CN104857572B - 在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法及其医疗器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法及其医疗器械。该一种在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层方法，包括如下步骤：将惰性高分子材料浸入接枝光引发剂溶液1‑10分钟；将沾过接枝光引发剂的惰性高分子材料浸入接枝单体溶液5‑20分钟，进行紫外光辐照改性及接枝聚合，在惰性高分子材料表面形成接枝改性层；对接枝聚合后的惰性高分子材料进行清洗；将清洗后的惰性高分子材料浸入亲水凝胶溶液1‑10分钟；对惰性高分子材料表面附着的亲水凝胶溶液进行紫外光聚合固化，在接枝改性层表面形成亲水凝胶层。采用该方法制备的亲水润滑涂层具有较高的亲水润滑性及附着力。

Description

在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法及其医疗 器械

技术领域

本发明涉及惰性高分子材料表面处理领域，尤指涉及医用惰性高分子材料表面处理领域。

背景技术

随着介入医学的发展，介入导管装置已广泛的应用于临床治疗。目前医用介入材料，诸如导尿管、心血管导管、注射器等大多数由疏水性材料制造，如聚氨酯、硅橡胶等。虽然这些材料有优良的机械性能和生物相容性能，但作为疏水性材料，在介入人体时对组织的摩擦力较大，易损伤尿道、血管壁等上皮组织，有疼痛或灼伤感，且容易吸附细菌引起并发炎症。

因此，对介入导管性能的要求也不断提高，除了导管原材料、加工成型技术之外，导管表面的抗凝血性，抗菌性和亲水润滑性等亦是非常重要的，它关系到治疗的成败。这些性能都会影响人体对插入导管的反应，如血栓形成、细菌感染以及由插入导管而带来的机体损伤等。

近年来，对导管表面进行处理或改性已成为介入治疗导管技术的研究热点，人们进行了大量研究，对现有材料进行表面改性等，主要有：抗凝血表面改性、抗菌表面改性、亲水润滑性表面改性等。

导管在插入或拔出人体时，要求这些器械表面具有润滑性，以减少对组织的损伤及粘连，减少病人痛苦。以往采用的是润滑油，如硅油、甘油等涂敷到导管表面，但此类方法得到的润滑性较差，难以持久而且不利于操作。

目前主要技术是改善导管表面亲水性，或在导管表面形成一层具有润滑性的涂层，润滑涂层在湿润环境中，可以大幅降低导管表面摩擦系数，经过实践证明，润滑涂层不但可以减少器官与导管之间的界面摩擦，减轻病人的痛苦，而且可以减少细菌吸附，提高材料的生物相容性。

对医用导管进行表面润滑抗菌改性，可以大大降低对病人的损伤和刺激，有效解决导管吸附细菌的问题，适合在体内短期或长期留置，使其应用更简洁安全。

对医用导管进行表面进行使其亲水润滑性得到提高。一般亲水性润滑凝胶涂层在一些惰性高分子材料表面不牢固或难以涂敷。国内外对高分子材料表面改性研究主要为等离子体处理、外涂凝胶等物理方法改善亲水性，但物理方法处理后的表面，在放置不长时间后表面亲水性就会下降。

现有化学修饰亲水基团的方法虽然对高分子材料的亲水性有所改性，但工艺复杂，成本较高，且吸水润滑效果不理想。利用偶联剂对亲水涂层和高分子器械表面进行粘接，也有牢固度不强的问题。

在面对一些高度惰性的高分子器械表面，如含氟、含硅材料表面很难进行物理化学修饰，造成亲水润滑涂层容易脱落，或者根本无法涂敷。

表面的亲水性处理如等离子、凝胶外涂等方法，表面结构不稳定，易受破坏，无法长期保持亲水表面。在表面直接修饰亲水基团一般采取多次引发反应，且表面亲水基团不稳定，易脱落，且对有些材料表面很难进行修饰。偶联剂对亲水涂层和高分子器械表面进行粘结，主要为物理作用，涂层易脱落，且偶联剂本身对亲水涂层有影响。

发明内容

本发明为了解决现有高度惰性的高分子器械表面形成亲水润滑涂层存在的困难，提供一种在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法。

本发明还提供了一种具有采用上述方法制备的亲水润滑涂层的医疗器械。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法，包括如下步骤：

将所述惰性高分子材料浸入接枝光引发剂溶液1-10分钟；

将沾过接枝光引发剂的惰性高分子材料浸入接枝单体溶液5-20分钟，进行紫外光辐照改性及接枝聚合，在所述惰性高分子材料表面形成接枝改性层；

对接枝聚合后的惰性高分子材料进行清洗；

将清洗后的惰性高分子材料浸入亲水凝胶溶液1-10分钟；

对惰性高分子材料表面附着的亲水凝胶溶液进行紫外光聚合固化，在所述接枝改性层表面形成亲水凝胶层。

还包括对附着了亲水凝胶溶液的惰性高分子材料进行吹气的步骤。

对接枝聚合后的惰性高分子材料进行清洗是将该接枝聚合后的惰性高分子材料浸入乙醇溶液中1-10分钟。

所述接枝光引发剂为2-氧代戊二酸、羟基酮、安息香、过氧化苯甲酸叔丁酯、二苯甲酮中的一种或两种及以上的混合物。

所述接枝单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酰胺中的一种或两种及以上的混合物。

所述亲水凝胶溶液包括低分子聚合物或凝胶单体、表面活性剂、改性剂、凝胶光引发剂和溶剂。溶剂可以为乙醇。

所述凝胶光引发剂为安息香双甲醚、烷基-羟基苯乙酮、过氧化苯甲酸叔丁、二苯甲酮、二苯酮-三级胺光氧化还原引发体系中的一种或两种及以上的混合物。

二苯酮-三级胺引发体系由二苯酮和三级胺类组成，二苯酮为夺氢类引发剂，三级胺类作为供氢体产生自由基，从而引发光聚合反应。

所述凝胶单体为丙烯酸或丙烯酸盐、丙烯酸酯类、乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种及以上的混合物；丙烯酸盐主要为丙烯酸、甲基丙烯酸均聚物和共聚物的钠盐、铵盐等。

所述低分子聚合物包括聚丙烯酸盐类、聚氧化乙烯类、聚甲基丙稀酸酯类中的一种或两种及以上的混合物。

本发明还提供了一种具有惰性高分子材料表面的医疗器械，在该惰性高分子材料表面具有亲水润滑涂层，所述亲水润滑涂层包括接枝改性层和亲水凝胶层；所述接枝改性层设于所述惰性高分子材料外表面，所述亲水凝胶层设于所述接枝改性层外表面；所述接枝改性层为接枝高分子聚合物网络，与所述亲水凝胶层形成互穿交联网络结构。所述接枝改性层与所述亲水凝胶层通过共价键、离子键、氢键和聚合物链缠结形成互穿交联网络。

本发明具有以下有益效果：

1、与现有其他涂层不同，本发明采取凝胶接枝改性高惰性高分子材料表面，在医疗器械表面形成聚合物网络，从而使得亲水凝胶层与医疗器械表面结合牢固，稳定性好。本发明选取合适的接枝聚合和引发体系，能够在惰性高分子如含硅、含氟材料的医疗器械表面进行接枝，在其表面形成稳定的接枝聚合物结构涂层，该接枝改性层能够与亲水凝胶层形成网络结构；

2、亲水凝胶层具有低分子聚合物之间共混复合和自身不饱和功能团，在亲水凝胶层和接枝改性层之间进行交联和互穿网络，使得两涂层结合牢固；同时增加了亲水凝胶层的亲水润滑性。亲水凝胶层中同时含有无机材料和有机材料，能够形成不同的无机粒子或网络与高分子树脂固化交联制得复合涂层，在亲水润滑性和机械稳定性上都有提高；

3、本发明的工艺方法是根据本发明亲水润滑涂层设计的，满足惰性高分子表面涂层实现及超滑性能要求。涂层工艺为多站式，包括UV接枝，清洗，单体聚合，吹气等主要工艺，可以为自动化或半自动化。其中包括光引发剂站、UV接枝站、醇清洗站、亲水涂层站、UV聚合站、吹气站等，另外还可以根据其他涂层功能进行添加。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明惰性高分子材料表面亲水润滑涂层制备方法的流程示意图。

具体实施方式

根据本发明一个实施例的一种在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层方法，包括如下步骤：

将所述惰性高分子材料浸入接枝光引发剂溶液1-10分钟；

将沾过接枝光引发剂的惰性高分子材料浸入接枝单体溶液5-20分钟，进行紫外光辐照改性及接枝聚合，在所述惰性高分子材料表面形成接枝改性层；

对接枝聚合后的惰性高分子材料进行清洗；

将清洗后的惰性高分子材料浸入亲水凝胶溶液1-10分钟；

对惰性高分子材料表面附着的亲水凝胶溶液进行紫外光(即UV)聚合固化，在所述接枝改性层表面形成亲水凝胶层。

上述的接枝光引发剂为2-氧代戊二酸、羟基酮、安息香、过氧化苯甲酸叔丁酯、二苯甲酮中的一种或两种及以上的混合物。光引发剂主要为NorrishⅠ型和Ⅱ型光引发剂，UV条件下，在惰性高分子表面夺氢或自身分解产生自由基，进而引发接枝反应，引发剂占引发剂溶液重量20％以内。Norrish中文名称为诺里什反应，也称罗氏反应，是指醛、酮发生的一类光化学反应。分为NorrishⅠ型裂解与NorrishⅡ型裂解两种类型。

上述的接枝单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酰胺中的一种或两种及以上的混合物。在自由基的作用下，进行均聚或共聚反应，形成高聚物。单体占单体溶液总重量20％以内。

上述的亲水凝胶溶液包括低分子聚合物或凝胶单体、表面活性剂、改性剂、凝胶光引发剂和溶剂。其中：凝胶单体为丙烯酸或丙烯酸盐、丙烯酸酯类、乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种及以上的混合物。该溶液用于形成高分子亲水凝胶网络，同时为其他复合成分提供支撑，各共聚单体重量占总溶液重量1-10％。

低分子聚合物包括聚丙烯酸盐类、聚氧化乙烯类、聚甲基丙稀酸酯类中的一种或两种及以上的混合物。低分子聚合物用于增加凝胶涂层的亲水润滑性，各低聚物重量占亲水凝胶溶液总重量10％以内。表面活性剂为失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、磺酸钠、硬脂酸、脂肪酸甘油脂中的一种或两种及以上的混合物。

改性剂包括交联剂和无机或有机复合材料，交联剂包括环氧交联剂、金属氧化物交联剂、过氧化物交联剂或过氧化硫化交联剂，用于提高水凝胶的结构稳定性；无机或有机复合材料包括二氧化硅、二氧化钛，还包括聚乙烯醇、壳聚糖、海藻酸钠等，用于提升水凝胶的亲水性能及其他功能性如生物相容性等，表面活性剂、改性剂和复合材料符约占亲水凝胶溶液总重量1％以下。

凝胶光引发剂为安息香双甲醚、烷基-羟基苯乙酮、过氧化苯甲酸叔丁、二苯甲酮、二苯酮-三级胺光氧化还原引发体系中的一种或两种及以上的混合物。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图1进行介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示，第一步，先将待处理惰性高分子材料在接枝光引发剂站浸入接枝光引发剂溶液，使得待处理惰性高分子材料(具有惰性高分子材料表面的医疗器械)表面沾上光引发剂。浸入的时间为1-10min(min为单位“分钟”),优选为1-5min，更优选为3min。接枝光引发剂站包含装有接枝光引发剂溶液的槽。接枝光引发剂的配方参见下表1。

第二步，再进入紫外光辐照接枝站，浸入装有接枝单体溶液的槽，通氮气排氧进行UV接枝聚合，形成接枝改性层。紫外光辐照接枝站包含装有接枝单体溶液的槽，其周围设有紫外光灯和氮气装置。紫外光辐照接枝时间为5-20min,优选为10-15min，更优选为13min。

第三步，将经过接枝聚合后的材料浸入醇清洗站的乙醇溶液中清洗。清洗时间为1-10min，优选为5-10min，更优选为10min。醇清洗站包含装有清洗剂(乙醇溶液)的槽，用于清洗经过接枝聚合步骤的接枝改性层表面。

第四步，再将材料浸入凝胶涂层站中装有亲水凝胶溶液的槽内，以附着亲水凝胶溶液，亲水凝胶溶液的配方参见下表1。凝胶涂层站包含装有亲水凝胶溶液的槽。浸入时间为1-10min，优选为5-10min，更优选为10min。

第五步，再将上述附着了亲水凝胶溶液的材料放入吹气站进行吹气，对医疗器械内部进行清理，防止固化时容易发生的堵塞。吹气站包含气泵，用于对惰性高分子材料制成的器械腔体进行吹气。

第六步，在紫外光辐照聚合站进行紫外光聚合固化，形成亲水凝胶层。紫外光辐照聚合站包含紫外光灯箱，对惰性高分子材料表面附着的亲水凝胶溶液进行紫外光固化。固化时间为1-10min，优选为5-10min，更优选为10min。

下表1中，各个成分为重量百分比，单位％(W/W)。表中Irgacure 2959为光引发剂型号，生产厂家为德国巴斯夫股份公司，主要成分为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。Tween为一种表面活性剂，为聚氧乙烯去水山梨醇单月桂酸酯和一部分聚氧乙烯双去水山梨醇单月桂酸酯的混合物。

表1 各实施例的接枝光引发剂溶液、接枝单体溶液及亲水凝胶溶液配方表

本发明还提供了一种具有惰性高分子材料表面的医疗器械，在该惰性高分子材料表面具有亲水润滑涂层，所述的亲水润滑涂层采用上述方法制备。其中，该亲水润滑涂层包括接枝改性层和亲水凝胶层；接枝改性层设于惰性高分子材料外表面，亲水凝胶层设于接枝改性层外表面；该接枝改性层为接枝高分子聚合物网络，与亲水凝胶层形成互穿交联网络结构。接枝改性层与亲水凝胶层通过共价键、离子键、氢键和聚合物链缠结形成互穿交联网络。

亲水润滑测试方法

经涂敷的高分子材料目测结果表明，亲水涂层具有良好的润滑层具有良好的润湿性，得到均匀的涂层。

在Harland FTS5000(HFT)摩擦系数测试仪进行亲水润滑摩擦力测试。设定参数如下表2所示：

表2 HFT设定表

输送距离(cm)	10
		夹持力(g)	100
牵引速度(cm/s)	1
		加速时间(s)	2
循环次数	25

实验结果如下表3所示：

表3 实验结果

实验结果表明，本发明在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层方法，能够得到润滑性能高，附着力强的润滑涂层。在经过25次循环后仍能保证摩擦力在3g以下，即证明在使用25次后，涂层仍然剥落很少，附着力强，保持了较高的润滑性。而现有的等离子处理、化学修饰等方法在循环25次后，摩擦力普遍高达10g以上。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述惰性高分子材料浸入接枝光引发剂溶液1-10分钟；所述接枝光引发剂为2-氧代戊二酸、羟基酮、安息香、过氧化苯甲酸叔丁酯、二苯甲酮中的一种或两种及以上的混合物；

将沾过接枝光引发剂的惰性高分子材料浸入接枝单体溶液5-20分钟，进行紫外光辐照改性及接枝聚合，在所述惰性高分子材料表面形成接枝改性层；所述接枝单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酰胺中的一种或两种及以上的混合物；

对接枝聚合后的惰性高分子材料进行清洗；

将清洗后的惰性高分子材料浸入亲水凝胶溶液1-10分钟；

对惰性高分子材料表面附着的亲水凝胶溶液进行紫外光聚合固化，在所述接枝改性层表面形成亲水凝胶层。

2.根据权利要求1所述的在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法，其特征在于，还包括对附着了亲水凝胶溶液的惰性高分子材料进行吹气的步骤。

3.根据权利要求1所述的在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法，其特征在于，对接枝聚合后的惰性高分子材料进行清洗是将该接枝聚合后的惰性高分子材料浸入乙醇溶液中1-10分钟。

4.根据权利要求1所述的在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法，其特征在于，所述亲水凝胶溶液包括低分子聚合物或凝胶单体、表面活性剂、改性剂、凝胶光引发剂和溶剂。

5.根据权利要求4所述的在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法，其特征在于，所述凝胶光引发剂为安息香双甲醚、烷基-羟基苯乙酮、过氧化苯甲酸叔丁、二苯甲酮、二苯酮-三级胺光氧化还原引发体系中的一种或两种及以上的混合物。

6.根据权利要求5所述的在惰性高分子材料表面制备亲水润滑涂层的方法，其特征在于，所述凝胶单体为丙烯酸或丙烯酸盐、丙烯酸酯类、乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种及以上的混合物；

所述低分子聚合物包括聚丙烯酸盐类、聚氧化乙烯类、聚甲基丙稀酸酯类中的一种或两种及以上的混合物。