JP2021138987A - Inner surface-coated tube - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、内面被覆チューブ及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to an inner coating tube and a method for manufacturing the same.
可撓性の樹脂チューブは、取り扱いが容易であるため、様々な分野で用いられており、医療や食品の分野においても、種々の液体の移送に樹脂チューブが用いられている。樹脂チューブ内を流れる液体によっては、液体中の成分と樹脂チューブとの相互作用が問題となる場合がある。特に、血液を流すチューブの場合には、種々の血液成分の作用により樹脂チューブが閉塞するという問題がある。 Flexible resin tubes are used in various fields because they are easy to handle, and in the fields of medicine and food, resin tubes are also used for transferring various liquids. Depending on the liquid flowing in the resin tube, the interaction between the components in the liquid and the resin tube may become a problem. In particular, in the case of a tube through which blood flows, there is a problem that the resin tube is blocked by the action of various blood components.
樹脂チューブの閉塞を避けるために、樹脂チューブの内表面を改質して、樹脂チューブと血液成分との相互作用を低減することが検討されている。平板やボトルのような形状の場合、プラズマ照射等のいわゆるドライメソッドによる表面の改質を容易に行うことができる。しかし、長尺のチューブの場合、ドライメソッドでは内部まで改質することが困難であり、コーティング等のウエットメソッドによる表面改質が行われている。しかし、ウエットメソッドによる表面改質は時間の面及び均一性の面で問題が多く、ドライメソッドによる表面改質が求められている。 In order to avoid blockage of the resin tube, it has been studied to modify the inner surface of the resin tube to reduce the interaction between the resin tube and the blood component. In the case of a flat plate or a bottle-like shape, the surface can be easily modified by a so-called dry method such as plasma irradiation. However, in the case of a long tube, it is difficult to modify the inside by the dry method, and the surface is modified by a wet method such as coating. However, surface modification by the wet method has many problems in terms of time and uniformity, and surface modification by the dry method is required.
ドライメソッドによる表面改質として、樹脂チューブ内において、炭化水素のプラズマを発生させ、樹脂チューブの内表面にダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜を形成することが検討されている(例えば、特許文献1を参照。)。 As a surface modification by a dry method, it has been studied to generate a hydrocarbon plasma in a resin tube to form a diamond-like carbon (DLC) film on the inner surface of the resin tube (for example, Patent Document 1). reference.).
しかしながら、従来の樹脂チューブ内に形成されたDLC膜は、C−C結合及びC−H結合によって形成されており、生体適合性の点で十分ではない。 However, the DLC film formed in the conventional resin tube is formed by CC bonds and CH bonds, and is not sufficient in terms of biocompatibility.
本開示の課題は、樹脂チューブの内表面により生体適合性に優れた被覆を、より均一に形成できるようにすることである。 An object of the present disclosure is to make it possible to more uniformly form a coating having excellent biocompatibility on the inner surface of the resin tube.
本開示の内面被覆チューブは、長さが200mm以上の可撓性のチューブ本体と、チューブ本体の内表面全体に形成されたポリマーライクカーボン膜とを備え、ポリマーライクカーボン膜は、表面における酸素隣接炭素の全炭素に対する割合が12at%以上、25at%以下 であり、チューブ本体の50mmずつ離れた3点以上の位置における、酸素隣接炭素の全炭素に対する割合の変動係数が18%以下であり、酸素隣接炭素の少なくとも一部は、カルボキシル基を形成している。 The inner surface coating tube of the present disclosure includes a flexible tube body having a length of 200 mm or more and a polymer-like carbon film formed on the entire inner surface of the tube body, and the polymer-like carbon film is adjacent to oxygen on the surface. The ratio of carbon to total carbon is 12 at% or more and 25 at% or less, and the fluctuation coefficient of the ratio of oxygen adjacent carbon to total carbon at three or more points 50 mm apart from the tube body is 18% or less, and oxygen. At least a part of the adjacent carbon forms a carboxyl group.
本開示の内面被覆チューブは、内面にカルボキシル基を有するポリマーライクカーボン膜を均一に有しており、チューブ内面の生体適合性をさらに向上させることができる。 The inner surface coating tube of the present disclosure uniformly has a polymer-like carbon film having a carboxyl group on the inner surface, and the biocompatibility of the inner surface of the tube can be further improved.
図1に示すように、本実施形態の内面被覆チューブ100は、チューブ本体101と、チューブ本体101の内面全体に形成されたポリマーライクカーボン膜102とを備えている。
As shown in FIG. 1, the inner
チューブ本体101は、継ぎ目のない可撓性のチューブである。チューブ本体101の長さに特に制限はないが、カテーテル等の医療用機器に用いる観点から、チューブ本体101は長さが好ましくは100mm以上、より好ましくは200mm以上である。内面被覆のしやすさの観点からは、チューブ本体101は長さが好ましくは5000mm以下、より好ましくは2000mm以下である。チューブ本体101の太さも特に制限されないが、内面被覆のしやすさ及び種々の医療用機器に用いる観点から、チューブ本体101の内径は好ましくは0.8mm以上、より好ましくは1.0mm以上、好ましくは10mm以下、より好ましくは8mm以下、さらに好ましくは6mm以下である。
The
チューブ本体は、円筒形状に巻き取ることができる可撓性であればよく、その材質は特に限定されない。例えば、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエチレンビニルアセテート(EVA)、ポリアミドエラストマー、ポリウレタンエラストマー、ポリ乳酸やその共重合体などの生分解性ポリマー、環状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリスルホン、ラテックスゴム、アクリル樹脂、シリコーン、延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)及び非延伸ポリテトラフルオロエチレン等からなるチューブとすることができる。 The tube body may be flexible as long as it can be wound into a cylindrical shape, and the material thereof is not particularly limited. For example, polyvinyl chloride, polyurethane, polyethylene, polypropylene, polyimide, polyethylene vinyl acetate (EVA), polyamide elastomer, polyurethane elastomer, biodegradable polymers such as polylactic acid and its copolymers, cyclic polyolefin, polyethylene terephthalate, fluororesin, The tube may be made of polycarbonate, polysulfone, latex rubber, acrylic resin, silicone, stretched polytetrafluoroethylene (ePTFE), unstretched polytetrafluoroethylene, or the like.
内面被覆であるポリマーライクカーボン膜102は、国際標準化機構(ISO)による規格化が進められている炭素を含む膜である。本実施形態においてポリマーライクカーボン膜102の含まれる炭素原子は、炭素−炭素(C−C)結合を形成している炭素隣接炭素と、炭素−水素(C−H)結合を形成している水素隣接炭素と、炭素−酸素(C−O)結合を形成している酸素隣接炭素とを含む。C−C結合及びC−H結合は、sp2結合したもの及びsp3結合をしたものを含む。C−O結合の少なくとも一部はカルボキシル基を形成している。
The polymer-
ポリマーライクカーボン膜102の表面における酸素隣接炭素原子の全炭素原子に対する割合は、チューブ内全体にわたって12at%以上、好ましくは15at%以上、25at%以下、好ましくは23at%以下である。酸素隣接炭素原子の割合をこのような値とすることにより、ポリマーライクカーボンとしての物性を保ちつつ、生体適合性を向上させることができる。なお、酸素隣接炭素原子の割合は、実施例において示すように、X線光電分光(XPS)法により求めることができる。
The ratio of oxygen-adjacent carbon atoms to the total carbon atoms on the surface of the polymer-
チューブ本体101の内壁におけるポリマーライクカーボン膜102の膜厚は特に限定されないが、カテーテルの内面の摩擦係数を低減する観点からは、好ましくは3nm以上、より好ましくは10nm以上である。また、剥離等を防止する観点からは好ましくは150nm以下、より好ましくは100nm以下である。
The film thickness of the polymer-
チューブ本体101内に形成するポリマーライクカーボンの硬度(HIT)は、チューブの変形に対する追随性を確保する観点から好ましくは3GPa以下、より好ましくは1GPa以下である。また、ポリマーライクカーボン膜としての機能を確保する観点から、好ましくは0.1GPa以上、より好ましくは0.2GPa以上である。
Polymers like carbon forming the
チューブ本体101の内面に形成されたポリマーライクカーボン膜102は、チューブ内全体にわたって均一に形成されている。具体的には、互いに50mm以上離れた3点以上の位置における、ポリマーライクカーボン膜の酸素隣接炭素の割合の変動係数(CV:標準偏差/平均値×100%)は、好ましくは18%以下、より好ましくは15%以下である。
The polymer-
また、ポリマーライクカーボン膜102は、チューブ内全体にわたって厚さが一定に形成されている。具体的には、互いに50mm以上離れた3点以上の位置における、ポリマーライクカーボン膜102の厚さの変動係数は、好ましくは15%以下、より好ましくは12%以下である。なお、ポリマーライクカーボン膜102の厚さは、実施例において示すように、顕微分光法により求めることができる。
Further, the polymer-
本実施形態の内面被覆チューブ100は、以下のような成膜装置を用いて形成することができる。図2は、ポリマーライクカーボン膜102の成膜装置を示している。成膜装置200は、内部に成膜対象の長尺細管であるチューブ本体101を収容するチャンバ201を有している。チャンバ201には、真空排気部210と、チャンバ201内にガスを供給するガス供給部215とが接続されており、内部の圧力を調整することができる。また、電力を供給する電源部220が接続されており、チャンバ201内にプラズマを発生させることができる。
The inner
本実施形態において、真空排気部210は、真空ポンプ212とバルブ213とを有している。本実施形態において、ガス供給部215は、複数のボンベ216と、ボンベ216の切り替えを行う流路切り替え部218と、マスフローコントローラ217とを有している。本実施形態においてガス供給部215は、流路切り替え部218を有しており、成膜用ガスの供給と表面改質用ガスの供給とを切り替えることができる。本実施形態において、電源部220は、電圧発生器221と増幅器222とを有しており、放電電極225と対向電極との間に交流電圧を印加する。対向電極は、接地電極であり、チャンバ201の内壁となっている。
In the present embodiment, the
チャンバ201内に配置されたチューブ本体101の一方の端部を、放電電極225の位置に配置し、他方の端部は開放状態とする。チャンバ201内を減圧した後、ガス供給部215から炭化水素を含む成膜用ガスを供給し、交流電圧を放電電極225と対向電極であるチャンバ201の内壁との間に印加する。交流電圧の印加により放電電極225の周囲において温度が上昇する。これによりチューブ本体101内の圧力が、チューブ本体101外よりも若干低くなり、放電電極225付近において炭化水素のプラズマが発生する。チューブ本体101の他端は解放されているため、生成したプラズマはチューブ本体101内を解放端側へ移動し、チューブ本体101内の全体にプラズマが発生する。これによって、チューブ本体101の内壁面に未改質ポリマーライクカーボン膜が形成される。
One end of the
次に、ガス供給部215を切り替えて、酸素を含む表面改質用ガスを供給し、チューブ本体101内を流れるガスを成膜用ガスから表面改質用ガスに置換する。この後、交流電圧を放電電極225と対向電極であるチャンバ201の内壁との間に印加し、チューブ本体101内に酸素のプラズマを発生させる。これにより、未改質ポリマーライクカーボン膜にカルボキシル基が導入され、ポリマーライクカーボン膜が得られる。
Next, the
チャンバ201内を原料ガスで十分に置換する観点から、成膜前にチャンバ内を一旦1×10-3Pa〜5×10-3Pa程度まで減圧することが好ましい。原料ガスに含まれる炭化水素は、通常のCVD法において用いられる、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、アセチレン及びベンゼン等を用いることができ、取り扱いの観点からメタンが好ましい。また、原料ガスには、テトラメチルシラン等の有機ケイ素化合物や、ヘキサメチルジシロキサン等の酸素含有有機ケイ素系化合物を気化させて用いることもできる。原料ガスは、必要に応じてアルゴン、ネオン及びヘリウム等の不活性ガスにより希釈して供給することができ、取り扱いの観点からアルゴンにより希釈することが好ましい。希釈する場合、炭化水素と不活性ガスとの比率は、10:1〜10:5程度とすることが好ましい。
From the viewpoint of sufficiently purging the
チューブ本体内に均一に未改質ポリマーライクカーボン膜を形成する観点から、成膜用ガスを供給した状態で、チャンバ201内の圧力は5Pa〜200Pa程度とすることが好ましい。また、成膜ガスのフローレートは50sccm〜200sccm程度とすることができる。
From the viewpoint of uniformly forming an unmodified polymer-like carbon film in the tube body, the pressure in the
成膜の際に放電電極225に印加するバイアス電圧は、1kV〜20kV程度とすることができる。放電電極の損傷や温度上昇を避ける観点から10kV以下とすることが好ましい。交流電圧の周波数は、1kHz〜50kHz程度とすることが好ましい。交流電圧は、温度上昇を抑える観点から、断続的に加えるパルスバイアスとすることが好ましい。交流をバースト波とする場合には、パルス繰り返し周波数を3pps〜50pps程度とすることが好ましい。チューブ本体101の内径、成膜時間、交流印加電圧等にもよるが、パルス繰り返し周波数を30pps程度以下とすることによりチューブ温度を200℃以下とすることができる。成膜速度を高くしたい場合には、パルス繰り返し周波数を高くし、温度上昇を抑えたい場合はパルス繰り返し周波数を低くすればよい。
The bias voltage applied to the
放電を安定させ、未改質ポリマーライクカーボン膜の密着性を得るために、放電電極225にオフセット負電圧を印加することが好ましい。オフセット電圧は0〜3kV程度とすることができる。
It is preferable to apply an offset negative voltage to the
成膜時間は、必要な膜厚が得られるようにすればよく、チューブ本体101の内径、交流電圧、パルス繰り返し周波数等の成膜条件に応じて最適な値を選択すればよいが、生産性の観点からは好ましくは60分以下、より好ましくは30分以下、さらに好ましくは10分以下である。
The film formation time may be set so that the required film thickness can be obtained, and the optimum value may be selected according to the film formation conditions such as the inner diameter of the
表面改質の際には、チューブ本体101内を表面改質ガスとするために、一旦成膜ガスの供給を止めて1×10-3Pa〜5×10-3Pa程度まで減圧することが好ましい。この後、表面改質ガスを50sccm〜200sccm程度のフローレートで供給して、チャンバ201内の圧力を5Pa〜200Pa程度として、酸素プラズマを発生させることが好ましい。
When surface modification is to the
表面改質ガスは、純酸素とすることができるが、必要に応じてアルゴン、ネオン及びヘリウム等の不活性ガスにより希釈して供給することができる。希釈する場合、純酸素と不活性ガスとの比率は、10:1〜10:5程度とすることが好ましい。 The surface reforming gas can be pure oxygen, but can be supplied by diluting it with an inert gas such as argon, neon, or helium, if necessary. When diluted, the ratio of pure oxygen to the inert gas is preferably about 10: 1 to 10: 5.
表面改質の際に放電電極225に印可するバイアス電圧等の条件は、成膜の場合と同様にすることができる。酸素プラズマによる処理時間は、改質を十分に行う観点から好ましくは0.5秒以上、より好ましくは1秒以上、未改質ポリマーライクカーボン膜の分解を抑える観点から好ましくは6秒以下、より好ましくは5秒以下である。
Conditions such as the bias voltage applied to the
本開示の表面被覆チューブは、内面の全体がカルボキシル基を含むポリマーライクカーボン膜により均一に被覆されており、各種口径の人工血管、カバードステント・チューブステント・カテーテル・シース等の血管内治療・内視鏡治療関連の筒状樹脂構造物(血管、尿管、胆管・膵管、腹腔、胸腔等の治療に関わり、生体内に一時的もしくは長期的に留置を目的としたすべての筒状樹脂構造物)、人工心肺回路および透析時のチューブ回路等の体外血液循環回路、点滴回路等の体内に留置を目的としない筒状樹脂構造物を用いたすべての医療用機器に用いることができる。また、医療機器に限らず、内面の平滑性及び親水性が要求される種々の分野において使用することができる。 The entire inner surface of the surface-coated tube of the present disclosure is uniformly coated with a polymer-like carbon film containing a carboxyl group, and is used for endovascular treatment / inner treatment of artificial blood vessels of various diameters, covered stents, tube stents, catheters, sheaths, etc. Cylindrical resin structures related to endoscopic treatment (all tubular resin structures involved in the treatment of blood vessels, urinary tracts, bile ducts / pancreatic vessels, abdominal cavity, thoracic cavity, etc., for the purpose of temporary or long-term indwelling in vivo ), An in vitro blood circulation circuit such as an artificial cardiopulmonary circuit and a tube circuit during dialysis, and an infusion circuit, etc., which can be used for all medical devices using a tubular resin structure that is not intended to be placed in the body. Further, it can be used not only in medical devices but also in various fields where smoothness and hydrophilicity of the inner surface are required.
<装置>
図2に示す成膜装置により、試料の内壁面に炭素質膜を形成した。チャンバ201は、直径が200mmで、長さが500mmのステンレス容器とした。チャンバ201には真空排気部210及びガス供給部215が接続されており、電源部220は、電圧発生器221(IWATSU製SG-4104)と増幅器222(NF Corporation製HVA4321)とにより構成した。放電電極225は、直径6mm、長さ70mmのステンレス電極とした。ガス供給部215は、ボンベ116としてメタンガスのボンベと酸素のボンベとを有し、これらを切り替えて供給できる構成とした。バルブの開度及びガス供給量を制御することにより、チャンバ201内の圧力を調整した。
<Device>
A carbonaceous film was formed on the inner wall surface of the sample by the film forming apparatus shown in FIG. The
<成膜>
内径が4mmで長さが500mmのシリコンチューブに成膜を行った。成膜ガスはCH4とし、流量は96.2ccm(室温)とし、チャンバ内の圧力は39.06Paとした。成膜の際のバイアス電圧は5kVとし、周波数は10kHzとした。交流電圧の印加は、パルス繰り返し周波数が10pps又は30ppsとなるように断続的に、20分間行った。なお、成膜の際には増幅器により2kVのオフセットを印加した。
<Film formation>
A film was formed on a silicon tube having an inner diameter of 4 mm and a length of 500 mm. The film-forming gas was CH 4 , the flow rate was 96.2 ccm (room temperature), and the pressure in the chamber was 39.06 Pa. The bias voltage at the time of film formation was 5 kV, and the frequency was 10 kHz. The AC voltage was applied intermittently for 20 minutes so that the pulse repetition frequency was 10 pps or 30 pps. At the time of film formation, an offset of 2 kV was applied by an amplifier.
<表面改質>
未改質ポリマーライクカーボン膜を成膜した後、チューブ内に供給するガスを表面改質ガスに切り替え、3秒間プラズマを発生させた。表面改質ガスは酸素ガスとした。プラズマの発生条件は、成膜の際と同じにした。
<Surface modification>
After forming an unmodified polymer-like carbon film, the gas supplied into the tube was switched to a surface-modified gas, and plasma was generated for 3 seconds. The surface reforming gas was oxygen gas. The plasma generation conditions were the same as those for film formation.
<膜組成の分析>
ポリマーライクカーボン膜の組成はX線光電子分光(XPS)測定により評価した。XPS測定には日本電子社製JPS−9200Sを用いた。XPS測定の条件は、試料に対する検出角度を90度とし、X線源にはMgを用い、X線照射エネルギーを100Wとした。
<Analysis of membrane composition>
The composition of the polymer-like carbon film was evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement. JPS-9200S manufactured by JEOL Ltd. was used for XPS measurement. The conditions for XPS measurement were that the detection angle with respect to the sample was 90 degrees, Mg was used as the X-ray source, and the X-ray irradiation energy was 100 W.
ナロースキャンにより得られたO1sピーク、C1sピーク及びSi2pピークの強度比から相対感度係数を用いて判定料分析を行い、膜表面における炭素原子、酸素原子及びシリコン原子の存在比率を求めた。また、C1sピークをフィッティングによりC−C、C−H、C−O、及びO=C−Oの4成分に分離し、C−O及びO=C−Oの面積強度を酸素隣接炭素の割合、C−Cの面積強度を炭素隣接炭素の割合、C−Hの面積強度を水素隣接炭素の割合とし、これらの比から酸素隣接炭素の全炭素原子に対する割合を算出した。なお、フィッティングには、ガウス−ローレンツ関数(比0.7)を用いた。C−C及びC−Hは284.7eVと285.4eVの2つのピークが存在すると仮定し、C−Oピークは286.5eV、O=C−Oピークは288.3eVであると仮定して波形分離を行った。 From the intensity ratios of O1s peak, C1s peak and Si2p peak obtained by narrow scan, a judgment fee analysis was performed using a relative sensitivity coefficient, and the abundance ratios of carbon atoms, oxygen atoms and silicon atoms on the film surface were determined. In addition, the C1s peak is separated into four components C-C, C-H, C-O, and O = CO by fitting, and the area strength of C-O and O = CO is the ratio of oxygen-adjacent carbon. The area strength of CC was defined as the ratio of carbon adjacent carbon, and the area strength of CH was defined as the ratio of hydrogen adjacent carbon, and the ratio of oxygen adjacent carbon to all carbon atoms was calculated from these ratios. A Gauss-Lorentz function (ratio 0.7) was used for fitting. It is assumed that CC and CH have two peaks of 284.7 eV and 285.4 eV, the CO peak is 286.5 eV, and the O = CO peak is 288.3 eV. Waveform separation was performed.
<膜厚の測定>
チューブ内表面に形成されたポリマーライクカーボン膜の膜厚は、顕微分光膜厚計(大塚電子製、OPTM-F2)により測定したチューブ内表面の反射率から算出した。対物レンズは可視屈折5倍を用い、スポット径はφ40μmとした。チューブ内表面の反射率は、チューブを切断して内表面を露出させた状態で測定した。
<Measurement of film thickness>
The film thickness of the polymer-like carbon film formed on the inner surface of the tube was calculated from the reflectance of the inner surface of the tube measured by a microspectroscopy (Otsuka Electronics Co., Ltd., OPTM-F2). The objective lens used was 5 times visible refraction, and the spot diameter was φ40 μm. The reflectance of the inner surface of the tube was measured in a state where the inner surface was exposed by cutting the tube.
シリコーンチューブ表面には粗さ層が存在し、ポリマーライクカーボン膜は粗さ層に入り込み粗さ層を形成しているというモデルを構築し、粗さ層に入り込んだ部分を含めたポリマーライクカーボン膜の膜厚を算出した。なお、基材であるシリコーンチューブの屈折率n及び消失係数kは、EMA_mixモデルを適用してカーブフィッティングにより算出した。 A model is constructed in which a roughness layer exists on the surface of the silicone tube, and the polymer-like carbon film penetrates into the roughness layer to form a roughness layer. The film thickness of was calculated. The refractive index n and the disappearance coefficient k of the silicone tube as the base material were calculated by curve fitting by applying the EMA_mix model.
<表面粗さ(Ra)の測定>
白色干渉計(Zygo社製、NewView5320)により撮影した画像を用いて算術平均表面粗さ(Ra)を測定した。撮影倍率は100倍とし、バックグラウンド除去処理として、Cylinderによる基板形状の除去と、FFT auto High pass処理によるうねり成分の除去を行った。クラック及び欠陥部を除いた平坦部のラインデータ(長さ50μm)におけるRaを測定した。
<Measurement of surface roughness (Ra)>
The arithmetic mean surface roughness (Ra) was measured using an image taken by a white interferometer (NewView5320, manufactured by Zygo). The shooting magnification was set to 100 times, and as background removal processing, the substrate shape was removed by Cylinder and the waviness component was removed by FFT auto High pass processing. Ra was measured in the line data (length 50 μm) of the flat portion excluding the crack and the defective portion.
<膜硬度の測定>
ポリマーライクカーボン膜の硬度(HIT)は、ナノインデンテーション法により測定した。チューブ内に所定サイズに切断したシリコンウエハを配置して、チューブ内面と共にシリコンウエハの表面にポリマーライクカーボンを成膜し、シリコンウエハ表面のポリマーライクカーボン膜について硬度を測定した。測定には、ナノインデンター(Hysitron社製、Nanoindenter TI950)を用いた。
<Measurement of film hardness>
The hardness (HIT ) of the polymer-like carbon film was measured by the nanoindentation method. A silicon wafer cut to a predetermined size was placed in the tube, polymer-like carbon was formed on the surface of the silicon wafer together with the inner surface of the tube, and the hardness of the polymer-like carbon film on the surface of the silicon wafer was measured. A nanoindenter (Nanoindenter TI950, manufactured by Hysitron) was used for the measurement.
<接触角の測定>
ポリマーライクカーボン膜表面の水に対する接触角を接触角測定装置(DropMaster500、協和界面科学株式会社)を用いて測定した。チューブを切断して内表面を露出させ、治具を用いて平坦に伸ばした状態で測定を行った。測定は10点について行い、平均値を求めた。
<Measurement of contact angle>
The contact angle of the polymer-like carbon film surface with water was measured using a contact angle measuring device (DropMaster500, Kyowa Interface Science Co., Ltd.). The tube was cut to expose the inner surface, and the measurement was performed in a state where the tube was stretched flat using a jig. The measurement was performed on 10 points, and the average value was calculated.
−未改質ポリマーライクカーボン膜の評価−
内径4mmで、長さ400mmのシリコーンチューブの内面にポリマーライクカーボン膜を形成した。未成膜のシリコーンチューブ及び成膜したシリコーンチューブの表面における炭素原子、酸素原子及びシリコン原子の組成比を求めた。また、平行平板型の高周波プラズマ発生装置(アドテックプラズマテクノロジー社製)内にシリコーンチューブを配置して炭化水素プラズマを発生させた場合についても、炭素原子、酸素原子及びシリコン原子の組成比を求めた。
-Evaluation of unmodified polymer-like carbon film-
A polymer-like carbon film was formed on the inner surface of a silicone tube having an inner diameter of 4 mm and a length of 400 mm. The composition ratios of carbon atoms, oxygen atoms, and silicon atoms on the surfaces of the undeposited silicone tube and the filmed silicone tube were determined. In addition, the composition ratios of carbon atoms, oxygen atoms, and silicon atoms were also obtained when a silicone tube was placed in a parallel plate type high-frequency plasma generator (manufactured by ADTEC PLASMA TECHNOLOGY) to generate hydrocarbon plasma. ..
未成膜のシリコーンチューブ(ブランク)のチューブ内表面の炭素原子、酸素原子及びシリコン原子の組成比は、それぞれ53.4at%、22.8at%、及び23.8at%であった。 The composition ratios of carbon atoms, oxygen atoms and silicon atoms on the inner surface of the undeposited silicone tube (blank) were 53.4 at%, 22.8 at% and 23.8 at%, respectively.
平行平板型のプラズマ発生装置により処理したシリコーンチューブの内表面における、チューブ端から50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm及び350mmの位置の炭素原子、酸素原子及びシリコン原子の組成比は表1に示すようになった。 Table 1 shows the composition ratios of carbon atoms, oxygen atoms, and silicon atoms at positions 50 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, and 350 mm from the tube end on the inner surface of the silicone tube treated by the parallel plate type plasma generator. It came to be shown in.
チューブ内表面における平均の組成比は、炭素53.3±1.2at%、酸素22.8±0.6at%、シリコン24.0±1.0at%であった。いずれの位置においても、炭素原子の比率がブランクにおける値よりも若干低下しており、チューブ内表面にポリマーライクカーボン膜は形成されていない。一方、チューブ外表面においては、炭素66.4at%、酸素18.5at%、シリコン15.1at%となり、炭素原子の比率がブランクよりも上昇しており、チューブ外表面にのみポリマーライクカーボン膜が形成されていることが示された。 The average composition ratio on the inner surface of the tube was 53.3 ± 1.2 at% for carbon, 22.8 ± 0.6 at% for oxygen, and 24.0 ± 1.0 at% for silicon. At any position, the ratio of carbon atoms was slightly lower than the value in the blank, and no polymer-like carbon film was formed on the inner surface of the tube. On the other hand, on the outer surface of the tube, carbon was 66.4 at%, oxygen was 18.5 at%, and silicon was 15.1 at%, and the ratio of carbon atoms was higher than that of the blank, and the polymer-like carbon film was formed only on the outer surface of the tube. It was shown to be formed.
図2に示す装置により処理したシリコーンチューブ(実施例)の内表面における、チューブ端から50mm、100mm、150mm、200mm、250mm及び300mmの位置の炭素原子、酸素原子及びシリコン原子の組成比は表1に示すようになった。なお、図2に示す装置の場合、成膜時にシリコーンチューブ内に放電電極225が挿入されているため、電極の先端の位置から150mm離れた位置をチューブ端(0mm)とした。チューブ内表面における平均の組成比は、炭素72.0±0.8at%、酸素15.9±0.5at%、シリコン12.1±0.5at%であった。いずれの位置においても、炭素原子の比率がブランクにおける値よりも大きく上昇しており、チューブ内表面にポリマーライクカーボン膜が形成されている。また、炭素原子の比率のばらつきはほとんど無く、チューブ内表面に均一なポリマーライクカーボン膜が形成されている。なお、酸素原子及びシリコン原子は、シリコーンチューブに由来するものである。
Table 1 shows the composition ratios of carbon atoms, oxygen atoms, and silicon atoms at positions 50 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm, and 300 mm from the tube end on the inner surface of the silicone tube (Example) treated by the apparatus shown in FIG. It came to be shown in. In the case of the apparatus shown in FIG. 2, since the
白色干渉計により求めた表面粗さ(Ra)は、平行平板の装置により成膜した場合は、未処理の場合(0.010μm)とほぼ同じ(平均値で0.009μm)であったが、図2に示す装置により成膜した場合には、平滑性が向上(平均値で0.005μm)しており、チューブ内表面に均一にポリマーライクカーボン膜が形成されている。 The surface roughness (Ra) determined by the white interferometer was almost the same (average value 0.009 μm) as the untreated case (0.010 μm) when the film was formed by the parallel plate device. When the film was formed by the apparatus shown in FIG. 2, the smoothness was improved (average value 0.005 μm), and the polymer-like carbon film was uniformly formed on the inner surface of the tube.
表1には、顕微分光法により求めたポリマーライクカーボン膜の膜厚も示している。表1に示すように、膜厚の平均値は68.5±6.1nmであり、変動係数(CV)は9.1%であった。また、50mmずつ離れた3点以上の位置における変動係数も15%を越えることはなかった。チューブ内の全体にわたってほぼ一定の膜圧のポリマーライクカーボン膜が形成されている。また、得られた膜の押込硬さ(HIT)は0.46±0.05GPaであり、Sp2結合が多いポリマーライクカーボン膜が形成されていると推定される。 Table 1 also shows the film thickness of the polymer-like carbon film obtained by the microspectroscopy. As shown in Table 1, the average value of the film thickness was 68.5 ± 6.1 nm, and the coefficient of variation (CV) was 9.1%. In addition, the coefficient of variation at three or more points separated by 50 mm did not exceed 15%. A polymer-like carbon film with a substantially constant film pressure is formed throughout the tube. Also, indentation hardness of the film obtained (H IT) is 0.46 ± 0.05 GPa, it is estimated that Sp2 bonds often polymeric-like carbon film is formed.
−改質ポリマーライクカーボン膜の評価−
未改質のポリマーライクカーボン膜に図2に示す装置により2秒間酸素プラズマを照射した際のO1sピークの面積強度から求めた酸素原子の存在比率を表2に示す。チューブ端から50mm、100mm、150mm、200mm、250mm及び300mmのいずれの位置においても、表1に示す未改質ポリマーライクカーボン膜の場合と比べ改質したポリマーライクカーボン膜では酸素原子の存在比率が上昇しており、酸素原子がポリマーライクカーボン膜に導入されている。
-Evaluation of modified polymer-like carbon film-
Table 2 shows the abundance ratio of oxygen atoms obtained from the area intensity of the O1s peak when the unmodified polymer-like carbon film was irradiated with oxygen plasma for 2 seconds by the apparatus shown in FIG. At any position of 50 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm and 300 mm from the tube end, the abundance ratio of oxygen atoms in the modified polymer-like carbon film is higher than that in the case of the unmodified polymer-like carbon film shown in Table 1. It is rising and oxygen atoms are introduced into the polymer-like carbon film.
図3は、成膜していないブランク、未改質ポリマーライクカーボン膜及び改質ポリマーライクカーボン膜のC1sピークを示している。ブランク及び未改質ポリマーライクカーボン膜と比べて改質ポリマーライクカーボン膜では、C−O結合及びO=C−O結合が存在する場合にピークが生じる高エネルギー側にテールが拡がっている。このため、ブランク及び未改質ポリマーライクカーボン膜では、炭素原子と結合した酸素原子はわずかしか含まれておらず、改質ポリマーライクカーボン膜では高い割合で酸素原子が炭素原子と結合した状態となっており、そのうちの少なくとも一部はカルボキシル基を形成している。 FIG. 3 shows the C1s peaks of the undeposited blank, the unmodified polymer-like carbon film, and the modified polymer-like carbon film. Compared to the blank and unmodified polymer-like carbon films, the modified polymer-like carbon films have a tail that extends to the high energy side where peaks occur in the presence of CO and O = CO bonds. For this reason, the blank and unmodified polymer-like carbon films contain only a small amount of oxygen atoms bonded to carbon atoms, and the modified polymer-like carbon film contains a high proportion of oxygen atoms bonded to carbon atoms. At least a part of them form a carboxyl group.
表2には改質ポリマーライクカーボン膜における、チューブ端から50mm、100mm、150mm、200mm、250mm及び300mmの各位置の酸素隣接炭素の全炭素原子に対する割合を示す。すべての測定点における酸素隣接炭素の割合の平均値は19.1at%であり変動係数は9.0%であった。また、50mmずつ離れた3点以上の位置における変動係数の最大値は12.5%であり18%を越えることはなく、チューブ内に均一に酸素隣接炭素が導入されている。 Table 2 shows the ratio of oxygen-adjacent carbon to all carbon atoms at each position of 50 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm and 300 mm from the tube end in the modified polymer-like carbon film. The average value of the proportion of oxygen-adjacent carbon at all measurement points was 19.1 at%, and the coefficient of variation was 9.0%. Further, the maximum value of the coefficient of variation at three or more points separated by 50 mm is 12.5%, which does not exceed 18%, and oxygen-adjacent carbon is uniformly introduced into the tube.
酸素プラズマを照射した場合の表面粗さ(Ra)の値は、照射していない場合と比べて大きく変化しておらず、酸素プラズマ照射による表面の粗面化はほとんど生じていない。 The value of the surface roughness (Ra) when the oxygen plasma is irradiated does not change significantly as compared with the case where the oxygen plasma is not irradiated, and the surface roughness due to the oxygen plasma irradiation hardly occurs.
表3には、酸素プラズマの照射時間と接触角との関係を示す。酸素プラズマを5秒照射することにより、未成膜のシリコーンチューブ表面及び酸素プラズマ未照射のポリマーライクカーボン膜表面と比べて水に対する接触角が大きく低下して親水化している。酸素プラズマ照射時間が10秒になると、接触角の上昇が認められた。これは、酸素プラズマによりポリマーライクカーボン膜がダメージを受け、下地のシリコーンチューブの影響を受けるようになるためであると考えられる。 Table 3 shows the relationship between the irradiation time of oxygen plasma and the contact angle. By irradiating the oxygen plasma for 5 seconds, the contact angle with water is significantly reduced as compared with the surface of the undeposited silicone tube and the surface of the polymer-like carbon film not irradiated with the oxygen plasma, and the surface becomes hydrophilic. When the oxygen plasma irradiation time reached 10 seconds, an increase in the contact angle was observed. It is considered that this is because the polymer-like carbon film is damaged by the oxygen plasma and is affected by the underlying silicone tube.
本開示の内面被覆チューブは、内面にカルボキシル基を有するポリマーライクカーボン膜が均一に形成されており、血液等が流れるチューブとして有用である。 The inner surface coating tube of the present disclosure is useful as a tube through which blood or the like flows because a polymer-like carbon film having a carboxyl group is uniformly formed on the inner surface.
100 内面被覆チューブ
101 チューブ本体
102 ポリマーライクカーボン膜
200 成膜装置
201 チャンバ
210 真空排気部
212 真空ポンプ
213 バルブ
215 ガス供給部
216 ボンベ
217 マスフローコントローラ
218 流路切り替え部
220 電源部
221 電圧発生器
222 増幅器
225 放電電極
100 Inner
Claims (6)
前記チューブ本体の内表面全体に形成されたポリマーライクカーボン膜とを備え、
前記ポリマーライクカーボン膜は、表面における酸素隣接炭素の全炭素に対する割合が12at%以上25at%以下であり、
前記チューブ本体の50mmずつ離れた3点以上の位置における、前記酸素隣接炭素の全炭素に対する割合の変動係数が18%以下であり、
前記酸素隣接炭素の少なくとも一部は、カルボキシル基を形成している、内面被覆チューブ。 A flexible tube body with a length of 200 mm or more and
A polymer-like carbon film formed on the entire inner surface of the tube body is provided.
In the polymer-like carbon film, the ratio of oxygen-adjacent carbon to total carbon on the surface is 12 at% or more and 25 at% or less.
The coefficient of variation of the ratio of the oxygen-adjacent carbon to the total carbon at three or more points 50 mm apart from the tube body is 18% or less.
An inner coating tube in which at least a part of the oxygen-adjacent carbon forms a carboxyl group.
前記ポリマーライクカーボン膜を成膜した前記長尺細管内に酸素原子を含むガスを供給した状態において、前記長尺細管の内部にプラズマを発生させて、前記ポリマーライクカーボン膜の表面に酸素原子を導入する酸素原子導入工程とを備え、
前記長尺細管は、一方の端部に放電電極が配置され、他方の端部は開放された状態で、前記チャンバ内に配置し、
前記プラズマは、放電電極と、前記長尺細管から離間して設けられた対向電極との間に断続的にバイアスを印加して発生させる、内面被覆チューブの製造方法。 A non-conductive long thin tube is arranged in a chamber in which the internal pressure can be adjusted, and in a state where a raw material gas containing a hydrocarbon is supplied, plasma is generated inside the long thin tube to generate the long thin tube. A film forming process that forms a polymer-like carbon film on the inner wall surface of the
In a state where a gas containing oxygen atoms is supplied into the long thin tube on which the polymer-like carbon film is formed, plasma is generated inside the long thin tube to generate oxygen atoms on the surface of the polymer-like carbon film. Equipped with an oxygen atom introduction process to be introduced
The long thin tube is arranged in the chamber with a discharge electrode arranged at one end and an open end at the other end.
A method for manufacturing an inner surface covering tube, wherein the plasma is generated by intermittently applying a bias between a discharge electrode and a counter electrode provided apart from the long thin tube.
前記長尺細管の50mmずつ離れた3点以上の位置における、前記酸素隣接炭素の全炭素に対する割合の変動係数が18%以下であり、
前記酸素隣接炭素の少なくとも一部は、カルボキシル基を形成している、請求項4又は5に記載の内面被覆チューブの製造方法。
In the polymer-like carbon film, the ratio of oxygen-adjacent carbon to total carbon on the surface is 12 at% or more and 25 at% or less.
The coefficient of variation of the ratio of the oxygen-adjacent carbon to the total carbon at three or more points 50 mm apart from the long thin tube is 18% or less.
The method for producing an inner coating tube according to claim 4 or 5, wherein at least a part of the oxygen-adjacent carbon forms a carboxyl group.
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