科學(xué)家開發(fā)出PHOx聚合物，用于更安全的3D打印醫(yī)療植入物

2025年7月15日，南極熊獲悉，來自列日大學(xué)的一組科學(xué)家開發(fā)出一種創(chuàng)新聚合物PHOx，它可以顯著提高植入式醫(yī)療設(shè)備的安全性，同時更加環(huán)保。

△通過PHOx 注塑成型獲得的心臟瓣膜假體

相關(guān)研究成果以題為“Poly(hydroxy-oxazolidone)Thermoplastic Elastomers for Safer, Greener and Customizable Blood-ContactingMedical Devices “的論文發(fā)表在科學(xué)期刊《先進(jìn)醫(yī)療材料》上，并已提交國際專利申請（WO2025082761）。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202502670

每年，數(shù)百萬患者接受插入或植入心血管系統(tǒng)的醫(yī)療器械，包括動脈和靜脈導(dǎo)管、心臟裝置、起搏器導(dǎo)線、人工心臟和血管假體。這些器械通常由聚氨酯 (PU) 制成，發(fā)揮著重要的功能，但也存在缺陷。聚氨酯的生產(chǎn)依賴于一種名為異氰酸酯的有毒化學(xué)物質(zhì)，而聚氨酯也是導(dǎo)致患者出現(xiàn)血栓和感染等嚴(yán)重并發(fā)癥的部分原因。

△PHOx被熱注入金屬模具，形成這個心臟瓣膜假體。去除一些圖片中可見的多余材料后，瓣膜達(dá)到了最終的形狀和尺寸，可以植入了。

面對這些限制，列日大學(xué) GIGA（心臟病學(xué)實驗室）和 CESAM（大分子研究中心 - CERM）的研究小組提出了一種有前途的替代方案：PHOx，一種不含異氰酸酯 PU（NIPU）的熱塑性彈性體，因此生產(chǎn)時毒性較小，人體耐受性更好。

化學(xué)家Anna Pierrard和CERM主任Christine Jérôme解釋道：“PHOx（聚羥基惡唑烷酮）是一種柔性可塑性塑料，可模塑、壓制、紡成纖維或進(jìn)行3D打印。”因此，它可用于生產(chǎn)各種個性化醫(yī)療器械。更棒的是，它的生產(chǎn)基于“更環(huán)保”的原材料，特別是二氧化碳，從而減少了生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響。

生物工程師 Sofia Melo 和FNRS 研究主任兼 GIGA 心臟病學(xué)實驗室主任Cécile Oury 表示：“大量的實驗室測試表明，PHOx 在多個關(guān)鍵方面優(yōu)于 PU。”PHOx 與血液的相容性更高。具體來說，它可以降低血小板（血栓形成的關(guān)鍵細(xì)胞）的粘附和凝血的激活，從而降低血栓形成的風(fēng)險。此外，它還被認(rèn)為可以抑制金黃色葡萄球菌等細(xì)菌的粘附，而這些細(xì)菌通常與植入物感染有關(guān)。無論是對人體細(xì)胞還是在植入過程中，PHOx 均未觀察到毒性，并且該材料未引起過度炎癥、降解或排斥反應(yīng)。

△這個半透明圓盤是由 80°C 熱壓而成的 PHOx 薄膜。這一簡單的工藝將材料轉(zhuǎn)化為薄而柔韌的薄片，使其適用于植入物或軟傳感器等醫(yī)療器械。由于 PHOx 具有熔化和再固化的特性，因此可以逐層進(jìn)行 3D 打印。圖中，列日大學(xué)的徽標(biāo)展示了如何精確地塑造這種聚合物。

PHOx 的另一大優(yōu)勢在于它可以輕松進(jìn)行 3D 打印。列日大學(xué)醫(yī)院心臟病科主任 Patrizio Lancellotti 解釋說：“這意味著我們最終可以為每位患者生產(chǎn)定制設(shè)備，減少浪費，降低成本。量身定制的植入物、適應(yīng)個體解剖結(jié)構(gòu)的心臟瓣膜：應(yīng)用范圍非常廣泛。”

憑借優(yōu)異的機械性能（柔韌性和強度）和生物性能（生物相容性、血液相容性和穩(wěn)定性），PHOx有望在許多醫(yī)療應(yīng)用中取代聚氨酯 (PU)。這標(biāo)志著我們朝著更安全、更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)的醫(yī)療器械邁出了重要一步，這得益于定制化生產(chǎn)以及并發(fā)癥減少帶來的醫(yī)療成本降低。

研究人員強調(diào)，這是NIPU（非異氰酸酯聚氨酯）材料首次在關(guān)鍵醫(yī)療應(yīng)用中展現(xiàn)出這樣的性能。