血流剪切應力，是血流與血管壁摩擦產(chǎn)生的平行與管壁表面的切線應力。其大小取決于血液濃度、血流量及血管內(nèi)徑。

內(nèi)皮細胞（EC）緊密排列在血管的管壁表面，它們時刻受著血流剪切應力的影響，并根據(jù)其在血管中不同位置對血流剪切應力作出不同基因表達反應。脈動剪切應力 （PS） 多存在于層流中，主要位于直向血管區(qū)域，而渦旋擾動或振蕩剪切應力 （OS） 則多出現(xiàn)于血管分支口或彎曲處。

在動脈分支口或者彎曲處，血流由穩(wěn)定的層流變?yōu)闇u流或振蕩流，剪切應力明顯降低且方向改變。內(nèi)皮功能障礙的局灶性分布對應于OS存在的區(qū)域，而內(nèi)皮正常穩(wěn)態(tài)則維持在PS存在的區(qū)域中，所以動脈粥樣硬化多發(fā)生于動脈分支口處、動脈彎曲及狹窄處，這些研究已成為血管疾病（如動脈粥樣硬化）的研究重點。

血流剪切應力是造成動脈粥樣硬化病變非隨機灶性分布的主要因素，許多研究顯示血流剪切應力通過調(diào)控內(nèi)皮細胞的基因表型來影響血管內(nèi)皮結(jié)構(gòu)與功能，從而影響動脈粥樣硬化病變的發(fā)展。

有研究發(fā)現(xiàn)，在動脈血管分支處或者彎曲處這些好發(fā)動脈粥樣硬化部位的剪切應力一般為4dyne/cm^2，而不好發(fā)動脈粥樣硬化部位的剪切應力通常大于12dyne/cm^2。

在正常生理動脈血流剪切應力（>15dyne/cm^2）作用下，血管內(nèi)皮細胞排列成梭形且其長軸與血流方向一致；當血流剪切應力較低（<4dyne/cm^2）的情況下，內(nèi)皮細胞則會呈現(xiàn)排列不規(guī)則的多角型，分泌內(nèi)皮素、炎癥介質(zhì)等因子，使內(nèi)皮細胞損傷，呈現(xiàn)動脈粥樣硬化表型。

還有許多研究表明，內(nèi)皮細胞會對局部機械信號（如剪切應力）作出反應，并與源自整個生物體的生理刺激協(xié)同作用。血管和亞血管區(qū)域協(xié)調(diào)細胞反應的現(xiàn)象，涉及許多疾病研究，例如肺動脈高壓，阿爾茨海默病，血管性癡呆和胰腺癌等。

現(xiàn)代醫(yī)學、生物學對于血流剪切應力的研究多借助了微流體技術(shù)，在器官芯片中模擬血管，通過微流控系統(tǒng)控制液體流速等因素來研究剪切應力對于細胞表達的作用。

下圖顯示的是通過ExiGo泵和生物芯片組成的微流控系統(tǒng)來模擬血管中的脈動剪切應力：

1、首先，將注射器裝入ExiGo泵中。注射器規(guī)格可選范圍從100微升到5毫升。

2、然后，ExiGo泵可以通過其控制軟件SmartFlo軟件進行控制?？梢栽?a href="http://www.makelele.cn/v/tag/1247/" target="_blank">電腦軟件上自定義剪切應力和流速模式并自動執(zhí)行流動過程，還可以實時監(jiān)測流體情況。

3、接下來，注射器中的樣品會通過流量傳感器輸送，該傳感器將檢測剪切應力和流速情況，并可根據(jù)實驗實際需求進行調(diào)整。

4、樣品之后會通過微流體芯片（器官芯片），在芯片里樣品可以在內(nèi)皮細胞上流動作用。流動模式可選，例如振蕩流動模式、勻速流動等。

5、芯片之后需連接一個儲液容器，用來收集從微流體芯片流出的廢液。

6、當注射器中的樣品液排空時，泵會通過連接到培養(yǎng)基容器的歧管器切換閥門并從儲液瓶中抽取補充樣品溶液。這可以擴展注射器的容量，并可長時間地連續(xù)進行實驗。

審核編輯 黃昊宇