CN113354993A - 一种亲水涂层、制备方法及涂层牢固性的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医用生物涂层技术领域，具体涉及一种亲水涂层、制备方法及涂层牢固性的测试方法。所述涂层包括如下质量百分含量的原料：亲水性聚合物5‑20％；附着力树脂5‑12％；交联剂0.1％‑2％；溶剂余量；其中，所述亲水性聚合物的质均分子量为300‑600万。本发明通过各组分之间的配合，制备得到的亲水涂层具有良好的表面润滑性能和基材附着力，可减少器械的穿刺阻力，减少对人体组织和粘膜的刺激、减少患者痛苦，同时减少向人体体液引入的微粒杂质。

Description

一种亲水涂层、制备方法及涂层牢固性的测试方法

技术领域

本发明属于医用生物涂层技术领域，具体涉及一种亲水涂层、制备方法及涂层牢固性的测试方法。

背景技术

目前，各种医用高分子材料已在介入手术领域中得到广泛的应用，如心脏介入、呼吸科介入、泌尿科介入、血液科介入、骨科介入、血管科介入、影像科介入等。随着介入诊疗技术的发展，各类介入器械在临床需求量也不断增加。据不完全统计，目前世界上仅泌尿外科应用的导管就有六大类一百二十余种，用于心血管、脑血管、肿瘤等疾病诊治的导管也有一百余种。这些介入器械在使用时都需要***病人体内，待治疗完成后，再从病人体内取出。

为了方便临床医生的使用，减少手术时间和减轻患者的痛苦。这就要求这类器械表面与体液接触后变得非常润滑，利于完成器械的推送和回撤。目前这类介入器械的材料多为尼龙、嵌段聚醚聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯，这些材料本身的润滑性不能满足临床使用需求。这些材料制成的介入手术器械，在不带有亲水涂层的条件下，使用过程中插拔阻力大，易引起患者的痛苦和不适，同时引起血管损伤和炎症。在这一背景下，需要对医用导管表面增加亲水涂层。

目前使用的亲水涂层，一般来说润滑性都能满足使用要求，但是牢固性(基材附着力)较差，在使用过程中经历反复摩擦，易发生涂层从基材上脱落，引起润滑性的下降，并向体液中引入微粒。

早在2015年美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration)已发布文件，警告说血管内医疗器械的亲水性或疏水性涂层脱落，可能导致患者严重损伤，并提出防止介入手术血管内器械涂层脱落的十大建议。这一文件中提到，相关文献已有报道严重不良事件包括肺栓塞、肺梗死、心肌栓塞、心肌梗死、栓塞性卒中、组织坏死和死亡。涂层剥落与严重损伤相关，引起外科干预、组织不良反应和血栓形成。亲水涂层如果在使用过程中脱落后，在体液中是以微粒的形式存在。总体来说,器械的亲水涂层对患者来说仍是收益大于风险。在器械亲水涂层这一领域，在保证润滑性基础上，持续对牢固性进行改进，并不断更新检测方法，优化工艺，关注带有亲水涂层的器械在使用过程中由于涂层脱落向体液引入微粒的风险是十分必要的。

然而，现有技术中亲水涂层润滑性和牢固性的测试，一般通过反复摩擦后的润滑性来表征，即摩擦力和摩擦系数的变化表征，缺少微粒方面的表征。但是，实践中发现由于亲水性聚合物分子量偏低，反复摩擦后虽然可以保持良好润滑性，但仍存在会引入额外的微粒风险，因此，仅通过摩擦力和摩擦系数的变化并不能全面表征涂层的润滑性和牢固性。

有鉴于此，研发一种具有良好的表面润滑性能和牢固性的亲水涂层以及全面表征涂层牢固性的测试方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

因此，一方面，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的亲水涂层的牢固性不足、反复摩擦后不能保持良好的润滑性等缺陷，从而提供一种亲水涂层、制备方法。

另一方面，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的亲水涂层牢固性的测试方法不全面的缺陷，从而提供一种亲水涂层牢固性的测试方法。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种亲水涂层，包括如下质量百分含量的原料：

其中，所述亲水性聚合物的质均分子量为300-600万。

可选的，所述亲水性聚合物为聚丙烯酸丙烯酰胺，质均分子量优选为300-600万，更优选为400-500万。

可选的，所述附着力树脂为含有羧基的树脂，可选的，为含有羧基的水溶性树脂；

可选的，所述附着力树脂为丙烯酸树脂、丙烯酸改性环氧树脂、丙烯酸改性醇酸树脂、丙烯酸改性聚氨酯中的一种或多种。

可选的，所述交联剂为碳二亚胺(EDC)，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，氮丙啶(CX-300)中的至少一种。

可选的，所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

本发明还提供一种上述亲水涂层的制备方法，包括如下步骤：对基材表面进行等离子处理，然后进行表面涂覆，固化处理，得到所述亲水涂层。

可选的，所述固化温度为50-100℃，固化时间为1-2h；

可选的，所述表面涂覆为喷涂、浸涂或刷涂；

可选的，所述固化后的亲水涂层厚度为3-30μm。

可选的，所述基材为医用导管、球囊或导丝；

可选的，所述基材的材质为尼龙、嵌段聚醚聚酰胺、聚氨酯或聚乙烯中的一种。

本发明还提供一种涂层牢固性的测试方法，包括如下步骤：

染色：利用染色剂对涂层进行染色；

测试：进行摩擦力测试，观察涂层的完整性。

可选的，所述染色剂为刚果红；

可选的，所述染色方法为将染色剂配制成染液，将带有亲水涂层的样品，浸泡到染液中，清水冲洗，洗去浮色，即可；

可选的，染液为染色剂与乙醇的混合水溶液；

进一步可选的，染液中染色剂的质量浓度为0.3-1％，乙醇的质量浓度为8-12％；

可选的，染色和摩擦力测试没有顺序限制。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的亲水涂层，包括如下质量百分含量的原料：亲水性聚合物5-20％；附着力树脂5-12％；交联剂0.1％-2％；溶剂余量；其中，所述亲水性聚合物的质均分子量为300-600万。本发明通过各组分之间的配合，制备得到的亲水涂层具有良好的表面润滑性能和基材附着力，可减少对人体组织和粘膜的刺激，减少患者痛苦，同时不会向人体体液引入杂质和微粒。

2.本发明提供的亲水涂层的制备方法，包括如下步骤：对基材表面进行等离子处理，然后进行表面涂覆，固化处理，得到所述亲水涂层。与现有技术相比，有更好的市场前景并且此方法实施方便，尤其适合大批量生产。本发明所述的表面亲水涂层制备方法，对基材的附着力好，涂层牢固不易脱落，经历20次摩擦试验后，表面仍可保持良好的润滑性。

本发明提供的亲水涂层的制备方法，为达到更好的润滑性能和表面附着力。调整出两种聚丙烯酸丙烯酰胺和丙烯酸改性聚氨酯溶液的比例，分两步进行涂覆，然后进行固化，第一次涂覆中附着力树脂的比例更高，第二次涂覆中亲水性聚合物的比例更高，如此设置，可以使涂层的最终润滑性和耐磨性效果更加理想。

3.本发明提供的涂层牢固性的测试方法，包括如下步骤：染色：利用染色剂对涂层进行染色；测试：进行摩擦力测试，观察涂层的完整性。本发明通过摩擦力测试与染色相结合的测试方法，测试结果更准确，避免了单纯通过摩擦力测试带来的测试结果不够全面，对微粒和表面的测试相对不足，还有可能造成的误判等问题。

附图说明

图1染色前后样品对比图片；

图2摩擦力测试后样品图片。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供一种亲水涂层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将需要涂层的内径1.7mm，外径2.0mm材质为Lubrizol(路博润)聚氨酯弹性体TPU2363-80A的导管，进行等离子处理，处理气体为氧气，处理时间为5min。

步骤2，按下述配比进行亲水涂液配制，以亲水涂液总质量为100g计包括，聚丙烯酸丙烯酰胺(分子量400万-500万)10g，帝斯曼聚氨酯乳液NeoRez E-122 10g，CX-3000.3g，余量为水。

步骤3，使用浸涂的方式，将亲水涂液涂覆到导管表面，上升和下降速度均为1mm/s，浸泡时间为20s。涂覆完成后晾干1h。

步骤4，放入烘箱加热固化，在70℃下固化1h，在导管表面得到厚度约为5μm的亲水涂层。

实施例2

本实施例提供一种亲水涂层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将需要涂层的内径1.7mm，外径2.0mm材质为Pebax7233的导管，进行等离子处理，处理气体为氧气，处理时间为5min。

步骤2，按下述配比进行亲水涂液配制，以亲水涂液总质量为100g计包括，聚丙烯酸丙烯酰胺(分子量400万-500万)10g，帝斯曼聚氨酯乳液NeoRez E-122 10g，CX-3000.3g，余量为水。

步骤3，使用浸涂的方式，将亲水涂液涂覆到导管表面，上升和下降速度均为1mm/s，浸泡时间为20s，涂覆完成后晾干1h。

步骤4，放入烘箱加热固化，在70℃下固化1h，在导管表面得到厚度约为5μm的亲水涂层。

实施例3

本实施例提供一种亲水涂层的制备方法，具体步骤如下：

实施例3为实施例1的变种，为达到更好的润滑性能和表面附着力。调整出两种聚丙烯酸丙烯酰胺和丙烯酸改性聚氨酯溶液的比例，分两步进行涂覆，然后进行固化。

步骤1，将需要涂层的内径1.7mm，外径2.0mm材质为Lubrizol(路博润)聚氨酯弹性体TPU2363-80A的导管，进行等离子处理，处理气体为氧气，处理时间为5min。

步骤2，按下述配比进行亲水涂液配制，比例为质量比。两次涂覆的比例不同，第一次涂覆附着力树脂的比例更高，第二次涂覆亲水性聚合物的比例更高。以使涂层的最终润滑性和耐磨性效果更加理想。

以亲水涂液总质量为 100g，

聚丙烯酸丙烯酰胺 (分子量400万-500万) 8g，

帝斯曼聚氨酯乳液 NeoRez E-122 12g，

CX-300 0.3g，

水 余量，

第二次涂覆的亲水涂液比例如下，其中聚乙烯吡咯烷酮的比例增加，丙烯酸改性聚氨酯比例减小。

以亲水涂液总质量为 100g，

聚丙烯酸丙烯酰胺(分子量400万-500万) 12g，

帝斯曼聚氨酯乳液 NeoRez E-122 8g，

CX-300 0.3g，

水 余量；

步骤3，使用浸涂的方式，将亲水涂液涂覆到导管表面，上升和下降速度均为1mm/s，浸泡时间为20s，第一次涂覆完成后，晾干1h，再进行第二次浸涂，晾干1h，进行步骤4。

步骤4，放入烘箱加热固化，在70度下固化1h，在导管表面得到亲水涂层，得到厚度约为7μm的涂层。

实施例4

本实施例提供一种亲水涂层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将需要涂层的内径1.7mm，外径2.0mm材质为Lubrizol(路博润)聚氨酯弹性体TPU2363-80A的导管，进行等离子处理，处理气体为氧气，处理时间为5min。

步骤2，按下述配比进行亲水涂液配制，以亲水涂液总质量为100g计包括，聚丙烯酸丙烯酰胺(分子量400万-500万)10g，帝斯曼聚氨酯乳液NeoRez R-972 10g，GMA 0.3g，余量为水。

步骤3，使用浸涂的方式，将亲水涂液涂覆到导管表面，上升和下降速度均为1mm/s，浸泡时间为20s，涂覆完成后晾干1h。

步骤4，放入烘箱加热固化，在70℃下固化1h，在导管表面得到厚度约为5μm的亲水涂层。

实施例5

本实施例提供一种亲水涂层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将需要涂层的内径1.7mm，外径2.0mm材质为Lubrizol(路博润)聚氨酯弹性体TPU2363-80A的导管，进行等离子处理，处理气体为氧气，处理时间为5min。

步骤2，按下述配比进行亲水涂液配制，以亲水涂液总质量为100g计包括，聚丙烯酸丙烯酰胺(分子量400万-500万)10g，帝斯曼聚氨酯乳液NeoRez E-122 10g，CX-3000.3g，余量为水。

步骤3，使用浸涂的方式，将亲水涂液涂覆到导管表面，上升和下降速度均为1mm/s，浸泡时间为20s，涂覆完成后晾干1h。

步骤4，放入烘箱加热固化，在85℃下固化2h，在导管表面得到厚度约为5μm的亲水涂层。

对比例1

本对比例提供一种亲水涂层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将需要涂层的内径1.7mm，外径2.0mm，材质为Lubrizol(路博润)聚氨酯弹性体TPU2363-80A的导管，进行等离子处理，处理气体为氧气，处理时间为5min。

步骤2，按下述配比进行亲水涂液配制，以亲水涂液总质量为100g计包括，聚丙烯酸丙烯酰胺(分子量400万-500万)10g，帝斯曼聚氨酯乳液NeoRez E-122 30g，CX-3000.3g,余量为水。

步骤3，使用浸涂的方式，将亲水涂液涂覆到导管表面，上升和下降速度均为1mm/s，浸泡时间为20s，涂覆完成后晾干1h。

步骤4，放入烘箱加热固化，在70℃下固化1h，在导管表面得到厚度约为5μm的亲水涂层。

对比例2

本对比例提供一种亲水涂层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将需要涂层的内径1.7mm，外径2.0mm，材质为Lubrizol(路博润)聚氨酯弹性体TPU2363-80A的导管，进行等离子处理，处理气体为氧气，处理时间为5min。

步骤2，按下述配比进行亲水涂液配制，以亲水涂液总质量为100g计包括，聚丙烯酸丙烯酰胺(分子量为150-250万)10g，丙烯酸改性聚氨酯帝斯曼聚氨酯乳液NeoRez E-12210g，CX-300 0.3g，余量为水。

步骤3，使用浸涂的方式，将亲水涂液涂覆到导管表面，上升和下降速度均为1mm/s，浸泡时间为20s，涂覆完成后晾干1h。

步骤4，放入烘箱加热固化，在70℃下固化1h，在导管表面得到厚度约为5μm的亲水涂层。

实验例

1、润滑性和牢固性测试

使用摩擦力测试仪对亲水涂层性能进行测试。设置条件为正压力300g，37℃水浴环境下，测试循环为20次。按公式计算样品表面的摩擦系数(COF值)，公式：μ＝f/N(μ为样品表面的摩擦系数，f为样品表面的摩擦力平均值(单位为g)，N为夹紧力(单位为g))。所测得的摩擦系数越小，说明亲水涂层的润滑效果越好。如果经历20次测试循环，摩擦系数未发生明显变化，则说明亲水涂层有很好的附着力。反之，如果摩擦系数出现了明显上升，则说明亲水涂层的附着力不足，在测试过程中发生了涂层的破损。具体测试结果见下表：

表1

2、染色实验

由于亲水涂层在医疗器械表面不容易直接观察到。在现有技术中多是通过测试摩擦力和摩擦系数对涂层进行表征，这种方式不够直观。

在这一背景下可使用刚果红染液对器械表面的亲水涂层进行染色。刚果红染液按以下方法进行配制：取刚果红0.5g,加10％乙醇100ml使溶解，即得。染液具有选择性，涂层区域会被染为红色，无涂层区域不会被染色，染色效果经水冲洗不会褪色，如图1。

对染色后的样品，使用摩擦力测试仪进行润滑性和牢固性测试，具体测试方法同实验例1。实施例1染色后的样品亲水涂层区域保持完整且无缺损，如图2，其它实施例结果与实施例1接近，不在赘述。

类似的，也可对经摩擦力测试仪测试后的样品进行染色实验，可得到相同的实验结果。如果亲水涂层对基材的附着力不足，在表面染色后的涂层区域，出现小范围的无颜色区域，该区域即为涂层缺损区域。

3、微粒测试

将不同的涂液样品，在球囊导管上制成亲水涂层。按照YY/T 1556-2017标准中血管内导管类产品的规定方法进行试验。取三支供用状态的导管，剪掉管座后将管身浸入烧瓶中的溶液中，置于震荡设备上震荡20s，制备得到洗脱液。用微粒计数仪测定洗脱液的微粒数，然后计算微粒污染指数。具体测试结果见表2：

表2

涂层类型	污染指数
		无涂层	5
实施例1	16
		实施例2	22
实施例3	15
		实施例4	18
实施例5	13
		对比例1	8
对比例2	65

结合表1和表2的测试结果可知，单独的摩擦系数数据(COF)并不能全面表征涂层的牢固性，对比例2选用低分子量亲水聚合物涂层，从表1来看，其COF数据较低，经历20次测试循环后并无明显变化，但是，从表2中的数据可知其污染指数却很高，实际指的是微粒的增加。可见，虽然COF数据很好，但并不能说明亲水涂层的牢固性符合要求，现有技术中的测试方法是不全面的。染色实验的判断主要用于涂层对基材附着力是否足够，区别于摩擦力的变化，染色实验可观察到涂层的缺损位置和形貌，结合COF数据可以全面评价亲水涂层的优劣，该测试方法将摩擦力测试与染色测试相结合，在领域内尚属首次。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种亲水涂层，其特征在于，包括如下质量百分含量的原料：

其中，所述亲水性聚合物的质均分子量为300-600万。

2.根据权利要求1所述的亲水涂层，其特征在于，所述亲水性聚合物为聚丙烯酸丙烯酰胺；

可选的，所述聚丙烯酸丙烯酰胺的质均分子量为400-500万。

3.根据权利要求1所述的亲水涂层，其特征在于，所述附着力树脂为含有羧基的树脂，可选的，为含有羧基的水溶性树脂；

可选的，所述附着力树脂为丙烯酸树脂、丙烯酸改性环氧树脂、丙烯酸改性醇酸树脂、丙烯酸改性聚氨酯中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的亲水涂层，其特征在于，所述交联剂为碳二亚胺，甲基丙烯酸缩水甘油酯，氮丙啶中的至少一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的亲水涂层，其特征在于，所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

6.一种权利要求1-5任一项所述亲水涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：对基材表面进行等离子处理，然后进行表面涂覆，固化处理，得到所述亲水涂层。

7.根据权利要求6所述的亲水涂层的制备方法，其特征在于，所述固化温度为50-100℃，固化时间为1-2h；

可选的，所述表面涂覆为喷涂、浸涂或刷涂；

可选的，所述表面涂覆分两次进行，第一次涂覆中附着力树脂的比例高于第二次涂覆，第一次涂覆中亲水性聚合物的比例低于第二次涂覆；

可选的，所述固化后的亲水涂层厚度为3-30μm。

8.根据权利要求6或7所述的亲水涂层的制备方法，其特征在于，所述基材为医用导管、球囊或导丝；

可选的，所述基材的材质为尼龙、嵌段聚醚聚酰胺、聚氨酯或聚乙烯中的一种。

9.一种涂层牢固性的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

染色：利用染色剂对涂层进行染色；

测试：进行摩擦力测试，观察涂层的完整性。

10.根据权利要求9所述的涂层牢固性的测试方法，其特征在于，所述染色剂为刚果红；

可选的，所述染色方法为将染色剂配制成染液，将带有亲水涂层的样品，浸泡到染液中，清水冲洗，洗去浮色，即可；

可选的，染液为染色剂与乙醇的混合水溶液；

进一步可选的，染液中染色剂的质量浓度为0.3-1％，乙醇的质量浓度为8-12％；

可选的，染色和摩擦力测试没有顺序限制。

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