專利名稱：在醫用聚氨酯表面制備具有強穩定性的潤滑性涂層的方法
技術領域：
本發明屬于醫用聚合物材料表面功能化的領域，具體涉及了一種制備醫 用導管、導絲和支架等醫用聚合物材料表面合成具有強穩定性的潤滑性涂層
的制備方法。
背景技術：
聚氨酯(PU)自拜耳公司發明以來，在醫用材料領域得到了廣泛的應
用。醫用聚氨酯具有其它生物醫學材料所沒有的獨特性能，比如生物相容性、 化學特性以及加工特性等，已成為眾多醫療應用的理想選擇。特別是醫療器 械需要同時具有復雜的力學特性和良好的生物相容性時，聚氨酯是最常用和
最佳的選擇，例如PU被用于介入裝置的涂層、人工導管、介入氣囊、心血
管元件、人工心臟及輔助裝置等。醫用聚氨酯相關產品在疾病診斷、治療和 化驗等領域發揮著越來越重要的作用。在臨床使用的醫用導管中，聚氨酯材
料具有高的附加值，例如經皮冠脈腔內成形術(PTCA)的導管耗材在一萬元 以上。在中國，2005年與介入醫療器械與材料相關的市場銷售額約為50億， 在2015年，市場需求量可望達到300~400億元。
高端的醫用導管、導絲及相關醫療產品，通常具有良好的潤滑性涂層， 同時涂層應具有髙的穩定性，不易脫落。表面潤滑性具有如下的優點(1)
減少器官與導管之間界面的損傷，減輕病人的痛苦；(2)減少血小板聚集和
血纖維蛋白吸附，同時也可以減少細菌對材料表面的吸附；(3)醫用導管表 面的潤滑涂層可以使導管容易到達血管的末端區域，避免嚴重損傷；(4)能 使醫生操作更加方便，減少手術時間(5)降低插管力量；(6)增強進入彎 曲血管的能力；(7)提供非常精密的推送力、扭矩控制；(8)供抗菌和血液 相容性、藥物釋放功能。所以具有高潤滑性，低摩擦阻力的醫用導管、導絲 等醫療器械是相關臨床醫生和病人的優選。
醫用導管髙分子材料表面制備涂層是增強醫用導管潤滑性和降低摩擦 力的有效手段。通常，導管需要在體內接觸人體體液或者血液，因此目前在 醫用導管髙分子材料表面的涂層事一種基于強吸水性醫用髙分子聚合物。國 外的高潤滑性導管的表面能夠在體液和血液中大量吸附水分子，起到潤滑作用。高潤滑性導管的表面的潤滑性聚合物主要有聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、
聚丙烯酰胺基聚合物，聚丙烯酰胺等。目前，國內外的商品表面的潤滑性涂
層，即水凝膠涂層的主要原料是公開的，其問題的關鍵是如何提髙嫁接的效
率和水凝膠涂層的牢固性。例如專利US5290585A1和US5179174A1采用紫
外嫁接法制備聚乙烯吡咯烷酮，聚氧化乙烯為親水性聚合物的一種柔韌的、
潤滑有機涂層，主要通過添加異氰酸鹽、多羥基化合物提髙嫁接率和穩定性；
而專利US2002013549A1采用增加中間涂層，通過過渡層使得表面潤滑涂層
更加牢固；專利EP1667747A1通過添加一種氧敏感可聚合聚合物前驅體的
方法，紫外嫁接得到穩定的潤滑涂層。另外，國外公司也有采用聚硅氧烷形
成三維網狀結構的聚合物層作為過渡層，硅油為潤滑層，同樣可以得到耐久
的潤滑表面。在國內，部分研究的具有潤滑性涂層的樣品，主要存在的問題
是涂層容易脫落，無法廣泛的應用和推廣。因此，國內具有高潤滑性的高端
醫用導管及其相關商品基本上依靠進口。
本發明具有聚氨酯表面潤滑性涂層存在的潤滑性能低，不夠牢固等缺
點，通過改善工藝和配方，在聚氨酯表面獲得髙潤滑性和高持久性的潤滑性 涂層。

發明內容
本發明目的是提供一種在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的潤 滑性涂層的方法，該新方法能夠有效解決嫁接效率低和涂層不牢固等問題， 并且具有過程簡單，易控，容易放大等特點。為了解決上述問題，本發明提 供的技術方案如下
一種在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的潤滑性涂層的方法，包 括以下步驟
步驟一預處理醫用聚氨酯材料以獲得具有合適表面粗糙度和反應活性
位；
步驟二將步驟一中預處理后的聚氨酯高分子材料置入反應溶液或者溶 質的氣相體系中進行嫁接反應；
步驟三將步驟二的反應產物洗滌、干燥即可。
優選的，所述的步驟一中對醫用聚氨酯材料表面進行預處理是選用臭氧或離子濺射或Y輻射或紫外光照醫用導管髙分子材料表面，活化醫用導管髙 分子材料表面獲得親水性吸附活性位，典型的處理時間為1 180 min,處理 溫度—10 80'C 。
優選的，經過所述的步驟一制備的樣品合適表面粗糙度Rm (均方根 粗糙度)為0.5-2000nm。
優選的，所述步驟一中醫用聚氨酯材料包括醫用級的脂肪族聚氨酯和芳 香族聚氨酯。
優選的，所述步驟二中的反應溶液中溶質包括親水性單體、強吸水性水 凝膠前驅體和反應添加劑。
優選的，所述步驟二中的反應溶液中，親水性單體與強吸水性水凝膠前 驅體比例為l: 0.1 1: 500，或者不含親水性單體，強吸水性水凝膠前驅體 濃度為0.01% 30%,在氣相反應體系中，強吸水性水凝膠前驅體濃度為 0.05mg/L 5g/L。
優選的，所述步驟二中，親水性單體可以先進行嫁接反應，后再經過權 利要求1中的反應步驟一，再在強吸水性水凝膠前驅體溶液中進行反應步驟
優選的，所述步驟二中，強吸水性水凝膠前驅體包括丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯垸酮、聚乙烯吡咯垸酮、聚氧化乙烯、甲基丙 烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙酯、聚乙烯醇、馬來酸酐的一種或幾種的組合。親 水性單體包括丙烯酸、丙烯酸酯代表的親水性丙烯酸類單體、聚氧化乙烯、 聚乙二醇、甘油、乙二醇、殼聚糖的一種或幾種的組合。
優選的，所述步驟二中的反應溶液中包括的溶劑可以是水、甲苯、乙酸 乙酯、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、環己垸，庚烷、氯仿、二氯甲烷、四氫呋 喃、N-N二甲基甲酰胺中的一種或幾種的組合；添加劑選自蓖麻油、二苯甲 酮、過硫酸鹽、過氧化苯甲酰、乙二醇、聚乙二醇已二酸脂、三乙二醇二丙 烯酸酯中的一種或幾種的組合，反應溶液中也可以不含添加劑。
優選的，所述步驟二中反應時間控制在0.2 96 h，反應溫度控制在一 10 100 'c。
優選的，所述步驟三中，洗滌步驟是通過先在60 80'C下使用蒸餾水 洗滌24h，然后在乙醇中超聲清洗1 h，真空干燥。優選的，所述步驟三中的制備得到的潤滑性涂層，在潤濕的條件下典型 的動態摩擦系數為0.01 0.1。
本發明提供的技術方案首先注重聚氨酯材料表面的預處理。合適的表 面粗糙度能夠一方面通過增加反應面積提高強吸水性聚合物前驅體的嫁接 量，從而增強表面潤滑性，另外一方面能夠通過合適的表面形貌提髙潤滑性 涂層的穩定性。同時，粗糙的表面能夠在嫁接親水性單體或者強吸水性聚合 物前驅體后，得到改善，并不影響產品最終的表面平整度。親水性單體或者 強吸水性聚合物前驅體的同時采用，能夠起到優勢互補的作用，進一步增強 潤滑性涂層的表面附著力，使其更加穩定。反應過程主要材料氣-固，或者 液-固的非均相反應體系，質量傳遞和熱量傳遞是控制反應嫁接效率的關鍵。
濃度和溫度成為控制的主要參數，在工程上反應條件可控性強，容易實現工 業化生產。
本發明提供的方法制備的水凝膠涂層具有髙的潤滑性，并且具有優異的 穩定性。水凝膠涂層，能夠大量的吸附水分子，提高血液相容性和組織相容
性；髙的潤滑性減少對血管及其它組織的損傷經過表面涂層加工后，材料 基本保持醫用聚氨酯材料本身優異的力學性能。重要的一點是，制備的涂層 穩定性好，樣品能夠在干燥或者潤濕的條件下長久保持較低的摩擦系數和較 髙的潤滑性。該方法具有廣泛的適用性，可廣泛使用在醫用髙分子材料和醫 療器械表面的涂層材料的制備。此制備方法簡單易行，對設備要求不高，條 件易控，容易實現工業化生產。
具體實施例方式
為了更詳盡的表述上述發明的技術方案，以下本發明人列舉出具體的實 施例來表明技術效果需要強調的是，這些實施例是用于說明本發明而不限 于限制本發明的范圍。
本發明的技術方案具體來說可以采用如下步驟
(1) 醫用聚氨酯材料(可以各種形態，例如薄膜，導管，導絲等)表 面清洗分別用蒸餾水，乙醇清洗，真空干燥后待用；
(2) 醫用聚氨酯材料，通過臭氧或者離子濺射，或者紫外光照，進行 預處理。處理時間為1~180 min，處理溫度-10 80'C。表面預處理的強度，以獲得合適表面粗糙度(Rm=0.5 2000nm)和豐富的表面活性位為參考。 (3)反應過程可以分為三種情況。
情況一采用親水性單體與強吸水性水凝膠前驅體、添加劑配置溶液， 聚氨酯材料加入反應，氮氣氣氛，反應過程保持磁力攪拌。其中親水性單體 與強吸水性水凝膠前驅體比例為1: 0.1 1: 500,或者不含親水性單體。
情況二親水性單體可以先和添加劑配置溶液，聚氨酯材料加入反應， 氮氣氣氛，反應過程保持磁力攪拌。進行嫁接反應后，重復過程(2)，再在 強吸水性水凝膠前驅體溶液中進行反應，其它條件如情況一。
情況三反應過程同時或者先后在親水性單體和強吸水性水凝膠前驅體 的氣相環境下進行，又或者僅在強吸水性水凝膠前驅體的氣相環境下進行反 應。
其中強吸水性水凝膠前驅體濃度為0.01% 30%;在氣相反應體系中， 強吸水性水凝膠前驅體濃度為0.05mg/L 5g/L。親水性單體與強吸水性水凝 膠前驅體比例為1: 0.1 1: 500，三類情況反應時間控制在0.2 96 h,反 應溫度控制在-10 100 'C。
其中強吸水性水凝膠前驅體是丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯 吡咯烷酮、聚乙烯吡咯垸酮、聚氧化乙烯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙 酯、聚乙烯醇、馬來酸酐中的一種或幾種的組合。
親水性單體是丙烯酸、丙烯酸酯為代表的親水性丙烯酸類單體、聚氧化 乙烯、聚乙二醇、甘油、乙二醇、殼聚糖中的一種或幾種的組合。
其中溶劑選自水、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、環己烷、 庚烷、氯仿、二氯甲垸、四氫呋喃、N-N二甲基甲酰胺中的一種或幾種的組 合；所述的添加劑選自蓖麻油、二苯甲酮、過硫酸鹽、過氧化苯甲酰、乙二 醇、聚乙二醇已二酸脂、三乙二醇二丙烯酸酯中的一種或幾種的組合。或者 不含添加劑。
(4)反應后的醫用聚氨酯材料，在蒸餾水中洗滌24h，在乙醇中超聲清 洗lh，真空干燥至恒重后保存使用。
最后清洗過程中，在蒸餾水中洗滌溫度為60 80'C，至少更換蒸鎦水 10次以上。實施例1丙烯酸為親水性聚合物單體，N，N-二甲基丙烯酰胺為強吸水 性水凝膠前驅體的表面涂層制備
取10g潔凈的聚氨酯導管，在20mg/L的臭氧中活化30min。在200ml 的三口燒瓶中分別加入3g分析純的丙烯酸，97g蒸餾水和0.5g蓖麻油。在 50'C油浴下，氮氣保護條件，磁力攪拌300分鐘。取剛反應的聚氨酯導管， 在70'C的純凈水中清洗18h，至少更換蒸餾水10次，然后再乙醇中超聲清 洗30min， 60'C真空干燥至恒重。樣品然后在30mg/L的臭氧中活化40min 。 然后加入含3g分析純的N，N-二甲基丙烯酰胺，97g蒸餾水和0.5g蓖麻油 三口燒瓶中反應。條件為在50'C油浴下，氮氣保護條件，磁力攪拌12h。反 應后導管在純凈水中洗滌24h,溫度為80'C，至少更換蒸餾水15次，然后 再乙醇中超聲清洗lh， 60C真空干燥至恒重后保存使用.
制備得到的導管潤濕情況下，動摩擦系數從0.45下降到0.06,表面潤 滑性有明顯提髙。重復抽拉40次，摩擦系數無變化。
實施例2 甲基丙烯酸為親水性聚合物單體，N，N-二甲基丙烯酰胺為強 吸水性水凝膠前驅體的表面涂層制備
取潔凈的10g聚氨酯導管，在20mg/L的臭氧中活化50min。在200ml 的三口燒瓶中分別加入0.5g分析純的甲基丙烯酸，3g分析純的N,N-二甲基 丙烯酰胺，95g乙酸乙酯和0.5g蓖麻油。反應條件為在50'C油浴下，氮氣 保護條件，磁力攪拌12h。反應后導管在純凈水中洗滌24h，溫度為80'C， 至少更換蒸餾水15次，然后再乙醇中超聲清洗lh， 60'C真空干燥至恒重后 保存使用.
制備得到的導管潤濕情況下，動摩擦系數從0.48下降到0.52，表面潤 滑性有明顯提高。重復抽拉40次，摩擦系數無變化。
實施例3丙烯酸為親水性聚合物單體，乙烯吡咯烷酮為強吸水性水凝 膠前驅體的表面涂層制備
取潔凈的10g聚氨酯導管，在功率為50W的，氧氣流量為50mL/min 進行等離子活化15min。在200ml的三口燒瓶中分別加入3g分析純的丙烯 酸，97g蒸餾水和0.5g乙二醇。在50'C油浴下，氮氣保護條件，磁力攪拌 2h分鐘。取剛反應的聚氨酯薄膜，在70'C的純凈水中清洗18h,至少更換 蒸餾水10次，然后再乙醇中超聲清洗30min, 60'C真空干燥至恒重。樣品然后在30mg/L的臭氧中活化40min。樣品然后加入濃度為10mg/L乙烯吡 咯烷酮單體氣體流動的容器中反應2h。反應后導管在純凈水中洗滌24h,溫 度為80'C，至少更換蒸餾水15次，然后再乙醇中超聲清洗30min, 60'C真 空干燥至恒重后保存使用.
制備得到的導管潤濕情況下，動摩擦系數從0.45下降到0.042，表面潤 滑性有明顯提髙。重復抽拉40次，摩擦系數無變化。
上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技 術的人是能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護 范圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的 保護范圍之內。
權利要求
1.一種在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的潤滑性涂層的方法，包括以下步驟步驟一預處理醫用聚氨酯材料，以獲得具有合適表面粗糙度和豐富的反應活性位；步驟二將步驟一中預處理后的聚氨酯材料置入反應溶液或溶質的氣相體系中進行嫁接反應；步驟三將步驟二的反應產物洗滌、干燥即可。
2、 根據權利要求1所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于所述步驟一中對醫用聚氨酯材料表面進行 預處理是選用臭氧或離子濺射或Y輻射或紫外光照，以活化醫用聚氨酯材料 表面獲得合適表面粗糙度和豐富的反應活性位，處理時間為1 180 min、處 理溫度為—10 80'C 。
3、 根據權利要求1所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于所述合適表面粗糙度Rm (均方根粗糙度) 為0.5 —2000nm。
4、 根據權利要求1所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于經步驟三制備得到的潤滑性涂層，在潤濕 的條件下動態摩擦系數為O.Ol — O.l。
5、 根據權利要求1所述的在醫用聚氨酯材料表面具有制備強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于所述步驟二中的反應溶液中溶質包括親水 性單體、強吸水性水凝膠前驅體和反應添加劑等。
6、 根據權利要求1所述的在醫用聚氨酯材料表面具有制備強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于所述步驟二中的反應溶液中溶質包括強吸 水性水凝膠前驅體和反應添加劑等。
7、 根據權利要求5所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于所述親水性單體與強吸水性水凝膠前驅體 比例為1: 0.1 1: 500。
8、 根據權利要求6所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于所述強吸水性水凝膠前驅體液相濃度為 0.01% 30%，在氣相反應中，其濃度為0.05mg/L~5g/L
9、 根據權利要求5所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于所述親水性單體可以先進行嫁接反應，后 再經過反應步驟一，再在強吸水性水凝膠前驅體溶液中進行反應步驟二。
10、 根據權利要求5或6所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定 性的潤滑性涂層的方法，其特征在于所述強吸水性水凝膠前驅體是丙烯酰 胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯吡咯垸酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、 甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙酯、聚乙烯醇、馬來酸酐的一種或幾種的組 合。
11、 根據權利要求5或6所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定 性的潤滑性涂層的方法，其特征在于所述步驟二中的反應溶液中的親水性 單體是丙烯酸、丙烯酸酯為代表的親水性丙烯酸類單體，聚氧化乙烯、聚乙 二醇、甘油、乙二醇和殼聚糖的一種或幾種的組合。
12、 根據權利要求5或6所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定 性的潤滑性涂層的方法，其特征在于所述步驟二中的反應溶液中的溶劑選 自水、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、甲醇、丙酮、丁酮、環己垸，庚烷、氯仿、 二氯甲烷、四氫呋喃、N-N二甲基甲酰胺中的一種或幾種的組合。
13、 根據權利要求5或6所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定 性的潤滑性涂層的方法，其特征在于所述步驟二中的添加劑選自蓖麻油、 二苯甲酮、過硫酸鹽、過氧化苯甲酰、乙二醇、聚乙二醇已二酸脂、三乙二 醇二丙烯酸酯中的一種或幾種的組合，反應溶液中也可以不含添加劑。
14、 根據權利要求5或6所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定 性的潤滑性涂層的方法，其特征在于所述步驟二中反應時間控制在0.2 96 h,反應溫度控制在-10 100 'C。
15、 根據權利要求5或6所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定 性的潤滑性涂層的方法，其特征在于洗滌步驟是通過先在60 80'C下使用蒸 餾水洗滌24h,然后在乙醇中超聲清洗1 h，真空干燥獲得樣品。
16、 根據權利要求1所述的在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的 潤滑性涂層的方法，其特征在于所述的醫用聚氨酯材料包括醫用級的脂肪 族聚氨酯和芳香族聚氨酯。
全文摘要
本發明公開了一種在醫用聚氨酯材料表面制備具有強穩定性的潤滑性涂層的方法，包括以下步驟步驟一預處理醫用聚氨酯材料以獲得具有合適表面粗糙度和反應活性位；步驟二將步驟一中預處理后的聚氨酯高分子材料置入反應溶液或者溶質的氣相體系中進行嫁接反應；步驟三將步驟二的反應產物洗滌、干燥即可，該方法可廣泛使用在醫用高分子材料和醫療器械表面的高潤滑性涂層材料的制備。
文檔編號A61L29/00GK101612421SQ20091011568
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月9日 優先權日2009年7月9日
發明者周雪鋒, 張天柱, 江筱莉, 寧 顧 申請人:東南大學