中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

专注于为医疗器械研发与生产服务

2022年8月31-9月2日 | 上海世博展览馆1&2号馆

医疗设备展Medtec 中国展提醒这些PA、PU等高分子材料你必须知道 ——聚焦微创介入精准治疗领跑赛道

2022-05-17

微创介入医疗是使用一系列介入器材和现代化设备相结合而抵达体内病变位置,从而实现微创伤治疗效果的新兴医疗技术。微创介入医疗常用的高分子材料是治疗过程中关键一环,高性能的介入医疗器材可以影响手术的安全性、患者的舒适程度等,因此,这类医疗材料应具有生物相容性好、较易加工、机械强度高、耐腐蚀等特点。现在高分子材料在微创介入医疗器械中应用十分广泛,如支架、覆膜材料、导管等。不同于传统的外科手术,它具有只需要进行局部麻醉且创伤小、安全系数高、术后恢复快等优势。


微创介入医疗器械
微创介入医疗器械材料从开发研制到生产加工再到应用,涉及了许多生物医疗材料,其主要可分为输入器高分子材料和植入性高分子材料,不论哪一种都在微创介入医疗领域发挥着极其重要的作用。

输送器高分子材料

在微创介入医疗器械中,常用的有支架、覆膜支架等。这些器械和输送器构成完整的介入医疗器械。输送器在运输后,还要完成放置后撤出体外的废弃过程,所以通常是一次性用具。虽然如此,输送器的性能优劣直接会影响手术过程的顺利程度和术后的恢复过程,更重要的是影响到治疗器械能否稳定准确放置到指定部位。 


介入导管
在治疗过程中,需要选择易于穿刺的静脉或浅表动脉入路,并且还需要通过迂曲的血管才能将治疗器械运 输到病变部位, 这样就要求输送器拥有良好的追踪性能、柔顺行和扭控性等。而各类具有不同性能的高分子材料为输送器材料提供多种方向,如聚醚嵌段酰胺共聚物、氟类高分子材料等。

1.  聚醚酰胺嵌段共聚物(Pebax)

Pebax是通过组合不同种类和比例的硬段线性聚酰胺链段和软段聚醚链段得到不同硬度产物。其中聚醚软段提供了延展性与柔性,而聚酰胺硬段则提供了物理交联作用。不仅是硬度广泛,Pebax材料还具有良好的机械性能、生物相容性和易加工性,因此受到广泛关注。   


Pebax导管
由于不同型号的Pebax间具有良好的相容性和热焊接强度,在作为微创介入治疗器械材料的导管时,根据需求将不同的Pebax材料作为不同的部分来得到硬度渐变且更为贴合的导管。例如前端在人体内弯曲的血管部分需要更为柔软以到达病变部位;而后端需要一定的硬度以保持足够的支撑;在过渡时则要求平滑且具有较好的连接强度来保证在使用过程中减小对血管的刺和前进时的阻力,同时在治疗时保持完整。由此可以看到Pebax材料在微创介入治疗器械中十分重要。

2.  氟类高分子材料

在微创介入医疗器械材料中,氟类高分子由于其摩擦系数小、生物相容性优异受到广泛关注。其中聚四氟乙烯(PTFE)的摩擦系数最小,使其可以直接作为输送管,是微创介入治疗器械中最为常用的材料之一。 


PTFE多腔管
然而,PTFE属于非极性高分子材料,不能直接进行胶粘或热焊接加工。因此,它仅能通过机械法进行连接;另外,PTFE的模量较低,在使用过程中受到的摩擦阻力和拉伸时会轻易伸长变形,因此限制了纯PTFE直接作为各类导管的应用。通常在使用时它需要制成复合材料。

聚偏氟乙烯(PVDF)和全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)由于熔点最低,使得其更易于热焊接或进行胶黏加工,因此在微创介入医疗器械材料对摩擦系数和加工方面有较高要求时使用。

将氟类高分子在作为导管或是输送器时,可以降低治疗器械的阻力,提升治疗器械释放时的可控性与准确性。另外,氟类高分子材料也可以作为金属材料导管外表面涂层所使用的材料,来减小在人体内受到的阻力。

3.  聚酰胺材料(PA)

相较于前几类材料,聚酰胺高分子材料(PA)具有适中的摩擦系数、易于加工、高强度等特点,也可以作为微创介入治疗时所使用的导管。另外,PA及其共聚物高分子材料耐磨损且模量高,也可以将其作为制备球囊的首要材料。     


球囊
如FXminiRAIL双导丝球囊扩张导管,它的球囊部分及导管主干外层成分中含有PA,并且在导管的外表面涂敷了一层由聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯腈所共同组成的水性涂层,因此它被广泛应用在改善冠脉。另一类 MissouriPTCA 球囊扩张导管的球囊也是由PI构成的,其近端管是由涂敷了PFTE涂层的不锈钢材料支撑的。看到这里,一定此刻在心中大喊:求来一打优质球囊产品导管产品和设备供应商!!!别急,在8月31-9月2日的2022医疗设备展Medtec 中国将集中看到一批球囊产品及设备供应商,他们将展出包括球囊成型机,PTCA球囊扩张导管,Octoparms伞形腔静脉滤器、脑颅和三叉神经手术球囊、球囊OEM等优质展品。点击快速预登记。

4.  聚酰亚胺材料(PI)

聚酰亚胺(PI)具有稳定的化学性质,综合性能最佳,耐高温甚至可以达到 400℃以上,并且具有耐腐蚀、无明显熔点、吸水性差、机械强度(1×106Psi)和模量(42×105 Psi)高等优点。其高强度和低延伸性,可将其制为薄管壁(0.03~0.05 mm )的微创介入治疗器械中所使用的输送器材料,最大降低了输送器的截面积,减小了手术的风险。由PI所制成的材料也适用于其他各类医疗器械,如血管构造、输送器鞘管等料。


PI医用导管

5.  复合高分子材料

虽然上述各类材料各自具有优异的特性,但是若单一使用它们的输送器材料通常会具备许多缺点,如聚醚嵌段酰胺共聚物所制成的输送器易断裂且模量小,在进入人体并释放医疗器械时所受的阻力会增大,有甚者会导致鞘管拉伸变形等,这样会增加微创介入手术的风险。由此,需要综合它们的优点来制备出复合材料,以满足微创介入治疗器械的需求。

植入型高分子材料

在微创介入治疗器械中,覆膜支架、栓塞剂、可降解支架和治疗药物等需要控制来释放体系的载体均可以用高分子材料满足需求。而这类器材被植入后通常长期与人体共存。由此,所使用的高分子材料应确保具备良好的抗血栓性、优异的相容性、稳定的物理化学性质和较高的机械强度。

1.   覆膜支架材料(PU,PTFE)

覆膜支架中分为覆膜和支架两个部分,由覆膜(一层高分子膜)附着在金属支架表层并随着支架长期地被植入在人体。所以其使用的高分子材料需具备优异的生物相容性和较好的机械性能,而在治疗不同疾病时所使用的覆膜通常还需要具备特定的功能。目前聚氨酯(PU)和膨体聚四氟乙烯材料(ePTFE)最广为使用。   


PU覆膜支架
PU的机械强度高、抗老化、耐腐蚀、化学性质稳定、支撑力强,并且能充分展开。另一方面,PU的制备工艺较为简单,可以使用合适的溶剂将聚氨酯树脂溶解为液体后,后将其附在支架上烘干即可。


膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)覆膜支架
对于ePTFE,在其制备过程中可以通过受控条件来对PTFE管进行膨胀而形成,所制备的ePTFE 的结构上将会产生许多微小气孔,可以利用这个特点再对其进行修饰,赋予其更多的特定功能(如透气、多微孔结构、 化学稳定性、低摩擦系数等)。在这几十年的观察中,ePTFE 无致敏性、无毒、无致癌性,人体内的血管组织或是其他的组织细胞可通过微孔结构生长在支架上,而不形成纤维囊肿,不与人体环境组织发生排异行为。

2.   栓塞剂高分子材料(PVA)

栓塞治疗在微创介入治疗中起到重要作用,通常应用于肿瘤治疗、出血控制和消除器官功能等。在通过静脉内导管或动脉时往往需要人为地将塞物注入到病变位置的供应血管或部位中,此时需要闭塞血管或中断供血的栓塞剂。这就要求栓塞剂能保证栓塞时间(几天到几周)的同时不影响人体活动。常用的栓塞剂有吸收固体栓塞剂材料、永久性固体栓塞材料、微弹簧圈栓塞材料等。


明胶海绵
可吸收固体栓塞剂材料中明胶海绵由于其具备优异的遇水膨胀性、可压缩性、抗原性、廉价、无明显生物毒性等特点最为突出。但是明胶海绵栓塞剂在进入人体后只能暂时起到闭塞作用。它常用于肿瘤切除前的栓塞止血、小动脉出血栓塞等。 


PVA颗粒栓塞剂
永久性栓塞材料中常用的是聚乙烯醇颗粒,它不溶于水且在体内不会发生降解,同时具备优异的生物相容性。当其在血管中聚集时,将会堵塞血管形成血栓,接着阻碍栓塞治疗时所建立的侧支循环。

然而,聚乙烯醇易产生“黏管”,这将会带给患者疼痛和并发症。微弹簧圈栓塞材料是一类机械栓塞材料,在治疗过程中,它将在导丝的牵引下通过微导管保护人体正常身体组织的前提下,对体内存在损伤的血管进行结扎。

医用材料作为医疗设备展Medtec 中国展的强势品类之一,医用金属以及医用橡塑材料的头部企业们悉数参展:韦恩堡、庄信万丰贵金属、田中贵金属(上海)、ELGILOY特种金属、三铃制线、江阴佩尔、麦迪斯、美国奥博锐、古河科技、沈阳中核舰航、路博润、NuSil、迈图、科思创、艾曼斯、塞拉尼斯、索尔维、龙海化工、江苏君华等。

3.  可降解高分子支架(PLA)

近几年,生物可降解高分子材料所制成的支架材料引起广泛关注。其中, 聚乳酸材料(PLA)作为突出。它具有体内可溶解、高张力强度、较高模量和机械性能等优点。


聚乳酸支架
PLLA支架的机械强度与金属支架相近,所以可以将其直接用于微创介入治疗支架的制备。生物可吸收支架植入人体后,1年内支撑力与金属支架相当,完成支撑血管帮助重建的任务。2-3年左右将逐渐降解成水和二氧化碳,被身体完全吸收,体内不再有异物。

由于在医疗过程中必须与患者直接接触,所以对于医用高分子材料性能要求是十分严苛,必须同时满足生物相容性好、机械性能强等特点。特别是在与患者的皮肤、血液或是体液直接接触时,这些含有高分子材料的医疗器械或长或短都将被植入或置于患者体内。随着科技进步和时代的发展,医疗设备展Medtec 中国展观察到医疗市场是逐渐倾向于快速、稳定、健康可靠的方向发展,通过推动生物医药高分子材料在医疗器械中的研发和应用,将会充分发挥微创介入医疗器械和聚合物材料在医疗服务中的作用。

参考资料:微创介入医疗器械中高分子材料的应用,互联网资料。
来源:医用高分子