圖1 - 派瑞林N型、C型和D型的在空氣中的有效使用壽命隨溫度的變化。失效 = 抗拉強度損失50%。
高質可靠的球囊導管制造過程對患者的許多先進治療來說至關重要，包括球囊擴張術、支架和藥物遞送、經(jīng)導管主動脈瓣置入術、經(jīng)皮腔內斑塊旋切術、腎去神經(jīng)支配術和激光球囊血管成形術。這些微創(chuàng)手術極大地提高了全球患者的生活質量、提高了患者的安全性、縮短了恢復時間并降低了全球患者的治療費用。
球囊導管是指聚合物球囊相連在球囊兩端的導管。球囊和導管之間的粘合需要通過直接熱壓縮、高頻焊接或激光加工等工藝進行熱密封。在每種情況下，該過程都需要在導管/球囊對的內部硬表面上進行按壓，從而優(yōu)化粘合，使其能夠在使用過程中承受所需的膨脹壓力。尺寸精確的線材成形芯軸通過導管和球囊的重疊來對組件進行分段密封。密封處理完成后便可將芯軸從組件中退出。
這些成形芯軸通常由醫(yī)用不銹鋼融合其他高度專用的特種合金制成，包括稱為鎳鈦諾的形狀記憶合金（鎳和鈦的合金）。芯軸長度從幾英寸到120英寸不等。粘合處理完成后，必須在不損壞新粘合的情況下將芯軸線材從組件中退出，所以芯軸不能粘在新形成的粘合上。如果芯軸線材裸露無涂層，則很難退出，同時還會損壞粘合。在芯軸上使用永久性防粘涂層便有助于解決該問題，這種防粘涂層材料通常采用聚對二甲苯（派瑞林）或聚四氟乙烯（PTFE）。
這兩種涂層材料的成本和性能相當，已成功在導管成形芯軸上使用幾十年。然而，人們對人體直接和間接接觸氟化聚合物的問題越來越關注，政府監(jiān)管機構也在采取行動來限制和取消不同行業(yè)的使用。而聚四氟乙烯就是一種PFAS（全氟和多氟烷基物質）材料，且在PFAS市場上占據(jù)了大部分份額。
2023年初，歐洲化學品管理局（ECHA）發(fā)布了一項全面的PFAS限制提案，要求對約10,000種全氟烷基和多氟烷基物質的使用進行限制。美國環(huán)境保護署（EPA）的相關指標表明，全球的監(jiān)管機構都在繼續(xù)采用相似的減少和取消途徑，這也給PTFE未來在醫(yī)用芯軸上的使用帶來了不確定性。
芯軸上最常用的派瑞林變體是派瑞林N型，它不含氟和其他鹵素。已經(jīng)驗證，SCS派瑞林能夠承受球囊連接工藝中常用的溫度，這種工藝應用于當今最常用的材料，包括聚醚嵌段酰胺（PEBAX®）、聚氨酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），工藝溫度通常在175°至225°C之間。在連接工藝中，這些溫度一般會持續(xù)20到45秒。
一般情況下，采用傳統(tǒng)的熱估計方法來評估24小時到10年期間派瑞林暴露在高溫下的使用情況，具體方法參見Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology。2
派瑞林最常用的圖表如圖1所示，圖中將失效點繪制為時間與溫度的對數(shù)關系。失效點定義為抗拉強度損失50%時，基于Arrhenius外推法得出所示曲線。圖中的溫度數(shù)值是派瑞林N型、C型和D型的熱耐久性估計值。
事實證明，SCS派瑞林可承受當今最常用材料的球囊連接工藝的常用溫度。（圖片來源：Specialty Coating Systems）
由于球囊/導管的密封過程不會超過24小時，因此，需要一種更適合的方法來確定適用性。熱重分析（TGA）能夠更加可靠地預測短期熱耐久性，因而已成為許多市場評估熱性能的標準。另外，這種方法也能說明氧氣的存在對材料性能的影響。TGA分析可用于在特定環(huán)境下確定質量隨溫度變化的情況。加熱速率可以根據(jù)應用環(huán)境定制，通常設為每分鐘1開氏度或每分鐘10開氏度。采用較高的加熱速率可以用于測試分析導管成形過程中材料的熱融合等快速加熱應用情況。
如下圖，派瑞林N型的TGA范例結果可用于觀察其適用性，并說明為何派瑞林已成為醫(yī)用芯軸的首選涂層材料。圖2和圖3中分別顯示了派瑞林N型在空氣和氮氣中對溫度升高的反應。T5%值是材料評估中用于描述開始熱分解的一個測量值，定義為質量損失5%時對應的溫度。雖然該值沒有被特別視為失效點，但可作為熱降解開始的標志。
圖2 - 空氣中派瑞林N型的TGA分析。
在空氣環(huán)境中時（圖2），派瑞林N型的T5%值為327℃。而在氮氣環(huán)境中（基本上無氧氣），派瑞林N型的熱穩(wěn)定性會進一步提高，可參見圖3，圖中顯示T5%值提高為480°C。
圖3 - 氮氣中派瑞林N型的TGA分析。
觀察派瑞林N型的短期溫度耐受能力可以發(fā)現(xiàn)，它可以輕松承受的溫度遠高于PEBAX、聚氨酯和PET以及其他在研新材料的耐受溫度。在典型的導管生產工藝中，設備和需融合材料的配置會帶來某種程度的限制，即限制處理過程中暴露在空氣/氧氣中的時間。這樣就會形成一個介于空氣和氮氣中TGA測試之間某個點的模擬環(huán)境，T5%值也在327°C和480°C之間，進一步保證了派瑞林N型在導管生產過程中的熱性能，特別是作為芯軸線材上的涂層，在密封過程完成后必須能夠輕松去除。
由于派瑞林以往的一貫表現(xiàn)和成功記錄和極具特色的熱性能，目前使用PTFE涂層芯軸的制造商可能會選擇使用派瑞林，以避免PFAS所帶來的潛在問題。作為一種真空沉積的長鏈聚合涂層，派瑞林為超薄涂層提供了關鍵的防粘性能。它的保形特性有助于達到通常要求的嚴格尺寸公差。因為不是液體涂層，所以不需要固化，不受液體物理特性的限制，也不受收縮和/或脫落的影響。派瑞林還可以均勻地涂覆在復雜的定制金屬絲形狀和結構上，在目前先進的導管技術中越來越常見。
翻譯來源：Medical Design Briefs
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