面向血管支架表面涂層的超聲波噴涂技術(shù)研究.pdf

1、隨著血管支架在介入醫(yī)療中的廣泛普及，功能化涂層的制備技術(shù)日益多樣化。在諸多方法中，超聲噴涂技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù)扮演著越來(lái)越重要的角色，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究有利于指導(dǎo)血管支架涂層制備工藝的開(kāi)發(fā)，增加工藝可靠性，實(shí)現(xiàn)涂層質(zhì)量的優(yōu)化并降低研發(fā)成本。
　　 本文針對(duì)用于微小器械表面處理的高精度超聲噴涂系統(tǒng)，致力于將超聲噴涂技術(shù)與血管支架的涂層制備相結(jié)合，達(dá)到指導(dǎo)工藝開(kāi)發(fā)，優(yōu)化涂層質(zhì)量的目的。文章總體按照物理數(shù)學(xué)建模，流體力學(xué)仿真，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)與

2、分析，工藝開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的路線進(jìn)行研究，最終成功開(kāi)發(fā)出藥物緩釋血管支架(DES)，內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 首先研究超聲霧化噴嘴的工作原理，包括噴嘴內(nèi)部波動(dòng)方程以及振幅放大比等等；在此基礎(chǔ)上，建立超聲波霧化物理模型，推導(dǎo)出超聲波噴霧粒徑方程，并研究關(guān)鍵參數(shù)如功率、黏度、表面張力等對(duì)霧化粒徑的影響。理論結(jié)果表明，超聲波霧化過(guò)程中，氣體壓力、超聲波頻率增加導(dǎo)致霧化粒徑減小，液體表面張力增加則導(dǎo)致霧化粒徑增加；而功率、黏度對(duì)粒徑的影響

3、基本可以忽略。
　　 其次基于建立的超聲霧化模型，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模擬超聲霧化過(guò)程以及氣相作用下的噴霧運(yùn)動(dòng)過(guò)程。一方面研究霧化粒徑隨各參數(shù)的變化規(guī)律，彌補(bǔ)完善已建立的數(shù)學(xué)模型；另一方面，研究噴霧粒子群的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及噴霧形貌的變化規(guī)律。研究結(jié)果驗(yàn)證了超聲波頻率以及表面張力對(duì)霧化粒徑的影響規(guī)律，總結(jié)和定義超聲霧化過(guò)程的三種霧化模式：亞霧化模式、理想霧化模式以及射流霧化模式。此外，關(guān)于噴霧運(yùn)動(dòng)的CFD模擬結(jié)果表明噴霧粒子在

4、運(yùn)動(dòng)過(guò)程中呈緩慢減小趨勢(shì)，沒(méi)有出現(xiàn)二次破碎，部分出現(xiàn)碰撞合并現(xiàn)象，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明碰撞概率與氣體壓力成反比，且占總數(shù)的比例較小。此外噴霧截面噴霧粒子濃度呈正態(tài)分布，實(shí)際噴涂時(shí)須合理控制血管支架軸向位移，消除截面分布對(duì)涂層的影響。
　　 接下來(lái)，針對(duì)Medi-coat噴涂系統(tǒng)設(shè)計(jì)超聲噴霧粒徑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究工藝參數(shù)如功率、氣體壓力等對(duì)噴霧粒徑的影響并驗(yàn)證噴霧粒徑方程的合理性；結(jié)果表明功率、流量以及氣體壓力影響超聲波霧化模式，當(dāng)功率減小，流

5、量增大時(shí)，噴霧粒徑增大；而當(dāng)氣相壓力和噴霧截面變化時(shí)，噴霧粒徑變化很小，意味著氣相作用下超聲波噴霧較為穩(wěn)定；在粒徑分布方面，當(dāng)流量增加時(shí)，噴霧粒徑分布變窄；此外，超聲噴霧粒子在氣相作用下沒(méi)有出現(xiàn)二次破碎，在近噴嘴位置，粒子間易出現(xiàn)合并現(xiàn)象，但占總數(shù)比例較小。最后，利用Rosin-Rammler分布擬合超聲噴霧粒徑均勻度指數(shù)在7.11～11.48之間，優(yōu)于常規(guī)噴涂技術(shù)獲得的噴霧質(zhì)量，且噴霧可控性、操作靈活性、節(jié)能性大大提高。
　　

6、 最后，基于超聲霧化噴涂模型以及實(shí)驗(yàn)研究成果，建立血管支架表面涂層超聲波噴涂工藝參數(shù)模型；通過(guò)對(duì)影響支架涂層表面質(zhì)量的各項(xiàng)工藝參數(shù)分析研究，給出了各種形貌的形成機(jī)理以及各項(xiàng)工藝參數(shù)對(duì)涂層制備的影響。在此基礎(chǔ)上制定了以四氫呋喃作為溶劑，以30％PEO-PSF作為涂層材料的正交實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得出流量、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)是影響涂層質(zhì)量的主要因素，并依據(jù)優(yōu)化的工藝參數(shù)組，進(jìn)行支架涂層制備的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，消除了常見(jiàn)的厚邊、橋接、凹凸等