CN102008751B - 一种生物降解支架复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物降解支架复合材料及其制备方法，该降解材料具有多梯度的复合结构，包括：由医用金属或其合金构成的基体；附于基体表面的化学偶联层；附于化学偶联层表面的高分子过渡层；固定于高分子过渡层表面的可降解高分子功能层。本发明所公开的支架复合材料具有优异的力学性能、降解性能和生物相容性能，同时还可以吸收和附载所需的治疗性药物，满足临床治疗的需要。本发明的降解复合材料可用作食道、胆管、肠道、尿道、气管等非血管管腔以及血管的支架材料，同时还可用于制作人造骨、骨钉、骨连接件、骨缝合线、缝合用锚、脊椎骨盘、止血夹、止血钳、止血板、止血螺钉、组织粘合剂、密封剂等医用器件或制品。
Description
技术领域
本发明属于医用功能材料领域，涉及一种生物降解支架复合材料及其制备方法。
背景技术
对于食道、胆管、肠道、尿道、气管等的良/恶性狭窄及梗阻，传统的药物治疗和外科手术效果有限，而植入支架在近年来发展成为一种有效的微创治疗技术，是一种快速、，但作为留存体内的“永久性支架”，表现出的问题也非常有效和相对安全的医疗手段，为传统手术不治或难治的疾病开拓了新的治疗途径，提高了肿瘤患者的生存期限和治愈几率。目前临床医学广泛使用的支架主要是Ni/Ti合金支架、不锈钢支架、塑胶支架等。这些支架确实已在介入临床治疗方面起到了积极的效果突出：比如植入后持续疼痛、异物炎性反应、内膜增生、晚期血栓等远期并发症。
可降解支架在临床治疗的早期提供力学支撑，在特定的治疗周期结束后在体内降解，克服了永久性支架的缺点与诸多并发症，成为近期医疗界和材料学的研究热点。目前降解支架的研究主要集中在有机高分子材料方面。李文涛、谢建在专利ZL 200510104766.5“生物可降解载药高分子材料支架的制备方法”中报道了用聚乳酸和聚己内酯按一定比例混合并经熔融挤出成型制备一种载药支架。Labinaz M，Stack RS等在J.Interv.Cardiol.(1995，8：395-405)发表文章“Biodegradable stents：the future of interventional cardiology”报道了以聚左旋乳酸(PLLA)高分子材料制备的可自身释放支架，用以治疗经皮冠状动脉球囊术后的再狭窄。
聚合物降解支架在临床应用中还存在很多不足，暴露出的主要问题有：(1)机械支撑强度不足，在限制管腔回缩方面逊于金属材质的支架，目前主要在心血管支架方面有一定应用，但食道、胆管、肠道、尿道、气管等非血管管腔通常需要更大的径向支撑力，纯粹聚合物材料很难满足要求；(2)降解可控性差、加工成型过程中易发生热降解，随着高分子材料在体内的降解，支架的力学性能明显下降，满足不了支撑要求，导致发生移位和滑脱事故；(3)聚合物在体内降解过程中局部产热过多、酸性降解产物积聚，导致发生组织炎症反应等诸多问题。
在已知的金属材料中，镁、铁及其合金是可以在人体体液中降解的材料，具有良好的力学性能和最小的降解副作用，已被验证可用于医学材料，而且镁和铁都是是人体中不可缺少的重要营养元素。Peuster M等在期刊Heart(2001，86：563-569)发表文章“A novel approach to temporary stenting：degradablecardiovascular stents produced from corrodible metal-results 6-18 months afterimplantation into New Zealand white rabbits”，报道了一种铁支架(含铁＞99.8％)在新西兰白兔降主动脉中的试验情况。Heublein B等在期刊Heart(2003，89：651-656)发表文章“Biocorrosion of magnesium alloys：a new principle incardiovascular implant technology”，报道了一种镁合金支架的制作及其在家猪动脉中的试验结果。
以上镁、铁及其合金是近几年引起国际重视的可降解医用金属材料，目前的研究只限于动脉血管支架，但在食道、胆管、肠道、尿道、气管等方面还很少涉及。而人体消化系统、泌尿系统、呼吸系统各类管腔的狭窄、梗阻甚至癌变的发病率在临床占有更大比例，因此研究适用于这些领域的实用可降解支架具有很大的迫切性和临床意义。
但是，镁、铁及其合金单独用作生物医学材料也存在一些问题，主要是：
(1)在电解质环境中化学性质太活泼，耐腐蚀性能较差，降解速率过快，因此必须通过适当的表面处理方可具有使用价值；
(2)金属材料的表面没有有机官能团，难以吸收和附载治疗性药物，所以有必要在其表面引入有机高分子功能层。
发明内容
本发明的目的是克服现有支架材料存在的不足，提出一种多梯度复合的降解支架材料。所述支架复合材料具有优异的力学性能、降解性能和生物相容性能，同时还可以吸收和附载所需的治疗性药物，满足临床治疗的需要。所述支架复合材料优选用作食道、胆管、肠道、尿道、气管等非血管管腔的支架材料。
本发明的另一目的是提出上述降解支架复合材料的制备方法。
本发明提供如下技术方案：
一种生物降解支架复合材料，具有多梯度的复合结构，包括：由医用金属或其合金构成的基体；附于所述基体表面的化学偶联层；附于所述化学偶联层表面的高分子过渡层；固定于所述高分子过渡层表面的可降解高分子功能层。
其中，所述的医用金属或其合金，优选镁、铁金属或其合金。所述的镁金属或其合金，优选自：纯镁(99.9％)、镁含量大于50％的镁铝系列合金、镁锰系列合金、镁锌系列合金、镁锆系列合金、镁稀土系列合金、镁锂系列合金、镁钙系列合金或镁银系列合金的一种或两种以上的体系组合成的镁合金。所述的铁金属或其合金，优选自：含铁量99.9％以上的纯铁或铁含量50％以上的合金。
其中，所述的附于基体表面的化学偶联层，优选具有有机官能团的硅烷，在其分子结构中同时具有：(1)能与无机材料化学结合的反应性基团，所述基团优选自：氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基；以及(2)能与有机材料化学结合的反应性基团，所述基团优选自：乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基。
适用于本发明的硅烷偶联剂，优选自：乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷或其两种以上的组合成分。
其中，所述的化学偶联层表面的高分子过渡层，优选聚氰基丙烯酸酯类高分子。所述的聚氰基丙烯酸酯，包括一系列氰基丙烯酸酯类单体的均聚物以及共聚物，所述均聚物以及共聚物优选自：聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯、聚氰基丙烯酸丁酯、聚氰基丙烯酸辛酯、聚氰基丙烯酸丁酯-辛酯共聚物或其两种以上的组合成分。所述的聚氰基丙烯酸酯类高分子，其优选的化学结构表达式如下：
其中，n＝1～18，CnH2n+1为C1～C18的各种异构体烷基，特别是C1～C8的各种异构体烷基；m＝1～18，GmH2m+1为C1～C18的各种异构体烷基，特别是C1～C8的各种异构体烷基。
其中，x＝2～1000，y＝2～1000。
需要说明的是，上式仅是表示两种氰基丙烯酸酯类单体的共聚结构，对于高分子材料领域的专业人员来讲，完全还可以推广到三种及三种以上单体的共聚情形。
其中，所述的降解高分子功能层，包括高分子领域的技术人员所公知的降解高分子材料，所述降解高分子材料优选自：聚乳酸(聚羟基丙酸，PLA)、聚羟基乙酸(PGA)，聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLG)、聚己内酯(PCL)、聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯、聚氰基丙烯酸丁酯、聚氰基丙烯酸辛酯、聚氰基丙烯酸烷基酯共聚物、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚原酸酯、聚氨基酸等合成可降解高分子材料中的一种或两种以上的组合成分，所述合成可降解高分子材料的分子量优选在1,000-1,000,000之间。
其中，所述的可降解高分子材料还可优选自：胶原蛋白、明胶、琼脂、葡聚糖、壳聚糖、透明质酸等天然可降解高分子材料中的一种或两种以上的组合成分，所述天然可降解高分子材料的分子量优选在1,000-1,000,000之间。
本发明的技术方案同时提供了一种可降解支架复合材料的制备方法，所述方法优选同时含有以下步骤：
(1)金属合金的表面清洗；
(2)金属合金的表面预处理；
(3)合金表面化学偶联层的生长；
(4)偶联层表面高分子过渡层的聚合；
(5)过渡层表面降解功能高分子的接枝反应。
其中，所述步骤(1)金属合金的表面清洗，优选的方法为：依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各5-30分钟，优选10-20分钟，除去表面油污；用280～1000#金相砂纸逐级打磨，分别用去离子水和无水乙醇超声清洗5-30分钟，优选10-20分钟，然后干燥；在10％的硝酸-甲醇溶液中浸泡，进行化学抛光，取出后用去离子水冲洗干净。
其中，所述步骤(2)金属合金的表面预处理，采用金属材料学或机械领域的专业人士所公知的一些方法进行，优选自：铬酸盐转化膜法、磷酸-高锰酸钾转化膜法、锡酸盐转化膜法、稀土转化膜法、钴酸盐转化膜法、氟化物转化膜法、仿生法沉积羟基磷灰石、碳酸盐处理、碱热处理、阳极氧化、等离子微弧氧化、喷丸强化、滚压强化、Zn离子注入或Ti离子注入。
本发明进一步优选氟化物转化膜法，优选的方法为：配制2-40％的HF酸溶液，浓度优选20-30％，将金属合金在溶液中浸泡处理24小时，然后用去离子水和无水乙醇分别超声清洗10分钟并干燥。
其中，所述步骤(3)合金表面化学偶联层的生长，优选的方法为：将硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或两种以上的组合，配制成浓度为0.1-10％的溶液，所述浓度优选0.5-1％；所用溶剂优选水、醇、或水/醇的混合物，所述溶剂更优选乙醇、异丙醇；优选醋酸作催化剂，将pH值调至3.5-5.5；在洁净的金属合金表面涂刷硅烷溶液或将样品浸于溶液中20-60秒，待其表干后，放入烘箱中加热老化，温度80-120℃，时间10-60分钟，然后随炉冷却至室温。
其中，所述步骤(4)偶联层表面高分子过渡层的聚合，优选采用阴离子聚合工艺进行。从分子结构看，氰基丙烯酸酯单体的双键碳原子上连接有强吸电子基团，使双键电子云密度降低，单体因而表现出强亲电性，有很高的反应活性，在水、醇、弱碱等试剂中会发生快速的聚合反应。聚合反应式如下(以氰基丙烯酸丁酯为例)：
优选的方法为：将去离子水、离子型乳化剂、非离子型乳化剂配制成水乳液，所述水乳液浓度优选为1-3％，所述离子型乳化剂优选十二烷基苯磺酸，所述非离子型乳化剂优选聚山梨醇酯，其中离子型乳化剂和非离子型乳化剂的比例优选为6∶1-2∶1；加入水溶性引发剂，所述引发剂优选过硫酸钾或过硫酸铵，浓度优选0.1-2％，调整体系的酸碱度优选为pH1-2；然后在500-800rpm搅拌下滴加氰基丙烯酸酯类单体，单体优选自：氰基丙烯酸甲酯、氰基丙烯酸乙酯、氰基丙烯酸丁酯、氰基丙烯酸辛酯中的一种或两种以上的混合成分，单体总浓度优选为2-40％，在室温下进行反应，反应时间优选10-120分钟。
其中，所述步骤(5)过渡层表面降解功能高分子的接枝反应，优选的方法为：可降解性聚合物，所述聚合物优选自：聚乳酸、聚羟基乙酸，聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯、聚氰基丙烯酸丁酯、聚氰基丙烯酸辛酯、聚氰基丙烯酸烷基酯共聚物、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚原酸酯、聚氨基酸、胶原蛋白、明胶、琼脂、葡聚糖、壳聚糖、透明质酸或两种以上的混合成分，所述聚合物的分子量优选在1,000-1,000,000之间，所述聚合物溶解于相应溶剂中，所述溶剂优选自：去离子水、乙醇、丙酮、丁酮、环己酮、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、氯仿或乙腈，聚合物溶液的浓度优选为0.1-40％，反应温度优选50-95℃，反应时间优选10-200分钟，最后依次用乙醇、去离子水将样品漂洗干净，真空干燥，密封保存。
上述技术方案所公开的一种生物降解支架复合材料及其制备方法至少具有以下优点之一，优选同时具有以下优点：
(1)本发明的多梯度支架复合材料具有优异的力学性能、降解性能和生物相容性能，同时还可以吸收和附载所需的治疗性药物，特别适于食道、胆管、肠道、尿道、气管等非血管管腔的狭窄、梗阻或肿瘤的治疗；
(2)本发明的支架复合材料的降解速率具有可调、可控性，可以通过金属基体表面的防腐蚀层的厚度和致密度、硅烷偶联层的成分和结构、高分子过渡层的组成和分子量、可降解高分子功能层的种类和分子量等多个层级进行调控；
(3)本发明的支架复合材料的表面具有可降解高分子功能层，其固有的丰富的有机官能团可以极大地提高支架所携带药物的种类和数量，并可以提高药物固定的稳定性，通过调整表面高分子的种类、分子量、厚度等因素可以实现固定不同的药物和药量。
(4)本发明的可降解支架复合材料的制备方法简单实用，原料易得，成本较低，易于实现工业化生产，可为食道、胆管、肠道、尿道、气管等非血管管腔的狭窄、梗阻或肿瘤开辟新的治疗方案。
上述技术方案所述降解复合材料及其制备方法除可用于制作食道、胆管、肠道、尿道、气管、血管等管腔支架外，还可用于制作其他医用器件或制品，所述器件或制品优选自：人造骨、骨钉、骨连接件、骨缝合线、缝合用锚、脊椎骨盘、止血夹、止血钳、止血板、止血螺钉、组织粘合剂或密封剂。
附图说明
附图1为本发明生物降解复合材料的支架示意图
附图2为附图1中的A部在垂直于I方向的多层级复合结构示意图
附图标记如下：
1.可降解医用金属基体，2.硅烷化学偶联层，3.高分子过渡层，4.可降解高分子功能层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步详细说明，以下实施例用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。
本发明的一种生物降解支架复合材料，其支架示意图如附图1所示，其多层级复合结构如附图2所示，所述复合结构包括：医用金属或其合金构成的基体1，附于所述基体1表面的化学偶联层2，附于所述化学偶联层2表面的高分子过渡层3，以及固定于所述高分子过渡层3表面的可降解高分子功能层4。
所述的医用金属或其合金基体1，优选镁、铁金属或其合金，所述的镁金属或其合金，优选自：纯镁(99.9％)、镁含量大于50％的镁铝系列合金、镁锰系列合金、镁锌系列合金、镁锆系列合金、镁稀土系列合金、镁锂系列合金、镁钙系列合金或镁银系列合金的一种或两种以上的体系组合成的镁合金；所述的铁金属或其合金，优选自：含铁量99.9％以上的纯铁或铁含量50％以上的合金。
所述的附于基体1表面的化学偶联层2，优选具有有机官能团的硅烷，优选自：乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或两种以上的组合成分。金属基体1经硅烷处理后，在其表面形成一层硅烷薄膜，该膜层不仅具有一定的防腐性能，而且，硅烷层的化学偶联作用可以有效地提高高分子过渡层3和可降解高分子功能层4与金属基体1的结合强度。
所述的附于化学偶联层2表面的高分子过渡层3，具有优异的生物相容性和体内降解性，优选自：聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯、聚氰基丙烯酸丁酯、聚氰基丙烯酸辛酯、聚氰基丙烯酸丁酯-辛酯共聚物中的一种或一种以上的组合物。高分子过渡层3含有的氰基官能团具有高反应活性，可以极大地提高降解高分子功能层4与化学偶联层2的结合牢固程度，而一般的表面引入降解高分子层4的方式是涂覆法或浸涂法，主要是一种物理吸附结合，容易脱落。
所述的固定于高分子过渡层3表面的可降解高分子功能层4，优选自：聚乳酸(聚羟基丙酸，PLA)、聚羟基乙酸(PGA)，聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLG)、聚己内酯(PCL)、聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯、聚氰基丙烯酸丁酯、聚氰基丙烯酸辛酯、聚氰基丙烯酸烷基酯共聚物、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚原酸酯、聚氨基酸、胶原蛋白、明胶、琼脂、葡聚糖、壳聚糖、透明质酸中的一种或两种以上的组合成分。由于有化学偶联层2和高分子过渡层3的化学活性反应，可降解高分子功能层4在金属基体1表面的结合紧密而牢固，不容易脱落。
以上具体实施方式所述降解复合材料及其制备方法除可用于制作食道、胆管、肠道、尿道、气管、血管等管腔支架外，还可用于制作其他医用器件或制品，所述器件或制品优选自：人造骨、骨钉、骨连接件、骨缝合线、缝合用锚、脊椎骨盘、止血夹、止血钳、止血板、止血螺钉、组织粘合剂或密封剂。
下面给出本发明生物降解支架复合材料的制备方法几个优选的实施例，同时提供两个对比例。
实施例1
(1)选用纯度大于99.9％的高纯镁金属，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各20分钟，除去表面油污；用280～1000#金相砂纸逐级打磨，然后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗20分钟，然后干燥；在10％的硝酸-甲醇溶液中浸泡，进行化学抛光，取出后用去离子水冲洗干净。
(2)配制30％的HF酸溶液，将镁金属在溶液中浸泡处理24小时，然后用去离子水和无水乙醇分别超声清洗10分钟并干燥，形成医用金属基体1。
(3)配制浓度为1％的乙烯基三乙氧基硅烷/乙醇溶液，加入醋酸作催化剂，将pH值调至3.5-5.5；将样品浸于溶液中60秒，待其表干后，放入烘箱中加热老化，温度80℃，时间60分钟，然后随炉冷却至室温，形成硅烷化学偶联层2。
(4)将去离子水、十二烷基苯磺酸、聚山梨醇酯配制成1％的水乳液，其中十二烷基苯磺酸和聚山梨醇酯的比例为2∶1；加入0.5％浓度的过硫酸钾，调整体系的pH值在1-2之间；然后在800rpm搅拌下滴加氰基丙烯酸丁酯，单体总浓度40％，在室温下进行反应60分钟，形成高分子过渡层3。
(5)将聚乳酸(分子量30万)、聚己内酯(分子量6万)按2∶1的比例溶解在氯仿中，配制30％浓度的聚合物溶液，然后在80℃的温度下进行反应，时间4小时，形成降解高分子功能层4，最后依次用乙醇、去离子水将样品漂洗干净，真空干燥，密封保存。
所制备的降解复合材料力学强度高，韧性好，细胞毒性反应为1级，生物相容性好，在模拟体液中失重缓慢而均匀，高分子功能层无脱落。
实施例2
(1)选用镁含量为85％的镁锆合金，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各20分钟，除去表面油污；用280～1000#金相砂纸逐级打磨，然后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗20分钟，然后干燥；在10％的硝酸-甲醇溶液中浸泡，进行化学抛光，取出后用去离子水冲洗干净。
(2)配制40％的HF酸溶液，将镁合金在溶液中浸泡处理24小时，然后用去离子水和无水乙醇分别超声清洗10分钟并干燥。
(3)配制浓度为1％的氨丙基三乙氧基硅烷/异丙醇溶液，加入醋酸作催化剂，将pH值调至3.5-5.5；将样品浸于溶液中60秒，待其表干后，放入烘箱中加热老化，温度85℃，时间60分钟，然后随炉冷却至室温。
(4)将去离子水、十二烷基苯磺酸、聚山梨醇酯配制成1％的水乳液，其中十二烷基苯磺酸和聚山梨醇酯的比例为2∶1；加入0.5％浓度的过硫酸钾，调整体系的pH值在1-2之间；然后在800rpm搅拌下滴加氰基丙烯酸丁酯，单体总浓度40％，在室温下进行反应60分钟。
(5)将聚乳酸(分子量30万)、聚己内酯(分子量6万)按2∶1的比例溶解在氯仿中，配制30％浓度的聚合物溶液，然后在80℃的温度下进行反应，时间4小时，最后依次用乙醇、去离子水将样品漂洗干净，真空干燥，密封保存。
所制备的降解复合材料力学强度高，韧性好，细胞毒性反应为1级，生物相容性好，在模拟体液中失重缓慢而均匀，高分子功能层无脱落。
实施例3
(1)选用镁含量为95％的镁锰合金，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各20分钟，除去表面油污；用280～1000#金相砂纸逐级打磨，然后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗20分钟，然后干燥；在10％的硝酸-甲醇溶液中浸泡，进行化学抛光，取出后用去离子水冲洗干净。
(2)配制35％的HF酸溶液，将镁合金在溶液中浸泡处理24小时，然后用去离子水和无水乙醇分别超声清洗10分钟并干燥。
(3)配制浓度为2％的乙烯基三乙氧基硅烷/乙醇溶液，加入醋酸作催化剂，将pH值调至3.5-5.5；将样品浸于溶液中60秒，待其表干后，放入烘箱中加热老化，温度90℃，时间60分钟，然后随炉冷却至室温。
(4)将去离子水、十二烷基苯磺酸、聚山梨醇酯配制成1.5％的水乳液，其中十二烷基苯磺酸和聚山梨醇酯的比例为3∶1；加入1％浓度的过硫酸钾，调整体系的pH值在1-2之间；然后在800rpm搅拌下滴加氰基丙烯酸丁酯，单体总浓度35％，在室温下进行反应60分钟。
(5)将聚乳酸-羟基乙酸共聚物(分子量20万)溶解在丁酮中，配制20％浓度的聚合物溶液，然后在85℃的温度下进行反应，时间6小时，最后依次用乙醇、去离子水将样品漂洗干净，真空干燥，密封保存。
所制备的降解复合材料力学强度高，韧性好，细胞毒性反应为1级，生物相容性好，在模拟体液中失重缓慢而均匀，高分子功能层无脱落。
实施例4
(1)选用铁含量为99.99％的纯铁金属，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各30分钟，除去表面油污；用280～1000#金相砂纸逐级打磨，然后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗30分钟，然后干燥；在10％的硝酸-甲醇溶液中浸泡，进行化学抛光，取出后用去离子水冲洗干净。
(2)配制30％的HF酸溶液，将铁金属在溶液中浸泡处理24小时，然后用去离子水和无水乙醇分别超声清洗10分钟并干燥。
(3)配制浓度为2％的乙烯基三乙氧基硅烷/乙醇溶液，加入醋酸作催化剂，将pH值调至3.5-5.5；将样品浸于溶液中60秒，待其表干后，放入烘箱中加热老化，温度90℃，时间60分钟，然后随炉冷却至室温。
(4)将去离子水、十二烷基苯磺酸、聚山梨醇酯配制成1.5％的水乳液，其中十二烷基苯磺酸和聚山梨醇酯的比例为3∶1；加入1％浓度的过硫酸钾，调整体系的pH值在1-2之间；然后在800rpm搅拌下滴加氰基丙烯酸丁酯，单体总浓度35％，在室温下进行反应60分钟。
(5)将聚乳酸-羟基乙酸共聚物(分子量20万)溶解在丁酮中，配制20％浓度的聚合物溶液，然后在85℃的温度下进行反应，时间6小时，最后依次用乙醇、去离子水将样品漂洗干净，真空干燥，密封保存。
所制备的降解复合材料力学强度高，韧性好，细胞毒性反应为1级，生物相容性好，在模拟体液中失重缓慢而均匀，高分子功能层无脱落。
对比例1
(1)选用镁含量为95％的镁锰合金，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各20分钟，除去表面油污；用280～1000#金相砂纸逐级打磨，然后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗20分钟，然后干燥；在10％的硝酸-甲醇溶液中浸泡，进行化学抛光，取出后用去离子水冲洗干净。
(2)配制35％的HF酸溶液，将镁合金在溶液中浸泡处理24小时，然后用去离子水和无水乙醇分别超声清洗10分钟并干燥。
(3)将去离子水、十二烷基苯磺酸、聚山梨醇酯配制成1.5％的水乳液，其中十二烷基苯磺酸和聚山梨醇酯的比例为3∶1；加入1％浓度的过硫酸钾，调整体系的pH值在1-2之间；然后在800rpm搅拌下滴加氰基丙烯酸丁酯，单体总浓度35％，在室温下进行反应60分钟。
(4)将聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶解在丁酮中，配制20％浓度的聚合物溶液，然后在85℃的温度下进行反应，时间6小时，最后依次用乙醇、去离子水将样品漂洗干净，真空干燥，密封保存。
所制备的降解复合材料力学强度高，韧性好，细胞毒性反应为1级，生物相容性好，但是，在模拟体液中失重速率较快，而且发生不均匀腐蚀，高分子功能层有脱落现象，表明化学偶联层2的引入及其化学活性可以明显促进高分子过渡层3和高分子功能层4在金属基体1表面的固定。
对比例2
(1)选用铁含量为99.99％的纯铁金属，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各30分钟，除去表面油污；用280～1000#金相砂纸逐级打磨，然后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗30分钟，然后干燥；在10％的硝酸-甲醇溶液中浸泡，进行化学抛光，取出后用去离子水冲洗干净。
(2)配制30％的HF酸溶液，将铁金属在溶液中浸泡处理24小时，然后用去离子水和无水乙醇分别超声清洗10分钟并干燥。
(3)配制浓度为2％的乙烯基三乙氧基硅烷/乙醇溶液，加入醋酸作催化剂，将pH值调至3.5-5.5；将样品浸于溶液中60秒，待其表干后，放入烘箱中加热老化，温度90℃，时间60分钟，然后随炉冷却至室温。
(4)将聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶解在丁酮中，配制20％浓度的聚合物溶液，然后在85℃的温度下进行反应，时间6小时，最后依次用乙醇、去离子水将样品漂洗干净，真空干燥，密封保存。
所制备的降解复合材料力学强度高，韧性好，细胞毒性反应为1级，生物相容性好，但是，在模拟体液中失重速率较快，而且发生不均匀腐蚀，高分子功能层有脱落现象，表明高分子过渡层3的引入及其化学活性可以明显促进高分子功能层4在金属基体1表面的固定。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本创新发明，但不以任何方式限制本创新发明。因此，尽管本说明书参照附图对本创新发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，一切不脱离本创新发明的精神实质和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本创新发明专利的保护范围当中。
Claims (16)
1.一种生物降解支架复合材料，其特征在于，所述复合材料包括：
由医用金属或其合金构成的基体，所述医用金属或其合金，选自镁金属或其合金、铁金属或其合金；
附于所述基体表面的化学偶联层，所述化学偶联层，选自具有有机官能团的硅烷，在其分子结构中同时具有能与无机材料化学结合的反应性基团以及能与有机材料化学结合的反应性基团；
附于所述化学偶联层表面的高分子过渡层；
固定于所述高分子过渡层表面的可降解高分子功能层；
所述高分子过渡层，选自具有如下化学结构表达式的高分子：
其中，n=1～18，CnH2n+1为C1～C18的各种异构体烷基；m=1～18，CmH2m+1为C1～C18的各种异构体烷基；
其中，x=2～1000，y＝2～1000。
2.权利要求1所述生物降解支架复合材料，其特征在于，所述镁金属或其合金选自：纯镁、镁含量大于50％的镁铝系列合金、镁锰系列合金、镁锌系列合金、镁锆系列合金、镁稀土系列合金、镁锂系列合金、镁钙系列合金或镁银系列合金。
3.权利要求1所述生物降解支架复合材料，其特征在于，所述铁金属或其合金，选自：含铁量99.9％以上的纯铁或铁含量50％以上的合金。
4.权利要求1所述的生物降解支架复合材料，其特征在于，所述具有有机官能团的硅烷，在其分子结构中同时具有：(1)能与无机材料化学结合的反应性基团，所述基团选自：氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基；以及(2)能与有机材料化学结合的反应性基团，所述基团选自：乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基。
5.权利要求1所述的生物降解支架复合材料，其中所述化学偶联层选自：乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三异丙氧基硅烷。
6.权利要求1所述的生物降解支架复合材料，其中所述CnH2n+1为C1～C8的各种异构体烷基；所述CmH2m+1为C1～C8的各种异构体烷基。
7.权利要求1所述的生物降解支架复合材料，其中所述的降解高分子功能层，选自：聚乳酸、聚羟基乙酸，聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯、聚氰基丙烯酸丁酯、聚氰基丙烯酸辛酯、聚氰基丙烯酸烷基酯共聚物、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚原酸酯、聚氨基酸、胶原蛋白、明胶、琼脂、葡聚糖、壳聚糖或透明质酸。
8.一种生物降解支架复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含以下步骤：
(1)金属合金的表面清洗；
(2)金属合金的表面预处理；
(3)合金表面化学偶联层的生长；
(4)偶联层表面高分子过渡层的聚合；
(5)过渡层表面降解功能高分子的接枝反应；
所述金属合金，选自镁金属合金、铁金属合金；
所述化学偶联层，选自具有有机官能团的硅烷，在其分子结构中同时具有能与无机材料化学结合的反应性基团以及能与有机材料化学结合的反应性基团；
所述高分子过渡层，选自具有如下化学结构表达式的高分子：
其中，n=1～18，CnH2n+1为C1～C18的各种异构体烷基；m=1～18，CmH2m+1为C1～C18的各种异构体烷基；
其中，x=2～1000，y=2～1000。
9.权利要求8所述的生物降解支架复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属合金的表面清洗方法为：依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各5-30分钟，除去表面油污；用280～1000#金相砂纸逐级打磨，分别用去离子水和无水乙醇超声清洗5-30分钟，然后干燥；在10％的硝酸-甲醇溶液中浸泡，进行化学抛光，取出后用去离子水冲洗干净。
10.权利要求8所述的生物降解支架复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属合金的表面预处理的方法为：铬酸盐转化膜法、磷酸-高锰酸钾转化膜法、锡酸盐转化膜法、稀土转化膜法、钴酸盐转化膜法、氟化物转化膜法、仿生法沉积羟基磷灰石、碳酸盐处理、碱热处理、阳极氧化、等离子微弧氧化、喷丸强化、滚压强化、Zn离子注入或Ti离子注入；
其中氟化物转化膜法，具体方法为：配制2-40％的HF酸溶液，将金属合金在溶液中浸泡处理24小时，然后用去离子水和无水乙醇分别超声清洗10分钟并干燥。
11.权利要求8所述的生物降解支架复合材料的制备方法，其特征在于，所述合金表面化学偶联层的生长方法为：将权利要求4或5所述化学偶联层中的一种或两种以上的组合，配制成浓度为0.1-10％的溶液；所用溶剂选自水、乙醇、异丙醇或它们的混合物；以醋酸作催化剂，将pH值调至3.5-5.5；在洁净的金属合金表面涂刷硅烷溶液或将样品浸于溶液中20-60秒，待其表干后，放入烘箱中加热老化，温度80-120℃，时间10-60分钟，然后随炉冷却至室温。
12.权利要求8所述的生物降解支架复合材料的制备方法，其特征在于，所述偶联层表面高分子过渡层的聚合，采用阴离子聚合工艺进行。
13.权利要求12所述的生物降解支架复合材料的制备方法，其特征在于，所述阴离子聚合工艺，具体方法为：将去离子水、离子型乳化剂、非离子型乳化剂配制成水乳液，所述水乳液浓度为1-3％，所述离子型乳化剂为十二烷基苯磺酸，所述非离子型乳化剂为聚山梨醇酯，其中离子型乳化剂和非离子型乳化剂的比例为6：1-2：1；加入水溶性引发剂，所述引发剂选自过硫酸钾或过硫酸铵，浓度为0.1-2％，调整体系的酸碱度为pH1-2；然后在500-800rpm搅拌下滴加用于合成权利要求1或8化学结构表达式的高分子单体，单体总浓度为2-40％，在室温下进行反应，反应时间为10-120分钟。
14.权利要求8所述的生物降解支架复合材料的制备方法，其特征在于，所述高分子过渡层表面的可降解高分子的接枝反应的方法为：将用作权利要求7所述的降解高分子功能层的聚合物溶解于相应溶剂中，所述溶剂选自：去离子水、乙醇、丙酮、丁酮、环己酮、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、氯仿或乙腈，聚合物溶液的浓度为0.1-40％，反应温度为50-95℃，反应时间为10-200分钟，最后依次用乙醇、去离子水将样品漂洗干净，真空干燥，密封保存。
15.一种由权利要求1-7任一项所述的生物降解复合材料或由权利要求8-14任一项所述方法制备得到的生物降解复合材料而加工得到的食道、胆管、肠道、尿道、气管或血管管腔的支架，以及人造骨、骨钉、骨连接件、骨缝合线、缝合用锚、脊椎骨盘、止血夹、止血钳、止血板、止血螺钉、组织粘合剂或密封剂。
16.一种由权利要求1-7任一项所述的生物降解复合材料或由权利要求8-14任一项所述方法制备得到的生物降解复合材料作为食道、胆管、肠道、尿道、气管或血管管腔支架的用途，以及作为人造骨、骨钉、骨连接件、骨缝合线、缝合用锚、脊椎骨盘、止血夹、止血钳、止血板、止血螺钉、组织粘合剂或密封剂的用途。
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