CN115591026B - 一种水凝胶多孔硅胶气道支架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水凝胶多孔硅胶气道支架及其制备方法，涉及医疗器械技术领域。该支架以医用硅胶和致孔剂为原料，通过模压工艺、溶析工艺制得带有显影防移位结构的多孔硅胶气道支架；而后，将多孔硅胶气道支架置于多巴胺水凝胶中获得水凝胶多孔硅胶气道支架。支架外壁的显影防移位结构，可提供追踪定位和固定作用；支架管壁的孔隙结构可提供细胞生长所需的生态位，利于细胞的增殖和组织的长入，从而增加固定性；多巴胺水凝胶能够保持细胞浸润的水化环境，增加支架的生物相容性，在促进细胞增殖和爬升、改善支架位移问题的同时还可以防止内壁粘液滞留。

Description

一种水凝胶多孔硅胶气道支架及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种水凝胶多孔硅胶气道支架及其制备方法。
背景技术
气道狭窄的临床治疗方法有手术切除、冷冻、热消融和支架植入等。支架在植入后可迅速扩张气管，是缓解气道狭隘患者呼吸困难的一种快捷而有效的治疗方法。与金属支架相比较，硅酮支架具有更好的组织相容性且肉芽组织形成的可能性低，具有更广阔的应用前景。但是其径向支撑力不足与气道壁之间的摩擦力小，更易发生移位还会存在粘液堵塞的风险。
理想的气管支架应具有与天然气管相似的管状结构、合适的机械力学性能、良好的生物相容性以及适宜的孔隙率提供细胞生长所需的生态位，利于细胞的增殖、易于血管化以促进营养运输等。CN115068702A提供了一种多层复合结构载药气道支架，以药物负载形式预防组织感染和抑制再狭窄。CN113952519A公开了一种硅酮气道支架，其外壁钉齿与气道之间形成产生类似吸盘的固定效果，提高支架与气道的固定效果，防止气道支架移位。但目前气道支架对于细胞生长所需的生态位的研究仍较为欠缺，水凝胶在多种生物医学领域得到了广泛的应用，其可模拟细胞外基质为细胞生长提供一个生理上适合生存的环境，利于细胞的增殖、迁移和分化。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述的技术问题而提供一种水凝胶多孔硅胶气道支架。
本发明的目的之二在于提供上述的水凝胶多孔硅胶气道支架的制备方法，该方法按照如下的操作步骤进行：
（1）医用硅胶分别与显影剂、致孔剂混炼均匀后注入模腔进行模压，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架；
为更好地实现本发明，进一步的，所述显影剂为硫酸钡，所述致孔剂为氯化钠；
为更好地实现本发明，进一步的，所述医用硅胶与显影剂的混炼质量比为1:10~10:1，医用硅胶与致孔剂的混炼质量比为1:10~10:1；
为更好地实现本发明，进一步的，所述模压参数：温度为125~180 ℃，时间为180~700 s，压力为1~10 Mpa；
为更好地实现本发明，进一步的，所述支架经溶析后产生的管壁孔隙结构参数为：孔隙尺寸为110~620 μm，孔隙率为1%~15%；
（2）将盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液中搅拌聚合得到聚多巴胺溶液；将聚合单体加入水溶液中，并将聚多巴胺溶液加入聚合单体水溶液中得到混合液并搅拌，加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层；
为更好地实现本发明，进一步的，所述聚多巴胺溶液的浓度为1 ~ 10 mg/mL，聚合时间为0.5 h ~ 48 h；
为更好地实现本发明，进一步的，所述的聚合单体与溶液的质量比为10 ~ 35wt%，混合液搅拌时间为0.5~ 48 h；
为更好地实现本发明，进一步的，所述聚合单体为聚乙烯醇、聚乙二醇、海藻酸钠中的一种；
为更好地实现本发明，进一步的，所述水凝胶交联剂为戊二醛、十水四硼酸钠、氯化钙、聚丙烯酰胺中的一种；
（3）将多孔硅胶气道支架置于多巴胺水凝胶涂层中搅拌，经超声清洗、烘干得到水凝胶多孔硅胶气道支架；
为更好地实现本发明，进一步的，所述搅拌时间为0.5~ 48 h，超声清洗时间为10~ 50 min，烘干温度30 ~ 100 ℃，烘干时间为0.5 ~ 24 h。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供的水凝胶多孔硅胶气道支架，其外壁的可显影防移位结构可提供支架追踪定位和固定作用，有效降低因支架移位而引起的窒息风险；
（2）本发明提供的水凝胶多孔硅胶气道支架，支架管壁的孔隙结构可提供细胞生长所需的生态位，利于细胞的增殖和组织的长入从而增加固定性；
（3）本发明提供的水凝胶多孔硅胶气道支架，多巴胺水凝胶能够保持细胞浸润的水化环境，增加支架的生物相容性，在促进细胞增殖和爬升、改善支架位移问题的同时还可以防止内壁粘液滞留。
附图说明
图1 水凝胶多孔硅胶气道支架示意图；
图2水凝胶多孔硅胶气道支架俯视图；
图3多孔硅胶气道支架的力学性能测试结果；
图4多孔硅胶气道支架的平均孔隙尺寸测试结果；
图5多孔硅胶气道支架的平均孔隙率测试结果；
附图标记：1支架多孔结构，2可显影防移位结构，3多巴胺水凝胶涂层。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，本发明的实施例中，以聚乙烯醇为聚合单体，十水四硼酸钠为交联剂，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种水凝胶多孔硅胶气道支架及其制备方法，具体步骤如下：
实施例1
分别将医用硅胶与显影剂、致孔剂按照6:1和2.5:1的质量比进行混炼而后注入模腔于135℃、3Mpa下模压510s，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架。将定量盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液（PH=8.5）中聚合2 h得到浓度为5mg/mL的聚多巴胺溶液，制备质量比为13%的聚合单体-水溶液，将聚多巴胺溶液加入上述溶液得到混合液搅拌24 h，而后加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层。将多孔硅胶气道支架置于上述水凝胶涂层中搅拌20 h，超声清洗20 min后于45℃烘干6 h得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
实施例2
分别将医用硅胶与显影剂、致孔剂按照10:1和10:1的质量比进行混炼而后注入模腔于125℃、10 Mpa下模压700 s，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架。将定量盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液（PH=8.5）中聚合0.5 h得到浓度为1mg/mL的聚多巴胺溶液，制备质量比为10 %的聚合单体-水溶液，将聚多巴胺溶液加入上述溶液得到混合液搅拌48 h，而后加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层。将多孔硅胶气道支架置于上述水凝胶涂层中搅拌0.5 h，超声清洗10 min后于30 ℃烘干24 h得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
实施例3
分别将医用硅胶与显影剂、致孔剂按照1:10和1:10的质量比进行混炼而后注入模腔于180℃、1 Mpa下模压180 s，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架。将定量盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液（PH=8.5）中聚合48 h得到浓度为10 mg/mL的聚多巴胺溶液，制备质量比为35 %的聚合单体-水溶液，将聚多巴胺溶液加入上述溶液得到混合液搅拌0.5 h，而后加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层。将多孔硅胶气道支架置于上述水凝胶涂层中搅拌48 h，超声清洗50 min后于100 ℃烘干0.5 h得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
实施例4
分别将医用硅胶与显影剂、致孔剂按照6:1和3.3:1的质量比进行混炼而后注入模腔于135℃、3Mpa下模压510s，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架。将定量盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液（PH=8.5）中聚合2 h得到浓度为5mg/mL的聚多巴胺溶液，制备质量比为13%的聚合单体-水溶液，将聚多巴胺溶液加入上述溶液得到混合液搅拌24 h，而后加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层。将多孔硅胶气道支架置于上述水凝胶涂层中搅拌20 h，超声清洗20 min后于45℃烘干6 h得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
对比例1
分别将医用硅胶与显影剂、致孔剂按照6:1和2.5:1的质量比进行混炼而后注入模腔于135℃、3Mpa下模压510s，经溶析工艺获得大孔径的多孔硅胶气道支架。将定量盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液（PH=8.5）中聚合2 h得到浓度为5mg/mL的聚多巴胺溶液，制备质量比为13 %的聚合单体-水溶液，将聚多巴胺溶液加入上述溶液得到混合液搅拌24 h，而后加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层。将多孔硅胶气道支架置于上述水凝胶涂层中搅拌20h，超声清洗20 min后于45℃烘干6 h得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
对比例2
将医用硅胶与显影剂按照6:1的质量比进行混炼而后注入模腔于135℃、3Mpa下模压510s，获得无孔硅胶气道支架。将定量盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液（PH=8.5）中聚合2h得到浓度为5mg/mL的聚多巴胺溶液，制备质量比为13 %的聚合单体-水溶液，将聚多巴胺溶液加入上述溶液得到混合液搅拌24 h，而后加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层。将无孔硅胶气道支架置于上述水凝胶涂层中搅拌20 h，超声清洗20 min后于45℃烘干6 h得到水凝胶无孔硅胶气道支架。
对比例3
分别将医用硅胶与显影剂、致孔剂按照6:1和2.5:1的质量比进行混炼而后注入模腔于135℃、3Mpa下模压510s，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架。
对比例4
将医用硅胶进行混炼而后注入模腔于135℃、3Mpa下模压510s获得硅胶气道支架。
对比例5
分别将医用硅胶与显影剂、致孔剂按照0.5:10和10:0.1的质量比进行混炼而后注入模腔于190 ℃、0.4 Mpa下模压150 s，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架。将定量盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液（PH=8.5）中聚合0.2 h得到浓度为0.5 mg/mL的聚多巴胺溶液，制备质量比为50 %的聚合单体-水溶液，将聚多巴胺溶液加入上述溶液得到混合液搅拌0.2h，而后加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层。将多孔硅胶气道支架置于上述水凝胶涂层中搅拌50 h，超声清洗5 min后于25 ℃烘干60 h得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
对比例6
分别将医用硅胶与显影剂、致孔剂按照10:0.1和0.2:10的质量比进行混炼而后注入模腔于110℃、12 Mpa下模压900 s，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架。将定量盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液（PH=8.5）中聚合72 h得到浓度为15 mg/mL的聚多巴胺溶液，制备质量比为5 %的聚合单体-水溶液，将聚多巴胺溶液加入上述溶液得到混合液搅拌50 h，而后加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层。将多孔硅胶气道支架置于上述水凝胶涂层中搅拌0.2h，超声清洗60 min后于105 ℃烘干0.3 h得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
对上述实施例和对比例制备的气道支架进行径向支撑力、径向回缩率、孔隙尺寸、孔隙率、射线可探测性以及细胞毒性等相关性能测定，具体测试方法如下：采用电子万能试验机进行测试，测量压缩应变为50 %时的径向支撑力和径向回缩率；采用MTT法进行细胞活性检测；采用X射线检测方式探测支架的可显影性；采用Micro-CT方法测量支架的孔隙率和孔隙尺寸。
实验结果如图3-5所示，上述实施例和对比例的气道支架样品其细胞毒性反应均不大于2级，具有较好的生物相容性，且多孔结构的存在以及水凝胶的涂覆可提高细胞的存活率；显影剂的加入赋予支架X射线可探测性。另外，支架的模压条件以及显影剂、致孔剂添加比例等涉及孔隙结构的参数对支架的性能均产生较大影响：多孔支架的力学性能明显低于无孔支架（对比例2和对比例4），且随致孔剂尺寸的增大，支架孔隙尺寸和孔隙率相应提高，同时导致支架的径向支撑力下降低。此外，模压条件选择不当、致孔剂添加过量也会导致样品难以成型，聚合单体质量占比过大会使得水凝胶浓度过高不能形成均匀涂层，进而无法进行后续性能测定（对比例5和对比例6）。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当意识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容之后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种水凝胶多孔硅胶气道支架，其特征在于，所述气道支架的主体为管状结构，外壁设有可显影防移位结构，管壁具有尺寸均匀的孔隙结构，支架整体涂覆多巴胺水凝胶涂层，其制备方法为：
（1）医用硅胶分别与显影剂、致孔剂混炼均匀后注入模腔进行模压，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架；
（2）将盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液中搅拌聚合得到聚多巴胺溶液；将聚合单体加入水溶液中，并将聚多巴胺溶液加入聚合单体水溶液中得到混合液并搅拌，加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层；
所述聚合单体为聚乙烯醇、聚乙二醇、海藻酸钠中的一种；交联剂为戊二醛、十水四硼酸钠、氯化钙、聚丙烯酰胺中的一种；
（3）将多孔硅胶气道支架置于多巴胺水凝胶涂层中搅拌，经超声清洗、烘干得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
2.一种权利要求1所述的水凝胶多孔硅胶气道支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）医用硅胶分别与显影剂、致孔剂混炼均匀后注入模腔进行模压，经溶析工艺获得多孔硅胶气道支架；
（2）将盐酸多巴胺单体加入Tris缓冲液中搅拌聚合得到聚多巴胺溶液；将聚合单体加入水溶液中，并将聚多巴胺溶液加入聚合单体水溶液中得到混合液并搅拌，加入交联剂制得多巴胺水凝胶涂层；
所述聚合单体为聚乙烯醇、聚乙二醇、海藻酸钠中的一种；交联剂为戊二醛、十水四硼酸钠、氯化钙、聚丙烯酰胺中的一种；
（3）将多孔硅胶气道支架置于多巴胺水凝胶涂层中搅拌，经超声清洗、烘干得到水凝胶多孔硅胶气道支架。
3.根据权利要求2所述的水凝胶多孔硅胶气道支架的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述显影剂为硫酸钡、致孔剂为氯化钠，医用硅胶与显影剂的混炼质量比为1:10~10:1，医用硅胶与致孔剂的混炼质量比为1:10~10:1。
4.根据权利要求2所述的水凝胶多孔硅胶气道支架的制备方法，特征在于，步骤（1）所述模压参数：温度为125~180 ℃，时间为180~700 s，压力为1~10 Mpa。
5.根据权利要求2所述的水凝胶多孔硅胶气道支架的制备方法，特征在于，步骤（1）所述多孔硅胶气道支架的管壁孔隙结构参数为：孔隙尺寸为110~620 μm，孔隙率为1%~15 %。
6.根据权利要求2所述的水凝胶多孔硅胶气道支架的制备方法，特征在于，步骤（2）所述的聚多巴胺溶液的浓度为1 ~ 10 mg/mL，聚合时间为0.5 h ~ 48 h。
7.根据权利要求2所述的水凝胶多孔硅胶气道支架的制备方法，特征在于，步骤（2）所述的聚合单体与溶液的质量比为10 ~ 35 wt%，混合液搅拌时间为0.5~ 48 h。
8.根据权利要求2所述的水凝胶多孔硅胶气道支架的制备方法，特征在于，步骤（3）所述搅拌时间0.5~ 48 h，超声清洗时间为10 ~ 50 min，烘干温度30 ~ 100 ℃，烘干时间为0.5 ~ 24 h。
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