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成大洪飛義團隊研發具全球創新性的血管支架新材質 PLAM

文/修瑞瑩 圖/修瑞瑩攝影、洪飛義提供

治療心血管疾病的重要醫材血管支架,材質有革命性的研發!成大材料科學及工程學系特聘教授洪飛義團隊結合鎂(Mg)與聚乳酸塑料(PLA),研發出全新材料 PLAM,植入人體後不僅可以完全降解吸收,過程中又能以攝影追蹤,可彌補目前臨床上金屬支架無法降解,塑料支架卻又無法追蹤的缺點,目前即將進入動物試驗階段,為台灣積極發展醫材科技注入強心針。

成大團隊利用結合鎂與聚乳酸塑料的新型材料 PLAM,製作的血管支架,兼具易降解及可攝影追蹤特性

「這項創新材料如果未來能夠進入市場,不僅能做為血管支架,在骨科等醫材上,也可以很好的被利用。」洪飛義對這項研發感到振奮;在多年努力過程中,成大團隊與高雄榮總心臟內科主任郭風裕合作,了解臨床上的需求,並由國立嘉義高工機械科自主設計製造精密微型射出機,以高效率做出成品,兼顧市場與產業。

洪飛義表示,血管支架是重要的醫材研發,讓許多心血管疾病患者免於開大刀,就能獲得治療,目前臨床上以不鏽鋼、鈷鉻合金及鎳鈦合金等金屬製成,但缺點是植入人體後,就要跟著患者一輩子,因為是異材質,對於逐漸老化的血管,有出血、影響免疫等風險。

他表示,醫材界也嘗試以 PLA 材料製作血管支架,具有極佳的降解性,一段時間後就被人體吸收,不影響血管彈性,但是術後卻無法以X光攝影追蹤,業者以黃金粉末畫點標記,但仍容易脫落,市場反應並不好。

成大材料系特聘教授洪飛義(左)與博士生黃嫈庭研發血管支架全球創新材料 PLAM,未來有機會嘉惠心血管疾病患者,前方為製作支架的精密微型射出機

洪飛義與實驗室博士生黃嫈庭等組成的研究團隊,從黃金粉得到靈感,使用可以被人體吸收的鎂,先在粒徑約20微米的鎂粉表面,鍍上奈米磷酸鹽陶瓷膜 (600nm),再摻入聚乳酸塑料,形成 PLAM,以精密微型射出機,製造出 PLAM 血管支架材料,支架主體是 PLA,內含鍍奈米膜的鎂粉,因此是可降解、又能被攝影偵測的創新性植入性心血管支架材料,具全球創新性,目前相關技術已在申請專利中。

洪飛義表示,鎂目前也應用在骨材上,但在降解被人體吸收的過程中,會產生氫氣,造成傷口鼓脹,無法用於血管支架,同時鎂金屬本質之延伸性較低,不容易被加工成支架,導致鎂金屬支架外型設計受到侷限。

成大材料系特聘教授洪飛義團隊研發血管支架全球創新材料 PLAM,圖為博士生黃嫈庭操作製作支架的精密微型射出機

但鎂粉包覆奈米磷酸膜,可大幅減緩降解速度與析氫現象,當鎂粉的鍍層降解後,鎂粉才會開始降解並釋放出鎂離子,最後,PLAM 血管支架會變成多孔質結構,持續被人體降解吸收直到完全消失,三段降解過程約 18 個月,而因為有鎂的存在,在 PLAM 完全被吸收前,醫師都可從攝影中看到鎂的粉末,以追蹤療效。

而鎂離子不僅是人體需要的成分,同時可以形成偏鹼性的環境,中和聚乳酸塑料的酸性,並能抑制發炎,效果多重。洪飛義指出,鎂運用在醫材上,成大實驗室累積多年努力成果,探討應用領域包含牙科與骨科,對鎂金屬的物理與化學應用性質具有經驗,特別是在體內的降解機制。

成大團隊研發的新型 PLAM 血管支架,植入人體後,在 X 光攝影追蹤下,可以看到閃亮的鎂金屬粉末

而 PLAM 材料關鍵技術有三,一、不是塊材,而是選用圓球形鎂粉,由於金屬鎂細粉具有危險性,經表面鈍化後可提高安全性,再進行粉體表面的奈米磷酸鹽薄膜處理,而獲得奈米鍍層鎂粉 (陶瓷膜包覆鎂金屬),二、 在 PLA 塑料中加入奈米鍍層鎂粉形成 PLAM,把兩種材料混合在一起需要考慮很多條件,包含兩材料混合比例、兩材料密度差異、混合後均勻度,以及兩材料界面親合性等參數,從而以精密微型射出機在最佳化的擠壓溫度與速度條件下製造 PLAM 支架材料,三、 PLAM 支架材料之物化與體內外試驗,包含力學試驗、降解機制、以及動物試驗等。

洪飛義表示,PLAM 就產品特性而言,兼具機械,材料,醫學跨領域專業。後續,將把微型射出機持續升級外,並與醫師合作跨進臨床應用,嘉惠心血管病患。

成大團隊利用結合鎂與聚乳酸塑料的新型材料 PLAM,製作的血管支架,兼具易降解及可攝影追蹤特性

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