精密医用塑料导管项目_图文

1、精密医用塑料导管项目项目建议书一、立项背景和意义1. 医用导管技术的发展沿革医用导管是连通人体内外的管腔制品总称。有金属、塑料、橡胶等不同材料产品。在排液、灌流、投药、采血、传输血液、通过感应元件检测生物体状况、辅助导入其它医疗器具等方面作为通路被广泛应用。导管工业的发展壮大，直接促进了介入医学的发展和普及。瑞士医用Gruentzig1977年发明PTCA 导管后的最初一段时期，由于导管的质量、数量和附件的配套都无法使这一先进的技术得到迅速和大面积的推广和普及，从1977年到1980年的3年里全世界才完成PTCA 手术1000例。1978年美国巴特公司买下PTCA 的知识产权后，用了不到一年时

2、间也就是1979年即开始批量生产，然后在1980年推出全世界第一根PTCA 导引导管（Guide Catheter），1982年发明并生产PTCA 导丝。至此，PTCA 开始大规格普及，到1990年，全球PTCA 每年已经超过10万例，到上世纪末，全球更是达到每年100万例。可见，每一种新导管的问世，每一种导管的每一项改进，每一种导管新材料的应用都离不开临床的原动力，与此同时，导管工业的发展又促进了新技术在临床医学上的应用。随着社会和经济的发展，人们的生活水平不断提高，临床对导管不断提出更高的要求，需要导管工业不断创新以满足临床的需要。随着民管诊疗技术的发展，医用导管在临床的应用日趋发展，需求

3、量比拟断增加。据不完全统计，目前世界上仅泌尿外科应用 的导管就有六大类一百二十余种，用于心血管、脑血管、肿瘤等疾病诊治的导管也有一百余种。统计资料表明，仅美国每年就有1.6万吨聚氨酯用于医用导管的生产，各种导管产值已超过20亿美元。2. 我国医用导管的生产应用情况中国导管工业的历史可以追溯到上世纪50年代，当时和欧美国家并没有太大的距离。生产一些诸如橡胶导尿管、胃管、鼻饲管之类的简单导管，在质量、品种方面都比较接近。中国和西方导管工业开始拉开距离应该是在20世纪70年代。那时介入医学刚刚开始进入它的发展阶段，欧美国家导管行业的有识之士敏捷地感觉到介入医学将会是一个前途无限的事业，因此非常迅速地

4、将传统的民管行业的重点转向介入导管方面。他们在产品开发方面紧紧抓住了医工结合，在技术方面大胆采用了高分子材料以及相关科学的最新成果，在产业化方面继承了传统导管制造业和塑料制造业的优良传统，在市场推广方面吸收了传统医药和医疗器械行业的成功经验，在融资方面大量引入风险投资，很快介入导管就成为导管行业的一个最主要的组成部分，并使导管行业成为医疗器械的一个重要门类。到20世纪80年代，欧美国家的介入导管行业已经发展到相当规模，一批60年代诞生的导管企业已经发展到相当规模，更有一些企业如库克、考的斯公司发展成为全球性的跨国公司，但是我国由于“文革”动乱的影响，介入导管行业几乎还是一块未开垦的处女地。当时

5、除了一两个高校小规模涉足介入导管研究外，只有原上海诊察仪器厂在介入造影导管方面生产了一些简单并且质量不高的产品外，全国范围内基本上没有介入导管的研制、生产。当时我国的介入医学也刚刚起步，临床上涉及的介入医学范围还比较狭窄，主要是介入放射科的血管造影和一些相对简单的介入治疗，人们传统的介入医学概念基本局限于介入放射，使用的产品几乎全部从国外进口，不但供货极其不便，而且价格高得离谱。据广州几家大医院的资料，80年代初期在广州市场一根普通的造影导管售价高达五、六百元人民币，一套双腔中心静脉导管组的售价比原产国美国高出三四倍。改革开放以后，特别是从80年代中期开始，我国介入医学开始进入快速发展时期，其

6、明显标志是不但介入医学在临床的应用范围大大拓宽，而且在介入医学一些高精尖领域也取得了令人瞩目的成绩，比如介入神经放射学（又称血管内神经外科学）我国学者就做出了令世界同行公认的一流工作。然而，和我国介入医学的发展速度和我国这样一个泱泱大国的国际地位很不相称的是，我国介入导管工业在80年代末期到90年代初期却处于几乎完全停顿的状态，一方面世界导管日新月异，介入导管市场迅速扩大，另一方面我国介入导管工业却反而倒退，退成了一张白纸。民族介入导管工业的“空白化”已经成为我国介入医学进一步发展和普及的瓶颈。3. 精密医用导管的应用前景医用导管应用前景广阔。世界年销售各种导管已达数十亿美元，仅在美国应用于冠

7、心病治疗的医用导管数量就达数十万套，价值数亿美元。在国内，各种介入治疗等应用导管的治疗技术已普及到大部分的三甲医院，对医用导管的需求日增，但绝大部分使用进口导管。在我国社会从温饱型向小康型转变的同时，我国已进入了老年社会，提高健康和医疗水平得到了空前的关注。按照国际上有关社会发展评价体系，医用塑料制品的生产和消费水平在很大程度上反映了一个国家的经济和技术发展水平。目前，美国年人均年消费医用塑料制品为300美元，而中国只有30元人民币。我国目前每万人中3人患急慢性肾衰，以此推算全国有近30万人需要得到透析治疗，需要一次性使用的透析用导管200万支/年，每支150元，合计耗资3亿人民币。目前透析器

8、主要采用德国费森尤斯、美国百特、瑞典金宝和日本泰尔茂的产品。与国外发达国家相比，中国医用导管的发展非常落后，尤其是高技术含量的介入导管等医用塑料制品几乎是空白。据不完全统计，我国现在年进口医用导管的价值超过1.5亿美元。进口导管主要是高精密介入用导管，由于依赖进口，我国介入医学的发展受到了极大的制约，进口产品高昂的价格也是大多数人无法承受的。 为了满足医用导管的生产需要，北京化工大学在教育部和北京市科委的资助下，经过3年多的深入研究和技术创新，开发成功了可用于医用导管生产的精密挤出成型装备，解决了精密医用导管生产的瓶颈问题，为精密医用导管的国产化奠定了坚实的技术基础。随着医用导管的国产化，导管

9、的价格会有较大幅度的下降。而导管的用量将会有更大幅度的增加。目前各类导管的年需求量为5000万条左右，国内预计5年内，会达到1亿支以上，价值达数十亿元。抓住机遇，实现精密医用导管的国产化，可以为导管生产厂家带来显著的经济效益，同时有利于提高国民的健康水平，产生巨大的社会效益。二、精密医用导管简介1. 医用塑料导管生产原料塑料是一种有机高分子材料，具有良好的综合理化性能，如很好的弹性和韧性、很高的化学稳定性、优良的可加工性等。医用塑料是具有一定生物相容性的合成高分子材料，其中医用塑料导管材料不下数十种。除了塑料材料之外，一些橡胶材料和热塑性弹性体也用于生产需要良好弹性的医用导管。医用导管种类繁多

10、，不同用途的医用导管对材料有不同的要求，加工工艺也不尽相同。从塑料导管制造的历史来看：凡能被用于制成管状制品的材料几乎都被使用过，这些材料包括：硅橡胶、聚氨酯及其嵌段共聚物，聚四氟乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、ABS 、聚碳酸酯等。热塑性聚氨酯（TPU ）TPU 是线性聚合物的一个重要家族。TPU 由二元异氰酸和二元醇缩聚而成。该类材料有许多特殊的性能；宽的反应组分可使其产生许多不同的产品。所有的TPU 结构中都包括硬段和弹性软段。具有高玻璃化温度的硬段在弹性网络中起到交联键的作用：柔性段部分具有较低的玻璃化温度，是网络中的弹性分支。在环

11、境温度下，线性聚氨酯具有弹性；在更高的温度下，键会断裂，材料具有塑性，因此叫作热塑性弹性体。使用TPU 作为医用导管的优点是：硬度范围宽，邵氏硬度从75A 至75D ，具有很好的生物相容性；在承受低应力负荷时，它有良好的延伸性和耐翘曲性；显著的撕裂强度；优异的耐磨性；具有溶接性、易于装配；导管的耐弯折性好，具有透明性。但TPU 耐水解性较差，不适于蒸汽消毒，加工后数小时内发粘，加工有一定的困难。目前TPU 在我国正处于研制过程中，还未得到推广应用。尼龙、聚四氟乙烯及其合金尼龙（PA ）、聚四氟乙烯（PTFE ）以及PA 和聚氨酯（PU ）或其它材料的合金则是生产高级介入导管的首选原料，这类导管

12、加工难度较大，而附加值也极高。如PTCA 导管，加工难度大，每支价格在1万元以上。PTFE 除具有结晶度高、摩擦系数很小、耐热性好、化学稳定性高，强酸强碱和各种有机溶剂均不与其作用等优点之外；在医用上，还有其独特性能，如良好的生物相容性、血适应性，对人体的生理无损害，植入体内无不良反应，可以高温消毒等。所以PTFE 在生物医学工程上应用广泛。在众多的氟塑料中，以四氟乙烯与乙烯共聚物（F40）和聚全氟乙丙烯（F46）最为常用。氟塑料表面原本无抗血栓性，当接触血液后，会在其表面形成一层稳定的抗血栓膜，从而诱发出血管内皮细胞，形成一层光滑的生物层，使原本无抗血栓特性的高分子材料，得到了天然的抗血栓性

13、。硅橡胶硅橡胶的优点是耐高热、耐老化，可高压蒸汽消毒；抗腐蚀；与人体组织及血液相容；有一定的抗凝作用，可作缓释药物的载体；无毒无味。可见它是制造静脉导管的理想材料，但是单纯的硅橡胶本身无抗菌和抗凝血作用。聚碳酸酯聚碳酸酯（PC ）是一种完全透明的无定形聚合物；玻璃化温度为148。尽管不同等级PC 的机械性能相近，不同等级有不同的熔体流动速率，会影响加工性。PC 的透明性、冲击强度、耐热性（140）及刚度都很好，且具有熔接性，易于装配。但摩擦系数低，加工有一定困难。聚乙烯高密度和低密度聚乙烯（HDPE 和LDPE ）的化学稳定性高，摩擦系数低（特别是HDPE ），生物相容性高，抗冲强度高，由于材

14、料性能和来源广泛廉价，已在医用塑料制品中得到极为广泛的应用。但聚乙烯的耐高温性较差（低于60），不易粘接，易蠕变，弹性差，不透明。聚氯乙烯聚氯乙烯（PVC ）有良好的耐化学药品性、力学性能和电性能，但其耐光和热稳定性差。PVC 是制造一次性医用导管的常用材料，由于PVC 的熔点与分解温度非常接近，而且它的玻璃化温度较高，材料硬度大，加工成型困难，因此，一般都在PVC 树脂中添加增塑剂及其它助剂以降低熔点与玻璃化温度，提高材料的柔韧性，以便加工成各种导管。近期研究表明，一些PVC 制成的导管特别是一些介入导管生物相容性较差，影响生物相容性的主要因素是增塑剂的迁移与溶出物毒性。迁移与溶出的多少主要

15、还是取决于配方和制备工艺，其中增塑剂选择尤为重要。目前，在加工中仍以邻苯二甲酸二辛酯（DOP ）作为主增塑剂。但DOP 为低分子物质，容易迁移析出。DOP 增塑的PVC 用于医用导管或容器，因DOP 易析出而混入药液或血液中，将导致DOP 随药液或血液进入人体。为了保障PVC 医用塑料的卫生安全性，国外正在开发毒性比DOP 更低、迁移析出性比DOP 更小的新型增塑剂，其中包括卫生性好的柠檬酸酯类、摩尔质量较高的聚酯类及其它高分子增塑剂。 我国已可以生产医用级PVC 、PE 、PA 等树脂，但医用级PTFE 、TPU 、PC 等树脂受多方面因素制约，还主要依赖进口。由于国内医用级树脂的需求总量还

16、比较小，所以国内各树脂生产厂家目前对生产这类专用树脂的积极性不高。尽管，医用级树脂比通用级树脂要高20%以上，进口的医用级树脂可能还会高的多一些，但由于精密医用导管的价格一般是原材料的数十倍至数百倍，所以树脂价格的提高是基本可以忽略的因素。2. 医用导管分类医用导管（medical catheter ）种类繁多，材料各异。根据结构和作用特点，导管分为普通导管和特殊导管两类。与导管配套使用的有鞘管、腔内支架等。（1）普通导管普通导管为一段具有一定长度的塑料管，前断渐细以便于插入血管；尾部与注射针头尾端相同，以便于与注射器相连接。普通导管的前段有多种形状，如单弧、反弧、双弧、强化双弧、肝弧正面观、

17、肝弧侧面观、三弧等，以利于插入不同部位的血管。导管的规格常用F 数（French No）来表示，如6F 或7F 等，F 数等于导管外周长的毫米数。（2）特殊导管特殊导管的形状和构造相对比较复杂，所完成的医疗功能也是多种多样。特殊导管包括：a. 球囊导管（Balloon catheter）球囊类导管是应用最多的一类导管，包括普通双腔单球囊导管、双腔双叶球囊导管、双腔三叶球囊导管、双腔单球囊导管（Inoue 球囊导管）、四腔双球囊导管（颈动脉成形术用球囊导管）、可脱性球囊导管（datachabel balloon catheter ）、带孔球囊导管（calibratedleak balloon c

18、atheter ）、冠状动脉成形术用球囊导管、快速交换球囊导管（monorail balloon catheter）、导丝上球囊（balloon on wire catheter）、尖段带固定引导钢丝的球囊导管（balloon on a wire system ）、组合串联球囊导管（三腔双囊）、灌注球囊导管、激光球囊导管（laser balloon catheter ）、射频热球囊导管（三腔单球囊导管）等。b. 其他导管其他一些常用的导管有：引导导管（guiding catheters）、同轴导管（coaxial catheter）、微导管（micro catheter）、可控方向导管、房间隔

19、切开导管、血块捕捉导管、斑块旋磨导管（rotablator ）、斑块旋切导管、标测电极导管、射频消融导管（又称大头导管）、起搏电极导管等。其中冠状动脉成形（PTCA ）导管是一类重要的导管，包括PTCA 引导导管（PTCA guiding catheter）、PTCA 扩张导管（PTCA dilatation catheter）、导丝。引导导管的管壁分为三层：外层为聚氨基甲酸酯或聚乙烯，中层为环氧树脂纤维网或金属网，内层为光滑的特氟龙（Teflon ）。（3）鞘管鞘管又称为导鞘管，主要用于引导导管、球囊导管或其他血管内器具顺利地进入血管。鞘管由外鞘、扩张器和短导丝组成。鞘管分为普通鞘管、防漏鞘

20、管（Check-Flo sheath）、剥皮导管插入鞘（peel-way sheath）和长鞘管四种。（4）管腔内支架管腔内支架（endoluminal stent, ES ）是在球囊成形术的基础上发展起来的，可以解决球囊扩张所导致的内膜损伤及弹性回缩等问题。管腔内支架包括自展式内支架（self-expanding, ES）、球囊扩张式内支架（balloon expandable ES）、热记忆式内支架（thermal memory ES）、可回收式内支架等。3. 常用精密医用导管以下为一些常用的精密医用导管：（1）中心静脉导管中心静脉导管一般采用医用级聚氨酯制造，具有极好的生物相容性。导管在

21、X 光下清晰可见，并配以特制的柔性软头，可最大限度地避免血管损伤。中心静脉导管见下图； 中心静脉导管 中心静脉导管的横截面中心静脉导管具有如下临床用途：持续和间断性静脉输液输血和血液制品中心静脉压监制采集血液标本全肠外静脉营养（2）透析导管透析导管是专门用于血液透析的一种导管，它为中心静脉导管与透析仪的连接提供了安全有效的通道。透析导管多采用医用级聚氨酯制成，具有高弹性和极好的生物相容性。科学的孔腔设计使导管具有良好的刚性和小的液流阻力；同时配有直头、变外延管、弯管体等各种型号的导管供选择。 透析导管（3）动脉导管鞘动脉导管鞘主要是用于为导管置入人体提供一个安全有效的通道。 动脉导管鞘（4）快

22、速交换PTCA 球囊扩张导管 快速交换PTCA 球囊扩张导管连接导管和球囊的那一段软管采用特殊的新型材料制成，软硬适度，可灵活的适应血管的弯曲，使导入顺利。导管采用双腔导管设计，外腔用于球囊充气膨胀，内腔用来导丝引导导管到达和穿过需要扩张的狭窄血管。PATH 型导管总长度135cm ，位于球囊两端的两个荧光标记带是一种创新设计，使得在使用过程中可利用荧光屏观察球囊位置。（5）带囊气管导管带囊气管导管分为口用、鼻用、口鼻两用、口用带囊异型气管导管等。 口用带囊气管导管 口鼻两用带囊气管导管 口用带囊异型气管导管（6）管腔内支架管腔内支架在治疗二尖瓣狭窄、心肌梗塞、结石或肿瘤导致的胆囊狭窄等疾病中

23、得到了成功的应用。 各种管腔内支架（7）单、多腔引流及电极导（套）管如下图所示的各种单腔、多腔管材大量用于临床治疗中的引流，以及各种高频、低频治疗设备的电极套管。 各种单、多腔引流及电极导（套）管三、精密医用塑料导管生产技术及其产业化前景精密医用导管主要特征是：尺寸微小、形状复杂、几何精度要求高、卫生指标高、生化稳定性高等。导管的主要部件是管材部分，要求管材内外表面光滑平整、尺寸精密且稳定。导管的直径一般为0.5毫米至数毫米，允许地直径偏差一般为5%以下。而采用普通塑料管材生产设备生产塑料管材，制品的直径偏差高达2030%，无法满足精密医用导管的生产要求。精密挤出成型设备的开发成功，为精密医用

24、导管的生产提供了先进可靠的生产设备。 1. 精密医用导管生产工艺精密医用导管的管材部分采用挤出成型方法进行生产，配件主要采用注射成型方法进行生产。其中管材部分的生产工艺流程如下： 根据导管的几何尺寸和材料，设定合理的工艺参数，包括原料配方、原料干燥条件、挤出温度、螺杆转速、冷却介质的温度和流量等。对多层管壁材料的管材采用一次共挤或二次共挤复合工艺进行生产。管材的后处理依所生产管材的要求而定。对中心静脉导管等管材，还需要导管上共挤出标识线，或在导管表面喷上刻度。 2. 精密医用导管生产设备精密医用导管生产设备包括原料干燥设备、导管挤出机组、附件生产设备、消毒设备、包装设备等。由于各种导管的形状和

25、规格、配件和导管端部形式不同，所以所需的设备会有所差异。作为精密医用导管生产厂家，需要配备的基本设备包括原料干燥设备、导管挤出机组、注射机等。有了基本设备，再配备专用挤出模具和注射模具就可以生产精密医用导管了。 下图为导管挤出机组的示意图。 为确保导管的几何精度和内在性能的均匀性，在该生产机组中采用了如下关键技术和设备： （1）精密驱动系统的采用在挤出机、熔体齿轮泵、并联式稳压装置和牵引的驱动系统中采用伺服电机替代变频电机或直流电机，使驱动精度提高90%以上，控制响应时间提高80%以上，充分满足了精密驱动和精密控制的要求。 （2）稳压系统挤出压力的稳定程度是决定导管几何精度的关键，本机组根据材

26、料和导管几何参数的不同有多种稳压系统可供选择：a. 基于熔体齿轮泵的稳压系统迄今为止，熔体齿轮泵是最有效的稳压装置。对几何精度要求高的产品，将选择进口熔体齿轮泵做为稳压装置。采用熔体齿轮泵后，管材轴向尺寸的波动可以降低90%以上。对热稳定性较差的塑料，如聚氯乙烯、聚氨酯等，则不能选择熔体齿轮泵，以防止加工过程中材料降解。另外，熔体齿轮泵的价格较高，也是选择稳压系统进考虑因素。b. 基于并联式稳压装置的稳压系统并联式稳压装置为北京化工大学专利技术，具有结构简单、稳压效果显著、造价低廉的特点。采用并联式稳压系统，可以将管材轴向尺寸的波动降低70%以上。并联式稳压装置对热敏性材料同样不适用，加工热敏

27、性材料的医用导管需要采用其他形式的稳压系统。 并联式稳压系统适合中等精度导管的生产。并联式稳压系统国家专利 c. 稳压稳流挤出模具对热稳定性较差的材料，不适于熔体齿轮泵和采用并联式稳压系统。可以采用稳压稳流挤出模具，以提高导管的轴向尺寸稳定性。采用北京化工大学的专利技术可以很好地解决这类问题。稳流调节机头国家专利 （3）精密医用导管生产模具利用CAE 软件对精密医用导管生产模具进行科学的设计，采用先进的数控加工技术和电化学加工手段对模具进行精密加工，以满足精密成型导管的要求。 （4）统计过程控制系统的应用 统计过程控制（SPC:Statisticai Process Control ）是一种根据统计学模型，对过程参数进行统计学处理和分析，实现对过程精密控制的方法。该方法是一种基于预先预测过程发展趋势的先进控制方法，可比常规的逻辑程序控制方法（PLC ）的控制精度提高80%以上。采用SPC 控制系统，可以将挤出温度的波动控制在1以内。3. 主要技术指标（1）精密挤出医用导管设备的技术指标采用北京化工大学精密挤出技术