[发明专利]纳米膜保护和释放基质

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及基材上的极薄工程纳米多孔非保角无定形金属涂层。表面沉积纳米多孔金属可用于活性剂、保护性涂层的受控释放，或用于细胞粘合的骨架。

2.背景技术描述

材料蒸气和等离子体基沉积在基材表面上受到越来越多的注意，部分是由于产生具有理想附着、保护性或缓释性能的新表面特征的潜力。例如无毒薄膜表面涂层对于可植入医疗器材而言特别有意义，其中炎症和形成纤维包裹会导致显著问题。虽然纳米结构涂层似乎对外科植入物而言为理想的，但用钛海绵状粉末制备的高附着力钛多孔涂层缺乏植入物所需的适当粗糙度和/或孔隙率，其他涂覆技术通常已用于制备非医学应用的光滑，非粗糙表面。

可将金属氧化物的真空弧沉积控制在一定程度以提供结构表面。一类气相沉积，化学气相沉积，为一种化学方法，其中一种或多种挥发的前体用于制备表面上的高度保角和纯薄膜，主要用于电子工业中的应用。相关方法，称作原子层沉积(ALD)，使用交替的前体曝露步骤以层连层的方式制备保角薄膜。ALD可用于用高质量保角材料涂覆复杂形状，且通常用于在微电子器材上创造光滑薄表面或密封电子装置。在近来的描述中充分讨论了ALD方法、反应动力学、生长模式和反应条件影响的表面化学的综述(Pruurunen，J.Applied Physics 97，121301，1-52，(2005)。

ALD已用于在硅石纳米粒子上沉积超薄膜(Hakim等，2005)。涂层具有完全覆盖、均匀性和极好保角性，其被认为是ALD用于薄膜的目的和优点。由于操作便利，前体的自限性生长机理通过表面上的化学吸收确定，并且如果流量足够大，则化学吸收层为饱和的，可吹扫过量前体并出现保角性和沟槽装填。因此表面为光滑的而无纳米粗糙特征。

在提高植入物器材表面的生物活性的努力中，已使用原子层沉积(ALD)以用晶体二氧化钛薄层涂覆钛或硅基材。生物活性锐钛矿二氧化钛层在基材上构成并当在体外浸入磷酸盐缓冲盐水(PBS)中几天时，形成羟基磷灰石。涂层的缺点是缺乏羟基磷灰石在ALD沉积的光滑保角表面上的附着力。对于一些应用，由射频生成的等离子体沉积的钛薄膜可微图案化在石英基材上。这些表面减少反应性氧种的产生。

ALD技术已用于表面工程纳米结构表面。各种纳米管表面可使用ALD二氧化钛如二氧化钛保角涂覆以提供覆盖所有可得表面的纳米结构表面。在纳米材料下面的保角表面涂层，包括纳米线、纳米层压材料和纳米孔材料是已知的。

表面微结构为多种器材，包括指定目的的植入物的设计中的重要考虑。表面用于许多目的和功能；例如冠状动脉支架上的光滑生物相容性内表面倾向于阻碍细胞粘附，这会抑制或阻断血液流动。另一方面，已研究通过物理方式如蚀刻或纳米结构改性的不规则表面作为吸引不同细胞类型的骨架，新键生长的所需骨植入物功能在康复方法中为重要的。

医疗器材通常由聚合物或金属制成，但是仅一些材料与用作整形外科或外科应用中的植入物生物充分相容。由于在其外表面上至少部分形成氧化物层(即二氧化钛)，它显示小的生物不相容性，因此钛为相对独特的。

支架为放在血管中的小管以保持开放；即保持容器开放，从而不阻断血液流动。冠状动脉支架通常为金属，或金属网格框架，其多年来已广泛用于心脏病人中。不幸的是，裸金属支架对于身体来说是外源的，且倾向于导致免疫反应。支架本身会诱发其表面上的快速细胞增殖，导致疤痕组织形成。

冠状动脉支架通常由金属组成并多数已在支架表面上开放各种涂层。涂层不仅保护身体以防曝露于金属，而且设计以释放意欲抑制或至少延缓其中放置支架的血管重新闭合的各种药物。可使用多层涂层，其中一层或多层含药物或治疗剂，但是厚涂层可导致蜕皮或提供来自表面裂缝或其他不完整性的再狭窄聚焦。尽管已使用抗血栓形成剂、抗癌剂和抗狭窄药物，但当用于冠状支架中时，药物洗脱层最通常含免疫抑制化合物。熟知和研究的免疫抑制药物包括环孢霉素A、雷帕霉素、达利珠单抗、去甲氧霉素(demethomycin)等。

保护性涂层用于改进表面以保护下面的基材；例如支架已涂覆有各种聚合物膜，其不仅将保护层加到基础基材上，而且充当不同了类型药物的基质或固定骨架。保护膜通常用于涂覆金属基质，所述金属基质通常为不锈钢或钛。膜本身可用作保护性亲水表面和用作治疗药物缓释基质的双重功能。

某些类型的植入物的长期成功取决于细胞粘附和生长的表面特征。髋部植入物得益于具有与成骨细胞粘附和生长相容的表面，而种植牙取决于软组织纤维原细胞粘附和产生。这与支架和导管内表面需要保持不含细胞集结对照，使得那些表面通常光滑且没有结构缺陷，其可充当细胞聚集和粘附的焦点。