心臟病是人類健康的頭號(hào)殺手，而經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療（Percutaneous Coronary Intervention, PCI）是疏通堵塞血管的關(guān)鍵手段。在這場(chǎng)“血管保衛(wèi)戰(zhàn)”中，心臟支架是當(dāng)之無(wú)愧的主角。從早期的金屬裸支架，到后來(lái)可抑制血管再狹窄的藥物洗脫支架，技術(shù)不斷進(jìn)步。然而，這些“永久居民”長(zhǎng)期留存在血管內(nèi)，可能引發(fā)慢性炎癥、晚期再狹窄甚至血栓形成，成為亟待解決的臨床難題。于是，能夠在一定時(shí)期內(nèi)提供支撐，隨后逐漸降解、被人體吸收的生物可吸收血管支架（Bioresorbable Stent, BRS）應(yīng)運(yùn)而生，被視為下一代血管修復(fù)的理想選擇。

在可吸收支架的候選材料中，鋅基合金因其良好的生物相容性和與血管重塑周期（約3-6個(gè)月）相匹配的降解動(dòng)力學(xué)而備受青睞。特別是含有銅的鋅合金，被認(rèn)為是極具潛力的生物可吸收植入物候選材料。然而，鋅合金在常溫下表現(xiàn)出明顯的“強(qiáng)塑性敏感”特性。在支架植入過(guò)程中，球囊快速擴(kuò)張帶來(lái)的巨大形變可能導(dǎo)致鋅合金支架桿（strut）因應(yīng)變過(guò)度累積而發(fā)生斷裂，直接影響手術(shù)成功率和患者安全。盡管支架的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)這種失效機(jī)制起著關(guān)鍵作用，但以往研究多集中于材料改性，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（而非改變材料本身）來(lái)增強(qiáng)支架抗斷裂性能的系統(tǒng)性研究仍然有限。

針對(duì)這一問(wèn)題，來(lái)自中國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)在《Bioactive Materials》上發(fā)表了一項(xiàng)研究。他們獨(dú)辟蹊徑，從“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”入手，以Zn-1.0Cu合金為基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)控支架環(huán)的單元長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)了三種具有不同徑向強(qiáng)度的支架結(jié)構(gòu)，深入探究了結(jié)構(gòu)優(yōu)化如何調(diào)控支架在擴(kuò)張過(guò)程中的抗斷裂性能，并揭示了其背后的力學(xué)機(jī)制。

研究人員為開(kāi)展此項(xiàng)研究，綜合運(yùn)用了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方法。首先，他們采用有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）對(duì)三種不同環(huán)長(zhǎng)設(shè)計(jì)的支架在壓握和擴(kuò)張過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變分布進(jìn)行了模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)。其次，利用激光切割、化學(xué)拋光和超聲波清洗等技術(shù)，將Zn-1.0Cu合金微管精密加工成厚度為90μm的支架。接著，通過(guò)體外球囊擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)和徑向強(qiáng)度測(cè)試，評(píng)估了各支架的結(jié)構(gòu)完整性和力學(xué)性能。然后，研究團(tuán)隊(duì)建立了豬的冠狀動(dòng)脈疾病模型，將優(yōu)化后的支架植入豬的冠狀動(dòng)脈內(nèi)，進(jìn)行了為期1個(gè)月的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。最后，他們綜合運(yùn)用光學(xué)相干斷層掃描、顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描、組織學(xué)染色（如蘇木精-伊紅染色）以及掃描電子顯微鏡結(jié)合能譜分析等多種技術(shù)，對(duì)支架植入后的血管反應(yīng)、內(nèi)皮化情況、支架結(jié)構(gòu)完整性及早期降解行為進(jìn)行了全面評(píng)估。

體外球囊擴(kuò)張測(cè)試顯示，不同設(shè)計(jì)的支架表現(xiàn)出明顯差異。徑向強(qiáng)度約為89 kPa的Stent-1.45和120 kPa的Stent-1.34在擴(kuò)張過(guò)程中保持了優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)完整性，而徑向強(qiáng)度提升至150 kPa的Stent-1.30則在擴(kuò)張時(shí)出現(xiàn)了桿件斷裂。斷裂統(tǒng)計(jì)顯示，每個(gè)Stent-1.30平均有2.7±0.5個(gè)斷裂點(diǎn)，且全部位于支架桿的冠部區(qū)域。對(duì)斷裂面的掃描電鏡分析表明，斷裂是一種由應(yīng)力集中驅(qū)動(dòng)的準(zhǔn)脆性過(guò)程，斷口可見(jiàn)層狀解理臺(tái)階和河流花樣等脆性斷裂特征，同時(shí)也存在微孔洞，表明伴有局部塑性變形。

有限元分析清晰地揭示了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)力分布的關(guān)鍵影響。隨著環(huán)單元長(zhǎng)度縮短（結(jié)構(gòu)更緊湊），支架冠部頂點(diǎn)的高應(yīng)力區(qū)域顯著增加。具體而言，相對(duì)高應(yīng)力區(qū)域（≥200 MPa）的面積占比，在Stent-1.45、Stent-1.34和Stent-1.30中分別為8.71%、11.31%和14.43%。相比之下，低應(yīng)力區(qū)域（≤20 MPa）的面積占比則從Stent-1.45的37.21%降至Stent-1.30的20.24%。這表明，雖然縮短環(huán)長(zhǎng)能提升徑向強(qiáng)度，但代價(jià)是應(yīng)力更集中，增加了斷裂風(fēng)險(xiǎn)。綜合最小化變形、降低峰值應(yīng)力和整體力學(xué)性能，徑向強(qiáng)度為120 kPa的Stent-1.34表現(xiàn)出最佳的平衡性，因此被選中進(jìn)行后續(xù)體內(nèi)研究。

將優(yōu)化后的Stent-1.34植入豬冠狀動(dòng)脈后1個(gè)月的評(píng)估結(jié)果令人鼓舞。定量冠狀動(dòng)脈造影和光學(xué)相干斷層掃描顯示，支架擴(kuò)張均勻，與血管壁貼合良好，未檢測(cè)到血栓或支架內(nèi)再狹窄。至1個(gè)月時(shí)，光學(xué)相干斷層掃描可見(jiàn)血管完全內(nèi)皮化，支架被包埋在血管壁內(nèi)。顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描證實(shí)支架結(jié)構(gòu)整體完整，無(wú)明顯斷裂。組織學(xué)分析顯示，支架梁結(jié)構(gòu)完整，表面被再生的內(nèi)皮細(xì)胞完全覆蓋，僅見(jiàn)局灶性淋巴細(xì)胞聚集，未見(jiàn)明顯的血管損傷、壞死、纖維化或血栓形成等病理改變，新生內(nèi)膜面積占比為31.62% ± 2.40%，證明了良好的生物相容性。

通過(guò)掃描電鏡和能譜分析對(duì)植入1個(gè)月后的支架-組織界面進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，界面整體完好，降解產(chǎn)物層厚度小于1μm，主要富含氧元素。與植入即刻相比，植入1個(gè)月后支架表面磷、氯、鈣元素顯著富集。磷和鈣元素的區(qū)域性分布可能與金屬降解過(guò)程中局部微環(huán)境引發(fā)的生物礦化反應(yīng)有關(guān)，而氯元素的均勻分布則表明體液離子持續(xù)滲透參與電化學(xué)腐蝕過(guò)程，這有利于支架的均勻降解。

本研究得出以下核心結(jié)論：首先，支架環(huán)長(zhǎng)是調(diào)控可吸收支架抗斷裂性能的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。雖然縮短環(huán)長(zhǎng)能顯著提升徑向強(qiáng)度（從89 kPa增至150 kPa），但會(huì)加劇冠部頂點(diǎn)的應(yīng)力集中，使高應(yīng)力區(qū)域面積增加66%，反而增加斷裂風(fēng)險(xiǎn)。其次，抗斷裂的核心機(jī)制在于“幾何塑性適應(yīng)能力”。徑向強(qiáng)度≤120 kPa的優(yōu)化支架（Stent-1.45/1.34）能夠通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將應(yīng)力更有效地重分布到低應(yīng)變區(qū)域，從而在材料本身不變的情況下，抑制了斷裂的發(fā)生。最后，優(yōu)化后的Zn-Cu支架（Stent-1.34）在豬模型中實(shí)現(xiàn)了均勻擴(kuò)張、完美的血管貼合以及1個(gè)月內(nèi)完全內(nèi)皮化，證實(shí)了其良好的生物相容性和在體內(nèi)的結(jié)構(gòu)延續(xù)性。

這項(xiàng)研究的重要意義在于，它明確指出了對(duì)于Zn-Cu合金這類可吸收材料，其抗斷裂性能主要受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而非材料本身固有屬性的主導(dǎo)。這打破了通過(guò)單一材料改性提升性能的傳統(tǒng)思路，為下一代生物可吸收血管支架的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)全新的“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”框架。通過(guò)巧妙平衡徑向強(qiáng)度與幾何塑性適應(yīng)能力，可以在不改變材料配方的前提下，顯著提升支架的機(jī)械完整性和植入可靠性。該研究不僅為開(kāi)發(fā)更安全、更有效的鋅基可吸收支架提供了直接的理論依據(jù)和設(shè)計(jì)指導(dǎo)，也為其最終的臨床轉(zhuǎn)化加速鋪平了道路。未來(lái)，結(jié)合計(jì)算優(yōu)化、多尺度降解-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系研究以及材料-結(jié)構(gòu)混合設(shè)計(jì)框架，有望進(jìn)一步推動(dòng)可吸收血管支架技術(shù)的發(fā)展。