CN115779159B - 一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层及其制备方法 - Google Patents
一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于医用高分子材料表面修饰技术领域，具体涉及一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层及其制备方法。本发明在医疗器械表面接枝由多糖共聚物网络和聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯‑甲基丙烯酸羟乙酯)共聚物网络互相贯穿而成的双网络水凝胶亲水涂层，涂层与医疗器械表面通过共价键结合。由于所制备的亲水涂层为双网络结构，显著地增强了亲水涂层自身的强度和韧性，提高了耐摩擦和磨损的性能；同时由于所制备的水凝胶亲水涂层与医疗器械表面以丰富的共价键结合，亲水涂层与器械表面的结合强度高，使用过程中不会发生剥离、脱落等问题。此外，所制备的水凝胶涂层没有致敏、细胞毒、排异反应等效应。
Description
技术领域
本发明属于医用高分子材料表面修饰技术领域，具体涉及一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层及其制备方法。
背景技术
植入式医疗器械与组织器官之间的摩擦和磨损是临床需要解决的重要问题。在医用导管插入气道、血管、腹腔、消化道等部位的过程中，导管外壁与组织之间的摩擦力较大，导致操作困难，甚至导致组织出现粘膜损伤、溃疡、炎症、水肿等并发症。因此，往往需要在导管表面涂覆润滑涂层，或在表面修饰亲水涂层，以降低表面的摩擦系数，起到降低摩擦力，减小阻力的作用，改善医生手术难度和患者的手术体验，降低手术损伤和并发症发生的风险。
目前临床上广泛使用的润滑剂为术前将硅油、凡士林等润滑剂涂敷在导管表面，降低导管与组织之间的摩擦力。但由于润滑剂本身为液体或半固体，在导管表面不稳定，摩擦过程中易流动、脱落，导致润滑层变薄，部分润滑剂残留在腔道内，甚至导致腔道局部阻塞，引发并发症。为此，发明专利CN110665070B将泊洛沙姆胶束与透明质酸或透明质酸钠复合，涂覆在医用导管表面，形成亲水涂层，水接触角降低至20°，最小湿摩擦系数为0.0632，涂层通过与高分子导管之间的疏水相互作用吸附在表面，但该技术仍存在涂层与导管表面的结合力不够牢固的问题。为了使亲水润滑层与表面牢固结合，发明专利CN110885665B将含有儿茶酚组分和多氨基组分的化合物作为基层吸附在医疗器械表面，再在其上制备含多巴胺成分的两性离子聚合物，制备得到了高稳定的超亲水涂层。但由于大多数医用导管或医疗器械表面为惰性材料，难以与亲水高分子形成化学键，亲水涂层与高分子基底之间的结合力较弱，单网络结构的亲水涂层自身的机械性能较差，导致涂层不耐摩擦或刮擦，在应用过程中存在破损和脱落的风险。而利用化学反应将亲水高分子链接枝固定在医疗器械表面，是制备高分子亲水涂层的重要方法。比如，发明专利CN113908345A先在器械表面制备光引发底层涂料，再涂覆面层涂料并通过光引发实现聚合，经水溶胀后得到超滑亲水涂层，该涂层界面结合较牢固，不易脱落，但由于涂层滋生强度较差，经反复摩擦时易破坏，不利于在较复杂情形下的应用(如中心静脉导管等)。发明专利CN111097072B利用硅烷偶联剂修饰高分子器械表面，获得反应性官能团，再于此基础上化学粘接亲水润滑涂层，制备得到粘结牢固的亲水润滑涂层。在体内，该亲水高分子可以与体液作用，形成水化层，在导管和组织之间形成润滑的隔离层，从而降低摩擦系数，降低摩擦力，防止摩擦导致的损伤。同时，润滑层与器械结合力强，不易脱落。但该涂层自身机械强度较差，经溶胀后机械性能进一步严重降低，与组织摩擦时易破坏，导致润滑性能下降。
综上所述可见，采用现有方法制备得到的亲水涂层虽然可赋予器械表面良好的润滑性能，降低摩擦，但涂层与基底之间的结合强度较低，在反复摩擦时仍存在脱落的风险；同时多数涂层不含交联结构，或者交联网络脆弱，吸水或吸收体液后膨胀，变得更加脆弱，致使使用过程中与组织接触或摩擦时，易磨损或破坏，进而丧失润滑性能。可见，在医疗器械表面制备具有高强度韧性、界面牢固结合的亲水涂层，是亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种接枝于医疗器械表面的亲水润滑涂层的制备方法，所制得的涂层结合牢固、强度韧性高，润滑、耐磨，可有效解决涂层与医疗器械表面之间的结合强度低，在反复摩擦时仍存在脱落风险的问题。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明一方面提供了一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、对医疗器械表面进行清洗，干燥后通过等离子体处理活化器械表面，引入活性基团；
S2、将步骤S1处理后的器械浸泡在硅烷偶联剂酸性溶液中，使硅烷偶联剂与器械表面的官能团发生反应而接枝在器械表面；
S3、先将丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团修饰的多糖与丙烯酸、甲基丙烯酸或其衍生物，以及光引发剂一起制成涂层前体溶液；然后将涂层前体溶液涂覆在步骤S2处理后的器械表面；
S4、将步骤S3制备的含涂层溶液的医疗器械置于蓝光、紫外光、X射线或电子束下辐射，使引发剂和溶液中的高分子产生自由基，并与器械表面的官能团发生反应，同时使多糖与单体之间发生自由基聚合和交联，进而在器械表面形成交联网络(形成多糖-甲基丙烯酸或多糖-丙烯酸共聚物网络，并且在医疗器械表面的硅烷偶联剂双键与网络中的双键反应生成共价键)，经干燥脱水后在器械表面制得脱水凝胶涂层；
S5、先将聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂溶解在水中配成溶液；然后将步骤S4制备的含脱水凝胶涂层的器械浸泡在该溶液中，使凝胶涂层溶胀，吸收单体、交联剂、引发剂溶液；
S6、将步骤S5处理后的器械置于蓝光、紫外光、X射线或电子束下辐射，引发自由基，使溶液中的单体、交联剂发生自由基聚合和交联，在步骤S4形成的网络中形成新的网络{形成聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸羟乙酯)共聚物网络}，从而在医疗器械表面制备得到高强韧耐磨的亲水润滑涂层。
本发明首先在医疗器械表面修饰双键等反应性官能团，然后接枝亲水高分子交联网络，再在其中引入第二网络单体，经原位聚合后制备得到第二网络，从而得到接枝在医疗器械表面的亲水双网络水凝胶，获得高强韧的亲水润滑涂层。
优选地，步骤S3中，所述丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团修饰的多糖包括海藻酸甲基丙烯酸酯、壳聚糖甲基丙烯酸酯、透明质酸甲基丙烯酸酯、硫酸软骨素甲基丙烯酸酯、葡聚糖甲基丙烯酸酯。
优选地，步骤S3的涂层前体溶液中，多糖的浓度为0.3wt％～5wt％，丙烯酸、甲基丙烯酸或其衍生物的浓度为0.5wt％～3wt％，光引发剂的浓度为0.01～0.05wt％。
优选地，步骤S5所述溶液的组成为：聚乙二醇甲基丙烯酸酯0.5wt％～20wt％、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.01wt％～0.5wt％、甲基丙烯酸羟乙酯0.5wt％～5wt％,光引发剂0.01wt％～0.05wt％，余量为水。
优选地，步骤S2中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷(A－151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A－171)、乙烯基三(乙氧甲氧基)硅烷(A-172)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)中的一种或几种。
优选地，步骤S2中，所述硅烷偶联剂酸性溶液包括0.5～7wt％硅烷偶联剂、2％～12％水，余量为乙醇；溶液的pH值为3.0～5.8(采用稀盐酸或稀醋酸调节硅烷偶联剂溶液的pH值)。
优选地，步骤S4的辐射时间为3s-60min；步骤S6的辐射时间为3s-30min。
优选地，步骤S1中，所述医疗器械的材质为硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、共聚酯EcoFlex中的任意一种。
优选地，步骤S1中，所述等离子体处理包括氧气等离子体处理和氨气等离子体处理，以引入羧基、羟基或氨基等活性基团。
优选地，步骤S2、S5的浸泡时间均为5～180min。
优选地，步骤S4中，所述干燥脱水为冷冻干燥脱水，冷冻干燥脱水的温度为-4℃～-20℃，时间为30～120min，脱水后，涂层中的含水率为0wt％～5wt％。
优选地，步骤S3、S5所述的光引发剂为I2959。
本发明另一方面提供了采用第一方面所述的制备方法制备得到的接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层。
本发明所制得的涂层为水凝胶涂层，由互相贯穿的两个网络组成，其中，第一网络为多糖共聚物网络(多糖-丙烯酸或多糖-甲基丙烯酸共聚物)，第二网络为聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸羟乙酯)共聚物网络，润滑涂层与医疗器械表面通过共价键结合(多糖网络的丙烯基或甲基丙烯基与医疗器械表面形成共价键)。所制得的水凝胶涂层显著地提高了器械表面的亲水性，水接触角降低至0°，水凝胶涂层还显著降低了器械表面的湿摩擦系数，摩擦系数最低可达到0.03，可显著降低器械与人体组织之间的摩擦力，减轻器械在人体内移动时对组织器官产生的摩擦和伤害。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在医疗器械表面接枝由多糖共聚物网络(多糖-丙烯酸或多糖-甲基丙烯酸共聚物)和聚(聚乙二醇甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸羟乙酯)共聚物网络互相贯穿而成的双网络水凝胶亲水涂层，涂层与医疗器械表面通过共价键结合(多糖网络的丙烯基或甲基丙烯基与医疗器械表面形成共价键)。由于所制备的亲水涂层为双网络结构，显著地增强了亲水涂层自身的强度和韧性，提高了耐摩擦和磨损的性能；同时由于所制备的水凝胶亲水涂层与医疗器械表面以丰富的共价键结合，亲水涂层与器械表面的结合强度高，使用过程中不会发生剥离、脱落等问题。此外，医疗器械表面处理过程未使用细胞毒性或生物毒性的物质，所使用的多糖聚合物生物安全性好，所使用的单体细胞毒性低，所制备的水凝胶涂层没有致敏、细胞毒、排异反应等效应。因此，本发明制备的亲水涂层在植入式医疗器械方面有重要的应用价值。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到。
下述实施例中的海藻酸甲基丙烯酸酯、壳聚糖甲基丙烯酸酯、透明质酸甲基丙烯酸酯、硫酸软骨素甲基丙烯酸酯、葡聚糖甲基丙烯酸酯购自深圳华诺生物科技有限公司。
实施例1一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水涂层的制备方法
该制备方法包括以下步骤：
(1)将医疗器械(医用硅橡胶导尿管)表面依次用异丙醇、丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗3分钟，并用氮气吹干；将清洗后的医疗器械置于氧等离子体(深圳三和波达机电科技有限公司，型号：PT-10Plus)气氛中处理30分钟(功率200w，氧气为纯氧)，使其表面产生羟基、羧基等活性基团。本实施例中，所适用的医疗器械不限于导尿管，材质也不限于硅橡胶。
(2)将步骤(1)处理后的医疗器械置于新制备的硅烷偶联剂的酸性溶液中浸泡2小时，使位于器械表面的硅烷偶联剂发生水解并同时与表面的羟基、羧基等发生缩合反应，让硅烷偶联剂分子及其水解缩合产物接枝在表面。硅烷偶联剂酸性溶液的配制方法为：将0.5wt％硅烷偶联剂A151、2wt％去离子水和97.5wt％无水乙醇混合均匀，并在均匀的硅烷偶联剂溶液中边搅拌边滴加1mol/L的盐酸溶液，调节溶液的pH＝3.0。反应完毕后，先后用无水乙醇和去离子水各超声清洗3分钟，以除去表面吸附的硅烷偶联剂和乙醇。
(3)先将海藻酸甲基丙烯酸酯、丙烯酸和光引发剂2959溶解在去离子水中，配成无色透明的亲水涂层前驱溶液。该溶液的组成为：2wt％海藻酸甲基丙烯酸酯、0.5wt％丙烯酸、0.01wt％光引发剂2959(I2959)、其余为去离子水。然后将制备的亲水涂层前驱溶液涂覆在经步骤(2)接枝硅烷偶联剂的医疗器械表面，并使用365nm紫外光辐照5分钟，使I2959分解产生自由基，引发自由基反应，使医疗器械表面的硅烷偶联剂上的双键与近表面的海藻酸甲基丙烯酸酯、丙烯酸发生共聚，形成共价键；同时，亲水涂层中的海藻酸甲基丙烯酸酯中的双键与丙烯酸共聚、交联，生成交联网络结构，最终在医疗器械表面形成共价结合的亲水凝胶涂层。
(4)将步骤(3)包覆亲水涂层的医疗器械置于冷冻干燥机(LGJ-10C，四环福瑞科仪)中，-50℃真空干燥48小时，除去表面涂层中的水。
(5)将经步骤(4)处理后的医疗器械置于含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液中浸泡2小时，使器械表面的涂层溶胀并吸收含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液。此步骤所用水溶液的组成为：聚乙二醇甲基丙烯酸酯1wt％、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.05wt％、甲基丙烯酸羟乙酯0.5wt％、光引发剂0.01wt％、其余为去离子水。
(6)将经步骤(5)处理后的医疗器械置于365nm紫外光下辐照30min，引发自由基聚合，形成互穿的亲水网络结构。
(7)将经步骤(6)处理后的医疗器械先后用无水乙醇和去离子水各超声清洗3分钟，制备得到接枝在医疗器械表面的高强韧亲水润滑涂层。
为测定涂层的亲水特性，利用水接触角分析仪(中国贝拓DSA-X Roll)测定了医疗器械表面在修饰亲水涂层前、后的水接触角。结果得出，在修饰亲水涂层以前，医疗器械表面的水接触角为126°，接枝亲水涂层后，水接触角为21.6°。
涂层润滑性能的测定。利用安东帕MCR302流变仪平台测试表面修饰涂层的湿摩擦系数。将测试件固定在玻璃板上，置于旋转流变仪溶液槽中，以去离子水为润滑液，将平板压在样品表面，正压力载荷为0.6N，转子做单向旋转，转速为1mm/s，测定摩擦力，并计算摩擦系数。结果得出，修饰涂层前，医疗器械表面的摩擦系数约为0.65，修饰亲水涂层后将摩擦系数降低至0.07。此外，在1N载荷下反复摩擦10000次，亲水涂层未见明显破坏或剥离。
实施例2一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水涂层的制备方法
该制备方法包括以下步骤：
(1)医疗器械表面清洗，氧等离子体处理同实施例1；
(2)将步骤(1)处理后的医疗器械置于新制备的硅烷偶联剂的酸性溶液中浸泡2小时，使位于器械表面的硅烷偶联剂发生水解并同时与表面的羟基、羧基等发生缩合反应，让硅烷偶联剂分子及其水解缩合产物接枝在表面。硅烷偶联剂酸性溶液的配制方法为：将2wt％硅烷偶联剂A171、5wt％去离子水和93wt％无水乙醇混合均匀，并在均匀的硅烷偶联剂溶液中边搅拌边滴加1mol/L的盐酸溶液，调节溶液的pH＝3.0-5.8。反应完毕后，先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，以除去表面吸附的硅烷偶联剂和乙醇。
(3)先将壳聚糖甲基丙烯酸酯、丙烯酸和光引发剂2959溶解在去离子水中，配成无色透明的亲水涂层前驱溶液。该溶液的组成为：2wt％壳聚糖甲基丙烯酸酯、1wt％丙烯酸、0.01wt％光引发剂2959(I2959)、其余为去离子水。然后将制备的亲水涂层前驱溶液涂覆在经步骤(2)接枝硅烷偶联剂的医疗器械表面，并使用365nm紫外光辐照，使I2959分解产生自由基，引发自由基反应，使医疗器械表面的硅烷偶联剂上的双键与近表面的海藻酸甲基丙烯酸酯、丙烯酸发生共聚，形成共价键；同时，亲水涂层中的海藻酸甲基丙烯酸酯中的双键与丙烯酸共聚、交联，生成交联网络结构，最终在医疗器械表面形成共价结合的亲水凝胶涂层。
(4)干燥处理同实施例1；
(5)将经步骤(4)处理后的医疗器械置于含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液中浸泡2小时，使器械表面的涂层溶胀并吸收含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液。此步骤所用水溶液的组成为：聚乙二醇甲基丙烯酸酯10wt％、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.5wt％、甲基丙烯酸羟乙酯1wt％、光引发剂0.01wt％、其余为去离子水。
(6)将经步骤(5)处理后的医疗器械置于0.5MeV电子束下辐照3s，引发自由基聚合，形成互穿的亲水网络结构。
(7)将经步骤(6)处理后的医疗器械先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，制备得到接枝在医疗器械表面的高强韧亲水润滑涂层。
亲水特性测试结果得出，在修饰亲水涂层以前，医疗器械表面的水接触角为128°，接枝亲水涂层后，水接触角为22.5°。
润滑性能测试结果得出，修饰涂层前，医疗器械表面的摩擦系数约为0.65，修饰亲水涂层后将摩擦系数降低至0.06。此外，在1N载荷下反复摩擦10000次，亲水涂层未见明显破坏或剥离。
实施例3一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水涂层的制备方法
该制备方法包括以下步骤：
(1)医疗器械表面清洗，氧等离子体处理同实施例1；
(2)将步骤(1)处理后的医疗器械置于新制备的硅烷偶联剂的酸性溶液中浸泡2小时，使位于器械表面的硅烷偶联剂发生水解并同时与表面的羟基、羧基等发生缩合反应，让硅烷偶联剂分子及其水解缩合产物接枝在表面。硅烷偶联剂酸性溶液的配制方法为：将7wt％硅烷偶联剂A172、5wt％去离子水和88wt％无水乙醇混合均匀，并在均匀的硅烷偶联剂溶液中边搅拌边滴加1mol/L的盐酸溶液，调节溶液的pH＝3.0-5.8。反应完毕后，先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，以除去表面吸附的硅烷偶联剂和乙醇。
(3)先将透明质酸甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸和光引发剂2959溶解在去离子水中，配成无色透明的亲水涂层前驱溶液。该溶液的组成为：0.3wt％透明质酸甲基丙烯酸酯、0.5wt％甲基丙烯酸、0.01wt％光引发剂2959(I2959)、其余为去离子水。然后将制备的亲水涂层前驱溶液涂覆在经步骤(2)接枝硅烷偶联剂的医疗器械表面，并使用365nm紫外光辐照，使I2959分解产生自由基，引发自由基反应，使医疗器械表面的硅烷偶联剂上的双键与近表面的海藻酸甲基丙烯酸酯、丙烯酸发生共聚，形成共价键；同时，亲水涂层中的海藻酸甲基丙烯酸酯中的双键与丙烯酸共聚、交联，生成交联网络结构，最终在医疗器械表面形成共价结合的亲水凝胶涂层。
(4)干燥处理同实施例1；
(5)将经步骤(4)处理后的医疗器械置于含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液中浸泡2小时，使器械表面的涂层溶胀并吸收含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液。此步骤所用水溶液的组成为：聚乙二醇甲基丙烯酸酯0.5wt％、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.5wt％、甲基丙烯酸羟乙酯0.5wt％、光引发剂0.05wt％、其余为去离子水。
(6)将经步骤(5)处理后的医疗器械置于365nm紫外光下辐照20min，引发自由基聚合，形成互穿的亲水网络结构。
(7)将经步骤(6)处理后的医疗器械先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，制备得到接枝在医疗器械表面的高强韧亲水润滑涂层。
亲水特性测试结果得出，在修饰亲水涂层以前，医疗器械表面的水接触角为125°，接枝亲水涂层后，水接触角为20.7°。
润滑性能测试结果得出，修饰涂层前，医疗器械表面的摩擦系数约为0.65，修饰亲水涂层后将摩擦系数降低至0.07。此外，在1N载荷下反复摩擦10000次，亲水涂层未见明显破坏或剥离。
实施例4一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水涂层的制备方法
该制备方法包括以下步骤：
(1)医疗器械表面清洗，氧等离子体处理同实施例1；
(2)将步骤(1)处理后的医疗器械置于新制备的硅烷偶联剂的酸性溶液中浸泡2小时，使位于器械表面的硅烷偶联剂发生水解并同时与表面的羟基、羧基等发生缩合反应，让硅烷偶联剂分子及其水解缩合产物接枝在表面。硅烷偶联剂酸性溶液的配制方法为：将3wt％硅烷偶联剂A174、3wt％去离子水和94wt％无水乙醇混合均匀，并在均匀的硅烷偶联剂溶液中边搅拌边滴加1mol/L的盐酸溶液，调节溶液的pH＝3.0-5.8。反应完毕后，先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，以除去表面吸附的硅烷偶联剂和乙醇。
(3)先将硫酸软骨素甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸和光引发剂2959溶解在去离子水中，配成无色透明的亲水涂层前驱溶液。该溶液的组成为：3wt％硫酸软骨素甲基丙烯酸酯、1wt％甲基丙烯酸、0.05wt％光引发剂2959(I2959)、其余为去离子水。然后将制备的亲水涂层前驱溶液涂覆在经步骤(2)接枝硅烷偶联剂的医疗器械表面，并使用365nm紫外光辐照，使I2959分解产生自由基，引发自由基反应，使医疗器械表面的硅烷偶联剂上的双键与近表面的海藻酸甲基丙烯酸酯、丙烯酸发生共聚，形成共价键；同时，亲水涂层中的海藻酸甲基丙烯酸酯中的双键与丙烯酸共聚、交联，生成交联网络结构，最终在医疗器械表面形成共价结合的亲水凝胶涂层。
(4)干燥处理同实施例1；
(5)将经步骤(4)处理后的医疗器械置于含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液中浸泡2小时，使器械表面的涂层溶胀并吸收含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液。此步骤所用水溶液的组成为：聚乙二醇甲基丙烯酸酯20wt％、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.5wt％、甲基丙烯酸羟乙酯5wt％、光引发剂0.05wt％、其余为去离子水。
(6)将经步骤(5)处理后的医疗器械置于365nm紫外光下辐照10min，引发自由基聚合，形成互穿的亲水网络结构。
(7)将经步骤(6)处理后的医疗器械先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，制备得到接枝在医疗器械表面的高强韧亲水润滑涂层。
亲水特性测试结果得出，在修饰亲水涂层以前，医疗器械表面的水接触角为128°，接枝亲水涂层后，水接触角为27.5°。
润滑性能测试结果得出，修饰涂层前，医疗器械表面的摩擦系数约为0.65，修饰亲水涂层后将摩擦系数降低至0.10。此外，在1N载荷下反复摩擦10000次，亲水涂层未见明显破坏或剥离。
实施例5一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水涂层的制备方法
该制备方法包括以下步骤：
(1)医疗器械表面清洗，氧等离子体处理同实施例1；
(2)将步骤(1)处理后的医疗器械置于新制备的硅烷偶联剂的酸性溶液中浸泡2小时，使位于器械表面的硅烷偶联剂发生水解并同时与表面的羟基、羧基等发生缩合反应，让硅烷偶联剂分子及其水解缩合产物接枝在表面。硅烷偶联剂酸性溶液的配制方法为：将3wt％硅烷偶联剂A174、3wt％去离子水和94wt％无水乙醇混合均匀，并在均匀的硅烷偶联剂溶液中边搅拌边滴加1mol/L的盐酸溶液，调节溶液的pH＝3.0-5.8。反应完毕后，先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，以除去表面吸附的硅烷偶联剂和乙醇。
(3)先将葡聚糖甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸和光引发剂2959溶解在去离子水中，配成无色透明的亲水涂层前驱溶液。该溶液的组成为：5wt％葡聚糖甲基丙烯酸酯、2wt％甲基丙烯酸、0.05wt％光引发剂2959(I2959)、其余为去离子水。然后将制备的亲水涂层前驱溶液涂覆在经步骤(2)接枝硅烷偶联剂的医疗器械表面，并使用365nm紫外光辐照，使I2959分解产生自由基，引发自由基反应，使医疗器械表面的硅烷偶联剂上的双键与近表面的海藻酸甲基丙烯酸酯、丙烯酸发生共聚，形成共价键；同时，亲水涂层中的海藻酸甲基丙烯酸酯中的双键与丙烯酸共聚、交联，生成交联网络结构，最终在医疗器械表面形成共价结合的亲水凝胶涂层。
(4)干燥处理同实施例1；
(5)将经步骤(4)处理后的医疗器械置于含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液中浸泡2小时，使器械表面的涂层溶胀并吸收含聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂2959的水溶液。此步骤所用水溶液的组成为：聚乙二醇甲基丙烯酸酯10wt％、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.1wt％、甲基丙烯酸羟乙酯2wt％、光引发剂0.02wt％、其余为去离子水。
(6)将经步骤(5)处理后的医疗器械置于365nm紫外光下辐照10min，引发自由基聚合，形成互穿的亲水网络结构。
(7)将经步骤(6)处理后的医疗器械先后用无水乙醇和去离子水超声清洗，制备得到接枝在医疗器械表面的高强韧亲水润滑涂层。
亲水特性测试结果得出，在修饰亲水涂层以前，医疗器械表面的水接触角为128°，接枝亲水涂层后，水接触角为21.4°。
润滑性能测试结果得出，修饰涂层前，医疗器械表面的摩擦系数约为0.65，修饰亲水涂层后将摩擦系数降低至0.08。此外，在1N载荷下反复摩擦10000次，亲水涂层未见明显破坏或剥离。
对比例1表面未接枝修饰的医疗器械
将医疗器械表面依次用异丙醇、丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干，得到表面未接枝修饰的医疗器械(空白对照)。
对比例2一种在医疗器械表面涂覆亲水涂层的方法
该制备方法包括以下步骤：
(1)将医疗器械表面依次用异丙醇、丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并用氮气吹干。
步骤(2)至步骤(7)同实施例1。
该对比例中，由于医疗器械表面未做氧等离子体气氛处理，硅烷偶联剂与医疗器械表面的接枝效率极低，使得水凝胶涂层难以接枝在医疗器械表面，在1N载荷下反复摩擦时，涂层经30次摩擦即开始发生剥离。
对比例3一种在医疗器械表面涂覆亲水涂层的方法
该制备方法同实施例5，不同之处在于，缺少步骤(2)在器械表面接枝硅烷偶联剂分子的步骤。
该对比例中，由于医疗器械表面未经硅烷偶联剂处理即制备亲水凝胶涂层，医疗器械表面的羟基与羧基可能与水凝胶涂层有一定的作用，但界面较弱，在1N载荷下反复摩擦时，涂层经大约50次摩擦即开始发生剥离。
对比例4一种在医疗器械表面涂覆亲水涂层的方法
该制备方法同实施例3，不同之处在于，缺少步骤(4)至步骤(7)的步骤。即本对比例只在医疗器械表面制备共价结合的亲水凝胶涂层。
该对比例中，医疗器械表面接枝了透明质酸水凝胶，透明质酸亲水性极强，使医疗器械表面的水接触角降低到12.7，但该涂层脆弱，在1N载荷下反复摩擦时，经大约20次摩擦涂层即发生破损，产生划痕和碎屑。
对比例5一种在医疗器械表面涂覆亲水涂层的方法
该制备方法同实施例4，不同之处在于，缺少步骤(3)、步骤(4)。即本对比例在医疗器械表面接枝硅烷偶联剂分子后，未制备共价结合的亲水凝胶涂层即直接接枝聚乙二醇水凝胶。
该对比例中，由于医疗器械表面未制备共价结合的亲水凝胶涂层，而是在接枝硅烷偶联剂分子后，直接再接枝聚乙二醇水凝胶，所得涂层亲水性强，使医疗器械表面的水接触角降低到20.1，但该涂层脆弱，在1N载荷下反复摩擦时，经大约20次摩擦即发生破损，产生划痕和碎屑。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对医疗器械表面进行清洗，干燥后通过等离子体处理活化器械表面，引入活性基团；
S2、将步骤S1处理后的器械浸泡在硅烷偶联剂酸性溶液中，使硅烷偶联剂与器械表面的官能团发生反应而接枝在器械表面；
S3、先将丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团修饰的多糖与丙烯酸、甲基丙烯酸或其衍生物，以及光引发剂一起制成涂层前体溶液；然后将涂层前体溶液涂覆在步骤S2处理后的器械表面；
S4、将步骤S3制备的含涂层溶液的医疗器械置于蓝光、紫外光、X射线或电子束下辐射，使引发剂和溶液中的高分子产生自由基，并与器械表面的官能团发生反应，同时使多糖与单体之间发生自由基聚合和交联，进而在器械表面形成交联网络，经干燥脱水后在器械表面制得脱水凝胶涂层；
S5、先将聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和光引发剂溶解在水中配成溶液；然后将步骤S4制备的含脱水凝胶涂层的器械浸泡在该溶液中，使凝胶涂层溶胀，吸收单体、交联剂、引发剂溶液；
S6、将步骤S5处理后的器械置于蓝光、紫外光、X射线或电子束下辐射，引发自由基，使溶液中的单体、交联剂发生自由基聚合和交联，在步骤S4形成的网络中形成新的网络，从而在医疗器械表面制备得到高强韧耐磨的亲水润滑涂层。
2.根据权利要求1所述的一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团修饰的多糖包括海藻酸甲基丙烯酸酯、壳聚糖甲基丙烯酸酯、透明质酸甲基丙烯酸酯、硫酸软骨素甲基丙烯酸酯或葡聚糖甲基丙烯酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤S3的涂层前体溶液中，多糖的浓度为0.3wt％～5wt％，丙烯酸、甲基丙烯酸或其衍生物的浓度为0.5wt％～3wt％，光引发剂的浓度为0.01～0.05wt％，余量为水。
4.根据权利要求1所述的一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤S5所述溶液的组成为：聚乙二醇甲基丙烯酸酯0.5wt％～20wt％、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯0.01wt％～0.5wt％、甲基丙烯酸羟乙酯0.5wt％～5wt％,光引发剂0.01wt％～0.05wt％，余量为水。
5.根据权利要求1所述的一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷(A－151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A－171)、乙烯基三(乙氧甲氧基)硅烷(A-172)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述硅烷偶联剂酸性溶液包括0.5～7wt％硅烷偶联剂、2％～12％水，余量为乙醇；溶液的pH值为3.0～5.8。
7.根据权利要求1所述的一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤S4的辐射时间为3s-60min；步骤S6的辐射时间为3s-30min。
8.根据权利要求1所述的一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述等离子体处理包括氧气等离子体处理和氨气等离子体处理，以引入羧基、羟基或氨基活性基团。
9.根据权利要求1所述的一种接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤S2、S5的浸泡时间均为5～180min。
10.采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的接枝于医疗器械表面的高强韧耐磨亲水润滑涂层。
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