[发明专利]一种医疗器械的金属部件上的含铜复合涂层的制备方法及医疗器械

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗器械及其制备方法，尤其涉及一种与血液接触的金属植入器械上的复合涂层及其制备方法。

背景技术

心血管疾病是目前威胁人类健康和生命的首要原因之一，医疗器械介入治疗是一种方便有效的治疗手段，其具有创伤小、恢复快、副作用小的特点。现已广泛应用的心血管植入器械有血管支架、心脏瓣环、静脉血栓过滤器、栓塞器械等，这类医疗器械大多数用生物医用金属材料设计加工而成。目前，这类生物医用金属材料有医用不锈钢、钴基合金、钛及钛合金、可吸收金属材料、镍钛形状记忆合金、钽、铌、金银等贵重金属和合金。

目前医用金属材料在应用中的主要问题有：1)材料生物相容性(hemocompatility)不好，易引起凝血或引起周围组织炎症反应；2)材料表面内皮化程度较低；3)由于生理环境的腐蚀，会造成金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的蜕变，前者可能导致毒副作用，而后者常常导致材料失效。

针对上述问题一般采用表面改性方法来实现，如在材料表面制备金属或陶瓷涂层增加材料的生物相容性，减小材料与周围组织的排异作用，促进材料表面的内皮化，常见的涂层有类金刚石薄膜(DLC)、钛或钛的化合物(TiN、Ti-O、Ti-C等)、Si-N薄膜等。Allen M.通过研究发现，DLC具有良好的生物相容性，并具有耐磨特性，已用于人工机械心脏瓣膜。而TiN、Ti-O膜涂层由于其良好的生物相容性和血液相容性，已用于了心血管植入器械，如冠状动脉支架、封堵器、心脏瓣环等。

在一些与血液接触的植入器械中，只要求涂层具有良好的生物相容性，不会产生凝血或导致血栓的形成，但在一定时间内并不期望器械表面内皮化，如静脉血栓滤器在捕获栓子的同时不期望表面内皮化以便于器械的取出；生物可吸收金属器械在使用过程中，早期并不希望降解过快以保证持久的力学性能，而后期又希望表面不爬附内皮以影响支架的降解速率；机械心脏瓣环的枢柚区域并不期望内皮化以影响瓣叶的灵活性等。J.Botsoa发现SiC能导致细胞的凋亡，但其研究仅限于SiC量子点(5.4nm)用来检测活体细胞的成像；Hauert R.通过实验发现，在材料表面注入一定剂量硅，不利于细胞的生长和增殖，但由于硅原子本身的物理性能，不能有效保证材料表面的注入剂量，Amstein CF研究发现沉积一层硅的化合物如SiN、SiC、SiO₂，材料表面不易生长细胞，但此类硅化物较脆，涂层的力学性能达不到要求；Danlel M通过美国专利文献US2010020477A1披露，在硅表面沉积金属钛层能在一定程度上抑制细胞的生长，但在聚合物(例如PE，PTFE，UHMWPE)或金属表面沉积的钛涂层却促进了细胞的生长。

事实上，生物相容性好的材料表面一般容易内皮化，要抑制内皮细胞的爬附只有依靠药物或靶向毒性离子，而且要求这种细胞毒性在一定时间内作用效果是有限的，尽量减少副作用。Felicia Suska曾尝试了在钛表面沉积铜膜，能明显抑制单核细胞的生长，但单质的铜膜表面极易产生溶血，影响材料的血液相容性。Paul KC采用等离子技术在金属表面注入铜，其目的是利用铜原子达到一定的抑菌效果，因此材料表面铜原子数量有限且没有形成连续完整的薄膜，对材料表面的血液相容性的影响较小，但材料表面也比较容易生长细胞。Nosaka T曾用磁控溅射方法制备了铜的氮化物薄膜，但此类薄膜一般仅用于光学储能和电子材料方面，至今未能用于解决生物材料方面的技术问题。

铜是人体所需的微量元素之一，成年人体中铜的正常含量为100-150mg，只有摄入铜量超过正常值的10倍以上，才会出现明显的中毒现象。因此，金属医疗器械材料表面含一定量铜有助于阻止材料表面早期内皮化，并通过控制表面铜成分含量来提高材料的血液相容性，而且对人体无明显副作用。

上述现有技术中的医用金属材料涂层的使用在一定程度上改变了材料的生物相容性和心血管植入器械表面的内皮化程度，但也存在着如下不足：

1、心血管医疗器械上常用的涂层主要用于提高材料的血液相容性，同时也促进了内皮化，但某些金属植入器械却只期望血液相容性好而短期内并不促使内皮化，上述涂层很难满足后者的要求。

2、在钛材料表面制备连续的单质铜膜能抑制细胞的生长，但单质铜膜本身易引起溶血，降低了器械的血液相容性，而且溶解到血液中的过量铜离子可能导致毒副作用。

3、在金属医疗器械上等离子注入铜可以达到抑菌功效，但由于注入剂量有限，而且在表面不能形成完整覆盖薄膜，不能实现有效抑制细胞生长的作用。