一种医疗管材的制备方法及医疗管材
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域,具体涉及一种医疗管材的制备方法及医疗管材。
背景技术
微创伤介入治疗是在影像引导下,以最小的创伤将器具或药物置入到病变组织,以对其进行物理、机械或化学治疗的技术。微创伤介入治疗中,需要借助医用精密管材进行精准安全有效的传输,因而对精密管材的综合性能提出了较高的要求,包括具有较好的生物相容性、匹配的机械性能等。
聚酰亚胺由于具有刚性结构,分子链排列紧密,相互作用较强,在将其应用于医用精密管材中时,使医用精密管材相应地具有较好的机械强度。但是,人体内的血管细微且复杂,因此对于医用精密管材不仅要求具有较高的可操作性,还需要良好的润滑性,以降低其在导入体内的过程中对血管的摩擦损伤以及推送药物或器具时的阻力。然而现有的聚酰亚胺材质的医用精密管材的摩擦系数较大,其并不满足润滑性的要求。同时,聚酰亚胺分子表面存在大量的极性基团,使得其在制造管材的过程中极易与成型基底的表面相互作用而不利于两者的分离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种医疗管材的制备方法及医疗管材,该医疗管材的表面具有较低的摩擦系数,可降低管材导入体内过程中的摩擦力。
为实现上述目的,本发明提供的了一种医疗管材的制备方法,包括提供涂覆剂和芯线,所述涂覆剂包括聚酰亚胺前驱体溶液和分散于所述聚酰亚胺前驱体溶液中的聚四氟乙烯;
将所述涂覆剂涂覆于所述芯线的外表面并进行亚胺化处理,以在所述芯线上形成至少一层涂层;以及,
抽离所述芯线,得到所述医疗管材。
可选地,所述涂覆剂还包括分散于所述聚酰亚胺前驱体溶液中的造影剂。
可选地,所述涂覆的方法包括:
将所述芯线浸渍于所述涂覆剂中,使所述涂覆剂附着于所述芯线的外表面,以形成所述涂层。
可选地,所述亚胺化的处理过程包括:
在第一温度下,对所述芯线进行热处理;以及,
在第二温度下,对所述芯线进行热处理;
其中,所述第二温度不低于所述第一温度。
可选地,所述第一温度为80℃~300℃,所述第二温度为300℃~420℃。
可选地,在将所述聚四氟乙烯分散于所述聚酰亚胺前驱体溶液中之前,先通过表面改性剂对所述聚四氟乙烯进行表面改性。
可选地,所述聚四氟乙烯的改性方法包括:
提供极性溶剂;
将所述表面改性剂和所述聚四氟乙烯加入所述极性溶剂中,混合均匀后得到悬浮液;
干燥所述悬浮液,得到改性的聚四氟乙烯颗粒。
可选地,所述表面改性剂包括离子型表面活性剂、两性表面活性剂或硅氧烷类改性剂中的至少一种。
可选地,所述改性的聚四氟乙烯的重量为所述涂覆剂总重量的2%-50%。
可选地,加入所述极性溶剂中的所述表面改性剂的重量为所述表面改性剂和所述极性溶剂总重量的0.05%-0.2%。
可选地,所述极性溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、三氟乙酸、二甲亚砜、乙腈、二甲基亚酰胺、六甲基磷酰胺、甲醇、乙醇、异丙醇、吡啶、丙酮、正丁醇、苯胺中的至少一种。
可选地,所述悬浮液中的所述聚四氟乙烯的浓度为5%-25%。
可选地,所述医疗管材的制备方法还包括:制备所述聚酰亚胺前驱体溶液,用于制备所述聚酰亚胺前驱体溶液的反应物包括至少一种芳香二酐和至少一种芳香二胺。
可选地,所述聚酰亚胺前驱体溶液的浓度为5%-30%,粘度为10-100Pa·s。
可选地,加入所述涂覆剂中的所述造影剂的重量为所述涂覆剂总重量的0.1%-5%。
可选地,将所述芯线浸渍于所述涂覆剂中之后,以及对所述芯线进行热处理以使所述芯线表面的涂覆剂亚胺化之前,还包括:使所述芯线穿模具的内腔,以调控所述芯线的带液量。
可选地,在从所述芯线的涂层中抽离所述芯线之前,还包括:按照预定长度对所述芯线的涂层进行切割。
此外,为实现上述目的,本发明还提供了采用如前所述的医疗管材的制备方法制备而成的医疗管材。
与现有技术相比,本发明的医疗管材及其制备方法具有如下优点:
第一、本发明提供的医疗管材包括聚酰亚胺基体和分散于所述聚酰亚胺基体内的聚四氟乙烯,在保证医疗管材具备所需的机械强度的基础上,利用聚四氟乙烯对聚酰亚胺进行改性,降低管材的摩擦系数,提高管材的润滑性;
第二、本发明提供的医疗管材中还包括分散在聚酰亚胺基体内的造影剂,通过浸渍提拉法使管材一步成型,无需在管材成型后单独加工造影环,简化了医疗管材的加工步骤,提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明根据一实施例所提供的医疗管材的局部剖视图,图中仅示出一层涂层;
图中:
10-涂层;
11-聚酰亚胺基体,12-聚四氟乙烯,13-造影剂。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图对本发明提出的医疗管材及其制备方法的实施例作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本实施例的目的在于提供一种医疗管材的制备方法,用于制备表面摩擦系数小,具有较好表面润滑形的医疗管材。本实施例提供的医疗管材的制备方法包括:
S1:提供涂覆剂和芯线;
S2:将所述涂覆剂涂覆于所述芯线的外表面并进行亚胺化反应,以在所述芯线上形成至少一层涂层;
S3:抽离所述芯线,得到中空结构的医疗管材。其中,所述涂覆剂主要由聚四氟乙烯颗粒、表面改性剂、聚酰亚胺前驱体溶液等原料制备而成。
所述聚四氟乙烯自身具有化学惰性以及较好的润滑性能,其能够在表面改性剂的作用下,均匀分散于所述聚酰亚胺前驱体溶液中,并随所述聚酰亚胺前驱体溶液一起附着于所述芯线的外表面,之后经亚胺化反应形成涂层。如此,所述聚四氟乙烯即可均匀分散于所述涂层中。
即,本实施例中的医疗管材采用聚酰亚胺(PI)作为连续相基体材料,以聚四氟乙烯(PTFE)作为分散相对聚酰亚胺材料的表面进行修饰,在保证医疗管材的机械强度的基础上,降低医疗管材的摩擦系数,提高其润滑性。
下面以具有两层涂层的医疗管材为例详细介绍所述医疗管材的制备方法,但不应以此作为对本发明的限制。
首先,提供芯线和涂覆剂。
其中,所述芯线为细长的材料,用于构成后续形成涂层的基底。所述芯线的材质可为金属、塑料等,不同的芯线材料具有不同的表面能,与后续步骤形成的涂层间的作用力也不相同,从而影响到抽芯的性能。另外,所述芯线应具有耐高温的特性,以便于后续形成涂层。
以及,所述涂覆剂用于在后续步骤中附着于所述芯线上并形成所述涂层。所述涂覆剂例如可通过以下方法制备:首先,将表面改性剂溶解于极性溶剂中,经超声分散后得到改性溶液;之后,将聚四氟乙烯溶解于所述改性溶液中,充分搅拌分散得到悬浮液;然后,干燥所述悬浮液得到改性的聚四氟乙烯颗粒;最后,在高速分散机中将所得的改性的聚四氟乙烯颗粒分散于聚酰亚胺前驱体溶液即得。
具体而言,所述极性溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、三氟乙酸、二甲亚砜、乙腈、二甲基亚酰胺、六甲基磷酰胺、甲醇、乙醇、异丙醇、吡啶、丙酮、正丁醇、苯胺中的至少一种。
所述表面改性剂包括离子型表面活性剂、两性表面活性剂或硅氧烷类改性剂中的至少一种。实践中,所述的表面改性剂可采用各类市售的离子型表面活性剂、两性表面活性剂、硅氧烷类表面活性剂等。具体可选的品种有陶氏JR400表面活性剂、陶氏QP-100表面活性剂、有机硅油等。
所述聚四氟乙烯可采用市售的低分子量类型的微粉产品,例如科慕公司生产销售的MP1100、MP1300、MP1600或MP1400F等。
以及,添加到所述极性溶剂中的所述表面改性剂的重量为所述表面改性剂和所述极性溶剂总重量的0.05%-0.2%,例如0.05%、0.08%、0.1%、0.13%、0.15%、0.18%或0.2%等。所述悬浮液中的所述聚四氟乙烯的浓度为5%-25%,例如5%、10%、15%、20%或25%等。所述涂覆剂中,所述改性的聚四氟乙烯颗粒的重量为所述涂覆剂总重量的2%-50%,例如2%、5%、8%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%或50%等。
进一步地,在制备涂覆剂前还包括制备所述聚酰亚胺前驱体溶液,用于制备所述聚酰亚胺前驱体溶液的反应物包括至少一种芳香二酐、至少一种芳香二胺和至少一种极性溶剂。例如,所述芳香二酐可选自3,3,4’,4’-二苯醚四羧酸二酐、3,3,4’,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3,4’,4’-联苯四羧酸二酐、均苯四甲酸二酐中的至少一种;所述芳香二胺可为4,4’-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯甲烷、二(3-氨基苯氧基)二苯甲酮、对苯二胺、间苯二胺、或4,4’-二氨基二苯砜中的至少一种;所述极性有机溶剂可为N,N-二甲基乙酰胺、三氟乙酸、二甲亚砜、乙腈、二甲基亚酰胺、六甲基磷酰胺、甲醇、乙醇、异丙醇、吡啶、丙酮、正丁醇、苯胺中的至少一种。更详细地,所述聚酰亚胺前驱体溶液的浓度可为5%-30%,粘度为10-100Pa·s。聚酰亚胺前驱体溶液可采用现有方法进行制备,例如专利号为CN105860074B的专利中所公开的制备方法。
聚四氟乙烯为非极性材料而聚酰亚胺前驱体为极性分子,为将聚四氟乙烯均匀分散于聚酰亚胺前驱体溶液中,首先通过表面改性剂对聚四氟乙烯分子的表面性质进行改性以提高聚四氟乙烯的表面亲和性,再将改性后的聚四氟乙烯分子分散于所述聚酰亚胺前驱体溶液中,以实现聚四氟乙烯分子与聚酰亚胺前驱体溶液中的极性分子充分混合,从而可在聚酰亚胺前驱体溶液进行亚胺化反应得到聚酰亚胺时对所述聚酰亚胺分子的表面进行修饰,以改善医疗管材的表面润滑性。具体地,可通过对涂覆剂各原料的用量进行调整,以获得具有不同表面摩擦系数的医疗管材。即,若需要获得表面摩擦系数较小的医疗管材,可增加聚四氟乙烯的用量,反之,则减少聚四氟乙烯的用量,而表面改性剂的用量根据聚四氟乙烯和聚酰亚胺前驱体溶液的相对量来调整。
当然,在其他实施例中,也可以先将所述表面改性剂添加到聚酰亚胺前驱体溶液中以对聚酰亚胺前驱体分子进行表面改性,然后再添加聚四氟乙烯,从而改善两者的相容性。
另外,用于制备所述涂覆剂的原料还可以包括显影剂,所述显影剂可直接加入所述聚酰亚胺前驱体溶液,经搅拌混合均匀即可。一般而言,显影剂在改性聚四氟乙烯与聚酰亚胺前驱体溶液混合均匀后加入。通过在涂覆剂中添加显影剂,以制得自身具有良好显影效果的医疗管材,无需在后续使用时额外加工显影环。所述显影剂可为现有常规显影剂,例如硫酸钡、碘制剂、钨粉、氯氧化铋等。以及,显影剂的加入量根据实际需要确定,通常,显影剂的加入量越多,显影效果越好。实践中,加入到所述涂覆剂中的显影剂的重量可为所述涂覆剂总重量的0.1%-5%。
较佳地,在所述芯线上涂覆所述涂覆剂前还可包括:清洗所述芯线。
清洗所述芯线的具体方法可包括:首先使所述芯线经过一第一清洗槽,所述第一清洗槽内容纳有清洗剂,利用所述清洗剂对所述芯线进行清洗。所述有机清洗剂可为有机清洗剂,具体可为乙醇溶液,例如75%的乙醇溶液;然后使所述芯线经过一第二清洗槽,所述第二清洗槽内容纳有纯水,用于对所述芯线进行漂洗,以去除所述芯线上附着的清洗剂;最后吹干所述芯线。本实施例中仅以设置两个清洗槽为例进行说明,实践中还可以设置三个或更多个清洗槽。
进一步地,所述第一清洗槽和所述第二清洗槽内还可设置超声装置,以对所述芯线进行超声清洗,提高清洗效果。
详细来说,所述芯线的两端可分别设置在一放线卷轴和一收线卷轴上,并且还可通过所述放线卷轴和所述收线卷轴对释放出的芯线施加一定的张力,使释放出的芯线呈绷紧状态,以便于后续步骤的操作。以及还可通过所述收线卷轴控制所述放线卷轴的放线速率,以控制所述芯线在所述第一清洗槽和所述第二清洗槽中的移动速度,以及在后续步骤中所述芯线在涂覆剂中的移动速度。其中,所述芯线的移动速率例如可为0.2m/min-10m/min。
接着,在所述芯线上形成涂层。形成所述涂层的具体方法可包括:
首先,通过一导向轮将所述芯线引入一容纳有所述涂覆剂的浸渍槽中,以使所述芯线浸渍于所述涂覆剂中,从而所述涂覆剂可附着于所述芯线的外表面;之后,所述涂覆剂可在所述芯线外表面形成所述涂层。
可选地,所述芯线在经过所述涂覆剂后,还可使所述芯线芯线穿过模具的内腔,以控制所述芯线上的带液量(即,芯线上附着的涂覆剂的溶液量),进而可控制后续形成的单层涂层的厚度。应知晓,对于本领域技术人员而言,通过模具控制芯线上的带液量为公知常识,因而此处不作详细介绍。
另外,应当认识到的是,可以根据需要形成的单层涂层的厚度,对应选取尺寸匹配的模具。在具体的实施例中,还应考虑到涂层在后续的处理过程中,存在溶剂挥发从而使得所形成的涂层的外围直径缩减的情况,并据此选择合适的模具。
然后,对所述芯线上的涂覆剂进行热处理,以使所述涂覆剂发生亚胺化反应进而形成所述涂层。所述热处理可在一烘箱中进行。进一步地,所述亚胺化处理可具有一初步成型过程和一终端成型过程。具体地,使携带有涂覆剂的芯线经过所述烘箱在第一温度下对附着有涂覆剂的芯线加热以进行初步成型处理,使所述涂覆剂中的溶剂挥发,同时聚酰亚胺前驱体发生亚胺化反应,得到分子链交叠缠绕的聚酰亚胺分子,此过程中因溶剂挥发,聚四氟乙烯形成固体颗粒。然后对所述芯线进行终端成型处理,即在烘箱中采用第二温度对芯线进行加热处理,其中,所述第二温度不低于所述第一温度。
具体地,在本实施例中,将所述附着有涂覆剂的芯线经初步成型处理后,再次浸渍于所述涂覆剂中,然后再进行一次初步成型处理,以得到初期管材;最后在烘箱中对所述初期管材进行终端成型处理完成亚胺化反应。
本实施例中,所述第一温度可为80℃-300℃,所述第二温度可为300℃~420℃,即第二温度不低于第一温度。具体而言,初期成型处理时,可对所述烘箱进行80℃、120℃、150℃、200℃、250℃五段程控升温;终端成型处理时,可对所述烘箱进行300℃、320℃、350℃、380℃、400℃五段程控升温。在进行终端处理时,聚酰亚胺前驱体继续进行亚胺化反应以最终形成聚酰亚胺,特别地,当烘箱内的温度在高于聚四氟乙烯的熔点时,颗粒状的聚四氟乙烯受热融化并在聚酰亚胺的分子链中渗透而与聚酰亚胺发生实际粘结最终形成所述涂层,达到修饰改善医疗管材表面润滑性的目的。
应知晓,在其他实施例中,初步成型处理时对烘箱的进行程控升温时也可以有其他选择,例如初步成型处理时设置120℃、150℃、200℃、250℃、300℃五段程控升温。以及,终端成型处理时可对烘箱设置320℃、350℃、380℃、400℃、420℃五段程控升温。一般来说,在进行初步成型和终端成型时,随着温度的提高,各涂层间的结合更为均一,同时壁厚也会降低。
需要说明的是,上述过程是针对医疗管材具有两层涂层时的形成过程。当需要形成更多层涂层时,则可以重复执行涂覆所述涂覆剂和初步成型处理过程,最后进行终端成型处理过程即可。若所述医疗管材仅有一层涂层时,可通过烘箱内各段温度的设置,在芯线通过烘箱时依次完成所述初步成型处理过程和所述终端成型处理过程。另外,对于具有多层涂层的医疗管材,也可以在每一层涂层完成终端成型后,再涂覆第二层涂覆剂,然后进行亚胺化处理,之后以此往复直至达到需要的层数。
另外,由于在执行亚胺化处理的过程中,因溶剂挥发导致最终形成的涂层厚度的缩减,因此,在具体实施例中,还可通过调整聚酰亚胺前驱体溶液的浓度来进一步调控最终所形成的单层涂层的厚度。
即,在对所形成的涂层的厚度进行管控时,是通过调整聚酰亚胺前驱体溶液的浓度,并结合模具实现的。具体的,当所述聚酰亚胺前驱体溶液的浓度越低,则在相同模具的控制下,所得到的单层涂层的厚度越小;反之,当所述聚酰亚胺前驱体溶液的浓度较高时,则在相同模具的管控下,所得到的单层涂层的厚度也越大。
换言之,基于相同的模具,可以通过提高聚酰亚胺前驱体溶液的浓度,以增加所形成的单层涂层的厚度;或者,基于相同的模具,可以通过降低聚酰亚胺前驱体溶液的浓度,以减小所形成的涂层的厚度。如此一来,在针对不同厚度需求的涂层而言,即可以直接利用同一模具,并调整聚酰亚胺前驱体溶液的浓度一一实现,有利于减少模具的使用数量,节省成本。
可选地,在形成所述涂层后,还包括:对所述涂层进行检测。例如,检测所述涂层的表面摩擦系数和外径(相当于检测所形成的涂层的厚度)等。这里,通常是在形成多个涂层之后执行所述检测过程。
接着,在所述涂层形成后,即可抽离所述芯线,以形成中空的医疗管材。
实践中,所述芯线的长度远大于最终所需要的医疗管材的长度,因此在形成所述涂层之后,抽离所述芯线之前,还包括:按照预定长度对所述芯线的涂层进行切割。在抽离所述芯线之前执行切割程序,因医疗管材的中心贯穿有芯线,可避免切割过程中的切割压力对管材造成损伤。
接下来根据具体的实验数据,对不同的医疗管材的性能进行说明。具体请参见表1所示。
表1医疗管材的综合性能
如表1所示,管材1-5中均在改性剂的作用下分散有聚四氟乙烯,而对比管材和管材6中则未分散聚四氟乙烯,且管材1-5的摩擦系数较对比管材及管材6要小,即,本实施例中采用包括分散有聚四氟乙烯的层制作的医疗管材的表面润滑性得到了改善。同时,管材1-5的破断力、断裂伸长率仍满足使用要求。另外,通过管材2-5的比较可看到,改性的聚四氟乙烯的添加量越多,医疗管材的摩擦系数越小。
表1所涉及的聚酰亚胺前驱体溶液的组成成分、表面改性剂的种类和用量、造影剂的种类均相同。各管材中涂层的层数也相同,具体为五层。另外,所有性能参数均采用常规测试方法得到。
基于前述制备方法,本发明还提供了采用该方法制备得到的医疗管材。如图1所示为所述医疗管材的结构示意图,图中仅示出一层所述涂层。
如图1所示,所述医疗管材包括至少一层所述涂层10,所述涂层10包括聚酰亚胺基体11和分散于所述聚酰亚胺基体11中的聚四氟乙烯12。
进一步地,所述涂层10还包括分散于所述聚酰亚胺基体11中的造影剂13。
更为具体地,本实施例所述医疗管材为圆管时,其内径不小于0.1mm。以及,所述医疗管材的管壁厚度不小于0.012mm。其中,所述医疗管材的管壁的总厚度可通过调整所述涂层10的层数来进行调控。实践中,所述涂层10可设置为一层、两层、三层、或更多层,但受应用环境的限制,所述涂层10的层数一般不超过二十层。另外,还需要说明的是,每一层涂层10的厚度可以相同也可以不同。
综上所述,本发明通过在聚酰亚胺基体中分散聚四氟乙烯,一方面改善了聚酰亚胺材质的医疗管材的表面润滑性,可降低医疗管材在导入人体过程中对血管的摩擦损伤,以及降低药物或器具推送过程中的摩擦阻力,便于医务人员操作,提高介入治疗的效率;另一方面,在聚四氟乙烯的作用下,减小了医疗管材的表面能,便于与成型基底进行分离,便于导管的制作。另外,还通过在聚酰亚胺基体中原位添加造影剂,使得医疗导管在造影过程中具备自显影的效果,无需再加工显影环,或由操作人员推送显影剂;同时采用浸渍提拉成型的方法使得医疗导管一步成型,简化了医疗导管的制作过程,提高便捷性。
虽然本发明披露如上,但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。