CN111569154A - 一种高分子疏水涂层及其在制备疏水瓣膜中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子疏水涂层及其在制备疏水瓣膜中的应用，疏水涂层由端乙烯基硅油、乙烯基硅树脂、含氢硅油、硅烷偶联剂、抑制剂、铂络合物和溶剂混合均匀后制备得到。疏水瓣膜是将疏水涂层通过浸涂、喷涂或者旋涂的方式涂覆在合成高分子心脏瓣膜上，再通过常温或者加热的方式使涂层固化所得到。经过本发明中高分子疏水涂层改性的合成高分子心脏瓣膜材料体内相容性好，在长时间的卷曲条件下不会发生变形、粘连，在使用时可以快速恢复原有形状，可以满足紧急瓣膜手术的要求。

Description

一种高分子疏水涂层及其在制备疏水瓣膜中的应用
技术领域
本发明属于医疗新材料技术领域，具体涉及一种高分子疏水涂层及其在制备疏水瓣膜中的应用。
背景技术
随着人口老龄化程度的加剧，心脏瓣膜疾病已经成为全球性的巨大医疗问题，给人类健康造成重大的危害。据统计报道，西方国家75岁以上人群的心脏瓣膜疾病患病率高达13.3％，中国60岁以上的瓣膜疾病患者已有400多万人，若患者心脏瓣膜的病理损害达到一定程度，就需要用人工心脏瓣膜来进行手术修复。
目前的心脏瓣膜除了金属瓣膜外，生物瓣膜应用占比逐年增加，在最近十多年中兴起的微创介入心脏瓣膜系统基本都是使用动物源的心包组织制成，其成分复杂和批次差异会造成质量控制难的问题。另外心包组织生物瓣膜需要在戊二醛溶液中保存，其潜在问题在应用过程中逐渐凸显，有病毒感染风险、处理过程繁琐、成本高昂，易钙化衰败等缺点，同时也无法满足临床上紧急瓣膜手术的需求。
高分子材料合成可控、批次稳定性好，质量控制相对容易，由其制备的心脏瓣膜可为这些病人提供一个替代性的选择。预装式的心脏瓣膜在出厂之前将高分子瓣膜以干态预装在输送系统上，这种新型的心脏瓣膜可以用来解决以上问题。但是未经过表面处理的高分子瓣膜材料，特别是较软的材料，在长时间的卷曲条件下可能会发生变形、粘连，在使用时无法快速恢复原有形状，达不到紧急瓣膜手术的要求。此外，未经处理的高分子瓣膜材料通常还存在生物相容性差的问题，易产生凝血和组织炎症等问题。
发明内容
本发明针对未经表面处理的预装式的合成高分子心脏瓣膜容易出现变形、粘连和生物相容性差的问题，提供一种疏水涂层以及疏水瓣膜的制备方法。将制得的疏水涂层涂覆在合成高分子心脏瓣膜上，经过固化后可以使心脏瓣膜在干态时依然具有良好的弹性，具有良好的抵抗变形和粘连的能力。因此该瓣膜组织可以长期以干态预装在输送系统上，在人体中使用后瓣膜组织可以复水展开，发挥瓣膜的正常功能，同时解决了合成高分子心脏瓣膜材料生物相容性差的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种高分子疏水涂层，包括以下质量份的原料：端乙烯基硅油5～40份、乙烯基硅树脂1～20份、含氢硅油0.1～5份、硅烷偶联剂0.5～5份、抑制剂0.001～0.5份、铂络合物0.01～0.5份和溶剂30～93份；端乙烯基硅油的粘度为200～20000mPas，其结构如式(I)所示，
Figure BDA0002525648560000021
其中，R1为甲基、乙基、苯基、丙基或三氟丙基，R2为甲基、乙基、苯基、丙基或三氟丙基。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，本发明中的高分子疏水涂层，包括以下质量份的原料：粘度为2000mPas的端乙烯基二甲基硅油30份、粘度为1000mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油、乙烯基硅树脂20份、含氢硅油5份、硅烷偶联剂5份、抑制剂0.001份、铂络合物0.15份和溶剂35份。
原料组分中包括端乙烯基硅油乙烯基硅树脂、含氢硅油、硅烷偶联剂、抑制剂、铂络合物等组分。其中，乙烯基硅油在疏水涂层中作为基础树脂参与硅氢化反应，并且乙烯基硅树脂还可在疏水涂层中起补强作用，使涂层在固化后有一定的强度，另外，相比于无机填料，乙烯基硅树脂与端乙烯基硅油相容性更好，不易析出，所得到的疏水涂层性能更佳；含氢硅油在疏水涂层中作为端乙烯基硅油和乙烯基硅树脂的交联剂，促使端乙烯基硅油和乙烯基硅树脂交联，使涂层在固化后成为交联网络结构，而且含氢硅油与原材料中的硅烷偶联剂共同作用，可以显著提升疏水涂层固化后与高分子心脏瓣膜的粘接力，高分子疏水涂层对瓣膜的改性更加彻底，所得到的疏水瓣膜性能更好；抑制剂在疏水涂层中起抑制反应活性的作用，使制得的疏水涂层“钝化”，从而疏水涂层在常温下具有较好的储存性，可长时间保存；铂络合物催化端乙烯基硅油、乙烯基硅树脂和含氢硅油的硅氢化反应，使疏水涂层固化成为交联网络结构。
进一步，乙烯基硅树脂中乙烯基含量为0.5wt％～5wt％。
进一步，含氢硅油中活性氢含量为0.1wt％～1.5wt％。
本发明中优选乙烯基含量为0.5wt％～5wt％的乙烯基硅树脂和活性氢含量为0.1wt％～1.5wt％的含氢硅油制备高分子疏水涂层，在保证反应基团具有最大程度的利用率的同时，能够缩短疏水涂层的固化时间，是疏水涂层可以快速的在瓣膜表面固化，形成疏水瓣膜。
进一步，硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷中至少一种。
进一步，抑制剂为四甲基四乙烯基环四硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙炔基环己醇、丁炔醇、四甲基乙二胺、马来酸二烯丙酯、3-甲基-1-丁炔-3醇、3-苯基-1-丁炔-3醇、3-丙基-1-丁炔-3醇和三苯基膦中的至少一种。
进一步，铂络合物为二乙烯基四甲基二硅氧烷和氯铂酸的络合物，其中铂含量为500～5000ppm。
进一步，溶剂为庚烷、正己烷、石油醚和异辛烷中的至少一种。
本发明的有益效果是：本发明的高分子疏水涂层包含(甲基)丙烯酰氧基硅烷偶联剂和含氢硅油，两者搭配使用可以显著提升疏水涂层固化后与合成高分子心脏瓣膜材料的粘接力，使涂层可以长久附着在瓣膜材料上。经过本发明中高分子疏水涂层改性的合成高分子心脏瓣膜材料体内相容性好，在长时间的卷曲条件下不会发生变形、粘连，在使用时可以快速恢复原有形状，可以满足紧急瓣膜手术的要求。
附图说明
图1为瓣膜卷曲模拟测试示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入40份(重量份，下同)粘度为1000mPas(25℃，下同)的端乙烯基二甲基硅油，20份乙烯基含量为0.5wt％的乙烯基硅树脂，5份含氢量0.1wt％的含氢硅油，5份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.001份乙炔基环己醇和35份庚烷，搅拌均匀后，再加入0.15份铂含量为5000ppm的二乙烯基四甲基二硅氧烷和氯铂酸的络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层1。
实施例2
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入30份粘度为2000mPas的端乙烯基二甲基硅油，10份粘度为1000mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油，20份乙烯基含量0.5wt％的乙烯基硅树脂，5份含氢量0.1wt％的含氢硅油，5份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.001份乙炔基环己醇和35份庚烷，搅拌均匀后，再加入0.15份铂含量为5000ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层2。
实施例3
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入5份粘度为20000mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油，1份乙烯基含量5wt％的乙烯基硅树脂，0.2份含氢量1.5wt％的含氢硅油，0.5份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.004份四甲基四乙烯基环四硅氧烷和93份异辛烷，搅拌均匀后，再加入0.01份铂含量为500ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层3。
实施例4
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入5份粘度为10000mPas的端乙烯基二甲基硅油，2份粘度为5000mPas的端乙烯基甲基苯基硅油，2份乙烯基含量1.5wt％的乙烯基硅树脂，0.1份含氢量1.5wt％的含氢硅油，5份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.5份四甲基二乙烯基二硅氧烷和85份正己烷，搅拌均匀后，再加入0.02份铂含量为1500ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层4。
实施例5
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入10份粘度为5000mPas的端乙烯基二乙基硅油，1份粘度为1000mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油，4份乙烯基含量1.0wt％的乙烯基硅树脂，0.5份含氢量0.8wt％的含氢硅油，2份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.01份四甲基四乙烯基环四硅氧烷和82份石油醚，搅拌均匀后，再加入0.05份
铂含量为3000ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层5。
实施例6
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入15份粘度为9000mPas的端乙烯基甲基苯基硅油，2份粘度为200mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油，3份乙烯基含量1.2wt％的乙烯基硅树脂，0.3份含氢量1.0wt％的含氢硅油，1份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.02份四甲基四乙烯基环四硅氧烷和86份异辛烷，搅拌均匀后，再加入0.02份铂含量为3500ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层6。
对比例1
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入5份粘度为21000mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油，1份乙烯基含量5wt％的乙烯基硅树脂，0.2份含氢量1.5wt％的含氢硅油，0.5份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.004份四甲基四乙烯基环四硅氧烷和93份异辛烷，搅拌均匀后，再加入0.01份铂含量为500ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层7。
对比例2
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入5份粘度为150mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油，1份乙烯基含量5wt％的乙烯基硅树脂，0.2份含氢量1.5wt％的含氢硅油，0.5份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.004份四甲基四乙烯基环四硅氧烷和93份异辛烷，搅拌均匀后，再加入0.01份铂含量为500ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层8。
对比例3
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入5份粘度为20000mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油，1份乙烯基含量5wt％的乙烯基硅树脂，0.5份丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.004份四甲基四乙烯基环四硅氧烷和93份异辛烷，搅拌均匀后，再加入0.01份铂含量为500ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层9。
对比例4
一种高分子疏水涂层，其经过以下步骤制得：
向配料釜中加入5份粘度为20000mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油，1份乙烯基含量5wt％的乙烯基硅树脂，0.2份含氢量1.5wt％的含氢硅油，0.5份γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，0.004份四甲基四乙烯基环四硅氧烷和93份异辛烷，搅拌均匀后，再加入0.01份铂含量为500ppm的铂络合物，搅拌均匀，得到疏水涂层10。
实验例：含高分子疏水涂层的瓣膜制备及表征对比
(1)涂覆：将实施例和对比例中得到的疏水涂层分别涂覆在合成高分子心脏瓣膜上，然后常温或者加热的方式(20～80℃)下使涂层固化，得到1～10号疏水瓣膜。
(2)卷曲模拟测试：将1～10号疏水瓣膜以及未涂覆高分子疏水涂层的高分子心脏瓣膜(比较例)分别裁剪成2*2cm2的正方形，卷曲后塞进1mL针管中，在不同的温度条件下放置一定的时间，然后将瓣膜从针管中挤出在磷酸缓冲盐(PBS)溶液中，观察其展开情况。
(3)体内生物相容性测试：将1～10号疏水瓣膜以及未涂覆高分子疏水涂层的高分子心脏瓣膜(比较例)分别切成1*1cm2的片材，植入大鼠皮下21天后取出，固定包埋切片，并使用CD68抗体染色，观察材料周围的巨噬细胞数目。
将1～10号疏水瓣膜和比较例采用上述方法进行测试，测试结果见表1。
表1瓣膜性能测试
Figure BDA0002525648560000081
从表1可以看出，相比于未经涂层处理的合成高分子瓣膜材料(比较例)，本发明各实施例中的高分子心脏瓣膜(1～6号疏水瓣膜)卷曲模拟测试后均可完全铺展，经过疏水涂层改性的合成高分子心脏瓣膜在长时间的卷曲条件下不会发生变形、粘连，在使用时可以快速恢复原有形状。7号疏水瓣膜上的疏水涂层采用高粘度端乙烯基甲基三氟丙基硅油，原料粘度较高，会导致涂层在瓣膜上的流平性能下降，涂层附着不均匀；8号疏水瓣膜上的疏水涂层采用低粘度端乙烯基甲基三氟丙基硅油制成，其涂覆到瓣膜上后，涂层固化后易开裂，瓣膜力学性能较差。7号和8号瓣膜涂层还存在缺陷，还会发生粘连的情况。9号疏水瓣膜上涂覆的疏水涂层制备原料中缺少含氢硅油端乙烯基硅油和乙烯基硅树脂的无交联效果，导致其性能较差，其涂覆到瓣膜上后，所得到的疏水瓣膜性能很差，同样会存在粘连和生物相容性差的问题；10号疏水瓣膜上涂覆的疏水涂层制备原料中缺少(甲基)丙烯酰氧基硅烷，涂层在瓣膜上的附着差，会存在粘连和生物相容性差的问题。
从表1中还可以看出，经过本发明中疏水涂层改性后的合成高分子心脏瓣膜植入体内后，体内的巨噬细胞数目并未显著增加，表明其具有良好的体内相容性。
不同瓣膜的展开程度如图1所示，其中1#为比较例中的瓣膜在80℃下浸泡7天后的展开形态，2#为比较例中的瓣膜在37℃下浸泡7天后的展开形态，3#为3号疏水瓣膜在80℃下浸泡30天后的展开形态，4#为3号疏水瓣膜在370℃下浸泡180天后的展开形态。从图中可以看出，本发明制备的疏水瓣膜可以很好地满足临床需求。
虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种高分子疏水涂层，其特征在于，包括以下质量份的原料：端乙烯基硅油5～40份、乙烯基硅树脂1～20份、含氢硅油0.1～5份、硅烷偶联剂0.5～5份、抑制剂0.001～0.5份、铂络合物0.01～0.5份和溶剂30～93份；所述端乙烯基硅油的粘度为200～20000mPas，其结构如式(I)所示，
Figure FDA0002525648550000011
其中，R1为甲基、乙基、苯基、丙基或三氟丙基，R2为甲基、乙基、苯基、丙基或三氟丙基。
2.根据权利要求1所述的高分子疏水涂层，其特征在于，包括以下质量份的原料：粘度为2000mPas的端乙烯基二甲基硅油30份、粘度为1000mPas的端乙烯基甲基三氟丙基硅油、乙烯基硅树脂20份、含氢硅油5份、硅烷偶联剂5份、抑制剂0.001份、铂络合物0.15份和溶剂35份。
3.根据权利要求1或2所述的高分子疏水涂层，其特征在于：所述乙烯基硅树脂中乙烯基含量为0.5wt％～5wt％。
4.根据权利要求1或2所述的高分子疏水涂层，其特征在于：所述含氢硅油中活性氢含量为0.1wt％～1.5wt％。
5.根据权利要求1或2所述的高分子疏水涂层，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷中至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的高分子疏水涂层，其特征在于：所述抑制剂为四甲基四乙烯基环四硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙炔基环己醇、丁炔醇、四甲基乙二胺、马来酸二烯丙酯、3-甲基-1-丁炔-3醇、3-苯基-1-丁炔-3醇、3-丙基-1-丁炔-3醇和三苯基膦中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的高分子疏水涂层，其特征在于：所述铂络合物为二乙烯基四甲基二硅氧烷和氯铂酸的络合物，其中铂含量为500～5000ppm。
8.根据权利要求1或2所述的高分子疏水涂层，其特征在于：所述溶剂为庚烷、正己烷、石油醚和异辛烷中的至少一种。
9.如权利要求1～8任一项所述的高分子疏水涂层在制备疏水瓣膜中的应用。
10.根据权利9所述的应用，其特征在于：所述高分子疏水涂层通过浸涂、喷涂或旋涂的方式涂覆于合成高分子心脏瓣膜上，再于20～80℃下使涂层固化，得疏水瓣膜。
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