江苏省介入医疗器械研究重点实验室

江苏省介入医疗器械研究重点实验室微创骨科器械研究方向

微创介入技术改变传统的开放式骨科手术操作，重点研发新型椎体工具包、骨水泥填注器、微创椎间融合器、干细胞富集器等系列微创骨科器械。

治疗传统的骨质疏松性椎体压缩骨折方法主要包括药物镇痛、支具外固定等，极易导致骨质进一步脱钙疏松，形成恶性循环。而开放性的手术治疗也因患者骨质疏松和身体状况较差而受到限制。 经皮椎体后凸成形术 (PKP)，是近年来出现的一项微创介入治疗骨质疏松性椎体骨折的新技术，即在影像系统引导下经皮及椎弓根先可膨胀性骨球囊置入椎体，球囊膨胀扩张，骨折椎体复位 , 在骨折椎体内制造一个安全有效空间，放气后退出球囊并低压下注入骨水泥，起到增加椎体强度防止塌陷及止痛等作用。为配合PKP手术操作，拟研发用于该手术的全套介入医疗器械。

骨水泥如采用手动调制，往往费时、费力，PMMA气体不容易挥发，且调制后向骨内注射时粘度很大，推注的力度和体积控制完全依靠操作医生的经验，这给手术带来了很大的风险。实验室将研究真空骨水泥搅拌器、高压骨水泥推注器，一方面能够使搅拌更加均匀，有效排出PMMA气体，减少毒性反应；另一方面能够顺畅而精确的控制推注剂量。

大段骨缺损是骨科临床治疗的难点，自体骨和异体骨移植虽然提供了一些有效手段，但由于存在供区骨破坏、供骨不足和移植后免疫排斥或疾病传播的问题，应用受到限制。骨髓间充质干细胞（MSCs）是具有多项分化潜能的种子细胞，在环境诱导下，能向成骨细胞分化，起到骨修复的作用。实验室将研发一种干细胞富集过滤器，可将干细胞筛选和与自体骨/人工骨复合同步进行，无需进行体外培养，快速筛选干细胞、制备生物活性材料，同期回植，用于骨缺损的修复，避免了许多技术上和伦理上的问题，实现真正意义上的骨修复，在骨科领域将具有广阔的应用前景。

江苏省介入医疗器械研究重点实验室新型球囊导管研究方向

高性能的球囊导管是保证微创介入医疗手术顺利进行的必备器械。本方向将开展新型球囊导管结构设计及其复合材料的研究工作，重点进行椎体球囊、肠球囊的研发。

对于用于PKP（经皮椎体成型术）的椎体球囊而言，要求具有：很高的额定爆破压，以撑开椎骨；很强的抗穿刺能力，以克服骨刺的刺穿；很小的纵向延伸率，以防穿入髓腔造成灾难性的后果。目前市场上的同类产品在这三个关键性能指标上还不尽人意。实验室计划在该方向本项研究拟通过复合球囊导管的材料及结构设计实现目标产品（椎体球囊）抗刺穿能力较进口产品提高20%，额定爆破压提高至600psi，纵向延伸率不超过10%。

肠道球囊的研发与应用将解决目前直肠肿瘤、肛瘘等病变在造影、CT、MRI检查时无法显示病变范围和形态的问题。本项研究主要应用于以下四个方面：1)直肠肿瘤的CT、MRI检查，目的是撑开直肠腔，更好地显示直肠壁的病变形态特点；2)结肠造影时代替普通肛管，用于填塞直肠，灌入的结肠造影剂不会从直肠中溢出，解决老年人肛门括约肌功能障碍的造影剂外溢问题，提高结肠造影成功率；3)用于直肠输送试验，配合快速摄片，检查和评价直肠肛门的肌肉在排便过程中的功能状态，便于临床相关手术方案的确定；4)用于复杂肛瘘患者的MRI、CT检查，球囊充盈液体，可以自适应直肠充盈最佳状态，有效地提高肛瘘内口走行的显示率。

江苏省介入医疗器械研究重点实验室复合药物支架研究方向

本研究在充分认识支架植入后血管再狭窄（ISS）的发病机理基础上，针对目前药物洗脱支架（DES）存在的 “作用位点缺漏”、“内皮化延迟”、“爆发释放”等问题，开展复合控释、选择性释放的载药涂层研究。采用雷帕霉素、肝素作为抑制血栓形成及 ISS的药物，以可降解高分子涂层为载体，设计出承载药物容量可控、药物释放速度可控的复合药膜。该复合药膜可在不同时段控制释放不同的药物及其释放剂量，调控药物作用释放曲线，以实现药物持久、平缓的释放模式。这些药物的作用可以相互补充，并分别在不同时间段作用于血管内膜，以达到完全切断ISS发病途径，并抑制早、中、晚期血栓形成的目的。

在以上研发工作的基础上，建立支架药物涂层的控释模型，为支架药物涂层的设计及选择提供理论依据，并向其它支架领域拓展，如食道支架、肿瘤支架等。

江苏省介入医疗器械研究重点实验室授权专利

已授权专利：

1. 发明：一种小粒径、高机械强度缓释载药复合微球的制备方法，ZL201010257774.4，吴洁等

2. 发明：一种药物缓释用壳聚糖/凹土复合材料的制备方法，ZL201010251789.X，吴洁等

3. 发明：一种废血收集球囊，ZL201010132915.X，梁栋科等

4. 实用新型：测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置，ZL201120371173.6，刘爱辉等

5. 实用新型：一种骨水泥搅拌器，ZL201020003113.4，梁栋科等

6. 实用新型： 一种用于微创外科手术的骨水泥推注器，201020003112.X，梁栋科等

7. 软件著作权：医疗器械管理风险评估系统软件，2011SR091157，章慧

8. 软件著作权：医疗设备计量鉴定系统1.0，2011SR021620，庄军

已申请专利：

1. 发明：减摩增韧金属/陶瓷仿生多层膜人工关节，201210047435.2，周广宏等

2. 发明：提高不锈钢骨板和骨钉生物活性的涂层，201210047441.8，周广宏等

3. 发明：医用钛合金抛光液及抛光方法，201210065509.5，周广宏等

4. 发明：一种多孔钛及钛合金的高效低能耗制备方法，201210068342.5，刘爱辉等

5. 发明：一种止血绷带，201110264984.0，梁栋科等

6. 发明：一种用于微创外科手术的骨水泥推注器，201010003051.1，梁栋科等

7. 发明：一种骨水泥搅拌器，201010003050.7，梁栋科等

8. 发明：一种干细胞过滤筛选富集并快速复合装置，201010187214.6，梁栋科等

9. 实用新型：一种大手术后用于伤口内积血引流的引流管，201120279500.5，梁栋科等

10. 实用新型：一种骨科手术用穿刺针，201020146772.3，梁栋科等

11. 实用新型：一种废血收集球囊，201020141787.0，梁栋科等

12. 实用新型：一种无针加药接头，201020147966.5，梁栋科等

13. 实用新型：一种止血绷带，201020147967.X，梁栋科等

14. 外观设计：便携式干细胞筛选富集蠕动泵，201130255659.9，梁栋科等

江苏省介入医疗器械研究重点实验室学术论文发表情况

2012年：

1. 周广宏/第3. 钛系化合物薄膜/多层膜的研究进展. 材料热处理技术.

2. 丁红燕/第1. 医用镁合金的耐蚀性研究及其进展. 材料热处理技术.

3. 潘长江/第1. Grafting carbon nanotubes on titanium surface for osteoblast cell adhesion and growth. Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology.

4. 夏木健/第1. 医用Ti6Al4V合金表面改性研究进展. 腐蚀与防护.

5. 潘长江/第1. Microcontact Printed (µCP) Protein Micropatterns on Titanium Surface Characterized by Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM). Advanced Materials Research.

6. 丁红燕/第3. Ar等离子体改性纳米钛基TiO₂薄膜生物活性研究. 真空科学与技术学报.

7. 丁红燕/第3. 掺钽TiO₂薄膜的生物活性研究. 功能材料.

8. 丁红燕/第4. 纳米结构316L不锈钢基掺钽TiO₂薄膜生物活性研究. 真空科学与技术学报.

2011年：

1. 潘长江/第1. Directing human chondrocytes cell behavior by fabrication of protein micropattern on polystyrene surfaces. Advanced Materials Research.

2. 潘长江/第1. 原子转移自由基聚合在生物材料中的应用. 材料导报.

3. 潘长江/第1. Enhanced Antibacterial Activities of Biomimetic HA Coatings by Incorporation of Norvancomycin. Journal of Orthopaedic Science.

4. 潘长江/第2. 钛表面蛋白质微图形的构建及其对人体成骨细胞粘附行为的影响. 材料导报.

5. 孔晶/第1. siRNAs-mediated knockdown of F gene inhibits the target cell growth and its anchorage-independent growth. Progress on post-genome technologies.

6. 孔晶/第1. Culture conditions for yield improvement using a threonine-producing Escherichia coli strain. Progress on post-genome technologies.

7. 孔晶/第1. Expression of hepatitis C virus F protein leads transfected cell to transformation. Journal of nanjing university (natural sciences).

8. 吴洁/第1. Preparation characterization and properties of cross linked chitosan. Advanced Materials Research.

9. 吴洁/第1. 大蒜素/有机凹凸棒粘土/海藻酸钠/壳聚糖复合微球的制备及其性能. 中国生化药物杂志.

10. 吴洁/第1. 凹凸棒石黏土壳聚糖复合树脂微球的制备与表征. 硅酸盐学报.

11. 熊清平/第1. 白藜芦醇对高脂血症大鼠血脂及血液流变学的影响. 中药新药与临床药理.

12. 熊清平/第1. 白藜芦醇固体脂质纳米粒体外抗肝癌HepG2细胞的作用研究. 亚太传统医药.

2010年：

1. 潘长江/第1. 钛表面接枝壳聚糖诱导羟基磷灰石涂层的形成. 材料导报.

2. 潘长江/第1. 生物材料表面蛋白质微图形对人体软骨细胞形态及蛋白表达的影响. 生物化学与生物物理进展.

3. 潘长江/第1. Preparation, Characterization and in vitro Anticoagulation of Emodin-Eluting Controlled Biodegradable Coating Stents. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.

4. 潘长江/第1. Microcontact printing of BMP-2 and its effect on human chondrocytes behavior. Applied Surface Science.

5. 潘长江/第2. Controlled assembly of protein-protected gold nanoparticles on noncovalent functionalized carbon nanotubes. Carbon.

6. 潘长江/第2. 钛合金植入体表面抗感染涂层的制备及其体外抑菌性能研究. 生物医学工程学进展.

7. 潘长江/第4. 力生长因子及其E肽对成骨细胞分化的影响. 生物化学与生物物理进展.

8. 潘长江/第5. The Janus-SAM Approach for the Flexible Functionalization of Gold and Titanium Oxide Surfaces. Small.

9. 周广宏/第1. Fretting wear study on micro-arc oxidation TiO2 coating on TC4 titanium alloys in simulated body fluid. Tribology letter. 2100433B

江苏省介入医疗器械研究重点实验室，于2010年经江苏省科学技术厅批准，依托于淮阴工学院，由江苏瑞上医疗器械有限公司和上海康德莱企业发展集团有限公司协助共同建设，并与中国医科大学，江苏省人民医院，南京医科大学和淮安市第一、第二人民医院紧密合作形成，进行联合技术开发和攻关的科学研究及科技开发平台。目前，实验室建设面积1000m2，科研设备经费投入500余万元，具有专职人员15名，其中拥有高级职称人员6名，拥有博士学位11人。形成一批以年青教师为主，各学术方向人员配备合理，梯队成员间知识结构互补，分工明确的科研团队。实验室在前期工作的基础上，凝练并确立了“外周复合药物支架、微创骨科器械以及新型球囊导管”三个主要研究方向，汇聚形成了以教授、博士为带头人的年富力强、职称结构优良的研究小组。实验室实行学校领导下的主任负责制，设立独立的学术委员会。通过设立开放基金，大力推行“引进来、送出去、搭平台、压担子”的创新人才战略，通过外聘方式在国内知名高校和科研院所聘请知名客座教授以及通过与国内高校合作互派科研人员交流来汇聚国内外研发人才。通过三年的建设，重点实验室将建成1500m2，设备值1600余万元的省内乃至全国高水平的介入医疗器械研发、孵化基地；致力于推动我国自主知识产权的高端介入医疗器械尽快上市，改变国内复制国外产品的局面；同时对于培育新兴介入医疗产业，拉动相关产业发展也起到重要作用。

江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室现有教授5人、副教授4人、研究生近100名，拥有各种先进的微细加工系统和分析测试系统。实验室先后完成了国家973前期预研项目、自然科学基金和863计划等数十项纵向及大量横向科研项目。获得了江苏省科技进步一等奖一项、江苏省科技进步二等奖、三等奖多项，取得了良好的社会、经济效益。

江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室位于东南大学九龙湖校区机械楼二楼，已建成实验用房1000平米，其中建成150平米医用万级超净室和180平米恒温恒湿超净室；同时在共建单位南京微创医学科技有限公司建有实验与检测场地300平米。东南大学九龙湖校区-机械楼

实验室的建设和运行管理实行东南大学直接领导下的主任负责制。管理委员会成员由江苏省科技厅、东南大学和南京微创科学技术有限公司有关人员组成。实验室主任是最高行政和业务负责人，组织重大项目的申请与实施，制定实验室的发展规划，由东南大学聘任，任期四年。

自2003至2008年间，总共完成并承担国家863项目、国家973预研项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金项目十余项，并与美国加州伯克利分校等国内外多家科研单位以及相关企业建立了长期合作关系。

实验室主任为易红教授，副主任为陈云飞教授与倪中华教授。

东南大学微纳医疗器械工程研究所通过多年的研究，在医用血管支架和非血管支架的结构优化设计、支架完整扩张过程的非线性有限元分析以及扩张过程仿真和实验等方面进行了大量的研究，并取得了一些研究成果，授权国家发明专利1项、授权实用发明专利2项，公示国家发明专利4项。

1.研究所承担或完成的项目有：

国家自然科学基金项目“载药纳米颗粒与血管支架自装配机理和方法的研究” （项目号：50475074）

教育部重点项目“纳米颗粒载药涂层支架的研究与开发”（106083）

江苏省自然科学基金项目“面向介入治疗的血管支架数字化设计及偶合扩张过程研究”（BK2005072）

2.发表的技术论文：

在IEEE-EMBS、《Nano Letter》、《Science　in China, E》、《中国机械工程》、《机械工程学报》、《中国生物医学工程学报》等国内外核心期刊上发表与本课题相关的SCI或EI检索论文数十篇，发表国际会议论文6篇，所发表的论文有一篇获南京市第六届自然科学优秀学术论文奖二等奖

[1]微纳医疗器械的工艺仿真。基于原子模型的动力学蒙特卡罗、元胞自动机等方法开展面向复杂三维微结构的复合加工工艺仿真计算与实验方面的研究。内容包括微纳医疗器件的体微加工表面形貌形成机制与质量控制、反应离子加工、薄膜沉积、刻蚀中表面活性剂的作用及解释。本方向将探索微纳医疗器件新工艺和新方法，研究微纳加工方法的机理及其多尺度仿真模型，开发微纳医疗器件的设计工具和系统集成技术。

[2]微纳流体动力学参数测量。在生医检测时，大多以非接触模式原子力显微镜(AFM)来进行测量，为了有效提高原子力显微镜在非接触模式下探针控制系统的稳定性，研究主动型探针需搭建生医样品的感测与检测环境、探针驱动控制系统、探针振幅感测系统以及探针谐振因子测量系统；设计出适用于空气、水溶液及真空的泛用型非接触式原子力显微镜系统。用于检测生物分子与流体分子间作用力，实现对单分子流体传感器的性能评价，以及进行纳米材料、纳米薄膜、微流控芯片等的观察与检测分析。

[3]微纳医疗器械的制造平台。（1）以微流控芯片为研究对象，基于“微全分析系统”概念，研究通过介电泳技术对全血样中的生物细胞进行快速标定、分离、隔离，通过对目标细胞进行自动检测与分析的机理及方法，提出一套切实可行的工艺方法和理论模型。 （2）以单分子传感器为研究对象，研究纳通道的制造工艺，包括纳米线模板工艺和电子束光刻工艺，设计、制造出基于场效应管的纳通道单分子传感器。

[4]微纳医疗器械的制造平台。以微创医用血管支架为研究对象,研究飞秒激光的加工工艺和机理，搭建飞秒激光加工平台；采用飞秒激光加工药载血管支架，研究飞秒激光加工过程中能量传递机理；通过对加工机理的研究，带动机械制造学科向先进制造、极端制造方向发展，推动微纳制造在医疗器械加工方面的应用水平。

[5]微纳医疗器械的纳米模拟。本实验室将开展分子动力学、从头算分子动力学、蒙特卡洛、数值算法的基础理论研究工作，基于并行机群，进行低维结构、微纳流体、固液界面、微尺度传热方面的数值模拟工作；开展纳通道内蛋白质输运的分子动力学仿真；研究纳米通道尺寸小于双电层厚度时，基于连续理论的泊松-玻尔兹曼方程和纳维-斯托克方程的适应性问题。

[6]微纳医疗器械设计理论。 在微纳米尺度下, 材料的力学性质如弹性模量、断裂强度及表面间摩擦力等因受到尺度效应、表面效应的影响而与宏观差异很大。了解微纳材料与结构的力学行为对于微纳医疗器件的设计优化是必要的，相关研究是理论和工程界共同关注的前沿问题，也是发展微纳米尺度力学学科的基础。本实验室开展将从事M/NEMS标准件库、标准加工工艺方面的建模与整理工作，为微纳制造工业界服务；在购买一批商业化设计软件的基础上，从事设计软件的二次开发，研发一批具有自主著作权的微纳医疗器械的设计软件。