CN110665070B

CN110665070B - 表面亲水润滑医用涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN110665070B
Application number: CN201910970958.6A
Authority: CN
Inventors: 徐家壮; 李妍蒲; 赵柏松; 宋兴荣; 李忠明
Original assignee: Sichuan University; Guangzhou Women and Childrens Medical Center
Current assignee: Sichuan University; Guangzhou Women and Childrens Medical Center
Priority date: 2019-10-13
Filing date: 2019-10-13
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2039-10-13
Also published as: CN110665070A

Abstract

本发明公开一种表面亲水润滑医用涂层，由以下质量百分比的组份配制而成：泊洛沙姆4％～45％，润滑增稠剂0.01％～5％，防腐剂0.01％～0.2％，其余为水。它表面具有良好亲水润滑性，湿摩擦系数最高可降低90％，水接触角接近20°，涂层的润滑效果与目前现有产品效果相当。本发明还公开一种表面亲水润滑医用涂层的制备方法。

Description

表面亲水润滑医用涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用高分子材料表面功能化的技术领域，具体涉及表面亲水润滑医用涂层及其制备方法。

背景技术

医疗产品比如医用导管需要插入人体腔道内，起到输送液体、引流及辅助呼吸等作用。但由于导管基体材料多为疏水性高分子，导致导管外壁与人体腔道内壁间摩擦力大，在手术操作过程中难以插入腔道内部，造成患者异物或排斥反应，而且在临床应用中容易引起组织粘膜损伤，导致炎症、溃疡等并发症(Parada G A,et al.Nature Communications2016,7:12028)。由表面疏水产生的导管外壁与腔道内壁间的干摩擦还会使患者软组织受损，引起不适与疼痛。为解决上述问题，有必要对导管表面进行亲水改性，使其在液体环境中与水分子相互作用，形成具有亲水润滑性的水合层，以更好地匹配生物组织的特性。

为降低导管外壁与腔道内壁间干摩擦造成的组织腔道损伤，目前临床上常使用外用润滑剂，如凡士林、硅油等，改善导管表面的润滑效果(Subbu S,et al.ActaBiomaterialia 2015,26:159-168)，但这种方式完全依靠手工操作，涂层涂抹不均匀，且导管表面的润滑性改善效果有限，不能持久润滑。此外，涂抹外用润滑剂会在患者体内残留，如在患者气管、喉管等处的残留，造成异物感或疼痛。这种残留还可能导致误吸或误食，引发病人的咳嗽或咽痛，甚至导致急性呼吸道梗阻、肺炎或肺不张等症状(Brewis C,etal.Paediatr Anaesth2010,9:531-533)。为克服外用润滑剂的缺陷，当前技术发展的趋势是在高分子材料表面设计制备亲水润滑涂层。这些涂层常含有亲水性较强的成分，与水分子结合后，能够在材料表面与组织粘膜表面间形成水合层，避免二者直接接触，大幅度降低湿摩擦系数，起到对保护患者腔道内壁的作用(Banquy X,et al.Journal of theAmerican Chemical Society 2014,136:6199-6202)。同时，表面涂层有效简化手术的操作步骤，无需手工涂抹等操作，为医生带来了极大的便利。

目前已有公开的亲水润滑表面制备方法。专利CN108117830A将水性聚氨酯溶解于有机溶剂(二丙酮醇、异丙醇、甲醇等)，加入交联剂和流平剂，在一定温度下交联反应获得水性亲水润滑涂层。该涂层可使湿摩擦系数降至0.021，水接触角降至～16°。专利CN106075602A将水性聚氨酯溶解于有机溶剂(丙酮、四氢呋喃、二丙酮醇等)中，与微凝胶水分散体混合，制备亲水润滑涂层溶液。通过热固化将其涂覆于导管表面，涂层的湿摩擦系数降低(小于0.1)，耐擦拭性良好，可重复循环使用多次。专利CN1442458配制了含有亲水聚合物单体的溶液，通过热引发聚合反应使涂层在导管表面固化。涂层的接触角降低至～15°。专利CN104857572A通过清洗，吹干，接枝，单体聚合等步骤，将导管置于聚合物单体与光引发剂的混合溶液中，利用紫外光辐射交联，在导管表面形成亲水润滑涂层。

上述各种方法虽制备了具有良好亲水性和润滑性的表面涂层，但多数方法制备工艺流程复杂，所需原料种类繁多，并且在制备过程使用大量有机溶剂，后期难以完全清除。有机溶剂在涂层中的残留将会成为潜在隐患，对人体产生神经刺激或麻痹等负面作用。复杂的处理工艺也会降低生产效率和增加工业成本。因此，开发一种无毒无害、制备简便、成本低廉、易于使用的表面亲水润滑医用涂层成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面亲水润滑医用涂层及其制备方法。本发明用水作为溶剂，通过表面涂覆技术在疏水性的高分子医疗产品外壁修饰均匀的表面亲水润滑医用涂层，工艺流程简单高效且不使用有机溶剂。

本发明用于实现上述目的的技术方案如下：

一种表面亲水润滑医用涂层，由以下质量百分比的组份配制而成：泊洛沙姆4％～45％，润滑增稠剂0.01％～5％，防腐剂0.01％～0.2％，其余为水。

所述泊洛沙姆型号为F68、F127或P123。

所述润滑增稠剂为透明质酸或其钠盐，分子量为(1.2～6.0)×10⁵kDa。

所述防腐剂为青链霉素、苯氧乙醇、苯甲酸或其钠盐、羟基乙酯或其钠盐和水杨酸中的一种或多种组合。

一种表面亲水润滑医用涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)泊洛沙姆胶束水溶液制备：将泊洛沙姆添加到水中，超声、搅拌直至成形分散均匀的溶液，0～4℃下静置消泡，得到泊洛沙姆胶束水溶液，室温储存备用；

2)透明质酸或其钠盐水溶液制备：将透明质酸或其钠盐添加到水中，室温超声搅拌直至透明质酸或其钠盐均匀分散；0～4℃下静置消泡，加入防腐剂并储存备用；

3)胶束涂覆液制备：将步骤1)所制备的泊洛沙姆胶束水溶液与步骤2)所制备的透明质酸或其钠盐水溶液在室温下搅拌混合均匀，得到混合液；将混合液pH值调节至中性后，在室温、负压状态静置消泡，得到胶束涂覆液，0～4℃储存备用；

4)依次用丙酮、乙醇、水超声清洗医疗产品，真空干燥，通过浸渍涂覆工艺在清洗后的医疗产品外壁均匀涂覆胶束涂覆液，真空干燥形成涂层，即在该医疗产品表面得到表面亲水润滑医用涂层。

所述步骤1)中，所述泊洛沙姆胶束水溶液中的泊洛沙姆质量分数为5％～50％。

所述步骤2)中，所述透明质酸或其钠盐水溶液中的透明质酸或其钠盐质量百分数为0.1％～10％，所述防腐剂质量百分数为0.1％～1％。

所述步骤3)中，所述泊洛沙姆胶束水溶液与透明质酸或其钠盐水溶液的质量之比为1～9。

所述泊洛沙姆型号为F68、F127或P123。

本发明的有益效果是：

1、本发明的表面亲水润滑医用涂层具有无毒无害的特性，其主要成分泊洛沙姆和透明质酸(或其钠盐)均是通过FDA认证的安全无害物质；制备过程中只使用水作为溶剂，避免了使用有机溶剂造成的刺激或麻痹等负面作用。

2、本发明的表面亲水润滑医用涂层制备方法简单，具有普遍适用性。通过溶液共混和浸渍涂覆即可在医疗产品表面形成均匀的润滑涂层。泊洛沙姆是一种由聚环氧乙和聚环氧丙烷链段共聚组成的三嵌段聚合物，其中疏水的聚环氧丙烷链段能够与疏水表面产生相互作用力，从而使泊洛沙姆分子链吸附于材料表面。由于任意疏水材料均可与聚环氧丙烷链段产生相互作用，故该涂层具有普遍的适用性。

3、本发明的表面亲水润滑医用涂层使用简便、润滑效果良好。泊洛沙姆的亲水聚环氧乙烷链段能够与水分子产生氢键等相互作用，形成高润滑性的水合层。透明质酸与泊洛沙姆相互缠结，增加了胶束涂覆液的粘度，使其在基体吸附更加牢固，且透明质酸具有高度保水性，使涂层在吸水后能够长期保留水合层，有利于湿摩擦系数降低。使用时，只需将医疗产品在水中短时间预浸泡充分吸水溶胀后，即可使其表面具有良好亲水润滑性，湿摩擦系数最高可降低90％，水接触角接近20°。涂层的润滑效果与目前现有产品效果相当。比如，医疗产品为医用导管时，能极大程度减少患者在使用过程中的由于医用导管外壁与腔道内壁干摩擦造成的不适感，防止组织损伤。

附图说明

图1为实施例4的扫描电子显微镜图。

图2为对比例1和实施例18的红外光谱谱图。

图3为实施例4、11、18和对比例1-3的表面摩擦系数测试结果示意图。

图4为实施例4、11、18和对比例1-3的水接触角测试结果示意图。

图5为对比例1和实施例18摩擦试验后表面扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面给出的实例是对本发明的具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明的一种表面亲水润滑医用涂层，由以下质量百分比的组份配制而成：泊洛沙姆4％～45％，润滑增稠剂0.01％～5％，防腐剂0.01％～0.2％，其余为水。

在一些实施例中，上述泊洛沙姆型号为F68、F127或P123。

在一些实施例中，上述润滑增稠剂为透明质酸或其钠盐，分子量为(1.2～6.0)×10⁵kDa。

在一些实施例中，上述防腐剂为青链霉素、苯氧乙醇、苯甲酸或其钠盐、羟基乙酯或其钠盐和水杨酸中的一种或多种组合。

本发明的一种表面亲水润滑医用涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)泊洛沙姆胶束水溶液制备：将泊洛沙姆添加到水中，超声、搅拌直至成形分散均匀的溶液，0～4℃下静置消泡，得到泊洛沙姆胶束水溶液，室温储存备用；所述泊洛沙姆胶束水溶液中的泊洛沙姆质量分数为5％～50％；所述泊洛沙姆型号为F68、F127或P123；

2)透明质酸或其钠盐水溶液制备：将透明质酸或其钠盐添加到水中，室温超声搅拌直至透明质酸或其钠盐均匀分散；0～4℃下静置消泡，加入防腐剂并储存备用；所述透明质酸或其钠盐水溶液中的透明质酸或其钠盐质量百分数为0.1％～10％；上述润滑增稠剂为透明质酸或其钠盐，分子量为(1.2～6.0)×10⁵kDa；所述防腐剂质量百分数为0.1％～1％，为青链霉素、苯氧乙醇、苯甲酸或其钠盐、羟基乙酯或其钠盐和水杨酸中的一种或多种组合；

3)胶束涂覆液制备：将步骤1)所制备的泊洛沙姆胶束水溶液与步骤2)所制备的透明质酸或其钠盐水溶液在室温下搅拌混合均匀得到混合液；将混合液pH值调节至中性后，在室温、负压状态静置消泡，得到胶束涂覆液，0～4℃储存备用；所述泊洛沙姆胶束水溶液与透明质酸或其钠盐水溶液的质量之比为1～9；

后文以医用导管为例，对本发明进一步说明。

实施例1-31

1)泊洛沙姆胶束水溶液制备：将泊洛沙姆添加到水中，超声、搅拌直至成形分散均匀的溶液，0～4℃下静置消泡，得到泊洛沙姆胶束水溶液，室温储存备用；泊洛沙姆质型号及泊洛沙姆胶束水溶液具体配比见表1；

2)透明质酸或其钠盐水溶液制备：将透明质酸或其钠盐添加到水中，室温超声搅拌直至透明质酸或其钠盐均匀分散；0～4℃下静置消泡，加入防腐剂并储存备用；透明质酸或其钠盐水溶液具体配比见表2；

3)胶束涂覆液制备：将步骤1)所制备的泊洛沙姆胶束水溶液与步骤2)所制备的透明质酸或其钠盐水溶液在室温下搅拌混合均匀得到混合液；将混合液pH值调节至中性后，在室温、负压状态静置消泡，得到胶束涂覆液，0～4℃储存备用；胶束涂覆液的具体配比见表3；

4)依次用丙酮、乙醇、水超声清洗医用导管，真空干燥，通过浸渍涂覆工艺在清洗后的医用导管外壁均匀涂覆胶束涂覆液，真空干燥形成涂层，即在该医疗产品中表面得到表面亲水润滑医用涂层。

对比例1

依次用丙酮、乙醇、水超声清洗医用导管，在60℃下真空干燥。得到空白对照样品。

对比例2

对比例2亲水润滑涂层的制备方法包括以下步骤：

1)泊洛沙姆胶束水溶液制备：将泊洛沙姆添加到水中，超声、搅拌直至完全溶解。0～4℃下静置消泡，得到泊洛沙姆胶束水溶液，室温储存备用。所述泊洛沙姆胶束水溶液中的泊洛沙姆质量分数为15％。

2)依次用丙酮、乙醇、水超声清洗医用导管，真空干燥，备用。通过浸渍涂覆工艺在医用导管外壁修饰一层均匀的透明质酸/泊洛沙姆胶束涂覆液，真空干燥形成涂层，即在医用导管表面得到亲水润滑涂层。

对比例3

对比例3亲水润滑涂层的制备方法包括以下步骤：

1)透明质酸(或其钠盐)水溶液制备：将透明质酸(或其钠盐)添加到水中，室温超声搅拌直至透明质酸(或其钠盐)均匀分散，再加入适量防腐剂，0～4℃下静置消泡并储存备用。所述透明质酸(或其钠盐)水溶液中的透明质酸(或其钠盐)质量百分数为1％，所述防腐剂的质量百分数为0.5％。

表1泊洛沙姆胶束水溶液的配方

表2透明质酸或其钠盐水溶液的配方

表3胶束涂覆液的配方

表4实施例1～26和对比例1～3的摩擦系数和水接触角

后文对本发明的表面亲水润滑医用涂层及采用本发明表面亲水润滑医用涂层的制备方法所制备的表面亲水润滑医用涂层(后文统称本发明表面亲水润滑医用涂层)的表面结构和性能进行说明。

本发明表面亲水润滑医用涂层，分别采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、水接触角测量仪及多功能摩擦摩损试验机对表面亲水润滑医用涂层的表面结构和性能进行了表征。

后文结合附图对实施例4、11、18和对比例1-3进一步说明。至于除实施例4、11、18和对比例1-3之外的其他各例的水接触角及摩擦系数结果详见表4。为简便起见，本文省略除实施例4、11、18和对比例1-3之外的其他实施例和对比例的相关附图。

为观察本发明表面亲水润滑医用涂层的微观形貌，利用FE-SEM对实施例4的淬断面进行观察。图1显示涂层与导管表面结合良好。涂层厚度均匀，内部无裂缝或孔隙等缺陷。

为表征本发明表面亲水润滑医用涂层的成分组成，利用FTIR对对比例1和实施例18进行检测。图2可见对比例1的红外谱图为基底材料，即乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，其中2921cm^-1，2852cm^-1，1463cm^-1，1370cm^-1处为-CH₂-的特征峰，1738cm^-1处为C＝O的特征峰，1242cm^-1，1020cm^-1处为C-O-C的特征峰。实施例26的红外谱图出现了泊洛沙姆和透明质酸的特征峰，其中1342cm^-1处为泊洛沙姆F127的O-H特征峰，1111cm^-1处为泊洛沙姆F127的C-O-C特征峰；3384cm^-1处为透明质酸的O-H特征峰，1641cm^-1处为透明质酸的C＝O特征峰。红外结果证实经过涂覆处理的表面涂层中包含泊洛沙姆及透明质酸两种物质。

对本发明表面亲水润滑医用涂层的亲水性进行了评价，结果如表4所示。由数据可知，涂覆后的导管由疏水性表面转变为亲水性表面，水接触角由130°降低至20°。整体而言，泊洛沙姆F68的水接触角低于F127及P123两组实施例。图3进一步对比了实施例4、11、18和对比例1-3的水接触角。由对比例2和对比例3可知，单独由泊洛沙姆或单独由透明质酸组成的涂层也有一定的亲水能力，透明质酸的亲水性优于泊洛沙姆，但实施例18的水接触角比单独泊洛沙姆或透明质酸的水接触角更低，说明泊洛沙姆F68与透明质酸复配能够获得最佳亲水改性效果。由实施例4、11、18可知泊洛沙姆的型号对亲水性也有一定影响，聚氧化乙烯链段占比越大，水接触角越小。

为测定本发明表面亲水润滑医用涂层的润滑效果，在水中采用圆形压头与导管表面进行往复摩擦，通过一定时间的往复运动得到导管表面的平均湿摩擦系数(COF)。COF越小，则涂层的润滑性越好。测试结果如表4所示。涂覆后的导管表面湿摩擦系数最高可降低90％，最小湿摩擦系数值为0.0632。对比可知，随着泊洛沙姆及透明质酸含量的提高，润滑效果逐步改善。图4进一步对比了实施例4、11、18和对比例1-3的湿摩擦系数。由对比样可知，仅涂覆泊洛沙姆或透明质酸的表面涂层虽具有一定的润滑效果，但相比泊洛沙姆与透明质酸复配的涂层润滑效果较差，证明泊洛沙姆与透明质酸之间存在协同作用，能够使涂层的润滑性能达到最佳。由实施例4、11、18可知，泊洛沙姆F68对润滑性能的提升效果最佳，主要是因为F68中的亲水聚氧化乙烯链段质量比最高，能够吸引水分子形成更厚的水合层，从而起到润滑的作用。对比湿摩擦系数与水接触角数据可知，接触角与湿摩擦系数之间并非完全呈现正比关系，但接触角越小，湿摩擦系数也往往越低。

为表征本发明表面亲水润滑医用涂层摩擦测试后的表面形貌，利用FE-SEM对对比例1和实施例18的表面进行观察。由图片可知，对比例1在摩擦后产生明显的磨痕，而实施例18的表面在摩擦后仍存在光滑的亲水润滑涂层，说明涂覆的涂层具有一定的强度和耐磨性，能够有效起到润滑和保护的作用。

本发明利用简便的方式制备了一种表面亲水润滑医用涂层，操作步骤简单，制备效率高且避免使用有机溶剂，能够有效防止残余有机溶剂对人体的不良影响，安全无毒。在液体环境下，涂层在医用导管上产生润滑效果，能够对组织粘膜表面起到保护，减轻患者插管的痛感和不适。

上述医疗产品可以但不限于为医用导管。

需要说明的是，上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何适合的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再进行描述。

上面参照实施例对本发明进行了详细描述，是说明性的而不是限制性的，在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种表面亲水润滑医用涂层，其特征在于，包括由以下质量百分比的组份配制而成：泊洛沙姆4％～45％，润滑增稠剂0.01％～5％，防腐剂0.01％～0.2％，其余为水；所述润滑增稠剂为透明质酸或其钠盐。

2.根据权利要求1所述的表面亲水润滑医用涂层，其特征在于，所述泊洛沙姆型号为F68、F127或P123。

3.根据权利要求1所述的表面亲水润滑医用涂层，其特征在于，所述透明质酸或其钠盐的分子量为(1.2～6.0)×10⁵kDa。

4.根据权利要求1所述的表面亲水润滑医用涂层，其特征在于，所述防腐剂为青链霉素、苯氧乙醇、苯甲酸或其钠盐、羟基乙酯或其钠盐和水杨酸中的一种或多种组合。

5.一种表面亲水润滑医用涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述泊洛沙姆胶束水溶液中的泊洛沙姆质量分数为5％～50％。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述透明质酸或其钠盐水溶液中的透明质酸或其钠盐质量百分数为0.1％～10％，所述防腐剂质量百分数为0.1％～1％。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述泊洛沙姆胶束水溶液与透明质酸或其钠盐水溶液的质量之比为1～9。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述泊洛沙姆型号为F68、F127或P123。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述防腐剂为青链霉素、苯氧乙醇、苯甲酸或其钠盐、羟基乙酯或其钠盐和水杨酸中的一种或多种组合。