等离子体沉积SiO：H纳米涂层结合表面微粗糙化改性血管内支架的研究

摘要

冠心病是由于脂质沉积于血管壁造成的冠状动脉狭窄或阻塞，从而引起的心肌缺血和供氧不足。经皮冠脉成形术(Percutaneous transluminal coronaryangioplasty，PTCA)是冠心病治疗的常用手段，但术后引起的损伤反应一再狭窄是困扰介入治疗的难题。冠脉内支架植入术的广泛应用使PTCA术后再狭窄率明显降低，但支架植入又会引起支架内再狭窄(In-stent restenosis，ISR)，其发生率为15-20％。目前，防治ISR的研究主要集中在药物涂层支架和血管内放射治疗，它们都能抑制或破坏DNA合成，从而显著抑制新生内膜增生，但同时也会影响内皮细胞再生，有迟发血栓形成和使支架裸露的危险。血管内支架的体外内皮化被认为是提高生物材料生物相容性，降低ISR的较为理想的途径。但支架的体外内皮化涉及到种子细胞的来源、细胞的黏附、生物学功能以及内皮化支架的运输、储存等方面的问题。更多的研究者把目光聚集到新材料的开发和支架的设计上，希望能找到一种生物相容性更好的材料，耐腐蚀性和抗血栓性能优异，同时在支架的设计方面寻求更好的制备技术，使支架的径向抗压性和柔顺性更好，能通过弯曲的血管且对血管壁的损伤尽量小，从而减少内膜增生引起的支架再狭窄。如钴基合金支架(Co-Cr-Ni-Mo-Mn)由于在关键性能上优于316L不锈钢，从而被认为是更好的支架材料，但造价将远远超过不锈钢支架。
　　 由于药物洗脱性支架、细胞内皮化支架或新材料支架均有各自的优缺点，目前尚无定论究竟哪种支架会最终解决ISR的发生。在本论文的研究中，采用材料表面改性的方法综合药物洗脱性支架、细胞内皮化支架或新材料支架的一些优缺点，利用等离子体沉积技术在材料表面制备SiOx∶H纳米涂层以提高现有支架材料如316L不锈钢，NiTi合金的抗腐蚀性、抗凝血性等生物相容性，保持其原有金属基体的机械性能，从而降低新材料研究和制备的成本；另一方面，利用材料表面的微粗糙化与等离子体沉积技术相结合，加速支架植入后快速内皮化过程。
　　 本文采用机械刻蚀，化学浸蚀等方法制备微孔及微凹槽的材料表面，并结合低温等离子体技术制备具有优良生物相容性的SiOx∶H(0＜x＜2)纳米涂层，进一步深入研究材料表面形貌、纳米级粗糙度以及亲疏水性对内皮细胞、血小板黏附的影响，以及等离子体SiOx∶H纳米涂层支架材料的体外生物相容性和体内动物实验。研究结果表明：(1)化学浸蚀和机械刻蚀的方法可以在NiTi合金基体表面制备微孔和微凹槽等不同微观形貌；(2)制备的微粗糙化NiTi合金表面平均粗糙度Ra在纳米数量级范围内；(3)通过单体选择及单体流速比、沉积时间等参数，可控制等离子体SiOx∶H纳米涂层厚度及亲(疏)水性；(4)等离子体沉积SiOx∶H纳米涂层的最优化条件为TMS∶02=1sccm∶4sccm，4min，D.C.5W，系统压力25毫托(mtorr)在此条件下，所制备的涂层厚度为约为45nm(450(A))，Si片上去离子体水接触角约为30-40°；(5)结合微粗糙化表面和等离子体沉积SiOx∶H纳米涂层两种表面改性技术，可明显促进内皮细胞的黏附；在纳米粗糙度数量级上，具有微孔结构的材料表面细胞黏附数量最多，且细胞生长状态良好；材料表面微凹槽结构对细胞的早期黏附具有接触诱导效应。等离子体沉积SiOx∶H纳米涂层改性后材料表面血小板黏附数量减少；(6)等离子体沉积SiOx∶H纳米涂层可显著增加NiTi基体的抗腐蚀性，降低Ni2+溶出率，提高材料的抗凝血性，溶血率、细胞毒性和致热源性等显著降低，并符合材料生物安全性检测标准；(7)动物实验证明等离子体沉积SiOx∶H纳米涂层与未改性的裸支架相比，加速了支架表面内皮化进程，极显著的抑制了内膜增生和降低了支架内再狭窄。
　　 综上所述，本文通过结合微孔及微凹槽的微粗糙化材料表面和低温等离子体沉积SiOx∶H纳米涂层表面改性两种技术，在提高材料基体的生物相容性的同时，加速支架植入后的内皮化进程，有望解决支架内再狭窄问题。研究结果等将对新型血管支架的研究和开发，以及应用于其他大多数植入性生物医用材料的表面改性有重要的指导意义，并对内皮细胞、蛋白质等生物大分子与生物材料表面的相互作用，奠定相应的基础研究依据。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要缩写词表

声明

1 绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1 NiTi合金血管内支架的研究进展

1.2.2生物材料表面改性的分类

1.2.3支架材料表面改性国内外研究概况

1.3研究的内容和意义

1.3.1研究内容

1.3.2研究的意义

1.4本文的创新点

2血管内支架表面微粗糙化的制备及表征

2.1前言

2.2材料和方法

2.2.1材料

2.2.2方法

2.3结果

2.3.1光学显微镜实验结果分析

2.3.2 SEM结果分析

2.3.3原子力显微镜(AFM)结果分析

2.3.4表面粗糙度轮廓仪粗糙度结果分析

2.4讨论

2.4.1材料表面粗糙度促细胞黏附

2.4.2材料表面形貌促细胞黏附

3低温等离子体SiOx:H纳米涂层的制备及表征

3.1前言

3.2材料和方法

3.2.1材料

3.2.2方法

3.3实验结果分析

3.3.1 TMS与O2流速比对SiOx:H涂层厚度及水润湿角的影响

3.3.2沉积时间对SiOx:H涂层厚度及水润湿角的影响

3.2.3 FTIR材料表面化学分析结果

3.3.4 EDXRF能谱表面元素分析

3.3.5 XRD结果分析

3.3.6 SEM表面形貌分析

3.3.7 AFM结果分析

3.3.8表面轮廓仪粗糙度结果分析

3.4讨论

4表面微观形貌及SiOx:H涂层对BAECs、血小板黏附的影响

4.1前言

4.2材料和方法

4.2.1材料

4.2.2方法

4.3结果

4.3.1材料表面形貌对BAECs黏附的影响

4.3.2材料表面形貌及等离子体SiOx:H纳米涂层对BAECs黏附的影响

4.3.3材料表面形貌及等离子体SiOx:H纳米涂层对血小板黏附的影响

4.4讨论

5低温等离子体沉积SiOx:H纳米涂层体外生物相容性检测

5.1前言

5.2材料和方法

5.2.1材料

5.2.2方法

5.3实验结果

5.3.1抗腐蚀性实验结果测定

5.3.2 Ni2+溶出率实验结果

5.3.3抗凝血性测定实验结果

5.3.4溶血率实验结果

5.3.5细胞毒性实验结果

5.3.6致热源性

5.4讨论

6等离子体SiOx:H纳米涂层支架体内动物实验检测

6.1引言

6.2材料和方法

6.2.1材料

6.2.2方法

6.3结果

6.3.1血管造影

6.3.2扫描电镜样本的形态学观察

6.3.3硬组织切片的形态学观察与图像分析

6.4讨论

7结论与展望

7.1主要结论

7.2存在的不足和后续研究工作的建议

致 谢

参考文献

附录 作者在攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果