[发明专利]改善人工心脏瓣叶材料血液相容性和使用安全性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善热解碳人工心脏瓣叶材料血液相容性和使用安全性的方法。属于生物医用材料表面改性领域。

背景技术

心血管病已成为人类死亡的主要疾病之一。因风湿性心脏病、心脏退行性疾病、细菌引起心内膜炎造成心脏瓣膜严重病变，采用人工心脏瓣膜置换是挽救患者生命的唯一途径。用于临床的人工心脏瓣膜主要有生物瓣和机械瓣。生物瓣生物相容性和抗血栓性能好，但耐久性差，易于钙化撕裂，其平均寿命为5-8年。目前，尚无提高生物瓣耐久性的有效方法。机械瓣的人工心脏瓣膜其瓣叶由热解碳材料制成，瓣架由不锈钢或钛合金制成。具有相对较高的耐久性，可以在体内30-50年。自七十年代以来，世界上应用热解碳机械瓣膜已达二百万例。美国每年植入60,000例人工心瓣。我国成年风湿性患者约有180万人，其中有24万病人需做心脏瓣膜置换手术，且近年来此类病人越来越多。但无论国内、国外，置换入人工心脏瓣膜的病人，必须每天服用抗凝血药物，才能维持正常生活。服药不足或过量都会导致并发症，甚至死亡，这是国际上普遍存在且需急切解决的医学难题。所以，研制出一种具有优异抗凝血性能的新一代人工心脏瓣膜有着十分重要的意义。大量受术者可少服或不服抗凝血药物，提高生活质量，造福于人类。

为此，世界各国都在研究提高人工心瓣抗凝血性能的办法。遗憾的是至今尚无血液相容性更好的人工心瓣用于临床。德国Bolz等采用等离子体化学汽相沉积研究SiC半导体薄膜，用于瓣膜材料的表面覆膜；日本的Y.Mitamura等研究了由物理汽相沉积TiN薄膜的钛合金瓣架和Al₂O₃单晶瓣叶组成的人工心瓣，发现其血液相容性与热解碳相当，而其耐久性有较大提高；法国I.Dion等将类金刚石(DLC)薄膜沉积于瓣膜材料表面提高其性能；德国M.Schaldach研究了Ta₂O₅掺杂的金红石型TiO₂半导体陶瓷材料，其抗凝血性能优于热解碳，然而，由于陶瓷材料的难加工性、脆性及成本，此项研究未付诸实用，也未继续研究。美国西南研究院在1996、1997、1998年公布的US 5605714、US 5725573和9640308的专利文献中提及，用离子束增强沉积技术，对由钛合金组成的医用植入物(特别是由钛合金组成的人工心脏瓣膜)的表面涂上具有强的粘合力的类金刚石涂层，降低了血栓形成，改善了心脏瓣膜的血液相容性和耐久性。瑞典的Olin.Christia等在1995年公布的WO 9533501专利文献中，涉及钛和钛合金组成的人工心脏瓣膜，在高温真空状态下，用纯氮气体处理，在其表面形成氮化钛薄膜，植入羊体内试验。涂有氮化钛薄膜的血栓沉积显著低于由热解碳组成的人工心脏瓣膜。意大利的Gatti.M.A等提及，涂有热解碳的钛合金用于制造具有良好血液相容性的心血管。黄楠、柳襄怀等人已获授权的中国发明专利(ZL95111386.0)是用离子束增强沉积合成TiO_2-x/TiN复合膜，用于改善人工器官材料的血液相容性、抗疲劳、抗腐蚀和耐磨损性能。柳襄怀、王向晖等用离子束辅助沉积在热解碳上制备氧化钛涂层，其抗凝血性能明显优于临床用的热解碳。黄楠等对商用人工心脏瓣膜表面用等离子体浸没离子注入制备Ti-O薄膜，并进行动物体内植入试验，其血液相容性优于热解碳。

尽管，到目前为止，人们已找到了Ti-O涂层的血液相容性超过热解碳。但人工心瓣植入体内要经历30-50年不停顿地频繁工作，据报道直接在热解碳表面生长氧化钛薄膜，显微硬度在900～1000kg/mm²之间；疲劳测试表明经675500次启闭后，瓣叶表面出现磨痕，1617,000次启闭后，则出现严重磨损，局部发生剥落。这表明TiO₂表面涂层尽管血液相容性超过热解碳，但涂层与热解碳基体之间由于疲劳磨损造成的剥落将对人工心瓣膜的使用安全性带来极大问题。

综上所述，迄今为止热解碳人工心脏瓣膜的抗凝血性能改善和安全性提高尚未取得令人满意的结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面处理方法以改善机械瓣的人工心脏瓣膜的血液相容性，即提供一种使人工心脏瓣膜既具有优异抗凝血性能，又能保证使用安全的表面处理方法的新方法，使人体植入新一代人工心瓣之后，少服或甚至不需服抗凝血药物，使用安全可靠。

本发明提供的表面处理的新方法是采用常规的离子注入或等离子浸没离子式注入(PIII)对热解碳进行氮离子注入。这种表面处理方法详述如下：