將患者特異性血管幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為功能性微流控設(shè)備，目前仍面臨制造工藝上的技術(shù)瓶頸與制備周期過(guò)長(zhǎng)的顯著挑戰(zhàn)。近期，悉尼大學(xué)居理寧（Arnold Ju）教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》上發(fā)表了題為“Rapid Glass-Substrate Digital Light 3D Printing Enables Anatomically Accurate Stroke Patient-Specific Carotid Artery-on-Chips for Personalized Thrombosis Investigation”的創(chuàng)新型研究論文：依托摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)出超快速、自動(dòng)化、患者特異性的血管芯片制造平臺(tái)。該項(xiàng)研究將傳統(tǒng)需要10小時(shí)以上的制造過(guò)程縮短至2小時(shí)以?xún)?nèi)，在制造精度、可靠性和應(yīng)用范圍方面實(shí)現(xiàn)顯著突破。研究由博士生趙耘鐸作為第一作者主導(dǎo)，王子豪博士作為第二作者參與關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)。

01

技術(shù)核心：精度、速度與可靠性的三重突破

研究團(tuán)隊(duì)采用摩方精密microArch?S240(精度：10μm)高精度3D打印機(jī)，通過(guò)優(yōu)化光固化參數(shù)（包括曝光時(shí)間、光強(qiáng)度和層間等待時(shí)間），實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)精度的復(fù)雜血管結(jié)構(gòu)復(fù)現(xiàn)。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了表面化學(xué)修飾工藝，顯著提升了細(xì)胞粘附性與生物相容性。并且通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，將制造成功率提升至接近100%，大幅降低了操作門(mén)檻和設(shè)備依賴(lài)性。

02

平臺(tái)優(yōu)勢(shì)：從專(zhuān)用工具到廣泛適用的研究平臺(tái)

該制造平臺(tái)不僅能夠精準(zhǔn)復(fù)制患者頸動(dòng)脈的狹窄、分叉和潰瘍等解剖特征，還支持內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)和血流動(dòng)力學(xué)模擬。通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)驗(yàn)證，即使縮小30倍的芯片模型仍能保持與真實(shí)血管相似的血流剪切力分布，為血栓形成機(jī)制研究、藥物篩選和個(gè)性化治療方案制定提供了高度仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。此外，平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和模塊化架構(gòu)使其可擴(kuò)展至冠狀動(dòng)脈、腦血管等多種血管疾病模型，滿(mǎn)足了不同研究場(chǎng)景的需求。這項(xiàng)研究代表患者特異性器官芯片技術(shù)的重大進(jìn)展，在個(gè)性化醫(yī)療和血管設(shè)備開(kāi)發(fā)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，為研究剪切力依賴(lài)性血栓形成機(jī)制提供了新的工具。

03

合作價(jià)值與未來(lái)展望

居理寧教授表示：“與摩方精密的合作使我們?cè)谥圃旒夹g(shù)層面實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵突破，這一平臺(tái)為精準(zhǔn)醫(yī)療和血管器械開(kāi)發(fā)提供了新的可能性。我們期待它能夠幫助研究人員更好地理解血管疾病機(jī)制，并加速個(gè)性化治療方案的制定?！痹擁?xiàng)成果不僅展示了高精度3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛力，也為跨學(xué)科合作與技術(shù)創(chuàng)新提供了典范。

04

配圖說(shuō)明

玻璃基底三維微制造技術(shù)：僅用兩小時(shí)，就能把卒中患者的影像數(shù)據(jù)“復(fù)刻”為解剖學(xué)精確的頸動(dòng)脈芯片模型。這個(gè)微型裝置可再現(xiàn)患者獨(dú)有的血管幾何與流場(chǎng)，在可控?fù)p傷下實(shí)時(shí)成像血栓形成全過(guò)程。這一路線為患者特異的器官芯片帶來(lái)重大突破，將加速個(gè)體化醫(yī)療與血管介入器械的研發(fā)與轉(zhuǎn)化。

圖1. 患者特異性頸動(dòng)脈芯片的制備過(guò)程，用于個(gè)性化血栓評(píng)估。

圖2. 三例患者頸動(dòng)脈（含狹窄/潰瘍）幾何結(jié)構(gòu)的3D重建與制造。

圖3. 內(nèi)皮化、在頸動(dòng)脈芯片中誘導(dǎo)促炎性損傷以及用于血栓可視化的血液灌注程序。

圖4. 用于全面血栓評(píng)估的血液灌注檢測(cè)，包括高凝狀態(tài)測(cè)試、抗凝劑檢測(cè)以及抗血小板功能測(cè)定。

圖5. 在頸動(dòng)脈芯片上使用激光消融模塊創(chuàng)建內(nèi)皮細(xì)胞損傷的過(guò)程。

圖6. 局灶血栓與高切變依賴(lài)的轉(zhuǎn)位。

https://doi.org/10.1002/adma.202508890

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