摘 要：醫(yī)用球囊擴張導管的耐高壓性能、低順應性及表面活性是提升其臨床使用安全性和有效性的重要因素。該研究采用聚醚嵌段聚酰胺和聚酰胺作為內(nèi)外層材料通過拉伸吹塑成型工藝制備雙層球囊，其爆破壓力和環(huán)向應力最高分別達到4 059.08 kPa、281 MPa，順應性最低降至4.6%。此外該研究通過實驗探究拉伸吹塑成型工藝過程中成型溫度、壓力、拉伸參數(shù)對球囊壁厚、壁厚均勻性、外形尺寸、順應性及力學性能的影響，并通過優(yōu)化參數(shù)使雙層球囊產(chǎn)品性能遠優(yōu)于相同條件下制備的單層球囊產(chǎn)品性能。

關鍵詞：球囊導管；雙層球囊；吹塑成型；力學性能；順應性

中圖分類號：TH77 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0094-04

Abstract： The high pressure resistance， low compliance and surface activity of medical balloon dilatation catheter are important factors to improve the safety and effectiveness of clinical use. In this study， double-layer balloons were prepared by stretch blow molding using polyether block amide and polyamide as inner and outer materials. The highest blasting pressure and circumferential stress were 4 059.08 kPa and 281 MPa， respectively， and the lowest compliance was 4.6%. In addition， this study explored the effects of molding temperature， pressure and tensile parameters on the wall thickness， wall thickness uniformity， shape size， compliance and mechanical properties of the balloon in the stretch blow molding process. The performance of double-layer balloon products is much better than that of single-layer balloon products prepared under the same conditions by optimizing parameters.

Keywords： balloon catheter; double balloon; blow molding; mechanical properties; compliance

球囊擴張導管廣泛應用于狹窄血管的擴張，1964年，Dotter和Judkins[1]首次將球囊擴張導管應用于外周動脈硬化的治療。1978—1979年，Grüntzig等[2-3]建立了經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形術（PTCA），采用球囊擴張導管通過機械膨脹的方式擴張冠脈血管。并在18個月內(nèi)成功治愈34例患者[4]。隨著技術改進和臨床經(jīng)驗積累球，經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術（PTA）和PTCA逐漸發(fā)展成為治療動脈血管狹窄的主要手段。

球囊材料主要為TPU、PA、PVC和PET等高分子材料[5]。TPU具有較強的塑性和耐用性，但其存在球囊破裂風險；PVC材料因生物相容性差的特點而逐漸被淘汰；PA和PET材料的應用提高了球囊強度和耐用性。近年來，聚醚嵌段聚酰胺（Pebax）因其卓越的生物相容性、柔順性、彈性，也被廣泛應用[6]。

臨床技術發(fā)展要求球囊材料兼顧剛性、強度、柔軟性，在保證安全性的同時確保對病變部位的準確導向；球囊壁厚也逐漸降低以增加血管中的通過性；球囊表面性能也被優(yōu)化以滿足藥物涂層及元件黏接。綜上，一種新型的PA/Pebax雙層球囊因同時具有高強度及柔順性，被認為是新型高性能球囊材料的解決方案[7]。因此，針對雙層球囊的成型工藝設計和性能表征也成為現(xiàn)階段重要的研究方向。

1 實驗部分

1.1 原材料及設備

雙層管材（Multilayertubing， Mlt；外層70%為尼龍12 L25，EMS；內(nèi)層30%為Pebax 7233 SA01 MED，ARKEMA），內(nèi)徑0.508 mm，外徑0.889 mm。

尼龍管材（PA tubing， Pat；尼龍12 L25，EMS）， 內(nèi)徑0.508 mm，外徑0.889 mm。

管材拉伸機（CJX-3X12，interface associates）；球囊成型機（CPS-1000，Confluent Medical Technologies）；恒溫干燥箱（1390 FM，VWR）；千分表測厚儀（DGN-255，PEACOCK）；激光測量儀（ZMike Pro 50mm，BETA LaserMike，Inc）；手動影像儀（VMA，KEYENCE基恩士（中國）有限公司）；水壓測試儀（MODEL 1000，Crescent Design）；電熱恒溫水浴鍋（上海精宏實驗設備有限公司）；等離子處理設備（GDR-200PM，Guarder戈德爾）。

1.2 樣品制備

按表1參數(shù)使用管材拉伸機加熱并拉伸Mlt和Pat兩端，預制球囊料泡。

使用內(nèi)徑2.85 mm、平直段長度17 mm的模具吹塑成型球囊，其過程分為加熱、保壓1、保壓2三個步驟。通過調(diào)控步驟中溫度（T）、拉伸距離（D）、拉伸速率（V）和壓力（P）參數(shù)（表2）制備各組樣品（表3）。

等離子體表面處理可以通過高能等離子體粒子轟擊球囊表面的形式，從而改變球囊表面的表面形貌及表層高分子鏈段形態(tài)，進而增加球囊表面的表面能[8-9]。本研究使用高純度氮氣作為介質(zhì)處理球囊表面，處理時間和電流強度分別為7 min、5 A。

表3 樣品信息

注：吹塑成型參數(shù)選擇一列中“組”對應表2中T、P和DV的參數(shù)組，如“T-組3”為該樣品組成型溫度依照表2中的“組3”。

1.3 測試方法

樣品組數(shù)據(jù)公差下限（LTL）按公式（1）計算。按公式（2）計算球囊環(huán)向應力（σ）以消除壁厚影響，直觀評價耐壓能力。按照YY 0285.4—2017《血管內(nèi)導管一次性使用無菌導管第4部分：球囊擴張導管》附錄A和附錄D分別測試球囊爆破壓力和順應性，球囊順應性按公式（3）計算

LTL=avg-k1×s， （1）

式中：k1為單邊k系數(shù)，本研究中k1=1.646；s為標準差。

σ=，（2）

式中：P為球囊爆破壓力；D為球囊爆破時直徑；T為球囊壁厚。

compliance=， （3）

式中：Φ20和Φ10分別為球囊在2 026.50 kPa和1 013.25 kPa壓力下的直徑。

測量圖1所示9處雙層壁厚，計算樣品組壁厚數(shù)據(jù)平均值，并以標準差為球囊壁厚均勻度的判定依據(jù)。

2 結果與討論

2.1 球囊直徑與長度

如圖2所示，成型壓力對于球囊尺寸幾乎沒有影響，然而隨拉伸參數(shù)和成型溫度的增加球囊公稱尺寸隨之增加。吹塑過程中溫度的增加使管材在壓力與拉伸作用下更易與模具表面貼合；此外，拉伸參數(shù)增加使球囊順應性降低，從而在1 013.25 kPa的壓力下，球囊尺寸更大。

2.2 壁厚及均勻性

如圖3所示，吹塑過程中球囊雙層壁厚在P1至Mlt-0區(qū)間內(nèi)隨壓力增加從0.039 9 mm增加至0.042 7 mm。這表明成型壓力較低時料泡在拉伸作用下趨向模具外擴展，導致模具中材料量降低并使球囊壁厚降低。此外，過低的成型壓力導致管材膨脹速率降低，使得壁厚均勻性降低。Mlt-0至P4區(qū)間內(nèi)球囊雙層壁厚僅從0.042 7 mm增加至0.043 2 mm，說明該壓力區(qū)間為雙層管材最佳成型壓力區(qū)間。T1組溫度參數(shù)未達到成型要求，因此沒有樣品；T2至T4球囊壁厚均勻性隨成型溫度增加、管材軟化均勻而顯著改善。而隨著拉伸距離的增加，更多材料向模具外擴展，球囊雙層壁厚從0.043 7 mm降低至0.035 6 mm，均勻性也得到改善。

2.3 順應性

球囊順應性可以表征球囊擴張性能，順應性小于5%的球囊為非順應性球囊， 5%～10%為半順應性球囊，大于10%為順應性球囊。對比順應性和球囊壁厚及均勻性可知順應性隨壁厚及壁厚均勻性的增加而降低。P1至P4及T2至T4樣品的順應性分別從5.0%和4.9%下降至4.6%；此外，隨著拉伸參數(shù)增加球囊順應性提升至5.7%。由于Pebax材料緩沖的作用，雙層球囊的順應性遠低于Pat-0組尼龍球囊8.3%，使雙層球囊更加符合臨床使用需求。

2.4 力學性能

如圖3所示，Mlt-0樣品組爆破壓力和環(huán)向應力最高為4 054.01 kPa和281 MPa。通常同種材料的球囊爆破壓力隨著球囊壁厚的增加而增加；環(huán)向應力則與球囊壁厚無關。然而P1至P4組壁厚隨著成型壓力增加而增加至0.042 7 mm，爆破壓力和環(huán)向應力達到4 059.08 kPa和281 MPa，這是由于成型壓力增加，球囊壁厚均勻性改善。然而成型壓力繼續(xù)增加時吹塑成型過程中材料膨脹速率增加，導致缺陷增多并使力學性能降低，爆破壓力和環(huán)向應力下降至3 769.29 kPa和258 MPa。

拉伸參數(shù)對于球囊力學性能的影響也是由于壁厚及其均勻性，比較DV1至Mlt-0，拉伸距離增加使壁厚均勻性增加，球囊爆破壓力和環(huán)向應力分別從3 796.65 kPa、254 MPa增加至4 059.08 kPa、281 MPa；但拉伸參數(shù)繼續(xù)增加使球囊整體壁厚降低，爆破壓力也降低至3 350.82 kPa，環(huán)向應力幾乎不變。

增加成型溫度可以提升壁厚均勻性從而使爆破壓力和環(huán)向應力分別從4 008.42 kPa、272 MPa提升至4 059.08 kPa、281 MPa，然而繼續(xù)增加成型溫度使得球囊爆破壓力和環(huán)向應力大幅降低。分析樣品的外觀可知，成型溫度的增加會降低球囊外觀透明度，從高分子材料結晶動力學角度分析，可能是由于成型溫度過高導致材料晶核尺寸變大，進而導致球囊的透明度及抗拉強度的降低。

3 結論

1）本研究中雙層球囊的爆破壓力和環(huán)向應力最高分別為4 059.08 kPa、281 MPa，其順應性最低降至4.6%，遠優(yōu)于相同條件下制備的尼龍球囊。

2）球囊吹塑成型工藝過程中，成型溫度增加能夠提升壁厚均勻性、增加球囊外形尺寸并降低球囊順應性，但溫度過高會導致球囊力學性能降低；成型壓力增加提升了壁厚及均勻性、力學性能并降低了順應性，但成型壓力過高會增加材料缺陷并降低力學性能；拉伸參數(shù)增加提升了壁厚均勻性、球囊外形尺寸，但降低了球囊的耐壓性能并增加球囊順應性。

3）耐壓性能強、低順應性的薄壁球囊通常是臨床中最佳的解決方案，因此對于雙層球囊的吹塑成型，“T①85 ℃②95 ℃③135 ℃；P①3 200 kPa②3 600 kPa③3 600 kPa”的參數(shù)設置使壁厚均勻度和力學性能達到平衡，通過調(diào)整拉伸參數(shù)則可以調(diào)控球囊的外形尺寸和整體壁厚，以滿足不同產(chǎn)品的使用需求。

參考文獻：

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