據(jù)預測,從2003年到2005年,我國的醫(yī)療器械市場將增長40%,醫(yī)用塑料也將隨之增長。這一趨勢不斷上升,形成醫(yī)用產品巨大的潛在市場。
隨著人們的健康意識不斷增強,醫(yī)療保險制度的逐步完善,對醫(yī)用產品要求會更高。為了達到使用要求,對原材料進行必要的改性和改進成型加工工藝是很有必要的。本文主要介紹幾種聚烯烴醫(yī)用塑料目前加工改性技術及制品成型新工藝。
1、聚氯乙烯（ＰＶＣ）
?。校郑糜辛己玫哪突瘜W藥品性、力學性能和電性能,但其耐光和熱穩(wěn)定性差。通過加工改性的ＰＶＣ塑料,可廣泛用來制作貯血袋、輸血袋,以及血液導管、人工腹膜、人工尿道、袋式人工肺、心導管及人工心臟等制品。
?。校郑玫牟ＡЩ瘻囟龋ǎ裕纾┹^高,材料硬度大,加工成型困難。因此,一般都在ＰＶＣ樹脂中添加增塑劑及其它助劑。目前,在加工中仍以鄰苯二甲酸二辛酯（ＤＯＰ）作為主增塑劑[1]。但ＤＯＰ為低分子物質,容易遷移析出。ＤＯＰ增塑的ＰＶＣ用于醫(yī)用導管或容器,因ＤＯＰ易析出而混入藥液或血液中,將導致ＤＯＰ隨藥液或血液進入人體。為了保障ＰＶＣ醫(yī)用塑料的衛(wèi)生安全性,國外正在開發(fā)毒性比ＤＯＰ更低、遷移析出性比ＤＯＰ更小的新型增塑劑,其中包括衛(wèi)生性好的檸檬酸酯類、摩爾質量較高的聚酯類及其它高分子增塑劑。
在ＰＶＣ加工的穩(wěn)定劑中,鉛鹽對血有毒,引起嚴重貧血,鎘鹽更甚;而錫鹽和環(huán)氧大豆油較好。一般選用溶出量少的有機錫為宜,其中二疏基乙酸異辛酯二正辛基錫（京錫8831）是一種無毒型有機錫穩(wěn)定劑,耐熱性和透明性優(yōu)良,但潤滑性較差。硬脂酸鈣（ＣａＳｔ）和硬脂酸鋅（ＺｎＳｔ）是無毒透明穩(wěn)定劑,有良好的潤滑作用。因此,配用一定量的ＣａＳｔ和ＺｎＳｔ,可彌補二疏基乙酸異辛酯二正辛基錫（京錫8831）潤滑性差的缺點。醫(yī)用ＰＶＣ制品在加工中,可選用內外潤滑作用均好的Ｎ,Ｎ′-乙撐雙硬脂酞胺（ＥＢＳ）和硅油作為潤滑劑,少量的ＡＣＲ作為加工助劑,有利于提高ＰＶＣ塑料表面質量。
2、聚乙烯（ＰＥ）
2.1低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）
?。蹋模校沤Y晶度約為65%,軟化點為115℃,主要用于和其它塑料共混改性及醫(yī)用包裝袋、靜脈輸液容器等。日本ＴｏｓｏｈＣｏｒｐ公司用5%～60%的ＬＤＰＥ（密度為0.91～0.935ｇ/ｃｍ3）和40%～50%乙烯和大于3個碳的ａ-烯烴共聚物擠出吹塑,產品具有熱穩(wěn)定性和透明性。日本三菱石化公司用乙烯、ａ-烯烴共聚物吹塑而成的制品用于醫(yī)用包裝容器,該共聚物的ＭＦＲ為01～50ｇ/ｍｉｎ,密度≤0.915ｇ/ｃｍ3,濁度≤30%;是在茂金屬存在下共聚（90%乙烯-己烯共聚物及10%的聚乙烯）而成。
?。蹋模校艠渲膳c多種聚烯烴類材料復合成膜,經(jīng)熱焊成軟袋。ＨＯＷＡＤＥＮＫＯＫＫ公司生產的醫(yī)用液體包裝袋專用料為ＬＤＰＥ與乙烯-ａ-烯烴共聚物,這種醫(yī)用袋能經(jīng)受100℃或更高溫度的殺菌熱處理,具有良好的衛(wèi)生性和透明性及柔韌性。也有的由ＬＤＰＥ、ＰＡ、ＰＥ復合而成的復合膜,具有ＰＶＣ、ＰＰ袋的優(yōu)點,使用廣泛。
2.2高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）
?。龋模校抛罡呤褂脺囟葹?00℃,可以煮沸消毒,質堅韌,機械強度比ＬＤＰＥ高。主要用于制作人工肺、人工氣管、人工喉、人工腎、人工尿道、人工骨、矯形外科修補材料及一次性醫(yī)療用品。為了提高韌性,選擇韌性較好的ＬＬＤＰＥ作為載體樹脂,填料填充ＨＤＰＥ后,會使材料的流動性變差,填充料的粘度提高。為了改善流動性能,可采用ＦＤＡ認可的潤滑劑油酸酰胺進行有效的改進。
2.3超高摩爾質量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）
超高摩爾質量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）除具有ＰＥ的一般特性之外,還具有耐磨性強、摩擦系數(shù)小、蠕動變形小、高度的化學穩(wěn)定性和疏水性、高抗沖性、優(yōu)良的自潤滑性和對化學藥品穩(wěn)定性,且無味、無毒;具有生理惰性、生理適應性和生物惰性等特點。其耐化學藥品性可與聚四氟乙烯媲美。是制作人工肺、肘、指關節(jié)的理想材料。
?。眨龋停祝校旁陂L期應用時存在磨損現(xiàn)象。主要有兩種磨損方式:一種生成剝離片、粒狀碎片;一種生成光滑波紋和微纖。研究表明,在植入材料周圍的生物組織中包含有大量的ＵＨＭＷＰＥ碎片。將ＵＨＭＷＰＥ和植入假體周圍的組織碎片分離后,發(fā)現(xiàn)大量圓形和長形的微米級尺寸的ＵＨＭＷＰＥ粒子。ＵＨＭＷＰＥ微米碎片是導致一系列生物反應的病因學成因,最大的危害可能導致溶骨作用和關節(jié)的松脫。
醫(yī)用ＵＨＭＷＰＥ制品通常用兩種方法成型:一種為擠出后加工,另一種為直接壓制成型。Ｆａｒｒａｒ等[8]研究ＵＨＭＷＰＥ微結構后發(fā)現(xiàn),在擠出ＵＨＭＷＰＥ材料中未見顆粒及碎片;有人認為直接壓制成型,其無氧條件下的消毒方式可提高ＵＨＭＷＰＥ的性能。交聯(lián)可以進一步提高ＵＨＭＷＰＥ的摩爾質量,從而減少形成微粒數(shù)量。
?。停酰颍幔簦铮纾欤醯韧ㄟ^輻射交聯(lián)、過氧化物交聯(lián)的ＵＨＭＷＰＥ磨損實驗,發(fā)現(xiàn)交聯(lián)密度是影響磨損機理的重要因素。ＵＨＭＷＰＥ作為人體植入材料必須先進行消毒處理。當采用方式為γ射線輻射消毒和在環(huán)氧乙烷氣中進行消毒處理時。均會導致ＵＨＭＷＰＥ氧化[11]。利用輻射消毒會在材料中產生自由基,導致氧化反應,使ＵＨＭＷＰＥ摩爾質量和機械性能的降低。輻射引發(fā)的氧化還會因老化加劇ＵＨＭＷＰＥ磨損。
3、聚丙烯（ＰＰ）
醫(yī)用ＰＰ應滿足高純度、無毒害、無刺激性、化學穩(wěn)定性好、不降解、不引起炎癥、無過敏反應、生物相溶性好、不致癌、不引起溶血和凝血等要求。并能經(jīng)受環(huán)氧乙烷的消毒處理。此外還應具有所需的物理、化學性能和加工性能。普通ＰＰ達不到以上要求,且透明性、外觀差。加之,當ＰＰ粒料與助劑的分散不均勻、助劑不匹配時,原料加工性能和產品防老化性差,泛黃,剛性和韌性較難均衡,對高能輻射敏感性強。因此,需通過改性技術改善這些性能,這些改性技術包括:快速冷卻ＰＰ薄膜以降低結晶度;將ＰＰ薄膜的取向度降至最低;在成型ＰＰ薄膜的配方中嚴格避免使用成核劑;采用無規(guī)共聚物（ＲＣＰ）;將茂金屬催化乙烯基塑性體與ＰＰ摻混,制備流動性高、沖擊韌性高和不易氧化降解的ＰＰ。
據(jù)報道,茂金屬催化乙烯基塑性體和丙烯均聚物的共混能夠提高ＰＰ薄膜輻射后的抗脆化能力,提高程度直接與共混物中塑性體的含量密切相關。ＰＰ薄膜的其它性能也隨塑性體含量的增加而改善,ＰＰ與塑性體共混物的薄膜可用于包裝醫(yī)療設備。
雙向拉伸ＰＰ薄膜具有化學穩(wěn)定性好,安全無毒的特點。但在拉伸中形成的微孔具有滲透功能,與生物體相容性差,難于直接作為醫(yī)用材料。將ＰＰ微孔膜用膠原表面改性,可望成為一種理想的醫(yī)用材料[14],另外,ＰＰ膜表面改性及膠原/ＰＰ微孔復合膜也可達到預期的結果。
黃哲瑋等研究了醫(yī)用ＰＰ膜表面接枝Ｎ-異丙基丙烯酰胺（ＮＩＰＡＡｍ）類共聚物對細胞相容性的作用。結果表明:接枝率為46%的ＰＰ/ＮＩＰＡＡｍ的膜,接枝率為65%、106.77%及143%的ＰＰ/ＮＩＰＡＡｍ/Ｎ-異丙基丙烯酰胺（ＡＡｃ）/ＲＤＧＳ膜,均有較好的細胞相容性。
4、氟塑料
聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）除具有結晶度高、磨察系數(shù)很小、耐熱性好、化學穩(wěn)定性高,強酸強堿和各種有機溶劑均不與其作用等優(yōu)點之外;在醫(yī)用上,還有其獨特性能,如良好的生物相容性、血適應性,對人體的生理物損害,植入體內無不良反應,可以高溫消毒等[15,16]。所以ＰＴＦＥ在生物醫(yī)學工程應用廣泛。在眾多的氟塑料中,以四氟乙烯與乙烯共聚物（Ｆ40）和聚全氟乙丙烯（Ｆ46）最為常用。氟塑料表面原來無抗血栓性,當血液后,在內表面形成一層穩(wěn)定的抗血栓膜,從而誘發(fā)出血管內皮細胞,形成一層光滑的生物層,使原來無抗血栓的高分子材料,得到了天然的抗血栓性。
成型ＥＰＴＦＥ醫(yī)用制品用拉伸成型法時,要求樹脂具有高摩爾質量（>106ｇ/ｍｏｌ）和高結晶度（>98%）,助劑有良好的浸潤性,對人體無毒無害。用拉伸法制成的ＥＰＴＦＥ醫(yī)用制品,具有很多微細纖維經(jīng)結點連接成的網(wǎng)狀結構,微細纖維之間形成無數(shù)的細通孔。這種連續(xù)的多孔性網(wǎng)狀結構使ＥＰＴＦＥ醫(yī)用制品柔軟、富有彈性、強度高、手術時易縫合,用剪刀剪裁時不產生毛邊和散開現(xiàn)象,體內纖維組織細胞通過孔隙能從制品外表面長到內表面形成內膜,與周圍組織結合起來形成整體;且由于纖維長短（即孔徑大小）可通過選擇工藝條件將其控制在所需范圍內,因此材料不漏血,不必進行預凝血處理。
膨體ＰＴＦＥ人工血管,因其外側沒有增強措施,在使用過程中曾發(fā)生動脈瘤與血管破裂現(xiàn)象。目前,已有商品化的,具有增強措施膨體ＰＴＦＥ人工血管。另據(jù)報道,將ＰＴＦＥ經(jīng)雙軸拉伸后,得到微孔結構的膨體,具有40%～97%的氣率。ＰＴＦＥ膨體有平滑的表面,不粘性和低摩擦性,強韌、柔韌和耐壓縮性。廣泛用于制造人工心臟、人工肺、人工喉、人工食道等。
5、發(fā)展趨勢預測
在加工技術方面應著重解決以下問題：
1）通過選擇合適的原材料、加工助劑、加工條件,使材料具有良好的加工性、穩(wěn)定性、安全性,達到醫(yī)用要求。
2）通過表面改性,提高材料與人體的組織相容性。
3）通過改性,提高材料的消毒性能,使材料可進行輻射消毒。
4）特殊用途的聚烯烴共聚物的研究應用。
5）高精度、高自動化成型加工設備的研制開發(fā)。
