CN101721266A - 防腐与药物缓释复合涂层的可吸收镁合金支架与制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防腐与药物缓释复合涂层的可吸收镁合金支架与制备方法。由镁合金支架基干和复合涂层组成，镁合金支架基干表层是无机防腐涂层，无机防腐涂层之外是有机封孔和药物缓释复合涂层；无机防腐涂层是由MgSiO3、MgO和沸石结构的SiO2所组成致密的具有冶金结构涂层。基体表面通过微弧氧化制备无机防腐涂层，防腐涂层之外制备交联明胶/PLGA载药纳米微球共混膜组成的具有封孔与药物控释双重作用的复合涂层。本发明有效的控制镁合金支架的腐蚀性，有机涂层具有双重作用，封孔无机涂层提高耐腐蚀性，同时控制释放药物，减小了药物突释使药物缓慢持续保持一定浓度释放。同时各涂层可生物降解且降解产物无毒，有效提高了镁合金表面的生物相容性与血液相容性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有防腐与药物缓释复合涂层的可吸收镁合金支架与制备方法。
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[4]，1969年，他们首次运用金属环在动物体内做血管支架[5]。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。
发明内容
本发明的目的是提供的一种防腐与药物缓释复合涂层的可吸收镁合金支架与制备方法。在镁合金表面制备复合防腐涂层和药物缓释涂层来协调镁合金腐蚀与药物释放问题，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的释放速率，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。
本发明提供的一种防腐与药物缓释复合涂层的可吸收镁合金支架由镁合金支架基干和复合涂层组成，复合涂层是：无机防腐涂层、有机封孔和药物缓释复合涂层，镁合金支架基干表层是厚度为10-60μm的无机防腐涂层，无机防腐涂层之外是厚度为20-30μm的有机封孔和药物缓释复合涂层。
所述的无机防腐涂层是由MgSiO3和沸石结构的SiO2相及MgO所组成致密的具有冶金结构涂层。
所述的有机封孔和药物缓释复合涂层是由交联明胶/PLGA载药纳米微球共混膜构成。具有封孔无机涂层进一步提高耐腐蚀性与控制释放药物的双重作用。
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。
本发明提供的防腐与药物缓释复合涂层的可吸收镁合金支架制备方法包括的步骤：
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1-200g/L的NaOH和1-200g/L的Na2SiO3，氧化时间为10-200分钟，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，通过调整工艺参数控制镁合金基体的腐蚀速度。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、二氧化硅防腐陶瓷结构涂层的支架然后置于载药微球质量浓度为3-15％，戊二醛质量浓度为1-8％的交联明胶/PLGA载药纳米微球共混溶液中浸泡1min，采用浸渍提拉法以恒定速度5cm/min在微弧氧化制备的无机防腐膜表面制备一层致密均匀的有机交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜层，这层有机复合膜层有效封孔无机膜外层微孔及裂缝，增强无机涂层的耐腐蚀性，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，然后干燥支架表面，制得无机有机复合防腐涂层。
通过控制交联明胶的交联度来控制封孔的效果，从而控制耐腐蚀效果。同时，无机防腐膜表面制备的这层致密均匀的有机交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜层也具有药物控释的作用，PLGA/紫杉醇作为药物释放体系，而不同交联度的明胶有效控制药物释放速率，从而制得具有防腐和药物控释双重作用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，表面有机交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜层不仅进一步提高了镁合金无机膜的防腐蚀效果，同时提高了无机膜的表面生物相容性，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，改变交联明胶交联度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所制备的有机交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜层具有双重作用，不仅有效的封孔微弧氧化膜进一步提高耐腐蚀性，同时作为药物释放的载体与控制体系有效的控制药物释放，通过调节PLGA分子量、LA/GA配比、明胶交联度等方法调节药物释放速率，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为具有无机有机防腐与药物缓释复合涂层的可吸收镁合金支架结构示意图。
具体实施方式
下面给出本发明的五个实施例对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
图中：1、镁合金支架基干；2、无机防腐涂层；3、有机(交联明胶/PLGA载药纳米微球)封孔与药物缓释复合涂层。
实施例1
将镁合金WE42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，功率为500W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NaOH 1-200g/L、Na2SiO3 1-200g/L，氧化时间为10-200min(如10，20，40，...，200，min)，电流密度为0.01-2A/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相组成的无机防腐涂层的支架，涂层膜厚度为10-60μm。
采用乳化溶剂挥发法，将一定量的PTX(紫杉醇，Paclitaxel，PTX)与PLGA(聚乙交酯丙交酯共聚物)溶于5ml二氯甲烷溶液中，混合均匀后，加入到50ml的PVA水溶液中，160W超声乳化，所形成的乳化溶液搅拌挥发溶剂，13000rpm离心后用去离子水冲洗3次，冷冻干燥，制备PLGA紫杉醇载药纳米微球，待用。
将一定量的PLGA(重均分子量4-12万)载药纳米微球(尺寸150-300nm)加入到戊二醛含量为1-8％的交联明胶溶液中配置载药微球含量为3％-15％交联明胶/PLGA载药纳米微球共混封孔溶液。
采用浸渍-提拉法对镁合金微弧氧化涂层进行封孔处理，即将试样浸入交联明胶/PLGA载药纳米微球共混封孔溶液中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，制的交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜封孔的生物相容性可降解无机有机防腐与药物缓释涂层。
制得的支架在37℃Hank’s人工模拟体液中进行测试，结果显示交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜封孔微弧氧化膜后的镁合金支架的耐腐蚀性远高于未封孔处理的微弧氧化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150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15％，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，只是改变：在制备微弧氧化无机涂层的过程中，将氧化电流改为0.01-2A/cm2，细胞实验表明镁合金有机无机复合涂层生物相容性好，降解产物无毒，膜厚10-60μm。
制得的支架在37℃Hank’s人工模拟体液中进行测试，结果显示交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜封孔微弧氧化膜后的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，微弧氧化电流密度腐蚀阻抗最高是镁合金基体的腐蚀阻抗的30倍，聚合物涂层在150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与2相似，只是改变：在制备交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜封孔微弧氧化膜后的镁合金支架过程中，改变交联明胶交联度，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，膜层厚度20-30μm。
制得的支架在37℃人工模拟体液中进行测试，结果显示不同明胶交联度的交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜封孔微弧氧化膜后的镁合金支架的降解周期不同，聚合物涂层在100-150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与2相似，只是改变：在制备交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜封孔微弧氧化膜的过程中，通过调节PLGA的分子量调节PLGA载药微球的药物释放，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，膜层厚度20-30μm。
制得的支架在37℃人工模拟体液中进行测试，结果显示不同PLGA的分子量，LA/GA的配比，得到的PLGA载药纳米微球降解周期不同，药物释放速率不同，对镁合金微弧氧化膜的防腐蚀作用也不同，聚合物涂层在100-150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与2相似，只是改变：在制备交联明胶/PLGA载药纳米微球复合膜封孔微弧氧化膜的过程中，通过调节PLGA中LA/GA(乙交酯/丙交酯)的配比从而控制PLGA载药纳米微球的药物释放速率与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，膜层厚度20-30μm。
制得的支架在37℃人工模拟体液中进行测试，结果显示不同PLGA中LA/GA(乙交酯/丙交酯)配比制备的PLGA载药纳米微球药物释放速率不同，防腐效果也不同，聚合物涂层在100-150天内降解完毕，金属支架在240-388天内降解完毕。
Claims (5)
1.一种防腐与药物缓释复合涂层的可吸收镁合金支架，其特征在于它由镁合金支架基干和复合涂层组成，复合涂层是：无机防腐涂层、有机封孔和药物缓释复合涂层，镁合金支架基干表层是无机防腐涂层，无机防腐涂层之外是有机封孔和药物缓释复合涂层；
所述的无机防腐涂层是由制有钙钛矿结构的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)所组成致密的具有冶金结构涂层；
有机防腐与药物缓释复合涂层是由交联明胶/PLGA载药纳米微球共混膜构成。
2.按照权利要求1所述的可吸收镁合金支架，其特征在于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；
3.按照权利要求1所述的可吸收镁合金支架，其特征在于所述的防腐与药物缓释复合涂层包括厚度为10-60μm的无机防腐涂层和无机防腐涂层之外的厚度为20-30μm的有机封孔和药物缓释复合涂层；
4.一种权利要求1所述的可吸收镁合金支架的制备方法，其特征在于括包括得步骤：
1)将镁合金WE42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；
采用微弧氧化的方法，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、MgO和沸石结构的SiO2相组成的无机防腐涂层的支架；
2)用乳化溶剂挥发法制备PLGA紫杉醇载药纳米微球，冷冻干燥后待用；
3)将PLGA载药纳米微球加入到交联明胶溶液中配制载药微球质量浓度为3-15％交联明胶/PLGA载药纳米微球共混封孔溶液；
4)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3％-15％交联明胶/PLGA载药纳米微球共混封孔溶液中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。
5.按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的微弧氧化处理的条件为：微弧氧化电解液成分为NaOH 1-200g/L、Na2SiO3 1-200g/L，氧化时间为10min-200min，电流密度为0.01-2A/cm。
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