可植入的超疏水表面的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了生物粘合性紋理化表面，其允許植入物定位于活體內(nèi)。采用在可植入的醫(yī)療裝置上的紋理的分級層次來與活體結(jié)構(gòu)形成界面以向裝置遷移提供阻力，這些紋理的分級層次中的某些能形成Wenzel狀態(tài)，而其它可以形成Cassie狀態(tài)。由于傳統(tǒng)地需要?dú)鈶B(tài)來形成Cassie或Wenzel狀態(tài)，并且氣體并不長期保留在活體組織內(nèi)，描述了類似于上述狀態(tài)，與通常由身體組分取代的氣體所表示的組分的組織/裝置相互作用，其中造成組織成分分離和發(fā)展了類似的Cassie、Wenzel或Cassie-Wenzel狀態(tài)。
【專利說明】可植入的超疏水表面

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開提供可植入的醫(yī)療裝置，可植入醫(yī)療裝置在基質(zhì)上包括表面紋理，在植入 于宿主組織中時，表面紋理與存在于宿主組織中的液體形成界面。在某些實(shí)施例中，植入物 有利地在植入于身體內(nèi)之后防止或減少裝置遷移。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)三相彼此接觸時典型地發(fā)生Cassie和Wenzel現(xiàn)象。例如，能使一個固相與兩個 液相接觸，兩個液相在它們的疏水性方面不同。在體內(nèi)，相應(yīng)狀態(tài)導(dǎo)致在植入物上在Cassie 狀態(tài)形成并保持液體親水膜，和在Wenzel狀態(tài)保持組織(包含脂質(zhì))。這些在臨床上有助于 將植入物定位于活體組織內(nèi)。
[0003] 剪切為植入物平行于組織表面的運(yùn)動，且剝離是植入物垂直于組織表面的運(yùn)動。 在臨床上，具有高剪切力的植入物抵抗在體內(nèi)遷移并且具有低剝離力的植入物可以由臨床 醫(yī)生在外科手術(shù)程序期間容易地重定位。
[0004] 在氣態(tài)環(huán)境中固體紋理化表面與水的相互作用由Cassie - Baxter模型描述。在 此模型中，空氣被截留在紋理化表面的微槽中并且小水滴擱置于包括空氣和微突起的頂部 的復(fù)合表面上。在多個尺度紋理之間分形維數(shù)（fractual dimension)的重要性已經(jīng)是公 知的并且許多方案是基于分形貢獻(xiàn)，即在不同尺度的紋理之間的維度關(guān)系。然而，與所用材 料(有機(jī)或無機(jī)）和表面紋理的幾何結(jié)構(gòu)(粒子、桿陣列或孔隙）無關(guān)，一直需要多個尺度的 紋理與低表面能量相組合來獲得所謂的超疏水表面。
[0005] 超疏水性以各種方式報告為一種具備與水的接觸角比利用平滑但較強(qiáng)疏水材料 可實(shí)現(xiàn)的接觸角更大的材料。輿論普遍認(rèn)為超疏水物質(zhì)的最小接觸角為150°。
[0006] 疏水表面排斥水。可以例如通過確定表面上水滴的接觸角來測量表面的疏水性。 可以在靜態(tài)或動態(tài)來測量接觸角。動態(tài)接觸角測量可以包括確定相對于諸如水滴這樣的粘 附物的前移接觸角或后退接觸角。在前移接觸角與后退接觸角之間具有較大差異的疏水表 面（即，高接觸角滯后）表示在臨床上需要的性質(zhì)。水或濕組織可以在具有低接觸角滯后的 表面上比跨越具有高接觸角滯后的表面上更易于行進(jìn)，因此，接觸角滯后的量值可以等于 使物質(zhì)跨越受剪表面上移動所需的能量。在臨床應(yīng)用中，高接觸角減小了植入物在原位的 移動性。
[0007] 來自自然界的表面紋理研究的典型動機(jī)是荷葉，由于凸胞乳突和隨機(jī)定向的疏水 蠟小管的分級結(jié)構(gòu)，荷葉是超疏水性的，凸胞乳突和隨機(jī)定向的疏水蠟小管的分級結(jié)構(gòu)與 水具有高接觸角和低接觸角滯后并且表現(xiàn)出強(qiáng)自清潔性質(zhì)。一個較少為人所知的來自自然 界的動機(jī)是紅玫瑰花瓣，具有利用周向布置和軸向?qū)虻募苟右匝b飾的凸胞乳突的分級 結(jié)構(gòu)，這種分級結(jié)構(gòu)具有中等接觸角和高接觸角滯后。
[0008] 接觸角為與植入表面直接接觸的水量的測量量度，而接觸角滯后為水可以在表面 上移動的程度的反向量度。這些狀態(tài)中每一個的自然進(jìn)化動機(jī)是完全不同的。
[0009] 在荷葉和總體上植物葉子的情況下，與水的最少接觸和高的水移動性導(dǎo)致水優(yōu)先 粘附到微粒污染物上，可以在水流掉時從葉子清理掉微粒污染物。這用于減小由表面污染 物對光的吸收并且增加了光合作用效率。
[0010] 在玫瑰花瓣和總體上植物花瓣而不是葉子的情況下，大部分授粉者/傳粉昆蟲 (pollinator)被吸引到高張力水源，高張力水源提供易于接近性而不會淹沒昆蟲。
[0011] 因此，在進(jìn)化刺激在植物學(xué)中是繁殖的情況下，與高接觸角滯后相配對的高接觸 角是優(yōu)選的；并且在進(jìn)化刺激是新陳代謝和生長的情況下與低接觸角滯后相配對的高接觸 角是優(yōu)選的。
[0012] 暫時考慮單個紋理尺度，當(dāng)水放置于紋理化表面上時，其可以置于紋理的峰上或 者芯吸到谷內(nèi)。前者被稱作Cassie狀態(tài)，而后者被稱作Wenzel狀態(tài)。當(dāng)Wenzel狀態(tài)占優(yōu) 勢時，接觸角和接觸角滯后二者隨著表面粗糙度增加而增加。然而，當(dāng)粗糙度系數(shù)超過臨界 水平時，接觸角繼續(xù)增加，而滯后開始減小。在此點(diǎn)，占優(yōu)勢的濕潤行為變化，這歸因于在表 面與水滴之間的界面處截留的空氣量增加。在本文上下文中，氣態(tài)被疏水狀態(tài)(例如，脂質(zhì)） 取代。疏水狀態(tài)可以是源自宿主組織的液體或固體。
[0013] 在混合Wenzel-Cassie狀態(tài)，可能具有高接觸角和高接觸角滯后。然而，紋理僅是 一個方面，紋理化固體相對于相互作用的環(huán)境而言的疏水性也是重要的。
[0014] 水具有偶極結(jié)構(gòu)，偶極結(jié)構(gòu)使得其對于帶電荷的任何其它物質(zhì)有吸引力。位于分 子上特定位置處的具有多余電荷/電荷盈余（charge surplus)的可植入物分子使得分子 具有親水性。在聚合物的情況下，電荷可以締合（associate)，并且塊體物質(zhì)可以具有宏觀 表面電荷。并且在這樣的宏觀集聚/聚集體中，這些材料具有較強(qiáng)吸水性。并且當(dāng)這些宏 觀電荷位置與表面紋理相關(guān)聯(lián)時，然后植入材料變得具有超親水性。
[0015] 因此，雖然植入物為親水性的并且易于與活體組織中的水締合是通常有利的，這 種締合在植入物與組織之間形成流體表面，這種流體表面充當(dāng)潤滑劑。一般而言，不利的 是，植入物從由臨床醫(yī)生所確定的位置移動；并且總體上，不利的是，植入物需要縫合或其 它物理定位手段。因此，利用對于Cassie-Wenzel狀態(tài)的原位模擬（in situ analog)將植 入物定位于活體組織中是臨床上是合乎需要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 應(yīng)了解前文的一般描述和下文的詳細(xì)描述表示本公開的實(shí)施例并且計(jì)劃提供用 于對所要求保護(hù)的本公開的性質(zhì)和特征進(jìn)行理解的概述或構(gòu)架。這些描述用于解釋所主張 保護(hù)主題的原理和操作，本公開的其它和另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀下 文的公開時易于顯而易見的。
[0017] 本公開提供一種可植入的醫(yī)療裝置，其包括在基質(zhì)上的至少兩個表面紋理，其中 在植入于宿主組織中時，表面紋理與存在于宿主組織中的液體形成界面，其中表面紋理的 一部分接觸著存在于宿主組織中的脂質(zhì)以形成第一界面；表面紋理的一部分接觸著存在于 宿主組織中的水以形成第二界面；以及，表面紋理的一部分在裝置與宿主組織之間截留空 氣；其中所產(chǎn)生的界面具有至少5度的接觸滯后角。
[0018] 本公開的方法和實(shí)施例可適用于可吸收的和永久可植入材料，其中優(yōu)選了可吸收 材料。本公開涉及生理上可吸收、非纖維形成/非纖維化的（non-fibrogenic)、親水性材料， 其在第一時間間隔期間通過添加表面紋理而變得相對疏水。替代地，本公開涉及一種生理 上可吸收、大體上致生纖維的/纖維化的疏水材料，其在第一間隔期間通過添加表面紋理 而變得具有相對親水性。這些表面紋理用于將這些植入物定位于活體內(nèi)。
[0019] 本公開涉及可植入、可吸收的薄片，這些薄片為親水性的，并且可能原位膨脹或甚 至溶解，由此添加表面紋理增加了植入后裝置脫位的力閾值。
[0020] 而且，本公開涉及可植入薄片，一側(cè)如關(guān)于第一特定目的所描述那樣增強(qiáng)，第二側(cè) 如關(guān)于第二特定目的所描述那樣增強(qiáng)。
[0021] 本公開涉及可植入物裝置，其包括具有組織親和力的表面紋理，這允許它們從組 織表面剝離并且在臨近手術(shù)時/手術(shù)前后重新定位但抵抗植入后滑動和折疊。
[0022] 本公開的一個目的在于提供一種可植入醫(yī)療裝置，其包括當(dāng)向哺乳動物體中的水 性環(huán)境暴露時最初形成了典型Cassie和Wenzel狀態(tài)的表面紋理。而且，本文所公開的可植 入的醫(yī)療裝置可以在宿主組織中一段時間之后形成Wenzel和Cassie狀態(tài)的模擬/類似狀 態(tài)，宿主組織涉及固體親水相、液體疏水相和液體親水相。在這些修改的Wenzel和Cassie 狀態(tài)，與典型氣相類似的截留相為源自宿主的疏水相。
[0023] 在本文中還提供可植入的醫(yī)療裝置，其包括在植入后一段時間后利用固體疏水相 替代氣相的紋理?？芍踩氲目晌毡∑ㄓH水基質(zhì)，親水基質(zhì)可以原位膨脹或甚至溶解， 由此則添加疏水表面紋理在原位減小了吸收率或者保形/適形變化（conformal change)。
[0024] 例如，提供包括親水基質(zhì)的可植入、可吸收薄片，其可能會在原位膨脹或甚至溶 解，由此添加疏水表面增加了使植入物的區(qū)域平移、旋轉(zhuǎn)、折疊或收縮所需的力。
[0025] 在本文中還提供了可植入的醫(yī)療裝置，其中Wenzel狀態(tài)強(qiáng)于Cassie狀態(tài)或者相 反情況或者它們的類似情況可以在裝置的外表面由水解或酶促降級而被移除時隨著時間 發(fā)展。
[0026] 在本文中還提供了可植入的醫(yī)療裝置，其中發(fā)生表面電荷和表面能量的加強(qiáng)，由 此使得水總是與植入表面締合，甚至任何特定水分子可以在植入物表面上具有短暫停留時 間/駐留時間。
[0027] 在另外的實(shí)施例中，本發(fā)明提供可植入的醫(yī)療裝置，其中植入物表面的組織相互 作用導(dǎo)致組織與植入物表面締合，并且特別地植入物與組織的脂質(zhì)組分締合。
[0028] 特別地，本公開描述了一種表面超疏水效應(yīng)，其中，抵抗了對于可植入的醫(yī)療裝置 的植入物滑動、滾動、折疊或其它適形變化的阻力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為具有分級表面的本公開的可植入假體的總體視圖。
[0030] 圖2a為最大連通結(jié)構(gòu)C =1的示意圖。
[0031] 圖2b為連通結(jié)構(gòu)C =0· 25的示意圖。
[0032] 圖2c為最小連通結(jié)構(gòu)C - 0的示意圖。
[0033] 圖3a、圖3b為本公開的可植入假體的制造方法。
[0034] 圖4為謝爾平斯基（Sierpinski)鏤墊表面紋理的示例。
[0035] 圖5為阿波羅（Apollonian)墊片表面紋理的示例。
[0036] 圖6為模仿花瓣表面紋理的示例。
[0037] 圖7為科赫（Kock)雪花表面紋理的示例。
[0038] 圖8為可植入物的示例，其中，其至少一側(cè)立即進(jìn)行組織粘合。
[0039] 圖9為可植入物的示例，其中表面紋理使得植入物變成疏水性的以減小吸收率。
[0040] 圖10為可植入物的示例，其中表面紋理使得植入物變成親水性的。
[0041] 圖11為可植入物的示例，其中表面紋理使得植入物為親水性以增加吸收率。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本公開的實(shí)施例，其一個或多個示例在下文中陳述。每個示例 通過解釋本公開的實(shí)施例而提供并且并無限制意義。實(shí)際上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然， 在不偏離本公開的范圍或精神的情況下可對于本公開的教導(dǎo)做出各種修改和變型。例如， 作為一個實(shí)施例的部分示出或描述的特征可用于另一實(shí)施例以得到又一實(shí)施例。
[0043] 因此，預(yù)期的是本公開涵蓋屬于所附權(quán)利要求和它們的等效物的范圍內(nèi)的這些修 改和變型。本公開的其它目的、特征和方面在下文的詳細(xì)描述中公開或者從下文的詳細(xì)描 述顯然。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解本討論只是示例性實(shí)施例的描述并但并非意圖為限制 本公開的更廣泛方面。
[0044] 一實(shí)施例提供一種可植入的醫(yī)療裝置，其包括在基質(zhì)上的至少兩個表面紋理，其 中在植入于宿主組織中時，表面紋理與存在于宿主組織中的液體形成界面，其中表面紋理 的一部分接觸著存在于宿主組織中的脂質(zhì)以形成第一界面；所述表面紋理的一部分接觸著 存在于宿主組織中的水以形成第二界面；以及表面紋理的一部分在裝置與宿主組織之間截 留空氣；其中界面具有至少5度的接觸滯后角。
[0045] 醫(yī)療裝置可包括表面紋理材料，或者醫(yī)療裝置可以包括本領(lǐng)域技術(shù)中常用的、上 面安置了表面紋理材料的其它材料。表面紋理指在基質(zhì)材料中安置的微米級紋理或圖案， 例如，如由下文中所描述的方法所陳述。在特定實(shí)施例中，表面紋理包括分級結(jié)構(gòu)。
[0046] 在特定實(shí)施例中，接觸滯后角在至少5度至約90度的范圍。在其它實(shí)施例中，接 觸滯后角在至少5度至大約75度的范圍，而在另外的實(shí)施例中，接觸角滯后在約10度至約 75度的范圍。
[0047] 在另一實(shí)施例中，在植入后一段時間之后，截留的空氣被源自宿主組織的脂質(zhì)取 代。而且，在一些實(shí)施例中，在一段時間之后，界面包括：a)固體親水相，b)液體疏水相；以 及c)液體親水相。在又一實(shí)施例中，根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其中所述 截留的空氣在一段時間后由液體疏水相取代。在其它實(shí)施例中，在一段時間之后，截留的空 氣被源自宿主組織的疏水性材料取代。例如，這段時間可以是約5分鐘至12小時，或者更 特定而言，約5分鐘至約6小時，或約30分鐘至約6小時。
[0048] 本文所提供的可植入的醫(yī)療裝置有利地抵抗植入之后身體中的遷移。舉例而言， 在某些實(shí)施例中，用于相對于宿主組織平移所述裝置的剪切力超過每平方厘米約50克。在 某些實(shí)施例中，剪切力可以在每平方厘米約50克至200克的范圍，每平方厘米約50克至 150克，或每平方厘米約70克至150克。
[0049] 在另一實(shí)施例中，表面紋理包括親水性可吸收材料，其中親水性可吸收材料由表 面紋理而變得親水性更弱，并且表面紋理減小了該醫(yī)療裝置在宿主組織中的吸收率或適形 變化。在其它實(shí)施例中，表面紋理包括疏水性可吸收材料，其中疏水性可吸收材料由表面紋 理而變得疏水性更弱，并且表面紋理增加了醫(yī)療裝置在宿主組織中的吸收率或適形變化。
[0050] 在其它實(shí)施例中，至少一個表面紋理包括可吸收材料，其中至少一個表面紋理通 過吸收而被修改，使得至少一個表面紋理在醫(yī)療裝置被吸收時變得更加濕潤或更少濕潤。
[0051] 在某些實(shí)施例中，其中表面紋理在宿主組織中具有一定吸收率，這種表面紋理在 第一時間間隔減輕了組織粘附以及植入物遷移并且在第二時間間隔變成平滑、親水、快速 吸收和非纖維化材料。例如，第一時間間隔可以為下列范圍：約5分鐘至約6小時，或約10 分鐘至約6小時，約10分鐘至約3小時，或者約10分鐘至約30分鐘，并且第二時間間隔可 以是下列范圍：約30分鐘至約12小時，約30分鐘至約6小時，約1小時至約6小時或約3 小時至約6小時。
[0052] 在某些實(shí)施例中，至少一個表面紋理包括10納米至1微米的較小節(jié)距，且另一表 面紋理包括2微米至100微米的節(jié)距，其中較小表面紋理安置于較大表面紋理上，從而提供 分級結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，較小表面紋理截留空氣，而較大表面紋理并不截留空氣。在一 不同實(shí)施例中，較大表面紋理截留空氣，而較小表面紋理并不截留空氣。因此形成的界面部 分地取決于節(jié)距大小、紋理圖案和/或用于制備表面紋理的基質(zhì)材料，如在下文中更詳細(xì) 地描述。在一特定實(shí)施例中，第一界面拒斥第一源自宿主的物質(zhì)的附著，并且第二界面促進(jìn) 第二源自宿主的物質(zhì)的附著。例如，第一源自宿主的物質(zhì)可以是微生物，而第二源自宿主的 物質(zhì)可以是宿主細(xì)胞。在另一實(shí)例中，第一源自宿主的物質(zhì)是蛋白質(zhì)，而第二源自組織的物 質(zhì)是宿主組織。在某些實(shí)施例中，第一源自宿主的物質(zhì)對于一個紋理而言為疏水性的并且 第二源自宿主的物質(zhì)對于不同的紋理而言是疏水性的。在其它實(shí)施例中，第一源自宿主的 物質(zhì)是蛋白質(zhì)，而第二源自宿主的物質(zhì)是宿主組織。
[0053] 在另外的實(shí)施例中，在植入于宿主組織中的情況下，至少一個表面紋理的表面電 荷增加從而使得水更強(qiáng)固地結(jié)合到基質(zhì)表面，但是結(jié)合也并非太強(qiáng)固到以致于會排除結(jié)合 到所述基質(zhì)表面的水分子與在宿主組織中周圍水的交換的程度。舉例而言，水層可以粘附 到該裝置的表面并且所述水層減小了蛋白質(zhì)分子到所述紋理化表面的吸附率，相對于包括 無表面紋理的所述基質(zhì)的裝置而言。而且，水層可以粘附到該裝置的表面紋理上，使得水層 減小了蛋白質(zhì)分子到紋理化表面的吸附率，相對于無表面紋理的裝置而言。
[0054] 在特定實(shí)施例中，其中基質(zhì)為多孔性的。例如，基質(zhì)可以包括三維互連的孔隙。
[0055] 在某些實(shí)施例中，第一表面紋理當(dāng)植入于宿主組織中時形成Cassie狀態(tài)，且第二 表面紋理當(dāng)植入于宿主組織中時形成Wenzel狀態(tài)。在另外的實(shí)施例中，表面紋理中的至少 一個包括嵌入于基質(zhì)內(nèi)并且從基質(zhì)突伸的纖維，并且纖維以與該裝置的其它表面紋理的節(jié) 距不同的至少一個空間尺度而分叉至少一次。在又一實(shí)施例中，所述表面紋理中的至少一 個包括在兩端處嵌入于所述基質(zhì)中的纖維并且所述纖維從所述基質(zhì)突伸，并且所述纖維形 成具有與醫(yī)療裝置的其它表面紋理的節(jié)距不同的至少一個直徑的環(huán)。
[0056] 在某些實(shí)施例中，表面紋理可以包括或類似于某些數(shù)學(xué)分形形狀。例如，在某些實(shí) 施例中，至少一個表面紋理包括科赫雪花圖案、謝爾平斯基鏤墊圖案、阿波羅墊片圖案，或 者擴(kuò)散限制聚集圖案。
[0057] 在某些實(shí)施例中，前述可植入的醫(yī)療裝置包括兩側(cè)，諸如薄片結(jié)構(gòu)，其中兩側(cè)具有 不同的表面紋理圖案。在一實(shí)施例中，表面紋理與存在于宿主組織中的液體形成界面，其中 至少一個表面紋理在裝置與組織之間截留空氣并且至少一個其它表面紋理并不在裝置與 組織之間截留空氣，且其中所得到的界面在一側(cè)生成至少5°的接觸滯后角，（例如，接觸角 滯后可以是至少5度至約90度，至少5度至約75度，或約10度至約75度的范圍)，并且在 裝置的另一側(cè)上形成小于5度的接觸滯后角（例如，約0. 1至小于5度，或更特別地，約0. 5 至小于5度，或者更特別地，約0. 5至約3度的角）。
[0058] 應(yīng)了解本公開的結(jié)構(gòu)并非預(yù)期為嚴(yán)格地超疏水的，并且不應(yīng)在此基礎(chǔ)上加以限 制。例如，典型親水材料可以通過添加表面結(jié)構(gòu)而變得疏水性更強(qiáng)，但這種添加并不需要表 面為超疏水性的，根據(jù)常用定義。
[0059] 雖然并不受任何特定理論界定，可植入的醫(yī)療裝置還可以根據(jù)如下文所描述的原 理所解釋那樣來進(jìn)一步理解。相互作用的尺度由可植入裝置的表面紋理的空間尺寸來限 定。在某些實(shí)施例中，表面紋理是分級的，表示給定尺寸的一個紋理施加到較大尺寸的第二 紋理上。分級設(shè)計(jì)的特征在于至少兩個空間尺度。一個尺度通常為大約數(shù)十微米（μπι)并 且另尺度約為數(shù)百納米至數(shù)微米。表面紋理可以引起在前移接觸角與后退接觸角之間具有 較大差異的一種狀態(tài)(接觸角滯后)，或者替代地具有較小接觸角滯后的另一狀態(tài)。相關(guān)的 狀態(tài)和原位模擬/類似狀態(tài)分別被稱作Wenzel和Cassie狀態(tài)。分級空間尺度中的每一個 可單獨(dú)地引起Wenzel或Cassie狀態(tài)，使得在大量空間尺度上能有多種組合。
[0060] 通常，這些狀態(tài)的特征在于三相接觸，并且典型地由固相、液相和氣相組成。通過 表面紋理的維度而起始/引發(fā)這些相接觸。由于這種氣態(tài)組分通過液體蒸發(fā)到氣體域和 氣體溶解到液體域內(nèi)的組合而最終在體內(nèi)消耗，Cassie狀態(tài)在活體組織中可以最終發(fā)展為 Wenzel 狀態(tài)。
[0061] 本公開涉及包括紋理的可植入材料，當(dāng)向哺乳動物體中的水性環(huán)境暴露時紋理最 初形成Cassie和Wenzel狀態(tài)。這些狀態(tài)原位發(fā)展，并且其進(jìn)化類似狀態(tài)與典型Wenzel 和Cassie狀態(tài)的不同之處在于它們涉及固體親水相、液體疏水相、和液體親水相或者固體 疏水相、液體親水相、和液體疏水相。在這些修改的Wenzel和Cassie狀態(tài)，類似于典型氣 相的截留相為液體疏水相。替代地，截留的氣相優(yōu)先被液體親水相取代。在此替代構(gòu)造中， 其它相中的至少一個是疏水性的。
[0062] 當(dāng)三相彼此接觸時典型地發(fā)生Cassie和Wenzel現(xiàn)象。例如，可以使一個固相與 兩個液相接觸，兩個液相的疏水性不同。在體內(nèi)，相應(yīng)狀態(tài)導(dǎo)致在植入物上在Cassie狀態(tài) 形成并且保持液體親水膜并且在Wenzel狀態(tài)保持組織(包含脂質(zhì))。這些是在臨床上適于 將植入物定位于活體組織內(nèi)的有用特質(zhì)。
[0063] 在Cassie狀態(tài)，植入物對抗細(xì)胞粘附。在Wenzel狀態(tài)，植入物可逆地粘著到組 織。在其中一個紋理尺度為Wenzel并且另一個紋理尺度為Cassie的混合Cassie-Wenzel 狀態(tài)，植入物可以定位成受剪切為組織表面并且在剝離時可釋放。剪切為植入物平行于組 織表面的運(yùn)動，而剝離是植入物垂直于組織表面的運(yùn)動。在臨床上，具有高剪切力的植入物 抵抗在體內(nèi)遷移并且具有低剝離力的植入物可以由臨床醫(yī)生在外科手術(shù)程序期間容易地 重新定位。
[0064] 植入物的相反側(cè)可以朝向一側(cè)上的組織位置受偏壓并且在另一側(cè)上抵抗組織粘 附，同時兩側(cè)可以在更大或更小程度上表現(xiàn)出兩種性質(zhì)。Wenzel強(qiáng)于Cassie或者Cassie 強(qiáng)于Wenzel可以隨著時間隨著植入物的外表面通過水解或酶促降解而被移除來發(fā)展/演 進(jìn)。在特定情況下，可以在植入物內(nèi)調(diào)制各種結(jié)構(gòu)尺度的空間頻率使得隨著植入物溶解，其 隨著植入物的表面層被移除而呈現(xiàn)變化的空間頻率。
[0065] 替代地，可以選擇表面紋理使得一側(cè)相對于具備低表面積的第二側(cè)而言具有高表 面積。
[0066] 替代地，可以選擇表面紋理以調(diào)制單個植入材料的疏水性來相對于植入物的區(qū)域 或整個側(cè)部而不同地控制吸收性、生物降解和藥物洗脫。
[0067] 在氣態(tài)環(huán)境中固體紋理化表面與水的相互作用由Cassie-Baxter模型描述。在 這種模型中，空氣被截留在紋理化表面的微槽中并且小水滴擱置在包括空氣和微突起頂部 的復(fù)合表面上。在紋理的多個尺度之間的分形維數(shù)的重要性是熟知的并且許多方案已經(jīng)是 基于分形貢獻(xiàn)，即，在不同尺度紋理之間的維度關(guān)系。然而，與所用材料(有機(jī)或無機(jī)）和表 面紋理的幾何結(jié)構(gòu)(粒子、桿陣列或孔隙）無關(guān)，一直需要多個紋理尺度與低表面能量相組 合以獲得所謂的超疏水表面。
[0068] 超疏水性以各種方式被報告為表現(xiàn)出與水的接觸角比利用平滑但較強(qiáng)疏水材料 可實(shí)現(xiàn)的接觸角更大的材料。對于超疏水物質(zhì)的最小接觸角的共識/ 一致看法為150度， 因此，在本文的上下文中，本公開的大部分實(shí)施例并不嚴(yán)格地為超疏水性的，因?yàn)楸竟_的 最終狀態(tài)并非典型的氣體捕獲狀態(tài)，而是氣體被疏水相取代。
[0069] 疏水表面排斥水。可以例如通過確定在表面上的水滴的接觸角來測量表面的疏水 性?？梢砸造o態(tài)或動態(tài)來測量接觸角。動態(tài)接觸角測量可包括確定相對于諸如水滴這樣的 粘著物種的前移接觸角或后退接觸角。在前移接觸角與后退接觸角之間具有較大差異（即， 高接觸角滯后）的疏水表面呈現(xiàn)臨床上希望的性質(zhì)。水或濕潤組織可以在具有低接觸角滯 后的表面上比在具有高接觸角滯后的整個表面上更容易行進(jìn)，因此接觸角滯后的量值可以 等于使物質(zhì)在整個受剪表面上移動所需的能量。在體內(nèi)，高接觸角減小了原位植入的移動 性。
[0070] 表面紋理研究的一個動機(jī)是荷葉，由于凸胞乳突和隨機(jī)定向的疏水蠟小管的分級 結(jié)構(gòu)，荷葉是超疏水性的，凸胞乳突和隨機(jī)定向的疏水蠟小管的分級結(jié)構(gòu)與水具有高接觸 角和低接觸角滯后并且表現(xiàn)出強(qiáng)的自清潔性質(zhì)。被調(diào)查的一結(jié)構(gòu)是紅玫瑰花瓣，其具有被 裝飾有周向布置和軸向?qū)蛲辜沟耐拱橥坏姆旨壗Y(jié)構(gòu)，其具有中等接觸角和高接觸角滯 后。
[0071] 暫時考慮單個紋理尺度，當(dāng)水放置于紋理化表面上時，其可以置于紋理的峰上或 者芯吸到谷內(nèi)。前者被稱作Cassie狀態(tài)，而后者被稱作Wenzel狀態(tài)。當(dāng)Wenzel狀態(tài)占優(yōu) 勢時，接觸角和接觸角滯后隨著表面粗糙度增加而增加。然而，當(dāng)粗糙度系數(shù)超過臨界水平 時，接觸角繼續(xù)增加，而滯后開始減小。在此點(diǎn)，占優(yōu)勢的濕潤行為變化，這歸因于在表面與 小水滴之間的界面處所截留的空氣量的增加。在本文上下文中，氣態(tài)被疏水狀態(tài)(例如，月旨 質(zhì))取代。疏水狀態(tài)可以是源自宿主組織的液體或固體。在混合Wenzel-Cassie狀態(tài)，能具 有高接觸角和高接觸角滯后。
[0072] 水具有偶極結(jié)構(gòu)，偶極結(jié)構(gòu)使得其對于帶電荷的任何其它物質(zhì)有吸引力。位于分 子上的特定位置處的具有多余電荷/電荷盈余的可植入物分子使得分子具有親水性。在聚 合物的情況下，電荷可以締合，并且塊體物質(zhì)可以具有宏觀表面電荷。并且在這樣的宏觀集 合體中，這些材料具有較強(qiáng)吸水性。并且當(dāng)這些宏觀電荷位置與表面紋理相關(guān)聯(lián)/締合時， 那么植入材料變得超親水性。
[0073] 術(shù)語超親水性在文獻(xiàn)中具有各種意義，并且在許多情況下，簡單地指對于相同物 質(zhì)的平坦表面使物質(zhì)更親水，或者減小接觸角。此處，其表示增強(qiáng)表面電荷和表面能量使得 水總是結(jié)合到基質(zhì)表面上，即使任何特定水分子可在植入物表面上具有短停留時間。
[0074] 應(yīng)了解本公開的這些結(jié)構(gòu)中的任何結(jié)構(gòu)在植入時在傳統(tǒng)意義上都不是嚴(yán)格超疏 水性的，并且不應(yīng)基于此而受到限制。例如，可以通過添加表面結(jié)構(gòu)而使得典型親水材料具 有更強(qiáng)的疏水性，但這種添加并不需要該表面在常用定義上為超疏水性的。特別地，與露天 液體接觸的超疏水表面當(dāng)植入于諸如活體組織這樣的濕潤環(huán)境中時并非超疏水的。因此， 雖然本公開在體外為超疏水的，它們在植入時并非超疏水的。
[0075] 當(dāng)水接觸角在露天大于150度時，表面被定義為超疏水性的。在平滑表面上小水 滴的最高接觸角由包括平滑表面的分子的電子結(jié)構(gòu)而決定，并且大約為120度。例如，CF 3 基團(tuán)具有6. 7 mj/m2的低表面能量。
[0076] 超過120度的接觸角，精細(xì)的表面粗糙度變成增加接觸角的主導(dǎo)因素。負(fù)責(zé)表面 粗糙度效應(yīng)的這種機(jī)制由Wenzel提出并且后來由Cassie和Baxter提出。因此，超疏水表 面必須具有一定表面粗糙度。能通過使用紋理而使親水物質(zhì)變成疏水的。下面是接觸角的 原始推導(dǎo)和植入物環(huán)境的設(shè)計(jì)原理，并且因此不是公知的，并且構(gòu)成本公開的教導(dǎo)內(nèi)容。
[0077] 水與平滑表面的相互作用由楊氏角r.y表征，并且可濕度由楊氏方程量化，

【權(quán)利要求】
1. 一種可植入的醫(yī)療裝置，其包括在基質(zhì)上的至少兩個表面紋理，其中在植入于宿主 組織中時，所述表面紋理與存在于所述宿主組織中的液體形成界面，其中 所述表面紋理的一部分接觸存在于所述宿主組織中的脂質(zhì)以形成第一界面； 所述表面紋理的一部分接觸存在于所述宿主組織中的水以形成第二界面；以及 所述表面紋理的一部分在所述裝置與所述宿主組織之間截留空氣； 其中所述界面具有至少5度的接觸滯后角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，在一段時間之后，所述截留 的空氣由源自所述宿主組織的脂質(zhì)取代。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，用于相對于宿主組織平移 所述可植入醫(yī)療裝置的剪切力超過每平方厘米50克。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，在一段時間之后，所述界面 包括：a)固體親水相，b)液體疏水相；以及c)液體親水相。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，在一段時間之后，所述截留 的空氣由源自所述宿主組織的疏水性材料取代。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理包括親水性 可吸收材料，所述親水性可吸收材料由于所述表面紋理而親水性更弱，并且所述表面紋理 減小了在所述宿主組織中所述醫(yī)療裝置的吸收率或適形變化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理包括疏水性 可吸收材料，所述疏水性可吸收材料由于表面紋理而疏水性更弱，并且所述表面紋理增加 了所述醫(yī)療裝置在所述宿主組織中的吸收率或適形變化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，至少一個表面紋理包括可 吸收材料，其中所述醫(yī)療裝置的所述至少一個表面紋理通過吸收而修改使得所述至少一個 表面紋理在所述醫(yī)療裝置受吸收時變得更多地濕潤或更少地濕潤。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理在所述宿主 組織中具有一定吸收率，所述表面紋理在第一時間間隔減輕了組織粘附和植入物遷移，并 且在第二時間間隔變成平滑、親水、快速吸收和非纖維化材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理中的至少一 個包括10納米至1微米的較小節(jié)距，并且至少一個其它表面紋理包括2微米至100微米的 較大節(jié)距，其中所述較小節(jié)距表面紋理安置于所述較大節(jié)距表面紋理上，其中當(dāng)植入所述 醫(yī)療裝置時，與活體組織形成至少兩個界面，其中所述至少一個界面拒斥所述第一源自宿 主的物質(zhì)的附著，并且至少一個其它界面促進(jìn)了第二源自宿主的物質(zhì)附著。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述第一源自宿主的物 質(zhì)對于一個紋理而言為疏水性的并且所述第二源自宿主的物質(zhì)對于不同的紋理是疏水性 的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述第一源自宿主的物 質(zhì)是蛋白質(zhì)并且所述第二源自宿主的物質(zhì)是宿主組織。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，在植入于所述宿主組織中 時，形成第一界面，其中所述第一界面的至少一個表面紋理增加了用于相對于所述宿主組 織表面平移所述植入物所需的力，并且形成第二界面，其中所述界面的所述表面電荷和表 面能量使得水與所述第二界面的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)于與所述第一界面的關(guān)聯(lián)性。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，水層粘附到一個或多個 表面紋理并且脂質(zhì)層粘附到所述裝置的一個或多個表面區(qū)域，只要所述水和脂質(zhì)層占據(jù)不 同的表面區(qū)域。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述基質(zhì)為多孔性的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理中的至少一 個當(dāng)植入于宿主組織中時形成Cassie狀態(tài)，并且所述表面紋理中的至少一個當(dāng)植入于所 述宿主組織中時形成Wenzel狀態(tài)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理中的至少一 個包括嵌入于所述基質(zhì)內(nèi)并且從所述基質(zhì)突伸的纖維，并且所述纖維以不同于所述醫(yī)療裝 置的其它表面紋理的節(jié)距的至少一個空間尺度分叉至少一次。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理中的至少一 個包括在兩端嵌入于所述基質(zhì)內(nèi)的纖維，使得所述纖維從所述基質(zhì)突伸并且形成環(huán)，所述 環(huán)具有不同于所述醫(yī)療裝置的其它表面紋理的節(jié)距的至少一個直徑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，至少一個表面紋理包括科 赫雪花圖案。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，至少一個表面紋理包括謝 爾平斯基鏤墊圖案。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，至少一個表面紋理包括阿 波羅墊片圖案。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，至少一個表面紋理包括擴(kuò) 散限制聚集圖案。
23. -種可植入醫(yī)療裝置，包括兩個側(cè)部，每個側(cè)部在基質(zhì)上包括表面紋理，其中在植 入于宿主組織中時，所述表面紋理與存在于所述宿主組織中的液體形成界面，其中 所述表面紋理的一部分接觸存在于所述宿主組織中的脂質(zhì)以形成第一界面； 所述表面紋理的一部分接觸存在于所述宿主組織中的水以形成第二界面；以及 所述表面紋理的一部分在所述裝置與所述宿主組織之間截留空氣； 其中所述界面具有至少5度的接觸滯后角，并且其中所述形成的界面在所述裝置的一 側(cè)上生成至少5度接觸滯后角并且在所述裝置的另一側(cè)上生成小于5°的接觸滯后角。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，在一段時間之后，所述界 面包括：a)固體親水相，b)液體疏水相；以及c)液體親水相。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述截留的空氣在一段 時間后由液體疏水性物質(zhì)取代。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，至少一個側(cè)部包括親水 性可吸收材料，其中所述親水性可吸收材料由于添加了表面紋理而變得親水性更弱，并且 所述表面紋理減小了述醫(yī)療裝置在所述宿主組織中的吸收率或適形變化。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，至少一個側(cè)部包括疏水 性可吸收材料，其中所述疏水性可吸收材料由于表面紋理而變得疏水性更弱，并且所述表 面紋理增加了所述醫(yī)療裝置在原位的吸收率或適形變化。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，在至少一個側(cè)部上的至 少一個表面紋理包括可吸收材料，其中所述至少一個表面紋理通過吸收而得以修改，從而 使得所述至少一個表面紋理在所述醫(yī)療裝置受吸收時變得更多地濕潤或更少地濕潤。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理在所述宿 主組織中具有一定吸收率，其在原位減輕在一側(cè)上的植入物遷移和所述另一側(cè)上的組織粘 附。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，至少一個側(cè)部包括所述 表面紋理的至少一個，包括10納米至1微米的較小節(jié)距，并且至少一個其它表面紋理包括 2微米至100微米的較大節(jié)距，其中所述較小節(jié)距表面紋理安置于所述較大節(jié)距表面紋理 上，其中當(dāng)植入所述醫(yī)療裝置時，與活體組織形成至少兩個界面，其中所述至少一個界面拒 斥所述第一源自宿主的物質(zhì)的附著，并且至少一個其它界面促進(jìn)了第二源自宿主的物質(zhì)附 著。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，在植入于所述宿主組織 中時，在所述裝置的第一側(cè)上的至少一個表面紋理比所述裝置第二側(cè)上的至少一個表面紋 理更快地吸收。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的可植入的醫(yī)療裝置，其特征在于，所述表面紋理中的至少 一個當(dāng)植入于宿主組織中時形成Cassie狀態(tài)，并且至少一個其它表面紋理當(dāng)植入于所述 宿主組織中時形成Wenzel狀態(tài)。
【文檔編號】A61F2/02GK104321034SQ201380016282
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月11日
【發(fā)明者】L.布呂赫爾, M.米爾博克 申請人:Bvw控股公司