奋进@2020 | 软硬兼得 一根小导管探出大课题 我校余木火教授团队项目荣获上海市科技进步一等奖

发布时间:2020-05-19浏览次数:0

治疗冠心病、脑中风、大动脉血管瘤、房颤等疾病(如图1)微创手术的成败及患者的舒适性,与中空纤维管有密切关系。太软,不能顺利通过血管到达病变位置,如强度不够,易导致手术失败;太硬,患者的舒适性降低,容易刺破血管内壁造成手术事故。作为先进的纤维材料,微创伤介入医疗中空纤维管的制备技术长期被国外公司封锁,市场遭到垄断,有“卡脖子”风险,国内临床使用大量依赖进口,价格十分昂贵。

 图1 (a)冠心病,(b)脑中风,(c)大动脉血管瘤,(4)房颤

我校材料学院余木火教授早在十多年前就关注到这一“软硬两难”的导管材料技术问题,他一心想要打破封锁,通过与上海微创医疗器械(集团)有限公司(以下简称“微创集团”)中空纤维管技术中心进行产学研合作,带领团队对中空纤维管制备技术展开了长期系统研究,取得了系列重要进展。近日,由他主持的《微创伤介入医疗中空纤维管制备与复合增强关键技术及产业化》项目荣获上海市科技进步一等奖。

据了解,目前微创介入医疗器械的全球市场规模达4000亿美元,在这类医疗器械中,中空纤维管是关键部件,包括单腔、多层、多腔、球囊、编织复合增强、Coil复合增强等(如图2),占器械材料成本的60-80%,市场需求量大,但国产化率不高。临床上,对这类导管的穿越性、跟踪性、扭控性和耐压性要求都很高,因此制造技术难度极大。

                                           单腔多腔                                     多层 

                            编织复合增强              Coil复合增强                  球囊

图2 微创伤介入医疗中空纤维

余木火教授带领团队发挥学校在喷丝、纺丝方面的技术优势,系统研究了喷丝组件、熔体流动剪切膨胀拉伸等对中空纤维管的尺寸精度、强韧性、生物相容性等影响规律,实现了导管轴向和径向强度、韧性、刚性的同步提高。

图3 余木火教授在作学术报告

针对电生理射频消融导管、电生理标测导管、造影导管和指引导管等需具备优异扭控性能的要求,余木火团队通过金属丝界面与网格结构设计,增强了中空纤维管的界面强度,实现了对高刚性金属丝网的精度控制,有效提高了导管扭控性能。

球囊产品在冠脉介入治疗领域有着非常重要的地位,对球囊的耐高爆破压强度提出了极高的要求。通过吹胀球囊,可使血管内壁斑块物质撕裂和破碎,使血流畅通;还可扩张支架,将支架固定在血管内壁,由此形成血流可以通过的通道。团队研发的贝壳状多级结构的中空纤维球囊,增强了球囊的断裂韧性,实现了球囊薄壁厚和高耐爆破压强度的性能要求,提升了临床手术的安全性。

经过十几年的不懈攻关,该团队攻克了中空纤维管制造、尺寸精度、复合增强、球囊强韧、嵌套焊接等关键技术,研发200多个中空纤维管产品,建立30条生产线(如图3),率先实现了国产化,累计生产3000多万件,支撑微创集团及旗下公司30个系列200多种微创介入医疗器械的研发与生产,建立了专门的数据库,主要技术和产品处于国际领先水平。目前,中空纤维管产品逐步销售到国内其它公司,用于产品开发和生产,为我国高端医疗器械跨越式发展、提升竞争力和科技进步做出重要贡献。

图4 中空纤维管生产线

谈起团队,“60后”的余木火教授对这支由十多位“80后”组成的队伍打了高分。这是一支高水平、专业化、敢打敢拼的“战士”团队,每个人始终怀着实现我国微创伤介入医疗中空纤维梦,十几年如一日,专注于中空纤维管的科技攻关。李兆敏,在余教授组里硕士毕业后即来到微创集团工作,负责中空纤维管的技术工作,他曾多次带着中空纤维管研发问题回学校向余老师请教。来自生产一线的技术问题,很快成了余教授实验室里的上马课题。几年后,李兆敏回到东华攻读余教授的博士。目前,他又投入到微创集团与东华联合培养博士后阶段的研究,继续在余教授的指导下研究中空纤维管的相关课题。

图5 余木火教授和学生在一起

图6 余木火教授团队师生合影

科学的认知与实践的价值在这一项目中得到了淋漓尽致地体现。余木火教授还风趣地告诉记者,“公司里有个车间的员工差不多都来自东华”。这是让一个科学家和教育者感到最自豪的事。