医用管材及其制备方法与流程

1.本发明涉及医用材料领域，特别是涉及一种医用管材及其制备方法。


背景技术：

2.聚酰亚胺(pi)是一类以酰亚胺环为结构特征的高性能聚合物，具有很好的化学稳定性、热氧化稳定性、机械性能及生物相容性等特点，其特有的综合性能使其广泛应用于诸多领域，包括生物医用领域。聚酰亚胺精密管材作为微创介入治疗用导管在临床上现已被大量使用。但由于聚酰亚胺自身的一些缺点，比如吸湿性和介电常数较高，因此需要对其进行改性，特别是电生理使用的射频消融导管，在电流冲击的情况下，由于介电常数高，聚酰亚胺管材容易被击穿，严重制约其应用，存在着医疗风险。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种医用管材及其制备方法，该医用管材具有较低的吸水率和介电常数，同时兼具较好的机械性能。
4.一种医用管材的制备方法，包括如下步骤：
5.获取涂层溶液，所述涂层溶液中含有聚酰亚胺前体与改性的纳米二氧化硅；
6.使用所述涂层溶液对芯线进行涂覆；
7.对所述芯线上的涂层溶液进行亚胺化处理，得到包覆所述芯线的医用管材；
8.从所述医用管材中抽除所述芯线。
9.在其中一个实施例中，所述获取涂层溶液的步骤包括：将聚酰亚胺前体溶液和改性的纳米二氧化硅混合，得到所述涂层溶液。
10.在其中一个实施例中，所述将聚酰亚胺前体溶液和改性的纳米二氧化硅混合的步骤中，所述聚酰亚胺前体溶液和所述改性的纳米二氧化硅的质量比为80:20～95:5。
11.在其中一个实施例中，在所述聚酰亚胺前体溶液中，所述聚酰亚胺前体的质量百分比浓度为5％～30％。
12.在其中一个实施例中，所述聚酰亚胺前体溶液的粘度为10pa
·
s～100pa
·
s。
13.在其中一个实施例中，所述聚酰亚胺前体溶液的溶剂为极性溶剂。
14.在其中一个实施例中，所述极性溶剂选自n,n-二甲基乙酰胺、三氟乙酸、二甲基亚砜、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、六甲基磷酰胺、甲醇、乙醇、乙酸、异丙醇、吡啶、丙酮及正丁醇基苯胺中的至少一种。
15.在其中一个实施例中，在所述将聚酰亚胺前体溶液和改性的纳米二氧化硅混合的步骤之前，还包括：使用改性剂对纳米二氧化硅进行改性，得到所述改性的纳米二氧化硅，所述改性剂选自多巴胺及左旋多巴中的至少一种。
16.在其中一个实施例中，所述改性的纳米二氧化硅通过如下步骤制备：
17.先将纳米二氧化硅进行活化，然后与所述改性剂混合，在ph为8～9的条件下，反应8h～12h，制备所述改性的纳米二氧化硅。
18.在其中一个实施例中，活化的温度为200℃～300℃，活化的时间为5h～7h。
19.在其中一个实施例中，所述先将纳米二氧化硅进行活化，然后与所述改性剂混合的步骤中，所述改性剂以水溶液的形式与所述纳米二氧化硅混合，所述水溶液中所述改性剂的质量浓度为1.0g/l～3.0g/l。
20.在其中一个实施例中，所述对所述芯线上的涂层溶液进行亚胺化处理的步骤包括：将涂覆有涂层溶液的所述芯线先在80℃～300℃下进行一次烧结，然后升温至300℃～420℃进行二次烧结。
21.在其中一个实施例中，所述一次烧结的步骤中，采用分段程序升温的方式进行，所述二次烧结的步骤中，采用分段程序升温的方式进行。
22.在其中一个实施例中，在第一次所述一次烧结的步骤之后，并在所述二次烧结的步骤之前，还包括重复进行所述使用所述涂层溶液对芯线进行涂覆的步骤及所述一次烧结的步骤至少一次。
23.在其中一个实施例中，所述芯线为不锈钢丝、镀银铜丝或铜丝。
24.在其中一个实施例中，所述使用所述涂层溶液对芯线进行涂覆的步骤中，将所述芯线穿过模具的内腔，以通过所述模具控制所述芯线的带液量。
25.一种医用管材，由上述的医用管材的制备方法制备得到。
26.在其中一个实施例中，所述医用管材的壁厚为25μm～75μm。
27.上述医用管材的制备方法先利用改性的纳米二氧化硅与聚酰亚胺前体溶液获取涂层溶液，提高二氧化硅在聚酰亚胺前体溶液中的分散性及溶液的均一稳定性，然后用涂层溶液对芯线表面进行涂覆，再对芯线上的涂层溶液进行亚胺化处理，以使聚酰亚胺前体溶液与改性的纳米二氧化硅粘结，加固二者之间的融合，提高结合力，从而使制备得到的医用管材兼具二氧化硅所具有的低吸水率和低介电常数以及聚酰亚胺所具有的较好的机械性能，解决了单纯的聚酰亚胺管材用于医用领域时吸湿性高和易被电流击穿的问题。
附图说明
28.图1为一实施方式的医用管材的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
29.为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
31.本发明的目的是解决聚酰亚胺管材容易被电流击穿、易吸水等问题，制备一种微尺寸薄壁、低介电常数、低吸水性的聚酰亚胺复合管材，同时保持管材优异的机械性能、生物相容性等性能，而且工艺具有简单易操行性。
32.具体地，请参阅图1，一实施方式的医用管材的制备方法包括如下步骤：
33.步骤s110：获取涂层溶液，涂层溶液中含有聚酰亚胺前体与改性的纳米二氧化硅。
34.具体地，获取涂层溶液的步骤包括：将聚酰亚胺前体溶液和改性的纳米二氧化硅混合，得到涂层溶液。
35.其中，聚酰亚胺前体溶液中含有以包括芳香族二酐和芳香族二胺为反应物的聚酰亚胺预聚体，在聚酰亚胺前体溶液中，聚酰亚胺预聚体的质量百分比浓度为5％～30％。例如，聚酰亚胺预聚体的质量浓度为5％、10％、15％、20％、25％或30％。在实际过程中，聚酰亚胺预聚体的质量浓度越大，相同条件下，每次涂覆的厚度越厚，聚酰亚胺预聚体的质量浓度越小，相同条件下，每次涂覆的厚度越小。因此，可以通过调整聚酰亚胺预聚体的质量浓度调节每次涂覆的涂层的厚度。
36.聚酰亚胺前体溶液的粘度为10pa
·
s～100pa
·
s。具体地，芳香族二酐和芳香族二胺的摩尔比为1:1～1:1.05。在其中一个实施例中，芳香族二酐和芳香族二胺的摩尔比为1:1.05。可以理解，本领域中常用的制备聚酰亚胺预聚体的芳香族二酐和芳香族二胺均可以用于制备本实施方式中的聚酰亚胺预聚体，例如芳香族二酐可以为均苯四甲酸二酐(pmda)、联苯四甲酸二酐(bpda)、萘四甲酸二酐(ntda)等，芳香族二胺可以为间苯二胺、对苯二胺、联苯胺等。
37.聚酰亚胺前体溶液的溶剂可以为极性溶剂。具体地，极性溶剂可以选自n,n-二甲基乙酰胺、三氟乙酸、二甲基亚砜、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、六甲基磷酰胺、甲醇、乙醇、乙酸、异丙醇、吡啶、丙酮及正丁醇基苯胺中的至少一种。由芳香族二酐和芳香族二胺为反应物、极性溶剂为溶剂制备聚酰亚胺前体溶液的步骤可以为本领域常用的步骤，在此不再赘述。
38.具体地，二氧化硅为纳米级二氧化硅。如果使用二氧化硅的粒径太大，涂覆后的管材表面都是凸起，表面达不到要求，因此，在本实施方式中，采用纳米级二氧化硅。二氧化硅具有低吸水率、低膨胀系数、耐高温、低介电系数和低成本等优点，应用于聚酰亚胺管材中有望降低聚酰亚胺管材的吸水率和介电常数，然而直接将二氧化硅与聚酰亚胺前体溶液混合，二氧化硅分散不均，容易团聚，使得制备的管材的结合力较弱。因此，在本实施方式中，通过对二氧化硅进行改性，提高其分散性，提高涂层溶液的均一稳定性。
39.在将聚酰亚胺前体溶液和改性的纳米二氧化硅混合的步骤之前，还包括使用改性剂对纳米二氧化硅进行改性的步骤。具体地，改性剂选自多巴胺及左旋多巴中的至少一种。在本实施方式中，选择多巴胺及左旋多巴中的至少一种为改性剂，一方面是因为多巴胺及左旋多巴能够提高纳米二氧化硅的分散性，使得纳米二氧化硅与聚酰亚胺之间的结合力较好。另一方面，较其他常用的硅烷偶联剂等，多巴胺或左旋多巴是人体所必须的，对人体无污染、无害，能够用于医用管材中。
40.具体地，将聚酰亚胺前体溶液与改性的纳米二氧化硅混合的步骤中，采用超声机械搅拌的方式，以获得均一稳定的涂层溶液。
41.改性的纳米二氧化硅的制备步骤包括：先将纳米二氧化硅进行活化，然后与改性剂混合，在ph为8～9的条件下，反应8h～12h，制备改性剂改性的二氧化硅。活化的温度可以为200℃～300℃，活化的时间可以为5h～7h。先将纳米二氧化硅进行活化，增加二氧化硅表面的羟基数目，便于在后续步骤中与聚酰亚胺溶液更好的混合，避免团聚，同时使制备的管材的表观光滑，无凸起。
42.先将纳米二氧化硅进行活化，然后与改性剂混合的步骤中，改性剂以水溶液的形式与纳米二氧化硅混合，水溶液中改性剂的质量浓度为1.0g/l～3.0g/l。例如，水溶液中改性剂的质量浓度为1.0g/l、2.0g/l或3.0g/l。
43.具体地，在ph为8～9的条件下，反应8h～12h的步骤中，加入三羟基甲基氨基甲烷调节ph值为8～9。
44.在其中一个实施例中，改性的纳米二氧化硅的制备步骤包括：取干燥的纳米二氧化硅在200℃～300℃下进行活化5h～7h。然后将活化的纳米二氧化硅加入配置好质量浓度为1.0g/l～3.0g/l的改性剂的水溶液中，加入三羟基甲基氨基甲烷调节溶液ph值至8～9，反应8h～12h，过滤干燥得到改性的纳米二氧化硅。改性剂和纳米二氧化硅的用量可以为本领域常用的剂量，例如改性剂的水溶液与纳米二氧化硅的质量比为4:1。
45.具体地，将聚酰亚胺前体溶液与改性剂改性的二氧化硅混合的步骤中，聚酰亚胺前体溶液和改性的纳米二氧化硅的质量比为80:20～95:5。在其中一个实施例中，聚酰亚胺前体溶液和纳米二氧化硅的质量比为80:20、85:15、90:10或95:5。进一步地，涂层溶液由聚酰亚胺前体溶液和改性剂改性的二氧化硅组成，不含有其他助剂。
46.步骤s120：使用涂层溶液对芯线进行涂覆。
47.其中，芯线为不锈钢丝、镀银铜丝或铜丝。不同类型的芯线，表面能不同，与管材的结合作用也不同，从而影响到抽芯性能。另外，在实际过程中，可以根据所要制备的管材的内径、壁厚等参数选择合适内径的芯线。
48.具体地，步骤s120中，将芯线浸入盛有涂层溶液的槽体中。在实际过程中，将芯线以0.2m/min～10m/min的移动速率浸入盛有涂层溶液的槽体中。例如，移动速率为0.2m/min、1m/min、2m/min、5m/min、8m/min或10m/min。上述移动速率影响涂覆的时间，进而影响所要制备的管材的壁厚，在实际过程中，可以根据所要制备的管材的壁厚、内径等参数进行调整。
49.进一步地，使用涂层溶液对芯线进行涂覆的步骤中，将芯线穿过模具的内腔，以通过模具控制芯线的带液量，进而控制每次涂覆的厚度以及最终得到的管材的壁厚。利用模具控制芯线上的带液量的方法可以为本领域常用的方法，在此不再赘述。通过调整不同尺寸的模具和涂覆层数以获得壁厚满足要求的涂覆初期管材。
50.具体地，步骤s120之前，还包括：对芯线进行清洗的步骤。具体地，先用乙醇水溶液对芯线进行清洗，然后用纯水进行清洗，清洗结束后干燥以除去芯线表面的水分。例如，乙醇水溶液的体积浓度为75％。可以理解，乙醇水溶液的体积浓度不限于为75％，还可以为其他浓度。在其中一个实施例中，将芯线通过放线装置放线，以0.2m/min～10m/min的速率依次浸入体积浓度为75％的乙醇水溶液的清洗槽和纯水清洗槽中进行清洗，清洗结束经过吹干装置，去除芯线表面水分。
51.步骤s130：对芯线上的涂层溶液进行亚胺化处理，得到包覆芯线的医用管材。
52.具体地，对芯线上的涂层溶液进行亚胺化处理的步骤包括：初步成型阶段和终端成型阶段。在其中一个实施例中，对芯线上的涂层溶液进行亚胺化处理的步骤包括：将涂覆有涂层溶液的芯线先在80℃～300℃下进行一次烧结，然后升温至300℃～420℃下进行二次烧结。
53.其中，一次烧结的目的是使涂层溶液中的溶剂挥发，同时使聚酰亚胺前体溶液初
步亚胺化。具体地，一次烧结的温度为80℃、100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、230℃、250℃、280℃或300℃。温度设定不同，可影响层与层之间的相互作用、壁厚等，例如温度设定提高，管材反应程度提高，层与层之间更为融合均一，同时壁厚降低，最终产品的结构也会有影响。在其中一个实施例中，一次烧结的过程中采用分阶段程序升温的方式进行。例如，一次烧结的过程中，将涂覆有涂层溶液的芯线依次在温度为80℃、120℃、150℃、200℃及250℃下进行烧结。或者，一次烧结的过程中，将涂覆有涂层溶液的芯线依次在温度为120℃、150℃、200℃、250℃及300℃下进行烧结。在实际烧结过程中，可以在烧结炉中进行，烧结炉分为5段，每段升温有单独的控制系统，因此，可以采用分段程序升温的方式进行。可以理解，在实际过程中，也可以控制每段的温度相同。
54.进一步地，一次烧结过程中的时间与芯线的移动速率有关，移动速率可以根据芯线的内径、管材的壁厚等进行调整。
55.具体地，二次烧结的目的是进行终端成型，使聚酰亚胺前体进一步亚胺化，并与二氧化硅发生粘结，加固二者之间的融合，提高结合力。具体地，二次烧结的温度为300℃、320℃、350℃、380℃、400℃或420℃。在其中一个实施例中，二次烧结的过程中采用分阶段程序升温的方式进行。例如，二次烧结的过程中，将涂覆有涂层溶液的芯线依次在温度为300℃、320℃、350℃、380℃及400℃下分别进行烧结。或者，二次烧结的过程中，将涂覆有涂层溶液的芯线依次在温度为320℃、350℃、380℃、400℃及420℃下分别进行烧结。
56.在一些实施例中，在第一次将芯线在80℃～300℃下进行一次烧结的步骤之后，在将芯线在300℃～420℃下进行二次烧结的步骤之前，还包括重复进行使用涂层溶液对芯线进行涂覆的步骤以及一次烧结的步骤至少一次。重复的次数可以为一次、两次、三次等。重复的次数具体可以根据芯线的内径、模具的尺寸及所要制备的管材的壁厚等参数进行调整。
57.在另一些实施例中，为了获得多个涂层以获得合适的壁厚，也可以在二次烧结的步骤之后，再重复进行将涂层溶液涂覆在芯线表面以及对芯线进行亚胺化处理的步骤。
58.步骤s140：从医用管材中抽除芯线。
59.具体地，在实际过程中，步骤s140之前，还包括：对步骤s130所得到的烧结后的包覆芯材的医用管材进行检测，检测合格的医用管材通过收卷装置或切割装置处理。具体地，检测医用管材的表面凹凸、外径等性能。通过切割或收卷得到合适长度的管材。除去芯线的步骤中采用抽离的方式。在抽离芯线之前，将医用管材进行切割能够避免切割过程中对管材造成损伤。
60.在其中一个实施例中，医用管材的壁厚为25μm～75μm。
61.上述医用管材的制备方法至少具有以下优点：
62.(1)上述医用管材的制备方法选取耐高温的聚酰亚胺前体溶液和经过改性的纳米级二氧化硅进行混合，提高了二氧化硅在聚酰亚胺前体溶液中的分散性，然后在超声中机械搅拌，获得均一稳定的涂层溶液；牵引的芯线通过涂层溶液进行多次控径涂覆，每次涂覆后都先经过较低温度的一次烧结，使溶剂挥发并进行pi的初步亚胺化，然后再进入涂覆区域进行下一层涂覆；满足外径要求的医用管材在较高温度下进行二次烧结，固化成型，使聚酰亚胺前体进一步亚胺化，并与二氧化硅发生粘结，加固二者之间的融合，提高结合力；最后收卷抽芯获得医用管材。上述方法能够使制备得到的医用管材兼具二氧化硅所具有的低
吸水率和低介电常数以及聚酰亚胺所具有的较好的机械性能，解决单纯的聚酰亚胺管材用于医用领域使吸湿性高和易被电流击穿的问题。
63.(2)上述医用管材的制备方法具有工艺简单易操行性，适用于批量化生产，且所采用的原料价廉易得，降低了医用管材的成本。
64.(3)上述医用管材的制备方法中不添加任何助剂，对人体无害，满足生物相容性要求，使其性能指标达到发达国家同类产品的水平，扩大医用高分子材料中空纤维在高端微创伤介入医疗产品领域的应用。
65.本发明还提供一实施方式的医用管材，由上述实施方式的医用管材的制备方法制备得到。该医用管材兼具二氧化硅所具有的低吸水率、低介电常数、低成本以及聚酰亚胺所具有的较好的机械性能、生物相容性，解决单纯的聚酰亚胺管材用于医用领域使吸湿性高和易被电流击穿的问题，同时对人体无害，生物相容性好。具体地，上述医用管材的壁厚为25μm～75μm。
66.以下为具体实施例部分：
67.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
68.实施例1
69.本实施例的改性的纳米二氧化硅的制备过程具体如下：
70.取干燥的纳米二氧化硅在250℃下进行活化6h。然后将活化的二氧化硅加入配置好质量浓度为2.0g/l的左旋多巴水溶液中，二氧化硅与左旋多巴水溶液的质量比为1:4，加入三羟基甲基氨基甲烷调节溶液ph值至8.5，反应10h，过滤，然后在真空干燥6h，得到改性的二氧化硅。
71.实施例2
72.本实施例的医用管材的制备过程具体如下：
73.(1)将不锈钢芯线通过放线装置放线，放线张力根据芯线的外径选取，以5m/min的移动速率依次进入第一清洗槽和第二清洗槽，第一清洗槽中为体积浓度为75％的乙醇溶液，第二清洗槽为纯水，清洗结束经过吹干装置，去除芯线表面水分。
74.(2)将步骤(1)处理后的干净的芯线进入涂覆区域进行一次涂覆。涂覆槽中涂层溶液为pi前体溶液和实施例1制备的改性的纳米二氧化硅的混合溶液，pi前体溶液和改性的纳米二氧化硅的质量比为90:10，pi前体溶液中pi预聚体的质量百分比浓度为15％，溶剂为n,n-二甲基乙酰胺。
75.(3)将一次涂覆所得到的芯线进入烧结炉1进行一次烧结，以使溶剂挥发及初步亚胺化，烧结炉1内设置为五段程序升温，温度依次为80℃、120℃、150℃、200℃及250℃。
76.(4)一次烧结后的芯线再次进入涂覆区域进行二次涂覆，然后进入烧结炉1初步成型，重复上述步骤(4)，在芯线表面形成13层涂层。
77.(5)将步骤(4)处理后的芯线再经过烧结炉2进行二次烧结以固化成型，得到包覆芯线的医用管材，烧结炉2内设置为五段程序升温，温度依次为300℃、320℃、350℃、380℃及400℃。
78.(6)二次烧结后的包覆芯线的医用管材经过在线监测系统，对医用管材的外径及表面凹凸等性能进行综合检验，合格后的医用管材进行切割，然后抽芯得到本实施例的医
用管材，壁厚为45μm。
79.实施例3
80.实施例3的医用管材的制备过程与实施例2的医用管材的制备过程相似，区别在于：涂层溶液中，聚酰亚胺前体溶液和改性的纳米二氧化硅的添加量不同。实施例3中，聚酰亚胺前体溶液和改性的纳米二氧化硅的质量比为80:20。
81.实施例4
82.实施例4的医用管材的制备过程与实施例2的医用管材的制备过程相似，区别在于：芯线不同。实施例4中，所用的芯线为铜丝。
83.实施例5
84.实施例5的医用管材的制备过程与实施例2的医用管材的制备过程相似，区别在于：烧结温度不同。实施例5中，烧结炉1中，一次烧结的温度分别为：120℃、150℃、200℃、250℃及300℃；烧结炉2中，二次烧结的温度分别为：320℃、350℃、380℃、400℃及420℃。所最终得到的医用管材的壁厚为43μm。
85.实施例6
86.实施例6的医用管材的制备过程与实施例2的医用管材的制备过程相似，区别在于：聚酰亚胺前体溶液中，聚酰亚胺预聚体的质量百分含量不同。实施例6的聚酰亚胺前体溶液中，聚酰亚胺预聚体的质量百分比浓度为30％。所最终得到的医用管材的壁厚为52μm。
87.实施例7
88.实施例7的医用管材的制备过程与实施例2的医用管材的制备过程相似，区别在于：涂覆次数不同及壁厚不同。实施例7中，涂覆次数为15次，芯线表面形成有15层涂层，所最终得到的医用管材的壁厚为61μm。
89.实施例8
90.实施例8的医用管材的制备过程与实施例2的医用管材的制备过程相似，区别在于：烧结温度不同。实施例8中，一次烧结的步骤中，温度恒定为150℃。二次烧结的步骤中，温度恒定为350℃。
91.实施例9
92.实施例9的医用管材的制备过程与实施例2的医用管材的制备过程相似，区别在于：芯线的移动速率不同。实施例9中，芯线的移动速率为1m/min。
93.对比例1
94.对比例1的医用管材的制备过程与实施例2的医用管材的制备过程相似，区别在于：涂层溶液不同。对比例1的涂层溶液为纯聚酰亚胺溶液。
95.以下为测试部分：
96.对实施例2～实施例9及对比例1～对比例2所制备的医用管材的性能进行测试，测试结果如下表1所示。具体地，根据gb t8358-2014标准测试医用管材的破断力。根据gb t8358-2014标准或方法测试医用管材的断裂伸长率。采用热重分析仪测试医用管材的初始减重温度。根据gb 11297.11-1989标准或方法测试医用管材的介电常数。根据gb/t 1034-2008标准或方法测试医用管材的吸水率。
97.表1医用管材的综合性能
[0098][0099]
从上述表1中可以看出，在聚酰亚胺溶液中加入改性的二氧化硅，所制备的医用管材的介电常数及吸水率明显下降，说明在聚酰亚胺管材中引入二氧化硅是一种有效的改性方法。
[0100]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0101]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。