近日，天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部醫(yī)學(xué)院張曉東教授團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出一種新型高性能單原子生物催化材料，并首次將其應(yīng)用于血管支架，為心腦血管疾病的長(zhǎng)效治療提供了全新解決方案。相關(guān)成果論文已于2025年12月22日發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·可持續(xù)發(fā)展》（Nature Sustainability）。

單原子催化劑如同化學(xué)反應(yīng)的“高效管家”，能快速促成關(guān)鍵分子的轉(zhuǎn)化，具有“又快又準(zhǔn)”的催化能力，在能源和醫(yī)療等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。但如何大規(guī)模、精準(zhǔn)地制備這類催化劑，是制約其走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵難題?，F(xiàn)有的制備方法中，傳統(tǒng)工藝難以精確控制原子分布，高溫處理還容易破壞材料結(jié)構(gòu)；而其他能實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精準(zhǔn)調(diào)控的高精技術(shù)，又往往成本高昂、工藝復(fù)雜、產(chǎn)量有限，無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用的需要。

針對(duì)這一難題，張曉東教授團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，提出了一種通用型單原子催化劑制備策略。他們通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)模擬，從近兩萬(wàn)種原子結(jié)構(gòu)中篩選出催化活性最高的原子。然后采用離子注入技術(shù)，將活性原子“注入”常用醫(yī)用鎳鈦合金的表面，從而實(shí)現(xiàn)了單原子催化劑的高效、均勻制備。

單原子血管支架大規(guī)模制備示意圖

該方法具有三大優(yōu)勢(shì)：規(guī)?；苽淠芰?qiáng)，僅用數(shù)小時(shí)即可一次性做出面積達(dá)200 cm2的催化材料；通用性強(qiáng)，已成功用于制備鉑-銅、鈷-釩等22種不同的單原子催化劑；條件溫和，整個(gè)過(guò)程在溫和條件下完成，避免了傳統(tǒng)高溫工藝對(duì)材料結(jié)構(gòu)的破壞，使制備出的催化劑在長(zhǎng)達(dá)四年的測(cè)試中性能穩(wěn)定，未見(jiàn)衰減。

基于此，團(tuán)隊(duì)研制出了新一代“單原子血管支架”，該支架具有持續(xù)、高效的類酶催化功能，能夠持續(xù)高效地清除血管內(nèi)過(guò)量有害的活性氮物質(zhì)，從源頭上減輕氧化損傷與炎癥反應(yīng)，有效抑制血管再狹窄等術(shù)后并發(fā)癥。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，這款單原子血管支架效果顯著，能夠有效預(yù)防血管損傷并促進(jìn)功能恢復(fù)。長(zhǎng)達(dá)五個(gè)月的觀察顯示，其催化活性持久穩(wěn)定，克服了傳統(tǒng)藥物涂層支架藥效隨時(shí)間減弱的不足，為血管的長(zhǎng)期修復(fù)與健康維持提供了可靠的新途徑。

此外，該技術(shù)還具有顯著的可持續(xù)性優(yōu)勢(shì)。團(tuán)隊(duì)通過(guò)篩選，成功采用了鈷、釩等資源更豐富的金屬體系，避免了對(duì)昂貴貴金屬的依賴，降低了成本，為未來(lái)醫(yī)療器械的綠色制造提供了新路徑。“這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)更長(zhǎng)效、更安全的血管介入器械帶來(lái)了希望，我們還探索出了一條可規(guī)?；苽涓咝阅苌锎呋牧系耐ㄓ眉夹g(shù)路徑?！睆垥詵|教授表示，“它連接了前沿基礎(chǔ)研究與臨床重大需求，未來(lái)有望拓展至更多生物醫(yī)用場(chǎng)景?！?/p>

該論文的第一單位為天津大學(xué)，張曉東教授為該論文的唯一通訊作者，裴家暉博士為該論文的第一作者，穆曉宇副教授、趙若荔博士和李永徽副教授為共同第一作者。

（中國(guó)日?qǐng)?bào)天津記者站 編輯：閆東潔 通訊員：梁紹楠）