4D打印远程控制展的可降解心脏封堵器

供稿人:邱镇南、贺健康
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室

植入封堵器是临床治疗先天性心脏病的有效方法。然而，目前大多数临床使用的封堵器是由不可降解的金属制成的，这可能会导致诸多并发症，如穿孔、过敏和腐蚀等。这项工作中，研究者提出利用4D打印技术制造可生物降解的个性化形状记忆封堵器，通过在形状记忆可降解聚乳酸基质中加入Fe3O4磁性粒子，植入后可远程控制封堵器的展开。

植入的过程如图1 a所示，首先将双盘形的支架至于磁场和热场下弯曲成暂时的直线结构，以通过狭窄的血管植入心脏缺损处。然后远程施加外部磁场刺激使得封堵器展开恢复成双盘形状固定在缺口处实现封堵。该封堵器使用PLA电纺膜作为封堵器的封堵膜片，使用添加磁性粒子的PLA作为形状记忆支架，通过改变支架臂的数量以适应不同的力学强度要求。

图1 （a）ASD及封堵器植入过程示意图；（b）3种封堵器设计图；（c）4D打印形状记忆封堵器实物图

图2 封堵器在外加磁场下的展开过程（a）体外展开过程（b）体内展开过程

经过体外培养和体内实验验证了该封堵器具有良好的细胞相容性和组织相容性，有利于细胞粘附和肉芽组织向封堵器内的生长，从而促进快速内皮化。此外，通过一系列力学试验证明了该个性化形状记忆封堵器在植入初期和降解过程中具有与心脏缺损理想的配合并提供足够的力学支撑封堵缺损，在心脏复杂力学环境下也能保持封堵效果。

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，该项研究工作通过智能材料的使用简化了封堵器在体内的展开过程，同时有望成为带金属封堵器的替代品规避不可降解封堵器在体产生的后遗症。

参考文献：
4D‐Printed Biodegradable and Remotely Controllable Shape Memory Occlusion Devices[J]. Advanced Functional Materials, 2019, 29(51).