奮進(jìn)@2020 | 軟硬兼得 一根小導(dǎo)管探出大課題
——記上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)獲得者材料學(xué)院余木火教授團(tuán)隊(duì)
治療冠心病、腦中風(fēng)、大動(dòng)脈血管瘤、房顫等疾?。ㄈ鐖D1）微創(chuàng)手術(shù)的成敗及患者的舒適性，與中空纖維管有密切關(guān)系。太軟，不能順利通過(guò)血管到達(dá)病變位置，如強(qiáng)度不夠，易導(dǎo)致手術(shù)失敗；太硬，患者的舒適性降低，容易刺破血管內(nèi)壁造成手術(shù)事故。作為先進(jìn)的纖維材料，微創(chuàng)傷介入醫(yī)療中空纖維管的制備技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外公司封鎖，市場(chǎng)遭到壟斷，有“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)臨床使用大量依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格十分昂貴。
圖1 （a）冠心病，（b）腦中風(fēng)，（c）大動(dòng)脈血管瘤，（4）房顫
我校材料學(xué)院余木火教授早在十多年前就關(guān)注到這一“軟硬兩難”的導(dǎo)管材料技術(shù)問(wèn)題，他一心想要打破封鎖，通過(guò)與上海微創(chuàng)醫(yī)療器械（集團(tuán)）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“微創(chuàng)集團(tuán)”）中空纖維管技術(shù)中心進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)中空纖維管制備技術(shù)展開(kāi)了長(zhǎng)期系統(tǒng)研究，取得了系列重要進(jìn)展。近日，由他主持的《微創(chuàng)傷介入醫(yī)療中空纖維管制備與復(fù)合增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化》項(xiàng)目榮獲上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
據(jù)了解，目前微創(chuàng)介入醫(yī)療器械的全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá)4000億美元，在這類(lèi)醫(yī)療器械中，中空纖維管是關(guān)鍵部件，包括單腔、多層、多腔、球囊、編織復(fù)合增強(qiáng)、Coil復(fù)合增強(qiáng)等（如圖2），占器械材料成本的60-80%，市場(chǎng)需求量大，但國(guó)產(chǎn)化率不高。臨床上，對(duì)這類(lèi)導(dǎo)管的穿越性、跟蹤性、扭控性和耐壓性要求都很高，因此制造技術(shù)難度極大。
單腔多腔 多層
編織復(fù)合增強(qiáng) Coil復(fù)合增強(qiáng) 球囊
圖2 微創(chuàng)傷介入醫(yī)療中空纖維
余木火教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)揮學(xué)校在噴絲、紡絲方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)研究了噴絲組件、熔體流動(dòng)剪切膨脹拉伸等對(duì)中空纖維管的尺寸精度、強(qiáng)韌性、生物相容性等影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)管軸向和徑向強(qiáng)度、韌性、剛性的同步提高。
圖3 余木火教授在作學(xué)術(shù)報(bào)告
針對(duì)電生理射頻消融導(dǎo)管、電生理標(biāo)測(cè)導(dǎo)管、造影導(dǎo)管和指引導(dǎo)管等需具備優(yōu)異扭控性能的要求，余木火團(tuán)隊(duì)通過(guò)金屬絲界面與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了中空纖維管的界面強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高剛性金屬絲網(wǎng)的精度控制，有效提高了導(dǎo)管扭控性能。
球囊產(chǎn)品在冠脈介入治療領(lǐng)域有著非常重要的地位，對(duì)球囊的耐高爆破壓強(qiáng)度提出了極高的要求。通過(guò)吹脹球囊，可使血管內(nèi)壁斑塊物質(zhì)撕裂和破碎，使血流暢通；還可擴(kuò)張支架，將支架固定在血管內(nèi)壁，由此形成血流可以通過(guò)的通道。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的貝殼狀多級(jí)結(jié)構(gòu)的中空纖維球囊，增強(qiáng)了球囊的斷裂韌性，實(shí)現(xiàn)了球囊薄壁厚和高耐爆破壓強(qiáng)度的性能要求，提升了臨床手術(shù)的安全性。
經(jīng)過(guò)十幾年的不懈攻關(guān)，該團(tuán)隊(duì)攻克了中空纖維管制造、尺寸精度、復(fù)合增強(qiáng)、球囊強(qiáng)韌、嵌套焊接等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)200多個(gè)中空纖維管產(chǎn)品，建立30條生產(chǎn)線(xiàn)（如圖3），率先實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，累計(jì)生產(chǎn)3000多萬(wàn)件，支撐微創(chuàng)集團(tuán)及旗下公司30個(gè)系列200多種微創(chuàng)介入醫(yī)療器械的研發(fā)與生產(chǎn)，建立了專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)，主要技術(shù)和產(chǎn)品處于國(guó)際領(lǐng)先水平。目前，中空纖維管產(chǎn)品逐步銷(xiāo)售到國(guó)內(nèi)其它公司，用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，為我國(guó)高端醫(yī)療器械跨越式發(fā)展、提升競(jìng)爭(zhēng)力和科技進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。
圖4 中空纖維管生產(chǎn)線(xiàn)
談起團(tuán)隊(duì)，“60后”的余木火教授對(duì)這支由十多位“80后”組成的隊(duì)伍打了高分。這是一支高水平、專(zhuān)業(yè)化、敢打敢拼的“戰(zhàn)士”團(tuán)隊(duì)，每個(gè)人始終懷著實(shí)現(xiàn)我國(guó)微創(chuàng)傷介入醫(yī)療中空纖維夢(mèng)，十幾年如一日，專(zhuān)注于中空纖維管的科技攻關(guān)。李兆敏，在余教授組里碩士畢業(yè)后即來(lái)到微創(chuàng)集團(tuán)工作，負(fù)責(zé)中空纖維管的技術(shù)工作，他曾多次帶著中空纖維管研發(fā)問(wèn)題回學(xué)校向余老師請(qǐng)教。來(lái)自生產(chǎn)一線(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，很快成了余教授實(shí)驗(yàn)室里的上馬課題。幾年后，李兆敏回到東華攻讀余教授的博士。目前，他又投入到微創(chuàng)集團(tuán)與東華聯(lián)合培養(yǎng)博士后階段的研究，繼續(xù)在余教授的指導(dǎo)下研究中空纖維管的相關(guān)課題。
圖5 余木火教授和學(xué)生在一起
圖6 余木火教授團(tuán)隊(duì)師生合影
科學(xué)的認(rèn)知與實(shí)踐的價(jià)值在這一項(xiàng)目中得到了淋漓盡致地體現(xiàn)。余木火教授還風(fēng)趣地告訴記者，“公司里有個(gè)車(chē)間的員工差不多都來(lái)自東華”。這是讓一個(gè)科學(xué)家和教育者感到最自豪的事。
