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冠动脉支架的研制
2010-05-10 | 供稿: 】【打印】【关闭

  杨柯,青年材料科学家,1961年2月生于辽宁省抚顺市,1982年毕业于大连理工大学材料系,1985年和1989年在中国科学院金属研究所分别获得硕士和博士学位,中国科学院金属研究所研究员、博士生导师,沈阳先进材料研发中心专用材料与器件研究部主任。主要从事先进钢铁材料、医用金属材料、储氢材料等领域的研究与开发工作,曾获中科院科技进步一等奖、中科院自然科学二等奖、辽宁省科技进步一等奖和二等奖等项奖励,以及中科院院长奖学金优秀奖、中科院青年科学家技术创新奖等项荣誉奖励,发表论文130余篇,申报专利30余项。自1999年起,开始医用金属材料及器件方面的研究工作,率领课题组成功地研制开发出拥有自主知识产权的316L奥氏体不锈钢冠动脉支架,并将该高技术产品推向了市场。

  当人们成功地完成某件事情的时候,回想事情的开始,有时颇具戏剧性。杨柯研究员带领课题组成功地研制冠动脉支架并将产品推向市场,就有一个戏剧化的过程。

 

  1998年的秋天,杨柯出差从北京乘火车回沈阳。对面铺位上是辽宁省心脏病介入治疗中心主任李占全教授。闲谈中,李主任谈到了由于我国自己不能生产介入治疗用的冠动脉支架,进口产品垄断我国市场,价格居高不下(约1.5万元/只),许多患者因付不起昂贵的卫生材料费而只能放弃治疗。作为一名医生,他渴望尽快实现支架的国产化,挽救更多平民患者的生命。身为材料科学家的杨柯研究员,凭着职业的敏感和责任感,立即感到这是一项值得去做的事情。这一路,两位不同行业的专家,为了一个目的,就有关支架的问题谈了许多许多,决定共同为实现冠动脉支架的国产化而努力。

  回到沈阳,杨柯立即进行了相关调研,了解了支架的材料、结构及使用性能,认为金属所作为国内一流的材料研究单位,有能力也有责任来完成这项工作。他提出了研制冠动脉支架的想法,并马上与长期从事激光加工的梁勇研究员等组成了课题研究小组。这一想法又得到了李依依院士的支持并提供了项目启动经费。在随后的研制过程中,课题组还相继得到了辽宁省科技厅、金属所创新基金、沈阳市科技局、企业风险投资等经费的支持。

  经皮介入冠状动脉支架植入术是国际上90年代发展起来的治疗冠动脉狭窄的重要手段,简单的描述就是在股动脉或桡动脉穿刺,用球囊导管将支架送至冠状动脉狭窄部位,在球囊压力的作用下,支架扩张与血管壁紧密贴合,球囊撤出后,支架留在血管内起到长期支撑血管的作用,以保证血流的长久畅通。

  支架外形精巧,重量只有十几毫克,却是一种国际上竞相开发和生产的高技术、高附加值产品。支架材料采用了高洁净度的医用植入不锈钢,支架外观结构是可压缩和扩张的网管。在当时,支架的制造方法主要有二种,一种是用直径约0.07mm的不锈钢丝编织而成;另一种是将不锈钢薄壁管经激光切割而成。经过与相关医务人员的认真探讨,认定激光切割而成的支架的性能远好于编织的支架,它也是国际上支架制造技术发展的趋势。

  由于支架网丝宽度只有0.07-0.08mm,任何局部缺陷都有可能导致网丝断裂,这就对用于制造支架的不锈钢薄壁管提出了极高的要求,即极高的材料洁净度和管材加工精度。对国内不锈钢管材生产状况十分了解的杨柯研究员认为,支架的研制不仅仅是加工工艺问题,若想制造出质量优良的冠动脉支架,必须从原材料入手。于是课题组还吸纳了冶金、管材加工等方面的专业人员共同进行研制工作。在此之后,真空冶炼、管材制备、支架结构设计、激光加工及外表面抛光等各项研究工作全面有序地展开。

  通过采用金属所开发的均质化合金冶炼技术,很快获得了各项指标远优于植入用316L不锈钢国家标准的不锈钢材料。材料有了,摆在面前的第一个难题是薄壁管材的内表面质量控制。管材成品的外径是1.5mm,壁厚只有0.11mm,在加工变形过程中,管材内表面极易出现皱褶,凸凹不平的表面会严重影响支架的使用性能。一次次实验摸索,一次次工艺改进,终于制备出内外表面粗糙度Ra≤0.4的高精度管材,并实现了小批量生产。

  支架结构设计是影响支架使用性能的关键,在设计支架结构时,要综合考虑支架的径向可压缩性、扩张能力、支撑强度、柔韧性、弯曲能力和长度回缩等技术性能。同时,在支架设计时,必须充分考虑能够实现的加工水平。为了设计出结构合理、使用性能优良的冠动脉支架,杨柯等课题组成员在手术室中观察支架植入的整个过程,进一步了解支架的使用方法、性能要求及国外产品实物的质量水平,设计出了使用性能完全可以满足临床使用要求的支架,并申报了国家发明专利。

  有了合理的结构设计,加工工艺是最终制备出优质产品的关键,在支架加工中存在的两大难题是加工精度和表面抛光。在当时,国产的激光加工机还不能完全满足支架加工的精度要求,而由于经费问题,还不能为研制支架购置进口设备,为此对激光加工课题组内的一台普通数控激光加工机进行了技术改造。就在这台普通的数控激光加工机上,完成了支架制备的全部工艺实验,制备出了形状复杂、精度要求高的支架样品。一年后,当该设备制造人员见到了支架样品的时候,竟不敢相信是用他们生产的设备加工的。

  虽然生产出的管材有较好的表面质量,激光加工有较高的精度,但支架植入体内,与血管壁长期接触,表面质量成为减小异物刺激的重要因素,异物刺激可能会引起局部组织增生和发炎甚至出现植入后再狭窄。高质量的支架要有高质量的网丝表面。激光加工后,支架网丝尺寸仅为0.lmm左右,要使内外表面及侧面都达到较高的光洁度,并不是一件容易的事情,任何手段的机械抛光都是不可行的。最后课题组采用了电化学抛光方法,设计了特殊的电化学抛光电极,终于达到了全方位表面抛光的目的,取得了非常好的效果。

  支架的整个研制过程是知识与技术相结合的具体写照,面对摆在面前的一个个技术难关,需要的是不断地探索、不断地总结和不断地改进。几个月后,课题组终于将几个表面质量好于进口产品的支架摆在了医生的面前,辽宁省心脏病介入治疗中心的李占全主任等医生对此赞叹不已。

  支架的质量得到了临床医生的认可,接下来是如何检验支架的性能,把产品推向市场。半年多的艰难攻关,本以为可以松一口气的杨柯研究员等此时才真正意识到,路仅仅走了一半。要想把支架产品推向市场,实现支架的国产化,必须经过动物实验、国家权威部门的性能检验和临床试验。从事材料研究的金属所无资格申请和报批产品的检验,只有具有医疗器械生产资格的企业才能研制和开发医疗器械产品。为了尽快将产品推向市场,杨柯研究员等多方奔走,吸引投资,组建了支架专业化生产公司,并同时潜心学习医疗器械生产行业的有关法律法规,理解这一特殊行业的行业规范。公司成立后,建立了满足支架生产条件的净化车间,公司具备了生产医疗器械的资格,支架产品的企业标准很快通过了药品监督管理部门的审批并在质量监督局备案。

  一切条件都具备后,动物试验和性能检验相继开展起来。在那几个月里,一头头试验用的小猪让课题组成员和李占全主任寝食难安,此时正值隆冬,既担心术后的小猪会感冒,又担心创口会发炎,更令人关注的是支架的质量能否经得住考验。科技人员为这些小猪特意租了有暖气的房子,专门有人料理它们的生活,尤其是术后的那几天,为了防止创口发炎,消毒、打针,医生护士们更是忙个不停。半年后,解剖结果出来了,60头植入支架的小猪无一例发生再狭窄和血管内膜增生,无一例发生其它心脏事件。国家药品权威部门的产品性能结果也出来了,所有性能指标全部满足临床使用的要求,研制的冠动脉支架终于可以进行临床试验了。在辽宁省人民医院和北京xx医院的20例临床结果进一步证实支架的质量是可靠的。如今,支架产品已在国家药品监督管理局试产注册,产品获准可以投放市场。

  走到这一步,可以说是成功了。可是已经迈入生物医用材料这一领域的杨柯研究员,却不想停下他的脚步。在将支架产品成功推向产业化后,他并没有太多的喜悦,反倒增添了些许忧虑。现在临床使用的不锈钢产品,虽然有良好的生物相容性,但材料中的有害金属离子及异物的刺激仍然影响着体内长期使用的安全性。为此,他组织课题组,又开始了新型人体植入用无镍奥氏体不锈钢材料的研究和治疗性药物涂层支架的研究。尽管一种新型材料从研制到应用要经过许许多多艰苦的攻关,但他决心带领课题组人员沿着不断探索、不断创新的道路继续走下去。

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