專利名稱：聚四氟乙烯材料的化學(xué)表面改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及一種用于將聚四氟乙烯(PTFE)材料表面進(jìn)行化學(xué)改性的方法，該方法使得PTFE材料的生物相容性得到改善。更特別地，本發(fā)明涉及一種將膨脹型聚四氟乙烯(ePTFE)人造血管、PTFE薄膜或多孔PTFE膜的表面進(jìn)行改性的方法。另外，本發(fā)明涉及ePTFE人造血管、PTFE薄膜和多孔PTFE膜，它們都具有改善的生物相容性。
背景技術(shù)：
聚四氟乙烯(下文也稱為“PTFE”)是具有化學(xué)結(jié)構(gòu)為CF3-(CF2-CF2)n-CF3的聚合物材料。
膨脹型聚四氟乙烯(下文也稱為ePTFE)是具有微孔結(jié)構(gòu)的聚合物材料，其是用作人造血管的管狀材料。
現(xiàn)有技術(shù)ePTFE人造血管或PTFE薄膜用作有專利權(quán)的接觸血管或接觸血液的生物材料，但是接枝后，它們由于具有低的生物相容性而引起多種副作用。此外，PTFE薄膜或多孔PTFE膜還具有使它們對(duì)于工業(yè)應(yīng)用不穩(wěn)定的性能。
因此，需要一種將聚四氟乙烯材料的表面改性的方法，該方法使得所述材料的生物相容性得以改善。
現(xiàn)有技術(shù)中用于將膨脹型聚四氟乙烯的表面改性的等離子體處理方法是一種如下的方法其中將ePTFE引入等離子體反應(yīng)器中，該反應(yīng)器中提供有氣體或液體，并且使用電流作為能源形成等離子體，使得ePTFE的表面用具有強(qiáng)反應(yīng)性的等離子體粒子加以改性。
但是，這種方法的不利之處在于，產(chǎn)生的自由基在微孔中喪失其活性，并因此不能將微孔的表面改性。
作為現(xiàn)有技術(shù)中另一種表面改性方法，有一種使用二苯甲酮或苯偶姻陰離子的方法。在這種方法中，借助電子交換或電子過渡而從ePTFE的表面除去氟，由此將ePTFE的表面改性。但是，這種方法還具有的不利之處在于，不能將微孔的表面加以合適地改性。
期間，韓國專利申請(qǐng)第1991-0000095號(hào)(題目為“具有改善的血液相容性的氟化聚氨酯”)公開了一種用于制備改性的聚氨酯的方法，其中將氟化合物化學(xué)鍵合到聚氨酯基聚合物上，使得聚合物的血液相容性得到改善。
韓國專利申請(qǐng)第1994-0026594號(hào)(題目為“一種用于制備改性的聚四氟乙烯的方法及其用途”)公開了一種制備含全氟的聚四氟乙烯聚合物的方法，其中全氟烷基具有1-4個(gè)碳原子。這種方法包括將單體在水介質(zhì)中，通過懸浮聚合方法，使用高錳酸鹽引發(fā)劑，在溫度低于60℃下進(jìn)行聚合。
但是，仍然需要一種改進(jìn)的表面改性方法，通過這種方法改善膨脹型聚四氟乙烯人造血管、PTFE薄膜、多孔PTFE膜等的生物相容性。
本發(fā)明的公開內(nèi)容因此，本發(fā)明致力于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于改善聚四氟乙烯材料的生物相容性的新型的表面改性方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供ePTFE人造血管、PTFE薄膜或多孔PTFE膜，其表面經(jīng)改性以具有改善的生物相容性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于將聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行化學(xué)改性的方法，其使得所述材料的生物相容性得以改善。
具體地，本發(fā)明提供一種用于將聚四氟乙烯人造血管、PTFE薄膜或多孔PTFE膜的表面進(jìn)行改性的方法。
此外，本發(fā)明提供ePTFE人造血管、PTFE薄膜和多孔PTFE膜，其都具有改善的生物相容性。
根據(jù)本發(fā)明的用于將聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行化學(xué)改性的方法包括如下步驟將氫化合物，例如硼氫化鈉，與環(huán)狀化合物，例如蒽醌或其衍生物，在有機(jī)溶劑例如二氯甲烷中混合，以致于得到一種反應(yīng)物溶液；將聚四氟乙烯材料，例如ePTFE人造血管、PTFE薄膜或多孔PTFE膜，加入所述反應(yīng)物溶液中；對(duì)此包含聚四氟乙烯材料的混合物施加熱能或紫外線能量，以致于通過電子交換反應(yīng)而從聚四氟乙烯材料的表面除去氟；從聚四氟乙烯材料中除去剩余的反應(yīng)物；并將聚四氟乙烯材料干燥。
這種經(jīng)表面改性的膨脹型聚四氟乙烯人造血管，其生物相容性根據(jù)本發(fā)明加以改善，具有從疏水性表面轉(zhuǎn)化來的親水性表面、明顯低的氟含量和增加的細(xì)胞粘著。
此外，這種經(jīng)表面改性的ePTFE人造血管可以用可生物降解的聚合物，例如聚交酯或細(xì)胞粘著蛋白質(zhì)涂覆。
另外，這種經(jīng)表面改性的PTFE薄膜具有顯著提高的滲透性。
根據(jù)本發(fā)明的具有改善的生物相容性的聚四氟乙烯材料用作拉幅結(jié)合(stent-bound)的ePTFE人造血管、人造心臟、人造瓣膜、人工腎、靜脈導(dǎo)管等的材料。
下面將參考附

圖1詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的用于將聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行化學(xué)改性的方法。
步驟1反應(yīng)物溶液的制備在惰性氣體的氣氛下制備一種反應(yīng)物溶液。
在制備該反應(yīng)物溶液中，將0.1-1g氫化合物，例如硼氫化鈉或氫化鈉，0.2-2g環(huán)狀化合物，例如蒽醌或其衍生物，10-100ml有機(jī)溶劑，例如無水二氯甲烷、二甲基甲酰胺或二甲亞砜，引入一個(gè)配有磁性攪拌棒的圓底燒瓶中。
可以用于本發(fā)明中的蒽醌衍生物的例子包括氨基蒽醌、二氯蒽醌、蒽醌羧酸和蒽醌二磺酸。
在這種情況下，氫化合物、環(huán)狀化合物和有機(jī)溶劑的用量是按相對(duì)比例。
實(shí)驗(yàn)容器、樣品和化學(xué)品的重量在惰性氣體的氣氛下測(cè)量。
在實(shí)驗(yàn)容器中存在的水使用熱爐或惰性氣體除去。
步驟2膨脹型聚四氟乙烯等的引入將聚四氟乙烯材料引入含有在步驟1中制備的反應(yīng)物溶液的反應(yīng)器中。
在這種情況下，聚四氟乙烯材料選自ePTFE人造血管、PTFE薄膜和多孔PTFE膜。
步驟3反應(yīng)裝置的裝配如圖2中所示裝配一種反應(yīng)裝置。
將反應(yīng)器11，其包括含有膨脹型聚四氟乙烯人造血管等的反應(yīng)物溶液，連接到冷凝器10，并且將軟管14連接到布置在冷凝器10外側(cè)的水出入口使得水可以循環(huán)。
氣體管線16，通過它有惰性氣體例如氮?dú)饣驓鍤饬鬟^，連接到與反應(yīng)器11連接的冷凝器10的上部。
將反應(yīng)器11布置在護(hù)套12內(nèi)部，并且將這種反應(yīng)器裝置安裝在攪拌器13上。
將包含油21的起泡器20連接到惰性氣體管線16。
供給惰性氣體，覆蓋反應(yīng)物溶液，并以一定方式流動(dòng)，使得除去剩余的氧氣。
如果在起泡器20中含有的油21中出現(xiàn)落差，則確定有氣體流動(dòng)。
步驟4能量供給和去除氟的反應(yīng)通過連接到電控制器的護(hù)套12，用電能將反應(yīng)器11加熱到溫度為30-300℃，使得反應(yīng)器11供應(yīng)有能量。
還可選擇，用紫外燈產(chǎn)生的190-1000nm波長(zhǎng)的輻射能供給反應(yīng)器。
水14通過冷凝器10循環(huán)，使得反應(yīng)物溶液回流。由此，防止反應(yīng)物溶液隨著溫度升高而蒸發(fā)，并使得反應(yīng)物溶液與聚四氟乙烯材料反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)物溶液的量保持在恒定水平。
使用磁性攪拌棒攪拌反應(yīng)物溶液1-120小時(shí)，視需要的表面改性的程度而定，同時(shí)通過向其供給能量而反應(yīng)。
引起聚四氟乙烯材料與反應(yīng)物溶液中活化的反應(yīng)物之間的電子過渡，使得從聚四氟乙烯材料的表面除去氟。
步驟5剩余反應(yīng)物的去除在反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，停止能量供給并停止攪拌。
從反應(yīng)器中取出經(jīng)反應(yīng)的聚四氟乙烯材料。
使用水與有機(jī)溶劑的混合溶劑，所述有機(jī)溶劑例如氯仿、甲苯、苯等，從聚四氟乙烯材料中除去剩余的反應(yīng)物。
步驟6干燥在真空干燥器中，在60℃下將聚四氟乙烯材料干燥1天。
根據(jù)如上文所述的方法，聚四氟乙烯材料的表面被化學(xué)改性。
附圖的簡(jiǎn)要說明圖1是一個(gè)圖解說明根據(jù)本發(fā)明的用于將聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行改性的方法的流程圖；圖2示意性地顯示一種用于根據(jù)本發(fā)明將聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行改性的反應(yīng)裝置；圖3是顯示在表面改性前ePTFE人造血管的表面的照片；圖4是顯示ePTFE人造血管的表面的照片，該血管根據(jù)本發(fā)明的方法加以改性24小時(shí)；圖5是顯示ePTFE人造血管的表面的照片，該血管根據(jù)本發(fā)明的方法加以改性72小時(shí)；圖6是顯示在表面改性前對(duì)ePTFE人造血管的表面的化學(xué)分析結(jié)果的附圖；圖7是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法加以改性的ePTFE人造血管表面的化學(xué)分析結(jié)果的附圖；和圖8是顯示涂覆有聚合物的ePTFE人造血管的表面的照片。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式現(xiàn)在將通過實(shí)施例和測(cè)試實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明將聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行化學(xué)改性的方法。但是，應(yīng)該記住的是，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例和測(cè)試實(shí)施例或不受它們的限制。
實(shí)施例1膨脹型聚四氟乙烯人造血管的表面改性將0.4g硼氫化鈉、0.8g蒽醌和100ml無水二甲基甲酰胺引入250ml圓底燒瓶中。
使用磁性攪拌棒攪拌該混合物，由此得到一種反應(yīng)物溶液。
將5cm長(zhǎng)的聚四氟乙烯人造血管引入該反應(yīng)物溶液中。
如圖2中所示裝配一種反應(yīng)裝置。
將含有反應(yīng)物溶液和ePTFE人造血管的圓底燒瓶連接到一個(gè)冷凝器，并且將軟管連接到布置在冷凝器外側(cè)的水出入口使得水可以循環(huán)。
將一個(gè)氣體管線連接到與圓底燒瓶連接的冷凝器的上部。然后，使用護(hù)套和控制器，將反應(yīng)物溶液電加熱至100℃，并有氮?dú)饬鬟^此反應(yīng)物溶液。
將水通過冷凝器進(jìn)行循環(huán)，并將反應(yīng)物溶液與ePTFE材料的表面反應(yīng)24小時(shí)，同時(shí)用攪拌器攪拌。
反應(yīng)后，將ePTFE人造血管從最終的溶液中取出。
使用水和氯仿，將剩余的反應(yīng)物從ePTFE人造血管中除去。
將ePTFE人造血管放置在一個(gè)真空干燥器內(nèi)并在60℃下干燥24小時(shí)。
按此方式，膨脹型聚四氟乙烯人造血管的表面被改性。
實(shí)施例2對(duì)ePTFE人造血管表面改性48小時(shí)按照與實(shí)施例1相同的方式對(duì)ePTFE人造血管的表面加以改性，只是反應(yīng)進(jìn)行48小時(shí)，而不是反應(yīng)24小時(shí)。
實(shí)施例3對(duì)ePTFE人造血管表面改性72小時(shí)按照與實(shí)施例1相同的方式對(duì)ePTFE人造血管的表面加以改性，只是反應(yīng)進(jìn)行72小時(shí)，而不是反應(yīng)24小時(shí)。
實(shí)施例4PTFE薄膜的表面改性按照與實(shí)施例1相同的方式對(duì)2cm×2cm大小的PTFE薄膜的表面加以改性，只是將上述PTFE薄膜引入反應(yīng)物溶液中，而不是引入膨脹型聚四氟乙烯人造血管。
實(shí)施例5多孔PTFE膜的表面改性按照與實(shí)施例1相同的方式對(duì)2cm×2cm大小的多孔PTFE膜的表面加以改性，只是將上述多孔PTFE膜引入反應(yīng)物溶液中，而不是引入膨脹型聚四氟乙烯人造血管。
測(cè)試實(shí)施例1測(cè)量隨表面改性而產(chǎn)生的形態(tài)變化使用掃描電子顯微鏡檢術(shù)，檢查在表面改性前和表面改性后膨脹型聚四氟乙烯人造血管的形態(tài)變化。
圖3是顯示表面改性前ePTFE人造血管的表面的照片。
圖4是顯示根據(jù)實(shí)施例1加以改性24小時(shí)的ePTFE人造血管的表面的照片，圖5是顯示根據(jù)實(shí)施例3加以改性72小時(shí)的ePTFE人造血管的表面的照片。
從這些照片可以發(fā)現(xiàn)，人造血管的表面通過表面改性而在形態(tài)上發(fā)生了變化。
此外，動(dòng)態(tài)水接觸角的測(cè)量結(jié)果表明，表面改性前人造血管的疏水性表面(接觸角為120°)在表面改性后改變?yōu)橛H水性表面(接觸角為20-90°)。
測(cè)試實(shí)施例2測(cè)量隨表面改性而產(chǎn)生的ePTFE人造血管表面的氟含量變化使用X射線電子顯微術(shù)，檢查在表面改性前和表面改性后ePTFE人造血管的表面的氟含量。
圖6是顯示在表面改性前對(duì)ePTFE人造血管表面的化學(xué)分析結(jié)果的附圖。從圖6可以發(fā)現(xiàn)，在表面改性前，ePTFE人造血管的表面含有大量的氟。
圖7是顯示對(duì)根據(jù)實(shí)施例1加以改性24小時(shí)的ePTFE人造血管表面的化學(xué)分析結(jié)果的附圖。從圖7可以發(fā)現(xiàn)，在化學(xué)結(jié)構(gòu)CF3-(CF2-CF2)n-CF3中的氟的量減少并加入了新的氧。
測(cè)試實(shí)施例3隨表面改性而測(cè)試成纖維細(xì)胞培養(yǎng)為檢查表面改性前和表面改性后ePTFE人造血管的生物相容性，進(jìn)行成纖維細(xì)胞培養(yǎng)的測(cè)試。
在此測(cè)試中，使用在表面改性前的ePTFE人造血管和已根據(jù)實(shí)施例1進(jìn)行表面改性的ePTFE人造血管。
將成纖維細(xì)胞(1×106個(gè)細(xì)胞/cm2)直接培養(yǎng)或在吸附有細(xì)胞粘著蛋白質(zhì)例如纖連蛋白之后培養(yǎng)。
結(jié)果是，表面改性前ePTFE人造血管顯示在其表面積中小于5％的面積上有細(xì)胞粘著。另一方面，已經(jīng)根據(jù)實(shí)施例1進(jìn)行表面改性的ePTFE人造血管的細(xì)胞粘著顯著增加。即，其顯示出在其表面積中多于80％的面積上有細(xì)胞粘著。
測(cè)試實(shí)施例4測(cè)試雜化人造血管的形成在本測(cè)試中，使用已經(jīng)根據(jù)實(shí)施例1進(jìn)行表面改性的ePTFE人造血管。
將聚交酯作為可生物降解的聚合物溶解在二氯甲烷溶劑中以得到5％的溶液。
將得到的可生物降解聚合物的溶液涂覆在經(jīng)表面改性的ePTFE人造血管的內(nèi)部和外部，直至1mm厚度。
結(jié)果是，裸眼觀察到有可生物降解聚合物-ePTFE雜化人造血管形成。
圖8是顯示涂覆有可生物降解聚合物的ePTFE人造血管的表面的照片。
測(cè)試實(shí)施例5使用PTFE薄膜測(cè)量藥物釋放使用水、肝素和清蛋白作為模型藥物，測(cè)量表面改性前和表面改性后PTFE薄膜的藥物釋放。
在表面改性前的PTFE薄膜對(duì)水、肝素和清蛋白的滲透性分別是104×10-7cm/sec，28×10-7cm/sec，和1.9×10-7cm/sec。
已經(jīng)根據(jù)實(shí)施例4進(jìn)行表面改性的PTFE薄膜的滲透性顯著提高。即它顯示出對(duì)水、肝素和清蛋白的滲透性分別是168×10-7cm/sec，45×10-7cm/sec，和7.1×10-7cm/sec。
工業(yè)適用性如上所述，本發(fā)明提供用于將PTFE材料，例如膨脹型聚四氟乙烯人造血管、PTFE薄膜和多孔PTFE膜的表面進(jìn)行化學(xué)改性的方法，該方法使得PTFE材料的生物相容性得到提高。
另外，根據(jù)本發(fā)明對(duì)表面加以改性的膨脹型聚四氟乙烯人造血管等具有從疏水性表面改變而來的親水性表面，顯著降低的氟含量，和增加的細(xì)胞粘著。
此外，經(jīng)表面改性的ePTFE人造血管可以用可生物降解的聚合物，例如聚交酯等涂覆。另外，經(jīng)表面改性的ePTFE薄膜具有顯著提高的滲透性。
此外，根據(jù)本發(fā)明改善其生物相容性的聚四氟乙烯材料用作膜、血液接觸薄膜、人造血管、拉幅結(jié)合的人造血管、人造心臟、人造瓣膜、人造心肺機(jī)、人工腎、靜脈導(dǎo)管等的材料。
權(quán)利要求
1.一種用于將聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行化學(xué)改性的方法，其包括如下步驟將選自硼氫化鈉和氫化鈉的氫化合物，與選自蒽醌或其衍生物的環(huán)狀化合物，在選自無水二氯甲烷、二甲基甲酰胺和二甲亞砜的有機(jī)溶劑中混合，以致于得到一種反應(yīng)物溶液；將聚四氟乙烯材料加入所述反應(yīng)物溶液中；在惰性氣體的氣氛下，對(duì)此包含聚四氟乙烯材料的混合物施加熱能或紫外線能量，并使此混合物在溫度為30-300℃下反應(yīng)1-72小時(shí)，由此通過電子交換反應(yīng)而從聚四氟乙烯材料的表面除去氟；從聚四氟乙烯材料中除去剩余的反應(yīng)物；并且將聚四氟乙烯材料干燥。
2.權(quán)利要求1的方法，其中聚四氟乙烯材料選自膨脹型聚四氟乙烯人造血管、聚四氟乙烯薄膜和多孔聚四氟乙烯膜。
3.膨脹型聚四氟乙烯人造血管、聚四氟乙烯薄膜或多孔聚四氟乙烯膜，其具有經(jīng)過根據(jù)權(quán)利要求2的方法改性的表面。
4.聚四氟乙烯材料，其具有經(jīng)過根據(jù)權(quán)利要求1的方法改性的表面并用作廢水過濾膜、血液接觸薄膜、拉幅結(jié)合的ePTFE人造血管、用于噪聲校正的假體、血液滲析器、人造心臟、人造瓣膜、人造心肺機(jī)和靜脈導(dǎo)管的材料。
5.一種用于將聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行改性的裝置，其包括具有位于其外側(cè)的水出入口的冷凝器10，該水出入口連接到軟管，使得水14可以循環(huán)；連接到冷凝器10的反應(yīng)器11；氣體管線16，其連接到冷凝器10的上部并且惰性氣體15流過該氣體管線；起泡器20，其連接到氣體管線16并包含油21；護(hù)套12，其布置在反應(yīng)器11周圍并用于通過電加熱或紫外線而提供表面改性用能量；和攪拌器13，其布置在護(hù)套12的下部同時(shí)支撐護(hù)套12。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于將聚四氟乙烯材料表面加以化學(xué)改性的方法，該方法使得所述材料的生物相容性得到改善。該方法包括如下步驟將氫化合物，例如硼氫化鈉，與環(huán)狀化合物，例如蒽醌或其衍生物，在有機(jī)溶劑例如二氯甲烷中混合，以致于得到一種反應(yīng)物溶液；將聚四氟乙烯材料，例如ePTFE人造血管、PTFE薄膜或多孔PTFE膜加入所述反應(yīng)物溶液中；對(duì)此包含聚四氟乙烯材料的混合物施加熱能或紫外線能量，以致于通過電子交換反應(yīng)而從聚四氟乙烯材料的表面除去氟；從聚四氟乙烯材料中除去剩余的反應(yīng)物；并將聚四氟乙烯材料干燥。根據(jù)本發(fā)明對(duì)其表面加以改性的膨脹型聚四氟乙烯人造血管等具有從疏水性表面改變而來的親水性表面，顯著降低的氟含量，和增加的細(xì)胞粘著。此外，經(jīng)表面改性的ePTFE人造血管可以用可生物降解的聚合物，例如細(xì)胞粘著蛋白質(zhì)或聚交酯等涂覆。另外，經(jīng)表面改性的ePTFE薄膜具有顯著提高的滲透性。
文檔編號(hào)A61M1/16GK1633450SQ03804097
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2003年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月20日
發(fā)明者盧仁燮 申請(qǐng)人:株式會(huì)社現(xiàn)代組織工學(xué)