天津大學(xué)張曉東教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型高性能單原子生物催化材料，并將其應(yīng)用于血管支架，為心腦血管疾病的長(zhǎng)效治療提供了全新解決方案。相關(guān)成果已于2025年12月22日發(fā)表于國(guó)際期刊《自然·可持續(xù)發(fā)展》。

單原子催化劑如同化學(xué)反應(yīng)的“高效管家”，能快速促成關(guān)鍵分子的轉(zhuǎn)化，具有“又快又準(zhǔn)”的催化能力，在能源和醫(yī)療等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。然而，如何大規(guī)模、精準(zhǔn)地制備這類催化劑，是制約其走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵難題。傳統(tǒng)工藝難以精確控制原子分布，高溫處理還容易破壞材料結(jié)構(gòu)。而其他能實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精準(zhǔn)調(diào)控的高精技術(shù)，又往往成本高昂、工藝復(fù)雜、產(chǎn)量有限，無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用的需要。

針對(duì)這一難題，張曉東團(tuán)隊(duì)獨(dú)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(jī)器學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)模擬，從近兩萬種原子結(jié)構(gòu)中篩選出催化活性最高的原子;然后采用離子注入技術(shù)，將活性原子“注入”常用醫(yī)用鎳鈦合金的表面，從而實(shí)現(xiàn)單原子催化劑的高效、均勻制備。

該方法具有三大優(yōu)勢(shì)：規(guī)?；苽淠芰?qiáng)，僅用數(shù)小時(shí)即可一次性做出面積達(dá)200平方厘米的催化材料;通用性強(qiáng)，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(gè)過程在溫和條件下完成，避免了傳統(tǒng)高溫工藝對(duì)材料結(jié)構(gòu)的破壞，制備出的催化劑在長(zhǎng)達(dá)四年的測(cè)試中性能穩(wěn)定。

基于此，團(tuán)隊(duì)研制出新一代“單原子血管支架”。該支架具有持續(xù)、高效的類酶催化功能，能夠清除血管內(nèi)過量有害的活性氮物質(zhì)，從源頭上減輕氧化損傷與炎癥反應(yīng)，抑制血管再狹窄等術(shù)后并發(fā)癥。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，這款單原子血管支架使用效果良好，能夠有效預(yù)防血管損傷并促進(jìn)功能恢復(fù)。5個(gè)月的觀察顯示，其催化活性持久穩(wěn)定，克服了傳統(tǒng)藥物涂層支架藥效隨時(shí)間減弱的不足，為血管的長(zhǎng)期修復(fù)與健康維持提供了可靠的新途徑。

此外，該技術(shù)還具有顯著的可持續(xù)性優(yōu)勢(shì)。團(tuán)隊(duì)通過篩選，采用了鈷、釩等資源更豐富的金屬體系，避免了對(duì)貴金屬的依賴，降低了成本，為未來醫(yī)療器械的綠色制造提供了新路徑。“這項(xiàng)工作為開發(fā)更長(zhǎng)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(guī)?；苽涓咝阅苌锎呋牧系耐ㄓ眉夹g(shù)路徑。”張曉東表示，“它連接了前沿基礎(chǔ)研究與臨床重大需求，未來有望拓展至更多生物醫(yī)用場(chǎng)景。”