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冷劲松教授课题组在4D打印形状记忆聚合物新型可降解心脏病封堵装置研究领域取得重要进展
发布人:刘玉菡  发布时间:2019-11-14   浏览次数:10

植入封堵装置是治疗结构性心脏病的有效方法。但目前大多数商用封堵装置由不可降解的镍钛合金制成,存在金属离子析出、过敏、腐蚀等各类并发症。因此研发出生物可降解、生物相容性好且展开可控的心脏封堵器是目前亟需解决问题。

针对以上问题,我校航天学院复合材料与结构研究所冷劲松教授课题组近日在《先进功能材料》(《Advanced Functional Materials》)上发表题为“4D打印可生物降解及远程驱动控制的形状记忆封堵装置(4D-Printed Biodegradable and Remotely Controllable Shape Memory Occlusion Devices)”的文章。该研究将可编程的形状记忆聚合物与3D打印技术相结合,设计并制备了可个性化定制、可生物降解及远程驱动可控的形状记忆聚合物封堵器,有望成为金属封堵器的潜在替代装置。论文第一作者为我校博士生林程,共同通讯作者为冷劲松教授和刘立武教授。此项研究得到哈尔滨医科大学附属第一医院富路、李元十及博士生吕金鑫的大力支持。



以房间隔缺损(ASD)封堵器为例,该项研究设计了可编程的形状记忆ASD封堵器。封堵器包含框架式支撑结构和阻流膜,引入磁性纳米颗粒实现结构的远程可控展开;优化设计框架几何参数以实现结构的高收纳比和优良的力学性能;通过模拟人体载荷工况,评估了封堵器的承载能力;体外细胞培养及体内植入实验表明封堵器具有良好的生物相容性,利于细胞粘附及新生组织向封堵器内生长,有助于快速内皮化;H&E染色结果显示植入两周后可见降解颗粒(图2),验证了封堵器的可降解性;可行性验证表明封堵器可快速、完全地实现编程回复及封堵过程(图3)。该工作以ASD封堵器为例,其他类型的封堵装置也可以类似的方式设计和制造。


图1 (a)ASD及封堵器植入过程示意图;(b)封堵器设计图;(c)4D打印形状记忆封堵器


图2 (a)封堵器植入过程;(b)植入后封堵器及周围粘附组织;(c)植入后不同时间封堵器周围组织H&E染色图


图3 4D打印形状记忆聚合物封堵器(a)在外加磁场下的编程回复;(b)功能验证


冷劲松教授团队长期从事形状记忆聚合物(Mat Sci Eng C-Mater 2019, 97, 864;中国科学:技术科学, 2018. 48(08): 第811-826页)及4D打印主动可控智能器件的生物应用(中国科学:技术科学, 2019. 49(01): 第13-25页;中国科学:技术科学, 2018. 48(01): 第2-16页),包括4D打印组织骨支架、气管支架材料(Composites Part A 2019, 125, 105571;Acs Appl Mater Inter 2016, 9, 876)、结构设计与力学分析(Compos Sci Technol 2019, 107866),以及功能化(Carbon 2019, 155, 77,ACS Appl Mater Interfaces 2019, 11, 24523)。

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201906569