邢滨，赵红，齐民，刘炼，杨大智
（大连理工大学材料科学与工程系，辽宁大连116024）
Fabrication and primary degradation morphology of biomedical microporous polymer coatings
XING Bin, ZHAO Hong, QI Min, LIU Lian, YANG Da-zhi
( Dapartment of Materials Science and Technology, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China )
Abstract：The fabrication technology of microporous lactic/glycolic acid polymer (PLGA) coatings on 316L stainless steel matrix was studied in the paper. The effects of air humidity, temperature, concentration of the polymer solution on the diameter and density of the pores were investigated by scanning electron microscopy (SEM) , and a coating homogeneous in size and distribution of the pores was formed on 316L stainless steel matrix. Furthermore, the primary degragation experiment of the microporous coatings in hank’s solution was carried out and the degradation morphology was described in the paper. The fabrication technology will be used to make microporous polymer drug coating on 316L stainless steel stents.
Key words：PLGA；microporous coating；degradation in vitro
摘要：主要研究了316L不锈钢基体表面微孔聚丙交酯/乙交酯（PLGA）高分子载药涂层的制备技术，探索出空气湿度、温度、涂膜液的浓度等参数对涂层表面的孔径影响的规律，制备出孔径均匀的不锈钢表面PLGA涂层，并对微孔涂层在人工模拟体液（hank’s溶液）中的初始降解（3个星期）形貌进行了考察，从而为开发心血管介入治疗不锈钢支架上的微孔载药涂层技术奠定基础。
关键词：PLGA；微孔膜；体外降解
中图分类号：TG178；TB324 文献标识码：A
文章编号：1001-9731（2004）增刊-2307-03
1 引言
支架植入术目前已经成为冠心病治疗的重要手段，但支架植入后再狭窄的发生率仍为13%～20%，甚至高达34%[1]，这成为制约介入治疗技术发展的严重障碍。药物涂层支架：即在支架的表面涂敷药物载体涂层，通过支架上的药物缓释来抑制再狭窄，成为治疗再狭窄的有效手段。PLGA由于其具有良好的生物相容性及降解性而成为药物载体的极佳材料[2,3]。本项研究开发出一种不锈钢表面微孔PLGA涂层的制备技术，旨在改善PLGA降解能力及载药能力，并在人工模拟体液（Hank’s溶液）中进行体外降解实验，通过扫描电子显微镜，对PLGA涂层初始降解形貌的变化进行了考察。
2 实验
2.1 材料的准备
实验中选用的高分子涂层材料为自制的PLGA(90∶10)。选的不锈钢基体为相同大小的退火态的316L不锈钢块。不锈钢块的表面机械抛光后清洗，备用。选用的降解介质溶液为模拟体液的Hank's溶液[4]，配置方法及组成如下：1000ml H2O中加入8.0gNaCl，0.4gKCl，0.14gCaCl2，0.35gNaHCO3，1g葡萄糖，0.1gMgCl2·6H2O，0.06gMgSO4 ·7H2O，0.06gKH2PO4，0.06gNa2HPO4·12H2O，用NaOH和HCl调节溶液的pH值为7.4。
2.2 实验过程
2.2.1 PLGA涂层的制备
分别配置质量百分比浓度为2%和4%的PLGA涂膜液，溶剂为氯仿（CHCl3）。在不同的温度和湿度条件下，将不同浓度的PLGA涂膜液涂覆在抛光后的不锈钢块的表面上。待溶剂完全挥发后，PLGA即在不锈钢基体的表面上形成凝胶状薄膜，从而得到在不同的涂膜条件下（湿度、温度、涂膜液浓度）制备的PLGA涂层。
2.2.2 PLGA涂层表面形貌的观察
对制成的PLGA涂层试样的表面做喷银处理，然后在电子扫描电镜下观察涂层的表面形貌，由于PLGA不导电，采用较低的加速电压进行扫描电镜观察。
2.2.3 PLGA涂层的体外降解实验
把制备的PLGA涂层试样放入盛有模拟体液的锥形瓶中，然后置入温度设定在37℃的HZQ－F160A型高低温恒温振荡培养箱中做体外降解试验。模拟体液每3天更换一次，同时试样的表面用去离子水冲洗，以减少PLGA涂层由于本身降解产生的自催化作用的影响[5]。3个星期后，将试样取出，用去离子水冲洗、干燥，喷银后用电子扫描电镜观察涂层在降解初期表面形貌的变化。
3 实验结果与分析
3.1 湿度对PLGA涂层形貌的影响
当温度、涂膜液的浓度一定时（10℃，2%），在湿度较低的条件下（RH=30%）制备的PLGA涂层的表面比较光滑和致密（图1(a)）；在湿度较高的条件下（RH=70%）制备的PLGA涂层的表面有大量的微孔存在，其大小一般为1~2μm（图1(b)）；随着湿度的增大，形成的孔洞的尺寸随之增大，分布也变得越来越密集，当湿度达到90%时，孔的尺寸增大到4~6μm（图1(c)）；当湿度进一步增大时，孔洞的尺寸可以达到10μm左右（图1(d)）。
PLGA溶液在316L不锈钢基体表面成膜的过程是一个溶剂的挥发和水气的吸入的组合过程。当空气的湿度足够小时，形成致密膜，当空气的湿度足够大时，溶剂CHCl3是亲水性介质，大量的水气进入PLGA溶液的表面，并且使聚合物溶液发生了相分离的现象，从而导致了表面孔洞的形成。这与以前的利用蒸发溶剂的方法可以制作微孔膜的报导是一致的[6]。随着吸入的水气的增多，孔的尺寸增大，分布越来越密集。所以空气湿度对孔洞的大小和分布有较大的影响。
3.2 温度与溶液的浓度对PLGA涂层形貌的影响
图2为在湿度为90%，温度为10℃时，不同浓度（2%和4%）的涂膜液形成的涂层形貌，可以看出当温度与湿度一定时，尽管浓度变化不大（由2%增加到4%），但是涂层表面的孔径变小。浓度低的涂膜液因为溶剂挥发速度慢，涂层凝固慢，涂层与潮湿空气接触的时间长，吸入的水气的容量较大，所以形成的微孔膜的孔径（图2(a)）要略大于浓度高的溶液形成的微孔膜的孔径（图2(b)）。而当湿度与涂膜液的浓度一定时，温度由10℃提高到30℃时，对于涂层的表面形貌的影响并不明显。
3.3 PLGA涂层在降解的初期表面形貌的变化
分别对致密涂层和微孔涂层进行三周降解实验，经扫描电镜形貌观察普遍存在着泛白起皱的现象。由SEM照片我们可以看出在湿度较低的条件下（RH=30%）制得的PLGA致密涂层，在降解3周后，表面变得粗糙，且有少量的孔洞出现（图3）。在湿度较高的条件下（RH=70%）制备的PLGA微孔涂层在降解21天后，孔洞的尺寸增大（图4）。因此，不锈钢表面PLGA涂层的降解过程是孔的形成（对于致密膜）和孔径增大（对于微孔膜）的过程，微孔涂层将使PLGA的降解过程加快。
PLGA涂层在模拟体液等水性环境中主要进行是水解降解，PLGA的水解是个复杂的过程，可分3个阶段：
（1）吸水阶段，水分子从PLGA的间隙入，与酯键形成氢键，并且伴随着酯键的解；
（2）加速降解阶段，由于酯键断裂形成羧端基，H+浓度高，pH值减小，从而产生了“自加速”现象。
（3）可溶性齐聚物的溶解。
4 结论
（1）利用溶剂蒸发相转变的技术，通过控制气的湿度、涂膜液的浓度，可以在基体上制备出孔均匀的PLGA高分子微孔涂层。
（2）PLGA微孔涂层在模拟体液中的初期降过程主要是沿着孔洞的边缘进行的。
参考文献：[1] Savage M P, Fischman D L, Rake R, et al. Efficacy of coronary stenting versus balloon angioplasty in small coronary arteries. Stent Restenosis Study (STRESS) Investigators[J]. J Am Coll Cardiol,1998, 31:307-311.
[2] Lewis D H. Biodegradable Polymers as Dray Delivery systems, New York, 1990.
[3] Dunn R L, Polymeric Drugs and Drug Delivery Systems [M]. Washington, DC: American Chemical Society, 1991.
[4] Mou Zhanqi, et al. Effect of different artificial body fluids and their pH on corrosion of biomedical metallic materials [J].Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection (in Chinese), 1998, 18(2): 126-130.
[5] Witt C, Kissel T. Morphological characerization of microspheres, films and implants prepared from poly (lactide–co–glycolide) and ABA triblock copolymers: is the erosion cotrolled by degradation, swelling or diffusion? [J.] European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2001, 51: 171-181.
[6] Kawai T. Lee Y M [J]. Polymer, 1997, 36: 1631.
基金项目：国家高新技术研究发展计划（863计划）资助项目（2002AA326010）
作者简介：邢滨（1977－），男，辽宁大连人，硕士研究生，主要从事生物医用材料的研究。（E-mail: zhaohong @ dlut.edu.cn）, Tel: 0411-84708441
论文来源：中国功能材料及其应用学术会议,2004年,9月12-16日
