奮進@2020 | 軟硬兼得 一根小導管探出大課題
——記上海市科技進步一等獎獲得者材料學院余木火教授團隊
治療冠心病、腦中風、大動脈血管瘤、房顫等疾病（如圖1）微創手術的成敗及患者的舒適性，與中空纖維管有密切關系。太軟，不能順利通過血管到達病變位置，如強度不夠，易導致手術失敗；太硬，患者的舒適性降低，容易刺破血管內壁造成手術事故。作為先進的纖維材料，微創傷介入醫療中空纖維管的制備技術長期被國外公司封鎖，市場遭到壟斷，有“卡脖子”風險，國內臨床使用大量依賴進口，價格十分昂貴。
圖1 （a）冠心病，（b）腦中風，（c）大動脈血管瘤，（4）房顫
我校材料學院余木火教授早在十多年前就關注到這一“軟硬兩難”的導管材料技術問題，他一心想要打破封鎖，通過與上海微創醫療器械（集團）有限公司（以下簡稱“微創集團”）中空纖維管技術中心進行產學研合作，帶領團隊對中空纖維管制備技術展開了長期系統研究，取得了系列重要進展。近日，由他主持的《微創傷介入醫療中空纖維管制備與復合增強關鍵技術及產業化》項目榮獲上海市科技進步一等獎。
據了解，目前微創介入醫療器械的全球市場規模達4000億美元，在這類醫療器械中，中空纖維管是關鍵部件，包括單腔、多層、多腔、球囊、編織復合增強、Coil復合增強等（如圖2），占器械材料成本的60-80%，市場需求量大，但國產化率不高。臨床上，對這類導管的穿越性、跟蹤性、扭控性和耐壓性要求都很高，因此制造技術難度極大。
單腔多腔 多層
編織復合增強 Coil復合增強 球囊
圖2 微創傷介入醫療中空纖維
余木火教授帶領團隊發揮學校在噴絲、紡絲方面的技術優勢，系統研究了噴絲組件、熔體流動剪切膨脹拉伸等對中空纖維管的尺寸精度、強韌性、生物相容性等影響規律，實現了導管軸向和徑向強度、韌性、剛性的同步提高。
圖3 余木火教授在作學術報告
針對電生理射頻消融導管、電生理標測導管、造影導管和指引導管等需具備優異扭控性能的要求，余木火團隊通過金屬絲界面與網格結構設計，增強了中空纖維管的界面強度，實現了對高剛性金屬絲網的精度控制，有效提高了導管扭控性能。
球囊產品在冠脈介入治療領域有著非常重要的地位，對球囊的耐高爆破壓強度提出了極高的要求。通過吹脹球囊，可使血管內壁斑塊物質撕裂和破碎，使血流暢通；還可擴張支架，將支架固定在血管內壁，由此形成血流可以通過的通道。團隊研發的貝殼狀多級結構的中空纖維球囊，增強了球囊的斷裂韌性，實現了球囊薄壁厚和高耐爆破壓強度的性能要求，提升了臨床手術的安全性。
經過十幾年的不懈攻關，該團隊攻克了中空纖維管制造、尺寸精度、復合增強、球囊強韌、嵌套焊接等關鍵技術，研發200多個中空纖維管產品，建立30條生產線（如圖3），率先實現了國產化，累計生產3000多萬件，支撐微創集團及旗下公司30個系列200多種微創介入醫療器械的研發與生產，建立了專門的數據庫，主要技術和產品處于國際領先水平。目前，中空纖維管產品逐步銷售到國內其它公司，用于產品開發和生產，為我國高端醫療器械跨越式發展、提升競爭力和科技進步做出重要貢獻。
圖4 中空纖維管生產線
談起團隊，“60后”的余木火教授對這支由十多位“80后”組成的隊伍打了高分。這是一支高水平、專業化、敢打敢拼的“戰士”團隊，每個人始終懷著實現我國微創傷介入醫療中空纖維夢，十幾年如一日，專注于中空纖維管的科技攻關。李兆敏，在余教授組里碩士畢業后即來到微創集團工作，負責中空纖維管的技術工作，他曾多次帶著中空纖維管研發問題回學校向余老師請教。來自生產一線的技術問題，很快成了余教授實驗室里的上馬課題。幾年后，李兆敏回到東華攻讀余教授的博士。目前，他又投入到微創集團與東華聯合培養博士后階段的研究，繼續在余教授的指導下研究中空纖維管的相關課題。
圖5 余木火教授和學生在一起
圖6 余木火教授團隊師生合影
科學的認知與實踐的價值在這一項目中得到了淋漓盡致地體現。余木火教授還風趣地告訴記者，“公司里有個車間的員工差不多都來自東華”。這是讓一個科學家和教育者感到最自豪的事。
