血管支架超声喷涂工艺：原理、优化与应用进展

　　摘要

　　血管支架表面涂层技术是决定药物洗脱支架临床疗效的关键因素。超声喷涂工艺凭借其雾化均匀、可控性强、

适用于复杂三维结构等优势，已成为血管支架涂层制备的主流技术。本文系统阐述了超声喷涂的基本原理与雾化

模式，分析了工艺参数对涂层质量的影响规律，探讨了支架表面预处理的重要性，并结合最新研究进展介绍了多层

涂层设计与可降解支架应用。研究表明，通过优化超声功率、载气压力、溶液浓度等参数，可获得均匀致密、

无缺陷的支架涂层，显著提升支架的生物学性能。

　　关键词：血管支架；超声喷涂；药物洗脱支架；涂层工艺；雾化特性

　　1引言

　　心血管疾病是全球范围内导致死亡的主要原因之一，经皮冠状动脉介入治疗已成为治疗冠状动脉狭窄的主要

手段。从最初的金属裸支架到药物洗脱支架，再到近年兴起的生物可吸收支架，支架技术的每一次进步都伴随着

表面涂层工艺的革新。

　　药物洗脱支架的核心结构包括支架平台、药物载体涂层和抗增殖药物三大部分。涂层不仅是药物载体，更是

支架与血管壁之间的重要媒介，直接影响药物释放动力学和支架的生物相容性。传统的涂层制备方法如浸涂、旋涂

等，难以在支架复杂的三维网格结构上实现均匀涂覆。超声喷涂技术因其雾化液滴细小（微米级）、涂覆均匀、

材料利用率高等特点，已成为血管支架涂层制备的理想选择。

　　2超声喷涂工艺原理

　　2.1超声波雾化机理

　　超声喷涂的核心是超声波雾化过程。当高频超声振动作用于液体时，液体表面产生毛细波，当振动幅度超过

临界值时，液滴从波峰处脱离形成雾化液滴。基于超声雾化物理模型，可建立雾化粒径与工艺参数之间的定量关系。

　　研究表明，超声雾化过程存在三种雾化模式：亚雾化模式、理想雾化模式和射流雾化模式。其中理想雾化模式

可获得粒径均匀的雾滴，是实现高质量涂层的关键状态。通过建立超声雾化临界振幅方程和理想雾化模式下的雾化

体积方程，可指导工艺参数的合理选择。

　　2.2雾化粒径特性

　　超声喷雾的粒径分布直接影响涂层质量。粒径检测实验表明，超声波喷雾过程中少量粒子会发生碰撞合并，

但喷雾质量总体稳定，粒径尺寸控制在10μm左右。采用Rosin-Rammler分布拟合超声喷雾粒径均匀度，发现其

均匀度指数在7.11～11.48之间，相比传统喷雾技术，超声喷涂的雾化均匀性和可控性显著提高。更先进的装置

甚至可将雾粒直径降至1~3μm，进一步提升了涂层精度。

　　3关键工艺参数与优化策略

　　3.1主要工艺参数及其影响

　　超声喷涂工艺涉及多个可调参数，各参数之间相互耦合，共同决定最终涂层质量。核心工艺参数包括：

　　超声功率：影响雾化液滴的粒径和喷雾速率。功率过低导致雾化不充分，功率过高则可能引起溶剂快速挥发，

造成涂层不均匀。实验表明，雾化电流控制在0.18A左右可获得最佳喷涂效果。

　　载气压力：决定雾滴的输送速度和冲击力。载气压力过高会使液滴在到达基底前过度干燥，形成颗粒状沉积；

压力过低则液滴难以有效附着。优化研究显示，载气压力在2~80psi范围内需根据溶液体系进行精确调节。

　　溶液浓度：影响涂层厚度和药物载量。以PCL涂层为例，1.0%浓度溶液可获得扩散控制的均匀释放曲线，

而2.5%浓度则需配合层数调控以避免药物突释。对于sirolimus涂层，通过调节溶液浓度（1.0%~2.5%）和

喷涂层数（3~7层），可将药物载量从51μg精确调控至415μg。

　　喷涂行程与支架运动：支架的径向转速和轴向进给速度直接影响涂层均匀性。正交实验结果表明，加工行

程数、载气压力、径向转速和轴向进给速度对涂覆量均有极显著性影响，优化参数组合为行程数25次、载气

压力2Psi、径向转速60rpm、轴向进给速度1mm/s。

　　3.2工艺参数优化方法

　　建立系统的工艺优化方法对于获得高质量涂层至关重要。研究者通常采用正交实验设计，以涂层厚度、

表面形貌、药物释放曲线等为评价指标，筛选最佳参数组合。同时，计算流体动力学仿真可模拟超声雾化

微观过程，为参数优化提供理论指导。

　　4支架表面预处理与涂层质量控制

　　4.1表面预处理技术

　　支架表面状态直接影响涂层附着力。研究表明，采用酸洗预处理可有效去除316L不锈钢支架表面污物，

并使表面微粗糙化，从而提高涂层粘附能力。对于镁合金支架，阳极氧化处理可在表面形成Mg/O过渡层，

粗糙的多孔结构既增强了聚合物涂层的机械互锁，又提高了耐腐蚀性能。电化学测试表明，PCL涂层覆盖后，

WE43镁合金的质量损失降低至原来的四分之一，抗腐蚀性能显著提升。

　　4.2涂层质量评价

　　涂层质量评价包括宏观和微观两个层面。光学显微镜观察可初步判断涂层是否存在喷涂死角、表面平整

度等宏观缺陷。扫描电子显微镜、原子力显微镜和能谱分析则可揭示涂层的微观形貌、元素分布和表面粗糙

度。体外扩张实验是评价涂层力学完整性的重要手段，通过球囊多次扩张后观察涂层有无断裂、脱落或塑性

变形，可初步验证涂层的植入安全性。

　　5新型涂层体系与工艺拓展

　　5.1多层涂层设计

　　传统单层涂层难以同时满足药物释放动力学和生物相容性的多重需求。多层涂层设计为此提供了解决方案。

研究者开发了四层涂层结构：第一层为亲水性药物（如VEGF）与壳聚糖载体；第二层为PLLA屏蔽层，可加入

PEG调控释放速度；第三层为疏水性药物（如雷帕霉素）与PLLA载体；第四层为顶端屏蔽层。通过调节各层

聚合物组成和比例，可实现多种药物的程序性释放。

　　最新研究进一步提出了具有时空递送功能的三层涂层体系：采用电喷雾在管腔面选择性涂覆α-硫辛酸以

促进内皮化；采用超声喷涂在管腔外表面涂覆氢氧化镁和依维莫司以抑制平滑肌增殖和炎症；采用精密点印

技术递送多柔比星以实现早期再狭窄抑制。这种空间分离、时间协调的涂层策略在猪模型中证实可显著降低

血栓和炎症反应。

　　5.2可降解支架的应用挑战

　　随着生物可吸收支架的发展，超声喷涂工艺面临新的挑战。金属支架的涂层工艺参数不能直接移植于聚合物

支架，因为聚合物支架的热敏性和化学敏感性要求更温和的工艺条件。研究表明，即使同为聚合物支架，不同

聚合物组成（如乳酸含量、分子量、玻璃化转变温度）也会显著影响药物释放行为。因此，针对特定支架材料

开发专用的超声喷涂工艺是当前研究的重点方向。

　　6结语与展望

　　超声喷涂工艺已成为血管支架表面涂层制备的核心技术。通过理论分析、仿真模拟和实验验证相结合的方法，

研究者已建立了较为完善的工艺参数优化体系，能够有效消除涂层表面缺陷，实现药物载量和释放动力学的精确调控。

　　未来，超声喷涂工艺的发展将聚焦于以下几个方向：一是面向生物可吸收支架的低温、低应力喷涂工艺开发；

二是多层、多药物涂层的一体化喷涂技术；三是结合微纳加工技术实现涂层空间选择性沉积；四是建立更完善的

涂层质量在线监测与反馈控制系统。随着心血管介入治疗向精准化、个体化方向发展，超声喷涂工艺将继续在

支架表面工程领域发挥不可替代的作用。