超声波喷涂血管支架表面涂层

随着血管支架在介入医疗中的广泛普及，功能化涂层的制备技术日益多样化。在诸多方法中，超声喷涂技术作为一项新兴技术扮演着越来越重要的角色，对其进行系统研究有利于指导血管支架涂层制备工艺的开发，增加工艺可靠性，实现涂层质量的优化并降低研发成本。

本文针对用于微小器械表面处理的高精度超声喷涂系统，致力于将超声喷涂技术与血管支架的涂层制备相结合，达到指导工艺开发，优化涂层质量的目的。文章总体按照物理数学建模，流体力学仿真，实验检测与分析，工艺开发与应用的路线进行研究，终成功开发出药物缓释血管支架(DES)，内容包括以下几个方面：

首先研究超声雾化喷嘴的工作原理，包括喷嘴内部波动方程以及振幅放大比等等；在此基础上，建立超声波雾化物理模型，推导出超声波喷雾粒径方程，并研究关键参数如功率、黏度、表面张力等对雾化粒径的影响。理论结果表明，超声波雾化过程中，气体压力、超声波频率增加导致雾化粒径减小，液体表面张力增加则导致雾化粒径增加；而功率、黏度对粒径的影响基本可以忽略。

其次基于建立的超声雾化模型，利用计算流体动力学(CFD)模拟超声雾化过程以及气相作用下的喷雾运动过程。一方面研究雾化粒径随各参数的变化规律，弥补完善已建立的数学模型；另一方面，研究喷雾粒子群的运动规律以及喷雾形貌的变化规律。研究结果验证了超声波频率以及表面张力对雾化粒径的影响规律，总结和定义超声雾化过程的三种雾化模式：亚雾化模式、理想雾化模式以及射流雾化模式。此外，关于喷雾运动的CFD模拟结果表明喷雾粒子在运动过程中呈缓慢减小趋势，没有出现二次破碎，部分出现碰撞合并现象，数据统计表明碰撞概率与气体压力成反比，且占总数的比例较小。此外喷雾截面喷雾粒子浓度呈正态分布，实际喷涂时须合理控制血管支架轴向位移，消除截面分布对涂层的影响。

接下来，针对Medi-coat喷涂系统设计超声喷雾粒径检测实验研究工艺参数如功率、气体压力等对喷雾粒径的影响并验证喷雾粒径方程的合理性；结果表明功率、流量以及气体压力影响超声波雾化模式，当功率减小，流量增大时，喷雾粒径增大；而当气相压力和喷雾截面变化时，喷雾粒径变化很小，意味着气相作用下超声波喷雾较为稳定；在粒径分布方面，当流量增加时，喷雾粒径分布变窄；此外，超声喷雾粒子在气相作用下没有出现二次破碎，在近喷嘴位置，粒子间易出现合并现象，但占总数比例较小。利用Rosin-Rammler分布拟合超声喷雾粒径均匀度指数在7.11～11.48之间，优于常规喷涂技术获得的喷雾质量，且喷雾可控性、操作灵活性、节能性大大提高。

基于超声雾化喷涂模型以及实验研究成果，建立血管支架表面涂层超声波喷涂工艺参数模型；通过对影响支架涂层表面质量的各项工艺参数分析研究，给出了各种形貌的形成机理以及各项工艺参数对涂层制备的影响。在此基础上制定了以四氢呋喃作为溶剂，以30％PEO-PSF作为涂层材料的正交实验方案，对工艺参数进行了优化，得出流量、压力、转速等参数是影响涂层质量的主要因素，并依据优化的工艺参数组，进行支架涂层制备的实验验证，消除了常见的厚边、桥接、凹凸等缺陷；AFM检测结果表明，在2μm×2μm区域，表面粗糙度由优化前的6.35nm降到了1.72nm，涂层质量明显提高；此外涂层增量检测结果表明，同一支架多次喷涂涂层质量偏差在10μg左右，优化后的工艺有着良好的可靠性和稳定性。在已知的参数影响规律和优化后的参数基础上进一步改进，成功开发针对药物缓释支架(DES)的稳定可靠的喷涂工艺，为药物缓释血管支架的产业化生产建立技术基础。