3D打印仿生动脉粥样硬化血管聚合物：紫外辐射与水解诱导降解的协同调控机制及其医学模型应用价值

本研究针对心血管介入手术训练模型缺乏真实力学特性的难题，创新性地采用立体光刻(SLA)技术制备三种商用UV固化树脂(Flex X/Flex 63A/Flex 82A)，系统评估其在磷酸盐缓冲液(PBS)浸泡和UV-C辐照下的动态力学性能。研究发现PBS浸泡可增强材料动态机械稳定性(弹性恢复率>90%)，UV-C辐照30分钟可使Flex 63A硬度从64.0±1.3降至53.3±1.7 Shore A，成功模拟了从脂质斑块(0.22-0.49 MPa)到钙化斑块(6.67 MPa)的力学梯度，为个性化心血管手术模型提供了低成本、可调控的材料解决方案。

　　

心血管疾病是全球头号死因，其中动脉粥样硬化导致的血管狭窄和硬化是主要诱因。虽然经皮血管成形术是常规治疗手段，但医生在手术规划和训练中面临巨大挑战——现有的血管模型要么无法复现复杂斑块的力学特性，要么制作成本高昂。更棘手的是，动脉粥样硬化血管包含从柔软脂质到坚硬钙化物的多层次结构，其力学性能会随病程动态变化。这些瓶颈严重制约了介入手术的成功率和安全性提升。

为解决这一难题，来自科英布拉大学的研究团队在《3D Printing in Medicine》发表创新研究。他们另辟蹊径地采用商用UV固化树脂，通过立体光刻(SLA)3D打印技术，结合环境调控策略，成功开发出能精准模拟不同阶段动脉粥样硬化血管的仿生材料体系。这项研究为低成本制备个性化手术训练模型提供了全新思路。

研究团队采用动态拉伸测试、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)等技术，系统评估了三种硬度梯度树脂(Flex X/Flex 63A/Flex 82A)在生理环境下的性能演变规律。特别关注了磷酸盐缓冲液(PBS)浸泡和UV-C辐照对材料力学行为的调控作用。

化学分析
FTIR光谱证实三种树脂均含甲基丙烯酸酯特征峰(1730-1700 cm^-1)，Flex X和Flex 63A显示氨基甲酸酯特征峰(1242 cm^-1)，而Flex 82A含有独特的醚键(1530 cm^-1)。这些化学差异为后续力学性能调控奠定分子基础。

溶胀与降解
在70天PBS浸泡中，Flex X表现出最高溶胀率(17.49±0.23%)，而Flex 63A降解最显著(3.17±0.12%)。有趣的是，所有材料在浸泡15天后达到溶胀平衡，这种"自稳定"特性对长期使用至关重要。

静态力学性能
Flex 82A干燥样品展现最高杨氏模量(34.60±5.50 MPa)，模拟钙化斑块；而Flex X湿态样品(2.21±0.56 MPa)接近纤维帽力学特性。特别值得注意的是，PBS浸泡使Flex 82A模量降低67%，这种"水致软化"效应恰好模拟了血管组织的湿态力学行为。

动态疲劳测试
在100次循环拉伸(0.33-0.67 N)后，所有湿态样品均未破裂。Flex X和Flex 63A展现出优异的弹性恢复(>95%)，而UV-C辐照30分钟可使Flex 63A硬度降低17%，这种"光调控硬度"技术为斑块力学梯度构建提供了新方法。

表面特性
接触角测试显示材料均呈疏水性(90.2-104.0°)，SEM观察到10-50 μm的层间阶梯效应。这种微米级粗糙度可模拟血管内膜表面特征，有利于血流动力学训练。

这项研究的创新价值在于：首次系统论证商用树脂通过简单后处理即可模拟动脉粥样硬化血管的力学梯度；发现PBS浸泡和UV辐照的协同调控规律；建立硬度-模量转换方程(log E=0.0321×S-1.343)。相比传统方法，该方案将模型成本降低80%，生产周期缩短70%，为个性化医疗训练提供了可推广的技术路径。未来研究可探索多材料集成打印，更精准地复现血管多层结构。