在腹腔鏡手術(shù)中，組織結(jié)扎夾是替代傳統(tǒng)縫線的關(guān)鍵器械，能顯著簡化手術(shù)流程。然而，現(xiàn)有材料面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)的鈦金屬夾不可降解，會永久存留體內(nèi)，可能引發(fā)長期不良反應(yīng)或需要二次手術(shù)取出，并在CT或MRI成像中產(chǎn)生偽影。目前使用的可吸收聚合物夾，如聚乙交酯/聚碳酸三甲酯或聚對二氧環(huán)己酮制品，又常因結(jié)構(gòu)設(shè)計問題導(dǎo)致對血管的夾閉力不足。因此，開發(fā)兼具高強度、足夠韌性及可靠結(jié)構(gòu)完整性的新型可吸收組織結(jié)扎夾至關(guān)重要。

為解決上述難題，四川大學(xué)何斌研究員、成都大學(xué)高文霞教授合作團隊成功研制出一種具有隨機-嵌段分子結(jié)構(gòu)的新型共聚物——聚（L-丙交酯-共-ε-己內(nèi)酯）-嵌段-聚（L-丙交酯）（PLCL-b-PLLA）。該材料巧妙融合了PLCL無規(guī)共聚物的柔韌性與PLLA均聚物的高強度。其中，LLA/CL摩爾比為75:25的共聚物（PLC75-RB）表現(xiàn)出最均衡的綜合性能。將其注塑成Hem-o-lok形狀的夾子（CLIP75-RB）后，夾子展現(xiàn)出足夠的閉合力與良好的回彈能力。降解評估表明，CLIP75-RB能維持有效閉合力達4周，隨后開始逐漸降解。在兔單側(cè)腎切除模型中的進一步驗證證實了其有效的結(jié)扎功能及后續(xù)的可控降解過程，組織學(xué)分析也顯示了良好的生物相容性。這項研究為下一代高性能可吸收組織結(jié)扎夾的開發(fā)開辟了新路徑。相關(guān)論文以“Tailored Biodegradable Copolymers With Random-Block Architecture for High-Performance Absorbable Tissue Ligation Clips”為題，發(fā)表在

Advanced Materials

研究團隊首先設(shè)計并合成了三種不同鏈結(jié)構(gòu)的共聚物：無規(guī)共聚物PLCL、嵌段共聚物PCL-b-PLLA以及創(chuàng)新的隨機-嵌段共聚物PLCL-b-PLLA（合成路線見示意圖2）。通過核磁共振氫譜（圖1a,b）和傅里葉變換紅外光譜（圖1c）分析，成功確認(rèn)了共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及隨機-嵌段架構(gòu)。凝膠滲透色譜（圖1d）和特性粘度測定進一步證實了聚合物的成功合成，其分子量與投料比吻合（表1）。

示意圖1 | 新型可吸收組織結(jié)扎夾的材料設(shè)計與應(yīng)用示意圖。（a）可吸收夾的材料設(shè)計；（b）應(yīng)用步驟；（c）術(shù)中結(jié)扎與術(shù)后降解。

示意圖2 | PLCL、PCL-b-PLLA及PLCL-b-PLLA共聚物的合成路線。

圖1 | PLCL、PCL-b-PLLA及PLCL-b-PLLA共聚物的表征。（a）三類共聚物的核磁共振氫譜；（b）不同LLA/CL摩爾比的PLCL-b-PLLA共聚物的核磁共振氫譜；（c）三類共聚物的傅里葉變換紅外光譜；（d）共聚物的凝膠滲透色譜曲線。

對共聚物的熱性能和結(jié)晶性質(zhì)研究表明（圖2），PLCL-b-PLLA共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點均低于PCL-b-PLLA，且隨CL含量增加而降低。熱量分析顯示其具有合適的分解溫度（圖2d,e）。X射線衍射圖譜（圖2f）表明，PLC75-RB的結(jié)晶度介于無規(guī)結(jié)構(gòu)（PLC75-R）和明確嵌段結(jié)構(gòu)（PLC75-B）之間，這種可調(diào)的結(jié)晶能力有助于平衡力學(xué)性能。

圖2 | 共聚物的熱性能與結(jié)晶性質(zhì)表征。（a）DSC第一次加熱曲線；（b）DSC冷卻曲線；（c）DSC第二次加熱曲線；（d）TGA曲線；（e）DTG曲線；（f）XRD圖譜。

力學(xué)性能測試結(jié)果（圖3）顯示，在相同單體比例下，PLC75-RB比PLC75-R具有更高的拉伸模量和屈服強度，同時其屈服伸長率和斷裂伸長率優(yōu)于PLC75-B。掃描電鏡圖像顯示PLCL-b-PLLA呈現(xiàn)韌性斷裂特征（圖3g）。這表明隨機-嵌段結(jié)構(gòu)通過PLLA嵌段形成的物理交聯(lián)點提升強度，同時PLCL無規(guī)鏈段促進分子間相互作用均勻分布，從而實現(xiàn)了強度與柔韌性的有效平衡。

圖3 | 共聚物的拉伸性能與斷裂表面形貌。（a）應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（b-f）屈服強度、屈服伸長率、拉伸模量、斷裂強度及斷裂伸長率的比較（n=5）；（g）拉伸斷裂表面的SEM圖像。

研究人員將三種PLCL-b-PLLA共聚物注塑成組織結(jié)扎夾，并對其性能進行評估（圖4）。閉合力測試（圖4b,d）和爆破壓力測試（圖4c,e）表明，所有夾子均遠超正常生理血壓的安全閾值，其中CLIP75-RB和CLIP80-RB提供了更寬的安全裕度?；貜椥阅軠y試（圖4f-i）則顯示，CLIP75-RB和CLIP70-RB在0.1秒內(nèi)即可恢復(fù)至60度以上，且能承受多次按壓-釋放循環(huán)而不從施夾器上脫落，表現(xiàn)出優(yōu)異的彈性恢復(fù)和操作穩(wěn)定性，更適合腹腔鏡手術(shù)中的精細操作。

圖4 | Hem-o-lok形狀組織結(jié)扎夾的力學(xué)性能與回彈行為。（a）結(jié)扎夾的結(jié)構(gòu)配置及與施夾器的相互作用；（a1）夾子在松弛和閉合狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；（a2）夾子松弛狀態(tài)下安裝在施夾器上；（a3）夾子閉合狀態(tài)下安裝在施夾器上；（b）夾子的閉合力測試裝置及失效模式；（b1）拉伸載荷前的初始狀態(tài)；（b2）承受拉伸載荷的夾子；（b3）拉伸失效下夾子鎖扣脫開；（c）夾子的爆破壓力測試裝置及失效模式；（c1）加壓前的初始狀態(tài)；（c2）閉合夾子承受內(nèi)部壓力；（c3）因爆破失效導(dǎo)致的夾子泄漏；（d）三種夾子配方的閉合力比較（n=5）；（e）三種夾子配方的爆破壓力比較（n=3）；（f）自主回彈角度的定量測量（n=3）；（g）釋放后夾子回彈行為的時間分辨圖像（0.1秒）；（h）多次按壓循環(huán)后夾子的疲勞回彈性能（n=3）；（i）多次按壓循環(huán)后夾子在施夾器上的回彈疲勞性能視覺評估。

基于綜合性能評估，PLC75-RB被選為最優(yōu)材料。體外降解實驗（圖5）表明，CLIP75-RB在4周內(nèi)能保持形態(tài)穩(wěn)定和有效閉合力。隨著時間延長，夾子表面出現(xiàn)微裂紋并逐漸變白，重量損失增加，特性粘度下降。核磁共振譜圖顯示CL單元優(yōu)先發(fā)生斷鏈降解，這種特性使得PLCL-b-PLLA共聚物的整體降解時間得以縮短，體現(xiàn)了其可控降解的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。

圖5 | PLC75-RB和CLIP75-RB的體外降解行為。（a）CLIP75-RB在4周降解期間的外觀變化；（b）CLIP75-RB的閉合力隨時間變化（n=3）；（c）CLIP75-RB的爆破壓力隨時間變化（n=3）；（d）PLC75-RB和CLIP75-RB在15周降解期間的外觀變化；（e）PLC75-RB和CLIP75-RB表面的SEM圖像；（f）PLC75-RB和CLIP75-RB的重量損失曲線（n=5）；（g）PLC75-RB的核磁共振氫譜演變；（h）CLIP75-RB的核磁共振氫譜演變。

生物相容性評估結(jié)果良好（圖6）。溶血率低于5%，細胞毒性試驗顯示細胞活性超過80%，活/死細胞染色也證實了材料提取物對L929成纖維細胞無顯著毒性。在大鼠皮下植入實驗（圖7）中，材料在16周內(nèi)逐漸降解，周圍組織未出現(xiàn)急性炎癥或壞死跡象，組織學(xué)分析證實了其良好的生物相容性和低免疫原性。

圖6 | PLC75-RB和CLIP75-RB不同濃度提取物的溶血性和細胞毒性評價。（a）溶血試驗照片；（b）溶血率（n=3）；（c）通過MTT法評估L929成纖維細胞共培養(yǎng)48小時后的細胞活性（n=5）；（d）倒置熒光顯微鏡拍攝的L929細胞共培養(yǎng)48小時后的活/死染色圖像?；罴毎退兰毎謩e由綠色和紅色熒光指示。

圖7 | PLC75-RB和CLIP75-RB的體內(nèi)降解和生物相容性。（a）大鼠皮下植入示意圖（使用BioRender創(chuàng)建）；（b）隨時間變化的重量損失（n=3）；（c）16周內(nèi)外觀變化；（d）降解過程中的SEM圖像；（e）PLC75-RB的核磁共振氫譜演變；（f）CLIP75-RB的核磁共振氫譜演變；（g）周圍組織的H&E染色。

最后，在兔單側(cè)腎切除模型中的體內(nèi)功能評價（圖8）證實，CLIP75-RB能順利操作并有效閉合腎動脈、靜脈和輸尿管。術(shù)后血液生化指標(biāo)及腎臟代償性肥大情況表明材料無肝腎毒性。夾子在術(shù)后2周內(nèi)保持結(jié)構(gòu)完整，在4周后開始出現(xiàn)局部斷裂，8周時明顯崩解，其降解時間線與血管愈合周期（關(guān)鍵期為2-4周）匹配良好，確保了術(shù)后既有效又安全。

圖8 | CLIP75-RB在兔單側(cè)腎切除中的體內(nèi)功能評價。（a）兔單側(cè)腎切除手術(shù)示意圖（使用BioRender創(chuàng)建）；（b）在兔中使用CLIP75-RB進行結(jié)扎的手術(shù)過程：（b1）暴露腎動脈（A）、靜脈（V）和輸尿管（U）；（b2）用CLIP75-RB夾閉血管；（b3）夾閉后狀態(tài)；（b4）正在進行腎臟切除；（b5）腎切除后狀態(tài)；（c）第2、4、8周時血管和輸尿管上CLIP75-RB的宏觀視圖；（d）第2、4、8周時CLIP75-RB的外觀；（e）第8周時血管和輸尿管的H&E染色。

綜上所述，這項研究成功開發(fā)了一種具有隨機-嵌段結(jié)構(gòu)的新型可生物降解共聚物PLCL-b-PLLA。其中PLC75-RB在強度、柔韌性、降解性能及生物相容性方面取得了優(yōu)異平衡。以其制成的組織結(jié)扎夾CLIP75-RB，在體內(nèi)外均表現(xiàn)出可靠的閉合功能、良好的回彈性能以及與組織愈合相匹配的可控降解特性。該材料體系為下一代可吸收組織結(jié)扎夾的研發(fā)提供了強有力的候選材料，并展現(xiàn)出在更廣泛可吸收醫(yī)療器械中的應(yīng)用潛力。