介入導絲表面親水潤滑處理研究進展

【作者】趙 兵，劉曉紅，袁 婷

佛山特種醫用導管有限責任公司，佛山市，528061

介入導絲表面親水潤滑處理研究進展

【作者】趙 兵，劉曉紅，袁 婷

佛山特種醫用導管有限責任公司，佛山市，528061

表面潤滑性能是導絲需考察的重要性能之一。該文概述了目前介入導絲表面親水潤滑處理采用手段，包括它們的基本原

導絲；表面處理；親水性；潤滑性

0 引言

導絲是介入性診斷和治療的工具，其作用是對導管引導及支持，幫助導管進入血管及其它腔隙，引導導管達到所要求的部位。表面潤滑性能是制造導絲需考察的重要性能之一[1]。潤滑型表面不僅可以減小插入力，讓導絲可以更容易地橫穿脈管系統，避免可能發生的穿刺損傷以及器械表面和脈管壁之間嚴重磨損，減輕病人的痛苦，而且可以減少甚至消除血栓癥[2]。因此，科研人員和醫護人員都致力于研發高潤滑性、低摩擦阻力的導絲。起初，人們采用在導絲表面涂上一層硅油、甘油或橄欖油使其變得潤滑，然而這種方法就安全性和持續有效性而言并不十分理想，因為潤滑物質容易從基體表面游離、剝落或溶解。

為改進潤滑劑的這些弊端，人們陸續開發出了親水潤滑涂層，使導管表面在干態時不潤滑，在水性環境中才表現出其良好的潤滑性。從化學角度來說，這意味著親水性涂層和周圍的水產生了氫鍵結合。在大多數情況下，親水性涂層也是離子化的，通常帶負電荷，這進一步為它與水的相互作用提供了條件。當導絲處于含水環境，如接觸體液后，親水涂層能夠迅速水化形成一層水溶脹性凝膠，即水

凝膠。這種水溶脹層，其中大部分是水，在導絲和組織之間形成液體屏障。因為液體分子間相互作用力較弱，通過消除運動過程中任何的固體與固體的直接表面接觸，從而顯著降低了在表面與表面之間的摩擦，減輕了對人體組織的損傷，并為介入治療手術操作帶來極大便利[3]。

1 介入導絲表面親水潤滑處理方法

總的來說，目前介入導絲表面親水潤滑處理采用的手段主要有IPN互穿網絡以及接枝法（如圖1所示），而接枝法又主要包括紫外光接枝，等離子接枝以及基團間的化學反應接枝。

圖1 介入導絲表面親水潤滑處理主要采用的兩種方法Fig.1 Two methods of surface hydrophilicity and lubrication modification of interventional guide

1.1 IPN(Interpenetrating Polymer Network)互穿網絡

IPN互穿網絡法是一種常見的制備親水涂層的方法，由長鏈親水性聚合物和支撐聚合物各自交聯后所得的網絡連續地相互穿插而成的，如圖1(a)所示。其中，親水性聚合物與支撐聚合物至少有一種是在另一聚合物的存在下單獨合成或交聯。此方法通常采用親水聚合物（主要為聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG))與支撐聚合物的單體以及交聯劑一起反應，產生一種主要通過物理纏結形成的網絡結構。

在形成IPN 時，由于單體易深入基體材料中，不再參與聚合以及以后的纏結過程，而且單體往往對人體有毒或易引起組織損傷，往往要進行預聚合。常津等[4]使用甲苯二異氰酸酯和環氧丙烷聚醚反應得到聚氨醋的線性預聚體，加入干燥后的PVP，再加入乙二醇，反應一定時間后，與適量的蓖麻油混合均勻，將溶液均勻涂布到聚氨酯導管上，使之成膜，得到不同質量比的PVP-聚氨酯半互穿網絡體系修飾的聚氨酯。結果表明，修飾后的材料表面接觸角顯著降低，滑動摩擦系數由0.35降低到0.12。

然而，通過此技術形成的真正的IPN有可能相對較少，而且在很多情況下，由于親水性聚合物是熱塑性聚合物而不是熱固性聚合物，組成成分不是真正的IPN，而是長鏈親水性高分子在聚脲或聚脲-聚氨酯或聚氨酯-聚丙烯酸酯的網絡結構中交織的混合物。親水性聚合物的分子通常不會永久地錨定在基材表面上。其結果是，這些涂料會表現出良好的初始潤滑性，但當暴露于體液或受到機械磨損或者這兩種情況同時存在時，僅保留中等的潤滑性[3]。

為了改善IPN網絡的穩定性，使潤滑涂層的持久性更好，通常采用與其他的一些表面修飾方法一起結合。Park S等[5]報道了在PET氣囊上涂覆親水潤滑涂層的方法。他們首先通過光敏劑和/或等離子預處理使丙烯酰胺發生聚合并將交聯到PET基體上，然后溶脹所得到的聚丙烯酰胺網絡，使得PEG的單體與交聯劑擴散到該網絡結構中，并通過光引發使其聚合，最終得到了聚丙烯酰胺共聚乙二醇p(AAm-co-EG)互穿網絡結構涂層。Hu等[6]開發了一個用親水性和潤滑性涂層修飾疏水性聚合物表面的方法。涂層由包含親水性和潤滑劑分子的聚電解質分子膜組成，然后使用雙官能度醛分子使涂層進一步交聯形成互穿網絡。結果發現，放置人工晶狀體的藥筒用該方法處理后比未處理前需要更低的插入力。日本泰爾茂公司最近研發了一種能夠將親水性高分子牢固地固定在聚酰胺表面上的方法[7]。他們將預先涂布了含酚類化合物溶液的基材浸漬在溶解了親水性高分子的溶液中，該親水性高分子具有可交聯反應的反應性官能團，使親水性高分子進入聚酰胺的高分子鏈之間，形成IPN結構，然后使之干燥，根據需要進行加熱處理，通過加熱操作，使親水性高分子發生交聯反應，從而在形成表面潤滑層的同時將表面潤滑層牢固地固定在基材上。摩擦實驗表明，該涂層經50次重復滑動后仍具有優良的潤滑性。

1.2 紫外光接枝

紫外光接枝是指引發劑在吸收紫外線后，分解產生自由基，引發含雙鍵的單體反應，生成大分子鏈。紫外光聚合反應條件溫和容易控制，容易實現工業操作的技術。因此它也被廣泛的用來對聚合物表面進行接枝改性處理。紫外光接枝通常采用以材料表面活性自由基為中心的鏈增長或用光化學固定法將目的分子偶聯到材料表面兩種方法[8]。

以材料表面活性自由基為中心的鏈增長方法是指采用紫外光照射使親水單體在基體材料表面發生接枝聚合。對于含有光敏基團（如羰基）的基體材料，可以在紫外光照射下使其表面產生自由基引發親水乙烯基單體的接枝聚合[9]，對于無光敏基團的基體材料可以通過加入光敏劑與表面預處理（如輝光放電、表面氧化、電暈放電、等離子體處理）等方法使材料表面產生自由基引發親水乙烯基單體的接枝聚合[10]。紫外光接枝采用的反應性單體種類繁多，如丙烯酸及其衍生物，丙烯酰胺及其衍生物，N-乙烯基吡咯烷酮，馬來酸酐等。Goda T等[11]將2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿（MPC）通過紫外光照射在引發劑苯甲酮的作用下接枝到聚對二甲苯表面，測試結果顯示聚MPC接枝表面在濕態下的動摩擦系數為0.018，比未改性表面降低了90%。

光化學固定法是指利用紫外或可見光照射下，利用光偶聯劑（一般來說，一端為光活性基團，另一端熱活性基團）將具有特定性質的組分或生物分子偶聯到材料表面的方法。該方法通常是將親水單體與光偶聯劑上的熱活性基團反應，形成具有光活性基團的衍生物，然后在紫外光下將目的分子共價偶聯到高分子材料表面。王藝峰等[12]采用光化學修飾法在聚氨酯材料表面固定生物多糖衍生物。他們首先合成具有光反應活性的疊氮殼聚糖，再在聚氨酯基材表面進行疊氮殼聚糖與香菇多糖硫酸酯的層層自組裝，然后通過光化學反應對自組裝多層膜修飾層進行交聯，制備得到生物多糖衍生物層層自組裝與光化學表面修飾的聚氨酯材料。

影響紫外光接枝的因素很多，如采用的實施方式、單體和引發劑的種類及濃度、溶劑、接枝溫度、光強和光照時間都會對接枝率、接枝結構和形態產生重要的影響，從而影響接枝產品的潤滑性。

紫外光除了運用在對材料表面進行接枝外，還可以應用于紫外光交聯中。一些科研人員通過在親水潤滑涂層的配方中加入光引發劑，通過紫外光照射，使光引發劑分解產生自由基，將親水聚合物交聯固化，使其更加牢固地固定在基材的表面[13-14]。ComfortCoat?和PhotoLink?等親水性光滑涂層現已應用于心血管導線導管及導尿管中。

1.3 等離子接枝

等離子體是在特定條件下使氣體部分電離而產生的非凝聚體系，它是由中性的原子或分子、激發態的原子或分子、自由基、電子或負離子、正離子以及輻射光子組成。等離子體在與材料表面的撞擊時會將自己的能量傳遞給材料表面的分子和原子，產生一系列物理和化學過程，賦予所希望的特性的表面，而不改變材料本體的機械和化學性能。根據等離子體處理條件和聚合物材料性質，等離子體處理會導致活化(形成自由基)，不飽和化(形成雙鍵)，斷鏈以及交聯[15]。

MAKOTO ONISHI等[16]報道了將水溶性高分子聚（N，N-二甲基丙烯酰胺）（PDMAA）接枝到聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯以及聚丙烯薄膜使其表面光滑的方法。將薄膜暴露在氬等離子體后，該薄膜與N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）蒸氣發生反應，生成接枝聚合物。ESCA和IR表征發現，PDMAA接枝的表面具有低摩擦系數和持久的潤滑性。經過過氧化苯甲酰預處理的表面再等離子處理后，PDMAA的接枝率更高，表面更潤滑。

為了改善潤滑涂層對聚合物基和金屬基生物材料的粘接力，進一步增強表面潤滑性與持久性，Chen等[17]在對材料等離子交聯之前，先對試樣進行了等離子處理和濕化學涂覆。等離子處理包括先使材料在NH3/O2氣中等離子刻蝕，使用等離子使其涂覆1, 3, 5, 7-四甲基環四硅氧烷(TMCTS)以及使用N-(三甲基硅基)烯丙胺(TMSAA)進行等離子接枝三個步驟。濕化學涂覆是將經過上述處理的試樣浸涂聚氧化乙烯雙(1-苯并[d]三咪唑)碳酸化合物（HPEOC）溶液，然后再浸涂2, 2’-[(1-甲基亞乙基)二(4, 1-亞苯基氧亞甲基)]二環氧乙烷與α-氫-ω-羥基聚(氧-1, 2-亞乙基)的聚合物（PEOC）溶液。經過上述兩個步驟后，最后進行等離子使涂層交聯。

等離子體在對聚合物表面進行處理時，由于不使用溶劑，所以不會產生化學物質污染，是一種清潔的處理方法。但是實驗室等離子體處理結果很難重復，因為需要優化的參數很多，如處理時間、處理溫度、照射功率、氣體成分以及氣壓等[18]。

1.4 基團間的化學反應接枝

涂層和基底之間的共價鍵粘附通常被視為理想的處理方式，在某些情況下，基底表面可能會含有諸如-OH或-NH等的活性反應官能團，這樣的基團會給多種化學物質通過共價鍵形式與親水性涂層粘附提供有利條件，或者通過一定的化學方法，提高材料表面官能度，再在材料表面進一步接枝親水性物質。

Yang等[19]通過殼聚糖/聚乙烯醇凝膠涂層改善聚氨酯導尿管的表面特性。他們首先氧化處理聚氨酯表面，使表面形成羧基、羥基和其他中間官能團，然后將聚丙烯酸固定在被氧化表面形成額外的羧基官能團，接著使用乙基二甲基胺丙基碳化二亞胺讓聚氨酯表面的羧基與殼聚糖/聚乙烯醇凝膠的胺基反應生成酰胺鍵，從而將凝膠固定在聚氨酯表面。改性后的表面具有良好的潤滑性和生物相容性。

然而，要建立有效的共價鍵結合通常很困難。很多非共價鍵結合和共價鍵結合一樣牢固甚至更加牢固。實際上，已知的最佳粘合劑是基于氰基、丙烯酸酯的粘合劑，它們大多數是通過氫鍵、范德華鍵以及機械作用粘附的，而與基底之間并無共價鍵結合。BIOCOAT公司研發的親水涂層用兩步法進行加工處理。底層為甲基丙烯酸乙酯與甲基丙烯酸異氰基乙酯的丙烯酸基聚合物，頂層為多糖、透明質酸，通過加熱，底層的異氰酸酯基團與在透明質酸的羥基基團進行反應發生交聯反應后，得到牢固的潤滑涂層[20]。

值得注意的是，化學法制備的涂層和材料表面結合的較為牢固，但涉及到了有毒的反應物質（如異氰酸鹽）和有機溶劑，因此反應完成后必須將未反應的異氰酸基團和溶劑全部除去，否則會對人體產生不利影響。

2 結語

盡管各種處理方法的原理不同，但是這些處理方式基本上都可以起到明顯改善導絲表面親水潤滑性能的效果，都具有各自的優缺點。另外，基體材料以及其中所使用的添加劑類型會對面處理的效果產生重大影響，因此需要根據不同的基體以及實際的實驗條件來選擇不同的表面改性方法或者采用多種方法結合。另一個需要考慮的問題就是對涂層所選的滅菌方法。對某些滅菌方法而言，單次的滅菌可能會對涂層造成損傷或是使之失去功能。介入導絲表面親水潤滑修飾除了上述方法外，世界各地的研究院所仍在探尋更加合理有效的表面處理新方法。

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Research Development of Surface Hydrophilicity and Lubrication Modification of lnterventional Guide Wire

【Writers】ZHAO Bing, LIU Xiaohong, YUAN Ting

Surface lubricity is one of the important performance criteria for interventional guide wire. In this paper, a review of the methods of surface hydrophilicity and lubrication modification of interventional guide wire is presented，including their fundamental principles, effects and some relative applications. These methods all have their own advantages and disadvantages, therefore, limitations of experimental conditions need to be taken into account.

guide wire, surface modification, hydrophilicity, lubrication

Foshan Special Medical Co. Ltd., Foshan, 528061

R318.08

A

1671-7104(2015)01-0044-04

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.01.012

2014-10-13

趙兵，E-mail: zhaobingspecath@126.com

理、修飾效果以及相關應用研究。各種方法都有各自的優缺點，實際處理時，要考慮到實驗條件等因素的限制。