易絲幫訊 近日，哈爾濱工業大學冷勁松教授 等人發明涉及一種4D打印形狀記憶聚合物複合材料氣管支架及其製備方法。該發明針對傳統氣管支架植入困難，以及氣管支架因孔徑過大造成的二次狹窄和支架孔徑過小造成的氣道纖毛擺動受阻的問題，以形狀記憶聚合物和納米四氧化三鐵的複合物為材料，以曲邊矩形為基本單元設計氣管支架三維結構模型，採用熔融沉積或直寫打印方法將氣管支架三維結構打印成型，經靜電紡絲載藥覆膜後，通過體外遠程激勵使支架發生形狀回覆，得到成型後的氣管支架。該發明適用於氣管支架的生產。
在醫學領域氣管支架被用來保持氣道通暢，是作為治療氣道狹窄、維持氣道正常功能的有效治療技術，現臨床採用的氣管支架多為形狀記憶合金支架，但因為合金材料與人體的生物相容性較差，會引起諸多相關併發症。支架孔徑過大時會因細胞組織增生造成氣管的二次狹窄，當支架孔徑較小時會影響氣管纖毛的擺動影響氣道的清潔功能且影響細胞代謝的正常進行。
針對傳統氣管支架植入困難，以及氣管支架因孔徑過大造成的二次狹窄和支架孔徑過小造成的氣道纖毛擺動受阻的問題，該發明提供了一種4D打印形狀記憶聚合物複合材料氣管支架及其製備方法，通過控制覆膜孔徑達到理想孔徑，實現了在手術前通過賦型的方法將支架尺寸縮小，減小植入時對患者造成的痛苦，支架到達患處時，通過體外遠程激勵使支架形狀發生回覆，起到支撐氣管的醫學治療目的，覆膜上的藥物可以更好的到達患處，減輕患者的相應症狀。複合材料支架在體內可以降解，減少了因支架長期存在體內引發併發症的幾率，避免了二次手術取出支架的風險。
圖1覆膜後的4D打印氣管支架(圓心角120°、孔徑5×10mm)，1-內部支撐骨架，2-外部包裹的覆膜。
圖2 覆膜在電子顯微鏡下的結構示意圖。
圖3 靜電紡絲覆膜過程示意圖，7-噴絲頭，8-4D打印支架。
圖4 4D打印形狀記憶聚合物複合材料氣管支架在磁場中的形狀回覆過程示意圖。
圖5 4D打印形狀記憶聚合物複合材料氣管支架在紅外燈下的形狀回覆過程。
圖6 4D打印形狀記憶聚合物複合材料氣管支架在磁場中的形狀回覆過程示意圖。
有益效果：(1)該發明氣管支架所用材料為形狀記憶聚合物具有形狀記憶效應，形狀記憶聚合物具有良好的生物相容性，植入人體後可減少免疫排斥反應等一系列併發症。植入前可通過賦形將支架直徑縮小，到達患處後通過體外遠程激勵使氣管支架形狀發生回覆，達到醫學治療目的，有效減輕了氣管支架植入體內時對患者造成的痛苦。形狀記憶聚合物還具有良好的生物可降解性，植入後一定時間內可以降解，減小了氣管支架長期存在於體內引發併發症的機率，避免了二次手術取出氣管支架的風險。
(2)形狀記憶聚合物能夠感應外界環境變化(溫度、力、電磁等)的刺激，改變自身狀態參數(形狀、位置等)，完成形狀回覆過程回覆至預先設定的初始形態。該發明形狀記憶氣管支架通過在形狀記憶聚合物中複合納米四氧化三鐵粉末，使氣管支架具備體外遠程驅動條件，使支架可在磁場和紅外燈的照射下完成形狀回覆，驅動簡便，降低風險；納米四氧化三鐵粉末可以在核磁共振下顯影，便於對植入支架進行追蹤。
(3)4D打印技術，即用形狀記憶聚合物為材料以3D打印技術為成型方法打印構件，該發明使用熔融沉積或直寫打印製造技術完成4D打印形狀記憶聚合物複合材料氣管支架的打印成型。該發明所述的打印成型的方法賦予了氣管支架複雜的三維結構，易於進行結構的修改，可實現根據不同患者的不同情況進行結構的調整和修改，在治療方面更具有針對性。
(4)以高速旋轉的4D打印的內部支撐支架為接收裝置可以保證支架外部覆膜的完整性和連續性，可以保證覆膜隨支架發生變形時不易造成脫落現象。靜電紡絲技術可以很好的控制氣管支架的孔徑，將覆膜後的支架孔徑控制在500微米左右。500微米的孔徑既可以避免因肉芽細胞組織增生造成的氣管二次狹窄，同時也可以保證細胞的正常物質交換和氣道纖毛的正常擺動，有助於維持清潔的氣道環境，不易引發咳嗽和感染等症狀。
(5)支架進行靜電紡絲覆膜時採用的紡絲液為形狀記憶聚合物和藥物的混合液。與支架材料相同的形狀記憶聚合物可以使覆膜更好的隨支架發生形變。覆膜上載有的消炎類藥物可以減輕因支架植入引起的炎症反應，興奮氣道纖毛類藥物可以減輕因支架植入造成的氣道纖毛擺動受損，保證氣道環境的清潔。鎮咳類藥物可以隨支架更好的到達患處，提升藥效。
附：專利信息
專利名 一種4D打印形狀記憶聚合物複合材料氣管支架及其製備方法
申請公佈號 CN 108969165 A
申請公佈日 2018.12.11
申請號 201810604650 .5
申請日 2018 .06 .13
申請人 哈爾濱工業大學
發明人 冷勁松 張風華 劉彥菊 溫楠 白雲起 白青子
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