【摘要】
冠狀動脈疾病是世界上的“第一殺手”，而這種疾病的經典治療方法是植入支架。理想的血管支架應該是無毒的，具有自膨脹特性，膨脹速度快，具有適當的機械支撐效能。然而，沒有現有的血管支架涵蓋所有特性。最近，香港城市大學胡金蓮教授團隊構建了一種可通過水、酒精等溫和溶液實現形狀調整的雙向形狀記憶纖維素血管支架。
通過離體實驗以及分子模擬和理論建模系統地研究了形狀記憶特性、機械效能、細胞毒性和生物相容性，表明所獲得的雙層雙向形狀記憶水凝膠薄膜（BSMF）可用作人工血管支架。特別是，根據活/死細胞活力測定，這種由BSMF製成的血管支架顯示出極好的生物相容性。體外實驗表明，新型血管支架可以在開放狀態下支撐冠狀動脈或左冠狀動脈主幹，而血管的橫截面比植入後的初始狀態大兩倍。囙此，人們相信有效且可擴展的BSMF可以為生物材料科學和血管支架等實際應用做出重要的基礎貢獻。相關論文以題為An Innovative Solvent-Responsive Coiling–Expanding Stent發表在《AdvancedMaterials》上。
【主圖導讀】
圖1雙層雙向形狀記憶纖維素水凝膠薄膜（BSMF）的製備與應用。
圖2雙層雙向形狀記憶薄膜（BSMF）的可逆形狀記憶特性和微觀結構。A）BSMF12-6變形過程中的圖片；B、C）在捲曲（B）和膨脹（C）過程中中心角和直徑的變化；D）相對于水和酒精刺激的CEF2，內部收縮應力的差异；E）BSMF12-6的微觀結構。
圖3超變形雙層形狀記憶膜的效能。A）BSMF6-6a在體溫下在酒精和水中的形狀變化；B）BSMF6-6a在體溫下的迴圈曲線；C）BSMF6-6a的中心角、直徑變化和回收率；D，E）纖維素薄膜（CEF）（D）和UV樹脂（E）在水和酒精刺激下不同迴圈的長度變化和重量變化；F，G）BSMF6-6a在不同溫度下1分鐘內的捲曲（F）和膨脹（G）過程。
圖4雙層雙向形狀記憶薄膜（BSMF）形狀記憶特性的機理。A）BSMF在水和酒精中的理想模型；B）獲得交聯纖維素薄膜（CEF）的化學反應過程；C）BSMF6-6在乾燥狀態、水和酒精中的微觀結構；D）BSMF在水和酒精中吸收過程的分子動力學類比。
圖5雙層雙向形狀記憶薄膜（BSMF）的物理解釋。A）切割BSMF的實驗裝置示意圖；B）彎曲的BSMF和C）彎曲的BSMF螺旋的俯視圖；D）通過將空間螺旋擴展為面內幾何形狀來形成螺旋形BSMF的過程示意圖。
圖6螺旋支架的形狀記憶特性，BSMF6-6b。A）螺旋BSMF6-6b的擴卷和捲曲過程；B，C）在酒精和水中捲曲（B）和膨脹（C）過程中中心角、直徑和長度的變化；D）壓縮試驗過程中壓縮載荷的變化。
圖7由BSMF6-6b製成的螺旋支架的細胞毒性、相容性試驗和離體試驗。A）植入血管支架以擴張猪心臟肺動脈的示意圖和照片；B）MTT法對螺旋支架的細胞毒性分析；和C）通過活/死活力測定法對螺旋支架進行細胞相容性測定分析（比例尺為100µm）。
【總結】
該文設計、製造和分析了輕度刺激響應的雙向形狀記憶BSMF，同時通過細胞毒性、相容性測定和體外試驗評估了它們作為血管支架的相應應用。BSMF的變形θ和D可以通過調整UV樹脂的厚度來控制。BSMFs的形狀變化程度可以通過理論模型準確預測，分子動力學類比以及BSMFs在水和酒精中的微觀結構變化很好地證明了分子尺度和微觀尺度雙向形狀變化的機制。基於對BSMF的基礎研究，團隊通過定向修整預測並製造了可程式設計的BSMF6-6，用作人工血管支架。獲得的血管支架表現出良好的雙向形狀記憶特性，由溫和的溶液、水和酒精驅動。同時，通過毒性分析、生物相容性試驗和肺動脈離體試驗進一步研究了BSMF6-6的可行性。BSMFs的細胞活力高於95%，也證實了新型支架良好的生物相容性。離體實驗反映了BSMF6-6b支撐良好的血管保持開放狀態，觀察血管橫截面是支架植入後初始狀態的兩倍。得到的螺旋支架滿足血管支架的要求。基於上述研究，團隊相信實現的BSMF可以在生物醫學領域得到很好的應用。此外，基於理論分析可以很好地預測、設計和製造BSMF的形狀變化程度，這將為研究人員構建新型智能材料提供指導策略。
參考文獻：
doi.org/10.1002/adma.202101005
原文刊載於【高分子材料科學】公眾號
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