无机有机防腐生物相容性复合涂层的可吸收镁合金支架及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及镁合金支架表面改性技术，特别是一种无机有机防腐生物相容性复合涂层的可吸收镁合金支架及其制备方法。
背景技术
1964年，Dotter等提出了经皮腔内血管成形术的概念，并拟用硅橡胶或塑料来支撑血管以保持血管内血流畅通，1969年，他们首次运用金属环在动物体内做血管支架。1987年Sigwart成功地实施了第一例冠状动脉支架手术。之后，心血管支架作为冠心病介入治疗史上的第二个里程碑而被广泛接受。到21世纪初，以Cypher和TAXUS为代表的药物洗脱支架应用到临床则被誉为第三个里程碑。
冠状动脉内支架置入术使再狭窄率从球囊扩张术时代的30％-60％显著下降至20％-30％，已成为当今冠心病介入治疗的最主要方法。目前，有近90％的冠状动脉介入性治疗包含了植入支架。虽然支架的使用极大地降低了再狭窄发生率，但再狭窄率仍然保持在10％～30％之间。一般来说，理想的血管支架应该具有足够的灵活性以便支架可以到达冠状动脉内的任何位置；具有良好的可视性以及在保证最小损伤下的支架的撑开能力；在圆周上具有均匀分布的强度以及足够的刚性；能够有效减少急性血栓形成和炎症反应；能够阻止新生内膜的形成以及良好的抗凝血性和流体动力学相容性；在植入6个月后能够自动消失并且病变部位不会再发生再狭窄。现有的支架主要有生物医用金属支架、聚合物支架、放射性支架、可生物吸收合金支架等，金属支架最初使用的是裸露金属支架，虽然这种支架可以满足力学性能要求，但是由于其不可降解性，长期植入会产生炎症反应，同时由于血液相容性不佳并释放出重金属离子，可能引发一系列潜在的问题，如慢性炎症、血栓等，并且不能对同一病变部位进行重复植入。研究表明血管再狭窄主要发生在最初3-6个月内，一年以后罕有再狭窄发生，因此可生物降解支架应运而生，这种支架在一定时间内支撑血管腔，保持血管畅通，在完成相应功能后自然消失且分解产物没有任何副作用。但是聚合物支架X射线示踪性不理想，径向支撑力也很差，更大的支撑厚度与体积，从而无法到达远端小血管，并且使用时需要加热而且回弹力也很大，从而对血管造成了潜在的危险。
由于金属支架和聚合物支架固有的缺陷，人们希望能使用一种可生物吸收的合金来制造支架。在理论上，可生物吸收合金支架具有改善生物性容性、增强血管重构、重建普通支架置入后消失的血管动力等多种优点，还可以在同一病变处进行多次介入干预，而不会产生支架重叠带来的问题。
可生物吸收合金主要是指镁合金，镁是人体内仅次于钾的细胞内正离子，在新陈代谢过程中起着重要的作用，具有抗凝血性和组织相容性。镁合金良好的力学性能、可控腐蚀性能和降解产物的最小副作用等优点使其成为支架的选用材料。镁合金支架重量约为3-6mg，在大约2个月内完全降解，释放的镁离子浓度远远小于血液生理浓度(0.70-1.05mmol/l)，又由于镁离子缺乏会导致心血管疾病，支架镁离子的释放更可能是有益的。
Heublein等使用AE21首次制备了可生物吸收合金支架，动物实验中在抗凝血性、炎症反应、降解动力学及内皮化过程等方面均显示了良好的效果。Biotronik公司之后又使用改进镁合金(含有锆、钇和稀土元素)制备的支架在动物实验和初期临床实验中都取得了理想的效果，显示出了巨大的应用潜力。
专利EP1632256-A2公开了一种由镁合金制备的支架，镁合金中含有60-88％镁，2-30％稀土元素金属，2-20％钇，0.5-1.5％锆，0-10％其它材料。该支架具有良好的机械性能和生物可降解性能。但是该支架在体内降解速度过快，而且没有载药涂层。
中国专利CN200610130594.3公开了具有双重可控释放涂层的可吸收镁合金支架及其制备方法。该支架基干为钇、钕、锆和重稀土元素镱、铒、镝和钆组成的镁合金WE43，基干表层是镁铝氧化物或铈氧化物的致密的防腐涂层，之外是壳聚糖或胶原蛋白构成的交联致密载药涂层，再之外是聚左旋乳酸或聚羟基乙酸构成的非交联载药涂层，最外层是聚左旋乳酸或聚羟基乙酸构成的控释涂层。该支架的的优点在于该支架上的涂层为双重可控释放涂层，结合牢固，不易脱落。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种新的无机有机防腐生物相容性复合涂层的可吸收镁合金支架及其制备方法，可以克服现有技术的缺陷。镁合金表面制备无机有机复合防腐生物相容性涂层和药物缓释涂层来协调镁合金腐蚀与药物释放问题，无机有机复合防腐生物相容性涂层主要由无机陶瓷膜与有机封孔层组成，有效的提高镁合金基体的耐腐蚀性，通过制备方法与工艺条件的不同不仅调控镁合金的耐腐蚀性，而且有效控制镁离子地释放速率，同时有机膜层改善表面生物相容性，同时降解产物无副作用，可被人体吸收，生物相容性与血液相容性好，药物释放涂层能够减少药物突释，保证药物持续缓慢释放。
本发明提供的一种无机有机防腐生物相容性复合涂层的可吸收镁合金支架包括镁合金支架基干和复合涂层，复合涂层的组成是：
无机防腐涂层、致密有机封孔涂层、药物释放涂层和药物缓释涂层；
在可吸收镁合金支架基干表层是无机多孔防腐涂层，无机多孔防腐涂层之外是致密有机封孔涂层，致密有机涂层之外是药物释放涂层，药物释放涂层之外是药物缓释涂层；
所述的无机多孔防腐涂层由采用微弧氧化的方法制备，涂层主要成分由硅酸镁、氧化镁及二氧化硅组成，厚度为20-30μm，外层为疏松多孔结构，内层为致密冶金结合结构；无机多孔防腐涂层之上的致密有机封孔涂层为聚乳酸PLLA(重均分子量为6万-60万)，采用喷涂或浸涂的方法制备，厚度为10-20μm，PLLA不仅有效的封孔无机多孔防腐涂层的微孔提高镁合金基体耐腐蚀性，同时生物相容性较好且降解性良好；药物释放涂层是药物释放的存储容器，可以携载药物并有效的释放药物，主要是由生物相容性好的PLGA(重均分子量为4-15万)构成的紫杉醇释放涂层，厚度为10-20μm；药物缓释涂层可以有效的降低药物释放初期的药物释放速度，避免由于释放初期由于药物突释引起的短时间内的药物浓度增大，使药物以一定浓度保持持续缓慢的释放，药物缓释涂层主要由交联明胶膜组成，厚度为10-20μm。
所述的镁合金支架基干是由质量分数为Y3.7-4.3％，RE(Nd：2.0-2.5％，HeavyE：balance)：2.4-4.4％，Zr＞0.4％组成的镁合金WE42。
本发明提供的一种新的无机有机防腐生物相容性复合涂层的可吸收镁合金支架的制备方法包括以下步骤：
1)将镁合金WE42用激光雕刻成支架，然后置于质量浓度为1％-10％HCl和质量浓度为1％-12％FeCl2的酸洗液中超声处理5-50分钟，除去加工残留的碎屑，然后将处理后的支架置于真空炉中以800-1500℃进行退火处理，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10分钟后进行微弧氧化处理，微弧氧化电解液成分为1-100g/L的NaOH和1-100g/L的Na2SiO3，氧化时间为20-120min，电流密度为0.01-2.0A/cm2，制备钙钛矿结构的MgSiO3和沸石结构的SiO2相及MgO组成的无机多孔防腐涂层，这种防腐涂层为冶金结合的陶瓷层，分为两层，内层为与镁合金基体冶金结合的致密陶瓷层，外层为疏松多孔层伴随许多微孔与裂纹，通过改变微弧氧化的氧化电流及氧化时间可以有效的制备不同耐腐蚀性的无机多孔防腐涂层。微弧氧化之后将支架置于去离子水中进行超声清洗10-60分钟，室温晾干，备用。
2)将经步骤1)制备的含有硅酸镁、氧化镁、二氧化硅的无机多孔防腐陶瓷结构涂层的支架然后置于质量浓度为1％-8％PLLA的二氯甲烷溶液中浸泡10min，采用浸渍提拉法以恒定速度5cm/min在微弧氧化制备的无机多孔防腐涂层表面制备一层致密均匀的有机PLLA封孔膜层，有机PLLA封孔膜层有效封孔无机多孔防腐涂层表面的微孔及裂缝，增强无机多孔防腐涂层的耐腐蚀性，同时降低表面粗糙度且降解产物无毒可被人体吸收分解，有效的改善了生物相容性，膜层干燥后用无水乙醇、去离子水超声清洗支架表面5min，制得无机有机复合防腐生物相容性涂层。
3)然后将上述支架浸泡于PLGA紫杉醇溶液中约5-10min，采用浸渍法制备PLGA紫杉醇释放涂层，干燥后再置于交联明胶混合溶液中，5min后取出，干燥，制备交联明胶控释层。从而制得具有腐蚀可控且药物缓释同时生物相容性好的可吸收镁合金支架。
本发明的特色之一在于其支架涂层为无机有机复合防腐生物相容性涂层，该复合涂层通过微弧氧化，表面封孔，有机无机复合，浸渍提拉等方法制备无机有机复合膜，无机多孔防腐涂层有效控制镁合金基体的腐蚀速率调控镁离子释放，表面封孔膜PLLA不仅进一步提高了镁合金无机多孔防腐涂层的防腐蚀效果，同时提高了无机多孔防腐涂层的表面生物相容性，其降解产物无毒可被人体吸收，从而解决了镁合金支架在植入后降解过快镁离子释放浓度过高的问题。采用无机和有机涂层相复合可延长支架在体内的存在时间并有效改变表面生物相容性，与专利EP1632256-A2的支架相比，解决了可生物吸收镁合金支架降解速率过快的问题。
本发明的特色之二在于制备有机无机复合涂层，采用控制微弧氧化工艺参数，改变PLLA分子量，调节PLLA溶液浓度，添加小分子助剂等方法有效的控制镁合金腐蚀速度。
本发明的特色之三在于在控制释放镁合金腐蚀的同时制备药物缓释涂层，这样既解决了镁合金腐蚀速率过快的问题又可以控制释放药物。
【附图说明】
图1为具有无机有机复合防腐生物性涂层的可吸收镁合金支架结构示意图。
【具体实施方式】
下面给出本发明的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
如图所示：1、镁合金支架基干；2、无机防腐涂层；3、有机PLLA致密有机封孔涂层；4、PLGA紫杉醇药物释放涂层；5、交联明胶药物缓释涂层。
实施例1
将镁合金WE42(质量分数为Y3.7-4.3％，RE(Nd：2.0-2.5％，HeavyE：balance)：2.4-4.4％，Zr＞0.4％，山西镁业集团)用激光雕刻成支架，然后将其置于含质量浓度7％HCl、质量浓度8％FeCl2的酸洗液中超声处理30分钟，再将其置于真空炉中进行退火处理，以3℃/分钟的速度升温至1100℃，保持30分钟后，再以4℃/分钟的速度降至20℃后，再用功率为500W的超声清洗仪在去离子水中超声清洗15分钟后干燥，细胞实验表面镁合金有机无机复合涂层生物相容性好，降解产物无毒。
在干燥后的镁合金支架基干上制备无机防腐涂层。采用微弧氧化的方法，电解液成分为NaOH1-100g/L、Na2SiO31-100g/L，氧化时间为20min、40min、60min、80min、100min、120min，电流密度为0.01-2.0A/cm2。之后将制有防腐涂层的支架置于去离子水中超声清洗10分钟，室温晾干，得到制有钙钛矿结构的MgSiO3和沸石结构的SiO2相及MgO组成(主要成分：硅酸镁、氧化镁及二氧化硅)的无机防腐涂层的支架，涂层厚度为20-30μm。
将一定量的PLLA加入到CH2Cl2溶剂中配置浓度为1-10％(W/V)的PLLA封孔溶液。
采用浸渍-提拉法对镁合金微弧氧化涂层进行封孔处理，即将试样浸入PLLA溶液中1min，然后以5cm/min的速度均匀地提起，让底部聚合物溶液落尽，室温晾干，后在40℃烘箱中干燥24h，制的PLLA封孔的生物相容性可降解无机有机复合涂层，厚度为10-20μm。
制备将一定量的紫杉醇与PLGA溶于二氯甲烷溶液中，制备药物质量浓度为4-12％的PLGA/紫杉醇二氯甲烷溶液，将上述PLLA封孔的支架浸泡于PLGA/紫杉醇混合溶液中，10min后取出，干燥后制得厚度为10-20μm的PLGA/紫杉醇药物释放涂层，然后将上述支架置于0.1-3％戊二醛交联的明胶溶液中，5min后取出，干燥，制得厚度为10-20μm的交联明胶缓释涂层。
制得的支架在37℃人工模拟体液中进行测试，结果显示PLLA封孔后无机有机复合涂层镁合金支架的耐腐蚀性远高于未封孔处理的无机涂层镁合金支架的耐腐蚀性，改变微弧氧化时间可以改变镁合金耐腐蚀性，微弧氧化腐蚀阻抗最高可提高到镁合金基体的腐蚀阻抗的30倍，，改变微弧氧化时间可以控制镁合金无机膜的耐腐蚀强度，聚合物涂层在180天内降解完毕，金属支架在310天内降解完毕，药物释放显示，在30天时药物释放只有20％，同时没有药物突释，药物释放缓慢。
实施例2
实验条件和操作过程与实施例1相同，在制备微弧氧化无机涂层的过程中，将氧化时间改为20-120min，氧化电流改为0.01A、0.05A、0.1A、0.2A、0.4A、0.6A、0.8A、1.0A、1.2A、1.4A、1.6A、2.0A，细胞实验表面镁合金有机无机复合涂层生物相容性好，降解产物无毒。
制得的支架在37℃人工模拟体液中进行测试，结果显示PLLA封孔制备的无机有机复合涂层镁合金支架的耐腐蚀性远高于未封孔处理的无机涂层镁合金支架的耐腐蚀性，改变电流参数可以改变镁合金耐腐蚀性，微弧氧化电流密度0.5A腐蚀阻抗是镁合金基体的腐蚀阻抗的30倍，聚合物涂层在180天内降解完毕，金属支架在310天内降解完毕。
实施例3
实验条件和操作过程与实施例1相同，只是改变微弧氧化时间为20-120min，氧化电流密度为0.01-2.0A\cm2，与实施例1与2相似，只是改变：在制备有机PLLA封孔涂层的过程中，改变PLLA分子量，细胞实验表面镁合金有机无机复合涂层生物相容性好，降解产物无毒。
制得的支架在37℃人工模拟体液中进行测试，结果显示不同分子量的PLLA封孔镁合金的降解周期不同，聚合物涂层在150-360天内降解完毕，金属支架在240-420天内降解完毕。
实施例4
实验条件和操作过程与实施例1相同，只是改变微弧氧化时间20-120min，氧化电流密度为0.01-2.0A\cm2，与实施例1与2相似，只是改变在制备有机PLLA封孔涂层的过程中，添加不同含量的PEG助剂，通过PEG含量的多少来调节PLLA的降解性从而控制PLLA对无机涂层封孔的效果达到控制镁合金支架腐蚀速度的作用，细胞实验表面镁合金有机无机复合涂层生物相容性好，降解产物无毒。
制得的支架在37℃人工模拟体液中进行测试，结果显示不同PEG含量的PLLA降解周期不同，对镁合金微弧氧化膜的防腐蚀作用不同，聚合物涂层在155-330天内降解完毕，金属支架在238-380天内降解完毕。
实施例5
实验条件和操作过程与实施例1相同，只是改变微弧氧化时间10-120min，氧化电流密度为0.01-2.0A\cm2，与实施例1与2相似，只是改变：在制备有机PLLA封孔涂层的过程中，通过配制不同分子量的PLLA浸渍液改变封孔膜层，从而控制镁合金支架腐蚀速度，细胞实验表面镁合金有机无机复合涂层生物相容性好，降解产物无毒。制得的支架在37℃人工模拟体液中进行测试，结果显示不同分子量的PLLA封孔镁合金的降解周期不同，聚合物涂层在155-345天内降解完毕，金属支架在240-388天内降解完毕。