近日，天津大学医学部医学院张晓东教授团队成功开发出一种新型高性能单原子生物催化材料，并首次将其应用于血管支架，为心脑血管疾病的长效治疗提供了全新解决方案。相关成果论文已于2025年12月22日发表于国际顶级期刊《自然·可持续发展》（Nature Sustainability）。
单原子催化剂如同化学反应的“高效管家”，能快速促成关键分子的转化，具有“又快又准”的催化能力，在能源和医疗等领域拥有广阔的应用前景。但如何大规模、精准地制备这类催化剂，是制约其走向实际应用的关键难题。现有的制备方法中，传统工艺难以精确控制原子分布，高温处理还容易破坏材料结构；而其他能实现原子级精准调控的高精技术，又往往成本高昂、工艺复杂、产量有限，无法满足大规模生产和实际应用的需要。
针对这一难题，张晓东教授团队独辟蹊径，提出了一种通用型单原子催化剂制备策略。他们通过机器学习与计算机模拟，从近两万种原子结构中筛选出催化活性最高的原子。然后采用离子注入技术，将活性原子“注入”常用医用镍钛合金的表面，从而实现了单原子催化剂的高效、均匀制备。
单原子血管支架大规模制备示意图
该方法具有三大优势：规模化制备能力强，仅用数小时即可一次性做出面积达200 cm²的催化材料；通用性强，已成功用于制备铂-铜、钴-钒等22种不同的单原子催化剂；条件温和，整个过程在温和条件下完成，避免了传统高温工艺对材料结构的破坏，使制备出的催化剂在长达四年的测试中性能稳定，未见衰减。
基于此，团队研制出了新一代“单原子血管支架”，该支架具有持续、高效的类酶催化功能，能够持续高效地清除血管内过量有害的活性氮物质，从源头上减轻氧化损伤与炎症反应，有效抑制血管再狭窄等术后并发症。在动物实验中，这款单原子血管支架效果显著，能够有效预防血管损伤并促进功能恢复。长达五个月的观察显示，其催化活性持久稳定，克服了传统药物涂层支架药效随时间减弱的不足，为血管的长期修复与健康维持提供了可靠的新途径。
此外，该技术还具有显著的可持续性优势。团队通过筛选，成功采用了钴、钒等资源更丰富的金属体系，避免了对昂贵贵金属的依赖，降低了成本，为未来医疗器械的绿色制造提供了新路径。“这项工作为开发更长效、更安全的血管介入器械带来了希望，我们还探索出了一条可规模化制备高性能生物催化材料的通用技术路径。”张晓东教授表示，“它连接了前沿基础研究与临床重大需求，未来有望拓展至更多生物医用场景。”
该论文的第一单位为天津大学，张晓东教授为该论文的唯一通讯作者，裴家晖博士为该论文的第一作者，穆晓宇副教授、赵若荔博士和李永徽副教授为共同第一作者。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-025-01713-7。
