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製成，易導致金屬離子過敏、腐蝕、糜爛等併發症。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列印技術相結合，設計並製備了可個性化定製、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。
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，利於細胞粘附及新生組織向封堵器內生長，有助於快速內皮化；H&E染色結果顯示植入兩周後可見降解顆粒（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1 （a）ASD及封堵器植入過程示意圖；（b）封堵器設計圖；（c）4D列印形狀記憶封堵器
圖2 封堵器植入過程；（b）植入後封堵器及周圍粘附組織；（c）植入後不同時間封堵器周圍組織H&E染色圖
圖4 4D列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製造。綜上，4D列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和劉立武教授。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列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列印組織骨支架、氣管支架材料（Composites Part A 2019, 125, 105571；Acs Appl Mater Inter 2016, 9, 876）、結構設計與力學分析（Compos Sci Technol 2019, 107866），以及功能化（Carbon 2019, 155, 77，ACS Appl Mater Interfaces 2019, 11, 24523）。
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