一种抗菌仿生硅胶气道支架及其制备方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种抗菌仿生硅胶气道支架及其制备方法。


背景技术：

2.由局灶性或全身性炎症、动态塌陷和恶性肿瘤等引起的气道狭窄是一种常见的临床疾病，狭窄严重时会造成呼吸衰竭甚至危及生命。气道支架因其在植入后可迅速扩张气管，是缓解气道狭隘患者呼吸困难的一种快捷而有效的治疗方法。但与此同时，支架植入后会产生一系列并发症，其中移位、继发性狭窄、黏液堵塞、炎症反应和刺激性不适感等是目前存在的较为普遍的问题，也给患者和整个医疗系统带来了巨大的负担。
3.针对以上问题，目前已有部分解决措施，比如dumon支架通过在支架外壁设计顶点光滑的防滑结构有力解决了支架移位的问题，这为气道支架的发展奠定了基础。但除此之外，因支架介入而产生的并发症仍有较大的改善空间。比如炎症反应和黏液堵塞，目前常用的是药物消炎或者通过加强雾化治疗来湿化气道以促进排痰。比如专利(201810488480.9)于支架中填充药物来缓解炎症症状，但药物缓释速率的控制也是较难解决的工艺。同时，雾化治疗的频次过高也易对患者的经济造成负担。已有相关研究表明，超亲水涂层由于其自身的润湿性特点还可以起到抗粘附的作用，有望在生物植入体及医疗器械方面广泛应用。除此之外，原生气管中包括软骨环、环状韧带和气管肌结构，其协同作用使气管具有纵向延伸性，并且在正常呼吸或颈部运动时，成人健康气管长度可延长20%，新生儿可延长46%。然而现有支架一般不具有可形变性，比如专利(202110098372.2)，这使其与天然气管之间的匹配度存在较大差异。
4.本发明于支架主体设置仿气管结构的分段缓冲节，使支架具有一定可延长性和缓冲性，以贴合正常呼吸或颈部运动并减小支架弯曲带来的异物感和不适感；在支架外壁设置显影防移位结构，以提供追踪定位和固定作用；抗菌超亲水涂层可提供抗菌消炎和防止粘液堵塞的效用。故而本发明在一定程度上可以提高气道支架的舒适性和真实性，并可以有效减缓支架介入而引起的并发症。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一是为了解决上述的技术问题而提供一种抗菌仿生硅胶气道支架。
6.本发明的目的之二在于提供上述的一种抗菌仿生硅胶气道支架的制备方法。
7.本发明是通过以下技术方案实现的：一种抗菌仿生硅胶气道支架及其制备方法，按照如下的操作步骤进行：（1）仿生硅胶气道支架参数设计引入仿生理念，依据设计图纸得到兼具仿原生气管结构缓冲节和钉状凹槽结构的气道支架模具。
8.为更好地实现本发明，进一步的，所述气道支架参数设计如下：全长为20~70 mm，壁厚为1 ~2.5 mm，外径为10~20 mm；缓冲节的数量设置为0~5段，每段间距为1~25 mm，每段设有1~4节，每节高度为1~8 mm，每节外径为12~25 mm，壁厚为0.5~2.5 mm；钉状防滑结构的直径为0.8~5.0 mm，壁厚1 ~2.5 mm。
9.（2）无涂层仿生硅胶气道支架的制备将医用硅胶与显影剂混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；而后将适量医用硅胶注入模腔并在135~195 ℃下模压180~360 s，得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
10.为更好地实现本发明，进一步的，添加显影剂为医用硫酸钡，医用硅胶与硫酸钡的混合质量比为2~25。
11.为更好地实现本发明，进一步的，所述医用硅胶的邵氏硬度为50~85 ha。
12.本发明的实施例中，无特殊说明，所述医用硅胶的邵氏硬度皆为70 ha。
13.（3）抗菌超亲水涂层的制备采用水热法将带有双键结构的两性离子、含有双键结构的硅烷偶联剂以及引发剂进行水浴加热，并在一定时间后加入抗菌剂，继续搅拌最终得到抗菌超亲水涂层。
14.为更好地实现本发明，进一步的，所述带有双键结构的两性离子为羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型和磷酸酯盐型中的一种或多种的组合。
15.为更好地实现本发明，进一步的，所述含有双键结构的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂中的一种或多种的组合。
16.为更好地实现本发明，进一步的，所述引发剂为偶氮类引发剂、过硫酸盐类引发剂中的一种或多种的组合。
17.为更好地实现本发明，进一步的，抗菌剂为纳米银、纳米氧化镁、纳米氧化锌和纳米二氧化钛中的一种或几种的组合。
18.为更好地实现本发明，进一步的，两性离子和硅烷偶联剂的添加质量比为0.5~5，抗菌剂的添加量为两性离子添加量的2 % ~ 6 %。
19.本发明的实施例中，无特殊说明，所述两性离子为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵（sbma）。
[0020]
本发明的实施例中，无特殊说明，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷（yhd-171）。
[0021]
本发明的实施例中，无特殊说明，所述引发剂为2,2-偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐（aiba）。
[0022]
本发明的实施例中，无特殊说明，所述抗菌剂皆为纳米银，其规格为15~20 nm。
[0023]
（4）抗菌仿生硅胶气道支架的制备将气道支架在抗菌超亲水涂层中浸涂10~30 min，并在70~90 ℃下烘干2~8 h得到具有抗菌性能的仿生硅胶气道支架。本发明的有益效果（1）本发明提供的仿生硅胶气道支架，其支架主体设置仿原生气管结构的缓冲节使支架贴合原生气管在正常呼吸和颈部运动时的变化，并减小支架弯曲带来的异物感。
[0024]
（2）本发明提供的硅胶气道支架，其外壁的可显影防滑结构可提供支架位置追踪
和定位功能，同时可增强支架与气道内壁之间的摩擦力，有效降低因支架移位而引起的窒息风险。
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（3）本发明提供的抗菌仿生硅胶气道支架，其浸涂的抗菌超亲水涂层具有抗菌消炎和防止粘液堵塞等效果，可以有效减缓支架介入后的不适症状。
附图说明
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图1抗菌仿生硅胶气道支架示意图。
[0027]
图2硅胶气道支架缓冲节状态变化示意图。
具体实施方式
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下面将结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明。所述是对本发明的解释而不是限定。
[0029]
抗菌仿生硅胶气道支架的制备实施例1：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为30 mm，壁厚为1 mm，外径为16 mm；钉状防滑结构的直径为3 mm，壁厚1 mm；缓冲节的数量设置为2段，每段间距为7 mm，每段设有2节，每节高度为2.25 mm，每节外径为18 mm，壁厚为1 mm。将医用硅胶与显影剂按照15:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在175 ℃下模压270 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0030]
将 2 g sbma和1 g yhd-171溶于水中并加入引发剂而后在60 ℃下水浴加热2 h，随后向上述溶液中加入0.08 g纳米银继续水浴1 h，最终得到抗菌超亲水涂层。将气道支架小样在超亲水涂层中浸涂20 min，并在80 ℃下烘干4 h得到具有抗菌性能的仿生硅胶气道支架。
[0031]
实施例2：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为70 mm，壁厚为2.5 mm，外径为20 mm；钉状防滑结构的直径为0.8 mm，壁厚2.5 mm；缓冲节的数量设置为5段，每段间距为5 mm，每段设有1节，每节高度为8 mm，每节外径为25 mm，壁厚为2.5 mm。将医用硅胶与显影剂按照2:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在195 ℃下模压180 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0032]
将0.5 g sbma和1 g yhd-171溶于水中并加入引发剂而后在75 ℃下水浴加热1 h，随后向上述溶液中加入0.03 g纳米银继续水浴1 h，最终得到抗菌超亲水涂层。将气道支架小样在超亲水涂层中浸涂30 min，并在90 ℃下烘干2 h得到具有抗菌性能的仿生硅胶气道支架。
[0033]
实施例3：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为20 mm，壁厚为1 mm，外径为10 mm；钉状防滑结构的直径为5 mm，壁厚1 mm；缓冲节的数量设置为1段，每段设有4节，每节高度为1 mm，每节外径为12 mm，壁厚为0.5 mm。将医用硅胶与显影剂
按照25:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在135 ℃下模压360 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0034]
将5 g sbma和1 g yhd-171溶于水中并加入引发剂而后在50 ℃下水浴加热5 h，随后向上述溶液中加入0.1g纳米银继续水浴1 h，最终得到抗菌超亲水涂层。将气道支架小样在超亲水涂层中浸涂10 min，并在70 ℃下烘干8 h得到具有抗菌性能的仿生硅胶气道支架。
[0035]
实施例4：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为30 mm，壁厚为1 mm，外径为16 mm；钉状防滑结构的直径为3 mm，壁厚1 mm；缓冲节的数量设置为3段，每段间距为3 mm，每段设有4节，每节高度为1.5 mm，每节外径为18 mm，壁厚为1 mm。将医用硅胶与显影剂按照15:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在175 ℃下模压270 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0036]
将 2 g sbma和1 g yhd-171溶于水中并加入引发剂而后在60 ℃下水浴加热2 h，随后向上述溶液中加入0.08g纳米银继续水浴1 h，最终得到抗菌超亲水涂层。将气道支架小样在超亲水涂层中浸涂20 min，并在80 ℃下烘干4 h得到具有抗菌性能的仿生硅胶气道支架。
[0037]
实施例5：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为30 mm，壁厚为1 mm，外径为16 mm；钉状防滑结构的直径为3 mm，壁厚1 mm；缓冲节的数量设置为2段，每段间距为7 mm，每段设有2节，每节高度为2.25 mm，每节外径为18 mm，壁厚为1 mm。将医用硅胶与显影剂按照15:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在175 ℃下模压270 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0038]
将1 g sbma和1 g yhd-171溶于水中并加入引发剂而后在60 ℃下水浴加热2 h，随后向上述溶液中加入0.04g纳米银继续水浴1 h，最终得到抗菌超亲水涂层。将气道支架小样在超亲水涂层中浸涂30 min，并在80 ℃下烘干2 h得到具有抗菌性能的仿生硅胶气道支架。
[0039]
对比例1：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为30 mm，壁厚为1 mm，外径为16 mm；钉状防滑结构的直径为3 mm，壁厚1 mm。将医用硅胶与显影剂按照15:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在175 ℃下模压270 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0040]
将 2 g sbma和1 g yhd-171溶于水中并加入引发剂而后在60 ℃下水浴加热2 h，随后向上述溶液中加入0.08g纳米银继续水浴1 h，最终得到抗菌超亲水涂层。将气道支架小样在超亲水涂层中浸涂20 min，并在80 ℃下烘干4 h得到具有抗菌性能的仿生硅胶气道支架。
[0041]
对比例2：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为30 mm，
壁厚为1 mm，外径为16 mm；钉状防滑结构的直径为3 mm，壁厚1 mm；缓冲节的数量设置为2段，每段间距为7 mm，每段设有2节，每节高度为2.25 mm，每节外径为18 mm，壁厚为1 mm。将医用硅胶与显影剂按照15:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在175 ℃下模压270 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0042]
对比例3：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为30 mm，壁厚为2.5 mm，外径为16 mm；钉状防滑结构的直径为3 mm，壁厚1 mm。将医用硅胶与显影剂按照15:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在175 ℃下模压270 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0043]
对比例4：依据设计图纸得到仿生硅胶气道支架模具，所得支架模板参数为：全长为80 mm，壁厚为3 mm，外径为20 mm；钉状防滑结构的直径为1 mm，壁厚2.5 mm；缓冲节的数量设置为6段，每段间距为8 mm，每段设有2节，每节高度为2 mm，每节外径为25 mm，壁厚为2.5 mm。将医用硅胶与显影剂按照15:1的质量比混炼均匀后加入模具指定钉状凹槽位置；将适量医用硅胶注入模腔并在175 ℃下模压270 s，最终得到具有缓冲节和可显影钉状防滑结构的无涂层硅胶气道支架。
[0044]
抗菌仿生硅胶气道支架的性能测试结果如表1。
[0045]
抗菌仿生硅胶气道支架的抗迁移力和径向支撑力均采用数字测力仪测量，具体测试方法如下：将气道支架固定在拉伸强度测试仪上，将支架插入到特氟隆夹具后，使用推规将支架移动到特氟隆夹具的对面5cm，测得支架的抗迁移力数据；将支架放置在测试平台上，将测量测压元件附着在支架表面，测量该力直到支架直径减小50%，测得径向支撑力的数据。
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按照gb/t528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》的要求进行断裂伸长率和拉伸强度测试；采用接触角测量仪测得超亲水涂层的接触角数据；通过计算前后存活菌落数的比例来计算细菌减少的百分比，用于检测超亲水涂层对金黄色葡萄球菌的抑菌活性；按照gb/t16886.6《医疗器械生物学评价：植入后局部反应试验》和gb/t16886.5《医疗器械生物学评价：体外细胞毒性试验》的要求进行炎症程度和细胞毒性测试。
[0047]
表1抗菌仿生硅胶气道支架的性能测试结果。
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从各实施例的结果来看，抗菌仿生硅胶气道支架具有较好的生物相容性。其中，对比例1未设置缓冲节，其断裂伸长率和拉伸强度与实施例1相比较差，对比说明缓冲节可提高支架的可延伸性；对比例2未浸涂抗菌超亲水涂层，其亲水性和抗菌性较差，并有轻度炎症产生；对比例3中缓冲节及抗菌超亲水涂层皆未设置，但支架的整体壁厚增加，其径向支撑力更佳；对比例4支架参数的设计超过设定范围，其综合性能与最优例之间差距较大。综合而言，局部仿生缓冲节结构的设置在一定程度可提高支架的延伸性，且缓冲节的参数设计对支架的综合性能有较大影响；超亲水涂层的比例及抗菌剂添加量的调节对支架的亲水性和抑菌强度也有较大影响；支架壁厚的增加可提高支架的径向支撑力。
[0049]
结果表明，本发明所设计的抗菌仿生硅胶气道支架在一定程度上可以提高气道支架的延伸性，并具有减缓支架介入产生的并发症的优势。
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尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当意识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容之后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。