造含复杂脉管网络的芯片。新兴的3D打印技术进一步实现了多材料集成与血管化结构构建，而纳米工程表面修饰能精确调控细胞粘附与分化。

Microfluidic platforms for cardiovascular disease modeling
• 血管芯片：模拟动脉粥样硬化斑块形成，通过控制剪切应力（0-30 dyn/cm²
）再现低剪切力诱导的内皮功能障碍
• 心脏芯片：集成微电极阵列测量动作电位传导，成功预测奎尼丁等药物的促心律失常风险
• 瓣膜芯片：重现钙化性主动脉瓣狭窄的病理力学环境（跨瓣压差>40 mmHg）
• 血栓模型：微流控通道内精确控制血小板聚集动力学（剪切率>1000 s^-1
时vWF介导血栓形成）

Challenges
当前瓶颈包括：

1. 全心脏多腔室协同收缩的流体力学模拟尚不完善
2. 长期培养（>4周）中细胞表型稳定性问题
3. 传感器微型化与多参数同步检测的技术壁垒

Conclusions
心脏芯片技术已从概念验证阶段迈向实际应用，尤其在抗纤维化药物开发和遗传性心肌病建模中表现亮眼。未来将聚焦于免疫细胞整合（如巨噬细胞-心肌细胞互作研究）和自动化高通量系统开发，最终实现"临床前试验→床旁决策"的无缝衔接。