CN113617609A - 一种在医用导管表面形成超疏水微结构涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在医用导管表面形成超疏水微结构涂层的方法，该方法将超疏水微结构涂层组分的高分子粒料以加热的方式溶解于其良溶剂中，形成涂层溶液，而后将所述涂层溶液以浸渍或喷涂的形式固定于高分子材质的医用导管的表面，再固化成膜在医用导管表面并形成超疏水微结构涂层。本发明的方案可减少微生物在导管表面的粘附，从而抑制生物膜的形成，具有减少导管相关医院感染的潜在效果；另外还能够减少亲水性蛋白质、尿盐等在导管表面的粘附，抑制导管表面结壳的产生，具有减轻输尿管支架等器械的拔除困难，从而提高导管内腔粘液通过的效率，减少粘液在内腔的粘附，降低粘液堵塞导管内腔的风险。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种在医用导管表面形成超疏水微结构涂层的方法。
背景技术
为减少医用高分子导管表面生物膜的形成，一些功能性的涂层常被涂镀至导管的表面，如银合金涂层、含抗菌药物的水凝胶涂层和塑化大豆蛋白涂层等。虽然上述涂层在体外或临床条件下被证明有一定抑制表面生物膜形成的功能，但都有相应的局限性。银合金涂层在植入的情况下无可避免地持续释放贵金属离子，对人体造成潜在的累积毒性；含抗菌药物的水凝胶涂层的缓释功能在体内复杂的pH以及蛋白质/酶环境中难以控制，所释放的抗菌药物可能造成耐药性金黄色葡萄球菌(MRSA)或耐万古霉素肠球菌(VRE)等耐药菌的流行；塑化大豆蛋白涂层由于引入了外源蛋白质，在接触血液、粘膜后有一定热源/致敏反应的风险，同时大豆蛋白涂层在复杂的体液环境中难以保持长期稳定。
因此化学性能稳定、无额外添加物的表面微结构处理/涂层是抑制医用导管表面生物膜形成的一个较为理想的方案。
SharkletTM表面微结构处理在医疗器械中实现了应用，被证明可以减少医疗器械表面的物理污染。但由于SharkletTM技术所使用的微米级的精密结构在工艺控制或质量监控的层面过于复杂，且加工成本较高，因而难以做到大规模生产并普及至不同类型的医疗器械中。
发明内容
有鉴于此，本发明所解决的技术问题在于提供了一种在医用导管表面形成超疏水微结构涂层的方法，用于减少医用高分子导管的微生物、亲水性蛋白质或尿盐结晶的粘附，以抑制其表面生物膜的形成，从而减少导管相关的医院感染；此外亦可用于防止医用导管内腔被粘液所堵塞。从而实现在不添加抗菌物质的前提下，在医疗器械表面实现抗污染(anti-fouling)涂层的涂镀，以减少微生物等的粘附。同时涂层工艺成本较低，可控性较高，可实现大规模生产，适用于在不同的直面或曲面上进行涂镀。
为此，本发明公开如下技术方案：
一种在医用导管表面形成超疏水微结构涂层的方法，包括如下步骤：
(1)将超疏水微结构涂层组分的高分子粒料以加热的方式溶解于其良溶剂中，形成涂层溶液，并保证加热温度低于良溶剂的沸点，所述超疏水微结构涂层组分的分子量控制在50k-200k之间，且呈无规构象；
(2)将所述涂层溶液以浸渍或喷涂的形式固定于高分子材质的医用导管的表面；在浸渍或喷涂至医用导管时，以掺入大量非溶剂形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出，或者以骤冷的形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出；作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出后固定附着于高分子材质的医用导管的表面并形成超疏水微结构涂层；
(3)将步骤(2)中形成了超疏水微结构涂层的医用导管风干，得到带有超疏水微结构涂层的医用高分子导管。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(2)中是将所述涂层溶液以浸渍的形式固定于高分子材质的医用导管的表面，在浸渍医用导管时，以掺入大量非溶剂形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出并在医用导管表面成膜，非溶剂的掺入百分比应在10-50％体积比的范围，且非溶剂的饱和蒸汽压需高于所用良溶剂的饱和蒸汽压。
优选地，超疏水微结构涂层组分的高分子粒料为聚氯乙烯粒料，其良溶剂为无水四氢呋喃。
优选地，医用导管在涂层溶液浸渍后，以1cm/s的速度将导管提离液面，使医用导管在室温中自然风干固化成膜，从而得到带有超疏水微结构聚氯乙烯涂层的医用高分子导管。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(2)中是将所述涂层溶液以喷涂的形式固定于高分子材质的医用导管的表面；在喷涂至医用导管时，是以骤冷的形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出并在医用导管表面成膜，涂层溶液的温度在成膜过程中须比周围环境高80-120℃，且须辅以风速为2m/s的干燥空气流进行风干。
优选地，超疏水微结构涂层组分的高分子粒料为聚丙烯粒料，其良溶剂为二甲苯。
优选地，医用导管在喷涂完涂层溶液后，在15℃的环境下采用风速为2m/s、相对湿度为50％的干燥空气气流进行快速风干，从而得到带有超疏水微结构聚丙烯涂层的医用高分子导管。
优选地，所述涂层溶液的粘度控制在15-250Pa·s范围内。
优选地，所述涂层溶液中的的溶质高分子不含有邻苯二甲酸酯类等塑化剂。
优选地，所述医用导管是外表面或内腔包含曲面的由高分子组成的管体；所述医用导管须在浸渍或喷涂前进行包括清洗干燥、等离子处理在内的预清理操作。
具体实现时，超疏水微结构涂层的形成利用了高分子的微相分离(microphaseseparation)现象。目前可用于在医用导管制作超疏水微结构涂层的高分子包括且不限于：硬质聚氯乙烯(不含邻苯二甲酸酯等塑化剂)、无规聚丙烯、无规聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。要在另一高分子表面制造该类型的超疏水薄膜，需要达到以下条件：
1.在涂镀工艺中，将作为涂层组分的高分子(如聚氯乙烯、聚丙烯)以加热的方式溶解于某种良溶剂中，加热温度低于良溶剂的沸点；
2.作为涂层组分的高分子溶液粘度较高，粘度处于15-250Pa·s的范围内；
3.在浸渍或喷涂至另一高分子表面(医用导管)时，以掺入大量非溶剂或骤冷的形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出，若以掺入非溶剂的成膜，非溶剂的掺入百分比应在10-50％(V/V)的范围，且非溶剂的饱和蒸汽压需高于所用良溶剂的饱和蒸汽压，若以骤冷的方式成膜，作为涂层组分的高分子溶液的温度在成膜过程中须比周围环境高80-120℃，且须辅以风速为2m/s的干燥空气流进行风干；
4.在涂镀后风干的过程中，环境的相对湿度须在50％以下，环境温度在10-25℃范围内，风干时间大于24h。
5.作为医用导管的基体高分子须与作为涂层组分的溶质高分子有一定的相容性，医用导管的浸渍时间应在5-60s之间。
6.作为涂层组分的溶质高分子的分子量应在50k-200k之间，且呈无规构象；
7.作为涂层组分的溶质高分子不含有邻苯二甲酸酯类等塑化剂；
8.医用导管须在涂镀前进行清洗干燥、等离子处理等预清理操作。
相比于现有技术，本发明的方案具备如下有益效果：
1.可减少微生物在导管表面的粘附，从而抑制生物膜的形成，具有减少导管相关医院感染的潜在效果；
2.可减少亲水性蛋白质、尿盐等在导管表面的粘附，抑制导管表面结壳的产生，具有减轻输尿管支架等器械的拔除困难；
3.可提高导管内腔粘液通过的效率，减少粘液在内腔的粘附，减小粘液堵塞导管内腔的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例方法制得到的PVC超疏水微结构涂层的PVC导管的示意图；其中，左为涂覆有PVC超疏水微结构涂层的PVC导管，右为无涂层的PVC导管。
图2为纯水在超疏水微结构PVC涂层表面的接触角示意图；其中，左为纯水在超疏水微结构PVC涂层表面的接触角图像(接触角大于120°)，右为常规PVC涂层表面的接触角图像(接触角小于90°)。
图3为超疏水微结构PVC涂层的SEM图；其中，左为超疏水微结构PVC涂层的SEM图，右为常规PVC涂层的SEM图(放大倍数：10.0K)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实施方法，通常按照常规方式进行操作。
本发明公开一种在医用导管表面形成超疏水微结构涂层的方法，包括如下步骤：
(1)将超疏水微结构涂层组分的高分子粒料以加热的方式溶解于其良溶剂中，形成涂层溶液，并保证加热温度低于良溶剂的沸点，所述超疏水微结构涂层组分的分子量控制在50K-200K之间，且呈无规构象；
(2)将所述涂层溶液以浸渍或喷涂的形式固定于高分子材质的医用导管的表面；在浸渍或喷涂至医用导管时，以掺入大量非溶剂形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出，或者以骤冷的形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出；作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出后固定附着于高分子材质的医用导管的表面并形成超疏水微结构涂层；
(3)将步骤(2)中形成了超疏水微结构涂层的医用导管风干，得到带有超疏水微结构涂层的医用高分子导管。
其中，当所述步骤(2)中是将所述涂层溶液以浸渍的形式固定于高分子材质的医用导管的表面，在浸渍医用导管时，以掺入大量非溶剂形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出并在医用导管表面成膜，非溶剂的掺入百分比应在10-50％体积比的范围，且非溶剂的饱和蒸汽压需高于所用良溶剂的饱和蒸汽压。超疏水微结构涂层组分的高分子粒料为聚氯乙烯粒料，其良溶剂为无水四氢呋喃。医用导管在涂层溶液浸渍后，以1cm/s的速度将导管提离液面，使医用导管在室温中自然风干固化成膜，从而得到带有超疏水微结构聚氯乙烯涂层的医用高分子导管。
当所述步骤(2)中是将所述涂层溶液以喷涂的形式固定于高分子材质的医用导管的表面；在喷涂至医用导管时，是以骤冷的形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出并在医用导管表面成膜，涂层溶液的温度在成膜过程中须比周围环境高80-120℃，且须辅以风速为2m/s的干燥空气流进行风干。超疏水微结构涂层组分的高分子粒料为聚丙烯粒料，其良溶剂为二甲苯。医用导管在喷涂完涂层溶液后，在15℃的环境下采用风速为2m/s、相对湿度为50％的干燥空气气流进行快速风干，从而得到带有超疏水微结构聚丙烯涂层的医用高分子导管。
另外，具体实现时，所述涂层溶液的粘度控制在15-250Pa·s范围内。所述涂层溶液中的的溶质高分子不含有邻苯二甲酸酯类等塑化剂。所述医用导管是外表面或内腔包含曲面的由高分子组成的管体；所述医用导管须在浸渍或喷涂前进行包括清洗干燥、等离子处理在内的预清理操作。
具体实现时，超疏水微结构涂层的形成利用了高分子的微相分离(microphaseseparation)现象。目前可用于在医用导管制作超疏水微结构涂层的高分子包括且不限于：硬质聚氯乙烯(不含邻苯二甲酸酯等塑化剂)、无规聚丙烯、无规聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。要在另一高分子表面制造该类型的超疏水薄膜，需要达到以下条件：
1.在涂镀工艺中，将作为涂层组分的高分子(如聚氯乙烯、聚丙烯)以加热的方式溶解于某种良溶剂中，加热温度低于良溶剂的沸点；
2.作为涂层组分的高分子溶液粘度较高，粘度处于15-250Pa·s的范围内；
3.在浸渍或喷涂至另一高分子表面(医用导管)时，以掺入大量非溶剂或骤冷的形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出，若以掺入非溶剂的成膜，非溶剂的掺入百分比应在10-50％(V/V)的范围，且非溶剂的饱和蒸汽压需高于所用良溶剂的饱和蒸汽压，若以骤冷的方式成膜，作为涂层组分的高分子溶液的温度在成膜过程中须比周围环境高80-120℃，且须辅以风速为2m/s的干燥空气流进行风干；
4.在涂镀后风干的过程中，环境的相对湿度须在50％以下，环境温度在10-25℃范围内，风干时间大于24h。
5.作为医用导管的基体高分子须与作为涂层组分的溶质高分子有一定的相容性，医用导管的浸渍时间应在5-60s之间。
6.作为涂层组分的溶质高分子的分子量应在50k-200k之间，且呈无规构象；
7.作为涂层组分的溶质高分子不含有邻苯二甲酸酯类等塑化剂；
8.医用导管须在涂镀前进行清洗干燥、等离子处理等预清理操作。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：将1.0g聚氯乙烯粒料加入至15mL无水四氢呋喃中，加热到60℃，用四氟乙烯磁力搅拌子剧烈搅拌30min。随后将溶液置于室温中自然冷却。待溶液冷却至室温后，加入5.25mL无水乙醇，以磁力搅拌子搅拌20min。将管径为5mm的PVC医用导管快速浸入至溶液中，浸渍后以1cm/s的速度将导管提离液面。使医用导管在室温中自然风干。得到带有超疏水PVC涂层的医用高分子导管(如图1所示)。
实施例2：将0.4g聚丙烯粒料加入60mL二甲苯中，加热到160℃，以磁力搅拌子剧烈搅拌30min，将温度缓慢降低至100℃。将高分子溶液迅速均匀喷涂至管径为5mm的EVA医用导管表面，在15℃的环境下在风速为2m/s的干燥空气气流(相对湿度为50％)下进行快速风干。制得带有超疏水PP涂层的医用高分子导管。
实施例3：将涂镀有超疏水高分子膜的医用导管置于接触角仪置物台上，调整镜头前光强和镜头焦距，在医用导管上滴加2-4μL纯水，测量水在医用导管上的接触角和滚动角的大小(如图2所示)。另外可对涂镀有超疏水微结构膜的医用导管进行喷金处理，以便对其进行场发射扫描电镜的观察。实验结果如图3所示，可见医用导管表面形成超疏水微结构涂层。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种在医用导管表面形成超疏水微结构涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将超疏水微结构涂层组分的高分子粒料以加热的方式溶解于其良溶剂中，形成涂层溶液，并保证加热温度低于良溶剂的沸点，所述超疏水微结构涂层组分的分子量控制在50k-200k之间，且呈无规构象；
(2)将所述涂层溶液以浸渍或喷涂的形式固定于高分子材质的医用导管的表面；在浸渍或喷涂至医用导管时，以掺入大量非溶剂形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出，或者以骤冷的形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出；作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出后固定附着于高分子材质的医用导管的表面并形成超疏水微结构涂层；
(3)将步骤(2)中形成了超疏水微结构涂层的医用导管风干，得到带有超疏水微结构涂层的医用高分子导管。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中是将所述涂层溶液以浸渍的形式固定于高分子材质的医用导管的表面，在浸渍医用导管时，以掺入大量非溶剂形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出并在医用导管表面成膜，非溶剂的掺入百分比应在10-50％体积比的范围，且非溶剂的饱和蒸汽压需高于所用良溶剂的饱和蒸汽压。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：超疏水微结构涂层组分的高分子粒料为聚氯乙烯粒料，其良溶剂为无水四氢呋喃。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：医用导管在涂层溶液浸渍后，以1cm/s的速度将导管提离液面，使医用导管在室温中自然风干固化成膜，从而得到带有超疏水微结构聚氯乙烯涂层的医用高分子导管。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中是将所述涂层溶液以喷涂的形式固定于高分子材质的医用导管的表面；在喷涂至医用导管时，是以骤冷的形式使作为涂层组分的高分子发生微晶/微米级沉淀的析出并在医用导管表面成膜，涂层溶液的温度在成膜过程中须比周围环境高80-120℃，且须辅以风速为2m/s的干燥空气流进行风干。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：超疏水微结构涂层组分的高分子粒料为聚丙烯粒料，其良溶剂为二甲苯。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：医用导管在喷涂完涂层溶液后，在15℃的环境下采用风速为2m/s、相对湿度为50％的干燥空气气流进行快速风干，从而得到带有超疏水微结构聚丙烯涂层的医用高分子导管。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述涂层溶液的粘度控制在15-250Pa·s范围内。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述涂层溶液中的的溶质高分子不含有邻苯二甲酸酯类等塑化剂。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述医用导管是外表面或内腔包含曲面的由高分子组成的管体；所述医用导管须在浸渍或喷涂前进行包括清洗干燥、等离子处理在内的预清理操作。
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