CN101239009A - 可控降解的微弧氧化金属支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可控降解的微弧氧化金属支架及其制备方法，该支架具有微弧氧化膜层和可降解高分子涂层，该方法包括步骤：将可降解的金属加工成支架；对支架进行预处理，去除支架表面的氧化物；将支架放入微弧氧化电解液中，支架作为电解槽的阳极，通入直流或交流电进行微弧氧化处理，使支架的表面具有微弧氧化膜层；将微弧氧化处理后的支架进行清洗；在清洗后的支架表面喷涂可降解高分子材料，该可降解高分子材料携带治疗性药物。本发明支架上的微弧氧化膜层可以明显降低支架的腐蚀速率，延长支架的使用寿命，同时也保证了降解过程中材料的力学性能。

Description

可控降解的微弧氧化金属支架及其制备方法

技术领域

本发明属于植入医疗器械领域，涉及一种经过防腐膜层处理的、可以延缓镁合金的降解速率、延长支架的使用寿命的可控降解的微弧氧化金属支架及其制备方法。

背景技术

镁是地球上储量最丰富的元素之一，也是人体内第四位、细胞内第二位最丰富的阳离子，是人体中不可缺少的重要营养元素，在人体中总量约20多克。镁在生命过程中可以促进骨及细胞的形成，催化或激活机体300多种酶系，参与体内能量代谢，并且在能量的输送、贮存和利用中起关键作用。镁在体内三大代谢中通过调节核糖体DNA和RNA的结构来影响蛋白质的合成。镁在水介质中发生化学反应转变为镁离子，镁离子通过体内的吸收和肾脏的代谢来调节平衡，从而使镁合金材料在体内逐渐被降解吸收。镁合金因具有良好的力学性能和降解产物的最小副作用等优点而成为支架的优选材料。镁作为生物医用材料具有良好的医学安全性，尤其适用于心血管疾病的治疗。镁合金支架具有良好的磁共振MRI(magnetic resonance imaging)相容性，但在“x光”下不能显示，置入时必须采用血管内超声引导。现有技术中镁合金支架普遍存在的问题是降解速率过快，在大约2个月内已完全降解。

因此，由于镁的化学性质活泼，镁支架必需进行适当的表面保护处理方能使用。常用的镁合金表面处理有化学氧化和阳极氧化。镁合金阳极氧化膜比化学氧化膜具有更好的保护性，镁合金经阳极氧化处理后具有较好的耐蚀性。

可降解高分子材料具有无毒、无刺激性，易加工成型，载药量大等优点。这种高分子材料可以通过调节分子量和聚合物层的厚度来固定不同的药物和药量，载药量一般大于30％。将可降解高分子材料涂敷于经氧化处理的镁合金支架上，用以携带各种治疗性药物。

但目前现有技术中采用阳极氧化处理镁合金表面的耐腐蚀性还不够高，使用寿命短且阳极氧化工艺过程复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种可控降解的微弧氧化金属支架及其制备方法，使用该支架既可保证降解过程中材料的力学性能，又能延长镁合金支架的降解时间，同时还可以携带所需的治疗药物，满足临床治疗需要。

为达到上述目的，本发明提供一种可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，该方法包括以下步骤：

S1：选用可降解的金属加工成支架；

S2：对所述支架进行预处理，去除支架表面的氧化物；

S3：将所述支架放入微弧氧化电解液中，所述支架作为电解槽的阳极，通入直流或交流电进行微弧氧化处理，使所述支架的表面具有微弧氧化膜层；

S4：将微弧氧化处理后的支架依次用去离子水、超声波清洗机进行清洗；

S5：在清洗后的支架表面喷涂可降解高分子材料。

其中，所述步骤S1中可降解的金属为镁或镁合金。

其中，在步骤S5之后，还包括下述步骤：使支架匀速旋转；用含有1％～15％雷帕霉素或紫杉醇的溶液对支架进行定向喷涂1～15次。

其中，在步骤S2中，所述预处理包括：对所述支架进行抛光的机械处理步骤；对抛光处理后的支架用酸液清洗步骤；对用酸液清洗后的支架用超声波清洗步骤。

其中，在步骤S3中，通入直流电进行微弧氧化处理时，将不绣钢丝作为电解槽的阴极，先采用20～40V阳极电压氧化10分钟，再用50～200V的阳极电压氧化10～60分钟。

其中，在步骤S3中，通入交流电进行微弧氧化处理时，将另一个同样的支架作为电解槽的阴极，所述交流电压的范围为20～200V，交流频率为20～200Hz，占空比为0.1～0.9，通入时间为10～60分钟。

其中，在步骤S3中，所述电解液的组成为：

硅酸钠5～50g/L，氢氧化钾或氢氧化钠5～100g/L，氟化钠或氟化钾10～40g/L，磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐、铝酸盐、氟化物中任一种1～10g/L，柠檬酸盐、草酸盐、醋酸盐中任一种1～10g/L，甘醇、丙三醇中任一种1～10mL。

其中，所述电解液的pH值在10～13之间。

本发明还提供了一种利用上述方法制备的可控降解的微弧氧化金属支架，所述支架以镁或镁合金为基体，所述支架的表面具有经过微弧氧化处理后形成的微弧氧化膜层，在所述微弧氧化膜层表面喷涂有可降解高分子材料，所述可降解高分子材料携带有治疗性药物。

使用本发明的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法及其制备方法具有以下优点：

1.优异的机械和药物学性能：经过表面涂覆处理的可控降解的血管支架，以纯镁及镁合金为材料，保持了金属材料所具备的优异的机械性能，使镁材料植入器件在服役期间能够有效保持良好的力学性能；同时表面可降解高分子层的使用，极大提高了支架所需携带药物的种类和数量，提高了药物固定的稳定性；这种高分子材料可以通过调节分子量和聚合物层的厚度来固定不同的药物和药量，载药量一般大于30％；

2.镁材料降解速率降低，支架使用寿命延长：由于高分子材料的不致密性，不论其厚度如何，高分子材料都难以阻止水分子，特别是氯离子到达镁合金表面，因此镁合金会与高分子材料同时开始降解；微弧氧化技术利用高压高电流的作用在阳极区产生等离子体微弧放电，使阳极区局部产生高温，熔化镁材料表面的氧化物，生成一种氧化镁陶瓷膜层覆盖于金属表面，称为微弧氧化膜层；该膜层硬度、致密度、耐磨性、耐蚀性都优于阳极氧化膜，镁合金表面微弧氧化防腐涂层的制备，极大地降低了镁合金的降解速率，延长了支架的使用寿命，避免了因支架降解而导致的功能降低的问题。

附图说明

图1为本发明可控降解的微弧氧化金属支架制备方法的流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明中的可控降解的微弧氧化金属支架的基体为纯镁或镁合金材料，镁或镁合金支架的阳极氧化处理过程中，在较高的阳极氧化电位下，阳极化过程中常会发生火花放电的现象，这样的阳极氧化称为微弧氧化。微弧氧化技术以其工艺简单、效率高、无污染、处理工件能力强等特点，得以迅速发展，使镁或镁合金支架的各项性能有了很大的改善。镁或镁合金支架微弧氧化后形成的微弧氧化膜层，基本能够满足镁合金支架的耐蚀性要求，达到其设计使用寿命。

本发明提供的一种可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，支架上的微弧氧化膜层可以明显降低支架的腐蚀速率，延长支架的使用寿命。支架上的可降解高分子材料涂层用以携带各种治疗性药物。

如图1为本发明可控降解的微弧氧化金属支架制备方法的流程图，该制备方法主要包括以下步骤：

(1)选用可降解的镁或镁合金作支架的基体，将其机械加工为支架；

(2)对所述支架进行预处理，去除支架表面的氧化物；

(3)将所述支架放入微弧氧化电解液中，所述支架作为电解槽的阳极，通入直流或交流电进行微弧氧化处理，使所述支架的表面具有微弧氧化膜层；

(4)将微弧氧化处理后的支架依次用去离子水、超声波清洗机进行清洗；

(5)在清洗后的支架表面喷涂可降解高分子材料，所述可降解高分子材料携带治疗性药物。

本发明的可降解支架以纯镁或镁合金材料为基体，其表面首先进行微弧氧化处理，然后涂覆一层可降解的高分子材料。这种结构既可保证降解过程中材料的力学性能，又延长了镁合金支架的降解时间，同时还可以携带所需的治疗药物，满足临床治疗需要。

所述纯镁为医用纯镁或高纯镁；镁合金为镁铝系列合金、镁锰系列合金、镁锌系列合金、镁锆系列合金、镁稀土系列合金、镁锂系列合金、镁钙系列合金、或镁银系列合金等不同的合金体系的一种或由这些体系组合而成的三元系和多元系镁合金。

所述镁合金中合金元素的含量基本上应满足生物医用的要求，使其在降解过程中的降解量应在不引起组织毒性反应的剂量范围内。

纯镁或镁合金材料的预处理：

本发明中纯镁或镁合金材料的预处理包括机械预处理和化学预处理。化学预处理又包括酸性溶液清洗和超声波清洗。镁金属表面首先经逐级变细的砂纸打磨，机械去除表面的氧化物。然后立即浸入质量浓度为80～260g/L的铬酸溶液中1～15分钟，操作温度为80～100℃。最后将镁金属支架放在型号为KQ-700DA的超声波清洗机中以40～100kHz的频率清洗5～20分钟。

镁金属支架微弧氧化电解液的组成：

本发明中电解液的组成为：硅酸钠5～50g/L，氢氧化钾(或氢氧化钠)5～100g/L，氟化钠(或氟化钾)10～40g/L。还有磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐、铝酸盐、氟化物等无机物1～10g/L。柠檬酸盐、草酸盐、醋酸盐等有机酸盐1～10g/L。甘醇、丙三醇等稳定剂1～10mL。

溶液的pH值在10～13之间。

镁金属支架微弧氧化工艺条件：

镁材料的微弧氧化处理采用交流电源或直流电源。

交流电源的工艺参数：

电解槽的阴、阳极均采用镁金属支架，采用对称交流脉冲电压对镁支架表面进行微弧电沉积。在微弧氧化过程中，不断调节电源的输出电压，维持支架表面的微弧放电，但槽压应低于650V，使镁支架表面获得均匀的陶瓷涂层。

电压：20～200V，频率：20～200Hz，占空比：0.1～0.9，时间10～60min。溶液温度：30～60℃。溶液的pH值在10～13之间。

直流电源的工艺参数：

将镁材料支架作阳极，不锈钢丝作阴极。在电解液中，对镁材料支架表面进行微弧氧化处理。阳极电压先采用20～40V氧化10min，再用50～200V的电压氧化10～60min。溶液温度：30～60℃。溶液的pH值在10～13之间。

微弧氧化完成后，取出镁支架进行超声波冲洗、烘干。

本发明所涉及的可降解高分子材料主要包括聚乳酸(PLA)、聚左旋乳酸(PLLA)、聚乙交酯(聚羟基乙酸，PGA)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)，聚己酸内酯(PCL)、聚酸酐(包括脂肪族聚酸酐，芳香族聚酸酐，杂环族聚酸酐，聚酰酸酐及可交联聚酸酐等)、聚乳酸共聚物(PLGA)、聚羟基丁酸戊酯(PHBV)、聚乙酰谷氨酸(PAGA)、聚正酯(POE)、聚氧化乙烯/聚丁烯共聚物(PEO/PBTP)，聚原酸酯、聚己内酯、聚羟基乙酸、聚氧化乙烯/聚对苯二甲酸丁二酯共聚物、异丁烯酸盐[酯](甲基丙烯酸盐[酯])、聚亚安酯、硅树脂、聚乙烯乙醇、乙烯基乙醇、聚羟基乙酸、聚磷酸酯酶等，以及上述聚合物之间的共聚物等。此外还有胶原蛋白、明胶、甲壳素等天然可降解高分子材料。

上述材料除可制成血管支架外，还可制成骨缝合线、骨钉、骨连接件，脊椎骨盘，缝合用锚，止血钳、止血螺丝、止血板、止血夹，以及组织粘合剂、密封剂，人造骨等医疗设施。其在体液及模拟体液中的降解速率已经可以根据治疗需要进行调整和控制。

本发明所涉及的表面涂覆工艺可采用：浸涂、热喷涂、静电涂敷、溶胶凝胶、超临界液态涂敷等方法。

镁合金支架被固定后匀速旋转，含有1％～15％雷帕霉素或紫杉醇的溶液对支架进行定向喷涂。根据支架表面药物含量要求喷涂1～15次。

本发明可降解高分子材料涂层所载药物主要包括抗增殖试剂、抗有丝分裂试剂、抗生素、蒽环类抗生素、博来霉素、光辉霉素、酶等，还有抗血小板试剂、抗代谢药物、激素类药物、抗凝药物、溶解纤维蛋白药物、抑制分泌药物、消炎药物、非类固醇类药物等。

本发明可降解支架的特点为：支架以镁或镁合金为基体，所述支架的表面具有经过微弧氧化处理后形成的微弧氧化膜层，在所述微弧氧化膜层表面喷涂有可降解高分子材料，所述可降解高分子材料携带有治疗性药物。

下面给出本发明可控降解的微弧氧化金属支架制备方法两个优选的实施例。

实施例1

本实施例中选用高纯镁材料为基体，高纯镁经抛光后，用激光雕刻成血管支架；先用逐级变细的砂纸打磨，机械去除表面的氧化物；然后立即浸入质量浓度80g/L的铬酸溶液中，在80℃条件下酸洗10分钟；再将镁金属支架放在型号为KQ-700DA台式数控超声波清洗机中，以60kHz的频率清洗15分钟。

利用超声波对支架表面进行清洗应包括步骤：(1)使用浓度为75％的医用乙醇溶剂清洗5分钟；(2)使用浓度为99.5％的丙酮分析纯溶液清洗5分钟；(3)使用去离子水清洗5分钟。最后将清洗后的镁合金支架放置在干燥机中干燥。

然后将支架放在电解液中，高纯镁材料作阳极，不锈钢丝作阴极。通直流电对该支架进行微弧氧化防腐处理。阳极电压先采用20V氧化10分钟，再用50V的电压氧化20分钟。电解液放在40℃的恒温水域中。溶液的pH值保持在10～13之间。

本实施例中电解液组成为：

硅酸钠15g/L，氢氧化钾20g/L，氟化钠10g/L，磷酸钠3g/L，醋酸钠2g/L，丙三醇2mL。

将经微弧氧化防腐处理的高纯镁支架放入聚乳酸(PLA)溶液(浓度为1.0g/mL)中浸泡15分钟，在飞鸽TGL-16G离心机上，以1000转/分钟的速度离心处理3分钟，然后将支架放入真空干燥箱内干燥。以甲醇作溶剂，以10ug/ml的雷帕霉素喷涂支架，重复喷涂10次。

实施例2

将AZ91D镁合金经抛光后，激光雕刻成血管支架。先用逐级变细的砂纸打磨，去除表面的氧化物。然后立即浸入质量浓度为100g/L的铬酸溶液中，在100℃条件下酸洗10分钟。再将镁金属支架放在KQ-700DA的超声波清洗池中以80kHz的频率清洗1 5分钟。利用超声波对支架表面进行清洗应包括(1)使用浓度为75％的医用乙醇溶剂清洗5分钟；(2)使用浓度为99.5％的丙酮分析纯溶液清洗5分钟；(3)使用去离子水清洗5分钟。最后将清洗后的支架放置在干燥机中干燥。

然后将支架放在电解液中，取两只相同的镁合金支架作电解槽的阴、阳极，采用对称交流脉冲电压对镁合金支架表面进行微弧电沉积。在微弧氧化过程中，不断调节电源的输出电压，维持支架表面的微弧放电，但槽压应低于650V。所用交流电压为40V，交流电频率为80Hz，占空比为0.7，氧化时间40min。电解液放在40℃的恒温水域中。溶液的pH值保持在10～13之间。

电解液组成为：

硅酸钠25g/L，氢氧化钾20g/L，氟化钠20g/L，醋酸钠和柠檬酸钠各2g/L，甘醇3mL。

再将支架放入1.0mg/mL聚己内酯(PCL)溶液中浸泡30分钟，在飞鸽TGL-16G离心机上，以1000转/分钟的速度离心处理3分钟，然后将支架放入真空干燥箱内干燥。以四氢呋喃作有机溶剂，紫杉醇浓度是10ug/ml，重复浸涂四次。

虽然本发明是结合以上优选实施例示出和说明的，但是熟悉该技术领域的人员可以理解，其中无论在形式上还是在细节上都可以做出各种改变，这并不背离本发明的精神实质和专利保护范围。

Claims (11)

1、一种可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：选用可降解的金属加工成支架；

S2：对所述支架进行预处理，去除支架表面的氧化物；

S3：将所述支架放入微弧氧化电解液中，所述支架作为电解槽的阳极，通入直流或交流电进行微弧氧化处理，使所述支架的表面具有微弧氧化膜层；

S4：将微弧氧化处理后的支架依次用去离子水、超声波清洗机进行清洗；

S5：在清洗后的支架表面喷涂可降解高分子材料。

2、如权利要求1所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，所述步骤S1中可降解的金属为镁或镁合金。

3、如权利要求1所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，在步骤S5之后还包括步骤：使支架匀速旋转；用含有1％～15％雷帕霉素或紫杉醇的溶液对支架进行定向喷涂1～15次。

4、如权利要求1所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述预处理包括：对所述支架进行抛光的机械处理步骤；对抛光处理后的支架用酸液清洗步骤；对用酸液清洗后的支架用超声波清洗步骤。

5、如权利要求1所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，在步骤S3中，通入直流电进行微弧氧化处理时，将不绣钢丝作为电解槽的阴极。

6、如权利要求5所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，先采用20～40V阳极电压氧化10分钟，再用50～200V的阳极电压氧化10～60分钟。

7、如权利要求1所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，在步骤S3中，通入交流电进行微弧氧化处理时，将另一个同样的支架作为电解槽的阴极。

8、如权利要求7所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，所述交流电压的范围为20～200V，交流频率为20～200Hz，占空比为0.1～0.9，通入时间为10～60分钟。

9、如权利要求1所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述电解液的组成为：

硅酸钠5～50g/L，氢氧化钾或氢氧化钠5～100g/L，氟化钠或氟化钾10～40g/L，磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐、铝酸盐、氟化物中任一种1～10g/L，柠檬酸盐、草酸盐、醋酸盐中任一种1～10g/L，甘醇、丙三醇中任一种1～10mL。

10、如权利要求1所述的可控降解的微弧氧化金属支架制备方法，其特征在于，所述电解液的pH值在10～13之间。

11、一种由权利要求1-9之任一所述的方法制备的可控降解的微弧氧化金属支架，其特征在于，所述支架以镁或镁合金为基体，所述支架的表面具有经过微弧氧化处理后形成的微弧氧化膜层，在所述微弧氧化膜层表面喷涂有可降解高分子材料，所述可降解高分子材料携带有治疗性药物。