清华大学张磊研究团队：轴向零泊松比结构心血管支架的设计、3D 打印与表征丨Engineering

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2021年第7卷，原文出自：Design, Characterization, and 3D Printing of Cardiovascular Stents with Zero Poisson’s Ratio in Longitudinal Deformation

引言

药物洗脱支架固有的缺陷促进了生物可吸收心血管支架的研究与发展。近年来，增材制造技术（也称3D打印技术）在医疗器械领域得到了广泛的应用。在本研究中，清华大学张磊研究团队提出了一种新型的微螺杆挤出式3D打印系统，并利用该系统制备了一种具有零泊松比（ZPR）结构的支架。首先，他们进行了初步的单丝挤出试验来研究合适的制造参数；随后，制备了具有不同几何结构的3D打印支架，并通过扫描电子显微镜（SEM）观察分析支架表面形貌；最后，对不同参数的3D打印支架进行了力学性能评价和初步的生物学评价。总之，基于微螺杆挤出式3D打印系统具有制备个性化支架的潜力。
药物洗脱支架（drug-eluting stents, DES）已成为心血管疾病介入治疗的金标准，通过包被于金属支架表面的聚合物携带抗增生的药物，DES植入后缓慢释放药物，抑制平滑肌细胞增殖，明显降低术后再狭窄率。但药物释放后所遗留的金属支架长期存留于血管中，阻碍血管修复，易于诱发血管局部炎症反应，患者需长期服药，且仍存在植入晚期的血栓形成以及再狭窄的风险。
因此，清华大学张磊研究团队开发了一种新型微螺杆挤出式3D打印系统，提出了一种新型零泊松比（zero Poisson’s ratio, ZPR）结构心血管支架（图1），并对微螺杆挤出打印设备的制造工艺参数进行初步探究。通过改变第四轴旋转轴的直径、长度和形状，制备不同材料、直径和几何参数的支架，进一步研究三维（3D）打印成型参数对聚己内酯（polycaprolactone, PCL）支架的表面形貌、支架参数和力学性能的影响。

图1. 零泊松比支架结构设计。（a）支架结构单元；（b）支架结构二维展开图；（c）支架三维结构图。
结果表明，本研究提出的基于微螺杆挤出的3D打印系统显示出个性化制备支架的潜力。然而，PCL支架柔顺性的不足表明在未来的研究中需进一步改进支架设计。与金属支架相比，PCL支架在径向强度和径向回弹方面并不理想，之后还需探索制备聚乳酸[poly(l-lactide) acid, PLLA]或具有更高强度和更低伸长率的可降解聚合物支架。

关键词：增材制造；3D打印；螺杆挤出；心血管支架；零泊松比

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2020.02.013

以上内容来自：Chengjin Wang, Lei Zhang, Yongcong Fang, Wei Sun. Design, Characterization, and 3D Printing of Cardiovascular Stents with Zero Poisson’s Ratio in Longitudinal Deformation [J]. Engineering, 2021, 7(7): 979-990.