心腦血管疾病是人類健康的重大威脅之一。心腦血管疾病是50歲以上中老年人健康的常見病，具有高患病率、高致殘率和高死亡率的特點，當今時代即便也逐漸年輕化，越來越多的人受相關疾病的威脅。全世界每年死于心腦血管疾病的人數高達1500萬人，居各種死因首位。高血壓、冠心病、中風、周圍血管疾病、心力衰竭、心臟病、心肌病……在醫療條件日益進步的今天，很多人依然籠罩在這些耳熟能詳的疾病的陰影之下。
通過手術治療或介入，改善局部缺血部位的供血，是治療心腦血管類疾病的主要外科手段。對于心臟搭橋手術、動脈栓塞、動脈瘤等疾病，使用自體血管移植是解決這類疾病的常用手段；對于一些腎臟疾病，也需要建立內瘺通路，進行透析治療。然而目前可使用的自體血管只有3處：大隱動脈、橈動脈和乳內動脈，這些有限的自體血管用完后，患者將失去手術機會面臨死亡；同時取用自體血管會造成的很大創傷以及各種功能障礙，給患者帶來極大的痛苦。
而人工血管不受患者自身血管數量的限制，當患者自體血管不能使用，或無法接受術后創傷時，可使用人工血管，從而患者就多了一次生存的機會，因此人工血管是非常重要的替代品。
人體內環境復雜，對人造血管性能的要求較高。一般要求有：1）優良的力學性能：有足夠的強度、柔韌性和彈性。人體內部是高壓環境，需要承受高速流動的血液，決不能出現破裂，斷裂。2）良好的相容性：如果血管與人體組織間相容性不好，極其容易引發病理生理反應，造成增生、栓塞。要避免增生性吻合口狹窄。3）良好的穩定性：材料物理化學性質穩定，不能短時間在人體內降解，失去其效用。4）一定的通透性：人工血管壁需要有一定的孔洞結構，使得人體細胞容易長入。
我國在50年代末、60年代初，才開始進行人工血管的研究，起初是用尼龍(Nylon)織成，后因尼龍降解，在生體內植入后發生破裂而被淘汰。當前人工血管制造的主要材料有滌綸（Dacron）、聚氨酯、聚四氟乙烯（PTFE)等。根據其直徑和形貌，應用于不同的手術治療中。目前6mm以上直徑的血管，已經產業化，應用于各類臨床醫學之中。而6mm直徑以下的血管，面臨更高的血栓形成和內膜增生的挑戰，限制于材料和技術，僅個別廠家能達到生產要求。
大多人造血管為多層材料復合而成，模擬人體血管內外層結構，內層抑制血栓形成，中層及外層起支撐穩定等作用。市場上的人工血管加工技術主要分為織造和非織造，織造血管中又有平織、針織，機織以及人工編織等。不同材料適用不同方法，最終得到的血管微觀形貌和性能也存在一定差異。下圖為掃描電鏡下應用滌綸、聚四氟乙烯（PTFE）和膨體聚四氟乙烯（ePTFE）形貌。
掃描電鏡下不同材料的人工血管 (a) 機織滌綸纖維 (b) PTFE 纖維, and (c) ePTFE 纖維
近年來，隨著醫學和材料領域的發展，人工血管的材料選擇和加工方式都有了很多新突破。聚己內酯（PCL）、硅膠、天然桑蠶絲，新型碳材料以及靜電紡絲技術、3D打印技術等，也應用于人工血管的制作之中。應用這些手段制作人工血管，其孔隙率以及與人體細胞的相容性，是需要考察檢測的重要性能指標之一。
不同纖維材料與人體細胞相容性不同，上圖為掃描電鏡下膠原纖維（b）和PCL纖維（c）上的細胞增殖和細胞附著情況，可以看到膠原纖維更有利于細胞增殖，但PCL纖維對細胞的粘附更勝一籌。
上圖是應用靜電紡絲技術，采用不同的紡絲參數得到的三層血管結構的截面圖。從SEM圖像中，可以明顯觀察到三層不同纖維尺寸和孔隙率的PCL纖維層。相關標準中對于人工血管的孔隙率大小是有硬性規定的，只有合適的孔隙率才能使血管材料與人體相容，在人體中穩定的發揮作用。
C骨髓間充質干細胞移植情況 D內皮細胞在管腔表面
電鏡也是觀察培養后血管材料、血管內外通道內，與人體細胞相互作用情況的最常用手段。上圖中AB為培養1天后在微通道內粘附的平滑肌細胞電鏡圖。CD為骨髓間充質干細胞移植和內皮細胞在管腔表面播種的電鏡觀察圖。
掃描電鏡是觀察纖維等人工血管材料的最直觀手段，無論是纖維通透性、不同層間結合情況，還是與人體細胞的相容性，都需要SEM幫忙檢測表征，以確保用在病人身上的血管完全達到標準要求，能為患者減輕痛苦，帶來健康。相信隨著材料學和醫學的發展，我們可以做出任意直徑的優質人工血管，讓更多人擺脫心腦血管疾病的困擾。參考文獻：
[1] Zhang, Y.Z., Venugopal, J., Huang, Z.M., Lim, C.T., and Ramakrishna, S.,Characterization of the Surface Biocompatibility of the Electrospun PCL-Collagen Nanofibers Using Fibroblasts. Biomacromolecules, 2005. 6(5): p. 2583-2589.
[2] Lee H Y . Electrospun Polycaprolactone Scaffolds for Small-Diameter Tissue Engineered Blood Vessels[J]. Dissertations & Theses Gradworks, 2013.
[3] Enomoto S , Sumi M , Kajimoto K , et al. Long-term patency of small-diameter vascular graft made from fibroin, a silk-based biodegradable material[J]. Journal of Vascular Surgery, 2010, 51(1):155-164.
[4] Zhang M , Wang K , Wang Z , et al. Small-diameter tissue engineered vascular graft made of electrospun PCL/lecithin blend[J]. Journal of Materials Science, 2012, 23(11):2639-2648.
[5]Zang S , Zhang R , Chen H , et al. Investigation on artificial blood vessels prepared from bacterial cellulose[J]. Materials Science & Engineering, 2015, 46(jan.):111-117.
[6] http://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/organs/heart/rgxg/index.html
[7] http://www.xjishu.com/zhuanli/05/201710380038.html
