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譚麗麗，楊柯，張炳春，梁勇
（中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，遼寧沈陽110016）
Study on processing and property of polyetherurethane coating on coronary stents
TAN Li-li, YANG Ke, ZHANG Bing-chun, LIANG Yong
(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)

Abstract：Dip coating method was used to prepare the polyether polyurethanes coating on coronary stents. In the light of difficulty from the complex figure of the stents, the coating processing was studied. The result showed that the coating has integrative surface, low surface roughness and desirable mechanical property, and keeps the microphase separation structure of the polyetherurethane, which ensures the blood compatibility of the coating.
Key words：coronary stent；polyether polyurethane coating；processing；property
摘要：利用浸涂方法在不銹鋼冠脈支架表面制備出聚醚聚氨酯涂層。針對(duì)冠脈支架復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)制備工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該涂層具有完整無缺陷的表面形貌，低的表面粗糙度，滿足要求的力學(xué)性能，并保持了聚醚聚氨酯的微相分離結(jié)構(gòu)，從而保證了良好的血液相容性。本項(xiàng)研究為探索簡(jiǎn)便而有效的支架表面涂層制備工藝奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：冠脈支架；聚醚聚氨酯涂層；制備工藝及性能
中圖分類號(hào)：TB43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1001-9731（2004）增刊

1 引言
        1987年，Sigwart首先將冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)應(yīng)用于臨床。近年來，我國(guó)各地的三級(jí)甲等醫(yī)院也陸續(xù)開始運(yùn)用這一方法，現(xiàn)在大約70%接受介入治療的患者植入了支架。冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)由于有效地避免了球囊擴(kuò)張后血管壁彈性回縮和血管重塑，使初始管腔擴(kuò)大更為明顯，再狹窄率從單純球囊擴(kuò)張年代的35%下降到18%左右。然而，支架也有局限性。支架主要是由金屬材料制成的，例如不銹鋼、鈦、Ni－Ti形狀記憶合金等。這些材料滿足了結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能要求，但在生物相容性和過敏反應(yīng)方面存在一些問題。支架植入后，再狹窄仍然存在，而且是制約介入性心臟病學(xué)發(fā)展的重要因素。近年來，藥物支架的出現(xiàn)取得了令人鼓舞的成就，顯著地降低了再狹窄發(fā)生率，成為這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1~4]。
        在金屬基體上制備聚合物涂層的方法有化學(xué)氣相沉積（CVD）、離子束輔助沉積(IBAD)、浸涂等。浸涂方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便、適合復(fù)雜形狀基體的優(yōu)點(diǎn)。本研究結(jié)合支架自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用浸涂法，對(duì)其工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
        聚醚聚氨酯具有微相分離結(jié)構(gòu)，有很好的血液相容性，是醫(yī)用高分子材料中綜合性能相對(duì)良好的醫(yī)用材料，已被用作心臟起搏器絕緣線[5]、人工血管[6,8]、介入導(dǎo)管[7]等直接與血液接觸的醫(yī)療器械。本文研究了利用浸涂法在316L不銹鋼冠脈支架上制備聚醚聚氨酯涂層，從而為藥物支架的制備提供載體。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        本實(shí)驗(yàn)中，316L不銹鋼裸支架由中科院金屬研究所提供。聚醚聚氨酯由天津聚氨酯廠提供，硅烷偶聯(lián)劑及多異氰酸酯交聯(lián)劑由沈陽工業(yè)學(xué)院提供，N-甲基-2-吡咯烷酮為分析純。
2.2 實(shí)驗(yàn)方法
2.2.1 聚醚聚氨酯涂層的制備
        將不銹鋼支架清洗并化學(xué)處理后，浸入一定濃度的聚醚聚氨酯溶液中，取出后進(jìn)行表面處理，于真空干燥箱內(nèi)干燥。
2.2.2 涂層與基體結(jié)合力的研究
        聚醚聚氨酯涂層與金屬基體的粘結(jié)強(qiáng)度根據(jù)GB 7124-1986進(jìn)行測(cè)試，所用拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)為日本島津公司的AG-5000A電子萬能試驗(yàn)機(jī)，拉伸速率為1mm /min。
2.2.3 涂層厚度測(cè)定
        在20mm×10mm×3mm的316L不銹鋼薄片上利用上述工藝制備出聚醚聚氨酯涂層，利用德國(guó)QUNIS 7500 型測(cè)厚儀測(cè)定涂層厚度。
2.2.4 支架表面涂層形貌表征
        將聚醚聚氨酯涂層支架表面噴金后在Camridge- S360掃描電鏡下觀察支架表面形貌。
2.2.5 涂層微觀結(jié)構(gòu)研究
        涂層經(jīng)環(huán)氧樹脂封樣，用四氧化鋨染色，切片后在JEM2000FX-II型透射電鏡下觀察涂層微觀結(jié)構(gòu)。
3 結(jié)果及討論
3.1 涂層與基體的結(jié)合力
        作為體內(nèi)植入用金屬表面涂層，必須與金屬基體具有良好的界面結(jié)合。
        根據(jù)文獻(xiàn)[9]所述，在支架膨脹后支架拐角變形及受力最大。實(shí)驗(yàn)中帶涂層的支架經(jīng)過球囊擴(kuò)張3次后，拐角處表面如圖1所示，表面無裂紋產(chǎn)生，支架內(nèi)表面涂層經(jīng)受與球囊的摩擦作用后無撕裂、翹起等缺陷存在，表明涂層具有良好的結(jié)合力，已經(jīng)初步達(dá)到支架的使用要求。

        涂層結(jié)合力包括涂層與基體的結(jié)合力以及涂層本身所具有的內(nèi)聚力。實(shí)驗(yàn)中采用硝酸-氫氟酸對(duì)基體進(jìn)行表面化學(xué)處理，在試樣表面形成均勻的蝕坑，使表面粗化，提高了粘接面積。化學(xué)處理改善了金屬基體與聚醚聚氨酯溶液之間的接觸角，同時(shí)對(duì)基體表面起到了活化作用，使表面能與膠體之間形成化學(xué)鍵結(jié)合，增大了基體與涂層之間的結(jié)合力。
        涂層中偶聯(lián)劑的加入，在基體和有機(jī)涂層之間形成了“鍵橋”，以化學(xué)鍵的形式將二者結(jié)合起來。按膠粘理論中的化學(xué)鍵理論來說，化學(xué)鍵作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過范德華力和氫鍵作用力[10]，因此結(jié)合力高于其它方法。當(dāng)偶聯(lián)劑濃度為1%時(shí)，結(jié)合力達(dá)最高值。交聯(lián)劑的加入使聚醚聚氨酯涂層形成了網(wǎng)狀交連結(jié)構(gòu)，增大了涂層的內(nèi)聚力。
        與此同時(shí)，聚醚聚氨酯具有較強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度，其拉伸強(qiáng)度是天然橡膠和合成橡膠的2~3倍，伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度也比一般橡膠要高。而且在熱處理工藝中采用分段加熱和后固化，保證了涂層與基體之間及涂層內(nèi)部化學(xué)作用的充分進(jìn)行，增加了涂層內(nèi)部的交聯(lián)程度，進(jìn)一步提高了涂層的結(jié)合力，從而保證支架在膨脹后涂層沒有發(fā)生破損。
3.2 表面形貌
        植入用冠脈支架具有復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，利用浸涂法制備的支架表面涂層，在支架提拉過程中，會(huì)發(fā)生膠體堵塞現(xiàn)象，支架植入體內(nèi)后將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的不良后果。圖2(a)示出了未經(jīng)處理的涂層后支架。圖2(b)為支架提拉后經(jīng)過離心處理后的表面形貌。如圖可知，支架在經(jīng)過離心處理后，內(nèi)部沒有堵塞，沒有膠體粘連現(xiàn)象，呈現(xiàn)完整的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

        由于支架具有復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，存在很大的表面張力，膠體在提拉過程中，重力無法克服表面張力作用，而使支架表面存在多余膠體。涂層提拉后經(jīng)過離心處理，在離心力作用下，多余膠體從支架表面脫落，從而保持了涂層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
        與血液相接觸的材料表面，粗糙度越大，暴露在血液中的面積越大，凝血的可能性越大。支架表面涂覆聚合物涂層后，在掃描電鏡下觀察，表面粗糙度較未涂層的不銹鋼表面明顯降低，如圖3所示。

3.3 控制涂層厚度的工藝研究
        因?yàn)檠軆?nèi)直徑很小，支架植入后占據(jù)一定空間，對(duì)血流會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)于緩釋藥物的聚合物涂層，也可通過涂層厚度來控制藥物的攜帶量。涂層的厚度對(duì)于藥物的釋放速度及釋放時(shí)間都將產(chǎn)生影響，因而研究支架表面涂層制備工藝時(shí)，應(yīng)對(duì)涂層厚度進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)中在20mm×10mm×3mm的316L不銹鋼薄片上研究了浸涂時(shí)間、浸涂次數(shù)、膠體濃度對(duì)支架表面涂層厚度的影響因素。
        由圖4可知浸涂時(shí)間對(duì)涂層的厚度影響非常微小，而膠體濃度和浸涂次數(shù)對(duì)涂層厚度影響較大。其中膠體濃度對(duì)支架表面涂層形貌會(huì)產(chǎn)生影響，因?yàn)橹Ъ軓?fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)膠體濃度過大時(shí)，涂層將阻塞網(wǎng)狀支架。由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)膠體濃度在10%w/w以下時(shí)，膠體可以順利通過支架網(wǎng)，容易形成完整的支架表面涂層。由此，可以在膠體濃度及浸涂時(shí)間確定時(shí)，通過浸涂次數(shù)控制涂層的厚度。

3.4 涂層微觀結(jié)構(gòu)
        聚醚聚氨酯由軟段和硬段兩部分構(gòu)成，由于這兩部分無相容性，因而形成了微相分離結(jié)構(gòu)。很多研究結(jié)果表明[11]，血管壁內(nèi)皮具有微觀非均相結(jié)構(gòu)，因此，聚氨酯所具有的微相分離結(jié)構(gòu)對(duì)材料的抗凝血性能有重要作用。圖5為聚醚聚氨酯原料(a)及本研究所制備的聚醚聚氨酯涂層(b)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖片，由圖可見，添加偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑及經(jīng)過相應(yīng)的熱處理之后，聚醚聚氨酯的內(nèi)部微相結(jié)構(gòu)未受到破壞，從而保證了支架表面聚醚聚氨酯涂層的血液相容性。

4 結(jié)論
        實(shí)驗(yàn)采用浸涂工藝，制備出具有連續(xù)、完整的冠脈支架表面聚醚聚氨酯涂層。涂層具有較低的表面粗糙度，保持了聚醚聚氨酯的微相分離結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)還研究了影響涂層厚度的因素，確定了控制涂層厚度的工藝方法。通過膨脹實(shí)驗(yàn)表明，涂層滿足支架使用的力學(xué)性能要求。本項(xiàng)研究為探索簡(jiǎn)便而有效的支架表面涂層制備工藝奠定了基礎(chǔ)。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家863項(xiàng)目（2001AA320604）
作者簡(jiǎn)介：譚麗麗（1977－），女，博士生，從事生物材料及器件的研究。

論文來源：中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議,2004年,9月12-16日