（材料学专业论文）新型可降解载药复合涂层的制备与表征.pdf

6 、f c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： ad is s e r t a ti o nf o rt h ed e g r e eo fd e n g g p r e p a r a t i o na n d c h a r a c t e r i z a t i o no f t h en e w d r u g 1 0 a d e dc o m p o s i t ec o a t i n g c a n d i d a t e ：w a n gy o n g s u p e r v is o r ：p r o f l il i a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y ：m a t e r i a l o g y d a t eo fs u b m i s s i o n ：m a r c h ，2 0 1 0 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：m a r c h ，2 0 1 0 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：互毵 日期： g o l o 年弓月侔日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 囵在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后 口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( - 签- - 7 ) ：互粥导师( 签字) ：首刮 日期：2 秒口年3 月烨日刎d 年了月l 垆 哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 本文设计并制备了以p i g a 1 5 p e g 共混物为药物载体的a 、b 、c 三种载药 复合涂层，对其药物释放动力学及其他相关性能进行了研究。首先从药物与载体 之间的作用关系入手，制各了紫杉醇药物含量不同的含药共混膜，并对共混膜进 行了化学结构分析、晶体结构分析、热分析、热稳定性分析及力学性能分析等， 对选用的紫杉醇药物与药物载体p i g a 15 p e g 共混物之间的相互作用关系进行 了研究。其次，采用超声波雾化喷涂技术在金属血管支架表面制备药物涂层，并 对药物涂层的药物释放动力学研究。 研究表明，含药共混膜中共混组元紫杉醇、p l g a 与p e g 是以物理作用相结 合。当含药共混膜中紫杉醇比例含量高于6 0 , 4 时，p l g a 1 5 p e g 共混聚合物载 体中的紫杉醇有结晶析出，由于受到药物载体的抑制作用无法以晶体形式析出， 只能以非晶粉末形式存在于共混膜载体中，形成了固体分散体。并且含药共混膜 的热稳定性变差。紫杉醇药物的添加降低了p l g a 1 5 p e g 共混薄膜的塑性。 采用超声波雾化喷涂方法所制备的药物涂层均匀平整，具有良好的柔韧性和 界面结合强度。单层p l g a 15 p e g 共混载药涂层的药物释放动力学的测试结果 表明，基体的降解溶蚀使药物扩散系数发生极大变化，导致药物的释放过程更 加复杂。根据单层载药涂层的药物释放动力学以及血管组织修复规律，设计了能 够使药物持续释放6 个月以上的a 、b 、c 三种载药复合涂层并进行体外药物释放 实验及溶血率、动态凝血时间、血小板粘附等实验。结果表明，a 型涂层的药物 释放周期最接近设计要求，药物涂层符合生物材料溶血率的要求，具备一定的抗 凝血能力，同时具有较低的血小板粘附能力。 关键词：p l g a p e g ；紫杉醇；载药复合涂层：药物释放；动力学 哈尔滨工程大学硕士学位论文 w i t ht h e d r u gc a r r i e r o fp l g a 15 p e gb e n c kt h r e ek i n d so fd r u g - l o a d e d c o m p o s i t ec o a 血gw i t hs t r u c t u r ea ba n dc ，w e r ed e s i g n e da n dp r e p a r e di n t h ep r e s e n t w o r ka n dt h er e l a t e dp r o p e r t i e sw e r ei n v e a i g a t e db a s e do nt h er e l a t i o nb e t w e e nd r u ga n d d r u gc a r r i e d , ad r u g - l o a d e db l e n df i l ml o a d e dw i t hv a r i o u sc o n c e n t r a t i o no f p a c l i t a x e lw a s p r e p a l 缸t h ec h e m i c a l & c r y s t a ls m a c t u r e ，t h e r m a ls t a b i l i t ya n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo f o b t a i n e df i l mb l e n dw e r ec h f l r a c t e r i t 砒t h er e l a t i o nb e t - c v e e np a c l i t a x e la n d p l g a 1 5 p e gb l e n dw a sa l s oa s s e s s e d a & x w a l x t s ，d r u g - l o a d e dc o m p o s i t ec o a t i n g w i t hv a r i o u ss m l c t t r e sw e r ef a b r i c a t e d0 1 1t h eb a r em e t a ls t e n tb yt h eu l u a s o n i c a t o m i z a t i o ns p r a ym e t h o d t h er e l a t e dp r o p e r 吐c so f d r u g - l o a d e dc o a t 堍a n dt h ed y n a m i c p r o c e s so f d r u gr e l e a s ew e r ee v a l u a t e db ye x p e r i m e n t a ls t u d y t h er e s u l t ss h o wt h a tp a e l i t a x e l , p l g aa n dp e gi nt h ec l n n ；- l o a d e df i l mb l e n 、db y p h y s i c a le f f e c t w i t ht h ec o n c e n t r a t i o ni nt h ep l g a 15 p e gp o l y m e r c a r r i e rh i g h e rt h a n 6 0 ，p a e l i t a x e li sp r o n et oc r y s t a l l i z a t i o n d u et ot h ei n h i b i 血ge f f e c to fd r u gc a r r i e r , p a e l i t a x e lc a n n o tp r e c i p i t a t ea sc r y s t a lb u tp r e s e n ta sa m o r p h o u ss m a e t u ma n df o r m s c a t t e r e dp o w e ri n t h ec a r r i e r t h et h e r m a ls t a b i l i t yo f b l e n df i l mw a sp o o rw i t hi n c r e a s i n g o fp a e l i t a x e l t h ea d d i t i o no fp a c l i t a x e l s i g n i f i c a n t l y r e d u c e st h e d u c t i l i t y o f p l g a 15 p e gb l e n df i l r r l w i t hh o m o g e n e o u sa n ds m o o t hs u r f a c e 9d r u g - l o a d e dc o a t i n gp r e p a r e db yu l w a s o n i c a t o m i z a t i o ns p r a ym e t h o dp o s s e s s e sg o o df l e x i b i l i t ya n di n t e r f a c i a ls u e n g 吐ld y n a m i c p r o c e s so f d r u gr e l e a s ew a st e s t e do nt h es i n g l e - l a y e rp l g a 1 5 p e g b l e n dd m g q o a d e d c o 撕n g t h er e s u l ts h o w s t h a td e g r a d a t i o n - e r o s i o nl e a d st os i g n i f i c a n tc h a n g eo fd i f f u s i o n c o e f f i c i e n ta n dc o m p l i c a t et h ep r o c e s so f d r u gr e l e a s e b a s e do nt h ed r u gr e l e a s ek i n e t i c s ， a n dv a s c u l a rt i s s u e 啦o f s i n g l e - l a y e rd m 哥l o a d e dc o a t i n g , s t r u c t u r ea ba n dcd n 唱 c o m p o s i t ec o a t i n gw e r ed e s i g n e dw h i c h c a i lm a k et h ed r u gr e l e a s e6m o n t h sa b o v e d r u g i i 一 哈尔滨工程大学硕士学位论文 r e l e a s ee x p e r i m e n t si nv i t m ，h e m o l y s i s 翻坞由，i l 趾n i cc o a g u l a t i o nt i m ea n dp l a t e l e t a d h e s i o nw e r et e s t e d t h er e s u l ti n d i c a t e st h a td r u gr e l e a s ec y c l e so f s 由】c t l a w a sc l o s e t ot h ed e s i g n r e q u i r e m e n t sa n dh e m o l y s i sr a t er e q u i r e m e n t so f b i o l o g i c a lm a t e r i a l sw h i c h h a sa n t i c o a g u l a n ta b i l i t ya n dl o wp l a t e l e ta d h e s i o na b i l i t y k e yw o r d s ：p l g a p e g ；p a c l i t a x e l ；d r u g - l o a d e dc o m p o s i t ec o a t i n g ；d r u gr e l e a s e ； d y n a m i c s i i i 哈尔滨工程大学硕士学位论文 目录 第1 章绪论l 1 1 研究背景1 1 2 经皮腔内成形术2 1 2 1 简介2 1 2 2 再狭窄与药物洗脱性支架3 1 2 3 药物载体材料及其应用4 1 3 聚合物的降解与溶蚀7 1 4 多组分固相体系与药物控制释 畋7 1 4 1 物理共混体系一8 1 4 2 常用药物及作用机制”9 1 4 3 药物控制释放原理1 1 1 5 论文的研究目的和内容1 3 1 5 1 论文的研究目的1 3 1 5 2 论文的主要研究内容13 第2 章实验材料与实验方法1 4 2 1 实验原料和药品1 4 2 2 实验仪器及设备1 5 2 3 含药共混膜的制备1 5 2 4 含药洗脱性涂层的制备1 6 2 5 分析测试方法l8 2 5 1 亲水性测定18 2 5 2 红外光谱分析l8 2 5 3 晶体结构分析18 2 5 4 热性能分析l8 i v 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 5 5 热重分析1 9 2 5 6 形貌观察1 9 2 5 7 拉伸性能测试1 9 2 5 8 纳米力学性能凝0 试1 9 2 5 。9 体外药物释放性能测试19 2 5 1 0 血液相容性测试2 0 2 6 本章小结2 2 第3 章单层含药膜的性能表征2 3 3 1 引言2 3 3 2 含药膜的物理性能2 3 3 2 1 含药膜的亲水性2 3 3 2 2 含药膜的红外光谱分析2 4 3 2 3 含药膜的热性能2 5 3 2 4 含药膜的热稳定性2 9 3 2 5 含药膜的结晶31 3 3 含药膜的拉伸性能3 3 3 4 单层含药膜体外药物释放动力学3 5 3 4 1 单层含药膜的制备3 5 3 4 2 药物含量对药物释放动力学的影响3 5 3 4 3 涂层结构对药物释放动力学的影响3 9 3 4 4 药物释放机制讨论4 1 3 5 本章小结4 3 第4 章载药复合涂层的设计功性能表征4 5 4 1 引言4 5 4 2 载药复合涂层的设计”4 5 4 3 载药复合涂层的纳米力学性能4 7 4 4 载药复合涂层的药物释放动力学4 9 v i 一 哈尔滨工程大学硕士学位论文 4 5 载药复合涂层的血液相容性5 1 4 5 1 溶血率5 1 4 5 2 动态凝血时间5 2 4 5 3 血小板粘附”5 3 4 6 本章小结5 5 结论“5 7 参考文献5 8 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 5 致谢6 6 v i 一 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 冠心病是一种常见的血管疾病，其全称为“冠状动脉粥样硬化性心脏 病，同时又称“缺血性心脏病 。是一种由于类脂肪物质如胆固醇等在单 支或多支冠脉内壁上沉积，使其部分或者全部阻碍而引起心肌供血障碍的心 脏病【l 】。流行病学研究显示，目前全球患有冠心病，各种外周血管及非血管 管腔狭窄的人数高达4 亿左右。对于其治疗的首选方法为经皮腔内成形术 ( p e r c u t a n e o u st r a n s l u m i n a la n g i o p l a s t y ，p t a ) 以及支架植入技术。与一般治 疗方法相比，p t a 具有创伤小、风险低、手术时间短、住院时间短、术后复 原快等优点，并且疗效显著。 经皮腔内成形术从诞生到现在才短短的4 0 多年，但其发展速度很快。从 早期的球囊扩张发展到支架植入，再到药物洗脱性支架，取得了非凡的成就。 2 0 世纪6 0 年代，d o t t e r 与j u d k i n s 首先提出使用金属制血管内支架撑开冠状 动脉的狭窄部位，可以有效治疗冠心病【2 】。根据这一理论，在1 9 6 8 年，s t a p l e 将d o t t e r 的同轴扩张导管改进为不同直径的头端逐渐变细的扩张导管。1 9 7 3 年p o r s t m a n n 研制出一种有尼龙杆和乳胶球囊构成的“鸟笼状”球囊扩张导管 3 1 。1 9 7 4 年，g r u e n t z i g 研制出聚氯乙烯( p o l y v i n y lc h l o r i d e ，p v c ) 双腔单 端孔球囊扩张导管并首次在人体实施了经外周血管成形术。1 9 7 7 年， g r u e n t z i g 还首次实施了冠状动脉的球囊扩张手术，并将这项技术命名为经皮 腔内冠状动脉成形术【4 ，5 j ( p e r c u t a n e o u st r a n s l u m i n a lc o r o n a r ya n g i o p l a s t y ， p t c a ) 。1 9 8 6 年，p u e l 与s i g w a r t 第一次在人体病变冠状动脉植入支架1 6 j 。 经过十几年的发展，在2 0 0 2 年，由强生c o r d i s 公司开发的全球第一个药物 洗脱性支眦y p h e r 支架( s e s ) 率先通过美国f d a 认证，并已完成了较大 规模临床实验和较长时间的临床随访。紧随其后，由波士顿( b o s t o n ) 公司 哈尔滨工程大学硕士学位论文 开发的p e s 于2 0 0 4 年初通过f d a 认证，其t a x u s 系列药物洗脱支架的研 究结果也令人满意【7 引。 自从药物洗脱性支架上市以来，备受人们的关注。直到今天，仍有学者 对其疗效持怀疑态度，而且有研究表明，搭载抗增生药物的药物洗脱性支架 可能会引发晚期血栓的形成。但是绝大多数学者对于药物洗脱性支架的治疗 有效性给与了肯定。随着人们对药物洗脱性支架的了解越来越深入，人们对 支架的要求也变得越来越高。药物洗脱性支架的研制与开发主要涉及以下几 个方面的问题：( 1 ) 支架表面载药涂层的载体选择及其与药物的相互作用。 ( 2 ) 涂层与支架之间的结合。( 3 ) 载体在人体内的长时间作用和药物的释放 动力学。( 4 ) 载体的表面形貌及其对生物相容性的影响。这些问题都异常复 杂，其中的有些问题至今还没有彻底解决。总之，人们对支架的要求就是要 有良好的治疗效果，对人体微乎其微的副作用，置入方便且对患者的身心的 伤害很小，这些都是值得我们去研究的课题。 1 2 经皮腔内成形术 1 2 1 简介 经皮腔内成形术以及支架植入技术，其通过一侧股动脉的穿刺微创手术 将支架系统输送至发生狭窄的病变部位，通过球囊扩张发或者自膨胀法使支 架扩张并撑开狭窄的血管壁，以保证管腔的畅通，从而解决血管的狭窄问题， 过程如图1 1 所示【9 】。 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图1 1 血管支架的植入过程f 9 】 1 2 2 再狭窄与药物洗脱性支架 经皮腔内成形术植入支架可以有效的治疗管腔狭窄类疾病，前期治疗成 功率高达9 0 以上，但是在手术后3 - 6 个月内发生再狭窄的几率高达 3 0 5 0 t 1 0 4 2 1 。再狭窄是指原狭窄的管腔在植入支架后明显开放，但经过一段 时间后又恢复到小于正常管腔直径的过程，是一种医源性疾病【l3 。这是由支 架在植入与撑开过程中对血管内壁造成损伤，在伤患处的新生内膜细胞增生 与血管重构双重作用下造成血管内径的慢慢改变或血管壁结构改变的血管重 构【14 1 。目前应用的血管支架，其材料的力学强度很高，使得通过结构设计可 以尽量减少血管支架金属表面与血管内壁的接触面积。因此，只要结构设计 合理，就可达到很细的支撑筋有足够的支撑强度。这样在血管的内皮化过程 中，血管的新生内膜可以更加容易的将支架完全的包覆起来，所以再狭窄也 被称为支架内在狭窄( i n s t e n tr e s t e n o s i s ，i s r ) 。再狭窄主要是由血栓形成、 哈尔滨工程大学硕士学位论文 炎症反应、细胞增殖和细胞外基质增生等因素共同作用的结果，以上反应发 生的时间，如表1 1 所示。很多文献对以上各种致病因素的作用机制进行了 分析【1 2 j1 3 , 1 5 1 引，本文就不一一介绍了。 表1 1 再狭窄各因素发生时间 因素类型发生时间( d a y ) 结束时间( d a y ) 血栓01 炎症反应 07 内膜增生 13 0 细胞外基质增生 71 8 0 药物洗脱支架( d r u ge l u t i n gs t e u t ，d e s ) 就是为了降低再狭窄率而开发 的一种有效地改进方法，它是以金属裸支架作为基体，在表面制备一层载药 缓释涂层，通过药物的可控制释放来达到抑制再狭窄的目的。与金属裸支架 相比，药物洗脱支架具有以下优点： ( 1 ) 制备工艺简单，由于只在支架表面制备载药涂层，无需对支架重新 设计。 ( 2 ) 局部药物浓度高，药物释放周期长，减少口服药量。 ( 3 ) d e s 疗效明显，临床表明可是再狭窄率降到1 0 以下【愀2 0 1 。 1 2 3 药物载体材料及其应用 药物载体材料主要为高分子聚合物，其大体可以分成两类：非降解型高 分子材料( n o n d e g r a d a b l ep o l y m e r i cm a t e r i a l s ) 与生物降解型高分子材料 ( b i o d e g r a d a b l ep o l y m e r i cm a t e r i a l s ) 。它们之间的主要区别在于，生物降解型 高分子材料在特定条件下可以发生水解或者酶解，原本的大分子链发生断裂， 形成小分子与单体，降解时间可控；非降解型高分子材料的分解需要很长时 间，有的长达上百年时间，并且无法酶解。下面对这两类载体材料进行概述。 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 u l ( 1 ) 丙烯酸树脂 丙烯酸树脂( a c r y l i cr e s i n ，a r ) 是由丙烯酸、甲基丙烯酸以及它们的酯 或衍生物，以一定比例共聚而成的高分子化合物。其安全无毒副作用，在体 内不会发生酶解，不被身体吸收和代谢，具有良好的力学性能、生物相容性 和生物稳定性。因此丙烯酸树脂是一种重要的生物医用材料。在丙烯酸树脂 聚合物中：甲基丙烯酸酯聚合物由于具有很高的强度和良好的水稳定性，因 此被用作硬组织替代材料( 人工骨、人工关节、假牙等) ；具有良好的透气性 的亲水性丙烯酸树脂水凝胶，被用于制作隐形眼镜。强生所属的c o r d i s 公司 开发的c y p h e r 药物洗脱性支架就是用以甲基丙烯酸正丁酯作为反应单体的 丙烯酸树脂作为载体材料的。 同时，聚甲基丙烯酸酯( p o l y m e t h a c r y l a t e ，p m a ) 与支架结合强度高， 但是韧性较差，亲水性差。v e r w e i r e 等将多磷酸盐和氟化的聚甲基丙烯酸酯 的共聚物( p f m ) 作为不锈钢金属支架的涂层材料，再将此种支架植入猪的 冠状动脉中，没有急性血栓发生，接下来的6 周观察结果显示了其优良的血 液相容性，仅有3 的内腔狭窄和很小的新内膜增生，其原因可能是氟化分 子链的端基团c f 2 h 处于表面层，能沿着材料表面形成瞬时偶极，并且同时 降低表面的疏水性。实验表明此种聚合物可以作为冠脉支架的涂层，并且还 可以用来搭载消炎、抗血栓和抗增生药物体【2 。关于p m a 已有专利发表， 申请号为2 0 0 4 1 0 0 1 8 0 3 9 2 。 ( 2 ) 聚氨酯 聚氨酯( p o l y u r e t h a n e ，p u ) 是以二异氰酸酯或多异氰酸酯为硬段，含两 个或以上羟基的化合物为软段构成的高分子材料，通过调整官能团的数量与 合成工艺来调节聚氨酯的性能。其具有良好的稳定性、生物相容性、热性能。 因此是一类常用的生物医用高分子材料。 其中，聚醚聚氨酯具有微相分离结构，与血管壁内皮结构相似，故有很 好的血液相容性，抗凝血作用很显著。s c h e e r d e r 将p p ( p o l y p r o p y l e n e ) 涂层 哈尔滨工程大学硕士学位论文 与p u 涂层支架分别植入猪的冠状动脉，6 周后取出发现，p u 涂层可显著降 低再狭窄圈。 ( 3 ) 脂肪族聚酯 脂肪族聚酯( a l i p h a t i cp o l y e s t e r ，a p ) 是指由天然或合成的羟基脂肪酸 经过共聚反应得到的一系列聚合物，其中包括聚乳酸( 又名聚丙交酯) ( p o l y l a c t i ca c i d ，p l a ) 。聚乙醇酸、聚乙交酯( p o l y g l y c o l i ca c i d ，p g a ) 、聚 乳酸乙醇酸或聚乳酸羟基乙酸( p o l y ( 1 a c t i ca c i d - c o - g l y c o l i ca c i d ) ，p l g a ) 、 聚丁内酯( p o l y - 3 - h y d r o x y b u t y r a t e ，p h b ) 、聚经基丁酸戊酯 ( p o l y 一3 - h y d r o x y b u t y r a t e - c o - 3 - h y d r o x y v a l e r a t e ，p h b ) 、 聚己内酯 ( p o l y c a p r o l a c t o n e ，p c l ) 等。脂肪族聚酯具有良好的生物相容性和生物降 解性能，是一类重要的生物可降解医用高分子材料。其在人体中可以通过酯 键水解使分子量下降，最终完全降解成单体，并被人体吸收或代谢，是完全 降解型高分子材料，而且在人体内的降解与酶无关。广泛地应用于生物医学 、工程材料，如手术缝合线、骨科固定、及组织修复材料、药物控制释放体系 等。因此聚脂肪酸酯均聚物及共聚物均可应用于血管支架涂层 2 3 2 4 1 。a p 的 应用已有申请号为2 0 0 5 1 0 0 4 5 6 6 8 9 、2 0 0 8 1 0 0 6 4 5 0 8 2 、2 0 0 8 1 0 0 6 4 5 0 9 7 、 2 0 0 7 1 0 0 2 1 4 5 4 7 等多篇专利发表。 ( 4 ) 壳聚糖 壳聚糖( c h i t o s a n ，c s ) 结构类似于人体内的硫酸软骨素和透明质酸等多 糖类物质，在体内可被降解吸收，可调控生物活性分子释放，是一种具有良 好生物相容性的天然高分子材料，抗凝血效果较好，但是其降解时间长，亲 和性差，血细胞亲和性不高。壳聚糖稳定的结晶结构使其不溶于一般溶剂， 但在p h c 。时为准 稳态扩散，此时模型完全成立，而在c o ：c 之3 时只能近似表征药物的释放规 律【5 6 1 。 ( 2 ) 生物降解型药物控制释放体系 在生物降解型药物控制释放体系中，由于液固界面可动，载体溶蚀使得 药物扩散系数提高，药物释放过程变得复杂化，其释放机帝惴为经验数学溶 蚀模型，但不如扩散模型完善。h o p f e n b e r g 5 7 】最早提出了生物降解型药物控 制释放体系的药物释放模型i h o p f e n b e r g 模型，他假设药物在溶蚀体系中的 释放速率对于表面积是对称的零级过程。此模型可以很好的解释表面溶蚀性 聚合物释放体系。 g f p f e f i c h 5 8 - 6 1 】用蒙特卡洛法( m o n t ec a r l om e t h o d ，以下简称m c 法) 研 究表面溶蚀型或本体溶蚀型药物释放体系的药物释放问题。其认为在降解型 体系中，对药物的释放过程起主要作用的是扩散系数的变化规律。而体系本 身的孔隙度变化规律又会影响到扩散系数的变化规律，控制孔隙率就可以调 节扩散系数，因此建立了菲克第二定律的变体方程，得到了很好的结果。 综上所述，药物释放体系中药物的释放过程受到诸多因素的影响如：载 体材料的类型、药物的类型、基体的大小、形状与成分等。对于不同的释放 体系要选择合理的模型。模型的选择标准为模型理论具有有效性，能对释放 结果进行合理的预测与准确的估算。 1 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 5 论文的研究目的和内容 1 5 1 论文的研究目的 当前药物洗脱性支架的药物释放周期大多为一个月左右。而临床表明， 组织修复约为l 3 个月，内膜体积波峰出现在支架植入后3 - 6 个月，此后 平滑肌细胞被细胞外基质替代，内膜体积减少2 5 t 6 2 1 。本课题针对药物的作 用时间过短问题，力求通过载药涂层结构的改变设计出载药复合涂层，达到 延长药物释放周期的目的，以降低或避免以上问题的发生。根据研究成果1 6 引， 本文选用生物可降解型聚合物p l g a 共混一定比例的p e g ( p o l y e t h y l e n e g l y c o l ，聚乙二醇) 作为搭载药物的载体，选择紫杉醇作为搭载药物，最终利 用超声波雾化喷涂技术在金属血管支架表面实现所设计的载药复合洗脱性涂 层的制备。 1 5 2 论文的主要研究内容 ( 1 ) 利用本课题纠6 3 】已有成果选用p l g a 共混p e g 作为药物载体搭载不同 比例的紫杉醇药物，并对含药共混膜进行亲硫水性能分析、化学结构 分析、晶体结构分析、热分析、热稳定性能分析、力学性能分析等，用 于研究紫杉醇药物与药物载体材料之间的相互作用关系。 ( 2 ) 对单层含药体系进行药物释放实验。根据药物释放动力学规律来设计复 合载药涂层，所设计涂层要符合在前两个恢复阶段内在患处持续存在有 效地药物含量。 ( 3 ) 对设计的载药复合涂层，利用超声波雾化喷涂的方法制备载药复合涂层， 同时，根据实验结果得出合理的涂层制备工艺。针对所制备的载药复合 涂层进行相关性能表征，例如：涂层支架的纳米力学性能分析、涂层支 架生物相容性测试等。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章实验材料与实验方法 2 1 实验原料和药品 血管支架：医用3 1 6 l 不锈钢支架，支架尺寸为痧1 6 5 x 1 5 m m ，壁厚为 0 1 m m 。 金属片：t i 5 0 8 n i 合金片，尺寸为1 0 x 1 0 x 2 m m 。 表2 1 实验原料和药品列表 名称 分子式级别生产厂家 p l g a ( 8 5 1 5 ) 中国科学院成都有机化学有限公司 p e g 分析纯上海生物化学试剂有限公司 冰醋酸 c h 3 c o o h色谱纯天津博迪化学试剂有限公司 紫杉醇北京怡禾生物工程有限公司 二氯甲烷 c h 2 c 1 2 分析纯天津博迪化学试剂有限公司 甲醇 c h 3 0 h 分析纯天津博迪化学试剂有限公司 p b s 试剂北京索莱宝科技有限公司 乙腈c h 3 c n色谱纯t e d i a 公司 甲醇 c h 3 0 h 色谱纯t e d i a 公司 1 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 实验仪器及设备 表2 2 实验仪器及设备列表 仪器名称型号生产厂家 电子天平 c p 2 2 4 s s a r t o r i o u s 公司 电子天平 c p 2 2 5 d s a r t o r i o u s 公司 恒温磁力搅拌器 7 8 h ，1 金坛荣华仪器制造有限公司 真空干燥箱d z f 6 0 5 0 上海精宏实验设备有限公司 电热恒温鼓风干燥箱 d h g 9 2 4 0 上海精宏实验设备有限公司 酸度计 4 1 0 a t h e r m o 公司 电热恒温水箱 h h w 2 1 6 0 0 a 天津泰斯特仪器有限公司 超声波清洗机 s k 3 3 0 0 h 上海科导超声仪器有限公司 台式恒温振荡器t h z - 3 1 2上海精宏实验设备有限公司 离心机 8 0 2 上海手术器械厂 2 3 含药共混膜的制备 本文采用溶剂挥发法来制备载药量不同的含药共混膜，首先，称量一定 量的p l g a ( 外消旋型，分子量m = 1 0 0 0 0 0 ) 溶解于二氯甲烷中，经磁力搅 拌配制成2 w v 浓度的初始聚合物溶液；然后，向初始聚合物溶液中添加占 p l g a 重量1 5 的p e g ( m w = 6 0 0 0 ) 和1 0 1 0 0 的紫杉醇药物，继续搅拌一 定时间待聚合物和药物充分溶解后，得到p l g a 、p e g 与紫杉醇药物共混的 聚合物溶液。最后将均匀的共混聚合物溶液倾倒于玻璃表面皿中，干燥成膜， 哈尔滨工程大学硕士学位论文 其中干燥条件为室温干燥2 4 h ，之后真空3 7 0 c 下干燥2 4 h 。待薄膜中有机溶 剂充分挥发后，首先用去离子水浸润1 r a i n ，然后用眼科镊子将p l g a 含药共 混薄膜从玻璃表面皿上取下，再经过真空3 7 0 c 下干燥8 h 即可，含药共混膜 的制备过程如示意图2 1 所示【6 3 1 。 聚合物溶液 o 溶剂挥发 n 邕t t t 一吕 图2 1 含药共混膜的制备过程示意图【6 3 1 2 4 含药洗脱性涂层的制备 目前，血管支架表面聚合物药物洗脱性涂层的制备主要有以下两种方法， ( 1 ) 浸涂法，( 2 ) 喷涂法。由于浸涂的方法容易在血管支架桥筋间产生丝挂 或粘连等涂层不均匀现象，而喷涂的方法很好的避免了血管支架表面聚合物 药物洗脱性涂层的不均匀现象。因此，本课题利用美国s o n o - t e k 公司生产的 m e d i c o “撇d e s1 0 0 0 型血管支架喷涂系统，采用超声波雾化喷涂技术，制 各p l g a 共混物药物洗脱性涂层。 m e d i c oa t o md e s1 0 0 0 型血管支架喷涂系统主要由1 2 0 k h z 的m i c r o m i s t 喷 嘴、1 2 0 k h z 超声波发生器、液体注射泵、气体输送装置、座台式外壳、支架 移动与转动装置( 电机) 、系统操作软件、支架夹具及清洗探针等组成。其 q b m i c r o m i s t 喷嘴为核心部件，它利用超声波雾化的原理，并在低速气体的作 用下实现了涂层溶液的定向喷涂。其制备流程大致为： 1 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ( 1 ) 按p l g a ：p e g ：紫杉醇= l ：0 1 5 ：0 i 0 2 0 3 的比例，将三者溶 解于二氯甲烷中，配制一定浓度的均匀涂层溶液。 ( 2 ) 利用注射器抽取一定量的涂层液，再将注射器安装于控制台上。并 设定注射泵参数：如注射器类型、涂层液容积、涂层液注入速度等。 ( 3 ) 调节超声波发生器及注射泵中涂层液注入速度以及压缩气体压力等 相关参数，使超声波雾化喷嘴处产生的涂层溶液雾化效果达到最佳。 ( 4 ) 在微机的程序软件界面下编制支架喷涂程序，包括设定支架水平移 动速度、支架旋转速度、旋转方向、支架运动往复次数、干燥气体压力、排 风系统的排风速度等相关参数，并保存该程序。 ( 5 ) 调用并启动喷涂程序，在程序控制下完成涂层的制备，程序结束后， 停留一定时间，待涂层初步干燥后取下，对调样品另一端，实现另一端的涂 层制备。在制备载药复合涂层时，每当一层载药涂层制备完成后，使样品在 室温干燥8 h ，然后重复以上过程制备下一层载药涂层。周而复始直到载药复 合涂层制备完成。整个制备设备如示意图2 2 所示。 图2 2 血管支架表面药物洗脱性涂层的制备设备 1 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 5 分析测试方法 2 5 1 亲水性测定 将样品置于d a t ap h y s i c so c a 2 0 0 型高速视频光学接触角测量仪的样品 台上，用水平调节仪调节样品的位置，然后用微量注射器分别在每个样品上 滴2 1 1 1 离子水，利用红外线热像摄影仪将样品表面的水滴的外形拍摄下来， 测量左右接触角的数值。每个样品随机测三个点，取其平均值作为表面亲疏 水性测试结果。 2 5 2 红外光谱分析 采j 羽p e r k i ne l m e r 公司s p e c t n l i i 】1 0 0 型傅立叶变换红外光谱分析仪，针对 p l g a 共混膜署i p l g a 共混物载药薄膜进行a t r f t i r ( 即衰减全反射一傅立 叶变换红外光谱) 测试，紫杉醇药物进行k b r 压片测试。 2 5 3 晶体结构分析 采用p a n a l y t i c a l 公司x p e r tp r o 型x 射线衍射分析仪，针对紫杉醇药物、 p e g 、p l g a 共混膜和p l g a 共混物载药薄膜进行x 射线衍射晶体结构分析， 其中紫杉醇药物、p e g 以及p l g a 共混膜扫描范围为1 0 。 - - - 4 5 0 ，扫描速度为 2 0 m i n ，p l g a 共混物载药薄膜扫描范围为5 0 - 4 5 。，扫描速度为l o m i n ，x 射线源为c u 甑靶( z - - 1 5 4a ) 。 2 5 4 热性能分析 采用p e r k i ne l m e r 公司d i a m o n d 型差示扫描量热仪，针对紫杉醇药物、 p l g a 共混膜和p l g a 共混物载药薄膜进行热性能测试，其中每个试样重量 大约为1 0 m g 。测试温度从一5 0 。c 以1 0 。c m i n 的速度升至2 5 0 。c ，再以相同 速度降至5 0 0 c 。 1 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 5 5 热重分析 使用梅特勒公司的s d t a 8 5 1 。热重分析仪，针对紫杉醇药物、p l g a 共 混膜和p l g a 共混物载药薄膜测量其在高温下的质量变化，保护气体为氮气， 流量为3 c m 1 m m ，升温速率为1 0 。c m i n ，测试温度为2 0 - - - 3 0 0 3 c 。 2 5 6 形貌观察 采用h i t a c l l i 公司s 。4 7 0 0 型和s