黄楠（左）在世界生物材料大会上被授予Fellow荣誉
不久前，西南交通大学教授黄楠团队研制的新型抗凝血薄膜材料应用于血管支架表面改性通过临床实验，开始应用于临床。这是在多项国家自然科学基金，及“973”、“863”项目的资助下，该团队在揭示蛋白质、血细胞与氧化钛薄膜相互作用的分子机制和抗凝血机制后，取得的又一重要成果，这种新材料血管支架也是国际上首个具有抑制血栓功能的血管支架。
黄楠团队所经历的，是从源头探索发展为创新基地的典型案例。
材料改性难题
“我们将自己研制的氧化钛薄膜应用于血管支架，通过300例2年期临床试验表明，该血管支架晚期血栓率为零。”黄楠对《中国科学报》说。
而在该团队进行的临床试验中，对照市售血管支架的血栓率为2.1%，其中还有2例死亡。
医用金属生物材料主要用于人体某些组织和器官的加固、修复和替代，在临床上有着广泛的应用。医用金属生物材料有良好的力学性能、较好的生物相容性和耐蚀性，然而，将其植入人体中仍存在一些问题。如何进一步改善植入材料的生物相容性、抗腐蚀能力，增强其与活体组织的结合力，提高安全使用性仍是金属生物材料要解决的主要问题。
由于植入材料和人体的相互作用仅在表面几个原子处，故表面改性技术应运而生。通过对金属材料的表面改性可以有效改善它的各种性能，使金属生物材料的安全应用成为可能。
“心血管系统生物材料需要具有优异的血液相容性、抑制细菌豁附与生长等性能。”黄楠团队成员之一、西南交通大学教授陈俊英对《中国科学报》说，“这是一个较复杂的学术问题，简单说，改善材料血液相容性，人体就不会，或减少对植入材料的排异反应。”
过去，在提高用常规生物材料制成的人工器官与植入器械的抗凝血性能方面，对材料与血液相互作用规律在理论上的不足导致已应用的心血管人工器官与器械（如人工心脏瓣膜、血管内支架等）抗凝血性能不高。国际上虽然已采用多种改善技术和方法，但总体上效果不甚理想。
从源头创新
从上世纪90年代中期开始，西南交通大学首次将氧化钛薄膜引入心血管生物材料表面改性，制备出具有优异抗凝血性能的氧化钛薄膜，并系统性地对氧化钛薄膜的抗凝血机理进行探究，将相关理论研究成果应用于对心血管植入、介入器械表面改性。
“基础理论研究是创新的源头，国家自然科学基金在支持源头创新方面起了关键作用。”黄楠说，“我们发现钛材料表面的氧化膜的性质影响血液的凝血行为，国家自然科学基金连续支持了我们在氧化钛薄膜的物理、化学性质及薄膜与血液的相互作用规律的系统研究，使之成为心血管材料表面改性的一个新方向。”
在理论研究上，该团队首次发现掺杂或氧缺位的氧化钛薄膜具有优异的血液相容性，进而揭示出氧化钛薄膜的导电性质与血液相容性的关系，并通过人为控制可使钛表面形成的氧化膜显著优于在自然状态下形成的氧化层，所制备的氧化钛层厚度增加与凝血时间增加为抛物线关系。该研究发展了材料与血液相互作用的机理认识，不仅解释了优化氧化钛薄膜的抗凝血性能机理，同时还预测了新抗凝血材料的结构与性质。在国际上最早报道氧化钛薄膜的血液相容性行为，成为我国钛表面氧化物薄膜性质与血液相容性研究方面的源头。
研究人员先期对氧化钛表面改性的血管支架1年期临床应用的随机双盲试验表明，该种血管支架显著抑制了血栓形成，没有晚期血栓发生。这在心血管疾病的植入、介入治疗方面具有重大的应用价值。
2007年，该项成果获四川省科技进步奖一等奖时，以中国工程院院士张兴栋为首的国内评审专家组认为：该项研究成果具有重要的科学意义和临床应用前景。这一独创性的理论和应用成果为发展新一代抗凝血性能优异的心血管植入器械奠定了基础。“是我国生物材料科学与工程的一项标志性研究成果”。
德国离子束物理与材料研究所所长Wolfhard M?觟ller教授评价说，黄楠等人发展了对生物材料与器械表面改性，如极具创新性的氧化钛薄膜表面涂层的植入体、血管支架、人工心脏瓣膜。“我确信他的工作将对中国的生物材料产业作出贡献，并增强其在世界市场上的竞争力”。
Biomaterials杂志主编D.F.Williams也给黄楠发来邀请信称：“我决定发表一期亚洲最好的生物材料与组织工程实验室的论文。鉴于您的工作，我邀请您向该期提交一篇文章。”
基金在关键环节发力
1991年，黄楠作为访问学者在德国Erlangen大学从事心血管生物材料表面改性的研究后，回到西南交通大学，开展生物材料研究。他发现，钛材料与人体有很好的相容性是由于它表面会自然形成一层氧化膜，但钛表面这层惰性氧化膜的什么性质影响了生物相容性，为什么会产生这种影响等问题并没有人进行过系统性研究。
次年，黄楠向国家自然科学基金委员会提出了研究氧化钛薄膜的性质与血液相容性关系的基金课题，很快得到一个面上项目，他就以5万元的研究经费开始了人工心脏瓣膜材料的研究。
当时国内的研究条件较差，黄楠所在的大学没有生物材料的研究条件，他就与华西医科大学合作开展研究，但由于研究中资源消耗太多，经费不足，合作研究持续两年就难以为继。黄楠在西南交通大学借用分析测试中心的实验室，自己搭建了一台凝血时间测试的装置，坚持推进该研究。
1995年，由于项目进展顺利，基金委又给黄楠追加2万元经费，同时学校也支持了15万元设备费，帮助他建立检验和评价基础实验室，这使黄楠的研究得以持续进行。
1997年，基金委批准了黄楠申报的“掺杂氧化钛薄膜的制备和血液相容性研究”。黄楠修复了学校物理系因故障而多年弃置不用的一台薄膜合成的磁控溅射设备，研究出钽、铌掺杂的氧化钛薄膜，首次在国际上获得三个月动物实验中掺杂氧化钛薄膜样品表面无凝血的结果。
1998年，基金委批准了黄楠在该方向的第三个国家自然科学基金项目——“Ti-O/Ti-N梯度薄膜人工心脏瓣膜表面改性”，同时，在国家“211工程”的支持下，该校配备了国际上第一台对生物材料表面改性的等离子体浸没离子注入的先进装置。采用该技术，黄楠团队实现了Ti-O/Ti-N梯度薄膜的合成和优化，对国产单叶人工心脏瓣膜表面改性后动物实验表明，其表面获得优异的抗凝血性能，成为在国际上处于领先水平的研究方向。
由于科学基金的持续支持，黄楠团队获得了快速发展，成为我国在心血管生物材料领域的领导团队，并在国际上形成重要影响。该团队此后成为教育部材料先进技术重点实验室，形成了6位博士生导师、9位教授的多学科交叉团队，研究领域扩宽到心血管生物材料与人工器官的几乎所有前沿方向。团队中所有教授与副教授都主持承担有国家自然科学基金。该团队在国际会议上作邀请报告20多次，申请与获得发明专利30余项，发表SCI收录论文近200篇，并成为我国生物材料领域重要的创新基地。
