CN101455861B

CN101455861B - 在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法

Info

Publication number: CN101455861B
Application number: CN 200810136618
Authority: CN
Inventors: 顾宁; 周雪锋; 江筱莉
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: CN101455861A

Abstract

本发明公开了一种在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法，包括以下步骤：(A)预处理医用导管高分子材料表面以获得亲水性吸附活性位；(B)将(A)步骤中预处理后医用导管高分子材料置入配置的润滑涂层前驱体溶液中浸渍吸附；(C)将(B)步骤中浸渍后的医用导管高分子材料进行嫁接反应；洗涤干燥即可。该方法可广泛使用在医用高分子材料和医疗器械表面的涂层材料的制备。

Description

在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法

技术领域

本发明属于医用聚合物材料表面改性方法领域，具体涉及了一种医用导管高分子聚合物材料表面合成润滑性聚合物涂层的制备方法。

背景技术

医用导管在疾病诊断及介入治疗、排污、化验等领域发挥着重要的作用。其中介入导管，例如冠状动脉导管、冠状动脉扩张管、球囊导管等是介入医学中使用较为重要的组成部分。介入医学是一种简便、安全、有效、微创和并发症少的技术，已成为与外科、内科并列的三大临床医学之一。在临床使用的医用导管中，介入导管技术含量高，附加值也高。例如经皮冠脉腔内成形术(PTCA)的导管耗材在一万元以上。在2005年我国与介入医疗器械与材料相关的市场销售额约为50亿人民币，在2015年，市场需求量有可能达到300～400亿元。

润滑性能是医用导管材料需考察的高端性能之一，表面润滑性不仅可以减少器官与导管之间界面的损伤，减轻病人的痛苦，而且可以减少血小板聚集和血纤维蛋白吸附，同时也可以减少细菌对材料表面的吸附。医用导管表面的润滑涂层可以使导管可以到达血管的末端区域，避免严重损伤；减少手术时间；降低插管力量；增强进入弯曲血管的能力；提供非常精密的推送力和扭矩控制，而且提供抗菌和血液相容性、药物释放功能。所以高润滑性，低摩擦阻力的医用导管为临床所期盼。

在医用导管高分子材料表面涂层是一种常见增强医用导管润滑性和降低摩擦力的一种手段。目前在医用导管高分子材料表面的涂层事一种基于强吸水性医用高分子聚合物。国内具有高润滑性的高端医用导管市场基本上依靠进口。国外的高润滑性导管的表面能够在体液和血液中大量吸附水分子，起到润滑作用。高润滑性导管的表面的润滑性亲水性聚合物主要有聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺基聚合物等。另外，采用聚硅氧烷形成三维网状结构的聚合物层作为过渡层，硅油为润滑层，同样可以得到耐久的润滑表面。为了提高表面嫁接率，一般采用改善反应溶液组成的办法。例如专利US5290585A1和US5179174A1采用紫外嫁接法制备聚乙烯吡咯烷酮，聚氧化乙烯为亲水性聚合物的一种柔韧的、润滑有机涂层，主要通过添加异氰酸盐、多羟基化合物提高嫁接率和稳定性；而专利US2002013549A1采用增加中间涂层，通过过渡层使得表面润滑涂层更加牢固；专利EP1667747A1通过添加一种氧敏感可聚合聚合物前驱体的方法，紫外嫁接得到稳定的润滑涂层。

在这些国外现有的高润滑性导管涂层制备当中，都是通过在高分子聚合物吸附溶液中加入提高嫁接率和稳定性的物质，主要目的在于增加嫁接反应的效果；由于这些物质的引入，增加了导管涂层中的有害物质和对环境的污染，也增加控制嫁接反应的难度。本发明正基于现有技术中在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的种种不利而来。

发明内容

本发明目的是提供一种在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法，该方法解决了现有技术中制备方法时引入有害物质以及嫁接反应难以控制等问题。

为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

一种在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法，包括以下步骤：

(A)预处理医用导管高分子材料表面以获得亲水性吸附活性位；

(B)将(A)步骤中预处理后医用导管高分子材料置入配置的润滑涂层前驱体溶液中浸渍吸附；

(C)将(B)步骤中浸渍后的医用导管高分子材料进行嫁接反应；洗涤干燥即可。

优选的，所述的步骤(A)中对医用导管高分子材料表面进行预处理是选用臭氧、离子溅射或紫外光照医用导管高分子材料表面，活化医用导管高分子材料表面获得亲水性吸附活性位，其处理时间为1～60min，处理温度10-40℃。

优选的，臭氧预处理时，臭氧浓度为1-50mg/L；或者离子溅射预处理时，其条件是：在氧气气氛下，离子溅射的功率为10～400W；或者紫外预处理时，紫外光照强度为1mW/cm²～10W/cm²。

优选的，所述步骤(A)中医用导管高分子材料选自医用级聚氨酯、聚氯乙烯、硅橡胶、聚酰胺和聚乙烯中的一种。

优选的，所述步骤(B)中的润滑涂层前驱体溶液选自丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、甘油、乙二醇、聚氨酯、壳聚糖和马来酸酐的一种或多种形成的共聚物或者水凝胶溶液。

优选的，所述步骤(B)中的润滑涂层前驱体溶液还包括溶剂、添加剂，所述的溶剂选自水、甲苯、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、环己烷，庚烷、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃或N-N二甲基甲酰胺中的一种或者几种的组合；所述的添加剂可以蓖麻油及其衍生物，过硫酸盐，光引发剂例如二苯甲酮，过氧化苯甲酰等，多羟基化合物例如乙二醇，聚乙二醇己二酸脂，三乙二醇二丙烯酸酯等中的一种或者几种的组合。反应中也可以不含添加剂。

优选的，所述步骤(B)中的润滑涂层前驱体溶液的浓度为0.1％～30％。

优选的，所述步骤(B)中吸附时间控制在0.5～48h，吸附温度控制在-5～80℃。

优选的，所述步骤(C)中所述的嫁接反应在紫外光照或γ照射或电子束辐射下进行，反应时间控制在3～300min；洗涤步骤是通过先在60～80℃下使用蒸馏水洗涤24h，然后在乙醇中超声清洗2h，然后真空干燥至恒重后保存。

优选的，经步骤(C)制备得到的润滑性涂层表面接触角滞后度数为10～45°；在润湿的情况下，典型动态摩擦系数为0.04～0.1。

本发明提供的技术方案采用在在吸附前，预处理医用导管高分子材料表面以获得吸附活性位，呈现亲水性特征。这样就可以改善高分子聚合物的表面物理化学特性，进而改变亲水性聚合物前驱体的吸附状态，从而简化后续工艺和提高嫁接效率。亲水性聚合物前驱体的吸附结构改变和吸附量增大，对后续的嫁接聚合反应产生重要的影响。因此，在浸渍吸附前，合适的表面处理和改善吸附条件，使得嫁接涂层过程具有反应物组成容易调控，减少和消除反应中的有害物质等优点。例如减少添加剂的加入和无需氮气条件下反应，而且在工程上反应条件可控性强，容易实现工业化生产。

本发明提供的方法制备的涂层具有高的润滑性，并且具有优异的稳定性，能够提高血液相容性，减少对组织的损伤；而且表面薄膜基本保持医用导管高分子材料本身优异的力学性能；制备过程试剂组成少，同时可以方便控制反应物的组成，从而有效克制或者消除有毒副产物的形成；制备的涂层稳定性好，样品能够长久保持较低的摩擦系数和较高的润滑性；涂层同样可以用于各种材质(如金属、高分子等)医疗器械的表面涂层，提高材料的表面润滑性；此制备方法适合较广的亲水性聚合物活性单体或者聚合物；此制备方法简单易行，对设备要求不高，可实现工业化生产。该方法可广泛使用在医用高分子材料和医疗器械表面的涂层材料的制备。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下本发明人列举出具体的实施例来明技术效果；需要强调的是，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。

本发明的技术方案具体来说可以采用如下步骤：

(1)医用导管高分子材料薄膜表面清洗分别用蒸馏水，乙醇清洗，真空干燥后待用；

(2)医用导管高分子材料表面，通过臭氧或者离子溅射，或者紫外光照，进行预处理。臭氧浓度为1-50mg/L；紫外光照强度为1mW/cm²～10W/cm²；在氧气气氛下，离子溅射的功率为10～400W；处理时间为1～60min，处理温度10-40℃。

(3)采用高分子单体、溶剂和添加剂在搅拌条件下制备亲水性高分子单体溶液或者高分子共聚物或者水凝胶溶液。高分子单体或者共聚物或者水凝胶的浓度为0.1％～10％。温度为-5.0～80℃。搅拌半小时后待用。

其中，高分子单体为丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、甘油、乙二醇、聚氨酯、壳聚糖和马来酸酐等一种，或者几种。不同的亲水性聚合物获得的表面润滑性也不同。不同的反应条件下，获得薄膜的厚度和牢固度也不同。

溶剂可以为水，甲苯，乙醇，甲醇，丙酮，丁酮，环己烷，庚烷，氯仿，二氯甲烷四氢呋喃或N-N二甲基甲酰胺中的一种或者几种的组合。添加剂可以蓖麻油及其衍生物，过硫酸盐，光引发剂例如二苯甲酮，过氧化苯甲酰等，多羟基化合物例如乙二醇，聚乙二醇己二酸脂，三乙二醇二丙烯酸酯等中的一种或者几种的组合，或者不添加。

(4)迅速将预处理过的薄膜材料浸入溶液中，进行吸附0.5～48h。吸附温度控制在-5℃至80℃。

(5)取出浸渍过的高分子材料，在紫外光照或γ照射或电子束辐射下，嫁接反应3～300min；反应后的高分子材料，在蒸馏水中洗涤24h，在乙醇中超声清洗2h，真空干燥至恒重后保存使用。

采用紫外光照进行嫁接时，可以不含添加剂，在大气环境下进行反应。最后清洗过程中，在蒸馏水中洗涤温度为60～80℃，至少更换蒸馏水10次以上。

实施例1丙烯酰胺为亲水性聚合物单体的表面涂层制备

取洁净的聚氨酯薄膜，在20mg/L的臭氧中活化15min。在200ml的三口烧瓶中分别加入10g分析纯的丙烯酰胺，90g蒸馏水和0.5g蓖麻油。在30℃油浴下磁力搅拌30分钟。取刚活化的聚氨酯薄膜反应溶液中，在30℃下浸渍24h。在大气环境下，取浸渍的聚氨酯薄膜在200mW/cm2下反应30min。加入在200ml的锥形瓶中依次加入水、丙烯酸、硝酸、甲基吡咯烷酮和硝酸铈铵。反应后薄膜在蒸馏水中洗涤15h，温度为80℃，至少更换蒸馏水10次，然后再乙醇中超声清洗30min，60℃真空干燥至恒重后保存使用

制备得到的亲水薄膜接触角滞后30°，润湿情况下，动摩擦系数从0.23下降到0.051，表面润滑性有明显提高。

实施例2N-乙烯吡咯烷酮为亲水性聚合物单体的表面薄膜制备实例

取洁净的聚氨酯薄膜，在10mg/L的臭氧中活化20分钟。在200ml的三口烧瓶中分别加入10g N-乙烯吡咯烷酮，90g丁酮和0.1g过氧化苯甲酰。在30度油浴下磁力搅拌30分钟。取刚活化的聚氨酯薄膜反应溶液中，在30℃下浸渍24h。在大气环境下，取浸渍的聚氨酯薄膜在200mW/cm²下反应30min。反应后薄膜在蒸馏水中洗涤15h，温度为80℃，至少更换蒸馏水10次，然后再乙醇中超声清洗30min，60℃真空干燥至恒重后保存使用

制备得到的润滑性涂层接触角滞后24.3°，润湿情况下，动摩擦系数从0.23下降到0.083，表面润滑性有明显提高。

实施例3丙烯酰胺为亲水性聚合物单体的表面薄膜制备实例

取洁净的聚酰胺薄膜，在15mW/cm²紫外光照，N₂气氛下下反应10min。在200ml的三口烧瓶中分别加入10g分析纯的丙烯酰胺，90g蒸馏水和0.5g蓖麻油，3g丙烯酸缩水甘油酯。在40℃油浴下磁力搅拌30min。取刚活化的聚酰胺薄膜反应溶液中，在20℃下浸渍36h。取浸渍的聚酰胺薄膜在电子束辐射下反应10分钟。反应后薄膜在蒸馏水中洗涤20h，温度为80℃，至少更换蒸馏水10次，然后再乙醇中超声清洗30min，60度真空干燥至恒重后保存使用

制备得到的润滑性涂层接触角滞后17.5°，润湿情况下动摩擦系数从0.23下降到0.072，表面润滑性有明显提高。

实施例4聚乙烯吡咯烷酮为亲水性聚合物单体的表面薄膜制备实例

取洁净的聚氨酯薄膜，在20mg/L的臭氧中活化10min。在95℃油浴下，在200ml的三口烧瓶中分别加入100g蒸馏水，5g聚乙烯吡咯烷酮，10g聚乙烯醇和0.2g蓖麻油，0.1g二苯甲酮，磁力搅拌30min至溶液均匀。取刚活化的聚氨酯薄膜反应溶液中，在50℃下浸渍36h。在大气环境下，取浸渍的聚氨酯薄膜在200mW/cm2下反应30min。加入在200ml的锥形瓶中依次加入水、丙烯酸、硝酸、甲基吡咯烷酮和硝酸铈铵。反应后薄膜在蒸馏水中洗涤15h，温度为80℃，至少更换蒸馏水10次，然后再乙醇中超声清洗30min，60℃真空干燥至恒重后保存使用

制备得到的润滑性涂层接触角滞后24°，润湿情况下动摩擦系数从0.23下降到0.049，表面润滑性有明显提高。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法，包括以下步骤：

(A)预处理医用导管高分子材料表面以获得亲水性吸附活性位；所述对医用导管高分子材料表面进行预处理是选用臭氧、离子溅射或紫外光照医用导管高分子材料表面，活化医用导管高分子材料表面获得亲水性吸附活性位，其处理时间为1～60min，处理温度10-40℃臭氧预处理时，臭氧浓度为1-50mg/L；或者离子溅射预处理时，其条件是：在氧气气氛下，离子溅射的功率为10～400W；或者紫外预处理时，紫外光照强度为1mW/cm²～10W/cm²；

(B)将(A)步骤中预处理后医用导管高分子材料置入配置的润滑涂层前驱体溶液中浸渍吸附；所述润滑涂层前驱体溶液选自丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙二醇、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、甘油、乙二醇、聚氨酯、壳聚糖和马来酸酐的一种或多种形成的共聚物或者水凝胶溶液；润滑涂层前驱体溶液还包括溶剂、添加剂，所述的溶剂选自水、甲苯、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、环己烷，庚烷、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺中的一种或者几种的组合；所述的添加剂选自蓖麻油，二苯甲酮，过硫酸盐，过氧化苯甲酰，乙二醇，聚乙二醇己二酸酯，三乙二醇二丙烯酸酯中的一种或者几种的组合；所述润滑涂层前驱体溶液的浓度为0.1％～30％；吸附时间控制在0.5～48h，吸附温度控制在-5～80℃；

(C)将(B)步骤中浸渍后的医用导管高分子材料进行嫁接反应；洗涤、干燥即可。

2.根据权利要求1所述的在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤(A)中医用导管高分子材料选自医用级聚氨酯、聚氯乙烯、硅橡胶、聚酰胺和聚乙烯中的一种。

3.根据权利要求1所述的在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法，其特征在于所述步骤(C)中所述的嫁接反应在紫外光照或γ照射或电子束辐射下进行，反应时间控制在3～300min；洗涤步骤是通过先在60～80℃下使用蒸馏水洗涤24h，然后在乙醇中超声清洗2h。

4.根据权利要求1所述的在医用导管高分子材料表面制备润滑性涂层的方法，其特征在于经步骤(C)制备得到的润滑性涂层表面典型的接触角滞后度数为10～45°；在润湿的情况下，动态摩擦系数为0.04～0.1。