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等离子清洗机
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等离子体表面改性工艺处理医学材料

  在化学相容性或化学键中表现出来的强界面作用力能增强两个表面之间的黏附性。通常聚合物具有较低的或中等能量的表面能,因此很难在其表面进行黏结或进行表面涂层。经氧等离子处理后,聚丙烯的表面张力从29dyn/cm提高到了72dyn/cm,几乎达到接触角为零的全水吸附所需的数值。其他材料表面经过活化工艺,会使表面产生硝化、氨化、和氟化。等离子体表面改性可以在表面形成如胺基、羰基、羟基、羧基等功能团,提高界面黏附力。医用导管、输液袋、透析过滤器和其他组件,以及医用注射针头、用于装血液的塑料薄膜袋和药袋的附着都得益于等离子体对材料表面的活化工艺。

  常规的清洗方法不会完美,常在清洗后仍然残留薄薄的一层污染物。但如果采取等离子体活化工艺清洗,弱化学键将很容易被打断,即使污染物残留是在几何形状非常复杂的表面上,也照样可以去除掉。等离子体可以去除油膜、微观的秀菌或其他污染物,这些污染物是在存储过程中或前期制造工艺中,通过化学转化形成的高蒸汽压的挥发性气体黏附在材料表面形成的。注射成型添加剂、硅基化合物、脱模剂及部分被吸附的污染物可以通过等离子放电清洗,能有效地从塑料、金属和陶瓷的表面去除。对后续制造产生干扰的塑料添加剂也可以通过等离子体去除,并且在这个去除过程中不会破坏或更改基底的属性。此外,采用等离子体清洗技术,还可以清洗及其敏感的仪器零件表面或植入物的表面。

  等离子体可以改进材料表面的润湿性,降低大多数基底材料与水或其他液体的接触角。实验证明,材料只需要被等离子体处理几分钟就可以使其表面的水接触角降低至少2度。与血液过滤器或各种透析过滤薄膜一样,也包括透析过滤系统的微滤组件,等离子体同样也可以赋予织物或无纺布织物永久的亲水性能。培养皿、滚瓶、微载体和细胞膜等细胞培养基质的表面均可以通过等离子体改性来大大提高其润湿性。通过控制表面的化学结构、表面能和表面电荷状态可以改善细胞生长情况、蛋白结合性能以及特定细胞附着性能。

  等离子体处理无纺布或其他织物布料的表面,也可以使其具有疏水性。疏水表现为据水特性,当这种布料浸没在水溶液中时,不在通过毛细管效应吸水。这种技术同样也适用于某些材料,使其具有疏油性或使纸张、纺织品和过滤元件等具有疏水性。四氟化甲烷、六氟化硫、氟化烃等氟化物,可以用于诱使表面结构中的氢原子被氟原子替代,形成类似聚四氟乙烯的结构,从而使材料表面具有疏水性、化学惰性以及高化学稳定性。

  等离子体表面改性的另一个重要应用是促进细胞生长或蛋白质的结合,以降低血栓的生成。氟化的聚四氟乙烯涂层和从有机硅单体中提取的类似有机硅涂层都具有血液相容性。薄膜中氟碳比、润湿性和存在形态,显然都与纤维蛋白质的吸收和存储息息相关,纤维蛋白原是一种存在于人体血液中并参与凝血过程的蛋白质。可以采用PECVD制备不同表面形态的类聚四氟乙烯薄膜。

  通过等离子聚合可以从有机硅单体中获取类硅烷薄膜。SixCyHkOz复合物被用在血液过滤器中和聚丙烯的中空纤维膜中以涂覆活性炭的颗粒。血液灌溉器是将患者动脉血液循环地引入血液灌流器中,使血液中的毒物、代谢产物被吸附净化,然后再输回体内。血液灌流器中的吸附剂包括活性炭那、酶、抗原、抗体等。其中碳颗粒必须被聚合物薄膜包覆,以防止细小颗粒进入到血液中;同样,微孔聚丙烯血液氧合器也要涂上一层类硅烷聚合物薄膜,目的是为了降低聚丙烯表面的粗糙度,以减少对血液细胞造成的伤害。

  肝素和类肝素分子、胶原蛋白、白蛋白和其他生命起源分子可被固定在聚合物表面上,发挥抗血栓的作用。因此,要使这些分子固定在聚合物的表面,那么就需要聚合物被激活,并此对接枝聚合的分子作出响应。这个过程主要以试验实证的方法为准,用的最多的接枝基团是-NH2、OH和-COOH,这些基团主要从非沉积供应原料NH3、O2、H2O中获取。

  经过氨气等离子体处理后的材料表面会存在氨基功能团,它类似于肝磷酯,可作为抗凝剂的附着位点。这种等离子体在体外医用器皿上的应用实例有实验或药物生产用的培养皿的清洗改性,以及微孔板的表面改性。这种表面改性还可以提高人体植入物的生物相容性。

  例如,通过提高血溶性涂层与本体材料的黏合性能,改善人造血管、隐形眼镜、给药植入体等植入物的生物相容性。在某些应用中。若有必要的话,还可以通过材料表面处理降低蛋白质或细胞的黏附性,如接触的隐形眼镜和人工晶状体材料。

  很多材料都会促使蛋白结合,而导致血栓的形成。材料表面使用抗凝涂层后,可以有效降低表面凝血形成血栓的趋势,但是抗血栓涂料往往不能很好地与聚合物表面结合。采用等离子体中的活性自由基使材料表面通过肝素化或接枝抗栓官能团,来增加材料表面有效地化学键结合。材料表面改性的效果由一系列的因素决定,这些因素包括材料基底的选取、抗血栓涂料的成分构成和改性后的材料使用寿命。动物实验的结果表明,经过等离子体表面活化改性后,在涂覆一层肝素的聚氨酯导管,在使用30天后,没有出现蛋白附着的现象;只经过等离子体表面改性而无肝素涂层的聚氨酯导管,出现了少量的蛋白附着;而未经等离子体表面改性的导液管则出现了严重的血栓。与未经处理的血液过滤器相比,改性后的血液过滤器大幅减少了血小板的附着量。

  有些时候,通过对体外材料的表面改性来增强培养细胞的黏附性和培养过程中细胞生长速率是十分必要的。在某些特殊情况下,细胞黏附性和培养过程中细胞生长速率是十分必要的。在某些特殊情况下,细胞黏附效果是保证细胞繁殖的必要条件,经等离子体表面改性后的体外细胞培养皿,在其表面的细胞繁殖速率明显比未处理 培养皿表面的细胞繁殖速率快。实验结果表明,聚酯、聚乙烯和K-树脂等材料经等离子体改性后,其细胞附着性可明显提高。

  与其他材料表面相比,一些有机硅及聚氨酯等聚合物的表面摩擦系数较高。这种材料制成的器械经等离子体表面处理后,再涂覆上一层低摩擦系数的聚合物,表面就会更加润滑。例如,等离子体表面改性后可提高医用导管表面上水凝胶涂层的黏附性,水凝胶涂层能降低医用导管与内血管壁之间的摩擦。用于导尿管、呼吸气管和心血管的插管,或内窥镜/腹腔镜手术的仪器,以及用于眼科的材料,在与体液接触时应具有良好的疏滑特性,这样体液与这些光滑的医疗器械表面接触时才不会黏附在其表面上。被电离的等离子体活性气体可抑制造这样的低摩擦系数的材料表面。这种低摩擦系数的医疗器械在插入病人体内或从体内取出时,会降低对病人黏膜的机械损伤以及减少病人的不适感。等离子体技术活等离子体技术结合其他技术,尤其是结合二甲苯聚合物涂覆技术,已成功在各种医疗器械的制造中得到了应用,如在眼科和影像外科手术中等。

  通过薄膜沉积方法在塑料产品的表面沉积一个阻隔层,可以降低酒精、其他液体或蒸汽在塑料产品表面的渗透能力。例如,经过等离子体处理后的高密度聚乙烯可以使这种聚乙烯材料对酒精的渗透能力降低10倍。由于血液与生物材料中的一些化学成分会发生相互作用,这种相互作用会导致血液凝固,危害人体,所以像硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚氨酯、PVC等生物材料制成的与血液接触的植入物仅能在血液中停留很短的时间。例如,PVC血袋中的二辛脂邻苯二甲酸酯和某些稳定剂会慢慢从PVC基底中释放出来,与血液相互反应从而引起血液凝固。等离子体对PVC材料处理后,在表面形成一层紧密交联的防渗薄膜,这层膜具有生物相容性,可以在一个较小的范围内调节膜的分散率,起控制稳定剂等物质传输的作用。

  通过等离子体改性膜材料还可以提高对扩散物质的选择性。通常需要薄膜材料在保持高渗透率的同时,还应该对渗透物质具有高选择性。结合化学作用或物理限制,通过控制孔的大小可以提高膜表面的选择性。血液透析、蛋白质纯化等生物分离过程都得益于这一技术的实施。

  通常,具有诊断功能的生物传感器要求把酶或抗体等生物组分固定在传感器的表面。等离子体的接枝与表面功能化处理为生物组分和基底之间建立共价键提供了便捷、高效的办法。