專利名稱：：納米涂層結合微孔化表面血管內支架改性方法
技術領域：
：本發明涉及一種心血管植入醫療器械的表面改性
技術領域：
，特別涉及NiTi合金和316L不銹鋼血管內支架的改性技術，屬于醫療器械的
技術領域：
。
背景技術：
：當今，冠心病給人們帶來的危害日益突出。支架植入以其操作簡便、患者痛苦小、風險小、術后恢復快等諸多優點，已成為冠心病介入治療的首選方法。據衛生部統計，我國需要接受心血管手術的病人已達400萬人。金屬支架在植入術后6個月內會產生10%50%的支架內再狹窄(In-stentrestenosis,ISR)。目前對于術后ISR的發生機制尚不完全清楚。人們研究發現其可能的機制為由于支架的植入使病變血管擴張從而引起血管內皮的損傷，彈性纖維層的破壞進而延伸到動脈內膜，導致了平滑肌細胞向損傷部位遷移增殖，內膜過度增生最終導致了ISR。此外，支架植入后會引起纖維蛋白原和血小板在支架表面上的吸附和沉積，從而導致血栓的形成，這也成為觸發ISR可能的原因之由于支架本身是一種金屬異物，可以導致血栓的形成和引起機體的免疫反應，因而亞急性血栓形成和再狹窄仍是術后兩大主要并發癥。而對材料與生物體相互作用機制的大量研究表明生物材料表面的成分、結構、表面形貌、表面的能量狀態、親(疏)水性、表面電荷、表面的導電特征等表面化學物理及材料學性質均會影響材料與生物體之間的相互作用。因此通過物理、化學、生物學等各種技術手段對血管內支架進行表面改性，可大幅度改善血管內支架的組織相容性和血液相容性，使之更適應臨床的需要。此外，由于血管內皮細胞具有顯著的抗凝血作用，主要表現在合成和分泌抗凝因子，如分泌凝血調節蛋白，肝素樣物質和組織因子通路阻抑因子；合成和分泌抑制血管擴張和血小板凝集的因子，如前列腺環素；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，阻止血栓形成。人們現在普遍認為對支架表面進行體外內皮化修飾可能會促使內皮功能及完整性的恢復，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，在保持其原有的機械性能的基礎上，可提高其內皮細胞親和性，抗腐蝕性，血液相容性等生物相容性，進而降低支架植入后的ISR發生率。
發明內容本發明的目的在于提供一種植入性醫療器械特別是血管內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于未改性支架。從而可以在己經上市的支架基礎上，通過本發明的表面改性技術降低支架植入后ISR的發生率。本發明結合化學刻蝕和低溫等離子體沉積技術對NiTi合金和316L不銹鋼血管內支架進行表面改性。化學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，為支架植入后內皮細胞黏附提供更多的接觸位點，從而加速支架植入后內皮化進程。在此基礎上結合使用低溫等離子體沉積技術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，進一步增強支架與內皮細胞的黏附緊密度，加快內皮細胞的鋪展和增殖。此外，低溫等離子體沉積技術制備的SiOx:H納米涂層支架的血液相容性，抗腐蝕性及多項生物安全性指標均證實明顯優于未改性支架。因此，結合化學刻蝕微粗糙技術和低溫等離子體沉積技術可提高支架的生物相容性，并使支架在植入后快速內皮化，有望降低ISR的發生率。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種納米涂層結合微孔化表面血管內支架改性方法，其包括以下過程以NiTi合金或316L不銹鋼血管內支架為基體，經超聲清洗后，首先由化學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。經化學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單體作為反應氣體，控制反應氣壓在20-100mtoiT,直流電源功率為5-10瓦，以及沉積時間在3-5分鐘之間。制備具有納米級厚度的不定形SiOx:H膜層，通過控制氣體流速及沉積時間，可制備其厚度約為30-50nm，材料表面水潤濕角為30°-80°的SiOx:H納米膜層，顯著提高了材料的抗腐蝕性。體內外實驗證明SiOx:H膜層具有優異的生物相容性，生物安全性指標符合國GB/T16886-1997標準。本發明的優點1.制備的微孔材料表面更適宜于內皮細胞的粘附，在支架植入后可實現快速內皮化，形成的內皮細胞層更接近于非病變血管內膜層，因而可明顯抑制血栓形成和內膜增生。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。同時，親水性的提高可進一步促進內皮細胞的粘附。3.新材料的開發耗時長，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械性能的基礎上，改變材料表面的物理化學性質，使之更適應臨床的需要，因而是一種簡單易行的提高材料表面性能的方法。在本發明中，低溫等離子體沉積SiOx:H技術對幾何形狀復雜的支架可以實現全方位改性，涂層均勻致密，可實現工業化應用。圖1為本發明所用的鐘式直流電源等離子體反應器示意圖2中的圖2a、圖2b、圖2c分別為利用本發明改性前后掃描電鏡(SEM)觀察支架的表面形貌對比(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)測定改性后支架表面化學基團結果；圖5等離子體沉積改性前后支架的陽極極化曲線(抗腐蝕性測定)；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3天后，牛血管內皮細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)。具體實施例方式參見圖1，圖1為本發明所使用的鐘式直流電源等離子體反應器示意圖。該反應器包括不銹鋼基板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。實施例1(1)將NiTi合金或316L不銹鋼血管內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。(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器內的不銹鋼基板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室⑤里面通入TMS或與02的混合氣體，通過壓力控制器⑥調節反應室內氣壓，打開直流電源⑦，在工作臺上施加一定的脈沖負高壓，等離子體在脈沖負電壓作用下沉積到材料表面。可按表一所示三種實現方法得到SiOx:H納米涂層，控制涂層性能的參數包括TMS和02的流速，反應壓力，反應時間和直流電源功率；表一實現方法TMS流速或和反應壓力反應時間(min)直流電源功率02的流速比(mtorr)(W)一1sccmTMS20一1sccm-2sccm304二1sccrru4sccm40510(7)測定沉積SiOyH納米膜層厚度及水接觸角；(8)SEM，AFM測定改性前后支架表面形貌見附圖2和圖3，FTIR測定表面化學基團，見附圖4;(9)體外細胞實驗研證表面形貌及表面化學基團的變化對細胞黏附的影響見附圖5。實施例2步驟(1)一(5)同實施例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室⑤里面依次通入TMS、CH4和02。可按表二所示的實現方法得到SiOx:H納米涂層；表二<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(7)測定沉積的SiOx:H納米涂層厚度及水接觸角；SEM，AFM測定改性前后支架表面形貌，FTIR測定表面化學基團，體外內皮細胞粘附實驗等同實施例l。按上述實施例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，結構為非晶型氧化硅，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。對比圖2a和b、3a和b可以發現采用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)測定等離子體沉積后支架表面化學基團組成。譜圖分析結果表明，隨著TMS與02比例的增加，TMS的CH3疏水基團與02作用生成的親水性的一OH基團增多，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范圍，鈍化區范圍在-90mv320mv之間，擊穿電位在+320mv，而未改性支架的鈍化區范圍在-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異的抗腐蝕性能。圖6a、b、c分別為培養3天后，牛血管內皮細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牛血管內皮細胞在未改性光滑支架培養3天后細胞粘附情況；在相同細胞培養條件下，圖6b為HN03化學刻蝕形成微孔支架材料表面細胞粘附情況，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胞粘附情況。對比圖6a、b、c可以發現微孔表面可明顯促進細胞粘附，在培養3天后，具有微孔結構的材料表面細胞密度大，呈卵石狀鋪展開，形成細胞單層。而光滑表面細胞數量少，未完全覆蓋材料表面。綜上所述，用本發明的方法改性后的心血管內支架促內皮細胞粘附速率、抗腐蝕性、親水性和血液相容性等都明顯優于現有未改性支架產品。權利要求1、一種納米涂層結合微孔化表面血管內支架改性方法，其特征在于在植入性醫療器械NiTi合金或316L不銹鋼血管內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)用化學刻蝕微粗糙化的方法在所述血管內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在所述微孔表面沉積一層納米級厚度SiOx:H納米涂層，通入的反應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、如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(a)所述的化學刻蝕微粗糙化方法是將所述血管內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。3、如權利要求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，反應時間為3—5分鐘，控制反應壓力為395Pa，直流電源功率為5—10瓦。4、如權利要求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，依次通入單體的順序和流速分別為TMS:lsccm—2sccm;CH4:3sccm—5sccm;02lsccm—3sccm;反應壓力依次為25mtorr，50—100mtorr，25—50mtorr;處理時間為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、如權利要求1至4之任一項所述的方法，其特征在于在所述血管內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，水潤濕角為30一80°。全文摘要本發明提出一種納米涂層結合微孔化表面血管內支架改性方法，其是在植入性醫療器械NiTi合金或316L不銹鋼血管內支架的表面形成微孔，且在微孔表面制備一層SiO<sub>x</sub>:H納米涂層，使支架具在植入人體后能快速地內皮化，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氣體選擇三甲基硅烷TMS單體或其和氧氣O<sub>2</sub>的混合氣體，或分別依次通入TMS、CH<sub>4</sub>和O<sub>2</sub>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于未改性支架，從而可以在已經上市的支架基礎上，通過本發明的表面改性技術降低支架植入后ISR的發生率。文檔編號A61L27/56GK101496916SQ200910103260公開日2009年8月5日申請日期2009年2月24日優先權日2009年2月24日發明者俞青松,唐朝君,勤張,陽沈,王貴學申請人:重慶大學