[发明专利]生物选择性表面纹理

说明书

技术领域

本公开提供可植入的医疗装置，可植入医疗装置在基质上包括表面纹理，在植入于宿主组织中时，表面纹理与存在于宿主组织中的液体形成界面。在某些实施例中，植入物有利地防止或减少不当组织粘合、细菌生长和/或生物膜形成同时促进所希望的宿主组织的附着或向内生长。

背景技术

在气态环境中固体纹理化表面与水的相互作用由Cassie–Baxter模型描述。在此模型中，空气被截留在纹理化表面的微槽中并且小水滴搁置于包括空气和微突起的顶部的复合表面上。在多个尺度纹理之间分形维数（fractual dimension）的重要性已经是公知的并且许多方案是基于分形贡献，即在不同尺度的纹理之间的维度关系。然而，与所用材料（有机或无机）和表面纹理的几何结构（粒子、杆阵列或孔隙）无关，一直需要多个尺度的纹理与低表面能量相组合来获得所谓的超疏水表面。

超疏水性以各种方式报告为一种具备与水的接触角比利用平滑但较强疏水材料可实现的接触角更大的材料。舆论普遍认为超疏水物质的最小接触角为150°。

疏水表面排斥水。可以例如通过确定表面上水滴的接触角来测量表面的疏水性。可以在静态或动态来测量接触角。动态接触角测量可以包括确定相对于诸如水滴这样的粘附物的前移接触角或后退接触角。在前移接触角与后退接触角之间具有较小差异的疏水表面（即，低接触角滞后）表示在临床上需要的性质。水可以在具有低接触角滞后的表面上比跨越具有高接触角滞后的表面上更易于行进，因此，接触角滞后的量值可以等于使物质跨越整个表面上移动所需的能量。在临床应用中，接触角与植入物在原位的移动性有关。

来自自然界的表面纹理研究的典型动机是荷叶，由于凸胞乳突和随机定向的疏水蜡小管的分级结构，荷叶是超疏水性的，凸胞乳突和随机定向的疏水蜡小管的分级结构与水具有高接触角和低接触角滞后并且表现出强自清洁性质。一个较少为人所知的来自自然界的动机是红玫瑰花瓣，具有利用周向布置和轴向导向的脊而加以装饰的凸胞乳突的分级结构，这种分级结构具有中等接触角和高角接触差异。

接触角为与植入物表面直接接触的水量的测量量度，而接触角滞后为水可以在表面上移动的程度的测量。这些状态中每一个的自然进化动机是完全不同的。在荷叶和总体上植物叶子的情况下，与水的最少接触和高的水移动性导致水优先粘附到微粒污染物上，可以在水流掉时从叶子清理掉微粒污染物。这用于减小由表面污染物对光的吸收量并且提高了光合作用效率。在玫瑰花瓣和总体上植物花瓣的情况下，大部分授粉者/传粉昆虫（pollinator）被吸引到高张力水源，高张力水源提供易于接近性而不会淹没昆虫。因此，在进化刺激在植物学中是繁殖的情况下，与高接触角滞后相配对的高接触角是优选的；而在进化刺激是新陈代谢和生长的情况下，与低接触角滞后相配对的高接触角是优选的。

暂时考虑单个纹理尺度，当水放置于纹理化表面上时，其可以置于纹理的峰上或者芯吸到谷内。前者被称作Cassie状态，而后者被称作Wenzel状态。当Wenzel状态占优势时，接触角和接触角滞后二者随着表面粗糙度增加而增加。然而，当粗糙度系数超过临界水平时，接触角继续增加，而滞后开始减小。在此点，占优势的湿润行为变化，这归因于在表面与水滴之间的界面处截留的空气量增加。

在植物世界中，诸如上文所讨论的荷叶或玫瑰花瓣，大部分纹理化表面出现在疏水基质上。然而当疏水流体代替水时，Cassie状态可以容易地转化为Wenzel状态。并非总是这种情况，并且这取决于疏水材料的蒸气压力和粘度和截留在表面纹理中的空气可以耗散多快。

有利地在可植入的医疗装置中使用微结构化表面纹理，诸如在自然界中发现的那些或者其它微结构化表面，以便调制该装置的疏水性，从而调制组织和细菌粘合。

发明内容

应了解前文的一般描述和下文的详细描述表示本公开的实施例并且计划提供用于对所要求保护的本公开的性质和特征进行理解的概述或构架。该描述用于解释所要求保护的主题的原理和操作。本公开的其它和另外的特征和优点将是本领域技术人员在阅读下文的公开时易于显而易见的。

本公开的方法和实施例可适用于可吸收和可永久植入的材料，其中优选可吸收的材料。这些材料可以用于可植入的医疗装置中。

本公开的一实施例提供一种可植入的医疗装置，其包括在基质上的至少两个表面纹理，其中在植入于宿主组织中时，表面纹理与存在于宿主组织中的液体形成界面，其中第一表面纹理在该装置与组织之间截留空气以形成第一界面；并且第二表面纹理并不在该装置与宿主组织之间截留空气以形成第二界面；其中界面具有至少5度的接触滞后角。