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光固化涂层工艺——如何寻找亲水涂层润滑性和牢固性的平衡点

(杰美特涂层主营业务:亲水涂层、抗凝血涂层、金属专用亲水涂层、亲水涂层设备、摩擦力测试设备等。)


亲水涂层被广泛用于血管介入器械表面,用于改善介入器械表面生物相容性、降低介入触感、减少血液扰动和对血管的损伤。[1-3]聚合物/涂层材料中形成的颗粒在某些医疗应用中可能造成危险,例如在血管形成术和支架植入术中,由于颗粒的迁移作用,在极端情况下可能导致颗粒聚集。


因此亲水涂层产业面临的主要挑战是,在医疗器械插入对象后,减少医疗器械的润滑涂层上的颗粒释放数量和颗粒移动作用[4],这要求润滑涂层具有很高的牢固性

杰美特从2013年研发亲水涂层开始就一直致力于开发能够应用在不同材质的介入器械并且兼顾润滑性和牢固性涂层,这些产品已经被大量运用于临床手术中。在这篇文章,我们会根据多年总结的技术应用讲解采用涂层光固化处理介入器械的工艺要点


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01  涂层的润滑性和牢固性


亲水涂层的润滑性和牢固性是评价涂层的功能的两个重要指标。

亲水涂层的润滑性从微观角度理解,涂层的功能层与水分子通过氢键结合,整体变得溶胀柔软而富有弹性,从而达到润滑的效果;从宏观角度理解,涂层表面在与水结合后形成更均匀光滑的水凝胶膜表面,具有有较低的摩擦系数。

摩擦力系数是评价涂层润滑性能的指标,关于血管介入产品摩擦系数测试尚无专门标准,参考《YY/T1536-2017非血管内导管表面滑动性能评价用标准试验模型》并结合器械本身特性进行试验及评价,考量样品量统计学,摩擦系数测试要满足稳定能复现。杰美特研制的摩擦力测试设备远远满足了以上要求,它能够高精度控制产品夹持力,自动化多次恒温监测产品表面摩擦力,得到实时显示的摩擦力系数曲线。


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涂层的牢固性目前尚无标准的方法进行评价,在产品技术适配过程中,通常在摩擦力极限测试后,使用刚果红染色观察涂层完整性,以此来评价涂层的牢固性。

02  光固化涂层工艺


光固化涂层工艺是指在紫外光的照射作用下,含有聚合物基质的涂液在产品表面发生光化学反应,形成具有功能性的涂层。

在平行条件下,光照时间越长,涂层溶液中的有效成分反应越充分。这是因为光照时间越长,光敏剂作用越充分,越有利于生成表面自由基,膜表面光反应的活性中心越多,同时基材与膜表面接触也越充分,化学连接程度越高[5]


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但是,随着光照时间的进一步延长又不利于光反应,因为光照时间过长,有效成分会大量均聚,体系黏度增大,聚合热不易散发。而且过长的光照时间也会破坏膜基材的结构,使其发生降解。体现在宏观应用中,光固化产品的润滑性和涂层稳定性是一对相互制约的平衡关系。

因此,在实际操作中,光照时间要以不破坏基材结构、涂层不因为长时间光照加热被热塑变形为前提,在能最大程度保证涂层的牢固度后梯度降低光照时间。经过多批次的固化,检验涂层的摩擦力和模拟使用后的涂层的完整性,最终得到一组光照时间、摩擦系数、涂层牢固性状况的数据,总结得出亲水涂层润滑性和牢固性的平衡点。


(杰美特涂层主营业务:亲水涂层、抗凝血涂层、金属专用亲水涂层、亲水涂层设备、摩擦力测试设备等。)


03  光固化涂层应用


结合以上要点,我们得出一个实验模型:监测摩擦力随测试距离的变化情况得到摩擦力均值,获得涂层润滑性的信息;多次循环测试,实时监测循环过程中涂层摩擦力峰值和均值的变化情况,获得涂层牢固性的信息。

我们将以应用广泛的Pebax为基材举例说明光固化涂层工艺如何寻找亲水涂层润滑性和牢固性的平衡点。使用由杰美特提供的亲水超滑涂层、亲水涂层设备和摩擦力测试仪,在仅改变涂层功能层光照固化时间的平行条件下,得到摩擦力测试次数与摩擦力均值和峰值的变化图。

可以观察到,在光照时间为420s的条件下,摩擦力峰值虽无上升趋势,但摩擦力均值最大润滑效果最差。

比较光照时间为240s和300s时,涂层的摩擦力均值在240s时较小,而在光照时间为330s时,摩擦力均值反而降低,且相较前两者无上升趋势,这体现了润滑性和涂层稳定性的制衡关系。

在光照时间为330s的条件下,涂层的摩擦力均值最低,且经过75次摩擦力测试后,摩擦力均值和峰值都没有明显变化,最接近亲水涂层牢固性和润滑性的平衡点,将样品用刚果红染色后晾干,显微镜下观察,无涂层脱落现象。


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应用于介入器械的基材种类繁多、形状各异,同时又要求基材拼接混合使用保留其原本的各项性能特征,这对涂层溶液的适用性和应用技术要求非常苛刻。因此,寻找亲水涂层润滑性和牢固性的平衡需要大量的实验数据积累和丰富的行业经验。


参考文献

[1] Mann T, Cubeddu G, Bowen J, Schneider JE, Arrowood M, Newman WN, et al. Stenting in acute coronary syndromes: a comparison of radial versus femoral access sites. J Am Coll Cardiol 1998;32:572-6.
[2] Murayama Y, Tateshima S, Gonzalez NR, Vinuela F. Matrix and bioabsorbable polymeric coils accelerate healing of intracranial aneurysms: long-term experimental study. Stroke 2003;34:2031-7.
[3] Gaba RC, Ansari SA, Roy SS, Marden FA, Viana MA, Malisch TW.Embolization of intracranial aneurysms with hydrogel-coated coils versus inert platinum coils: effects on packing density, coil length and quantity, procedure performance, cost, length of hospital stay, and durability of therapy. Stroke 2006;37:1443-50.
[4]WO 2008/104572

[5]Xiao Q Y , Liu Z, Zhou J.Research on ultraviolet radiation graft modification of polyethylene hollow fiber membrane [J] .Journal of Tianjin Polytechnic University,2005, 24(5):49-51


(杰美特涂层主营业务:亲水涂层、抗凝血涂层、金属专用亲水涂层、亲水涂层设备、摩擦力测试设备等。)