天津大學張曉東教授團隊開發出一種新型高性能單原子生物催化材料,并將其應用于血管支架,為心腦血管疾病的長效治療提供了全新解決方案。相關成果已于2025年12月22日發表于國際期刊《自然·可持續發展》。
單原子催化劑如同化學反應的“高效管家”,能快速促成關鍵分子的轉化,具有“又快又準”的催化能力,在能源和醫療等領域擁有廣闊的應用前景。然而,如何大規模、精準地制備這類催化劑,是制約其走向實際應用的關鍵難題。傳統工藝難以精確控制原子分布,高溫處理還容易破壞材料結構。而其他能實現原子級精準調控的高精技術,又往往成本高昂、工藝復雜、產量有限,無法滿足大規模生產和實際應用的需要。
針對這一難題,張曉東團隊獨辟蹊徑,提出了一種通用型單原子催化劑制備策略。他們通過機器學習與計算機模擬,從近兩萬種原子結構中篩選出催化活性最高的原子;然后采用離子注入技術,將活性原子“注入”常用醫用鎳鈦合金的表面,從而實現單原子催化劑的高效、均勻制備。
該方法具有三大優勢:規模化制備能力強,僅用數小時即可一次性做出面積達200平方厘米的催化材料;通用性強,已成功用于制備鉑-銅、鈷-釩等22種不同的單原子催化劑;條件溫和,整個過程在溫和條件下完成,避免了傳統高溫工藝對材料結構的破壞,制備出的催化劑在長達四年的測試中性能穩定。
基于此,團隊研制出新一代“單原子血管支架”。該支架具有持續、高效的類酶催化功能,能夠清除血管內過量有害的活性氮物質,從源頭上減輕氧化損傷與炎癥反應,抑制血管再狹窄等術后并發癥。在動物實驗中,這款單原子血管支架使用效果良好,能夠有效預防血管損傷并促進功能恢復。5個月的觀察顯示,其催化活性持久穩定,克服了傳統藥物涂層支架藥效隨時間減弱的不足,為血管的長期修復與健康維持提供了可靠的新途徑。
此外,該技術還具有顯著的可持續性優勢。團隊通過篩選,采用了鈷、釩等資源更豐富的金屬體系,避免了對貴金屬的依賴,降低了成本,為未來醫療器械的綠色制造提供了新路徑。“這項工作為開發更長效、更安全的血管介入器械帶來了希望,我們還探索出一條可規模化制備高性能生物催化材料的通用技術路徑。”張曉東表示,“它連接了前沿基礎研究與臨床重大需求,未來有望拓展至更多生物醫用場景。”

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