哈工大冷劲松教授团队《Adv. Funct. Mater.》：4D打印形状记忆聚合物心脏封堵器

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均由不可降解的镍钛合金制成，易导致金属离子过敏、腐蚀、糜烂等并发症。因此研发出可降解、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，哈尔滨工业大学冷劲松教授课题组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控制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。该研究成果以题为“4D-Printed Biodegradable and Remotely Controllable Shape Memory Occlusion Devices”发表在《Advanced Functional Materials》上。

该团队以房间隔缺损（ASD）封堵器为例，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、完全的实现编程回复及封堵过程（图3）。

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

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。综上，4D打印形状记忆聚合物封堵器有望成为金属封堵器的替代品，该项工作为其进一步的发展奠定了基础。

论文的第一作者为哈尔滨工业大学博士生林程，共同通讯作者为哈尔滨工业大学冷劲松教授和刘立武教授。此项研究得到了哈尔滨医科大学附属第一医院的富路老师、李元十老师及博士生吕金鑫的大力支持。同时得到了国家自然科学基金委等资金的资助。

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

本文由哈工大冷劲松教授团队供稿。

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