CN104922736A

CN104922736A - 石墨烯心脏支架

Info

Publication number: CN104922736A
Application number: CN201410110004.5A
Authority: CN
Inventors: 陈立安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-09-23

Abstract

一种用石墨烯或石墨烯合成材料为原料制造而成的心脏动脉支架，其特点是：材质坚韧无比；设计结构科学合理；而且具备了其它心脏支架所不具备的诸多优势。本发明体现了心脏支架所需的所有特点——(1)刚柔相济，运转灵活；(2)屏显清晰，示踪性好；(3)头端小而圆滑；(4)不透x光；(5)杀菌抗血栓；(6)生物相容性好；(7)扩张性能可靠；(8)支撑力好；(9)覆盖好；(10)表面积小；(11)符合流体力学设计原理；(12)不易折断。将石墨烯的所有优秀的特质都体现在了本发明之中，是一款理想的心脑血管方面的医疗器材，如能尽快实施和量产必将惠及千千万万的心脑血管病患者。

Description

石墨烯心脏支架

背景技术

心脏支架又称冠状动脉支架，是心脏介入手术中常用的医疗器械，具有疏通动脉血管的作用。心脏支架最早出现在20世纪80年代，经历了金属支架、镀膜支架、可溶性支架的研制历程，主要材料为不锈钢、镍钛合金或钴铬合金。20世纪八十年代初，一位阿根廷医生设想用支架撑开硬化、狭窄的心脏冠状动脉。1984年，中国进行了第一例心脏支架介入手术。研发冠状动脉支架最初的挑战是，如何将它做得既韧又硬。支架韧，则可以通过方向不定、分支角度较大的冠状动脉；支架硬，则可以撑住已被扩开的狭窄动脉内腔，使其不会回缩。支架设计工程师在选材和构造上，经过不懈努力，终于成功地生产出了第一代动脉支架——金属支架。它的优点是结构简单，缺点是排异反应。原来，机体把金属支架当成异物，把支架和动脉膜接触的部位当成创伤区。有了创伤，人体就要对其进行自我修复。于是，动脉的支架处就会出现炎症反应。许多病人，尤其是糖尿病人，在金属支架周围出现严重的疤痕组织增生。这种疤痕组织增生，严重的时候可以造成畅通了的动脉重新狭窄，甚至堵塞。还有的极个别病例会发生体内支架断裂，造成严重的医疗事故。

科研工作者经过进一步研制，终于将药物和支架结合在一起，那就是在金属支架表面“镀上”一层药膜。这种支架植入体内后，药物便会缓慢释放出来，抑制疤痕组织在支架周围生长，保持冠状动脉通畅。这种经药物处理过的支架便是第二代动脉支架——镀膜支架。然而镀膜支架上的药物终会耗尽，到那时，医生和患者又将面对开始的问题。况且用于抑制血栓形成的药物主要功能就是抑制血小板的生成，所以，它也同时会阻碍心脏血管内壁细胞的正常修复和黏膜生成，最终还会造成新血栓的形成。

21世纪初，比利时科学家报道了一种新型动脉支架。这种支架和传统的支架不同，它可以在体内自行溶解，被机体吸收。这种新型支架在动脉狭窄时可以起到扩张血管的作用。当急性期过去、支架作用完成、血管重新塑形后，它可以溶解、消失，从而避免了局部炎症反应的不良后果。这就是目前被称为最先进的第三代动脉支架——可溶性支架。这种支架的材料与人体的相容性及长期的临床效果还有待于进一步观察和验证。

以上三种支架各有千秋，截止目前为止，在已经投入临床应用的支架中，还没有一种支架能够满足医学意义上的完美要求，每种支架都有各自的特性，各有各的优势又各有各的不足。例如，我们经常可以从媒体上看到一些关于心脏支架方面医疗事故，究其原因，就是前面提到的一些产品自身的问题造成的。所以，只有最大限度的满足以上的各种特征要求，才能制造出最好的心脏支架。一个理想的心脏支架最好能满足以下几种条件：(1)灵活；(2)示踪性好；(3)头端小；(4)不透x光；(5)抗血栓；(6)生物相容性好；(7)扩张性能可靠；(8)支撑力好；(9)覆盖好；(10)表面积小；(11)符合流体力学原理。

发明内容

鉴于背景技术中提到的现有心脏支架的一些缺陷和不足，本发明提供了一种用石墨烯或石墨烯合成材料制造的管网状心脏支架，共有三种技术方案：其一、是使用石墨烯或石墨烯合成物制成的纤维编制而成的管网状心脏支架；其二、是将厚度为30nm的石墨烯或石墨烯合成材料的原料直接制成直径为3mm连续不断的网状管心脏支架；其三、是在石墨烯或石墨烯合成材料制成的心脏支架(如第二方案所述的)网状管内外一面或两面再覆着上一层厚度为5nm的石墨烯薄膜，制成一种覆膜式心脏支架。本发明的特点是：材质异常坚韧；扩张力及支撑力极强；生物相容性好；不透X光；示踪性好；有良好的抗血栓能力；覆盖性好；表面积小；构造符合流体力学设计原理；基本满足了心脏支架所需要的全部医学技术要求。

技术方案

本发明的三种技术方案分别是这样实现的：第一种方案：(见图1)首先用直径5nm的石墨烯或石墨烯合成材料制成的纤维3根纺织成直径10nm左右的石墨烯纤维，再用这种10nm的石墨烯纤维编织成一个外径3mm、长度为30mm的管网状心脏支架；支架表面为互联的平行四边形的网格结构，平行四边形的梗骨厚度为30nmx50nm，梗骨的间距为300nm(张开时)编织方式采用松散的鸟巢式针法(类似编织毛衣用的那种菠萝针)。这种方案的优点是：1、增加了支架的弹性，2、可保持高度灵活性，3、减少了与血管壁的接触面积，4、可含纳更多的药物，5、可做成涂药和不涂药两种不同用途的支架。第二种方案：(见图2)将厚度为30nm的石墨烯或石墨烯合成材料的原料直接制成直径为3mm连续不断的网状管，网络格式及尺寸与第一方案相同。这种方案的优点是：1、结构简单成本低，2、生产工艺简单适合高速连续生产，3、可根据需要裁剪成任意长度，4、机械强度高，适合一些受力负荷较大的部位。第三种方案：(见图3)在石墨烯或石墨烯合成材料制成的心脏支架(如第一方案和第二方案所述的)网状管内外一面或两面覆着一层厚度为5nm的石墨烯薄膜，制成一种覆膜式心脏支架。这种支架的特点是：覆盖性强，适合用在分又病变、分支部位及冠状动脉瘤或穿孔等手术中。

有益效果：

本发明所采用的材料“石墨烯”，是一种制作心脏支架最理想的超级材料，用它制成的心脏支架几乎可以满足前面所提到的所有技术条件。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它的强度比钢铁还要高200倍，具有1TPA(150,000,000psi)时的拉伸模量(刚度)，石墨烯是人类已知测量过的强度最高的物质。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。所以，这种稳定的晶格结构又使石墨烯具有了优秀的导热性和柔韧性。所以它是一种刚柔相兼最好的物质，是制造心脏支架的最佳材料。人所共知，碳是人体构成的基本元素，而石墨烯的结构刚好是单层的碳原子，所以，用石墨烯制造的心脏支架与人体具有先天的生物相容性和亲和力，可减少手术后的异体排斥反应，可以最大程度的降低手术风险，减少血栓二次形成的几率。石墨烯还是一种良好的抗菌物质，据中国科学院上海分院的科学家实验发现：石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效，而且不会伤害到人体细胞，这一特点有助于放置支架的部位的创伤恢复和血管黏膜的形成。

据有关部门统计，我国现有心血管病人2.3亿，高血压患者3亿，脑卒中患者700万，心肌梗死患者200万，心力衰竭患者420万，先心病患者200万，平均每10个成年人中就有两个人患心血管病。同时，该报告还预估我国每年心血管病死亡人数大约在300万人，平均每10秒就有1人死于心血管病。为此，每年接受心脏支架介入手术的患者数以几十万计而且大有逐年递增的趋势，这是一个巨大的市场，如果这种石墨烯心脏支架大规模投入医学临床将产生巨大的经济效益和社会效益，惠及千千万万的心脑血管患者！

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为本发明的实施例1的示意图；

图2为本发明的实施例2的示意图；

图3为本发明的实施例3的示意图。

第一种方案：(见图1)首先用直径5nm的石墨烯或石墨烯合成材料纤维3根纺织成直径10nm左右的石墨烯纤维，再用这种10nm的石墨烯纤维编织成一个外径3mm、长度为30mm的管网状心脏支架；支架表面为互联的平行四边形的网格结构，平行四边形的梗骨厚度为30nmx50nm，梗骨的间距为300nm(张开时)编织方式采用松散的鸟巢式针法(类似编织毛衣的菠萝针)。这种方案的优点是：1、增加了支架的弹性；2、可保持高度灵活性；3、减少了与血管壁的接触面积；4、可含纳更多的药物；5、可做成涂药和不涂药两种不同用途的支架。

第二种方案：(见图2)将厚度为30nm的石墨烯或石墨烯合成材料直接制成直径为30mm连续不断的网状管，网络格式及尺寸与第一方案相同。这种方案的优点是：1、结构简单成本低，2、生产工艺简单适合高速连续生产，3、可根据需要裁剪成任意长度，4、机械强度高，适合一些受力负荷较大的部位。

第三种方案：(见图3)在石墨烯或石墨烯合成材料制成的心脏支架(如第二方案所述的)网状管内外一面或两面覆盖一层厚度为5nm的石墨烯薄膜，制成一种覆膜式心脏支架，这种支架适合用在分叉病变、分支部位及冠状动脉瘤或穿孔等手术中。

Claims

1.一种由石墨烯或石墨烯合成材料为原料制造而成的石墨烯心脏支架；其中包括石墨烯管网状支架和覆盖在支架上面的石墨烯或石墨烯合成材料制成的薄膜以及包含在网状支架和薄膜之间的药物；并有三种不同的构造方案：其一的构造方案是：由石墨烯纤维编织而成的管网状心脏支架；其二的构造方案是用石墨烯管或石墨烯合成材料管为原料直接加工而成的管网状心脏支架；其三的构造方案是在石墨烯或石墨烯合成材料制成的心脏支架的表面附着一层石墨烯或石墨烯合成材料制成的薄膜。

2.根据权利要求1所述的石墨烯心脏支架其特征是：其一的构造方案里所涉及的用石墨烯或石墨烯合成材料制成的纤维编织而成的管网状心脏支架，是由石墨烯或石墨烯合成材料制成的纤维编织成的一个外径和长度为适当规格的管网状心脏支架；支架表面的骨梗为互联的平行四边形的网格结构。

3.根据权利要求1所述的石墨烯心脏支架其特征是：其二的构造方案里所涉及的用石墨烯或石墨烯合成材料为原料直接加工而成的管网状心脏支架，是由石墨烯或石墨烯合成材料为原料直接制成适当直径且连续不断的网状管剪裁而成。

4.根据权利要求1所述的石墨烯心脏支架其特征是：其三的构造方案里所涉及的石墨烯或石墨烯合成材料制成的覆膜式心脏支架，它是在支架的网状管内、外一面或两面覆盖一层厚度为5nm的石墨烯薄膜，网状管和薄膜内含纳治疗所需药物。