首页〞三牛平台〝首页，长运账号注册。心血管疾病是全球健康领域面临的重大挑战，在世界范围内引发显著的致病率和致死率。这类疾病涵盖影响心脏与血管的多种病症，包括冠状动脉疾病、中风、外周动脉疾病及心力衰竭等。尽管现代医学与医疗技术已取得长足进步，这类疾病仍持续对个人、家庭及医疗系统造成严重影响。本文首先系统分析了常用人工血管合成材料与天然材料的优势与不足，深入探讨了包括先进纺织技术、静电纺丝、热致相分离法和3D打印在内的多种人工血管制备工艺。通过对不同制备方法特性的批判性分析，结合最新研究进展进行综合评价。研究明确指出理想人工血管需要具备的机械性能、孔隙率、生物相容性和抗菌特性等核心性能指标，重点概述了血管功能化研究的最新动态，尤其聚焦于抗血栓形成、促进内皮化以及提升一氧化氮生成效率等关键领域。文章最后系统归纳了当前血管移植物面临的主要挑战，并对未来研究方向提出建设性展望。

　　心血管疾病是导致人类死亡的重要因素，约占全球年死亡人数的三分之一。当机体出现缺血性心脏病、外周动脉疾病等心脏血管病变时，受损血管往往难以实现有效血液供应，此时需要通过修复、置换或搭桥等外科手术干预。临床实践中，取自患者自体的大隐静脉、乳内动脉及桡动脉等移植血管因其低免疫排斥风险和高通畅率，被视为血管移植物的金标准。但这类自体移植物存在二次创伤、疼痛、感染及供区愈合缓慢等不足，限制了其临床应用。因此，开发能够模拟天然血管、实现血管旁路疏通或替代病变血管的人工血管具有重要临床价值。

　　人工血管通常采用生物相容性材料模拟天然血管结构与功能，确保血液有效输运。根据血管疾病外科治疗方式差异，可分为置换型与腔内隔离型两类。置换型人工血管通过开胸、开腹等外科手术置换病变血管，但其通过缝合线与机体血管系统连接，可能引发缝合处渗血风险。此外，天然血管特有的锥度特征与不同直径人工血管连接时容易产生湍流，可能导致血小板沉积、血管再狭窄等临床并发症。相比之下，腔内隔离型人工血管在手术过程中无需剥离病变血管，由金属支架与人工血管构成的复合结构可实现病患血管与正常血液循环的隔离治疗。研究人员对比分析了覆膜支架与裸金属支架治疗锁骨下动脉闭塞性病变的效果，在161例接受左锁骨下动脉支架置入术的患者中，覆膜支架组初始通畅率显著高于裸金属支架组（93.8% vs. 73.7%）。另一组研究人员通过回顾性分析血液透析患者动静脉内瘘重建术后假性动脉瘤病例，评估血管腔内覆膜支架植入术的临床安全性与有效性。随访数据显示术后1个月和6个月血管通畅率分别为83%与60%，证实覆膜支架植入术是治疗假性动脉瘤的安全微创有效方案。按直径划分，人工血管可分为小口径（＜6mm）与大口径（＞6mm）两类。当前聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、膨体聚四氟乙烯（ePTFE）、聚氨酯（PU）等材料制备的大口径人工血管具有优异远期通畅性，在临床上获得广泛应用。而小口径人工血管受低血压、血流速度慢等因素影响，易在管腔表面形成血栓或异常内膜增生，存在远期通畅率偏低等问题。尽管学界持续致力于研发符合标准的人工血管，但要实现与自体血管金标准相媲美的性能仍面临重大挑战。

　　本综述系统梳理人工血管在材料选取、制备工艺、性能指标及功能化改造等方面的最新研究进展。通过追溯材料发展脉络，涵盖聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、膨体聚四氟乙烯（ePTFE）、聚氨酯（PU）等合成材料，以及聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）等可降解替代材料，同时拓展明胶、胶原蛋白、丝素蛋白、壳聚糖、细菌纤维素等天然材料的应用探索。重点论述了从传统编织、针织、机织工艺到静电纺丝、热致相分离法、3D打印等前沿制备技术，并对其优缺点进行深入比较分析。研究详细阐述了人工血管所需的力学强度、孔隙结构、生物相容性及抗菌特性等核心性能指标要求，同时归纳了针对植入后血栓形成导致的血管通畅性下降、内皮化进程缓慢等问题的改性策略，包括构建亲水界面、搭载抗凝药物、促进内皮再生及调控一氧化氮释放等技术路径。基于此，本文进一步明确当前技术瓶颈并提出未来研发方向，以推动人工血管的临床转化应用。

　　人类血管移植物的最早临床应用可追溯至19世纪末期。研究人员率先采用自体大隐静脉开展股动脉移植研究并获得成功。然而自体血管来源受限与患者血管条件制约促使科研人员转向合成材料制备人工血管的探索。初期各国学者尝试以金属、玻璃、聚乙烯、硅橡胶等材料制备管状结构并开展大量动物实验，但这些管状构件短期内易形成血栓，难以实现临床推广。

　　1952年，研究团队首次报道维纶人工血管成功移植案例，奠定了人工血管研发基础。1962年涤纶人工血管首次成功植入标志着临床应用取得突破性进展。1972年研究人员采用6-12mm内径膨体聚四氟乙烯（ePTFE）人工血管开展猪静脉移植实验，自此该材料应用研究引发学界广泛关注。但需要特别指出的是，针对6mm以下小口径血管修复，这类合成移植物易因急性血栓形成和顺应性不匹配导致治疗失败。值得注意的是，组织工程技术为突破现有人工血管局限提供了新方向：1978年研究人员首创内皮细胞种植技术，通过组织培养构建内皮化管腔，开拓组织工程化血管移植物研究新领域；1986年科研团队在胶原-涤纶复合支架表面接种血管壁细胞成功构建组织工程血管，但其力学性能不足制约了临床应用。最新统计显示，虽已开发出多种具有临床转化潜力的新型制备技术，目前尚无成熟产品通过市场准入。本章系统归纳现有人工血管材料的性能特点（详见表1），并梳理最新研究成果，为材料优选提供科学依据。

　　聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是由有机二元酸与二元醇缩聚而成的合成纤维，其高强度、耐持久性及优异生物相容性使其成为人工血管制备首选材料。通过调控化学结构与加工特性，可实现不同临床需求的定制化设计。但需注意，尽管PET材料性能卓越，仍面临表面血栓形成等挑战。学界正着力通过表面改性与多材料复合策略进行优化：

　　表面胶原固定技术可使蛋白包覆稳定性提升，并促进细胞黏附增殖（持续作用24天）

　　开发直径6mm的多孔丝素蛋白涂层移植物，该结构具有快速体内降解特性，可促进宿主组织重塑

　　聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米颗粒在PET血管表面形成稳定结合，为早期血栓防治提供新途径（详见图1(A)）

　　等离子体技术可引入羟基、羧基等活性基团，改善材料表面亲水性，为细胞附着创造更有利条件。值得注意的是，PET人工血管因网孔较大需进行预凝血处理以防止术中渗血。

　　膨体聚四氟乙烯（ePTFE）作为四氟乙烯衍生的高分子化合物，凭借耐久性、多孔结构等优势成为主流合成血管材料。但其固有疏水特性易引发血栓形成，限制其在小口径血管中的应用。当前研究重点集中在：

　　构建表面改性平台增强内皮细胞黏附，例如通过聚多巴胺（PDA）修饰建立功能化界面（见图1(B)），同步搭载抗凝药物与细胞外基质活性肽，实现抗血栓与促内皮化双重效应；

　　采用聚柠檬酸辛二醇酯（POC）涂层联合全反式维甲酸固定技术（见图1(C)），有效抑制移植物近远端内膜增生，同时提升内皮覆盖度；

　　应用聚（二醇-柠檬酸-抗坏血酸）弹性体涂层（见图1(D)），组织染色证实可显著减少新生内膜厚度；

　　图1. (A)PLGA纳米颗粒通过共价结合固定于PET基材表面；(B)经双功能修饰的ePTFE移植物在动物模型中展现高内皮覆盖率；(C)全反式维甲酸固定技术有效抑制移植物内膜异常增生；(D)在动物模型中开展涂层与未涂层移植物的力学特性对比及组织学评估；(E)富含生物活性因子的ePTFE移植物表面接种内皮细胞5日即形成融合单层

　　实验数据显示该技术可产生血管新生协同效应，接种的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）在5日内即形成完整内皮层（详见图1(E)）。另一方面，通过材料复合策略可进一步优化血管性能：

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　　以乙醇为润滑剂促进膨体聚四氟乙烯（ePTFE）血管移植物糊剂挤出成型，创新性利用水/乙醇双溶剂体系实现对水溶性生物分子或药物的高效包载。该方法突破传统表面改性技术均质性不足与效应持续性有限等技术瓶颈。

　　研究人员采用新型润滑体系成功将蛋壳膜（ESM）活性成分与肝素共掺杂至移植物中（技术路线(A)），使人脐静脉内皮细胞活力值获得显著提升。

　　图2. (A)含蛋壳膜活性成分与肝素的ePTFE移植物制备流程；(B)搭载肝素-阿司匹林复合物的PCL/PU移植物抗栓-促内皮化双重功能示意；(C)多层复合结构人工血管成型工艺原理图；(D)明胶/PU复合涂层提升基材血液相容性机制

　　聚氨酯（PU）因其优异的弹性模量匹配性与抗血栓特性，被视为理想血管替代材料：

　　通过共价接枝肝素-阿司匹林复合物（详见图2(B)），实现药物缓释控制，降低全身毒性风险

　　采用静电纺丝技术调控溶液浓度、喷头取向等参数，优化移植物孔隙结构与力学性能

　　通过湿法纺丝结合针织工艺制备三层复合小口径血管（技术路线(C)），在穿刺强度等指标上优于传统材料

　　创新性将PU与纤维蛋白复合构建电纺支架，动物实验证实移植物厚度可随植入时间动态变化，表明新生血管组织生成

　　在基材表面构建仿细胞外基质（ECM）的明胶/PU复合涂层（作用机制见图2(D)），既能有效防渗血，又可显著提升内皮细胞增殖活性

　　如上所述，多种合成材料已被用于人工血管制备。然而这些合成材料在体内难以降解，可能长期存留于患者体内，易引发内膜增生、移植物钙化、免疫排斥及感染风险。当前策略是采用聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸等可生物降解合成材料。这类材料植入体内后可为细胞生长提供支撑，最终被自体组织吸收重构并完全替代，具有持续生长潜能、良好生物相容性及低感染排斥风险等优势，可避免二次手术并有助于提升血管移植成功率。

　　聚己内酯是常用的人工血管材料，具有优异机械性能、良好生物相容性及温和降解副产物等特点，在组织工程领域应用广泛。通过静电纺丝技术可将聚己内酯加工成多孔支架，该技术利用电场作用制备纳米纤维。研究人员评估了降解对聚己内酯基纳米纤维血管支架结构性能的影响，方法是将支架浸入磷酸盐缓冲盐水溶液中进行体外降解测试。结果显示该支架随时间推移展现良好纤维结构并完全降解，纤维直径略有增加，表明其在组织工程中的应用潜力。不过，其缓慢的降解速率被认为是导致血管移植物长期钙化和管壁再生不足的主要原因，同时该材料的亲水性差且缺乏细胞特异性相互作用也限制了应用。

　　为解决此问题，可将快速降解材料与慢速降解材料复合制备具有合适降解速率的血管移植物。已有研究尝试将胶原与聚己内酯结合，利用前者优异的机械性能和后者突出的生物相容性、亲水性及可降解特性。另有研究将快速降解的聚癸二酸甘油酯与聚己内酯复合以促进宿主细胞浸润和血管快速重构（图3(A)）。但人体组织的缓慢再生速度可能无法匹配聚癸二酸甘油酯材料的快速降解，易导致血管通畅性问题，因此需要更多研究确保移植物应用于人体的安全性。

　　图3. (A)新型聚癸二酸甘油酯/聚己内酯复合血管内皮化及外膜血管化过程。(B)管状编织结构使移植物更易与自体血管缝合且不易渗血。(C)聚乙醇酸/聚癸二酸甘油酯血管移植物植入后发生的新内膜重塑与形成过程。(D)植入3个月后巨噬细胞组织结构变化。(E)聚己内酯/聚乳酸复合血管移植物制备流程。

　　聚乙醇酸是最早应用于生物医学领域的可降解合成高分子材料，具有良好机械性能、完全生物降解性、短降解周期及优异生物相容性。该材料因弹性与天然组织相近、降解速度快且具有新生组织形成潜力等特性，在人工血管领域应用广泛。不过，其快速降解特性易导致力学强度丧失、与天然血管顺应性不匹配，且酸性分解产物可能诱发炎症反应。因此常与其他材料复合以改善性能。

　　研究人员将内皮细胞与平滑肌细胞分别接种于聚乙醇酸管状编织物内外表面，在不同构型（如L型、Y型）下移植物均展现出与天然大鼠主动脉相近的力学性能，且缝合处无液体渗漏（图3(B)）。该管状编织物的多孔中空结构有利于营养物质和氧气向细胞的稳定输送，并可稳定缝合于自体血管。最终这类可降解移植物预计在血管稳定约15周后完成降解。另有研究人员将聚癸二酸甘油酯涂覆于聚乙醇酸编织管表面，植入大鼠体内3个月后观察发现管腔表面形成内皮层，并检测到大量肌球蛋白重链阳性细胞分布（图3(C)），表明移植物正在进行重塑并形成新动脉结构。相较对照组，实验组巨噬细胞数量显著减少且未见明显钙化区域（图3(D)），表明该材料是颇具前景的小口径血管移植物选择。

　　此外，聚乳酸也常用于人工血管制造。该材料除具备优良生物相容性外，其力学性能可通过分子结构调控满足人工血管对强度与弹性的特定需求。然而该材料存在生物活性缺陷，需引入生物活性分子以促进血管新生。研究人员采用新型胶原长丝与聚乳酸纱线的电化学组合方式构建环形编织支架，相较单纯聚乳酸支架，胶原成分可使初始细胞粘附量提升10倍，并最终实现细胞数量增加3.2倍，有效促进内皮细胞募集与增殖。另有研究人员在聚乳酸织物表面涂覆聚己内酯，使血管渗透性显著降低、结构稳定性明显增强（图3(E)）。受天然血管结构启发，科研团队结合两种材料制备出具有孔径梯度分布的三层血管结构，该结构不仅力学性能优异，还能承受与人体冠状动脉相同的血流量。值得注意的是，该材料已广泛应用于血管支架、动脉修复及血管移植等关键领域，其卓越的生物相容性与可降解性为患者术后恢复提供了更可靠保障，但材料长期应用过程中的稳定性与时效性仍需深入研究。

　　综上所述，可生物降解合成材料在人工血管制备中展现出明显优势，有助于减少术后并发症并降低二次手术需求。但目前基于可降解材料的人工血管制造领域仍面临诸多挑战：需精准平衡材料降解速率与稳定性以确保血管修复再生过程中的有效支撑，部分材料存在生物活性不足需引入生长因子等活性分子促进组织再生。未来仍需在材料改性、结构设计及临床应用等方面持续探索突破。

　　除上述合成材料外，胶原蛋白、明胶、壳聚糖、丝素蛋白与细菌纤维素等天然材料也广泛应用于人工血管制备。这类天然材料通常在生物体整个生长周期内形成，构成细胞外基质的主要成分，可促进细胞粘附与增殖从而助力组织修复再生。相较于合成材料，天然材料具备更优的细胞相容性与生物相容性，无免疫排斥反应，且与人体自体血管匹配度更高。

　　胶原蛋白是血管、韧带、皮肤、肌肉等人体各部位组织的主要构成成分，作为人体含量最丰富的蛋白质之一具有优良生物相容性。该材料既可用于构建支架，也可作为血管外层提供结构支撑并促进细胞粘附生长，其天然可降解特性使材料随时间推移被人体逐步吸收代谢，目前已被用作多种医疗器械与组织工程支架的生物材料。科研团队率先通过圆机编织与静电纺丝技术成功制备出双层胶原血管移植物，其优异力学性能确保了植入后的尺寸稳定性。

　　明胶通常源于从动物皮肤、骨骼或肌腱中提取的胶原蛋白，经水解加工形成的水溶性凝胶状物质，在人工血管制造中应用广泛。壳聚糖是从虾蟹、贝壳等海洋生物外骨骼中提取的天然阳离子多糖化合物，富含氨基、羟基等功能基团。该材料不仅具备优良生物相容性、可降解性与抗菌活性，更因其在酸性水介质中的溶解特性，可加工形成仅含壳聚糖与水的多种物理形态（如水凝胶、冻干材料及纤维等），在生物医学领域应用前景广阔。研究人员开发出基于壳聚糖的水凝胶血管，体外实验显示其具有良好的生物相容性并能促进内皮细胞增殖，植入绵羊体内后表现出强缝合强度且未引发血管堵塞。通过调控壳聚糖浓度，可制备出能承受生理血压且具备适宜力学性能的人工血管。

　　通过静电键合方式还可进一步提升材料的生物相容性。研究人员采用逐层组装技术将壳聚糖与肝素依次涂覆于活化处理的聚氨酯膜表面，使材料表面疏水性增强并将体外凝血时间、复钙时间延长，同时保持体外溶血率低于0.01%。另有科研团队运用层层自组装法在聚己内酯/丝素蛋白纳米纤维表面沉积带有相反电荷的肝素与壳聚糖（图4(A)）。实验结果显示内皮细胞可有效增殖粘附于纳米纤维支架表面，同时能有效抑制细菌生长。

　　该材料还可作为药物载体发挥特殊作用：带正电荷的壳聚糖通过静电作用与肝素分子中带负电荷的基团结合形成纳米颗粒。研究人员利用肝素/壳聚糖纳米颗粒作为药物载体，借助肝素与神经生长因子间的特异性结合特性，使改性后的血管支架表面显著抑制血小板粘附活化并阻止平滑肌细胞过度增殖。此外，科研人员通过冷冻干燥、酰胺化及静电纺丝技术相结合的方式开发出三维管状支架（图4(B)）。该支架由肝素/壳聚糖/明胶复合内层构成，展现出优良的生物相容性，其中肝素的缓释特性赋予血管支架良好的抗血栓性能，可有效预防急性凝血事件发生。

　　图4. (A)通过层层自组装法在血管表面沉积壳聚糖/肝素复合涂层。(B)由肝素接枝明胶与壳聚糖复合海绵构成的多层血管支架展现出稳定的力学性能与内皮化效果。(C)彩色多普勒超声检查显示移植物在术后即刻及植入46天后均保持通畅。(D)复合材料及管状血管移植物制备流程示意图。(E)移植物植入4周后的重塑过程。

　　丝素蛋白是从蚕茧中提取的天然蛋白质材料，具有优良生物相容性、可控降解性、轻微炎症反应、适宜力学性能及高加工性能。该材料可定制形成多种形态结构，在冠状动脉疾病等心血管疾病治疗、组织工程血管构建及药物递送系统开发等领域应用广泛。研究人员通过大鼠模型对比了该材料与膨体聚四氟乙烯血管移植物的通畅率及组织学响应，静脉置换4周后该材料移植物展现出更优的通畅率，其内皮化水平与胶原纤维浸润程度均显著优于对照组。

　　此外，丝素蛋白微球凭借优异的生物相容性与可控药物释放特性，在药物保护与精准递送方面展现出独特优势。其粒径与结构可根据需求调控，通过调整载药浓度与包埋工艺可进一步提升对药物释放速率的控制。研究人员采用乳液沉淀法合成紫杉醇/二甲双胍载药丝素蛋白微球，并通过静电键合方式逐层包覆于支架表面，实现药物缓释的同时为腹主动脉瘤治疗提供了新思路。该材料既可保护药物活性，又能促进细胞生长与修复，在血管治疗领域具有广阔应用前景。

　　然而，这类天然材料易发生降解，过快的降解速率可能导致血管结构塌陷。采用降解速率更缓的天然材料或为潜在解决方案。细菌纤维素是微生物合成的纤维素基生物材料，具有高结晶度与低溶解性特征，在体内降解能力较为有限。该材料兼具卓越生物相容性、高吸水性与可控降解性，其纤维状结构可提供力学支撑，经功能化修饰后还可促进细胞粘附生长从而提升人工血管生物学性能。科研团队将风干细菌纳米纤维素管植入兔模型，发现该材料除便于储存运输外，还具有优异的力学性能与抗凝血特性（图4(C)）。另有研究通过在膨胀马铃薯淀粉溶液中培育获得具有多级结构的细菌纤维素/马铃薯淀粉复合材料（图4(D)），兔体内植入4周后发现移植物内表面形成与成熟内皮细胞相同的完整单层结构（图4(E)）。此外，也可通过添加皂化醋酸纤维素制备复合人工血管。研究人员结合静电纺丝、原位生物合成及激光烧蚀技术制备双层移植物，致密的微纳米纤维内层利于内皮化进程，大孔隙外层促进平滑肌细胞生长增殖，由此实现对不同层面特定细胞行为的调控。

　　天然材料在人工血管制备领域展现出显著优势，其优异的生物相容性及可降解性有助于降低移植后的免疫排斥风险。但该类材料在力学性能、降解稳定性及感染风险等方面仍存在提升空间。因此，未来研究需重点提升材料力学性能与稳定性，使其满足血管高强高压环境下工作要求，同时通过复合改性手段平衡材料降解速率与组织再生进程的匹配关系，并建立系统的感染防控策略以拓展临床应用范围。

　　近年来，越来越多先进技术被应用于人工血管领域，包括机织、针织、编织等先进纺织成形技术以及静电纺丝、3D打印、热致相分离等新兴技术。这些技术为人工血管发展带来新前景。本节总结了各项技术的优缺点（表2）并介绍了当前研究进展。

　　机织、针织与编织是人工血管制造中最早应用的工艺技术，具有广泛的应用基础。这类方法制备的人工血管具有弹性优良、孔隙率适中且易于缝合等优势，至今仍被持续使用。

　　机织人工血管具有结构稳定、质地均匀的特点（图5(A)）。通过调控经纬纱线密度与组织结构，可构建不同孔隙率与弹性的表面结构，实现细胞有效粘附增殖。科研团队通过机织技术制备丝素蛋白/肝素功能分叉支架，有效提升了血管通畅率。相较机织血管，针织人工血管具备更优的弹性与顺应性（图5(B)）。研究人员将针织聚乙烯醇纤维浸渍于聚己内酯溶液并经热处理形成兼具弹性与耐压特性的血管支架。

　　编织工艺通过特定方式编结多根长丝以制备人工血管（图5(C)）。其编织参数的改变对血管性能具有显著影响：通过调控编织角度、密度等参数可有效调节炎症水平与血管形成进程（图5(D)）。得益于独特结构，编织支架具有良好延展性、柔顺性与顺应性，利于大血管移植应用，但其大孔结构易引发严重渗血问题，限制了小口径血管的应用。目前研究重点集中于通过材料复合改性（如表面涂覆其他材料）或技术融合手段提升编织管防渗血性能。

　　研究人员采用可降解聚乳酸复丝纱线编织无缝管状结构，并将其嵌入水凝胶基质中形成具有优异机械增强效果的复合移植物，体外实验证实该结构可增强巨噬细胞活化并促进内皮细胞迁移（图5(E)）。另有科研团队将编织技术与水凝胶相结合，通过定制3D铸模制备涤纶管状柱增强海藻酸钙/聚丙烯酰胺水凝胶血管移植物，相较原始水凝胶移植物与膨体聚四氟乙烯移植物展现出显著提升的力学性能。

　　图5. 传统纺织技术包括(A)机织、(B)针织与(C)编织。(D)不同编织参数下的血管移植物。(E)针织参数差异对血管移植物性能的影响。(F)共形静电纺丝三维中空纳米纤维分叉管支架制备流程。

　　静电纺丝技术利用高压电场作用使聚合物溶液从微小喷孔射出。伴随溶液运动过程中的溶剂逐渐挥发，带电聚合物纤维通过射流鞭动发生拉伸细化，最终以无序或定向排列方式沉积于接地收集装置形成微米或纳米级纤维网络。该技术制备的纤维直径通常为微米至数十纳米级别，其结构与人组织细胞外基质高度相似，具有高孔隙率特性，有利于促进自体细胞粘附增殖。基于上述优势，该技术在血管制备领域得到广泛应用。

　　通过控制聚合物溶液组分、施加电压及收集装置构型等参数，可实现血管支架结构与性能的精准调控。科研人员利用动态心轴收集装置构建具有特定曲率的三维中空纤维网络（图5(F)），成功模拟人体血管分叉结构特征。该技术还可结合功能性涂层制备多层次复合支架，为个性化血管移植物开发提供技术支持。

　　将生物活性分子融入静电纺丝技术可有效提升血管移植物的生物相容性。例如在聚氨酯材料中引入明胶组分可显著增强材料亲水性并实现基础降解速率调节，进而促进内皮细胞粘附增殖。将药物成分与纺丝溶液共混则是一种简便高效的功能改性手段：研究人员将雷帕霉素与聚己内酯共混后静电纺丝至脱细胞血管化移植物表面，该结构具有持续药物释放特性并能有效抑制内膜增生。另有研究在血管支架中引入肝素、血管内皮生长因子及黄酮类物质等功能成分，显著增强血管抗血栓与内皮化功能。

　　通过定制化静电纺丝设备还可制备具有特殊结构的血管移植物。科研团队设计具有双层周向波纹结构的纺丝接收装置，成功制备小口径双层波纹血管移植物，其波纹设计不仅赋予血管与天然血管相近的力学性能，还可有效防止血管折曲以维持通畅性。值得注意的是，人体内极少存在笔直等径血管结构。研究人员开发基于静电纺丝的曲面、非圆形及分叉血管移植物制备工艺，重点关注纤维源、电场收集器位置及芯轴运动方案对血管力学性能的影响规律。实验表明，通过正交定位的源收集器与定时旋转倾斜运动方案可获得最佳形态血管。

　　科研人员还通过共形静电纺丝技术设计出具有中空结构的纳米纤维分叉管状支架（图5(F)），该技术可通过调控纺丝时间精确控制支架厚度，所制备支架展现出无渗漏液体传输特性，为个性化血管移植物开发提供了新思路。该技术还可通过调控接收装置运动轨迹构建复杂三维血管网络，在组织工程领域具有广阔应用前景。

　　虽然静电纺人工血管因其促进组织重建的特性备受关注，但其力学性能的不足仍制约着实际应用。为突破这一瓶颈，研究人员从多方面开展改进：通过逐层静电纺丝工艺制备结构增强型双层血管（图6(A)），该结构不仅具有优异的力学强度与更高顺应性，还能有效抑制动脉瘤形成；采用冷冻干燥、热处理等后处理工艺优化纺丝支架（图6(B)），通过调控纤维间结合力、孔隙率及降解速率实现性能提升；开发稳定射流静电纺丝技术，通过精确调控分子取向与纤维排布有序度显著改善材料力学性能。

　　值得注意的是，最新研究将摩擦纳米发电机（TENGs）集成于人工血管中（图6(C)），该结构既能支持血管内皮细胞生长，又可实时监测血流动力学变化，为自供能人工血管开发提供新思路。

　　静电纺丝制备过程中需使用二氯甲烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺等有机溶剂溶解高分子材料形成纺丝液。但纤维成型过程中溶剂无法完全挥发，导致终产物中残留溶剂与药物协同释放，可能引发炎症反应、细胞毒性等生物安全问题，同时还会影响纤维力学性能与降解行为。目前主要通过优化电压、流速、针头-收集器间距等工艺参数提升溶剂挥发效率，并辅以真空干燥、热处理等后处理技术进一步去除残留溶剂。此外，开发熔融静电纺丝、水性溶液静电纺丝等溶剂替代技术可从源头减少有机溶剂使用。未来需开展更系统的毒理学与临床研究以确保材料安全性，从而推进静电纺丝人工血管的临床应用。

　　图6. (A)静电纺丝双层人工血管结构示意图。(B)不同后处理方式对纺丝纤维支架力学及生物相容性影响机理。(C)ePTFE/PHB摩擦纳米发电机结构示意图。(D)编织与热致相分离技术融合制备小口径人工血管流程示意图。(E)3D打印与静电纺丝相结合的三层血管移植物结构。

　　热致相分离法通过高温形成均相聚合物溶液后，经降温引发相分离实现聚合物固化，再通过挥发萃取方式去除稀释剂最终形成聚合物微孔膜。该方法突破了传统非溶剂致相分离法难以应用于结晶性聚合物薄膜制备的局限，拓宽了制膜材料选择范围。

　　热致相分离法制备的微孔膜具有高孔隙率、结构可控及操作简便等优势。科研人员发现通过调控环境温度、溶液浓度等工艺参数可获得不同形貌特征的支架结构。研究人员通过添加聚乳酸-乙醇酸共聚物对聚左旋乳酸/聚左旋乳酸-α-己内酯共聚物共混体系进行改性，成功制备出可降解弹性仿生纳米纤维支架，该材料兼具优异亲水性与形状记忆功能。

　　值得注意的是，通过将该技术与静电纺丝、编织工艺相融合（图6(D)），可制备具有多层复合结构的仿生血管移植物。其致密内层提供力学支撑，多孔外层促进细胞浸润生长，在实现小口径血管功能仿生方面展现出独特优势。此外，结合3D打印技术制备的三层血管移植物（图6(E)），通过结构设计赋予材料梯度力学特性，更贴合人体血管生理环境需求。

　　3D打印技术又称快速打印或增材制造，其核心是通过计算机三维成像软件将二维断层数据重建为三维图像，再转换为标准曲面语言文件进行分层打印与叠加成型。该技术生产流程主要包括模型获取、三维打印与打印后处理三个阶段，目前在医疗领域常用的打印形式包括直接三维打印、选择性激光烧结、熔融沉积成型、立体光刻及生物材料喷射打印等。

　　凭借快速定制个性化类器官产品的优势，3D打印技术在人工血管制造领域备受关注。研究人员利用聚己内酯/壳聚糖/水凝胶生物复合材料通过3D打印制备人工血管，发现不同浓度水凝胶的掺入会按比例直接影响血管的力学与生物学特性。为更好模拟天然血管结构与功能，科研人员将电流体动力喷射（E-jet）3D打印与静电纺丝技术结合，设计出具有独特结构的三层聚己内酯血管移植物（图6(E)），其特殊孔隙结构能有效促进细胞生长。

　　研究还证实3D打印增强型血管移植物具有抗扭结特性：通过单螺杆微挤出装置在静电纺丝纳米纤维层表面螺旋打印聚己内酯溶液，获得具有螺旋结构的三层血管移植物。犬类动物植入实验显示该结构具备抗折曲特性且无渗血现象，6个月内均保持高通畅率。通过三维生物打印技术将活性细胞与生物材料同步沉积，更有望构建具有生物活性的功能化血管移植物，为组织工程血管开发开辟新路径。

　　除传统打印技术外，多种新型3D打印技术也在生物医学领域获得拓展应用。共轴打印技术利用同心双层针头特性将两种不同生物墨水以核壳形式共挤出，可便捷构建管状结构。通过调控共轴喷嘴内外径及打印参数，可制备直径小至数百微米的微管状结构。因此，共轴打印技术被认为是制备小口径血管的有效手段。

　　针对打印人工血管普遍存在的力学性能不足问题，开发多组分复合生物墨水或为有效解决途径。科研团队通过引入富含氢键的N-丙烯酰甘氨酰胺增强明胶甲基丙烯酰水凝胶网络稳定性，结合共轴挤出打印技术成功制备出具有优异力学特性（拉伸强度≈22 MPa、拉伸率≈500%、杨氏模量≈21 MPa、耐疲劳性≈200次循环、爆破压≈2500 mmHg、缝线 gf）的微管状结构。细胞实验证实该结构兼具良好生物相容性与快速内皮化特性，为小口径血管构建提供新思路。

　　最新研究提出的丝径可调3D打印（FDA-3DP）策略，通过动态调控打印速度与高度实现沉积墨量连续变化，使常规挤出式3D打印机能够沿打印轨迹生成一维、二维及三维梯度孔隙结构。基于该技术制备的管径连续可变血管支架，为锥形人工血管开发提供了新方向。该技术还可通过多材料协同打印构建仿生力学梯度结构，在血管组织工程领域展现出广阔应用前景。

　　除传统3D打印技术外，4D生物打印技术近年也引发广泛关注。4D打印在三维空间基础上引入时间维度，通过刺激响应性生物材料与活性细胞构建具有动态重塑能力的生物活性结构。这种结构不仅具备复杂几何形态，还能在湿度、温度、电场等外界刺激下随时间推移改变形状与功能。

　　水凝胶材料因其对细胞生长的良好支持性及多刺激响应特性，被认为是4D生物打印的理想载体。科研团队通过调控水凝胶交联参数实现3D打印薄膜在水中的自形变，成功制备T型分叉血管。实验证实该分叉血管具备优异密封性能，其血流速率与同口径天然血管相当，且接种于人脐静脉内皮细胞后可在血管内表面形成完整单层结构。

　　值得关注的是，最新研究通过海藻酸钠/胶原肽与自体内皮细胞复合，并利用氯化钙溶液快速交联形成生物工程血管初始构型，首次实现4D生物打印人工血管移植物在手术模型中的成功植入。培养后发现移植物内壁细胞活性显著，其生物力学性能与人隐静脉相当。

　　尽管3D/4D打印技术凭借高精度、高效率及个性化定制等优势在人工血管领域展现巨大潜力，但仍面临操作复杂、成本高昂及生物相容性不足等挑战。未来需进一步优化生物墨水配方、开发多模态复合打印工艺，并建立完善的生物安全评价体系，推动该技术在临床转化中的应用。

　　人体血管在体内承受血流压力、脉动压及周围组织作用力等复杂生理应力。图7(A)展示了血管壁生理参数与受力状态的关系模型。因此，人工血管需具备承受上述复合应力的能力以保证临床安全性。常用力学评价指标包括拉伸强度、压缩强度、爆破强度、弯曲强度及缝合固位强度等，相关测试方法如图7(B)所示。

　　其中，拉伸强度是评估人工血管抵抗拉伸形变的核心指标，通过拉伸应力-应变测试可系统评价材料抗拉伸性能。该测试以恒定应变速率施加拉伸形变直至材料失效或达到预定应变值，常用试样形态包括矩形条状、哑铃状及圆环状等（图7(C)）。除静态单次加载测试外，疲劳强度评估也尤为关键——人工血管需在长期生理应力循环作用下保持性能稳定。表3汇总了近年文献报道中部分人工血管的力学性能参数。

　　图7. (A)血管生物力学作用机制示意图：(a)生理参数；(b)生理应力；(c)应力分布；(d)应力关联模型。(B)血管移植物力学测试夹具示意图：(a)纵向拉伸强度测试；(b)径向拉伸强度测试；(c)爆破强度测试；(d)缝合固位强度测试；(e)压缩回弹性能测试；(f)抗扭转性能测试。(C)拉伸力学测试试样类型示意图：(a)矩形条状试样；(b)哑铃状试样；(c)环形试样。(D)天然血管与人工血管结构及对应径向顺应性差异示意图。(E)血管顺应性对远端吻合口血流模式与壁面剪切应力影响机制。

　　血管顺应性表征人工血管在脉动压力作用下沿周向弹性扩张收缩的能力。人体冠状动脉在生理压力范围内的顺应性约为0.0725%/mmHg。顺应性测试通常通过模拟脉动血流的动态系统实现：将试样浸于磷酸盐缓冲液或去离子水中循环施压，通过监测移植物外径变化量按公式计算径向顺应性。

　　值得关注的是，天然血管与人工血管常存在顺应性差异（图7(D)）。这种顺应性失配会导致吻合口处血流紊乱诱发血小板聚集，并促进纤维蛋白血栓形成。研究表明顺应性差异会加剧内膜增生，最终影响血管远期通畅率。科研团队通过新型体外器官培养模型证实（图7(E)），顺应性失配会显著降低血管壁面剪切应力，导致内膜增厚与血管闭塞。

　　研究人员通过调控水凝胶人工血管壁厚实现不同顺应性水平，动物实验表明高顺应性移植物在植入4周后近/远端吻合口内膜增生面积均显著低于低顺应性组（图8(A)）。因此开发具有仿生力学特性的人工血管至关重要：科研人员设计的新型三层管状血管支架（内层纳米级静电纺丝纤维、中层3D打印负泊松比结构、外层超细静电纺丝纤维）展现出优于商用膨体聚四氟乙烯移植物8倍的顺应性水平。

　　图8. (A)低/高顺应性移植物吻合口内膜增生对比。(B)中等孔隙率血管移植物的抗折曲特性。(C)移植物植入后不同时间点炎症标志物CD68、CCR7、CD163表达特征。

　　人工血管孔隙率指材料内部孔隙体积占总体积的比例，通常以百分比表示。该参数直接影响细胞浸润、营养物质传输及血管新生等生物学过程。孔隙率检测方法主要分为两类：

　　通过光学显微镜、电子显微镜或显微CT对血管横断面进行扫描，测量孔隙面积与总面积比值获得二维/三维孔隙率参数。

　　依据ISO 7198标准，通过测定材料表观密度与理论密度的比值计算孔隙率：

　　需特别指出，孔隙率与孔径分布的协同调控至关重要。中等孔隙率移植物（图8(B)）既能维持结构稳定性，又可促进内皮细胞迁移覆盖，在抗折曲与促内皮化间实现平衡。而过高孔隙率虽有利于组织长入，但会显著降低材料力学性能。

　　其中 P（%）表示孔隙率，M（克）表示样品重量，A（平方毫米）表示样品面积，t（毫米）表示样品厚度，ρ（克/立方厘米）表示样品密度。

　　此外，血管的孔隙率（P）可以通过液体置换法来测定。该方法包括将已知干重的血管放入无水乙醇中 48 小时。在此期间，血管吸收的乙醇总量可使用公式（3）计算得出。

　　式中W₂、W₁分别代表移植物湿润态与干燥态质量，d乙醇为乙醇密度，V血管为湿润血管体积。

　　研究表明，血管孔隙率为细胞浸润与黏附提供通道，通过调控细胞渗透增殖过程影响细胞外基质重构。研究人员发现高孔隙率移植物易引发渗血问题，而低孔隙率则可能导致内膜增生，中等孔隙率结构（图8(B)）能促进平滑肌细胞再生并呈现与天然动脉结构相似的环向排列。孔隙尺寸对巨噬细胞极化亦具显著影响：通过构建不同孔径移植物发现，优化孔径可促进巨噬细胞从促炎型M1向抗炎型M2表型转化（图8(C)）。

　　为实现孔隙率与孔径的精准调控，目前主要采用溶剂浇铸、3D打印、静电纺丝及激光刻蚀等技术构筑多孔结构。其中，气体发泡技术因无需有机溶剂且环境友好的特性备受关注：研究人员通过批量发泡技术制备泡沫血管支架，并利用氢氧化钠溶液处理提升孔隙率与亲水性，体外实验证实改性后的表面结构更利于细胞生长。

　　值得注意的是，孔隙率与材料力学性能间存在密切关联。通常高孔隙率会降低材料整体强度，因此需在孔隙率与力学性能间取得平衡。例如采用梯度孔隙设计，在保证内皮细胞浸润所需孔隙的同时，通过致密外层结构维持机械强度，该策略在小口径人工血管开发中展现出独特优势。

　　血液相容性表征人工器官、医疗器械或材料与血液接触后的相互作用程度，主要评估其是否引发异常凝血或炎症反应。

　　人工血管植入后其表面直接接触血液，触发蛋白质吸附引发凝血级联反应，导致血小板黏附聚集并形成富含纤维蛋白的血栓。这些血栓可能完全或部分阻塞管腔，引发组织缺血甚至心血管事件。不良血液相容性还可能诱发炎症因子释放与免疫细胞激活，加剧血管壁损伤并形成恶性循环。

　　体外血液循环测试可有效评价抗血栓性能：如图9(A)所示，通过构建兔颈动脉-颈静脉体外循环回路模拟血液流动状态，实时监测血栓形成过程。优化表面改性的移植物在6小时循环后仍保持通畅，且管腔内未见明显血栓附着。

　　图9. (A)兔颈动脉-颈静脉体外血栓形成模型；(B)熔融沉积成型技术制备抗血小板血管移植物；(C)含生物活性玻璃成分的小口径血管移植物。

　　在物理修饰领域，表面粗糙度调控备受关注。研究人员通过调控氢氧化钠浓度成功构建表面丝光化改性导管，其内腔粗糙度降低50%后，内皮细胞增殖速率提升2.3倍，同时有效抑制平滑肌细胞病理性转化。科研团队通过调控3D打印材料表面粗糙度发现，光滑疏水表面可使血小板黏附密度下降78%（图9(B)）。另有学者系统比较纳米纤维、微米纤维与光滑表面聚己内酯基底的血液相容性，证实光滑表面在抑制血小板活化与纤维蛋白原吸附方面更具优势。

　　然而值得关注的是，部分研究得出相反结论：相较于光滑表面，静电纺丝纤维表面展现出更低水平的血小板黏附激活。研究团队采用氧等离子体处理使材料表面粗糙度增加215%，意外发现血小板黏附量同比降低63%。这种表观矛盾的机理可能与材料亲水性/电荷特性协同作用相关。

　　形态微图案化技术为物理改性提供新思路：科研人员在硅片表面制备线性羟基磷灰石图案，并将其转印至聚左旋乳酸膜制备管状移植物。实验表明微图案可引导内皮细胞沿特定方向迁移增殖，14天内实现完全内皮化，且血小板黏附率较对照组降低82%。

　　此外，通过表面涂层改性（如构建亲水涂层、负载抗凝药物、固定生物活性大分子等）可显著改善血液相容性，具体内容将在第五章节详述。

　　细胞相容性是指生物材料或医疗器械在植入生物体后，能够与细胞及周围组织进行适当相互作用，且不会引发异常免疫反应或其他不良反应的能力。若人工血管缺乏良好的细胞相容性，植入体内后可能被免疫系统识别为异物，从而引发异常免疫反应，包括炎症和排斥反应。这些反应可能导致血栓形成、血管狭窄或损伤，威胁患者的生命健康。因此，人工血管具备良好的细胞相容性至关重要，其可使材料与周围组织和谐共处，促进内皮细胞的黏附、增殖与铺展。这有助于形成稳定的内皮层，降低血栓形成和狭窄的风险，从而延长人工血管的通畅性。

　　体外细胞测试是评估人工血管细胞相容性的重要方法。通常采用成纤维细胞、内皮细胞和平滑肌细胞等细胞系，模拟人工血管植入体内后可能引发的反应，帮助筛选出具有潜力的材料并确保患者与实验动物的安全性。对于人工血管引发的细胞反应（尤其是细胞毒性）评估，一般通过直接测试与间接测试实现。直接测试是在人工血管表面直接进行的细胞实验，而间接测试则是将血管浸提液加入细胞培养液中以确定其对细胞的影响。

　　目前，基于四唑盐的检测方法被广泛用于评估细胞毒性与增殖能力，例如MTT、XTT和CCK-8等试剂。其中，MTT可通过活细胞线粒体内的琥珀酸脱氢酶将外源性MTT还原为不溶于水的蓝紫色结晶甲瓒，通过测定吸光度可间接反映活细胞数量（根据公式（4））。在一定细胞数量范围内，MTT结晶形成量与细胞数量呈正比，该方法被广泛用于人工血管的细胞相容性测试。

　　此外，学界已引入新型表征技术以辅助细胞评估，例如采用溴脱氧尿苷检测法、乳酸脱氢酶活性测定、DNA定量分析与发光法细胞活力检测等手段。同时，通过细胞固定染色、扫描电镜与激光共聚焦显微技术，可观察材料表面细胞形貌及黏附行为的改变。综上所述，体外细胞相容性测试是重要的初步筛选工具，有助于排除毒性物质并为后续研发提供有效信息，但其结果需结合更复杂的体内模型与临床试验才能实现更精准的毒性与相容性评估。

　　当前，提升人工血管的细胞相容性是重点研究方向。研究表明，细胞在材料表面的黏附行为是评价细胞-材料相互作用的关键指标，显著影响后续细胞增殖过程。例如，研究人员制备了具有不同内表面特性的纳米纤维素移植物，发现表面粗糙度最低的移植物在血液环境中表现出最低的血小板和白细胞损失，且凝血系统活化程度显著降低。此外，研究人员通过提升3D打印树脂亲水性有效促进内皮细胞增殖。另有研究发现，优化支架结构可改善细胞相容性。研究人员利用激光增材制造技术设计并制备出负泊松比结构支架，体外细胞相容性测试显示血管内皮细胞在其表面呈现预期的活性与黏附能力。值得注意的是，细胞外基质作为天然生物组织，可向细胞提供必要的生长因子与营养支持，从而促进细胞黏附与迁移。通过脱细胞处理可基于细胞外基质制备高细胞相容性血管支架。羊膜作为重要的生物活性膜材料，其生物学功能与活性血管组织具有相似性。研究人员利用天然提取的植酸固定脱细胞羊膜制备出兼具优异细胞相容性与血液相容性的支架，该支架还能刺激内皮细胞分泌血管内皮生长因子以促进新血管形成。另有研究人员通过对富含胶原蛋白的鱼鳔进行脱细胞及戊二醛交联处理，成功制备出天然衍生材料。该材料不仅具备抗钙化特性、适中力学强度与稳定性，还拥有优异的血液相容性与细胞相容性，是理想的心血管生物材料选择。

　　血管假体植入术后感染是严重影响患者健康的临床问题，发生率约为1%-5%。这主要是由于细菌在血流动力学与成分等因素影响下，可附着于人工血管内表面并利用周围环境中的营养物质快速生长繁殖，逐步形成稳定的生物膜。该生物膜的存在会促使细菌更易向自体血管扩散，引发吻合口炎症、糜烂等并发症，最终造成出血和假性动脉瘤。目前主要通过静脉注射抗生素进行治疗，但抗生素的滥用会导致细菌耐药性持续增强，使治疗过程更为复杂。此外，研究显示抗生素对生物膜的治疗效果极其有限。因此，亟需开发更有效的治疗策略以降低患者感染风险并提高治疗成功率，尤其是针对生物膜形成和抗生素耐药性的解决方案。

　　在血管表面构建抗菌涂层是实现抗感染功能的常见策略，例如利用抗生素负载、纳米银涂层等方法。研究人员通过静电纺丝技术将抗生素掺入人工血管中，证实该方法可有效抑制植入术后感染发生率，同时减少抗生素全身性使用并降低细菌耐药性。研究显示，负载妥布霉素的血管移植物能维持长达5天的良好抗菌活性。此外，通过设计不同静电纺纤维形态可实现差异化的药物释放速率，从而获得不同的抗菌效果。除抗生素外，钴离子（Co2+）也可通过静电纺丝技术负载至血管移植物中以赋予其抗菌性能。需注意的是，若仅采用简单的表面涂层工艺，其抗菌物质存留时间较短且耐久性不足。研究人员对比了药物涂层聚酯血管移植物与未涂层移植物对多重耐药革兰氏阴性菌生物膜形成的抑制效果，发现药物涂层移植物在3周后仍能完全抑制生物膜形成，而未涂层移植物则无此功能。

　　钴离子（Co2+）可在不影响巨噬细胞固有抗菌活性的前提下赋予血管移植物抗菌功能。此外，通过引入壳聚糖等生物抗菌材料可提升血管的抗感染能力——该材料可通过与细菌表面负电荷结合破坏细菌膜结构，进而引发细菌死亡。研究人员通过结合3D打印与静电纺丝技术制备出含铜生物活性玻璃（图9(C)），成功构建了兼具优异抗菌性能的双层结构人工血管，其对革兰氏阴性菌与阳性菌的抗菌活性均显著增强。

　　值得注意的是，抗菌肽作为一种新型抗菌工具备受关注。抗菌肽是多种生物体内产生的小分子多肽物质，具有广谱抗菌活性且不易诱发耐药性。作为生物体先天免疫系统的重要组成部分，抗菌肽可通过破坏细胞膜、抑制细胞壁合成等多种机制快速杀灭微生物，同时在生物医学领域展现出免疫调节等功能特性。研究人员将贻贝仿生粘附肽与生物正交点击化学结合，构建了兼具一氧化氮生成与抗菌肽功能的涂层体系。该涂层工艺简单且能实现生物分子的稳定接枝，实验表明通过表面点击化学接枝的抗菌肽具有良好的存留能力，并能通过穿透破坏细菌膜结构实现杀菌作用。其中铜基复合物与抗菌肽的协同效应对表皮葡萄球菌和大肠杆菌的黏附增殖具有显著抑制作用，即使在30天后仍能维持98%的细菌增长抑制率。

　　人工血管移植物植入后发生失效的主要原因是其生物相容性不足，易引发血栓形成与内膜增生问题，最终导致血管再狭窄。因此，通过功能化改造提升人工血管的长期通畅性成为当前研究重点。本节详细介绍了人工血管功能化改造的最新研究进展，重点围绕减少血栓形成、促进内皮化以及一氧化氮功能化等策略展开论述。相关研究成果总结见表4，为人工血管设计的进一步优化提供了理论支持与实践参考。

　　人工血管移植物在早期愈合过程中因表面缺乏内皮细胞，无法释放足量抗血栓分子。因此，当人工血管与血管系统中的血细胞直接接触时，其表面会吸附血浆蛋白并形成蛋白质吸附层，同时引发血小板与凝血因子活化，从而导致早期血栓形成。为避免血栓形成，人工血管表面需具备抑制蛋白质与细胞吸附、阻碍血小板黏附与活化的能力。

　　抑制血栓形成的核心在于减少蛋白质吸附。为此，需构建能降低蛋白质吸附的生物相容性表面，常见策略包括采用聚乙二醇、聚环氧乙烷或两性离子聚合物等亲水性材料对表面进行功能化修饰。

　　聚乙二醇作为一种抗污染性亲水聚合物，可通过结合大量水分子形成表面水化层。该特性使其能够抵抗非特异性蛋白吸附和细胞黏附，从而有效抑制血小板黏附，现已被广泛用于血管功能化修饰。研究人员将聚乙二醇与肝素共同修饰共价接枝移植物，实现了材料表面亲水性与肝素缓释功能的协同提升（图10(A）），从而显著增强其抗凝血与抗黏附能力。另有研究表明，通过聚乙二醇修饰人工血管并引入细胞黏附肽后，其表面血小板黏附和蛋白吸附量可明显下降。聚乙二醇还可通过化学共聚接枝于不同聚合物分子链中，实验证实经聚乙二醇功能化的聚合物材料兼具优异的血液相容性和内皮细胞黏附特性。

　　聚环氧乙烷因其高亲水性与良好生物相容性也被广泛用于血管功能化。研究人员采用简单环保的工艺将聚环氧乙烷涂覆于医用聚氨酯表面，经臭氧活化的涂层在体外测试中展现出优异的抗血小板黏附性能。另有研究通过静电纺丝技术制备聚己内酯支架后，在其表面涂覆聚环氧乙烷形成双层结构人工血管。该双层血管移植物在无溶血特性、延缓凝血进程倾向及抗氧化活性等方面均表现出良好的血液相容性，添加冬青油后还可有效抑制血栓形成。

　　图10. （A）通过静电纺丝管移植物表面共价接枝肝素与聚乙二醇可有效抑制血栓形成。（B）紫杉醇/壳聚糖纳米纤维涂层表面逐层组装磷酰胆碱基团的制备流程图。（C）将磷酰胆碱与纤维连接蛋白结合对材料进行功能化修饰。（D）聚多巴胺与聚磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯共沉积涂层可显著抑制大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的黏附。

　　需注意的是，尽管聚乙二醇与聚环氧乙烷修饰可提升表面亲水性并增强抗非特异性蛋白吸附能力，但其存在易自发氧化降解的局限性，可能导致功能失效。

　　两性离子聚合物是公认的亲水性抗污染材料，其独特结构使其能吸附大量水分子，对非特异性蛋白质吸附具有强排斥作用。因此，两性离子材料具有优异的血液相容性，已被应用于改善各类血液接触材料的表面性能。目前研究较多的两性离子材料包括磷酰胆碱基团、磺酸甜菜碱与羧酸甜菜碱等。其中，磷酰胆碱基团可模拟细胞膜表面结构，通过显著降低血浆蛋白吸附量、抑制血小板黏附与活化等机制在抗凝血过程中发挥关键作用。目前，通过等离子体处理、溶胶-凝胶法或自组装技术等多种手段可将磷酰胆碱基团稳定负载于生物材料表面。

　　含磷酰胆碱基团的单分子材料开发是当前研究热点，其中2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱由于含磷脂极性基团而展现出优异性能。该分子不仅具备良好生物相容性与强亲水性，还能显著抵抗蛋白质及细菌吸附。借助贻贝仿生粘附材料聚多巴胺的桥梁作用，研究人员成功将磷酰胆碱共聚物稳定固载于材料表面，实验显示该修饰可有效抑制血栓形成达24小时以上。另有研究通过层层自组装法在紫杉醇/壳聚糖纳米纤维表面构建多层膜结构（图10(B）），含有磷酰胆碱基团的涂层能使材料表面蛋白吸附量显著降低。此外，将磷酰胆碱与纤维连接蛋白结合修饰材料（图10(C）），可使其兼具抗血栓形成与促快速内皮化双重功能。

　　通过接枝磺酸甜菜碱两性离子结构可有效提升生物材料的血液相容性。以聚多巴胺为引发剂可诱导磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯单体聚合，形成具有优异抗污染性能的表面修饰层。研究人员利用硫酸铜/过氧化氢体系引发聚多巴胺与聚磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯共沉积（图10(D）），其涂层不仅抗菌性能突出，所含两性离子还能显著降低蛋白质吸附并改善血液相容性。最新研究通过将合成的环氧化磺酸甜菜碱接枝于聚偏氟乙烯表面，成功获得超亲水-超疏油特性生物膜，该改性表面对人体红细胞、血小板及白细胞的血液相容性表现出色。

　　羧酸甜菜碱作为另一类两性离子聚合物，同样可通过大幅降低非特异性蛋白吸附和细菌黏附成为理想的表面修饰材料。研究表明，通过表面引发原子转移自由基聚合技术可将多肽与两性离子接枝聚己内酯薄膜结合，构建出能促进心血管细胞黏附增殖、抑制病原微生物黏附且保持血液相容性的多功能表面。

　　抗血栓形成特性是预防急性血栓的关键，可通过引入抗凝药物进行增强。作为糖胺聚糖家族重要成员的肝素因其优异抗凝效果被广泛应用于血管治疗领域。负载肝素的材料能够显著降低凝血因子、补体与血细胞活化程度，并对血小板黏附和凝血级联反应相关蛋白产生抑制作用，从而展现出突出的抗血栓特性。

　　表面肝素化是改善聚氨酯材料内皮化率低、抗凝不足及血液相容性欠佳等问题的有效手段。研究人员利用聚多巴胺将肝素与血管内皮生长因子共同固载于聚氨酯纳米纤维支架表面，血液相容性测试表明表面肝素化显著抑制了血小板在支架上的黏附。另有研究证实，接枝肝素的聚氨酯膜不仅具有良好亲水性与稳定性，还对牛血清白蛋白和纤维连接蛋白表现出优异的抗黏附能力。此外，研究人员通过γ射线辐照技术将肝素与血管内皮生长因子整合至人工血管中（图11(A）），成功提升了聚己内酯材料的抗血栓能力。研究人员还开发了一种新型肝素局部递送技术，通过将低分子量肝素与纤维蛋白支架结合构建出可降解抗凝人工血管（图11(B）），实验显示其能有效抑制急性血栓形成。值得注意的是，肝素浓度对改性效果具有显著影响：低肝素密度不足以限制血小板黏附，而高肝素密度会抑制内皮细胞生长并促进平滑肌细胞增殖。

　　图11. （A）通过γ射线辐照与肝素固载技术制备小口径聚己内酯人工血管。（B）肝素-纤维蛋白支架复合移植物可显著抑制猪模型中的急性血栓形成。（C）具有自调节功能的超薄抗污染纤溶涂层可定向分解血栓。

　　除肝素外，阿司匹林、氯吡格雷、华法林等抗凝药物以及组织纤溶酶原激活剂也可用于人工血管功能化修饰。其中，组织纤溶酶原激活剂可增强生物材料腔面的纤溶潜力以维持血管通畅性。研究表明该超薄抗污染涂层可在无血栓环境中保持惰性，而在接触血栓时被特异性激活（图11(C）），从而实现自适应性溶栓功能。

　　比伐芦定作为直接抑制剂，可通过与凝血酶催化位点及阴离子外结合位点特异性结合，直接抑制其活性，且这种抑制作用具有可逆性。该药物可有效阻断凝血酶与纤维蛋白结合，展现出良好的血液相容性。研究人员通过聚多巴胺介导将比伐芦定修饰于脱细胞大鼠腹主动脉表面，结果显示修饰后移植物不仅具有优异的细胞相容性与血液相容性，还表现出显著的抗炎症反应倾向，且在植入3个月内均未观察到血栓形成。

　　需注意的是，过度追求亲水表面可能降低内皮细胞黏附能力，进而影响血管内皮化进程；而肝素的使用浓度也需精准调控——高浓度肝素虽能增强抗凝效果，但会抑制内皮细胞增殖并促进平滑肌细胞活化。

　　血管移植物表面缺乏功能性内皮细胞层是导致内膜增生与血栓形成的主要原因。内皮细胞缺失可能引发移植物植入后期内膜异常增生及血管再狭窄，而功能性内皮细胞层可通过调控平滑肌细胞生长抑制其过度增殖。因此，实现快速且完整的内皮化是确保人工血管长期通畅性与功能稳定性的关键。

　　目前促进人工血管内皮化的策略主要包括在材料表面固载胶原蛋白、明胶、纤维连接蛋白或弹性蛋白等天然成分以提升内皮细胞黏附能力。例如，在人工血管内表面涂覆明胶可促进细胞附着、迁移与增殖，从而在控制平滑肌细胞过度再生的同时加速内皮化进程。此外，具有纵向排列纳米纤维结构的聚己内酯/胶原蛋白内层可通过引导内皮细胞定向延伸迁移进一步优化内皮化效果。研究表明，与明胶修饰聚酯纤维移植物相比，采用丝素蛋白涂层的移植物内腔层更薄且内皮化速度更快（图12（A、B））。

　　近年来，越来越多的研究聚焦于通过复合多种功能材料协同提升内皮化效率。例如，由IV型胶原与纤维连接蛋白共混形成的涂层能显著促进内皮细胞黏附与生长，使其在支架表面增殖形成稳定单层结构，从而有效降低血小板沉积与活化率。

　　图12. （A）植入24周后丝素蛋白涂层移植物的中段横截面显微图像。（B）拼接移植物植入4周与24周后中段横截面显微图像。（C）经REDV多肽修饰的小口径合成血管移植物。（D）PLCL与PGD-CAG/ACH11复合移植物植入6周后的横截面形态。（E）CD31免疫组化染色表征内皮层形成状态。

　　除天然生物材料外，精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸多肽、酪氨酸-异亮氨酸-甘氨酸-丝氨酸-精氨酸多肽、精氨酸-谷氨酸-天冬氨酸-缬氨酸多肽以及半胱氨酸-丙氨酸-甘氨酸多肽等生物活性肽也被广泛应用于人工血管快速内皮化研究。研究人员首次系统比较了不同精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸多肽修饰模式对小口径人工血管性能的影响，发现与未修饰聚己内酯移植物相比，经多肽修饰的移植物初期通畅率提高50%，且炎症反应发生率降低至原有水平的1/2。

　　将精氨酸-谷氨酸-天冬氨酸-缬氨酸多肽固载于血管表面可显著减少早期纤维蛋白凝块沉积，并以序列特异性方式促进内皮层形成（图12(C））。研究表明，多种生物活性肽的复合修饰可协同提升内皮化效率。研究人员通过聚多巴胺包裹技术将抗血栓多肽与半胱氨酸-丙氨酸-甘氨酸多肽共同固定于血管移植物表面，体内植入6周后其腔面纤维暴露现象完全消失（图12(D）），CD31免疫组化染色结果（图12(E））进一步证实该多肽可选择性促进内皮细胞在血管表面黏附，加速血管内皮化进程。

　　一氧化氮是维持血管通畅与体内稳态的重要气体信号分子，在心血管系统中具有多重生理功能。其不仅可抑制血小板聚集及黏附于血管壁、抑制平滑肌细胞异常增殖、调控白细胞活化，还能通过加速血管内皮化进程预防再狭窄并调节炎症反应。此外，一氧化氮作为抗菌剂可规避抗生素耐药性问题，且大量研究表明释放一氧化氮的表面对哺乳动物细胞具有非细胞毒性作用。

　　人体内存在多种内源性一氧化氮供体，如S-亚硝基硫醇、S-亚硝基谷胱甘肽、S-亚硝基白蛋白和S-亚硝基半胱氨酸等。这些分子可通过硒催化剂、酶或铜离子等供体催化生成一氧化氮。当前研究主要通过将催化剂嵌入聚合物基质或将其催化位点固定于血管表面，利用体内现有的内源性一氧化氮供体实现原位催化产生活性分子。

　　有机硒化合物可通过谷胱甘肽过氧化物酶样催化反应分解S-亚硝基硫醇产生活性分子。硒代胱胺是广泛应用的有机硒化合物之一，其能与新鲜血液中内源性亚硝基硫醇反应持续生成一氧化氮。研究人员通过点击化学反应将硒代胱胺与内皮祖细胞靶向肽共价接枝于移植物表面，实验表明该修饰可显著抑制血栓形成和平滑肌细胞迁移增殖，同时促进内皮祖细胞募集与黏附增殖，从而有效预防支架内再狭窄。

　　另有研究通过将肝素与硒代胱胺依次结合至等离子体聚合烯丙胺含胺基膜表面，构建出兼具抗凝血与抗血小板活性的支架功能表面（图13（A））。这种仿生内皮涂层为内皮细胞创造了良好微环境，添加供体后能有效促进其增殖（图13（B））。如图13（C）所示，一氧化氮释放可有效抑制平滑肌细胞过度增生，从而增强血管支架在体内的抗血栓、促内皮化及抗再狭窄性能。

　　硒-聚乙烯亚胺复合物作为一种新型含硒催化剂，可在血液环境中长期稳定分解S-亚硝基硫醇产生活性分子。研究人员将负载该催化剂的聚己内酯移植物植入体内后，发现其能通过调节炎症反应显著促进内皮化、抑制内膜增生并加速组织再生。

　　图13. （A）肝素-硒代胱胺复合涂层的制备流程示意图。（B）供体添加后内皮细胞在功能化支架表面的增殖状态。（C）活性分子释放对平滑肌细胞增殖的调控机制示意图。

　　铜纳米颗粒及一价铜与二价铜等铜基催化剂可通过破坏S-NO键释放活性分子，其催化作用可通过在人工血管中引入铜元素实现。将铜离子固载于血管表面常采用聚多巴胺涂层的简易方法——例如研究人员通过将支架浸渍于含聚多巴胺与铜离子的水溶液中，开发出一站式金属-儿茶酚胺组装策略，获得具有原位产生活性分子功能的仿生涂层。该涂层可在30天内持续释放活性分子，长期抑制支架内血栓形成与再狭窄。此外，单宁酸也可用于负载铜离子，其螯合的铜离子可使材料持续产生活性分子。

　　铜基金属有机框架因具有长效缓释特性成为新型催化剂载体。研究人员通过静电纺丝技术将纳米级铜基金属有机框架嵌入聚己内酯纤维（图14（A）），该设计显著提升了催化剂在血液中的稳定性并维持长期催化活性。另有研究利用聚多巴胺为连接介质将纳米铜基有机框架固定于钛金属表面（图14（B）），其涂层可通过活性分子释放与铜离子缓释协同抑制血小板聚集，显著降低血栓形成风险。研究人员还在碱激活钛表面通过层层自组装技术构建铜基金属有机框架（图14（C）），通过调控沉积层数实现活性分子释放速率的精准控制。

　　为实现活性分子的稳定可控释放，部分研究采用有机硒与铜离子共修饰策略。研究人员结合协同配位与儿茶酚胺表面化学开发出铜基金属有机框架复合涂层（图14（D））。该涂层活性分子释放速率可长期稳定调控，并选择性抑制平滑肌细胞过度增殖。

　　图14. （A）静电纺丝聚己内酯纤维负载铜基金属有机框架示意图。（B）钛表面纳米铜基有机框架修饰流程。（C）碱激活钛表面层层自组装构建铜基框架示意图。（D）有机硒-铜离子共修饰人工血管的协同催化机制模型。

　　除硒、铜等主要催化剂外，研究人员还探索了具有催化活性分子生成功能的血管功能化材料。研究表明，角蛋白可在谷胱甘肽存在下促进内源性供体释放活性分子。研究人员通过共静电纺丝技术将磷酸化角蛋白与聚己内酯复合（图14(E）），获得兼具良好润湿性与活性分子释放特性的材料。这种材料可选择性增强内皮细胞黏附迁移与生长，同时抑制平滑肌细胞增殖。肝素化聚己内酯/角蛋白复合垫层也被证实可通过活性分子释放促进内皮细胞黏附生长，并抑制平滑肌细胞过度增殖。通过掺杂铜离子还可赋予材料优异的血液相容性与显著抗菌活性。

　　研究团队将S-亚硝基角蛋白与聚乙烯醇交联制备生物复合膜，其可持续释放活性分子达10天。另有研究采用S-亚硝基-N-乙酰-D-青霉胺作为催化剂，通过浸渍法将其负载于3D打印人工血管内，该材料可在15天内可控释放活性分子并显著抑制细菌生长。

　　研究人员还探索了氧化石墨烯基复合催化体系。将L-半胱氨酸作为催化剂接枝至支化聚乙烯亚胺功能化的氧化石墨烯纳米晶体表面，可赋予材料催化内源性供体原位产生活性分子的能力。另有研究通过将亚硝基硫醇部分固载于氧化石墨烯纳米片表面，构建出释放速率可调且具有优异抗菌效果的功能材料。

　　人口老龄化背景下心血管疾病治疗的迫切需求，使得人工血管这一关键医疗器械的研发成为再生医学领域的重要课题。当前人工血管的构建策略涵盖多种材料体系，各类材料在性能特点上呈现互补性：胶原蛋白、明胶、丝素蛋白与壳聚糖等天然材料虽具备优异生物相容性，但存在力学强度不足、降解速率不可控等局限；聚酯、膨体聚四氟乙烯与聚氨酯等不可降解合成材料机械性能突出，却因血液相容性与抗血栓形成能力不足易引发炎症反应与新生内膜增生。

　　兼具降解特性与仿生功能的设计理念为人工血管材料开发提供了新方向。静电纺可降解血管支架可精准模拟细胞外基质结构，在促进细胞黏附增殖的同时实现血管再生，其与生物活性材料的复合体系还能通过药物控释增强抗血栓特性并加速内皮化进程。尽管技术不断突破，可降解血管支架临床转化仍面临重大挑战——材料的不可预测降解行为与力学性能缺陷制约了其广泛应用。如何在支架降解与组织再生间实现动态平衡，确保人工血管在服役期间的结构完整性与功能性，将是未来研究的重点突破方向。

　　人工血管表面功能化修饰是提升其性能与生物相容性的重要策略。通过聚乙二醇、聚环氧乙烷及两性离子聚合物等材料构建的亲水表面可有效降低蛋白吸附、抑制血小板活化并预防血栓形成，但需精准调控亲水性与促内皮化能力的平衡——过度亲水可能导致内皮细胞黏附受阻。除表面改性外，抗凝药物负载、天然生物材料复合及生物活性肽修饰等手段也被证实可协同促进内皮化并抑制再狭窄。通过催化一氧化氮释放或调控内皮细胞增殖迁移相关信号通路等策略增强材料生物活性，将为实现人工血管长期通畅性提供新路径。

　　尽管研究不断深入，人工血管的临床转化仍面临多重挑战。早期血栓预防、内皮化促进及内膜增生抑制等核心问题亟待创新性解决方案。融合生物材料学、组织工程与表面改性技术的多学科交叉研究将成为突破当前瓶颈的关键。此外，从啮齿类动物模型向大型动物模型的转化研究对验证人工血管安全性与有效性至关重要：小型动物实验虽能揭示生物学机制，但大型动物模型更贴近人体生理病理特征，可为临床试验提供更可靠的预测数据。

　　展望未来，人工血管作为应对全球心血管疾病负担的重要解决方案，其研发需在材料仿生化、功能智能化方向持续突破。通过精准调控降解动力学、优化力学适配性、开发多模态协同改性体系，新一代人工血管将逐步实现天然血管结构与功能的高度模拟。唯有攻克现存技术难题并加强跨学科协作，才能推动该领域研究成果向临床转化，为亿万心血管疾病患者带来福音。

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