室间隔缺损（VSD）是由于胚胎发育不全导致的左右心室间的异常缺口，允许富氧血液从左心室通过缺口流向右心室，并与右心室中的脱氧血液混合，可能导致心律失常、心室功能障碍和肺动脉高压。经皮封堵室间隔缺损（VSD）可有效阻断心室间的异常血流。然而，常用的镍钛合金封堵器存在不可忽略的局限性，例如不可降解性导致晚期移位和危及生命的栓塞；镍离子析出引起的过敏；设备型号有限增加磨损、穿孔风险；只有少数不透射线标记点导致定位不准确。因此，开发可生物降解且整体不透射线封堵器对减少并发症和提高封堵性能具有重要意义。
哈尔滨工业大学冷劲松院士团队前期针对新型心脏封堵器开展了系列工作，包括Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1906569；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 12668-12678; Acta Biomater., 2021, 128, 100-119。近日，冷劲松院士团队开发了4D打印定制、可生物降解、整体不透射线的仿生VSD封堵器，以避免传统封堵器可能引起的移位、晚期栓塞、定位不准等问题。工作以“4D printing of overall radiopaque customized bionic occlusion devices”为题发表在Advanced Healthcare Materials上。论文的第一作者哈尔滨工业大学助理教授林程，哈尔滨工业大学冷劲松院士和刘立武教授为共同通讯作者。
基于与生物组织应力应变行为相似的波浪形仿生结构，设计并制备了多种VSD封堵器构型（对称、细腰大盘、偏心和肌部），以适应VSD的位置多样性、减少对周围组织的影响。4D打印被引入到封堵器的制备中，可以赋予封堵器定制的构型，且有助于封堵器微创植入和自适应展开。系统评估了4D打印仿生封堵器的力学性能、生物降解性和生物相容性。研究了4D打印仿生VSD封堵器的动态可重构性能，验证了微创治疗和可控展开的可行性。更重要的是，4D打印VSD封堵器实现了在X射线下的整体显影，在X射线下不仅可以观察到封堵器的整体构型，甚至可以清楚地辨别封堵器的每条韧带。此工作中4D打印VSD封堵器的制备策略是可规模化的，为快速制造定制的智能医疗设备开辟了诱人的前景。
图1（a）正常心脏和（b）患有VSD心脏的血液流动
图2 定制、可生物降解和整体不透射线的4D打印仿生VSD封堵器的设计、制造与表征
图3（a）仿生波浪形网络和代表单元的几何参数。（b）VSD的分类和位置。（c）设计的VSD封堵器的3D模型。（d）偏心VSD封堵器（Ee VSDO）和肌部VSD封堵器（m-VSDO）封堵VSD示意图。
图4（a）不同构型4D打印仿生VSD封堵器实物图。（b）带有阻流膜的封堵器的轻量性展示。
图5 不同构型VSD封堵器在X射线下的整体显影能力。
冷劲松院士团队长期从事于智能结构力学及其应用研究。在生物领域，开发了多种智能生物支架和人工假体(Biomaterials, 2022, 121886; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 42568-42577; Adv. Healthc. Mater. 2022, 202201999; Research, 2022, 9825656; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 12668-12678; Compos. Struct., 2022. 279, 114729; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1906569; Sci. China. Technol. Sc., 2020, 63, 578-588; Compos. Sci. Technology, 2021, 203, 108563; Compos. Part A-Appl. S., 2019, 125, 105571)。在超材料领域，设计制备了构型、力学性能可调节、可重构的4D打印拉胀力学超材料和像素力学超材料 (Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 2004226; Matter, 2023, 6, 1-23; Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2107795)。
