DE69733585T2

DE69733585T2 - Blutentnahmeröhrchen

Info

Publication number: DE69733585T2
Application number: DE69733585T
Authority: DE
Inventors: Noel G. Harvey; Yelena G. Tropsha; Susan L. Burkett; Richard P. Clarke; Bryan Soo Wong
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2017-01-25
Also published as: EP0787827A2; BR9700741A; CA2195048A1; MX9700635A; DE69733585D1; KR100186805B1; US5968620A; JPH09253076A; EP0787827A3; SG43577A1; EP0787827B1; JP3190586B2; US5716683A; AU1231897A; KR970058685A; CA2195048C

Description

1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Kunststoff-Blutsammelröhrchen mit einer mehrschichtigen Sperrbeschichtung, die eine effektive Sperre gegen Gas- und Wasserdurchlässigkeit ergibt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wegen der verstärkten Verwendung von medizinischen Produkten aus Kunststoff besteht eine spezielle Notwendigkeit der Verbesserung der Sperreigenschaften von aus Polymeren hergestellten Artikeln.
Zu den medizinischen Produkten, die einen beträchtlichen Nutzen aus der Verbesserung ihrer Sperreigenschaften ziehen würden, gehören unter anderem Sammelröhrchen und insbesondere solche, die für die Blutentnahme verwendet werden.
Für Blutsammelröhrchen sind bestimmte Leistungsstandards erforderlich, damit sie für die Verwendung in medizinischen Anwendungen annehmbar sind. Zu diesen Leistungsstandards gehört die Fähigkeit, über einen Zeitraum von einem Jahr mehr als etwa 90% des ursprünglichen Sogvolumens beizubehalten, durch Strahlung sterilisierbar zu sein und Tests und Analysen nicht zu stören.
Daher besteht ein Bedürfnis nach einer Verbesserung der Sperreigenschaften von Artikeln, die aus Polymeren bestehen, und insbesondere evakuierten Kunststoff-Blutsammelröhrchen, wobei bestimmte Leistungsstandards eingehalten werden und der Artikel effektiv und für medizinische Anwendungen verwendbar ist.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Kunststoff-Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 1 mit einer mehrschichtigen Sperrbeschichtung bereit, die wenigstens zwei Sperrmaterialien umfasst, die über der äußeren und gegebenenfalls der inneren Oberfläche des zuvor gebildeten Verbundbehälters angeordnet sind. Die Sperrmaterialien umfassen eine erste Schicht aus einem polymeren Material, die auf die äußere Oberfläche des zuvor gebildeten Verbundbehälters aufgebracht wird, eine zweite Schicht aus einem Metalloxidmaterial, die über die erste Schicht angebracht wird, und gegebenenfalls eine dritte Schicht aus organischem Material, die über die zweite Schicht angebracht wird.
Bei der ersten Schicht, einer Grundierungsbeschichtung, handelt es sich um eine heterocyclische Verbindung, die aus Ethylenoxiden besteht. Diese Art von Verbindung wird häufig "Epoxid" genannt, obwohl ihre Bezeichnung in der formalen IUPAC-Nomenklatur "Oxiran" lautet. Die Beschichtung kann entweder auf einem inneren Oberflächenteil oder auf einem äußeren Oberflächenteil des Behälters oder beiden gebildet werden.
Die zweite Schicht der Sperrbeschichtung kann vorzugsweise eine Zusammensetzung auf Siliciumoxidbasis, wie SiO_x, wobei x 1,0 bis etwa 2,5 beträgt, oder eine Zusammensetzung auf Aluminiumoxidbasis sein. Am meisten bevorzugt ist die zweite Schicht eine Zusammensetzung auf Siliciumoxidbasis, die über die erste Schicht aufgetragen wird.
Die wahlfreie dritte Schicht der Sperrbeschichtung, vorzugsweise eine organische Sperrzusammensetzung, wie Polyvinylidenchlorid (PVDC), wird am meisten bevorzugt über die zweite Schicht aufgetragen.
Wünschenswerterweise wird die Grundierungsbeschichtung durch Auftragen eines ungehärteten Polyaminpolyepoxidgemischs und anschließendes Behandeln mit einer photolytischen oder thermischen Härtungsquelle gebildet.
Vorzugsweise ist die Grundierungsbeschichtung ein hochgradig vernetztes Polyamin/Polyepoxid-Gemisch, wie es im internationalen Patent WO 93/07068 und im US-Patent Nr. 4,478,874, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben ist.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der Epoxid-Grundierungsbeschichtung etwa 100 μm bis etwa 300 μm und am meisten bevorzugt etwa 100 μm bis etwa 175 μm.
Eine wünschenswerte zweite Schicht, die über der ersten Schicht angeordnet wird, umfasst vorzugsweise eine Zusammensetzung auf Siliciumoxidbasis, wie SiO_x. Eine solche Schicht ist wünschenswerterweise von flüchtigen siliciumorganischen Verbindungen abgeleitet.
Die Zusammensetzung auf Siliciumoxidbasis ergibt eine dichte, dampfundurchlässige Beschichtung über der organischen Grundierungsbeschichtung. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Schicht auf Siliciumoxidbasis etwa 10 bis 200 nm (100 bis etwa 2000 Ångström (Å)) und am meisten bevorzugt etwa 50 bis 100 nm (500 bis etwa 1000 (Å). Eine Beschichtung von über 500 nm (5000 Å) kann Risse bilden und daher als Sperre ineffektiv sein.
Eine wünschenswerte wahlfreie dritte Schicht, die über der zweiten Schicht angeordnet wird, umfasst vorzugsweise Vinylidenchlorid-Methylmethacrylat-Methylacrylat-Acrylsäure-Polymer (PVDC), duroplastische Epoxidbeschichtungen, Parylen-Polymere oder Polyester.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der PVDC-Schicht etwa 2 bis etwa 15 μm und am meisten bevorzugt etwa 3 bis etwa 5 μm.
Das Verfahren zum Auftragen der Grundierungsbeschichtung auf einen Behälter wird vorzugsweise so durchgeführt, wie es im internationalen Patent Veröffentlichungs-Nr. 93/07068 und im US-Patent Nr. 4,478,874 beschrieben ist, wobei das Gemisch in ein Blutsammelröhrchen aufgetragen und mit thermischen Methoden gehärtet wird. Die Schritte des Abscheidens und Härtens können wiederholt werden, bis die gewünschte Anzahl an Schichten erreicht ist.
Ein Verfahren zur Abscheidung einer Schicht auf Siliciumoxidbasis ist wie folgt: (a) Vorbehandeln der ersten Schicht auf dem Behälter mit einer ersten Plasmabeschichtung aus Sauerstoff; (b) gesteuertes Strömenlassen eines Gasstroms, der eine siliciumorganische Verbindung enthält, in ein Plasma; und (c) Abscheiden von Siliciumoxid auf der ersten Schicht, wobei während des Abscheidens ein Druck von weniger als etwa 500 mm Hg beibehalten wird.
Der Vorbehandlungsschritt ist zwar wahlfrei, liefert jedoch vermutlich verbesserte Haftungseigenschaften zwischen der zweiten Schicht und der Grundierungsbeschichtung.
Die siliciumorganische Verbindung wird vorzugsweise mit Sauerstoff und gegebenenfalls Helium oder einem anderen Inertgas, wie Argon oder Stickstoff, kombiniert, und vorzugsweise wird wenigstens ein Teil des Plasmas während der Abscheidung magnetisch in der Nähe der Oberfläche der ersten Schicht gehalten, am meisten bevorzugt durch ein unsymmetrisches Magnetron.
Die PVDC-Schicht kann durch Tauch- oder Sprühtechniken über der zweiten Schicht aufgebracht werden.
Am meisten bevorzugt umfasst das Verfahren zur Abscheidung einer Sperrbeschichtung auf einem Substrat, wie einem Kunststoff-Sammelröhrchen, die folgenden Schritte:

(a) Auftragen eines ungehärteten Polyaminpolyepoxidgemischs auf die äußere Oberfläche eines Behälters;
(b) Härten des Gemischs;
(c) Verdampfen einer siliciumorganischen Komponente und Mischen der verflüchtigten siliciumorganischen Komponente mit einer Oxidationsmittel komponente und gegebenenfalls einer Inertgaskomponente unter Bildung eines Gasstroms außerhalb der Kammer;
(d) Bilden eines Glimmentladungsplasmas in der Kammer aus einer oder mehreren der Gasstromkomponenten;
(e) gesteuertes Strömenlassen des Gasstroms in das Plasma, wobei wenigstens ein Teil des Plasmas darin eingeschlossen wird; und
(f) Abscheiden einer zweiten Schicht der Siliciumoxidbeschichtung, die an die erste Schicht angrenzt.

Gegebenenfalls kann eine PVDC-Beschichtung durch Tauch- oder Sprühtechniken über der zweiten Schicht aufgetragen werden. Eine PVDC-Lösung auf Emulsionsbasis kann verwendet werden, um die Behälteroberfläche einzutauchen, und anschließend kann thermisch gehärtet werden. PVDC-Lösungen auf Lösungsmittelbasis, wobei das Lösungsmittel CHCl₃, CCl₄ und dergleichen ist, können zum Sprühbeschichten verwendet werden, und anschließend kann thermisch gehärtet werden.
Gegebenenfalls können der Behälter und/oder die erste Schicht vor dem Auftragen der mehrschichtigen Beschichtungen flammenbehandelt oder plasmasauerstoffbehandelt oder koronaentladungsbehandelt werden.
Kunststoffröhrchen, die mit der mehrschichtigen Sperrbeschichtung, welche die Grundierungsbeschichtung und eine Oxidschicht umfasst, und einer Deckschicht beschichtet sind, können eine wesentlich bessere Vakuumretention, Sogvolumen und Retention der thermomechanischen Integrität aufrechterhalten als frühere Röhrchen, die aus Polymerzusammensetzungen und Gemischen davon ohne eine Beschichtung mit Sperrmaterialien oder aus Röhrchen, die nur eine Oxidbeschichtung umfassen, bestehen. Außerdem ist die Stoßfestigkeit des Röhrchens viel besser als die von Glas. Am bemerkenswertesten ist die Klarheit der mehrschichtigen Beschichtung und ihre Haltbarkeit, so dass sie Stößen und Abrieb im Wesentlichen widersteht.
Der Behälter der vorliegenden Erfindung ist eine Blutsammelvorrichtung. Die Blutsammelvorrichtung kann entweder ein evakuiertes Blutsammelröhrchen oder ein nicht-evakuiertes Blutsammelröhrchen sein. Das Blutsammelröhrchen besteht wünschenswerterweise aus Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyethylennaphthalat oder Copolymeren davon.
Auf die mehrschichtige Sperrbeschichtung, die auf den interessierenden Behälter aufgebracht wird, kann etwas aufgedruckt werden. Zum Beispiel können eine Produktidentifikation, ein Strichcode, ein Markenname, ein Firmenlogo, eine Chargennummer, ein Verfallsdatum sowie andere Daten und Informationen alle auf der Sperrbeschichtung untergebracht sein. Überdies kann auf der Sperrbeschichtung auch eine matte Oberfläche oder eine durch Koronaentladung behandelte Oberfläche entwickelt werden, so dass die Oberfläche geeignet ist, um zusätzliche Informationen auf das Etikett zu schreiben. Weiterhin kann auch ein Haftkleberetikett über die Sperrbeschichtung geklebt werden, um zum Beispiel verschiedene weitere Etiketten des Krankenhauses unterzubringen.
Vorzugsweise ergibt die mehrschichtige Sperrbeschichtung der vorliegenden Erfindung ein transparentes oder farbloses Erscheinungsbild, und es kann etwas Gedrucktes darauf aufgebracht sein.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Reduktion der Gasdurchlässigkeit dreidimensionaler Objekte ergibt, die mit dem herkömmlichen Abscheidungsverfahren, das bei Dünnschichten typischerweise verwendet wird, nicht erreicht wurde.
Es hat sich in der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass das organische Material, ein Epoxid, eine gute Plattform für das Wachstum des dichten SiO_x-Sperrmaterials darstellt.
Es hat sich gezeigt, dass die Epoxidschicht die Haftung zwischen einer Kunststoffoberfläche und SiO_x verbessert und insgesamt die thermomechanische Stabilität des beschichteten Systems verbessert. Außerdem spielt die Acrylat-Grundierungsbeschichtung die Rolle einer Planierungsschicht (Ebnungsschicht), die die Teilchen und Fehler auf der Oberfläche eines Polymers abdeckt und die Defektdichte in den abgeschiedenen anorganischen Beschichtungen reduziert. Die guten Bindeeigenschaften des Acrylats sind auch auf die Tatsache zurückzuführen, dass Acrylat polar ist und die Polarität ein Mittel für gute Bindungsbildung zwischen dem SiO_x und dem Acrylat bereitstellt. Außerdem hat sich gezeigt, dass eine gute Bindungsbildung zwischen Kunststoffröhrchen, die aus Polypropylen bestehen, und Acrylat erfolgt. Die vorliegende Erfindung stellt also die Mittel bereit, um die Sperreigenschaften von Polypropylenröhrchen wesentlich zu verbessern. Die Haftungseigenschaften sowohl der Acrylatbeschichtung als auch der Oxidbeschichtung können durch Oberflächenvorbehandlungsverfahren, wie mit Flammen oder Sauerstoffplasma, wesentlich weiter verbessert werden. Daher ist eine erhebliche Reduktion der Permeabilität des Artikels auf die wesentlich verbesserte SiO_x-Oberflächenabdeckung zurückzuführen, die man durch die Verwendung einer Grundierungsbeschichtung aus Acrylat auf der Oberfläche des Kunststoffartikels erhält.
Die Schicht aus PVDC verbessert die Schicht aus SiO_x, da sie die Fehler und/oder Unregelmäßigkeiten in der SiO_x-Schicht zustopft. Weiterhin verbessert die PVDC-Schicht die Abriebfestigkeit der SiO_x-Schicht.
Ein Kunststoff-Blutsammelröhrchen, das mit der mehrschichtigen Sperrbeschichtung der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, stört keine Tests und Analysen, die typischerweise mit Blut in einem Röhrchen durchgeführt werden. Zu diesen Tests gehören unter anderem die routinemäßige chemische Analyse, Test auf biologische Inaktivität, Hämatologie, Blutchemie, Blutgruppenbestimmung, toxikologische Analyse oder Überwachung therapeutischer Wirkstoffe sowie weitere klinische Tests, bei denen Körperflüssigkeiten beteiligt sind. Weiterhin kann ein mit der Sperrbeschichtung beschichtetes Kunststoff-Blutsammelröhrchen mit automatischen Geräten, wie Zentrifugen, verwendet werden und kann bestimmten Strahlungsniveaus im Sterilisationsvorgang ausgesetzt werden, ohne dass sich die optischen oder mechanischen und funktionellen Eigenschaften wesentlich ändern.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines typischen Blutsammelröhrchens mit einem Stopfen.
2 ist ein Längsschnitt des Röhrchens von 1 entlang Linie 2-2.
3 ist ein Längsschnitt eines röhrenförmigen Behälters, der dem Röhrchen von 1 ähnlich ist, ohne Stopfen, wobei der Behälter eine mehrschichtige Sperrbeschichtung umfasst.
4 ist ein Längsschnitt eines röhrenförmigen Behälters, der dem Röhrchen von 1 ähnlich ist, mit einem Stopfen, wobei der Behälter eine mehrschichtige Sperrbeschichtung umfasst.
5 ist ein Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, der das Röhrchen mit einem Stopfen ähnlich wie in 1 zeigt, wobei die mehrschichtige Sperrbeschichtung sowohl das Röhrchen als auch den Stopfen umfasst.
6 zeigt ein Plasmaabscheidungssystem.
7 ist ein allgemeines schematisches Diagramm, das die Schichten zeigt, die auf einem Substrat abgeschieden werden.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen speziellen Ausführungsformen realisiert werden und ist nicht auf irgendeine spezielle, ausführlich beschriebene Ausführungsform beschränkt, die lediglich beispielhaft angegeben wird. Der Umfang der Erfindung bemisst sich nach den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen in allen verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile. Die 1 und 2 zeigen ein typisches Blutsammelröhrchen 10 mit einer Seitenwand 11, die sich von einem offenen Ende 16 zu einem geschlossenen Ende 18 erstreckt, und einem Stopfen 14, der einen unteren ringförmigen Teil oder Kragen 15 umfasst, der sich in das Röhrchen hinein erstreckt und gegen die innere Oberfläche 12 der Seitenwand drückt und so den Stopfen 14 an Ort und Stelle hält.
2 zeigt schematisch, dass es drei Mechanismen für eine Änderung des Vakuums in einem Blutsammelröhrchen gibt: (A) Eindringen von Gas durch das Material des Stopfens; (B) Eindringen von Gas durch das Röhrchen und (C) Undichtigkeit an der Grenzfläche zwischen Stopfen und Röhrchen. Wenn es im Wesentlichen kein Eindringen von Gas und keine Undichtigkeit gibt, hat man daher eine gute Vakuumretention und eine gute Retention des Sogvolumens.
3 zeigt die Ausführungsform der Erfindung, ein mit wenigstens zwei Schichten aus Sperrmaterialien beschichtetes Kunststoffröhrchen. Die bevorzugte Ausführungsform umfasst viele Komponenten, die mit den Komponenten von 1 und 2 im Wesentlichen identisch sind. Entsprechend sind ähnliche Komponenten, die ähnliche Funktionen erfüllen, genauso nummeriert wie die entsprechenden Komponenten in 1 und 2, außer dass ein Suffix "a" verwendet wird, um diese Komponenten in 3 zu identifizieren.
In 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Sammelröhrchen-Baugruppe 20 umfasst ein Kunststoffröhrchen 10a mit einer Seitenwand 11a, die sich von einem offenen Ende 16a zu einem geschlossenen Ende 18a erstreckt. Eine Sperrbeschichtung 25 erstreckt sich über einen wesentlichen Teil der äußeren Oberfläche des Röhrchens mit Ausnahme des offenen Endes 16a. Die Sperrbeschichtung 25 umfasst eine erste Schicht 26 aus einem Epoxid-Polymermaterial und eine zweite Schicht 27 aus einem Metalloxidmaterial, wie einer Zusammensetzung auf Siliciumoxidbasis, sowie gegebenenfalls eine dritte Schicht 28 aus einer organischen Deckschicht, wie PVDC.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei die Sammelröhrchen-Baugruppe 40 einen Stopfen 48 umfasst, der zum Verschließen des offenen Endes 41 des Röhrchens 42 aufgesetzt wird. Wie man sieht, erstreckt sich die Seitenwand 43 vom offenen Ende 41 zum geschlossenen Ende 44, und der Stopfen 48 umfasst einen oberen ringförmigen Teil 50, der sich über den oberen Rand des Röhrchens 42 erstreckt. Der Stopfen 48 umfasst einen unteren ringförmigen Teil oder Kragen 49, der sich in das Röhrchen hinein erstreckt und gegen die innere Oberfläche 46 der Seitenwand 43 drückt, um den Stopfen 48 an Ort und Stelle zu halten. Außerdem weist der Stopfen ein Septumteil 52 auf, um eine hindurchgesteckte Kanüle aufzunehmen.
Sobald der Anwender einen Behälter wie den in 4 gezeigten mit einer darin enthaltenen Probe empfängt, kann er also eine Kanüle durch das Septum 52 hindurch einführen, um einen Teil oder den gesamten Inhalt des Röhrchens 42 aufzunehmen und mit der Probe verschiedene Tests durchzuführen. Eine mehrschichtige Sperrbeschichtung 45 bedeckt einen wesentlichen Teil der Länge des Röhrchens. Die mehrschichtige Sperrbeschichtung 45 bedeckt im Wesentlichen den größten Teil des Röhrchens mit Ausnahme von dessen offenem Ende 41. Die mehrschichtige Sperrbeschichtung 45 umfasst eine erste Schicht 54 aus einem Epoxid, eine zweite Schicht 56 aus einem Metalloxidmaterial, wie einem Siliciumoxidmaterial, und eine dritte Schicht 57 aus einem organischen Sperrmaterial, wie PVDC. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform in 3 dadurch, dass das Röhrchen evakuiert werden kann, wobei man gleichzeitig den Stopfen 48 hineinsteckt, nachdem die Schichten 54 und 56 über das Röhrchen aufgebracht wurden. Alternativ dazu kann die mehrschichtige Sperrbeschichtung auch auf das Röhrchen aufgebracht werden, nachdem dieses evakuiert wurde.
5 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform der Sperrbeschichtung und eines Röhrchens. Die alternative Ausführungsform funktioniert in ähnlicher Weise wie die in 4 gezeigte Ausführungsform. Entsprechend sind ähnliche Komponenten, die ähnliche Funktionen erfüllen, genauso nummeriert wie die entsprechenden Komponenten in der Ausführungsform von 4, außer dass ein Suffix "a" verwendet wird, um diese Komponenten in 5 zu identifizieren.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform 60 der Erfindung gezeigt. Die mehrschichtige Sperrbeschichtung 45a umfasst sowohl den oberen Teil 50a des Stopfens 48a als auch die gesamte äußere Oberfläche des Röhrchens 42a. Die mehrschichtige Sperrbeschichtung 45a enthält Auszackungen 62 an der Grenzfläche zwischen Röhrchen und Stopfen. Die Auszackungen liegen passgenau übereinander, so dass man feststellen kann, ob sich jemand unbefugt an dem versiegelten Behälter zu schaffen gemacht hat. Eine solche Ausführungsform kann zum Beispiel verwendet werden, um den Behälter mit aufgesetztem Stopfen zu versiegeln. Sobald eine Probe in das Röhrchen gebracht wurde, kann man sich nicht mehr an der Probe zu schaffen machen, indem man den Stopfen entfernt. Außerdem können die Auszackungen passgenau übereinanderliegen, so dass man feststellen kann, ob sich jemand unbefugt an dem versiegelten Behälter zu schaffen gemacht hat. Eine solche Anordnung kann zum Beispiel für Tests auf Drogenmissbrauch, die Identifizierung von Proben und die Qualitätskontrolle geeignet sein.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die mehrschichtige Sperrbeschichtung 45 wiederholt oder nacheinander auf die innere und/oder äußere Oberfläche des Röhrchens aufgetragen. Vorzugsweise wird die Beschichtung wenigstens zweimal aufgetragen.
Der Fachmann wird sich darüber im Klaren sein, dass solche Röhrchen Reagentien in Form von Additiven oder Beschichtungen auf der Innenwand des Röhrchens enthalten können.
Die mehrschichtige Sperrbeschichtung bildet eine im Wesentlichen klare oder durchscheinende Sperre. Daher ist der Inhalt eines Kunststoffröhrchens mit einer mehrschichtigen Sperrbeschichtung, die wenigstens zwei Schichten aus Sperrmaterialien umfasst, für einen Beobachter im Wesentlichen sichtbar; gleichzeitig können auf der mehrschichtigen Sperrbeschichtung identifizierende Informationen gezeigt werden, nachdem sie auf das Kunststoffröhrchen aufgebracht wurde.
Die erste Schicht der mehrschichtigen Sperrbeschichtung kann durch Auftragen von Ethylenoxid- oder Oxiranmonomeren auf die zu beschichtende Oberfläche durch Tauchbeschichtung, Walzenbeschichtung oder Aufsprühen und anschließende UV- oder thermische Härtung gebildet werden.
Die zweite Schicht der mehrschichtigen Sperrbeschichtung, ein Metalloxidmaterial, kann durch Hochfrequenzentladung, direkte oder Doppelionenstrahl-Beschichtung, Aufstäuben oder chemisches Aufdampfen aus dem Plasma, wie es in den US-Patenten Nr. 4,698,256, 4,809,876, 4,992,298 und 5,055,318, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, beschrieben ist, über der ersten Schicht gebildet werden.
Ein Verfahren zur Abscheidung einer Oxidbeschichtung beinhaltet zum Beispiel die Erzeugung eines Glimmentladungsplasmas in einer zuvor evakuierten Kammer. Das Plasma ist von einer oder mehreren der Komponenten des Gasstroms abgeleitet und ist vorzugsweise von dem Gasstrom selbst abgeleitet. Der Artikel wird im Plasma, vorzugsweise neben dem eingeschlossenen Plasma, positioniert, und man lässt den Gasstrom steuerbar in das Plasma strömen. Eine Schicht auf der Basis von Siliciumoxid wird bis zu einer gewünschten Dicke auf dem Substrat abgeschieden. Die Dicke der Oxidbeschichtung beträgt etwa 10 nm bis etwa 1000 nm (100 Ångström (Å) bis etwa 10000 (Å). Eine Dicke von weniger als 500 nm (5000 Å) ergibt möglicherweise keine ausreichende Sperre, und bei einer Dicke von mehr als 500 nm (5000 Å) können Risse entstehen, so dass die Sperrwirkung abnimmt. Am meisten bevorzugt beträgt die Dicke der Oxidbeschichtung etwa 100 nm bis 300 nm (1000 Å bis etwa 3000 Å).
Ein weiteres Verfahren zur Abscheidung einer Oxidbeschichtung beinhaltet den Einschluss eines Plasmas mit einem Magnetfeld. Vorzugsweise wird das magnetisch verstärkte Verfahren zur Abscheidung einer Schicht auf Siliciumoxidbasis auf einem Substrat in einer zuvor evakuierten Kammer durchgeführt, wobei man eine Glimmentladung aus einem Gasstrom zündet oder auslöst. Der Gasstrom umfasst vorzugsweise wenigstens zwei Komponenten: eine verflüchtigte siliciumorganische Komponente, eine Oxidationsmittelkomponente, wie Sauerstoff, Distickstoffoxid, Kohlendioxid oder Luft, und eine wahlfreie Inertgaskomponente.
Beispiele für geeignete siliciumorganische Verbindungen, die bei Verwendung der Plasmaabscheidungsverfahren für den Gasstrom geeignet sind, sind etwa bei Raumtemperatur flüssig oder gasförmig und haben im verflüchtigten Zustand einen Siedepunkt von 0°C bis 150°C; dazu gehören Dimethylsilan, Trimethylsilan, Diethylsilan, Propylsilan, Phenylsilan, Hexamethyldisilan, 1,1,2,2-Tetramethyldisilan, Bis(trimethylsilan)methan, Bis(dimethylsilyl)methan, Hexamethyldisiloxan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Ethylmethoxysilan, Ethyltrimethoxysilan, Divinyltetramethyldisiloxan, Hexamethyldisilazan, Divinylhexamethyltrisiloxan, Trivinylpentamethyltrisiloxazan, Tetraethoxysilan und Tetramethoxysilan.
Zu den bevorzugten siliciumorganischen Verbindungen gehören 1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, Trimethylsilan, Hexamethyldisiloxan, Vinyltrimethylsilan, Methyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan und Hexamethyldisilazan. Diese bevorzugten siliciumorganischen Verbindungen haben Siedepunkte von 71°C, 55,5°C, 102°C, 123°C bzw. 127°C.
Das wahlfreie Inertgas des Gasstroms ist vorzugsweise Helium, Argon oder Stickstoff.
Die verflüchtigte siliciumorganische Komponente wird vorzugsweise mit der Sauerstoffkomponente und der Inertgaskomponente gemischt, bevor man sie in die Kammer strömen lässt. Die Mengen der miteinander gemischten Gase werden mit Durchflussreglern gesteuert, so dass das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der Gasstromkomponenten reguliert werden kann.
Verschiedene in der Technik bekannte optische Verfahren können verwendet werden, um die Dicke der abgeschiedenen Schicht zu bestimmen, während sie sich in der Abscheidungskammer befindet, oder die Schichtdicke kann bestimmt werden, nachdem der Artikel aus der Abscheidungskammer entnommen wurde.
Das Abscheidungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise mit relativ hoher Leistung und unter sehr niedrigem Druck durchgeführt. Ein Druck von weniger als etwa 500 Millitorr (mTorr) [1 mTorr = 0,133 Pa] sollte während der Abscheidung aufrechterhalten werden, und vorzugsweise herrscht während der Abscheidung der Schicht in der Kammer ein Druck zwischen etwa 43 und etwa 490 Millitorr]. Ein niedriger Systemdruck führt zu geringeren Abscheidungsraten, während ein höherer Systemdruck höhere Abscheidungsraten ergibt. Wenn der zu beschichtende Kunststoffartikel wärmeempfindlich ist, kann ein höherer Systemdruck verwendet werden, um die Wärmemenge, der das Substrat während der Abscheidung ausgesetzt ist, zu minimieren, da hohe Substrattemperaturen bei Polymeren mit niedrigem Tg, wie Polypropylen und PET (mit einem Tg von –10°C bzw. 60°C), zu vermeiden sind.
Das Substrat ist gegenüber dem Abscheidungssystem elektrisch isoliert (abgesehen von dem elektrischen Kontakt mit dem Plasma) und ist während der Abscheidung auf einer Temperatur von weniger als 80°C. Das heißt, das Substrat wird nicht absichtlich erhitzt.
In 6 umfasst das System zur Abscheidung einer Schicht auf Siliciumoxidbasis eine geschlossene Reaktionskammer 170, in der ein Plasma gebildet wird und in die ein Substrat oder Röhrchen 171 eingebracht wird, um eine dünne Schicht von Material auf einem Probehalter 172 abzuscheiden. Das Substrat kann irgendein vakuumverträgliches Material sein, wie etwa Kunststoff. Durch ein Gaszufuhrsystem 173 werden ein oder mehrere Gase in die Reaktionskammer geleitet. Durch eine Stromquelle 174 wird ein elektrisches Feld erzeugt.
Die Reaktionskammer kann von einem geeigneten Typ sein, um das Verfahren des plasmaverstärkten chemischen Aufdampfens (PECVD) oder das Verfahren der Plasmapolymerisation durchzuführen. Weiterhin kann die Reaktionskammer so modifiziert werden, dass ein oder mehrere Artikel innerhalb der Kammer gleichzeitig mit einer Oxidschicht beschichtet werden können.
Der Druck in der Kammer wird durch eine mechanische Pumpe 188 gesteuert, die über ein Ventil 190 mit der Kammer 170 verbunden ist.
Das zu beschichtende Röhrchen wird zuerst im Probenhalter 172 in die Kammer 170 eingebracht. Der Druck in der Kammer wird durch die mechanische Pumpe 188 auf 5 mTorr reduziert. Der Arbeitsdruck in der Kammer beträgt 90 bis 140 mTorr für ein PECVD- oder Plasmapolymerisationsverfahren und wird erreicht, indem man die Prozessgase, Sauerstoff und Trimethylsilan durch den Monomereinlass 176 in die Kammer strömen lässt.
Die dünne Schicht wird auf der äußeren Oberfläche des Röhrchens abgeschieden und hat eine gewünschte gleichmäßige Dicke, oder das Abscheidungsverfahren kann auch periodisch unterbrochen werden, um das Erhitzen des Substrats und/oder der Elektroden zu minimieren und/oder teilchenförmige Materie physikalisch von den Artikeln zu entfernen.
Die Magnete 196 und 198 befinden sich hinter der Elektrode 200, um im Plasmabereich um das Röhrchen herum eine geeignete Kombination von Magnet- und elektrischen Feldern zu erzeugen.
Das System ist für den Betrieb mit niedriger Frequenz geeignet. Eine beispielhafte Frequenz ist 40 kHz. Das Arbeiten bei einer viel höheren Frequenz, wie im Radiofrequenzbereich von mehreren Megahertz, kann jedoch von einigem Vorteil sein.
Die Schicht auf Siliciumoxidbasis oder deren Gemische, die im Einklang mit dieser Offenbarung verwendet werden, können herkömmliche Additive und Bestandteile enthalten, die die Eigenschaften der daraus hergestellten Artikel nicht ungünstig beeinflussen.
Die dritte Schicht der mehrschichtigen Sperrbeschichtung kann durch Auftragen einer wässrigen Emulsion des PVDC-Homopolymers durch Tauchbeschichtung, Walzenbeschichtung oder Aufsprühen und anschließende thermische Härtung gebildet werden.
Die dritte Schicht kann vorzugsweise Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Methylmethacrylat-Methylacrylat-Acrylsäure-Copolymere, duroplastische Epoxidbeschichtungen, Parylen-Polymere oder Polyester umfassen.
Vorzugsweise besteht die dritte Schicht aus einem Parylenpolymer. Parylen ist der generische Name für Vertreter der von der Union Carbide Corporation entwickelten Polymerserie. Der Grundvertreter der Serie, genannt Parylen N, ist Poly-p-xylylen, ein lineares, kristallines Material:
Parylen C, ein zweiter Vertreter der Parylenserie, wird aus demselben Monomer hergestellt wie Parylen N und durch Ersatz eines aromatischen Wasserstoffatoms durch ein Chloratom modifiziert:
Parylen D, der dritte Vertreter der Parylenserie, wird aus demselben Monomer hergestellt wie Parylen N und durch Ersatz von zwei aromatischen Wasserstoffatomen durch Chloratome modifiziert:
Am meisten bevorzugt handelt es sich bei der Polymerschicht um ein Vinylidenchlorid-Methylmethacrylat-Methylacrylat-Acrylsäure-Polymer (PVDC). Dieses Polymer ist als DARAN^® 8600-C (Warenzeichen der W. R. Grace and Co.) erhältlich und wird von GRACE, Organic Chemicals Division, Lexington, Mass., vertrieben.
Die dritte Schicht der Sperrbeschichtung, ein Polymermaterial, kann ein Parylen-Polymer sein, das durch ein dem Vakuummetallisieren ähnliches Verfahren, wie es in US-A-3,342,754 und -3,300,332 beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, auf die zweite Schicht aufgetragen wird. Alternativ dazu kann es sich bei der dritten Schicht auch um Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Methylmethacrylat-Methylacrylat-Acrylsäure-Polymer handeln, das durch Auftragen einer wässrigen Emulsion des Polymers durch Tauchbeschichtung, Walzenbeschichtung oder Aufsprühen und anschließendes Trocknen der Beschichtung an der Luft, wie es in U5-A-5,093,194 und 4,497,859 beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, auf die zweite Schicht aufgetragen wird.
Wie in 7 gezeigt ist, können die Epoxid-Beschichtung A und die Beschichtung auf Siliciumoxidbasis B Mängel oder Unregelmäßigkeiten C aufweisen. Vermutlich kann eine vollständige Bedeckung des Substrats D nur mit der PVDC-Beschichtung und der Beschichtung auf Siliciumoxidbasis nicht erreicht werden. Daher wird eine dritte Beschichtung aus PVDC, E, über die Beschichtung auf Siliciumoxidbasis aufgetragen, so dass eine im Wesentlichen vollständige Sperrbeschichtung über der Substratoberfläche erzeugt wird.
Eine Vielzahl von Substraten kann mit dem hier beschriebenen Verfahren mit einer Sperrbeschichtung überzogen werden. Zu diesen Substraten gehören unter anderem Verpackungen, Behälter, Flaschen, Röhrchen und medizinische Vorrichtungen.
Ein Kunststoff-Blutsammelröhrchen, das mit der mehrschichtigen Sperrbeschichtung beschichtet ist, stört keine Tests und Analysen, die typischerweise mit Blut in einem Röhrchen durchgeführt werden. Zu diesen Tests gehören unter anderem die routinemäßige chemische Analyse, Test auf biologische Inaktivität, Hämatologie, Blutchemie, Blutgruppenbestimmung, toxikologische Analyse oder Überwachung therapeutischer Wirkstoffe sowie weitere klinische Tests, bei denen Körperflüssigkeiten beteiligt sind. Weiterhin kann ein mit der Sperrbeschichtung beschichtetes Kunststoff-Blutsammelröhrchen mit automatischen Geräten, wie Zentrifugen, verwendet werden und kann bestimmten Strahlungsniveaus im Sterilisationsvorgang ausgesetzt werden, ohne dass sich die optischen oder mechanischen und funktionellen Eigenschaften wesentlich ändern.
Ein mit der mehrschichtigen Sperrbeschichtung beschichtetes Kunststoff-Blutsammelröhrchen vermag über einen Zeitraum von einem Jahr 90% seines ursprünglichen Sogvolumens aufrechtzuerhalten. Die Sogvolumenretention hängt von der Existenz eines partiellen Vakuums oder Unterdrucks im Innern des Röhrchens ab. Das Sogvolumen ändert sich in direktem Verhältnis zur Änderung des Vakuums (Unterdrucks). Daher hängt die Sogvolumenretention von einer guten Vakuumretention ab. Ein mit einer Sperrbeschichtung beschichtetes Kunststoffröhrchen verhindert im Wesentlichen die Permeation von Gas durch das Material des Röhrchens, so dass die Vakuumretention und Sogvolumenretention des Röhrchens aufrechterhalten und verstärkt werden. Kunststoffröhrchen ohne die mehrschichtige Beschichtung der vorliegenden Erfindung können etwa 3 bis 4 Monate lang etwa 90% des Sogvolumens aufrechterhalten.
Wenn die mehrschichtige Sperrbeschichtung auch auf die innere Oberfläche des Kunststoff-Blutsammelröhrchens aufgetragen wird, kann die Sperrbeschichtung blutabweisend sein und/oder Eigenschaften eines Gerinnungsaktivators aufweisen.
Man wird sich darüber im Klaren sein, dass es keinen Unterschied macht, ob der Behälter aus dem Kunststoff-Verbundmaterial im Einklang mit dieser Erfindung evakuiert oder nicht evakuiert ist. Die Gegenwart einer Sperrbeschichtung auf der äußeren Oberfläche des Behälters hat die Wirkung, dass die allgemeine Integrität des eine Probe enthaltenden Behälters erhalten bleibt, so dass er ohne Kontaminierung des Anwenders sauber entsorgt werden kann. Bemerkenswert sind die Klarheit der auf den Behälter aufgebrachten Sperrbeschichtung und ihre Abrieb- und Kratzfestigkeit.
Die gemäß dieser Offenbarung verwendete Sperrbeschichtung kann herkömmliche Additive und Bestandteile enthalten, die die Eigenschaften von daraus hergestellten Artikeln nicht in nachteiliger Weise beeinflussen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Ausführungsform beschränken, sondern sie dienen nur als Beispiele.
Beispiel 1
Verfahren zur Beschichtung von Kunststoffsubstratröhrchen mit einer mehrschichtigen Sperrbeschichtung
Eine Polyamin-Polyepoxid-Beschichtung wurde hergestellt, indem man 7 mol Tetraethylenpentamin mit 6 mol EPON-828-Polyepoxid in 1-Methoxy-2-propanol (Dowanol PM) umsetzte. Zu diesem Gemisch wurden 21 g Diethanolamin, 36,1 g N,N,N',N'-Tetrakis(oxiranylmethyl-1,3-benzoldimethanamin, TETRAD X, Mitsubishi Gas Chemical Co.), 108,75 g zusätzliches Dowanol PM, 111,18 g 2-Butoxyethanol und 6,7 g entionisiertes Wasser gegeben. Dieses Gemisch wurde durch Auftragen des oben beschriebenen Polyamin/Polyepoxid-Gemischs durch Tauchen, Sprühen oder Rollen auf das Substrat aufgetragen und 15 bis 20 Minuten lang bei 68°C gebrannt.
Nach mehreren Tagen Alterung bei Umgebungstemperatur wurde das mit dem Polyamin/Polyepoxid-Gemisch beschichtete Substrat mit einem Gemisch gereinigt, das gleiche Anteile eines Mikrodetergens und einer Lösung in entionisiertem (DI) Wasser umfasste. Das Substrat wurde gründlich in DI-Wasser abgespült und an der Luft trocknen gelassen. Dann wurde das gereinigte Substrat bei Raumtemperatur in einem Vakuumofen gelagert, bis es beschichtet werden sollte.
Dann wurde das gereinigte Substrat an einem Halter befestigt, der in der Glasvakuumkammer mitten zwischen die Elektroden passt. Die Kammer wurde geschlossen, und eine mechanische Pumpe wurde verwendet, um einen Basisdruck von 5 mTorr zu erreichen.
Die Elektrodenkonfiguration ist intern kapazitiv mit Permanentmagneten auf der Rückseite der Titanelektroden gekoppelt. Diese spezielle Konfiguration ermöglicht es, das Glimmen wegen der Erhöhung der Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen Elektronen und Molekülen des reagierenden Gases auf den Raum zwischen den Elektroden zu beschränken. Das Ergebnis des Anlegens eines Magnetfelds ist unter dem Strich ähnlich einer Erhöhung der auf die Elektroden angewendeten Leistung, aber ohne die Nachteile höherer Bombardierungsenergien und einer verstärkten Erwärmung des Substrats. Die Verwendung von Magnetron-Entladung ermöglicht das Arbeiten im Niederdruckbereich und eine wesentliche Erhöhung der Polymerabscheidungsrate.
Das Monomer, das aus einem Gemisch aus Trimethylsilan (TMS) und Sauerstoff besteht, wurde durch Edelstahlrohre in der Nähe der Elektroden eingeleitet. Die Gase wurden in der Monomereinlassleitung gemischt, bevor sie in die Kammer eingeleitet wurden. Die Strömungsgeschwindigkeiten wurden durch Edelstahl-Dosierventile manuell gesteuert. Eine Stromquelle, die bei einer Audiofrequenz von 40 kHz arbeitete, wurde verwendet, um den Elektroden Energie zuzuführen. Die für die Dünnschichtabscheidung von plasmapolymerisiertem TMS/O₂ auf das Polymersubstrat verwendeten Systemparameter waren wie folgt:
Nachdem die Dünnschicht abgeschieden worden war, ließ man den Reaktor abkühlen. Dann wurde der Reaktor geöffnet, und das Substrat wurde entnommen.
Eine schützende Deckschicht aus einer Emulsion von PVDC-Copolymer auf Wasserbasis wurde durch Tauchbeschichtung aufgetragen und etwa 10 Minuten lang bei 65°C gehärtet, so dass eine endgültige Beschichtungsdicke von durchschnittlich etwa 6 μm (Mikrometern) entstand.
Beispiel 2
Vergleich von Substraten mit und ohne mehrschichtige Sperrbeschichtungen
Von allen oben gemäß Beispiel 1 und 2 hergestellten Substraten wurde die Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR) in den Oxidbeschichtungen wie folgt bewertet.
(i) Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR):
Schicht- oder Plattenproben wurden auf Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR) getestet, wobei man einen MOCON Ox-TRAN 2/20 (vertrieben durch Modern Controls, Inc., 7500 Boone Avenue N., Minneapolis, MN 55428) verwendete. Eine einzelne Seite der Schichtprobe wurde einer Atmosphäre mit 100% Sauerstoff unter 1 atm ausgesetzt. Sauerstoff, der durch die Probenschicht drang, wurde in einem Strom von Stickstoff-Trägergas auf der anderen Seite der Schicht mitgeführt und durch einen coulometrischen Sensor nachgewiesen. Ein elektrisches Signal wurde im Verhältnis zur Menge des durch die Probe dringenden Sauerstoffs erzeugt. Die Proben wurden bei 30°C und 0% relativer Feuchtigkeit (rel. F.) getestet. Die Proben wurden 1 bis 20 Stunden lang konditioniert, bevor man die Sauerstoffdurchlässigkeit bestimmte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 in der Einheit cm³/m²·101325 kPa·Tag (cm³/m²·atm·Tag) angegeben.
Röhrchenproben wurden auf Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR) getestet, wobei man einen MOCON Ox-TRAN 1000 (vertrieben durch Modern Controls, Inc., 7500 Boone Avenue N., Minneapolis, MN 55428) verwendete. Ein Verpackungsadapter wurde verwendet, um die Röhrchen in einer Weise zu montieren, dass man die Außenseite des Röhrchens in eine Atmosphäre von 100% O₂ eintauchen konnte, während das Innere des Röhrchens mit einem Stickstoff-Trägergas gespült wird. Dann wurden die Röhrchen bei 20°C und 50% rel. F. getestet. Man ließ die Röhrchen 2–14 Tage lang äquilibrieren, bevor die Permeabilität des stationären Zustands bestimmt wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 in der Einheit cm³/m²·101325 kPa·Tag (cm³/m²·atm·Tag) angegeben. Tabelle 1
Oxidbeschichtungen = 100–300 nm (1000–3000 Ångström) (gemessen mit Rasterelektronenmikroskop)
PP = Polypropylen
Röhrchen = nominelle Wanddicke von 1 mm (40 mil)

Claims

Blutsammelröhrchen, umfassend: einen Kunststoffbehälter mit einem offenen Ende, einem geschlossenen Ende, einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, einem Verschluss in dem offenen Ende, wodurch eine Grenzfläche zwischen dem Behälter und dem Verschluss entsteht; und eine mehrschichtige Sperrbeschichtung, die über die äußere Oberfläche des Behälters assoziiert ist und sich über einen größeren Teil der äußeren Oberfläche des Behälters erstreckt, wobei die Beschichtung eine erste Schicht, die ein Beschichtungsmaterial aus Epoxidgrundierung umfasst, und auf der ersten Schicht eine zweite Schicht, die ein Metalloxid umfasst, aufweist.
Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 1, das auf der zweiten Schicht weiterhin eine dritte Schicht aufweist, die ein organisches Material umfasst.
Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mehrschichtige Sperrbeschichtung passgenau ausgerichtete Einkerbungen zur Missbrauchsanzeige beinhaltet, die an die Grenzfläche zwischen dem Behälter und dem Verschluss angrenzen.
Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Schicht aus einer Zusammensetzung auf Aluminiumoxid- oder Siliciumoxidbasis besteht.
Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 4, wobei die zweite Schicht Siliciumoxid umfasst.
Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 2, wobei die dritte Schicht aus duroplastischem Epoxidharz, Parylenpolymer, Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Methylmethacrylat-Methylacrylat-Acrylsäure-Polymer oder Polyestern besteht.
Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 2, wobei die zweite Schicht Siliciumoxid umfasst und die dritte Schicht Polyvinylidenchlorid umfasst.
Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 1, die weiterhin eine mehrschichtige Sperrbeschichtung über der inneren Oberfläche des Behälters umfasst, die eine erste Schicht, welche ein Epoxid-Grundierungsbeschichtungsmaterial beinhaltet, auf der ersten Schicht eine zweite Schicht aus einem Metalloxid sowie eine dritte Schicht aus einem organischen Material aufweist.