本发明涉及医疗器械，特别涉及一种医用聚酰亚胺导管及其制备方法和应用。
背景技术：
1、医用导管是通过符合医用标准的高分子材料制备而成，用于插入人体内或体外疾病诊断或治疗过程中的医疗器械导管，尤其是在微创外科手术如心血管介入治疗、肠胃介入治疗和内窥镜等，可以有效减轻患者创伤出血、手术疼痛，且康复快，从而得到了广泛应用，进一步促使了微细精密医用导管需求量的增加，尤其是高端领域像高性能医用聚酰亚胺导管已经供不应求，但是现有技术中的医用导管的质量并不能满足医疗技术发展的需要。
2、聚酰亚胺材料被用于超细微且高精密医用导管的首选材料，主要是因为其具有良好的生物相容性可通过iso10993-5，10标准检测，以及优异的耐化学性、耐辐照性，出色的应力强度、扭矩传递、弯曲韧性等，可以较好地满足体内远距离的医疗操作要求。现有技术中，聚酰亚胺管材的制备主要有两条路线，最广泛应用的技术一般采用熔融挤出的方法，如图1所示，通常将聚酰亚胺树脂熔融态通过螺旋挤出机直接挤出成型，该路线设备和工艺较为成熟，具有生产效率高、导管内外径公差以及表观质量相对容易控制等优点；但是为了确保聚酰亚胺树脂能高温熔化，结构中有大量柔性单元，导致其强度和抗扭结性能偏低，且因为是纯树脂本体成型，挤出管壁无法超薄化，目前主要用在绝缘套管和光纤保护层，无法达到高精密微创治疗领域要求。另一种技术路线是溶液涂覆成型法，它最大优势是结构选型多样化如不熔、不溶型结构，可制备高强抗扭曲型导管，且借助溶剂挥发，胶膜减薄，可以制备出管壁小于6um的超薄导管，但涉及导管胶膜的平稳干燥和高温固化双重工序，综合性能、管径、壁厚，尤其是导管外径和外表面表观质量，都较难控制。
3、基于上述问题，聚酰亚胺导管还可以采用更复杂的溶液涂覆成型技术路线，且还在单层聚酰亚胺导管的基材上增加了多个功能层，制备出具有性能更高和应用更广的功能型复合导管。如在导管的外表面增加一层聚四氟乙烯层，可使导管表面摩擦系数从聚酰亚胺的0.50降低到聚四氟乙烯的0.20～0.30，可大幅提高导管在体内的润滑性，减小微创手术中的摩擦疼痛。现有技术中的典型多层复合导管产品，如reinforced polyimidetubing、nordsonbraid-reinforced tubing通常采用三层结构设计。如图2所示，由内至外依次包括基材层1、增强层2和润滑层5，其中，内层的基材层为高强高模型聚酰亚胺材料，充当导管结构的“骨干”和无针孔衬底，同时可以承受住气压或流体压力；中间层增强层2可根据特定需求进行定制化设计，选用不锈钢或镍钛合金等增加可推性，高编织密度可增强柔韧性和抗扭结能力；表层聚四氟乙烯的润滑层5，可以提高导管表面平滑性，同时压住编织层并用于“携带”金属丝编织层，使其随着管材弯曲而伸长或收缩。然而，内层的基材层为确保其高强高模和抗扭曲等性能，采用的是热固性不熔不溶的刚性分子结构，聚合物凝聚态堆积致密、表面光滑，致使其与编织增强层的粘附性差，尤其是在弯曲和扭曲应力下，容易出现层间分离等现象，且编织增强层的编织物缝隙也需要填充聚酰亚胺树脂，存在大量的两种材质界面，这将导致导管的可靠性和安全性大幅降低，甚至带来手术事故。
4、现有技术中，针对聚酰亚胺单层导管进行填料或聚合物的共混改性，例如专利cn114452446a和cn114075385a，通过添加无机化合物(如二氧化硅等)或聚合物进行物理混合来改善导管的强度和抗扭结性能，但是也同样地无法解决界面粘附的问题。
5、基于现有技术存在的问题，开发一种加强型医用聚酰亚胺导管及其制备方法和应用，通过在导管结构中引入一层高粘附型热塑性聚酰亚胺，使其作为热固性聚酰亚胺基材层与增强编织层的粘附和应力过渡层，可有效解决多层界面的分层问题，提高多层聚酰亚胺医用导管的可靠性和安全性。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的技术问题，本发明公开了一种聚酰亚胺化合物、医用聚酰亚胺导管及其制备方法和应用，提供的医用聚酰亚胺导管具有超薄、高强、抗扭曲、耐溶剂、耐磨、阻水等优异综合性能，符合现有技术对高端医疗对聚酰亚胺导管的要求。
2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案，一种医用聚酰亚胺导管，所述聚酰亚胺导管为多层结构，由内至外依次由第一基材层、增强层、粘附层、第二基材层和润滑层组成；所述粘附层将所述第一基材层、增强层、第二基材层和润滑层融合形成一体结构。
3、优选地，所述第一基材层和所述第二基材层均为热固性聚酰亚胺化合物；
4、优选地，所述粘附层为热塑性聚酰亚胺化合物；
5、优选地，所述增强层为不锈钢、镍钛合金、液晶聚合物纤维、合成纤维中的一种或几种；
6、优选地，所述润滑层为四氟乙烯(ptfe)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)、可溶性聚四氟乙烯(pfa)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚苯砜尼龙11尼龙12聚氨酯聚醚酰胺中的一种或多种组合。
7、优选地，所述增强层的材料为线性材料制作而成的编织管。
8、优选地，所述编织管包括编织网或线圈线；所述编织网每英寸交叉数(pic)为10～200；
9、优选地，所述线圈线每英寸缠绕数(wpi)为20～180。
10、优选地，所述线性材料为扁形或圆形线状材料。
11、更优选地，所述扁形线状材料的截面厚*宽的尺寸为0.006mm*0.032mm～0.05mm*0.25mm，所述圆形线状材料的截面直径为0.012mm～0.1mm。
12、优选地，所述热固性聚酰亚胺化合物由第一二酐单体化合物和第一二胺单体化合物通过缩聚反应制备得到，其中，二酐单体化合物选自均苯二酐、吡嗪四酸二酐、环丁烷二酐、1，4，5，8-萘四酸二酐、4，4′-联苯二酐、2，3，6，7-蒽四酸二酐、二苯并二氧六环二酐、4，4′-对三联苯二酐、3，4，9，10-芘四酸二酐、四苯二醚二酐、9，9-双[4-(3，4-二羧酸苯氧基)苯基]芴二酐中的一种或几种的组合；二胺单体化合物选自对苯二胺、2，6-二氨基吡啶、1，4-联苯胺、4，4′-二氨基-2，2′-二甲基联苯、2-氨基-5(4-氨基苯基)-嘧啶、2，5-二(4-氨基苯基)吡啶、4，4′-二氨基二苯甲烷、4，4′-二氨基二苯醚、5-氨基-2-(3′-氨基苯基)苯并咪唑、3，3′-二羟基联苯二胺、4，4′-二氨基-四甲基-p-三联苯中的一种或几种的组合。
13、优选地，所述热塑性聚酰亚胺化合物由第二二酐化合物和第二二胺化合物通过缩聚反应制备得到，其中，所述第二二酐化合物选自4，4′-二苯醚二酐、4，4′-二苯酮四酸二酐、二偏苯三酸酐对苯二酚酯、4，4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯酮二酐、4，4′-二苯硫醚二酐、4，4′-二苯砜二酐、4，4′-对苯二醚二酐和4，4′-双酚a二醚二酐中的一种或几种的组合；所述第二二胺单体为4，4′-二氨基二苯醚、1，4-双(4-氨基苯氧基)苯、1，3-双(4-氨基苯氧基)苯、4，2′-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、3，4′-二氨基二苯醚、2，7-双(4-氨基苯氧基)萘、4，4′-双(3-氨基苯氧基)联苯和4，4′-双(3-氨基苯氧基)二苯酮中的一种或几种的组合。
14、优选地，所述聚酰亚胺导管的内径为10～1000μm。
15、优选地，所述润滑层的厚度为0.5～20μm。
16、作为另一个目的，本发明还提供了上述的聚酰亚胺导管的制备方法，采用聚酰亚胺材料分别作为具有支撑作用的所述第一基材层、第二基材层，以及具有粘附作用的所述粘结层，编织物或线圈作为增强层，含氟塑料或聚醚酰胺热塑材料为润滑层，通过溶液涂覆方式逐层控制各层厚度和界面强度，从而制备出所述聚酰亚胺导管。
17、优选地，所述制备方法包括采用多级浸涂-定型工艺，在管芯表面依次形成基材层-增强层-粘附层-润滑层；具体包括以下步骤：
18、s1.第一基材层的制备；先将热固性聚酰胺酸前驱体溶液浸涂在所述管芯的表面，并进行第一次预烘干定性后在所述管芯的表面形成均匀的胶膜，即为基材层；
19、s2.增强层和粘附层的制备；将编织管嵌套在所述基材层的表面形成增强层；再将附着有所述增强层的所述管芯浸入在热塑性聚酰胺酸前驱体溶液中，所述热塑性聚酰胺酸前驱体溶液填充到编织管的缝隙中，并进行第二次预烘干定性，在所述增强层的表面形成粘附层；
20、s3.第二基材层的制备；将附着有所述粘附层的管芯浸入所述热固性聚酰胺酸前驱体溶液中，进行高温固化处理，将所述第二基材层和所述粘附层完全烘干；
21、s4.聚酰亚胺导管的制备；最后将烘干后的所述管芯进入所述润滑剂溶液中，在所述粘附层表面涂覆一层润滑层，经第三次预烘干定性后，再进行高温烘干，所述润滑剂软化形成致密光滑的表层结构，即得到所述聚酰亚胺导管。
22、优选地，所述热固性聚酰胺酸前驱体溶液和所述热塑性聚酰胺酸前驱体溶液的制备中采用的溶剂为极性非质子溶剂；优选地，所述溶剂包括有甲酰胺类、乙酰胺类、亚砜类吡咯烷酮类；酚类溶剂、四氢呋喃(thf)、二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷、六甲基磷三酰胺、y-丁内酯、环戊酮中的一种或几种以上的组合；所述热固性聚酰胺酸前驱体溶液和所述热塑性聚酰胺酸前驱体溶液的固含量均为6～50wt％，优选8～40wt％，更优选为10～30wt％；粘度为1～100000cp，优选为10～10000cp，更优选为1000～8000cp；
23、优选地，所述管芯依次传送至所述热固性聚酰胺酸前驱体溶液和所述热塑性聚酰胺酸前驱体溶液中，传送速度均为0.1～50m/min，优选为0.5～30m/min；
24、优选地，所述第一基材层和所述第二基材层的厚度为0.5～10μm，优选为1～7μm，更优选为2～4μm；
25、优选地，第一次预烘干定性和第二次预烘干定性的温度均为80～200℃，优选为100～180℃，更优选为120～160℃。
26、优选地，所述高温固化处理包括采用多段式高温加热工艺对所述第一基材层、所述第二基材层和所述粘附层进行干燥和亚胺化；
27、优选地，所述高温固化处理的工艺条件包括先阶段性升温后再退火；
28、优选地，所述阶段性升温的范围为200～700℃，每一个阶段的热处理时间为1～100min；所述退火的温度范围为150～500℃，退火时间为1～100min；
29、优选地，所述阶段性升温包括分别在300℃、360℃、420℃和480℃条件下分别热处理3min；所述退火包括分别在400℃、300℃、200℃的条件下退火3min；
30、优选地，高温处理温度范围优选200-700℃，进一步优选250-600℃，处理时间优选1-100min，进一步优选2-40min。
31、本发明提供的加强型医用聚酰亚胺导管可以有效解决多层功能型导管的层间分离问题，使其在微创手术中具有更高的灵活性与安全可靠性。基于上述技术方案，分别对各层结构的作用、工艺条件进行如下分析；
32、(1)针对聚酰亚胺基材，该层需要满足高强度、高模量、抗扭曲、耐磨损、抗气体或液体渗透、抗气压或液压膨胀；此外还需满足厚薄可调，尤其是管壁超薄化。为达到上述要求，从分子结构设计上选择刚直性的二酐和二胺单体，如均苯四甲酸酐(pmda)、4，4’-联苯四甲酸二酐(4，4’-bpda)、对苯二胺(pda)等，使其即便是超薄导管也具有极高的比强度和抗扭曲性。同时利用少量多次的溶液涂覆工艺和胶液挥发胶膜减薄的优势，制备出壁厚可控厚薄可调的导管。
33、(2)针对增强层，该层需要满足高柱刚度、抗环向压缩、抗扭结等，尤其是可根据特殊功能需要定制化设计。本发明采用的金属，或者选用可编织有机纤维作为增强材料，尤其是适合编织低密度的纤维材料，形状上选择编织网或线圈线，同时编织网选择全载或半载编织图案并通过选择每英寸交叉数(pic)来调节性能，如较高的pic可提高灵活性，而较低的pic则可增加纵向刚度，线圈选择顺时针或逆时针盘绕并通过每英寸缠绕数(wpi)调节刚柔比。
34、(3)针对顶层润滑层，该层需要满足低摩擦系数、良好生物学相容性、耐化学溶剂、低硬度值、良好热熔性和粘附力等。本发明采用易熔热塑性聚合物作为润滑层材料，如包括聚四氟乙烯(ptfe)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)、尼龙、聚醚酰胺聚氨酯等，利用溶液或乳浊液涂覆成型，再烘干去除溶剂，最后在熔点附近进行热烘烤，使其形成致密光滑的表层。
35、(4)针对聚酰亚胺基材层与金属增强层粘附性低易分层问题，本发明引入高粘附型热塑性聚酰亚胺作为两者之间的黏结过渡层和应力缓冲层，通过在增强层的编织结构中浸入高粘附型热塑性聚酰亚胺，其与基材层(热固性聚酰亚胺)具有良好的相容性，从而是层与层之间的界面问题，进一步地，本技术采用溶液涂覆上胶的方式调控其厚度，且利用溶液浸润快和扩散好的优点，使基材层与增强层有牢固的界面结合力，从而解决了现有技术中的界面分层的问题。
36、本发明中，用于聚酰亚胺基材层的成型芯线选用可以耐受高温处理的材料，如金属类的不锈钢钢丝、银丝、铜丝、镀银铜丝，或非金属类的玻璃棒、石英棒等，且为了管芯与导管的平稳分离，对芯线预先涂覆氟材料或其他润滑剂，根据导管内直径要求，管芯的直径为10-20000um。
37、本发明中，基材层和粘附层的聚酰亚胺树脂合成方法，将充分考虑反应浓度、加料顺序、反应温度及时间、搅拌方式及速率、釜内传质传热过程、粘度调控方式等对树脂聚合的影响，用质谱和液相色谱检测树脂的分子量及其分布，系统建立不同反应规模对分子量大小及分布和综合性能的影响关系，优选出最适合工艺条件以实现树脂性能和批次的均匀稳定。
38、本发明中，对聚酰亚胺树脂聚合反应的外部因素进行严格控制，将反应装置安装在千级恒温恒湿洁净室，反应釜采用夹套传热方式，同时使用大功率冷热一体机进行快速精准控温，反应溶剂采用隔水阻氧的精确计量泵进行输送，反应后的树脂采用孔径1-2um的滤芯进行精密过滤，以降低外界环境影响。
39、本发明中，聚酰亚胺基材层的制备采用溶液涂覆成型法，将管芯穿过聚酰亚胺胶槽、刮胶口模和预烘道，通过调控聚酰亚胺树脂的粘度、固含量、管芯的运行速度和口模口径大小实现基材层的厚度控制。
40、本发明中，聚酰亚胺溶液涂覆后的烘干和固化，采用多段式程序控温热处理方式，因为溶剂挥发过慢则分子链在升温过程中断链严重导致延伸率偏低柔性变差，过快则缺乏残余溶剂的增塑作用导致分子链运动能力下降亚胺化程度不足且容易产生膜面鼓泡，通过优化热处理工艺实现优异的导管基材层性能和表观质量。
41、本发明中，高粘附型过渡层的制备，其导管示意图如图3所示，首先，将含有管芯的聚酰亚胺基材层浸渍于热塑性聚酰亚胺溶液再烘干，形成表面粘附胶层，其胶层厚度通过胶液的粘度、固含量和浸渍次数进行调控；然后将增强体嵌套在带有管芯的聚酰亚胺基材层上，再一起多次穿过热塑性聚酰亚胺溶液胶槽和预烘道，直到增强体完全埋覆于粘附性热塑性聚酰亚胺树脂中，再将管芯穿过热固性聚酰亚胺树脂溶液胶槽和预烘道，最后对其进行多梯度式高温亚胺化形成致密的管壁，其中介于热固性聚酰亚胺基材层和增强体之间的热塑性过渡层可以起到高粘附和缓冲应力的作用，防止分层。
42、本发明中，将高温固化后的聚酰亚胺导管穿过聚四氟乙烯(ptfe)或聚醚酰胺的稀溶液，再经过热烘道进行干燥，通过调控溶液固含量、粘度和涂覆次数达到目标厚度，最后将表层的润滑层加热到熔点附近进行热处理，使其致密平滑。
43、本发明中，将制备的聚酰亚胺导管根据市场用户需求，先进行特定长度的裁切，然后再进行导管与管芯的分离，最终获得多层功能型复合导管。
44、本发明技术方案的技术效果：
45、1.通过采用本发明的技术方案，本发明采用多层结构设计的导管，将聚酰亚胺基材层、增强层和润滑层进行功能型组合，且引入高粘附型聚酰亚胺作为过渡层有效解决层间分离问题，使其具有优异的柔韧性、抗扭结性、平滑性和可推送性，以及高爆裂压力、环向强度和柱强度，在微创手术中改善手术结果，提高患者安全性。
46、2.采用本发明的技术方案，采用管芯在聚酰胺酸前驱体溶液浸涂法，通过控制聚酰胺酸前驱体溶液固含量和粘度、胶槽口模直径大小、浸涂次数，从而实现导管壁厚在4-100μm的可控成型，与现有技术的挤出成型的导管相比，壁厚最薄只能达到30μm，本发明的导管壁最薄能达到10μm。
47、3.针对聚酰胺酸前驱体在转化成聚酰亚胺导管过程中，在中高温段加热时出现分子链降解，导致短管变脆等问题，本发明在聚酰胺酸的亚胺化过程采用浸涂胶液、口模定型、预烘、浸泡亚胺化试剂、高温烘烤等工艺步骤，其中浸泡亚胺化试剂将可大幅提高聚酰亚胺导管韧性，以及提高表面致密使其具备优异阻水性，有利于降低心血管中血液对导管的渗透。
48、4.本发明采用嵌段型分子链段组合实现其聚酰亚胺导管高强高模、抗扭曲和耐磨性能，并采用聚酰胺酸前驱体溶液先成型后固化实现管壁厚薄可调，且利用化学试剂的催化作用确保其高韧性和致密性，实现在高端医疗器械中的广泛应用，尤其是心血管介入治疗方面。
1.一种医用聚酰亚胺导管，其特征在于，所述聚酰亚胺导管为多层结构，由内至外依次由第一基材层、增强层、粘附层、第二基材层和润滑层组成；所述粘附层将所述第一基材层、所述增强层、所述第二基材层和所述润滑层融合形成一体结构。
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺导管，其特征在于，所述第一基材层和所述第二基材层均为热固性聚酰亚胺化合物；
3.根据权利要求2所述的聚酰亚胺导管，其特征在于，所述增强层的材料为线性材料制作而成的编织管；
4.根据权利要求2所述的聚酰亚胺导管，其特征在于，所述热固性聚酰亚胺化合物由第一二酐单体化合物和第一二胺单体化合物通过缩聚反应制备得到，其中，二酐单体化合物选自均苯二酐、吡嗪四酸二酐、环丁烷二酐、1，4,5,8-萘四酸二酐、4，4′-联苯二酐、2，3，6,7-蒽四酸二酐、二苯并二氧六环二酐、4,4′-对三联苯二酐、3,4,9,10-芘四酸二酐、四苯二醚二酐、9,9-双[4-(3,4-二羧酸苯氧基)苯基]芴二酐中的一种或几种的组合；二胺单体化合物选自对苯二胺、2，6-二氨基吡啶、1,4-联苯胺、4,4′-二氨基-2,2′-二甲基联苯、2-氨基-5(4-氨基苯基)-嘧啶、2，5-二(4-氨基苯基)吡啶、4,4′-二氨基二苯甲烷、4,4′-二氨基二苯醚、5-氨基-2-(3′-氨基苯基)苯并咪唑、3，3'-二羟基联苯二胺、4,4′-二氨基-四甲基-p-三联苯中的一种或几种的组合；
5.根据权利要求1-4任一项所述的聚酰亚胺导管，其特征在于，所述聚酰亚胺导管的内径为10～1000μm；
6.一种如权利要求1-5任一项所述的聚酰亚胺导管的制备方法，其特征在于，采用聚酰亚胺材料分别作为具有支撑作用的所述第一基材层、第二基材层，以及具有粘附作用的所述粘结层，编织物或线圈作为增强层，含氟塑料或聚醚酰胺热塑材料为润滑层，通过溶液涂覆方式逐层控制各层厚度和界面强度，从而制备出所述聚酰亚胺导管。
7.根据权利要求6所述的聚酰亚胺导管的制备方法，其特征在于，包括采用多级浸涂-定型工艺，在管芯表面依次形成基材层-增强层-粘附层-润滑层；具体包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的聚酰亚胺导管的制备方法，其特征在于，所述热固性聚酰胺酸前驱体溶液和所述热塑性聚酰胺酸前驱体溶液的制备中采用的溶剂为极性非质子溶剂；优选地，所述溶剂包括有甲酰胺类、乙酰胺类、亚砜类吡咯烷酮类；酚类溶剂、四氢呋喃(thf)、二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷、六甲基磷三酰胺、γ-丁内酯、环戊酮中的一种或几种以上的组合；所述热固性聚酰胺酸前驱体溶液和所述热塑性聚酰胺酸前驱体溶液的固含量均为6～50wt％，优选8～40wt％，更优选为10～30wt％；粘度为1～100000cp，优选为10～10000cp，更优选为1000～8000cp；
9.根据权利要求7所述的聚酰亚胺导管的制备方法，其特征在于，所述高温固化处理包括采用多段式高温加热工艺对所述第一基材层、所述第二基材层和所述粘附层进行干燥和亚胺化；
10.根据权利要求5所述的聚酰亚胺导管作为医疗器械的应用，尤其是介入微创手术器械中的应用。
