目前，小口径人工血管（<6mm）的研究与应用面临诸多挑战。这些血管常用于心脏病和周围动脉疾病治疗，但因其直径小，易发生堵塞和血栓。天然血管内膜为一层光滑致密的内皮细胞，中膜为填充在细胞外基质中的平滑肌细胞。现有临床应用材料，如聚四氟乙烯（PTFE）和聚酯（如Dacron）血管，不能完美模仿天然血管的结构和功能，弹性差导致血小板易沉积，表面疏水导致内皮细胞难以附着，因此血栓形成风险较高。

  研究者首先将植物纤维素在离子液体中溶解后通过模具浇筑的方法进行再生，制备了再生纤维素（RC）水凝胶管，然后将水凝胶管浸泡于一定浓度的甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）溶液中并添加交联剂和光引发剂，最有通过紫外光聚合后水洗制备了再生纤维素-聚甲基丙烯酸羟乙酯（RC-pHEMA）双网络水凝胶管。通过控制HEMA浓度、浸泡时间、光聚合时间使聚甲基丙烯酸羟乙酯在纤维素网络中呈现梯度分布，实现表面光滑致密，内部疏松多孔的仿生结构；同时制备的复合管具有与天然血管相近的力学性能和弹性，可缝合、可弯曲。（图1） 

【材料表征】

  研究者首先通过FTIR、NMR、XRD、XPS、分子模拟等表征方法证实了pHEMA在RC网络中的分布以及相互作用。（图2） 

  然后测试了复合材料的力学性能，缝线保留，爆破压力，水接触角并通过SEM观察了材料的内部结构。结果显示单纯RC或pHEMA力学性能较差，二者复合后相互增强，力学性能显著提升并与天然血管类似。SEM观察证实了pHEMA在RC网络中梯度分布，形成了表面光滑致密，内部疏松多孔的仿生天然血管结构。（图3） 

【材料体外细胞和血液相容性】

  随后利用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和兔血测试了体外细胞和血液相容性。结果显示RC-pHEMA无细胞毒性，不会影响细胞的正常增殖、黏附和迁移。RC-pHEMA不会引起溶血，重要的是相比于临床使用的膨体聚四氟乙烯（ePTFE）人工血管，RC-pHEMA亲水的表面可以使纤维蛋白原和血小板黏附量较少，这从源头上减少了血栓形成。（图4，图5） 

【材料体内植入】

  最后将RC-pHEMA移植替换兔颈动脉，通过血管超声发现植入3个月后管腔血流通畅，未见明显狭窄，病理染色发现管壁内侧有内皮细胞生长，管壁外侧有新生血管形成，未见明显炎症反应。对兔的其他器官（心、肝、肾）进行病理分析显示RC-pHEMA不会对全身重要脏器产生影响。（图6） 

  综上所述，梯度扩散和聚合方案使RC-pHEMA人工血管能够复制天然血管的微观结构和机械/界面性能，具有良好的生物相容性和体内植入的通畅性。本研究开发的简单、高效、可控的策略为纤维素基小口径人工血管的开发和应用提供了新的可能性，同时也为制备其他仿生材料提供了参考。

  论文信息：Miao Tian¹, Jianbo Shuai¹, Brandon A. Bishop, Wei Zhang, Jimei Chen*, Xiaohui Wang*. Plant cellulose-based biomimetic artificial Small-Diameter vascular materials enabled by gradient Dual-Network entanglement. Chemical Engineering Journal 476 (2023) 146751. DOI: 10.1016/j.cej.2023.146751.

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146751

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