镁合金支架表面PBAT保护涂层的变形防护机制研究：基于变形模型构建与细胞自动机模拟的创新探索

为解决镁合金支架在复杂变形过程中涂层易开裂导致防护失效的问题，研究人员通过构建放大支架变形模型，对比研究了低延展性材料PDLLA与高延展性材料PBAT涂层的防护性能。结合电化学测试、有限元分析和细胞自动机模拟，证实PBAT涂层在变形后仍能保持结构完整性，显著延缓支架降解，并通过兔颈动脉植入实验验证其优异的血管修复效果。该研究为提升可降解镁合金支架的长期性能提供了创新涂层策略。

　　

在心血管介入治疗领域，可降解镁合金支架被誉为"第三代支架革命性产品"，其既能避免传统金属支架的永久存留问题，又可解决药物洗脱支架的内膜增生难题。然而2016年获得CE认证的Magmaris支架临床数据显示，约3.5%患者出现支架塌陷，这暴露出镁合金过快降解导致径向支撑力不足的核心缺陷。虽然通过合金成分优化、结构设计等手段取得一定进展，但支架在压握-扩张变形过程中涂层易发生开裂、剥落等问题，仍是制约其临床应用的"阿喀琉斯之踵"。

中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心的研究团队独辟蹊径，从涂层材料力学匹配性角度切入，在《Regenerative Biomaterials》发表重要研究成果。该研究创新性地采用10倍放大正弦波支架模型，结合多尺度模拟与体内外实验，系统揭示了高延展性聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)涂层相较于传统聚(D,L-乳酸)(PDLLA)的变形防护优势。

研究主要采用四大关键技术：1）通过电子万能试验机实现支架模型的压缩-拉伸复合变形模拟；2）利用扫描电镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)定量评估涂层完整性；3）基于Comsol有限元分析构建应力-应变分布模型，推导孔隙率方程P=(1-K/(ε+1))×100%；4）采用细胞自动机(CA)模拟不同应变区域的腐蚀动力学过程。此外，通过兔颈动脉植入实验，结合光学相干断层扫描(OCT)和组织学分析验证体内性能。

3.1 变形条件下PBAT涂层的卓越力学相容性

研究团队首先构建了厚度约4μm的均匀涂层体系。变形后SEM显示，PDLLA涂层在内弯角处出现大量微裂纹，而PBAT涂层因533%的断裂伸长率（PDLLA仅3%）保持完好。

3.2 体外实验验证PBAT的变形防护优势

EIS分析表明，变形后PDLLA涂层的电荷转移电阻(R_ct)从5.659×10⁴ Ω·cm²骤降至7256 Ω·cm²，而PBAT涂层保持9.917×10⁴ Ω·cm²的高阻抗值。28天浸泡实验显示，PDLLA涂层区域出现大面积腐蚀，PBAT仅边缘发生轻微腐蚀。

3.3 计算模拟揭示防护机制

有限元分析显示最大拉应变集中于圆弧内侧（6.21%），远超PDLLA的断裂伸长率。CA模拟证实PDLLA在高应变区降解速率达PBAT的2倍，且MgF₂保护层会同步快速降解。

3.4 复合涂层的优化药物释放性能

在载雷帕霉素PLGA涂层体系中，PBAT-RAPA支架浸泡28天pH值始终低于PDLLA组（7.4 vs 7.8），药物释放曲线更平稳，且无结构塌陷现象。

3.5 体内实验证实PBAT的临床优势

兔颈动脉植入28天后，PBAT组管腔面积（2.15±0.31 mm²）显著大于PDLLA组（1.62±0.28 mm²），再狭窄率降低42%。OCT和HE染色显示PBAT组新生内膜更薄，内皮化更完整。

该研究通过多学科交叉方法，首次系统阐释了涂层材料力学性能与支架防护效果的构效关系。PBAT涂层因其优异的变形适应性，能有效维持腐蚀介质的物理屏障功能，使支架降解速率降低一个数量级。这不仅解决了可降解支架"过早退化"的临床痛点，其提出的"应变-孔隙率"数学模型和CA模拟方法，更为新型涂层设计提供了量化预测工具。尽管存在模型尺寸差异等局限，但这项研究标志着镁合金支架涂层技术从"经验探索"向"理性设计"的重要跨越，为下一代可降解血管植入物的研发指明了方向。