CN103656701A - 一种适用于生物可降解支架的低温灭菌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械领域。具体而言，本发明涉及医疗器械的灭菌技术，特别是一种适用于生物可降解支架的低温灭菌方法。本发明采用低温、低湿的环氧乙烷灭菌的方法对可降解支架进行灭菌。该方法在灭菌过程中对高分子的分子链结构不会产生影响，灭菌后支架材料的分子量与灭菌前相比几乎没有下降，灭菌后可降解支架的结晶度、韧性、强度等性能也不发生显著变化，从而解决了现有的EO灭菌对可降解高分子材料的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域。具体而言，本发明涉及医疗器械的灭菌技术，特别是一种适用于生物可降解支架的低温灭菌方法。
背景技术
支架是目前最常用的血管成形术中的器械之一，用于治疗各种疾病导致的管腔狭窄。由于现有的金属支架长期滞留人体内，会引发支架内血栓形成和血管晚期再狭窄，因此生物可降解的高分子支架成为了新一代血管支架的研究热点。灭菌是支架制造和生产中必不可少的一道环节，现有的金属支架（特别是药物支架）灭菌主要是较高温下以环氧乙烷（EO）的方式进行。环氧乙烷的灭菌机理是利用扩散能力强、穿透能力快的环氧乙烷气体分子与细菌蛋白质分子、酶、核酸中的氨基、羟基、羧基或巯基相结合，对菌体细胞的代谢产生不可逆的破坏，从而杀灭细菌。在环氧乙烷作用的过程中，必须有温度和水两个因素的辅助，温度增强EO的灭活能力，水分子促进蛋白质变性，所以目前的环氧乙烷灭菌的温度范围一般为40-55℃。
EO灭菌涉及四要素：温度、湿度、浓度和时间。温度达到60℃以上，EO就会发生聚合，因此灭菌最适宜的温度是55℃左右。在40℃以下，温度每升高10℃，对芽孢的杀灭率提高一倍；40~55℃，杀菌效果不随温度增加而增加。水提供了灭菌的介质，既能促进EO开环，又能促使微生物蛋白质变性。当相对湿度为30%~60%时，杀菌效果是最佳的，湿度小于20%或者大于80%，杀菌效果减弱。EO浓度与杀菌效果的关系，根据不同的温度来定，40℃以下，EO浓度越高，杀菌效率越高；40℃以上这种关系不明显。浓度高也会造成其他负面影响，比如EO残留量大，对产品解析造成困难等。灭菌时间越长，灭活效果越好。
可降解高分子支架与传统的金属支架不同，具有不耐高温、不耐潮湿、抗辐射性能差、性能不稳定等弱点，所以金属支架的灭菌方法或者灭菌参数不适用于可降解高分子支架。环氧乙烷灭菌要求支架长时间置于较高温、潮湿环境中，会导致可降解高分子的性质发生变化，比如水解、结晶等。
由于EO灭菌的这些问题，目前也有一些研究利用电子束或者伽马射线的方法对可降解支架进行辐射灭菌，但是辐射灭菌对高分子的分子量损伤很大，也存在着较大的问题。
美国专利No.20110209442公开了一种利用电子束对可降解支架进行灭菌的方法，要求辐照剂量不得超过15kGy。另一篇美国专利No.7964136公开了一种利用伽马射线对可降解支架进行灭菌的方法，要求辐射剂量为2.5Mrad（转换等于25kGy），但在灭菌前必须使样品密封在惰性气体氛围中。
上述这些专利采用减小剂量、气体保护等方法，旨在尽量减小辐射灭菌过程对可降解高分子的损伤。但是高分子的分子量依然有20%-30%的下降。伴随着分子量下降，高分子的强度、降解周期都会降低，从而影响可降解支架的性能。
目前还未见环氧乙烷灭菌方法应用于可降解支架灭菌的报道。
发明内容
为了解决生物可降解支架的灭菌技术问题，克服现有技术中的不足和缺陷，本发明专利申请提供了一种灭菌方法，采用了低温、低湿的环氧乙烷灭菌的方法对可降解支架进行灭菌。该方法在灭菌过程对高分子的分子链结构不会产生影响，灭菌后支架材料的分子量与灭菌前相比几乎没有下降，灭菌后可降解支架的结晶度、韧性、强度等性能也不发生显著变化，从而解决了现有的EO灭菌对可降解高分子材料的不良影响。
具体而言，本发明提供一种适用于可降解聚合物支架的环氧乙烷灭菌方法，包括下列步骤：
提供可降解聚合物支架；
将支架压握到输送器上，并将支架连同输送器一起，采用透析袋进行密封包装；
送入灭菌室，然后设置EO灭菌参数：温度20-40℃，最优温度区间30-35℃；相对湿度20-60%，最优湿度区间35-50%；EO浓度500-800mg/L，最优区间600-700mg/L；灭菌时间4-8小时；以及
灭菌后对支架和输送器进行解析，解析温度20-45℃，最优区间25-30℃，时间大于24小时，解析环境是真空。
根据本发明，该支架可以是裸支架也可以是带药物涂层的支架。支架采用的高分子聚合物材料包括但不限于聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物、聚己内酯、聚二氧六环酮、聚酸酐、酪氨酸聚碳酸酯，及它们的共混物或共聚物等。根据材料及其组分的不同，支架在人体内的降解周期从两个月到三年可以任意选择。支架采用激光切割聚合物管材或者聚合物纤维编织的方法得到，形成圆柱形的网络结构，能够达到压缩和扩张的目的。
根据本发明，支架输送器包括球囊、导管、导丝、显影点、连接件等组成部分，导管和导丝起到将支架导入人体病变部位的作用，球囊起到扩张支架的作用，显影点起到在体内跟踪支架位置的作用。
根据本发明，灭菌室中的温度和湿度在达到平衡前，可以进行预热或预除湿的步骤。排出EO气体可以采用抽真空、通空气的方式反复进行换气，直到支架和输送器上的EO气体残留达到标准的要求。
灭菌后的支架分子量与灭菌前相比，下降的幅度不超过10%，力学性能维持在原水平上未见下降。支架和输送器的无菌测试结果显示，器械上存在存活微生物的概率能够达到标准YY/T 0615-1:2007所要求的1×10-6以下。EO残留量也在标准ISO10993所要求的10μg/cm2范围内。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面将结合实施例对本发明的优选方案进行描述。这些描述只是举例说明本发明方法的特征和优点，而非限制本发明的保护范围。
实施例一：
本实施例中用熔融挤出的方法得到聚（左旋乳酸-乙醇酸）共聚物（PLGA，其中两单体的共聚比例为85:15）管材，壁厚1.5mm，外径3mm。将上述管材用飞秒激光机切割成长度15mm的支架。利用压握机将支架压在输送器前端折叠好的球囊上，球囊平直段的长度要略大于支架长度。将带有支架的输送器放入盘管，并以透析袋进行密封包装。
将包装好的支架放入灭菌室，温度设置为35℃，相对湿度设置为45%，预加温加湿阶段过后，灭菌环境基本稳定。加入EO的浓度为600mg/L，使支架在EO环境中暴露时间为4小时。然后反复抽真空放气，排净EO气体，解析在产品上残留的EO，常温72小时后残留量即可满足灭菌标准的要求。
灭菌后的样品送检进行无菌测试和细胞毒测试（测试分别依据标准GB 18281.1-2000和GB/T 16886.5-2003进行），测试结果显示，支架和输送器均达到理想的灭菌效果，且细胞毒测试结果为1级。支架的径向支撑力与灭菌前在同一水平上，未见明显下降；支架的分子量下降6%，不会影响其降解行为。
实施例二：
本实施例用直径1mm的左旋聚乳酸（PLLA）纤维编织出了长度为12mm，外径3.5mm的可降解支架。将支架压握并以透析袋包装，放入灭菌室。灭菌温度设置为33℃，相对湿度为40%，EO浓度为700mg/L，灭菌暴露时间为6小时。灭菌后在30℃真空条件下解析72小时。
支架和输送器的EO残留量满足标准要求的10μg/cm2以下，产品表面及内部均无菌，细胞毒试验结果显示0级。支架的径向支撑力下降幅度不超过4%，分子量下降程度不超过6%，降解周期与灭菌前相比无变化。
实施例三：
本实施例中用熔融挤出的方法得到聚左旋乳酸（PLLA）管材，壁厚1.2mm，外径3.5mm，用飞秒激光机切割成18mm的支架。将药物雷帕霉素与外消旋聚乳酸（PDLLA）以1:1的比例共混，并溶于四氢呋喃，采用喷涂的工艺，在支架表面形成药物涂层。将该药物支架压握并以透析袋进行包装。
支架放入灭菌室后，设置温度32℃，湿度35%，EO浓度600mg/L，暴露时间4小时。常温真空解析72小时。
灭菌后用显微镜观察支架的表面，药物涂层完整，未发现涂层脱落或者开裂的现象。药物的HPLC测试结果表明，特征峰的面积和位置都未发生明显变化，药物结构和功能不受灭菌过程的影响。在体外测试药物释放曲线，3天内药物释放量达到60%，30天内药物释放量达到80%。30天后，用显微镜观察支架的表面，载药涂层与支架表面贴合良好，未出现鼓胀和脱落现象。
本发明的有益效果
本发明专利申请采用了一种不同于现有的灭菌方法，即环氧乙烷（EO）对生物可降解支架进行灭菌。灭菌参数特点是低温和低湿，区别于传统的金属支架。
灭菌后的支架分子量与灭菌前相比，下降的幅度不超过10%，力学性能维持在原水平上未见下降。支架和输送器的无菌测试结果显示，微生物杀灭率能够达到标准要求，EO残留量也在标准要求的范围内。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明方法进行若干改进和修饰，但这些改进和修饰也落入本发明权利要求请求保护的范围内。
Claims (7)
1.一种适用于可降解聚合物支架的环氧乙烷灭菌方法，包括下列步骤：
提供可降解聚合物支架；
将支架压握到输送器上，并将支架连同输送器一起，采用透析袋进行密封包装；
送入灭菌室，然后设置EO灭菌参数：温度20-40℃，最优温度区间30-35℃；相对湿度20-60%，最优湿度区间35-50%；EO浓度500-800mg/L，最优区间600-700mg/L；灭菌时间4-8小时；以及
灭菌后对支架和输送器进行解析，解析温度20-45℃，最优区间25-30℃，时间大于24小时，解析环境是真空。
2.权利要求1所述的方法，其中支架是裸支架，或是带药物涂层的支架。
3.权利要求1或2所述的方法，其中支架采用的高分子聚合物材料包括但不限于，聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物、聚己内酯、聚二氧六环酮、聚酸酐、酪氨酸聚碳酸酯，及它们的共混物或共聚物。
4.前述权利要求任一项所述的方法，其中根据材料及其组分的不同，支架在人体内的降解周期从两个月到三年任意选择。
5.前述权利要求任一项所述的方法，其中支架采用激光切割聚合物管材或者聚合物纤维编织的方法得到，形成圆柱形的网络结构，能够压缩和扩张。
6.前述权利要求任一项所述的方法，其中支架输送器包括球囊、导管、导丝、显影点和连接件组成部分。
7.前述权利要求任一项所述的方法，其中灭菌室中的温度和湿度在达到平衡前，可以进行预热或预除湿的步骤，排出EO气体可以采用抽真空、通空气的方式反复进行换气，直到支架和输送器上的EO气体残留达到标准要求。
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