国际医疗器械展盘点工程设计的可能性白皮书:面向下一代导管的新型内衬管
2023-02-10
简介
为了使新疗法比以往任何时候都更深入地进入血管,未来的导管必须变得更小、更灵活,同时仍然拥有足够的强度将这些关键疗法输送到治疗部位。国际医疗器械展Medtec China 2023医用管件企业包括德尼培医疗精密包装( 苏州)、圣戈班高功能塑料、Cathx Medical Inc、上海翊科、上海茸原氟、安平等,将在现场带来精密三层挤出管、介入导管、编织导管、微导管、PTFE薄壁馆等产品。通过为医疗器械生产商和工程师提供更多的内衬管选择,现在可以探索那些曾经似乎无法想象的新的导管设计。新的内衬管扩展了经导管进行血管通路搭建的边界。
进步与局限
近些年导管技术的进步为医疗行业带来了革命性的剧变,并极大地改善了患者护理。以往无法避免 的开放性手术,如今使用微创导管技术就能成功完成,通常效果还更好。
与早期导管不同,现代的血管导管是由高级专用材料和精密组件构成。内衬管、编织增强和外套材料全都经过精心挑选和精密设计,打造出能够穿过复杂解剖结构并提供救生治疗的器械。虽然多年来,导管技术取得了飞速发展, 但始终有个棘手的问题,那就是可选用的超薄PTFE导管内衬管一直不是很多。
直到最近,要求壁厚小于0.001″(0.025mm)的导管内衬管仍局限于两种生产方法:铸膜和自由挤出。每种工艺都致使PTFE导管内衬管需要在柔韧性与强度之间做出性能上的权衡和取舍。如今,得益于创新的专利技术,第三种工艺脱颖而出,为更新和更先进的血管导管提供了更多选择。
全球高值医用耗材市场规模成长迅速,医用材料及部件受下游应用市场需求增长,或将迎来市场元年, 国际医疗器械展Medtec China 2023特设材料,部件和加工设备专区,品类范围包括原材料、成型材料、转接器、刀片、夹紧用品、管接头和连接件、紧固件、垫片/圈、量规,测量仪表,计数器、铰链和插销、嵌件、封堵物、光学部件、移液器、密封件等,目前已有路博润、塞拉尼斯、迈图、奥美凯、Acme Monaco、Pulse、Wytech、韦恩堡、田中贵、罗信、康德莱等代表性企业实力加盟。点击快速预登记。
特性间的平衡
要设计现代的血管导管,必须考虑成品器械的机械特性。挑选导管构造中所用的材料时,并不仅仅需要考虑材料的独立特性,还需要考虑材料对器械整体性能所起的作用。此外,并非所有考虑的材料都适用于所有情况。特别是对于导管内衬管来说,有四个因素尤其重要并在决定器械性能中扮演了关键角色:柔韧性、壁厚、强度及润滑性。
在导管技术的变革历程中,曾探索过将众多不同的材料用作内衬管。从聚酰亚胺(PI)、高密度聚乙烯(HDPE),到含氟聚合物,都曾试用过并获得了不同程度的成功。最终,含氟聚合物,尤其是聚四氟乙烯(PTFE)成为了导管内衬管的首选材料。PTFE具有化学惰性,可耐受蒸汽灭菌和高压灭菌的高温,并具有所有聚合物树脂中最低的摩擦系数 – 对于导管内衬管来说,这是特别有用的特性,有助于打造高度润滑的管腔壁。此外重要的一点是,PTFE内衬管可以拥有极薄(< 0.001″)的管壁。除增强柔韧性之外,薄壁有助于最大限度地减小导管的整体尺寸及增大管腔体积。
虽然PTFE已经成为大多数血管导管设计的首选材料,但取决于生产方法,有些PTFE内衬管的功能特性可能无法达到令人满意的平衡。有时,内衬管具有很高的拉伸强度,但对于特定应用来说,柔韧性不够或管壁太厚。又或者,内衬管的壁厚和柔韧性都令人满意,但用在导管设计中,拉伸强度不够。不论哪种情况,都可能需要增、减或改造外套和编织材料以对内衬管的性能加以弥补,从而有可能制约导管的整体性能。所以说,针对导管的应用场合和特别设计来选择合适的内衬管,就是在壁厚和机械特性之间做一个精妙的权衡。于是,更多能够更好地匹配尺寸、柔韧性和强度组合的PTFE导管内衬管选择便可以在提升导管性能和手术疗效中扮演重要的角色。
每一层都对器械的整体性能有所贡献:
目前的方法 – 自由挤出与铸膜PTFE内衬管
国际医疗器械展Medtec China 2023了解到,一直以来使用两种方法生产薄壁PTFE内衬管:自由挤出和铸膜。在自由挤出方法中,将精细的PTFE粉末与有机溶剂/润滑剂混合,然后压缩形成预制件。将预制件通过糊状挤出机,生产出薄壁PTFE管。挤出后,管材经过脱挥发和烧结,最终生产出超薄壁管材。挤出工艺可使PTFE基体中的晶粒松开,形成轴向或挤出方向的原纤维。这些定向原纤维有助于产生自由挤出内衬管中常见的强度和刚度。
生产超薄壁导管内衬管的第二种方法是铸膜工艺。铸膜工艺是将PTFE浓缩分散液涂敷或涂覆在金属芯线(例如不锈钢或铜)上,然后进行烧结。重复铸膜烧结过程,直至达到所需的涂层厚度。最后抽出线芯,留下超薄壁PTFE管材。与挤出不同,铸膜工艺不会让单个的PTFE分子链产生分子取向,因此产品具有各向同性特性。与同等尺寸的自由挤出内衬管相比,具有这一特点的内衬管虽然强度稍低,但更加柔韧。
铸膜和自由挤出都能生产超薄壁PTFE内衬管,但工艺不同,产品的特性和设计导管时的考虑也略有不同。例如,对于要在存在压缩或径向力的情况下部署器械(例如血流导向装置、栓塞装置、支架或机械血栓切除装置)的导管,优先选用高拉伸强度的内衬管。对于要在复杂的细小血管(例如膝部以下和颈部以上)中使用的导管,则优先选用低拉伸强度和高柔韧性的内衬管。虽然非常容易操作,但这些导管能够实现的疗法可能受到局限。因此,自由挤出和铸膜内衬管都有各自的专用领域,选择柔韧性或强度都可能会制约导管设计。