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哈工大冷勁松教授團隊《Adv. Funct. Mater.》:在4D打印形狀記憶聚合物心臟封堵器上取得新進展
2019-10-12  來源:中國聚合物網

  植入封堵裝置是治療結構性心臟病的有效方法。但目前大多數商用封堵裝置均由不可降解的鎳鈦合金制成,易導致金屬離子過敏、腐蝕、糜爛等并發癥。因此研發出可降解、生物相容性好且展開可控的心臟封堵器是目前亟需解決問題。

  針對以上問題,哈爾濱工業大學冷勁松教授課題組將可編程的形狀記憶聚合物與3D打印技術相結合,設計并制備了可個性化定制、可生物降解及遠程驅動控制的形狀記憶聚合物封堵器,有望成為金屬封堵器的潛在替代裝置。該研究成果以題為“4D-Printed Biodegradable and Remotely Controllable Shape Memory Occlusion Devices”發表在《Advanced Functional Materials》上。

圖1  (a)ASD及封堵器植入過程示意圖;(b)封堵器設計圖;(c)4D打印形狀記憶封堵器

  該團隊以房間隔缺損(ASD)封堵器為例,設計了可編程的形狀記憶ASD封堵器。封堵器包含框架式支撐結構和阻流膜,引入磁性納米顆粒實現結構的遠程可控展開;優化設計框架幾何參數以實現結構的高收納比和優良的力學性能;通過模擬人體載荷工況,評估了封堵器的承載能力;體外細胞培養及體內植入實驗表明封堵器具有良好的生物相容性,利于細胞粘附及新生組織向封堵器內生長,有助于快速內皮化;H&E染色結果顯示植入兩周后可見降解顆粒(圖2),驗證了封堵器的可降解性;可行性驗證表明封堵器可快速、完全的實現編程回復及封堵過程(圖3)。

圖2  封堵器植入過程;(b)植入后封堵器及周圍粘附組織;(c)植入后不同時間封堵器周圍組織H&E染色圖

圖3  4D打印形狀記憶聚合物封堵器(a)在外加磁場下的編程回復;(b)功能驗證

  該工作以ASD封堵器為例,其他類型的封堵裝置也可以類似的方式設計和制造。綜上,4D打印形狀記憶聚合物封堵器有望成為金屬封堵器的替代品,該項工作為其進一步的發展奠定了基礎。

  論文的第一作者為哈爾濱工業大學博士生林程,共同通訊作者為哈爾濱工業大學冷勁松教授劉立武教授。此項研究得到了哈爾濱醫科大學附屬第一醫院的富路老師、李元十老師及博士生呂金鑫的大力支持。同時得到了國家自然科學基金委等資金的資助。

  冷勁松教授團隊長期從事形狀記憶聚合物(Mat Sci Eng C-Mater 2019, 97, 864;中國科學:技術科學, 2018. 48(08): 第811-826頁)及4D打印主動可控智能器件的生物應用(中國科學:技術科學, 2019. 49(01): 第13-25頁;中國科學:技術科學, 2018. 48(01): 第2-16頁),包括4D打印組織骨支架、氣管支架材料(Composites Part A 2019, 125, 105571;Acs Appl Mater Inter 2016, 9, 876)、結構設計及力學分析(Compos Sci Technol 2019, 107866),以及功能化(Carbon 2019, 155, 77,ACS Appl Mater Interfaces 2019, 11, 24523)。

  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201906569

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(責任編輯:xu)
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