一种带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械及其制备方法
阅读说明：本技术 一种带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械及其制备方法 (Polymer medical instrument with hydrophilic lubricating coating and preparation method thereof ) 是由 程思博 念国栋 夏崟 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械及其制备方法,所述制备方法包括如下步骤：(1)将亲水性高分子材料、引发剂和溶剂混合,得到亲水润滑涂层的前驱液；(2)对高分子医疗器械进行氧等离子体处理后,然后在前处理液中浸泡处理；其中,所述前处理液中含有光引发剂；(3)将步骤(1)得到的前驱液包覆在步骤(2)处理后的高分子医疗器械的表面,然后进行光固化,得到所述带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械。本发明提供的带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械具有稳定长效的超润滑和亲水的特性,其制备方法中不存在单体聚合的过程,可以保证亲水润滑涂层具有优良的生物相容性。(The invention provides a polymer medical appliance with a hydrophilic lubricating coating and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: (1) mixing a hydrophilic high polymer material, an initiator and a solvent to obtain a precursor solution of the hydrophilic lubricating coating; (2) after oxygen plasma treatment is carried out on the polymer medical instrument, soaking treatment is carried out in the pretreatment liquid; wherein the pretreatment liquid contains a photoinitiator; (3) and (3) coating the precursor solution obtained in the step (1) on the surface of the polymer medical device treated in the step (2), and then carrying out photocuring to obtain the polymer medical device with the hydrophilic lubricating coating. The macromolecular medical device with the hydrophilic lubricating coating provided by the invention has stable and long-acting super-lubricating and hydrophilic characteristics, and the preparation method does not have a monomer polymerization process, so that the hydrophilic lubricating coating can be ensured to have excellent biocompatibility.)
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械及其制备方法。
背景技术
涂敷有医用润滑涂层的医疗器械表面具有较低的表面摩擦系数，如导丝、PTCA导管、导尿管、内窥镜等，在插入与拔出时，可以减少器械与人体组织的摩擦，减轻病人在术中的痛苦，能够有效的降低医生的操作难度，同时可以避免苛刻病变因摩擦阻力大而无法进入病变部位的缺点。
目前，通过涂覆亲水性涂层可以降低植入式或介入性医疗器械在血液和组织环境下的表面摩擦系数，但是这些亲水性涂层现存的问题包括制作工艺复杂、润滑性不强、耐久性不足等问题，不能够保持长时间使用过程中的润滑性能，不利于涂层工艺的发展。
CN 107754017 A以亲水性聚合物、多羟基聚合物、酸酐类交联剂和分散介质作为涂层材料，将配置的涂料布施于医疗器械表面再加热固化成型，得到三维交联形成的水凝胶网络涂层。这些亲水性涂层虽然都在医疗器械及耗材上实现了润滑性和亲水性的改善，但涂层材料本身并不能够与基材形成有效的化学键连接，所以其在长时间使用过程中一般会出现脱落或失效等问题，脱落的涂层材料可能还会造成血管的进一步堵塞，从而造成更为严重的副作用。WO-0405909A1公开了增塑剂在基材上亲水性聚合物的交联的亲水性涂层中的用途；增塑剂构成涂覆于基材的聚合物溶液的一部分，涂覆后，将聚合物溶液干燥并固化，基材可以是医疗器械，例如导管、导丝或内窥镜。采用亲水性涂层涂布的医疗器械在用于患者之前用水润湿，增塑剂所具有的效果是，提供当润湿时表现出高耐磨性和低摩擦系数的亲水性涂层；该专利申请使用水来润滑亲水性涂层，通过使用水作为润湿剂中的主要组分，润湿时间极短，在润湿后或从包装中移除医疗器械后的15分钟时期之内，亲水性涂层通常不再润滑。CN 110819183 A选用水溶性单体作为涂层前驱液材料，利用硅烷偶联剂为粘接用官能团，通过引发聚合-浸渍涂敷-加热固化的方法，在医疗器械表面实现了牢固的亲水涂层，但其涂层材料中可能含有未反应的单体原材料，影响整体器械的生物相容性，且整个涂层工艺时间较长，不利于大规模生产。
总体而言，目前的亲水性涂层材料及制备方法不能够保证长时间、稳定的润滑性能，同时在制作工艺方面也存在一定缺陷，不能够满足大批量、快速的生产过程，并且所需成本较高，因此，需要提供一种新的亲水润滑涂层以满足应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械及其制备方法。本发明提供的带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械具有稳定长效的超润滑和亲水的特性，其制备方法中不存在单体聚合的过程，可以保证亲水润滑涂层具有优良的生物相容性。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将亲水性高分子材料、引发剂和溶剂混合，得到亲水润滑涂层的前驱液；
(2)对高分子医疗器械进行氧等离子体处理后，然后在前处理液中浸泡处理；
其中，所述前处理液中含有光引发剂；
(3)将步骤(1)得到的前驱液包覆在步骤(2)处理后的高分子医疗器械的表面，
(4)将步骤(3)所得到的涂层后器械进行紫外光固化，得到所述带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械。
本发明通过在医疗器械表面设置亲水润滑涂层，使得医疗器械具有润滑效果，降低了医疗器械表面的摩擦系数，同时本发明提供的制备方法可以保证最后得到的亲水润滑涂层与医疗器械之间形成了牢固的共价键，即保证了最后得到的医疗器械具有长时间且稳定的亲水润滑性能。
本发明选用的亲水润滑涂层的前驱液中选用了亲水性高分子材料，不包括小分子单体，因此最后得到的亲水润滑涂层中不包括小分子物质，进而保证了涂层的良好的生物相容性。
并且，本发明提供的制备方法易于通过浸渍或者旋涂等方法进行包覆，涂层厚度均匀可控，并且涂层的固化过程无需隔绝氧气，通过极短时间的紫外光照射即可固化，有效地简化了涂层的制作工艺，降低了涂层的制作成本；本发明提供的制备方法简单易行，涂层流程简单，适用于大规模批量化生产。
优选地，所述光引发剂选自二苯甲酮、米蚩酮、二苯氧基二苯甲酮、烷基取代二苯甲酮、硫杂蒽酮、蒽醌、香豆酮、樟脑醌、苯甲酸钠、二苯乙酮、对氯二苯甲酮或苯甲醛中的任意一种或至少两种的组合。
本发明通过选择前处理液中添加有光引发剂，从而在高分子导丝表面引入用于与涂层化学键连的官能团，实现涂层与高分子基材的稳定粘接。
优选地，所述前处理液用的溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮或甲苯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，在所述前处理液中，所述光引发剂的质量百分含量为5-10％，例如5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％等。光引发剂浓度过低无法在高分子基材表面形成充足化学键连，过多则会影响涂层的生物相容性。
优选地，步骤(1)所述亲水性高分子材料选自海藻酸盐、透明质酸、琼脂糖、壳聚糖、胶原蛋白、明胶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、甲基纤维素或聚异丙基丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合。
本发明选用的亲水性高分子材料为水溶性的高分子材料，其具有较强的亲水性，光学性质透明，生物相容性好，可用于改善无涂层医疗器械在体内的排异反应，降低医疗器械的副作用。同时，涂层材料本身可具有一定的抗菌作用，能够提高相关器械及耗材的使用性能；另外，涂层能够溶解一定的药物，可用于器械植入过程中的药物定点缓释。
优选地，步骤(1)所述引发剂选自夺氢型引发剂，进一步优选二苯甲酮、米蚩酮、二苯氧基二苯甲酮、烷基取代二苯甲酮、硫杂蒽酮、蒽醌、香豆酮、樟脑醌、苯甲酸钠、二苯乙酮、对氯二苯甲酮或苯甲醛中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，步骤(1)所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙酮、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，在步骤(1)所述前驱液中，所述亲水性高分子材料的质量百分含量为5-20％，例如6％、8％、10％、12％、13％、15％、16％、17％、18％、19％等。
优选地，在步骤(1)所述前驱液中，所述引发剂的质量百分含量为0.1-2％，例如0.2％、0.5％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％等。
优选地，步骤(2)所述高分子医疗器械包括植入式医疗器械或介入式医疗器械。
优选地，所述医疗器械用的高分子材料选自硅橡胶、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚醚嵌段聚酰胺、聚乳酸、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氨酯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述医疗器械包括人工器官、支架、血管内导管、导丝或管鞘栓塞器械。
优选地，步骤(2)所述氧等离子体处理的时间为1-5min，例如1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min等。
优选地，步骤(2)所述浸泡的时间为1-5min，例如1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min等。
优选地，步骤(3)所述包覆的方法选自浸渍和/或旋涂。
优选地，所述浸渍的提拉速度为10-300mm/min，例如20mm/min、50mm/min、80mm/min、100mm/min、120mm/min、150mm/min、200mm/min、230mm/min、270mm/min、290mm/min等。
优选地，所述光固化为紫外光固化。
优选地，在进行光固化时，所述医疗器械和紫外灯的间距为10-50mm，例如12mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、48mm等。
优选地，所述紫外灯的光照强度为0.1-2W/cm2，例如0.2W/cm2、0.4W/cm2、0.5W/cm2、0.8W/cm2、1.0W/cm2、1.2W/cm2、1.4W/cm2、1.6W/cm2、1.8W/cm2等。
优选地，所述光固化的时间为1-90min，例如5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、85min等。
优选地，所述制备方法还包括：在步骤(2)之前对所述医疗器械进行清洗并干燥。
优选地，所述清洗用的溶剂包括水、乙醇、异丙醇、丙酮、庚烷或正己烷中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述干燥为晾干，所述晾干的时间为1-5min，例如1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min等。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将亲水性高分子材料、引发剂和溶剂混合，得到亲水润滑涂层的前驱液，在所述前驱液中，所述亲水性高分子材料的质量百分含量为5-20％，所述引发剂的质量百分含量为0.1-2％；
(2)对医疗器械进行清洗，晾干1-5min后，对清洗后的医疗器械进行氧等离子体处理1-5min后，在含有光引发剂的前处理液中浸泡1-5min；
(3)将步骤(1)得到的前驱液通过浸渍或旋涂的方法包覆在经过步骤(2)处理后的医疗器械的表面
(4)对步骤(3)中得到的涂层后器械进行紫外光固化1-90min，得到所述带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的制备方法制备得到的带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过在医疗器械表面设置亲水润滑涂层，使得医疗器械具有润滑效果，降低了医疗器械表面的摩擦系数，同时本发明提供的制备方法可以保证最后得到的亲水润滑涂层与医疗器械之间形成了牢固的共价键，即保证了最后得到的医疗器械具有长时间且稳定的亲水润滑性能；
(2)本发明选用的亲水润滑涂层的前驱液中选用了亲水性高分子材料，不包括小分子单体，因此最后得到的亲水润滑涂层中不包括小分子物质，进而保证了涂层的良好的生物相容性；
(3)本发明提供的制备方法使涂层易于通过浸渍或者旋涂等方法进行包覆，涂层厚度均匀可控，并且涂层的固化过程无需隔绝氧气，通过极短时间的紫外光照射即可固化，有效地简化了涂层的制作工艺，降低了涂层的制作成本；
(4)本发明提供的制备方法简单易行，涂层流程简单，适用于大规模批量化生产。
附图说明
图1是本发明提供的带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械的制备流程图。
图2是本发明实施例1提供的带有亲水润滑涂层的Pebax导丝的摩擦试验中的摩擦力-位移曲线图。
图3是本发明对比例1提供的Pebax导丝的摩擦试验中的摩擦力-位移曲线图。
图4是本发明实施例2提供的带有亲水润滑涂层的TPU导丝的摩擦试验中的摩擦力-位移曲线图。
图5是本发明对比例2提供的TPU导丝的摩擦试验中的摩擦力-位移曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种带有亲水润滑涂层的Pebax(聚醚嵌段聚酰胺)导丝，其制备方法如下：
(1)将质量分数为13％的聚乙烯吡咯烷酮(型号Sigma-Aldrich#PVP360，分子量约为360000)和质量分数为0.5％的二苯甲酮均匀溶解于水和乙醇(体积比为1:1)的混合液中，得到亲水润滑涂层的前驱液；
(2)依次用异丙醇、乙醇和水清洗Pebax导丝表面，晾干3min；
(3)对Pebax导丝进行氧等离子体处理1min，再进一步在质量分数为10％二苯甲酮的丙酮溶液中浸泡5min，使其表面活化；
(4)将步骤(1)得到的前驱液通过浸渍法包覆在经过步骤(3)处理后的Pebax导丝表面，浸渍法中的提拉速度为100mm/min；
(5)将步骤(4)所得包覆后的Pebax导丝涂层进行紫外光固化，Pebax导丝和紫外灯的间距为50mm，紫外灯的光照强度为0.3W/cm2，固化时间为10min，得到带有亲水润滑涂层的Pebax导丝。
实施例2
本实施例提供一种带有亲水润滑涂层的TPU导丝，其制备方法如下：
(1)将质量分数为10％的聚乙二醇(型号为Supelco 81206，分子量约为218000)和质量分数为0.2％的二苯甲酮均匀溶解于水和乙醇(体积比为1.2:1)的混合液中，得到亲水润滑涂层的前驱液；
(2)依次用异丙醇和水清洗TPU导丝表面，晾干5min；
(3)对TPU导丝进行氧等离子体处理2min，再进一步在质量分数为5％的二苯甲酮的乙醇溶液中浸泡2min，使其表面活化；
(4)将步骤(1)得到的前驱液包覆在经过步骤(3)处理后的TPU导丝表面，涂层的包覆通过浸渍法实现，提拉速度为60mm/min；
(5)将步骤(4)所得包覆后的不锈钢导丝涂层进行紫外光固化，Pebax导丝和紫外灯的间距为50mm，紫外灯的光照强度为0.6W/cm2，固化时间为5min，得到带有亲水润滑涂层的TPU导丝。
实施例3
本实施例提供一种带有亲水润滑涂层的Pebax导丝，其制备方法如下：
(1)将质量分数为5％的琼脂糖(型号为Sigma-Aldrich#A1296)和质量分数为2％的香豆酮均匀溶解于水和乙醇(体积比为1.2:1)的混合液中，得到亲水润滑涂层的前驱液；
(2)依次用异丙醇和水清洗Pebax导丝表面，晾干1min；
(3)对Pebax导丝进行氧等离子体处理5min，再进一步在质量分数为8％的香豆酮的乙醇溶液中浸泡1min，使其表面活化；
(4)将步骤(1)得到的前驱液包覆在经过步骤(3)处理后的Pebax导丝表面，涂层的包覆通过浸渍法实现，提拉速度为40mm/min；
(5)将步骤(4)所得包覆后的Pebax导丝涂层进行紫外光固化，Pebax导丝和紫外灯的间距为10mm，紫外灯的光照强度为0.1W/cm2，固化时间为30min，得到带有亲水润滑涂层的Pebax导丝。
对比例1
实施例1提供的Pebax(聚醚嵌段聚酰胺)导丝。
对比例2
实施例2提供的TPU导丝。
对比例3
CN 110819183 A提供的实施例3，即提供一种用于热塑性聚氨酯弹性体(TPU)表面的亲水润滑涂层，其制备方法如下：
(1)用丙酮、乙醇和水依次清洗TPU导丝表面，并进行干燥处理备用；
(2)将步骤(1)得到的清洗过的TPU导丝放入氧等离子体清洗机中进行表面活化处理，时间为20min，取出后放入去离子水中备用；
(3)配制质量浓度为25％的丙烯酸钠(型号：Sigma-Aldrich 408220)水溶液，用摩尔浓度为0.1mol/l的盐酸溶液调节pH至3.5；向每毫升溶液中加入9μL的3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯(型号：Sigma-Aldrich 440159)作为硅烷偶联剂，其最终质量浓度为0.94％，搅拌均匀后待其水解充分；向每毫升溶液中加入2μL摩尔浓度为0.1mol/L的2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(型号：Sigma-Aldrich 410896)的乙醇溶液，搅拌均匀后吸入至注射器；将注射器放置在紫外光下进行自由基聚合反应30min，得到制备亲水润滑涂层的水凝胶前驱液；
(4)将步骤(2)得到的TPU导丝取出，利用浸涂的方式将步骤(3)得到的涂层前驱液包覆在导丝表面；
(5)涂层定型后，将TPU放入密闭容器中，在65℃烘箱中加热24h，使水凝胶前驱液充分交联固化，最终在TPU表面形成一层亲水润滑涂层。
对比例4
与实施例1的区别在于，在本对比例中，前处理液为质量分数为10％的三甲氧基(丙基)硅烷的水溶液。
对比例5
与实施例1的区别在于，步骤(1)为：将质量分数为13％的聚乙烯吡咯烷酮和质量分数为5％的二苯甲酮均匀溶解于水与乙醇(体积比为1：1)的混合溶液中，得到亲水润滑涂层前驱液。
对比例6
与实施例1的区别在于，在本实施例中的亲水润滑涂层的前驱液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为1％。
性能测试
对实施例1-4和对比例1-4提供的高分子医疗器械进行性能测试，方法如下：
(1)摩擦试验：把长度为15cm，直径0.3mm的样品两端固定在材料测试机的夹头上，所用材料测试机传感器最大量程为10N，在材料测试机操作台上放置一个装有纯水的水箱，水的温度控制在37℃，在水箱中放置一个能够施加一定预压力的夹头，夹头与导丝接触部分用硅胶垫片覆盖，压力控制为0.5N，并将待测导丝夹在中间，注意导丝的自由端不能触碰水箱底部或者内壁，且保证导丝与压头保持垂直；
实验开始后，材料测试机以100mm/min的速率来回加载，带动导丝上下运动，循环加载次数为20次，期间，导丝与夹头接触的部分发生往复摩擦，摩擦力的大小被测试软件记录下；
图2为实施例1提供的带有亲水润滑涂层的Pebax导丝的摩擦试验中的摩擦力-位移曲线图，图3是对比例1提供的Pebax导丝(无涂层的裸导丝)的摩擦试验中的摩擦力-位移曲线图，由图2和图3的对比可知，无涂层的裸Pebax导丝(对比例1)的摩擦阻力较大，平均值约为0.6N；实施例1制得的带有亲水润滑涂层的Pebax导丝的摩擦阻力明显降低，平均值约为0.03N，满足Pebax导丝所需的润滑特性。
图4为实施例2提供的带有亲水润滑涂层的TPU导丝的摩擦试验中的摩擦力-位移曲线图，图5是对比例2提供的TPU导丝(无涂层的裸导丝)的摩擦试验中的摩擦力-位移曲线图，由图4和图5的对比可知，无涂层的裸TPU导丝(对比例2)的摩擦阻力较大，平均值约为0.6N；实施例2制得的具有亲水润滑涂层的TPU导丝的摩擦阻力明显降低，平均值约为0.02N，可以满足TPU导丝所需的润滑特性。
(2)生物相容性：根据GB/T 16886.5-2017医疗器械生物学评价第5部分：细胞毒性测试-体外法，采用MTT法，评价样品潜在的细胞毒性。
对实施例和对比例的性能测试结果见表1：
表1
由实施例和性能测试可知，本发明提供的带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械具有良好的润滑特性和涂层牢固性，且在多次往复摩擦测试中其摩擦力基本不变，表明本发明提供的带有亲水润滑特层的高分子医疗器械的润滑性能具有长效稳定性；同时，本发明的制备方法可适用于多种高分子医疗器械；其中，其在正压力为0.5N条件下的摩擦力在0.1N以下，涂层的100％浸提液细胞活力值在72％以上，生物相容性好。
由实施例1和对比例3的对比可知，相比于采用单体制备亲水润滑涂层的前驱液，本发明最后得到的亲水润滑涂层具有较好的生物相容性。由实施例1和对比例4的对比可知，只有采用本发明的制备方法得到的亲水润滑涂层与医疗器械之间才具有稳定的界面化学键连，进而可以确保医疗器械可以获得稳定长效的亲水润滑性。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的带有亲水润滑涂层的高分子医疗器械及其制备方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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