四川大學何斌、成都大學高文霞AM：新型可降解共聚物為高性能組織結扎夾帶來革新

在腹腔鏡手術中，組織結扎夾是替代傳統縫線的關鍵器械，能顯著簡化手術流程。然而，現有材料面臨嚴峻挑戰：傳統的鈦金屬夾不可降解，會永久存留體內，可能引發長期不良反應或需要二次手術取出，并在CT或MRI成像中產生偽影。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己酮制品，又常因結構設計問題導致對血管的夾閉力不足。因此，開發兼具高強度、足夠韌性及可靠結構完整性的新型可吸收組織結扎夾至關重要。

為解決上述難題，四川大學何斌研究員、成都大學高文霞教授合作團隊成功研制出一種具有隨機-嵌段分子結構的新型共聚物——聚（L-丙交酯-共-ε-己內酯）-嵌段-聚（L-丙交酯）（PLCL-b-PLLA）。該材料巧妙融合了PLCL無規共聚物的柔韌性與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。在兔單側腎切除模型中的進一步驗證證實了其有效的結扎功能及后續的可控降解過程，組織學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扎夾的開發開辟了新路徑。相關論文以“Tailored Biodegradable Copolymers With Random-Block Architecture for High-Performance Absorbable Tissue Ligation Clips”為題，發表在

Advanced Materials

研究團隊首先設計并合成了三種不同鏈結構的共聚物：無規共聚物PLCL、嵌段共聚物PCL-b-PLLA以及創新的隨機-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，成功確認了共聚物的化學結構及隨機-嵌段架構。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 | 新型可吸收組織結扎夾的材料設計與應用示意圖。（a）可吸收夾的材料設計；（b）應用步驟；（c）術中結扎與術后降解。

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晶性質研究表明（圖2），PLCL-b-PLLA共聚物的玻璃化轉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的結晶度介于無規結構（PLC75-R）和明確嵌段結構（PLC75-B）之間，這種可調的結晶能力有助于平衡力學性能。

圖2 | 共聚物的熱性能與結晶性質表征。（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。

力學性能測試結果（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于PLC75-B。掃描電鏡圖像顯示PLCL-b-PLLA呈現韌性斷裂特征（圖3g）。這表明隨機-嵌段結構通過PLLA嵌段形成的物理交聯點提升強度，同時PLCL無規鏈段促進分子間相互作用均勻分布，從而實現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）應力-應變曲線；（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。回彈性能測試（圖4f-i）則顯示，CLIP75-RB和CLIP70-RB在0.1秒內即可恢復至60度以上，且能承受多次按壓-釋放循環而不從施夾器上脫落，表現出優異的彈性恢復和操作穩定性，更適合腹腔鏡手術中的精細操作。

圖4 | Hem-o-lok形狀組織結扎夾的力學性能與回彈行為。（a）結扎夾的結構配置及與施夾器的相互作用；（a1）夾子在松弛和閉合狀態下的結構示意圖；（a2）夾子松弛狀態下安裝在施夾器上；（a3）夾子閉合狀態下安裝在施夾器上；（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；（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；（c2）閉合夾子承受內部壓力；（c3）因爆破失效導致的夾子泄漏；（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）多次按壓循環后夾子的疲勞回彈性能（n=3）；（i）多次按壓循環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被選為最優材料。體外降解實驗（圖5）表明，CLIP75-RB在4周內能保持形態穩定和有效閉合力。隨著時間延長，夾子表面出現微裂紋并逐漸變白，重量損失增加，特性粘度下降。核磁共振譜圖顯示CL單元優先發生斷鏈降解，這種特性使得PLCL-b-PLLA共聚物的整體降解時間得以縮短，體現了其可控降解的結構優勢。

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周內逐漸降解，周圍組織未出現急性炎癥或壞死跡象，組織學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的體內降解和生物相容性。（a）大鼠皮下植入示意圖（使用BioRender創建）；（b）隨時間變化的重量損失（n=3）；（c）16周內外觀變化；（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，在兔單側腎切除模型中的體內功能評價（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。術后血液生化指標及腎臟代償性肥大情況表明材料無肝腎毒性。夾子在術后2周內保持結構完整，在4周后開始出現局部斷裂，8周時明顯崩解，其降解時間線與血管愈合周期（關鍵期為2-4周）匹配良好，確保了術后既有效又安全。

圖8 | CLIP75-RB在兔單側腎切除中的體內功能評價。（a）兔單側腎切除手術示意圖（使用BioRender創建）；（b）在兔中使用CLIP75-RB進行結扎的手術過程：（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；（b4）正在進行腎臟切除；（b5）腎切除后狀態；（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，這項研究成功開發了一種具有隨機-嵌段結構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異平衡。以其制成的組織結扎夾CLIP75-RB，在體內外均表現出可靠的閉合功能、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扎夾的研發提供了強有力的候選材料，并展現出在更廣泛可吸收醫療器械中的應用潛力。