[发明专利]可植入的超疏水表面

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，植入物有利地在植入于身体内之后防止或减少装置迁移。

背景技术

当三相彼此接触时典型地发生Cassie和Wenzel现象。例如，能使一个固相与两个液相接触，两个液相在它们的疏水性方面不同。在体内，相应状态导致在植入物上在Cassie状态形成并保持液体亲水膜，和在Wenzel状态保持组织（包含脂质）。这些在临床上有助于将植入物定位于活体组织内。

剪切为植入物平行于组织表面的运动，且剥离是植入物垂直于组织表面的运动。在临床上，具有高剪切力的植入物抵抗在体内迁移并且具有低剥离力的植入物可以由临床医生在外科手术程序期间容易地重定位。

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大差异的疏水表面（即，高接触角滞后）表示在临床上需要的性质。水或湿组织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受剪表面上移动所需的能量。在临床应用中，高接触角减小了植入物在原位的移动性。

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接触角滞后。

接触角为与植入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反向量度。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并且增加了光合作用效率。

在玫瑰花瓣和总体上植物花瓣而不是叶子的情况下，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；并且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。在本文上下文中，气态被疏水状态（例如，脂质）取代。疏水状态可以是源自宿主组织的液体或固体。

在混合Wenzel-Cassie状态，可能具有高接触角和高接触角滞后。然而，纹理仅是一个方面，纹理化固体相对于相互作用的环境而言的疏水性也是重要的。

水具有偶极结构，偶极结构使得其对于带电荷的任何其它物质有吸引力。位于分子上特定位置处的具有多余电荷/电荷盈余（charge surplus）的可植入物分子使得分子具有亲水性。在聚合物的情况下，电荷可以缔合（associate），并且块体物质可以具有宏观表面电荷。并且在这样的宏观集聚/聚集体中，这些材料具有较强吸水性。并且当这些宏观电荷位置与表面纹理相关联时，然后植入材料变得具有超亲水性。