專利名稱：：納米涂層結(jié)合微孔化表面血管內(nèi)支架改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種心血管植入醫(yī)療器械的表面改性
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及NiTi合金和316L不銹鋼血管內(nèi)支架的改性技術(shù)，屬于醫(yī)療器械的
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：當(dāng)今，冠心病給人們帶來(lái)的危害日益突出。支架植入以其操作簡(jiǎn)便、患者痛苦小、風(fēng)險(xiǎn)小、術(shù)后恢復(fù)快等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為冠心病介入治療的首選方法。據(jù)衛(wèi)生部統(tǒng)計(jì)，我國(guó)需要接受心血管手術(shù)的病人已達(dá)400萬(wàn)人。金屬支架在植入術(shù)后6個(gè)月內(nèi)會(huì)產(chǎn)生10%50%的支架內(nèi)再狹窄(In-stentrestenosis,ISR)。目前對(duì)于術(shù)后ISR的發(fā)生機(jī)制尚不完全清楚。人們研究發(fā)現(xiàn)其可能的機(jī)制為由于支架的植入使病變血管擴(kuò)張從而引起血管內(nèi)皮的損傷，彈性纖維層的破壞進(jìn)而延伸到動(dòng)脈內(nèi)膜，導(dǎo)致了平滑肌細(xì)胞向損傷部位遷移增殖，內(nèi)膜過度增生最終導(dǎo)致了ISR。此外，支架植入后會(huì)引起纖維蛋白原和血小板在支架表面上的吸附和沉積，從而導(dǎo)致血栓的形成，這也成為觸發(fā)ISR可能的原因之由于支架本身是一種金屬異物，可以導(dǎo)致血栓的形成和引起機(jī)體的免疫反應(yīng)，因而亞急性血栓形成和再狹窄仍是術(shù)后兩大主要并發(fā)癥。而對(duì)材料與生物體相互作用機(jī)制的大量研究表明生物材料表面的成分、結(jié)構(gòu)、表面形貌、表面的能量狀態(tài)、親(疏)水性、表面電荷、表面的導(dǎo)電特征等表面化學(xué)物理及材料學(xué)性質(zhì)均會(huì)影響材料與生物體之間的相互作用。因此通過物理、化學(xué)、生物學(xué)等各種技術(shù)手段對(duì)血管內(nèi)支架進(jìn)行表面改性，可大幅度改善血管內(nèi)支架的組織相容性和血液相容性，使之更適應(yīng)臨床的需要。此外，由于血管內(nèi)皮細(xì)胞具有顯著的抗凝血作用，主要表現(xiàn)在合成和分泌抗凝因子，如分泌凝血調(diào)節(jié)蛋白，肝素樣物質(zhì)和組織因子通路阻抑因子；合成和分泌抑制血管擴(kuò)張和血小板凝集的因子，如前列腺環(huán)素；分泌平滑肌松弛因子。這些因子共同作用，是血液保持流通狀態(tài)，阻止血栓形成。人們現(xiàn)在普遍認(rèn)為對(duì)支架表面進(jìn)行體外內(nèi)皮化修飾可能會(huì)促使內(nèi)皮功能及完整性的恢復(fù)，似乎成為解決ISR的良好途徑。綜上所述，316L不銹鋼、NiTi合金支架材料的表面改性，在保持其原有的機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，可提高其內(nèi)皮細(xì)胞親和性，抗腐蝕性，血液相容性等生物相容性，進(jìn)而降低支架植入后的ISR發(fā)生率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種植入性醫(yī)療器械特別是血管內(nèi)支架表面改性的方法。通過該方法改性后的支架在植入病變部位后能快速地內(nèi)皮化，有效減少血栓的形成，而且抗腐蝕性等生物相容性都明顯優(yōu)于未改性支架。從而可以在己經(jīng)上市的支架基礎(chǔ)上，通過本發(fā)明的表面改性技術(shù)降低支架植入后ISR的發(fā)生率。本發(fā)明結(jié)合化學(xué)刻蝕和低溫等離子體沉積技術(shù)對(duì)NiTi合金和316L不銹鋼血管內(nèi)支架進(jìn)行表面改性?；瘜W(xué)刻蝕的目的是在支架材料表面制備均勻的、直徑小于lpm的微孔，為支架植入后內(nèi)皮細(xì)胞黏附提供更多的接觸位點(diǎn)，從而加速支架植入后內(nèi)皮化進(jìn)程。在此基礎(chǔ)上結(jié)合使用低溫等離子體沉積技術(shù)在微孔材料表面制備一層SiOx:H納米涂層，提高支架的親水性，進(jìn)一步增強(qiáng)支架與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附緊密度，加快內(nèi)皮細(xì)胞的鋪展和增殖。此外，低溫等離子體沉積技術(shù)制備的SiOx:H納米涂層支架的血液相容性，抗腐蝕性及多項(xiàng)生物安全性指標(biāo)均證實(shí)明顯優(yōu)于未改性支架。因此，結(jié)合化學(xué)刻蝕微粗糙技術(shù)和低溫等離子體沉積技術(shù)可提高支架的生物相容性，并使支架在植入后快速內(nèi)皮化，有望降低ISR的發(fā)生率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種納米涂層結(jié)合微孔化表面血管內(nèi)支架改性方法，其包括以下過程以NiTi合金或316L不銹鋼血管內(nèi)支架為基體，經(jīng)超聲清洗后，首先由化學(xué)刻蝕制備微孔的支架表面將支架材料浸入20%-30%HNO3(體積百分比)溶液于4(TC下處理24小時(shí)。經(jīng)化學(xué)刻蝕后的支架表面平均粗糙度50-100nm，表面微孔直徑小于lpm。在支架材料表面微孔化以后，將支架置入鐘式直流電源等離子體反應(yīng)器中，選擇不同比例的三甲基硅烷(TMS,(CH3)3SiH)和氧氣(02)混合氣體或依次通入TMS、甲垸和02單體作為反應(yīng)氣體，控制反應(yīng)氣壓在20-100mtoiT,直流電源功率為5-10瓦，以及沉積時(shí)間在3-5分鐘之間。制備具有納米級(jí)厚度的不定形SiOx:H膜層，通過控制氣體流速及沉積時(shí)間，可制備其厚度約為30-50nm，材料表面水潤(rùn)濕角為30°-80°的SiOx:H納米膜層，顯著提高了材料的抗腐蝕性。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明SiOx:H膜層具有優(yōu)異的生物相容性，生物安全性指標(biāo)符合國(guó)GB/T16886-1997標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.制備的微孔材料表面更適宜于內(nèi)皮細(xì)胞的粘附，在支架植入后可實(shí)現(xiàn)快速內(nèi)皮化，形成的內(nèi)皮細(xì)胞層更接近于非病變血管內(nèi)膜層，因而可明顯抑制血栓形成和內(nèi)膜增生。2.低溫等離子體制備的SiOx:H納米涂層具有良好的血液相容性，SiOx:H膜層優(yōu)異的生物相容性使支架植入后Ni2+(NiTi合金和316L不銹鋼支架)溶出率降低，抗腐蝕性增強(qiáng)。同時(shí)，親水性的提高可進(jìn)一步促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的粘附。3.新材料的開發(fā)耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，而通過本表面改性方法可以在保持材料基體原有機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，改變材料表面的物理化學(xué)性質(zhì)，使之更適應(yīng)臨床的需要，因而是一種簡(jiǎn)單易行的提高材料表面性能的方法。在本發(fā)明中，低溫等離子體沉積SiOx:H技術(shù)對(duì)幾何形狀復(fù)雜的支架可以實(shí)現(xiàn)全方位改性，涂層均勻致密，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。圖1為本發(fā)明所用的鐘式直流電源等離子體反應(yīng)器示意圖2中的圖2a、圖2b、圖2c分別為利用本發(fā)明改性前后掃描電鏡(SEM)觀察支架的表面形貌對(duì)比(5000X);圖3中的圖3a、圖3b、圖3c分別為原子力顯微鏡(AFM)觀察支架改性前后表面形貌；圖4紅外光譜(FTIR)測(cè)定改性后支架表面化學(xué)基團(tuán)結(jié)果；圖5等離子體沉積改性前后支架的陽(yáng)極極化曲線(抗腐蝕性測(cè)定)；圖5a為未改性支架；圖5b改性后支架；圖6中的圖6a、圖6b、圖6c分別為培養(yǎng)3天后，牛血管內(nèi)皮細(xì)胞在光滑支架材料表面，微孔支架材料表面和微孔SiOx:H納米涂層表面的粘附情況(200X)。具體實(shí)施例方式參見圖1，圖1為本發(fā)明所使用的鐘式直流電源等離子體反應(yīng)器示意圖。該反應(yīng)器包括不銹鋼基板①，第一真空泵②，第二真空泵③，流速控制器，鐘式等離子體反應(yīng)室，壓力控制器⑥，直流電源⑦。借助此裝置，可在材料表面制備出不同厚度和水接觸角的SiOx:H納米涂層。實(shí)施例1(1)將NiTi合金或316L不銹鋼血管內(nèi)支架浸入丙酮溶液中，超聲清洗5分鐘，取出支架后蒸餾水清洗三次；(2)配置30MHNO3溶液(體積百分比)；(3)將清洗后的支架浸入盛有30XHNO3溶液的容器中，將容器置于恒溫40。C的水浴箱中處理24小時(shí)。(4)取出支架，用丙酮超聲清洗5分鐘并用蒸餾水清洗三次，室溫干燥；(5)將支架作為陰極材料置于圖1的鐘式等離子體反應(yīng)器內(nèi)的不銹鋼基板①上；(6)打開第一、二真空泵②、(D抽取真空，再通過流速控制器④向鐘式等離子體反應(yīng)室⑤里面通入TMS或與02的混合氣體，通過壓力控制器⑥調(diào)節(jié)反應(yīng)室內(nèi)氣壓，打開直流電源⑦，在工作臺(tái)上施加一定的脈沖負(fù)高壓，等離子體在脈沖負(fù)電壓作用下沉積到材料表面?？砂幢硪凰救N實(shí)現(xiàn)方法得到SiOx:H納米涂層，控制涂層性能的參數(shù)包括TMS和02的流速，反應(yīng)壓力，反應(yīng)時(shí)間和直流電源功率；表一實(shí)現(xiàn)方法TMS流速或和反應(yīng)壓力反應(yīng)時(shí)間(min)直流電源功率02的流速比(mtorr)(W)一1sccmTMS20一1sccm-2sccm304二1sccrru4sccm40510(7)測(cè)定沉積SiOyH納米膜層厚度及水接觸角；(8)SEM，AFM測(cè)定改性前后支架表面形貌見附圖2和圖3，F(xiàn)TIR測(cè)定表面化學(xué)基團(tuán)，見附圖4;(9)體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研證表面形貌及表面化學(xué)基團(tuán)的變化對(duì)細(xì)胞黏附的影響見附圖5。實(shí)施例2步驟(1)一(5)同實(shí)施例1;(6)打開第一、二真空泵②、③抽取真空，然后通過流速控制器④向鐘式等離子體反應(yīng)室⑤里面依次通入TMS、CH4和02。可按表二所示的實(shí)現(xiàn)方法得到SiOx:H納米涂層；表二<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(7)測(cè)定沉積的SiOx:H納米涂層厚度及水接觸角；SEM，AFM測(cè)定改性前后支架表面形貌，F(xiàn)TIR測(cè)定表面化學(xué)基團(tuán)，體外內(nèi)皮細(xì)胞粘附實(shí)驗(yàn)等同實(shí)施例l。按上述實(shí)施例l、2方法得到的支架材料表面平均粗糙度Ra為(50-100nm)，SiOx:H納米涂層的X值為1-2，結(jié)構(gòu)為非晶型氧化硅，涂層厚度為30-50nm，水接觸角為30-80°。如圖2a、圖2b、圖2c和圖3a、圖3b、圖3c所示，其中分別示出用本發(fā)明的方法改性前后SEM，AFM觀察支架表面形貌。圖2a和圖3a為未改性支架光滑表面形貌，圖2b和圖3b為30XHNO3化學(xué)刻蝕后支架表面形貌，圖2c和3c為微孔表面等離子體沉積Si(X:H納米涂層后支架材料表面形貌。對(duì)比圖2a和b、3a和b可以發(fā)現(xiàn)采用30%HN03刻蝕支架材料表面可形成直徑小于的微孔表面，對(duì)比圖2b和c、3b和c可知，等離子體納米涂層不影響微孔表面形貌。圖4為紅外光譜(FTIR)測(cè)定等離子體沉積后支架表面化學(xué)基團(tuán)組成。譜圖分析結(jié)果表明，隨著TMS與02比例的增加，TMS的CH3疏水基團(tuán)與02作用生成的親水性的一OH基團(tuán)增多，從而增加材料的親水性。圖5為等離子體沉積改性前后支架的陽(yáng)極極化曲線，圖5a為未改性支架，圖5b為等離子體沉積SiOx:H納米涂層支架，對(duì)比圖5a、b可知，等離子體沉積改性前后支架的自腐蝕電位都在一200mv左右，等離子體沉積SiOx:H納米涂層后支架材料具有更寬的鈍化區(qū)范圍，鈍化區(qū)范圍在-90mv320mv之間，擊穿電位在+320mv，而未改性支架的鈍化區(qū)范圍在-110mv2卯mv之間，擊穿電位在+290mv。因此等離子體沉積SiOx:H納米涂層支架比未改性支架具有更優(yōu)異的抗腐蝕性能。圖6a、b、c分別為培養(yǎng)3天后，牛血管內(nèi)皮細(xì)胞在光滑支架材料表面、微孔支架材料表面和微孔SiCV.H納米涂層表面的粘附。圖6a牛血管內(nèi)皮細(xì)胞在未改性光滑支架培養(yǎng)3天后細(xì)胞粘附情況；在相同細(xì)胞培養(yǎng)條件下，圖6b為HN03化學(xué)刻蝕形成微孔支架材料表面細(xì)胞粘附情況，圖6c為微孔表面等離子體沉積SiOx:H納米涂層后支架材料表面細(xì)胞粘附情況。對(duì)比圖6a、b、c可以發(fā)現(xiàn)微孔表面可明顯促進(jìn)細(xì)胞粘附，在培養(yǎng)3天后，具有微孔結(jié)構(gòu)的材料表面細(xì)胞密度大，呈卵石狀鋪展開，形成細(xì)胞單層。而光滑表面細(xì)胞數(shù)量少，未完全覆蓋材料表面。綜上所述，用本發(fā)明的方法改性后的心血管內(nèi)支架促內(nèi)皮細(xì)胞粘附速率、抗腐蝕性、親水性和血液相容性等都明顯優(yōu)于現(xiàn)有未改性支架產(chǎn)品。權(quán)利要求1、一種納米涂層結(jié)合微孔化表面血管內(nèi)支架改性方法，其特征在于在植入性醫(yī)療器械NiTi合金或316L不銹鋼血管內(nèi)支架的表面形成微孔，且在微孔表面制備一層SiOx:H納米涂層，使支架具在植入人體后能快速地內(nèi)皮化，并具有良好的血液相容性和抗腐蝕性，其步驟包括(a)用化學(xué)刻蝕微粗糙化的方法在所述血管內(nèi)支架的表面形成微孔，所述微孔直徑小于1μm；(b)用低溫等離子體沉積技術(shù)在所述微孔表面沉積一層納米級(jí)厚度SiOx:H納米涂層，通入的反應(yīng)氣體選擇三甲基硅烷TMS單體或其和氧氣O2的混合氣體，或分別依次通入TMS、CH4和O2氣體單體。2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(a)所述的化學(xué)刻蝕微粗糙化方法是將所述血管內(nèi)支架浸入體積百分比20%—30%的HN03溶液中，在40'C下，處理24小時(shí)。3、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于在所述步驟(b)中，所選用的單體TMS的流速固定為lsccm，02的流速選擇為0sccm、lsccm、2sccm、3sccm、4sccm或5sccm，反應(yīng)時(shí)間為3—5分鐘，控制反應(yīng)壓力為395Pa，直流電源功率為5—10瓦。4、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟(b)中，所選用的單體為TMS、CHU和02時(shí)，依次通入單體的順序和流速分別為TMS:lsccm—2sccm;CH4:3sccm—5sccm;02lsccm—3sccm;反應(yīng)壓力依次為25mtorr，50—100mtorr，25—50mtorr;處理時(shí)間為TMS:l—2分鐘，CH4:2—3分鐘，02:30秒一l分鐘；直流電源功率均為5一10瓦。5、如權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在所述血管內(nèi)支架表面得到的平均粗糙度Ra為50—100nm，SiOx:H納米涂層厚度為30nm—50nm，水潤(rùn)濕角為30一80°。全文摘要本發(fā)明提出一種納米涂層結(jié)合微孔化表面血管內(nèi)支架改性方法，其是在植入性醫(yī)療器械NiTi合金或316L不銹鋼血管內(nèi)支架的表面形成微孔，且在微孔表面制備一層SiO_x:H納米涂層，使支架具在植入人體后能快速地內(nèi)皮化，并具有良好的血液相容性和抗腐蝕性，制備納米涂層所通入的反應(yīng)氣體選擇三甲基硅烷TMS單體或其和氧氣O₂的混合氣體，或分別依次通入TMS、CH₄和O₂氣體單體。通過該方法改性后的支架在植入病變部位后能快速地內(nèi)皮化，有效減少血栓的形成，而且抗腐蝕性等生物相容性都明顯優(yōu)于未改性支架，從而可以在已經(jīng)上市的支架基礎(chǔ)上，通過本發(fā)明的表面改性技術(shù)降低支架植入后ISR的發(fā)生率。文檔編號(hào)A61L27/56GK101496916SQ200910103260公開日2009年8月5日申請(qǐng)日期2009年2月24日優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日發(fā)明者俞青松,唐朝君,勤張,陽(yáng)沈,王貴學(xué)申請(qǐng)人:重慶大學(xué)