科學(xué)普及 | 拉脹結(jié)構(gòu)在心血管介入器械方面應(yīng)用——“材料生物力學(xué)中泊松比的奧妙”系列科普圖文（四）

為深入貫徹落實《全民科學(xué)素質(zhì)行動規(guī)劃綱要（2021-2035年）》，著力打造“六位一體”高質(zhì)量科普服務(wù)體系，樹立學(xué)會科普特色品牌，聚力推動會部、會地、會校、會企等戰(zhàn)略合作框架下的科普大聯(lián)合大協(xié)作，中國生物材料學(xué)會實施2023年度精品科普項目。

今日為您帶來入選項目成果——中國生物材料學(xué)會材料生物力學(xué)分會“材料生物力學(xué)中泊松比的奧妙”系列科普（四）——拉脹結(jié)構(gòu)在心血管介入器械方面應(yīng)用，歡迎關(guān)注。

我們都知道冠心?。–VD）是心血管疾病中的一種，是類似粥樣的脂類物質(zhì)在動脈內(nèi)膜堆積而成的白色斑塊——冠心病斑塊，其破裂造成血管腔堵塞和狹窄，進而導(dǎo)致心肌細(xì)胞的缺血、缺氧和壞死[1]。經(jīng)皮冠狀動脈介入治療（PCI）是在患者股動脈或者橈動脈處開一個小口，利用導(dǎo)絲將球囊和血管支架送入患者相應(yīng)的病變狹窄的位置，球囊充氣擴充支架，可開通狹窄血管。本篇科普短文將為大家介紹心血管支架在冠心病治療中的作用和發(fā)展歷程。

泊松比是指結(jié)構(gòu)受到單向受拉或單向受壓時，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，大多數(shù)材料的泊松比為正值，表現(xiàn)為材料在受到橫向拉伸時，縱向會出現(xiàn)收縮。具有負(fù)泊松比特性的結(jié)構(gòu)稱為拉脹結(jié)構(gòu)，即材料在受到橫向拉伸時，縱向會出現(xiàn)擴張，拉脹結(jié)構(gòu)有著更強的凹陷抵抗能力和斷裂韌性[2]。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)支架在徑向擴張中，軸向會有向中心收縮的趨勢，PCI中球囊是向四周擴張的，這種變形上的不匹配會導(dǎo)致瞬時非均勻膨脹，從而導(dǎo)致“狗骨頭”效應(yīng)，造成支架端部急性動脈損傷[1]。拉脹結(jié)構(gòu)應(yīng)用在血管支架上時，與球囊的膨脹方式更匹配，從而減少不均勻膨脹，避免擴張時對血管壁的損傷。此外，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)支架在植入彎曲的血管時，會引起明顯的血管矯直和應(yīng)力集中的現(xiàn)象。將普通結(jié)構(gòu)與拉脹結(jié)構(gòu)相結(jié)合合成的支架結(jié)構(gòu)可以與彎曲血管產(chǎn)生相同的曲率，避免支架在撐開時使血管產(chǎn)生矯直現(xiàn)象[2]。具有拉脹結(jié)構(gòu)的心血管支架具有更多優(yōu)勢，例如支架不易遷移、提供更高的強度、徑向后坐力較小、拉脹特性更有助于微創(chuàng)手術(shù)的進行等等。

具有拉脹結(jié)構(gòu)的可降解血管支架結(jié)構(gòu)是基于可降解材料的特殊性設(shè)計而成，具有負(fù)泊松比效應(yīng)。具有該結(jié)構(gòu)的可降解血管支架在植入血管后可以與血管內(nèi)膜組織的負(fù)泊松比效應(yīng)相匹配，從而減少支架對血管組織的損傷并降低發(fā)生支架內(nèi)再狹窄的概率，并且支架在體內(nèi)最終會發(fā)生完全降解，其降解產(chǎn)物被人體吸收和代謝[3]?，F(xiàn)如今，3D打印技術(shù)在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，如將具有生物活性的可降解材料通過3D打印成具有拉脹結(jié)構(gòu)的心血管支架，可實現(xiàn)支架定制快速化，血管支架結(jié)構(gòu)與血管內(nèi)徑在擴大的同時血管長度也會增加的特性相匹配，且可有效避免支架的不均勻降解，防止支架置入人體后出現(xiàn)斷裂的問題[4]。

作品來源

本作品是在中國科協(xié)生物力學(xué)科學(xué)傳播專家團隊、中國生物材料學(xué)會生物力學(xué)科學(xué)傳播團隊樊瑜波教授、王麗珍教授指導(dǎo)下完成。

作者：姚艷、石煙祝、于佳玉、楊鑫怡、黃慧雯

支持單位：北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心科普教育基地、中國生物材料學(xué)會材料生物力學(xué)分會

資助

本作品由中國生物材料學(xué)會精品科普項目資助

參考文獻：

[1]童佳盛. 可吸收聚合物拉脹結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造研究. 2019. 北京航天航空大學(xué)

[2]袁慧靜. 基于數(shù)值模擬的可降解鎂合金血管支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究. 2020. 北京航空航天大學(xué)

[3]樊瑜波, 王麗珍, 高元明, 王亞偉, 馮文韜. 一種負(fù)泊松比可降解血管支架結(jié)構(gòu). ZL201910233257.4, 國家發(fā)明專利，授權(quán)時間:20210423

[4]王麗珍, 袁慧靜, 樊瑜波, 高元明. 一種基于波浪構(gòu)型的拉脹可降解血管支架結(jié)構(gòu), ZL202010256785.4, 國家發(fā)明專利，授權(quán)時間: 2021042331