人体血管如同遍布全身的运输管道，负责为各个脏器输送氧气与营养物质。受年龄增长、血脂异常、不良生活习惯等因素影响，血管内壁易出现斑块堆积，造成管腔狭窄堵塞，进而引发各类缺血性血管疾病。相较于药物保守治疗见效慢的特点，血管内支架植入术可快速解除血管梗阻，恢复血液循环。从最初的金属裸支架到药物洗脱支架、生物可吸收支架，血管内支架材料与设计持续优化，大幅减少术后血栓、血管再狭窄等不良反应，广泛应用于冠脉、脑血管、下肢血管等多部位病变治疗，成为守护血管健康不可或缺的重要医疗器械。
血管内支架，一般采用金属或高分子材料制成，其结构通常呈网架状（如下图所示的各种支架结构）。经腔放置的血管内支架，经扩张后或自膨胀后即可通过提供机械性的支撑，以维持或恢复血管管腔的完整性，并保持血管管腔的通畅。血管内支架属于无源植入器械，在国家药品监督管理局的分类目录中属于13-07心血管植入物，且其预期用途常包括治疗动脉粥样硬化、以及各种狭窄性、阻塞性或闭塞性等血管病变。
血管内支架，常通过与其相匹配的输送系统到达目标位置，并通过球囊扩张（如下图所示）或自扩张（如下图所示）的形式膨胀后固定在血管内。但无论是球囊扩张支架还是自扩张支架，支架的结构和材质都会直接影响其力学性能，例如支架在扩张前被压缩时的弹塑性应力分布、扩张后的径向刚度和轴向柔顺性，以及在周期性血压影响下的疲劳失效等。
目前市场上主流的三种支架（即裸金属支架-BMS，药物洗脱支架-DES和生物可吸收支架-BRS），它们也相应的代表了血管内支架发展的三个重要阶段。
一、裸金属支架（Bare metallic stent-BMS）
自1986年，世界上首例冠状动脉支架（即WALLSTENT，为一种由不锈钢丝编织而成的管状网络支架）成功植入人体，就标志着BMS正式进入临床。
裸金属支架通过其强大的机械性能支撑堵塞的血管，相比于单纯的球囊扩张，其能显著降低血管急性回弹率和再狭窄率，时至今日其仍是治疗血管内狭窄中应用最常用的支架之一。
在目前广泛使用的这些裸金属支架中，支架的主要材料常为316L不锈钢（SS），镍钛合金，钴铬合金和钽。在这其中，316L不锈钢是95%铁和5%镍的混合物，是裸金属支架中首次使用的金属材料。且由于其稳定的性能，包括径向强度、生物相容性、可输送性、安全性、耐腐蚀性（需在相对温和的环境下）和低成本，它至今仍常用于血管支架的制作。此外，根据316L不锈钢的微观结构，其又可细分为几个系列，包括铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢，每个系列都具有不同的性能。例如，奥氏体不锈钢是非磁性的，因此与磁共振成像（MRI）兼容，而铁素体不锈钢和马氏体不锈钢是铁磁性的。此外，与其他类别的不锈钢相比，奥氏体不锈钢表现出相对较好的耐腐蚀性，更适合在人体中的长期植入。然而，也正是由于316L不锈钢相对较差的耐磨性和耐腐蚀性，使得其在长期植入人体的过程中，不可避免地会释放对人体有害的金属离子，如镍离子或铬离子。
钴铬合金（Co-Cr），是一种由钴（Co）和铬（Cr）为主要元素组成的高强度、耐腐蚀且生物相容性优异的合金材料。与316L不锈钢相比，钴铬合金具有更好的耐腐蚀性和耐磨性、刚度以及机械强度，包括弹性模量和压缩屈服强度。钴铬合金的密度为9.2 g/cm³，弹性模量为240 GPa，拉伸强度为900 MPa-1540 MPa，伸长率为2%-20%，这些优异的机械性能使钴铬合金成为制造更薄支架的理想材料（即细至60-80μm），并提供比316L不锈钢支架更好的柔韧性（优异的柔韧性能降低支架血栓形成的几率）。此外，与316L不锈钢相比，钴铬合金的高密度还使其具有更明显的射线可探测性，从而更有利于钴铬合金支架在血管中的定位。
镍钛合金（Ni-Ti合金），是一种由镍和钛组成的特殊金属合金。与316L不锈钢和钴铬合金相比，它具有低弹性模量（30 GPa-50 GPa），但高抗压强度（1355 MPa）的性能特点。除了具有优异的力学性能外，镍钛合金还表现出良好的耐腐蚀性和生物相容性，以及其最显著和突出的性能---超弹性和形状记忆效应（即当支架温度低于人体体温时，处于压缩状态，而当其接近人体体温时，能自行扩张达到膨胀状态并撑开狭窄区域）。也正因为镍钛合金突出的形状记忆效应和超弹性，很多厂家都将其用于制备自扩张支架。镍钛合金的这些性能，使其与天然血管组织相似，也可以表现出与天然血管相似的行为，并能最大限度地减少对血管损伤。然而，镍钛合金在支架制造过程中难以加工，并且由于镍离子的释放可能会引起过敏反应，使得镍钛合金的临床应用也受到了相应的限制。此外，镍钛合金支架在X射线下的可见性较差，常需要在支架上固定其他的不透射线显影标记。但尽管如此，镍钛合金支架因其自膨胀特性而被广泛用于外周血管疾病的治疗，特别是在股浅动脉（SFA）和颈动脉等位置。
钽是一种蓝灰色、稀有、致密且有光泽的过渡金属，具有良好的耐磨性，耐腐蚀性，生物相容性和机械性能（钽的密度为16.6 g/cm³，弹性模量为186 GPa，拉伸强度为220 MPa-1400 MPa，伸长率为2%-50%），且对热和电具有高传导性。且由于钽具有最高的密度，使其具有优异的射线可探测性，故由钽制备的支架无需添加额外的显影部件便可实现术中的精准定位。同时，钽与其他常规金属生物材料不同，其表面带有负电荷，这也使得钽具有优异的生物相容性（由于负电荷能抑制血栓的形成）。然而，钽的弹性模量相对较低，会表现出较差的径向机械性能，这个不足也限制了其在血管支架中的应用，也正是由于这个原因，目前市场上已经基本没有适用于血管内的钽支架了。
尽管裸金属支架的出现实现了支架在血管中的输送，在血管内的扩张，并提供强大的机械支撑以扩开病变区域，但其在随后的临床使用中也显示出了许多不良反应，其中最突出的一种不良反应就是新生内膜增生。新生内膜增生是人体将支架作为异物而产生的炎症反应，其是由平滑肌细胞（SMCs）过度增殖进入血管腔引起的。随着裸金属支架在体内植入时间的延长，支架内再狭窄（ISR）和支架血栓形成（ST）的发生概率也就会逐步提高（下图展示了支架内血栓形成的过程，以及4种典型的支架内再狭窄）。也正因为裸金属支架在临床应用过程中出现的各种不良反应，促使了各大先驱者们对支架的迭代研发，并随后开发推出了药物洗脱支架。
二、药物洗脱支架（DES）
为了解决ISR问题，研究者们在裸金属支架的基础上，通过涂覆生物相容性涂层并加入抗增殖药物，成功开发出了药物洗脱支架。这类支架可以是生物可吸收或不可吸收的聚合物支架，也可以是无聚合物支架。通过涂覆生物相容性涂层和加入抗增殖药物，药物洗脱支架有效抑制内膜增生，但也存在药物残留风险和金属基底引发的长期炎症。
经过多年的研究和发展，DES已经广泛应用于临床，并取得了显著的治疗效果。目前常用的洗脱药物包括雷帕霉素、紫杉醇和依维莫司，而基材则主要有不锈钢、钴铬合金、NiTi记忆合金等。此外，PLLA、PDLLA、PCL、PGA及其共聚物也是制备DES的常用材料。
虽然药物洗脱支架能有效抑制内膜增生、预防早期炎症反应，并显著提高血管再狭窄率、TLR和TVR，但它们也存在一些潜在风险。例如，常用的药物洗脱支架多为永久性金属基底，在药物涂层分解释放后，金属基底可能永久残留在人体内，引发血管炎症和后期动脉粥样硬化复发的风险。此外，药物洗脱支架还存在药物分解慢、载体脱落等问题，这也需要在支架结构设计时进行充分考虑。
为了解决这些问题，研究者们正在探索新的支架结构设计。例如，Hsiao等人设计了表面带有微罐结构的药物洗脱支架。这种设计可以影响支架的抗疲劳性能和载药量，通过调整微罐的尺寸和密度，可以实现对载药量的精准控制，从而在力学性能与载药量之间达到平衡。这种创新设计为未来血管支架的发展提供了新的思路和方向。
三、生物可降解支架（BDS）
由于DES在药物层释放后仍存在与BMS相同的问题，理想的解决方案是设计一种在植入早期具有支撑血管功能的支架，而在后期能够被机体吸收或分解消除，从而避免支架永久留在体内造成的潜在风险。生物可降解支架由可降解材料制成，能有效支撑并逐步降解，避免永久性植入风险，但需解决材料降解和机械性能的问题。
可降解支架（BDS）作为第三代支架产品，由生物可降解或生物吸收材料制成，这些材料具有良好的组织相容性和生物降解性。在植入后，这类支架能够有效地扩张血管，并在适当的时候逐渐在人体内降解，其降解产物可通过代谢排出或被机体吸收，不会对血管功能造成影响。
早在1988年，Stack就率先开发出了生物可吸收支架。随后，他在1991年与Chapman等科学家对这种支架进行了深入研究，并通过动物实验证明，植入后的血管在一段时间内保持通畅，无炎症及严重血栓形成。
目前，BDS的基质材料主要包括可降解聚合物和可降解合金。其中，可降解聚合物如聚乳酸、聚L-乳酸、聚己内酯以及外消旋聚乳酸等，而可降解合金则包括镁合金、锌合金和铁合金。值得注意的是，生物可降解支架在动物实验中的首次真正应用是由Yamawaki等于1998年开发的，他们使用了L-聚乳酸支架，这一里程碑式的研究为后续的学者提供了宝贵的参考。
随后，众多学者对可降解聚合物支架进行了深入研究。例如，2000年Tamai等首次将Igaki-Tamai-PLLA生物可降解支架进行人体试验，该支架厚度仅为0.17mm，呈锯齿螺旋状，成功植入15例患者体内。随访的血管造影和血管内超声检查显示，在30天内未发生血栓形成或重大心脏事件，6个月内也未发生除再次血管成形术外的其他重大心脏事件。此外，Erbel、Moravej和Hehrlein等科学家还研究了镁合金、铁合金和锌合金等可降解血管支架的性能和安全性。
例如，生物可降解聚合物支架在力学性能上存在不足，弹性回缩率大，机械衰减迅速。镁合金支架虽然基质降解迅速，但植入后期径向力显著减弱，可能导致支架植入部位出现晚期回缩。铁合金支架则可能干扰MRI成像，其降解不均匀性可能导致体内残留。锌合金支架尚处于研究初期，降解不均匀等问题以及诸多未知风险仍待解决。为解决BDSs的力学性能及降解问题，除了探索新材料外，还可以通过优化支架结构设计来提升径向刚度、轴向柔韧性，并减少透视缩短等不良影响。
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