聚氨酯型小口径人工血管的多光束激光干涉微纳加工的应用基础研究

聚氨酯型小口径人工血管由于存在内皮化时间长、内皮细胞覆盖不完全及易脱落等问题，严重影响其在临床上进一步应用。普遍认为，构筑具有仿生特性（包括仿生微纳结构及仿生分子修饰）的材料表面是解决血管内皮化的重要手段，但如何对小口径人工血管血管内壁进行仿生制备是个难题。因此，本项目拟开发新型多光束激光干涉加工技术解决这个问题，具体的解决方案是：采用快速旋转固化的方法制备聚氨酯型小口径人工血管，利用激光干涉加工技术对其内壁进行高精度、多层次的仿生微纳加工，并结合仿生分子修饰的方法，改善血管的内皮化过程，实现血管抗凝、抗栓、防堵塞的功能,并提高远期通畅率水平。通过本项目的研究,阐明仿生特性对内皮化过程影响的内在机理,掌握一整套以旋转固化和仿生加工为主的小口径人工血管制备的核心技术,制备出可适用于临床应用的聚氨酯型小口径人工血管，如：直径4mm血管,径向动态顺应性达到8%/100mmHg,通畅率达到90%。

构筑具有仿生特性（包括仿生微纳结构及仿生分子修饰）的材料表面是解决血管内皮化的重要手段，但如何对小口径人工血管血管内壁进行仿生制备是个难题。为了解决这个问题，我们采用快速旋转固化的方法制备光交联型小口径人工血管，利用激光干涉加工技术对其内壁进行高精度、多层次的仿生微纳加工，并结合仿生分子修饰的方法，改善血管的内皮化过程。在研究期间，我们主要取得的成果如下：.第一，我们利用旋转曝光的方法制备了聚合物管。这种方法主要是将光线精确聚焦在可旋转、透明的装有高分子预聚体系的圆筒模具的内壁处，然后在控制模具转动的同时，利用紫外固化的方法对聚合物溶液体系按照轴向进行可控光聚合加工，当聚合物管厚度达到一定数值的时候，利用飞秒激光放大器在其内表面进行仿生的微纳结构加工。.第二，我们国际率先采用自组装与激光加工相结合的方法来实现血管内外壁的仿生结构化。聚合物管经溶胀-干燥后，在外管壁形成与轴向平衡的“沟槽”褶皱图案，这种褶皱的特征尺寸可在101-103µm之间调节。内表面利用飞秒激光放大器进行二维“岛类”或“沟槽”的仿生微纳加工。内外表面的微纳结构化有利于血管内皮细胞和平滑肌细胞的吸附，而完整的内皮细胞层则能大幅度提高小口径人工血管的远期通畅率。.第三，我们在国际率先开发一种新型微纳加工方法，即动态激光成型加工方法，用来模拟自然界三维褶皱现象。该方法首先利用飞秒激光直写技术对光敏感基团在平面进行加工，使其形成一定厚度的二维水凝胶片，然后通过二维水凝胶片和基底的应力不匹配导致其呈现自发弯曲,随着激光加工的进行，新形成的凝胶片层不断的从衬底上产生，并将之前形成的片层托起形成层状结构，从而实现对花朵开花过程的仿生加工。.第四，我们利用多光子飞秒激光加工的方法，以低廉的牛血清白蛋白作为结构单元，在国际上率先得到快速、可逆环境响应调谐的蛋白质水凝胶微光子器件，并展示其良好的光学特性和血液相容性。相关论文被《德国应用化学》接收，并被选为VIP论文以及作为内封面(Inside Cover)做了专门介绍。随后，该文章被德国wiely出版社以题目为“protein in focus”进行报导，同时英国RSC出版社的chemistry world以题目为“pH adjustable protein micro-lenses”进一步评述。这些新闻之后又被三十余家世界知名的专业网站进行转载。