清華團隊《ACS Nano》：攻克血栓頑疾，FluidFM技術揭開單細胞層面關鍵機制

心血管疾病已成為致死率高的疾病，而血管支架、人工心臟瓣膜等血液接觸類植入器械的血栓問題，一直是臨床治療的“致命短板"。近日，清華大學張洪玉教授團隊在期刊《ACS Nano》發表重磅研究，憑借多功能單細胞顯微操作FluidFM 技術（流體原子力顯微鏡）“單細胞精準捕獲、黏附力定量測量、機制可視化驗證" 的三大核心優勢，突破性地從微觀層面揭開涂層與血液細胞的相互作用奧秘，成功研發出仿細胞膜和兒茶酚胺化學的兩性離子潤滑涂層，實現抗凝與內皮化的協同突破，為解決植入器械血栓難題提供了兼具科學性與轉化價值的全新方案，更讓血液接觸類器械的性能升級有了精準的技術支撐。

一、臨床痛點：血液接觸器械的“血栓問題"

當血管支架、人工心臟瓣膜等器械植入人體后，其表面容易吸附蛋白質、血小板，引發血栓形成；同時，器械還可能損傷血管內皮層，導致血管狹窄等并發癥。為預防血栓，患者需長期服用抗凝藥物，但這又會增加出血風險，尤其對糖尿病、小血管疾病患者而言，風險更高。

傳統涂層要么側重抗凝卻不利于內皮細胞生長，要么穩定性差、制備復雜，難以兼顧“抗凝"與“內皮友好"兩大核心需求。清華大學團隊的研究，正是瞄準這一痛點，從自然界尋找靈感——紅細胞膜的磷脂酰膽堿結構能形成穩定水合層，貽貝分泌的多巴胺則具備很強黏附能力，二者結合成為涂層設計的關鍵。

二、核心創新：“橋梁結構"仿生涂層，實現三重突破

團隊設計合成了一種具有“橋梁結構"的嵌段共聚物PDMD（p(DMA-b-MPC-b-DMA)），通過簡單的浸涂法即可修飾在鎳鈦合金（血管支架常用材料）、人工心臟瓣膜表面，其優勢體現在三個方面：

很強的穩定性，與傳統隨機共聚物相比，PDMD的兩端為多巴胺甲基丙烯酰胺（DMA）鏈段，中間為2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿（MPC）鏈段。DMA中的兒茶酚基團能通過金屬-氧鍵、π-π堆積等多重作用，像“橋梁"一樣將涂層牢牢固定在器械表面，解決了傳統涂層易脫落、穩定性差的問題。石英晶體微天平（QCM-D）測試顯示，PDMD涂層的吸附力是傳統隨機共聚物的1.95倍，且在模擬血液剪切力下仍能保持完整。

高效抗凝，MPC鏈段中的N?(CH?)?和PO??基團能通過偶極-電荷相互作用，吸附大量水分子形成致密水合層。這層水合層不僅能大幅降低器械表面摩擦系數（COF從0.191降至0.098），減少對內皮細胞的損傷，還能通過“水合排斥"作用，阻止血小板、蛋白質及細菌的吸附。體外實驗表明，PDMD涂層對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率分別達88.6%和92.4%，血小板吸附量較未修飾表面降低90%以上。

內皮友好，涂層雖能排斥血小板和紅細胞，卻不影響內皮細胞的正常黏附和增殖。兔頸動脈支架植入實驗顯示，1個月后PDMD修飾的支架表面形成了完整的內皮細胞層，且無明顯炎癥和血栓；而未修飾支架則出現血管閉塞。在綿羊人工心臟瓣膜實驗中，PDMD涂層瓣膜在70天內無需額外抗凝治療，血流動力學參數正常，左心室射血分數保持在75%以上，遠超傳統瓣膜性能。

三、技術關鍵：FluidFM技術揭示單細胞層面的“力控機制"

如果說仿生涂層是解決血栓問題的“核心方案"， FluidFM技術就是揭秘其作用機制的“關鍵利器"。傳統方法難以精確測量單個細胞與材料表面的相互作用力，而FluidFM（流體原子力顯微鏡）通過“負壓吸附"技術，能精準捕獲單個內皮細胞、紅細胞或血小板，直接量化它們與涂層表面的黏附力，為涂層的抗凝-內皮化協同機制提供了可視化、定量化證據。

1.創新實驗設計：FluidFM像“吸管"一樣抓細胞測力

研究中，團隊將FluidFM的無針尖懸臂梁通過微通道施加負壓，將單個細胞（內皮細胞、紅細胞或血小板）固定在懸臂梁頂端（圖A、B）。隨后，控制懸臂梁靠近涂層表面并停留60秒，再緩慢撤回，同時記錄力-距離曲線（圖C、D）。曲線中的峰值力代表細胞與表面的max黏附力，曲線下面積則反映黏附能量。

2. 突破性發現：涂層對不同細胞的“力控差異"

FluidFM測試結果顯示：對紅細胞和血小板：PDMD涂層表面的黏附力僅約2nN，遠低于未修飾表面（紅細胞約12nN，血小板約12nN），這解釋了涂層為何能有效排斥血栓形成的關鍵細胞；對內皮細胞：PDMD涂層表面的黏附力雖低于未修飾表面（113.6nN vs 258.1nN），但顯著高于紅細胞和血小板（約56倍）。這種“選擇性黏附"確保了內皮細胞能正常附著并形成保護層，而血小板和紅細胞則被排斥，正是涂層實現“抗凝"與“內皮化"協同的核心機制。

四、臨床意義：推動血液接觸器械升級換代

這項研究不僅提出了一種性能優異的仿生涂層，更通過FluidFM技術建立了“材料表面-單細胞作用力-臨床效果"的關聯，為血液接觸類器械的表面設計提供了全新范式。未來，該涂層可廣泛應用于血管支架、人工心臟瓣膜、血液透析管路等器械，有望減少患者對長期抗凝治療的依賴，降低出血風險，同時提高器械的長期安全性和有效性。

清華大學團隊的這項研究，既是仿生材料設計的突破，也是單細胞力學表征技術的成功應用。FluidFM作為“微觀力學家"，讓我們看清了細胞與材料相互作用的“細節"，而這種“從宏觀效果到微觀機制"的研究思路，也為更多生物材料的研發提供了重要借鑒。