材料科学的进步重新塑造了心脏结节、植入冠状动脉的小网管的设计和性能,以恢复心肌硬化患者的血液流动。 灵活度的双重要求 — — 导航曲折的血管,并符合动脉运动——和结构强度 — — 抵抗后坐力和保持润滑的气温 — — 推动了数十年合金、聚合物和表面治疗的创新。 本条审查了提高弹性和强度的关键物质突破、这些进步带来的临床效益以及准备确定下一代冠状脚手架的新兴技术。

稳态函数的力学:平衡灵活性和强性

心脏定压器必须压缩到小直径,通过导管交付,在目标损伤处扩张,然后支撑动脉壁抗慢性外向力和重复性心脏收缩。在交付过程中的灵活性可以减少容器创伤,并允许发生脱节或钙化损伤。一旦安装,定压器必须显示足够的射线强度,以抵抗弹性后坐力并保持直径。这两种特性经常相互竞争:一个具有较厚的结缔或密度较密的网格可能很强但很坚硬,而一个非常灵活的设计可能缺乏长期适切所需的耐性。 物质科学通过选择同时优化两种特性的合金和工程几何来应对这种紧张。

历史材料进化:从无污钢到高级合金

早期的冠状结晶,如20世纪80年代末的帕尔马兹-夏兹设计,都是用316L不锈钢建造的。 虽然不锈钢提供了足够的强度和放射性和平性,但其相对较高的弹性模度却导致一个硬性装置,通过钙化或曲折动脉可能难以交付。 此外,材料的腐蚀阻力令人满意,但其铁磁性使核磁共振跟踪复杂化。 寻找替代品导致采用钴铬(Co-Cr)合金,后来又采用了镍-铁(Nitinol)形状-铁合金。

无污钢的限制

钢筋的强度通常为100-140微米。 铁丝网提高了光圈强度,但也增加了因船舶壁损伤较大和内皮延迟而导致重塑的风险。 硬度也使得这些钢筋在部署或外部压缩时容易发生纵向变形。 尽管存在这些缺陷,但不锈钢在2000年代初期之前仍然是标准承载者,因为冶金和制造的改进使得更薄的钢筋设计得以进行。

钴-铬突破

碳化铬合金,如L605和MP35N,在2000年代中期进入市场。它们的抗拉强度(高达1000兆帕)大约是316L不锈钢的2.5倍,允许制造商在保持等效或超强光圈强度的同时将结壳厚度降低到60-80微米。 大量的临床试验证实,共振药物的振荡剂(DES)在目标振荡性复发和振荡性血压方面达到了较低的水平。

尼丁醇和形状记忆

镍和钛的等离子合金具有两种独特的特性:超弹性和形状记忆。超弹性使材料在卸货时发生大变形(高达8%的菌株)并恢复原形,比不锈钢改进了十倍。这种特性对于自拓宽的结晶在颈部、边缘和某些冠状应用中具有宝贵的价值。对于冠状使用,硝醇基的结晶可被压缩到非常低的外观,然后在接触体温时扩展到预设直径。 硝醇(约40GPA,而钢的200GPA)的弹性模度较低,转化为一种与动脉相近的灵活性,减少了船体的直径和边缘分解。然而,对镍离子释放和长期腐蚀的担忧导致表面改变策略,如氧化物的形成或聚合物涂层,以改善生物的兼容性。

聚变体和生物可吸收性硬体:下一个边疆

虽然金属结构仍然是临床标准,但聚合物和完全生物可抗体脚手架(BRS)已经作为旨在消除永久外体和减少长期不良事件的替代品出现,由多L-乳酸(PLLA)制成的早期聚合物结构在强度和灵活性方面都面临挑战,包括多卡普尔酮和镁-再生复合物的混合物在内的较新型配体提高了机械性能。

药物含量和聚合物

现代药物释放剂将金属平台与聚合物涂层相结合,释放出抗扩散药物(如:everolimus、zotarolimus),抑制新兴奋剂。 聚合物必须具有生物兼容性和耐久性,在几周内控制药物释放,但足够灵活,在静态扩张期间不能裂解或脱盐。 早期的努力使用非空气聚合物(如聚乙烯-共乙烯乙酸酯、多丁基甲酸酯),但这些聚合物与慢性炎症和延迟愈合有关。 这促使人们发展了可生物降解的聚合物涂层,如基于多D、L-乳化或多(乳化-Co-glycolide)的涂层,这些涂层在6-12个月内被重新吸收,留下了裸的金属表面。 向薄度更高的聚合物层的转换提高了可交付性,降低了与聚合物相关的挥发性。

完全生物索性脚手架

完全生物抗腐蚀脚手架(BRS)的设计旨在提供临时机械支持,然后完全溶解,可能恢复血管的振荡,避免迟发性衰竭。 研究最多的BRS是Absorb BVS(ABOT),它使用一个多(D,L-乳化)涂层的PLLA骨干,它旨在灵活地平衡强度。例如,Magmaris镁裂面(Biotronik)在一年的试验中显示出了有希望的结果,但后来的数据表明,与金属DES相比,其血栓性能比较高的装置率,部分归因于较厚的结晶(150微米)和不足的机械强度。 较新的BRS的设计采用了不同的材料:镁裂面提供较高的辐射强度和更快的再吸收,而结合纳米-羟基帕蒂或碳纤维的复合材料则旨在灵活地平衡强度。 例如,Magmaris镁裂面涂层(Biotronik)在12个月后继续使用硅氧涂层涂层,并显示临床效果。

新兴技术:纳米材料和表面工程

纳米技术在多个层面上应用以提高结构性能. 表面改变,如二氧化纳米结构钛或碳化硅层的沉积,改善内皮细胞粘合,同时减少板块聚集和新丁基超plasia. 纳米涂层可作为药物装载的储量,允许在没有聚合物载体的情况下有控制地释放,从而消除聚合物相关并发症. 碳基涂层(二mond类碳,碳纳米管)提供低摩擦力和高硬度,有可能降低血压性. 在散装材料领域,将纳米粒子纳入金属或聚合物基团可以提高强度和骨折强度. 例如,用纳米大小的氧化亚铁粒子强化的镁合金显示出更高的腐蚀阻性和机械完整性. 这些方法在很大程度上仍然是实验性的,但为不仅更强、更灵活的、而且积极促进血管愈合的定型带来了希望.

临床影响和病人结果

所述物质进展已转化为近冠干预结果的可衡量改善。 薄氮化钴-铬DES在简单损伤中使休眠率降低到5%以下,并使得复杂解剖(双膜、慢性总吞噬、多发性疾病)的治疗率较低。尼丁醇自膨胀的分泌物现在成为颈动脉收缩的标准,并扩大了可治疗的边缘动脉疾病人群。生物固质脚手架虽然仍在演化,但提供了不永久植入的理论优势,减少了某些病人长期双甲醚疗法的需要。登记数据表明,具有生物降解性聚合物的新一代DES在分泌血栓化率非常低(每年不到0.5%),并且维持延长后续期的自发性。现代分泌物灵活性的提高也降低了投产失败率、缩短了程序时间,提高了对船舶进行极端减值或钙化治疗的能力。

未来的研究方向

正在进行的调查旨在进一步推动固态物质科学的界限,主要领域包括:(1)[]] 由体温或外部刺激引发的、可改变几何或向目标地点运送药物的形状-模具聚合物[;(2) 利用局部血压动力学或药物释放的综合传感器自愈涂层[],修复微视裂缝或破损,延长装置耐久性;(3)3]D打印的模具[,定制用于针对患者的剖析器,使用合金或聚合物,有可能在损伤层中优化灵活性和强度;(4)Smartsts,利用综合传感器监测局部血压动力学或药物释放,计算模型的作用也在扩大,使得在物理原状之前对新的材料构造几何组合体进行虚拟测试,这些技术成熟,只有生物复合性强而具有更强的、更灵活的现实。

关于固定材料创新的进一步解读,请参考《生物工程和生物技术前沿》审查文章、]关于固定材料的临床概述[、FDA关于核准的冠状装置摘要。