张成彬 膨体聚四氟乙烯在人工血管上的应用

膨体聚四氟乙烯在人工血管上的应用张成彬（北京化工大学,材料科学与工程学院,北京市朝阳区，100029）摘要:膨体聚四氟乙烯是一种新型的医用高分子材料，由聚四氟乙烯树脂经拉伸等特殊加工方法制成，无毒、无致癌、无致敏等副作用。

由于其特有的微孔结构，而且人体组织细胞及血管可长入其微孔，形成组织连接，如同自体组织一样。

这种组织长入的组织愈合方式，较传统硅橡胶的纤维包裹的组织愈合方式更加优越，从医学角度考虑，膨体聚四氟乙烯已经成为医学上的重要填充材料，是目前最为理想的生物组织代用品，被广泛应用于人工血管方面。

本文从膨体聚四氟乙烯的制备、加工成型等方面来介绍此医用高分子材料。

关键词：聚四氟乙烯（PTFE）、膨体聚四氟乙烯（ePTFE）、人工血管、网状微孔结构、生物医用材料Abstract: Polytetrafluoroethylene is a new type of medical polymer materials, made of PTFE resin by stretching and other special processing methods, non-toxic, non-carcinogenic, non-allergenic and other side effects. Because of its unique reticular microporous structure, and human tissue cells and blood vessels can grow into its porous formation of the organization to connect, like autologous tissue. Tissue ingrowth of tissue healing way than the traditional Silastic fiber wrapped organizations healing way more superior, from a medical perspective, expanded polytetrafluoroethylene has become an important filler material for medical, is the most ideal biological organizational substitutes，is widely applied in artificial blood vessels. The preparation and production process of PTFE are introduced in detail in this paper.Keyword：Polytetrafluoroethylene、expanded Polytetrafluoroethylene、artificial blood vessels、reticular microporous structure、biomaterials一.前言我国医用高分子材料的研究是从上世纪50年代末以开始的，近十多年有了较大的发展。

从颅骨到脚趾关节、从心脏瓣膜到心血管、人工皮肤及整形外科、口腔科等诸方面都在使用高分子材料。

硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、无毒聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯等都相继在临床中应用。

本来，用拉伸法成型的聚四氟乙烯(expanded Polytetrafluoroethylene，以下简称ePTFE)医用制品在我国尚属空白。

上海市塑料研究所于1979年从研究人工血管人手，开始进行ePTFE医用制品的研究，先后开展了人工器官、人体器官修补材料、医疗器械用材料等方面的研究，现已研制出不同规格、性能各异的ePTFE医用产品20余种，填补了国内医学界的多项空白【1】。

膨体聚四氟乙烯（ePTFE）是60年代后发展起来的一种新型材料，它是由微细的无规排列连结聚四氟乙烯（PTFE）小结节形成，纤维之间的空隙充满了空气，具有孔径小、孔率高、孔径分布均匀、强度高、相对密度低等特点。

品种有膨体PTFE板棒（弹性带）、管、膜、纤维及其复合制品等，被广泛用于人工血管、人工气管、心脏补片、分离和过滤膜、绝缘材料、骨刺膜、服装及野外用品。

目前美国W.L.Gore&Associated.Inc.是生产此类产品的主要厂家，商品名称为Gore-Tex，品种有纤维和纺织品、医用制品、电缆、密封材料等,成型技术是该公司专利。

美国Impra公司和日本住友电气工业公司也有同类产品。

二.膨体聚四氟乙烯的制备与成型方法四氟乙烯单体是用萤石（氟化钙）与硫酸反应生成的氟化氢和三氯甲烷在铂管中加热至700度制成的。

具体反应如下：聚四氟乙烯树脂（PTFE）是四氟乙烯由悬浮聚合或者乳液聚合得到的聚合物，其分子结构式为：成型ePTFE医用制品的方法是拉伸法。

其工艺过程大致为：以聚四氟乙烯分散树脂为原料，加人液状助挤剂，混合均匀后，预压成坯体，将其放在专用设备上，按需要挤成管状、棒状制品，再经干燥去除助挤剂。

此时对管状制品可进行拉伸；而对棒状制品则要经压延后，方可干燥、拉伸。

被拉伸的制品应在特定的温度范围内热定型，经冷却后便可得到EPTFE医用制品。

其工艺流程图如下：图1.ePTFE工艺流程成型ePTFE医用制品的主要原料是聚四氟乙烯分散树脂,要求树脂具有高分子量和高结晶度。

根据产品性能的要求和使用部位的不同而选用不同压缩比的树脂。

而助挤剂则要有良好的浸润性,对人体无毒无害,在成型过程中能挥发逸出,通常选用溶剂油之类的物质。

糊膏挤压出的制品和辊压出的制品要具有一定的强度,因为制品在拉伸时,当本身强度小于拉力时,制品就发生断裂,使拉伸工艺无法进行。

因此,一切有利于提高制品强度的种种因素都应严格控制。

一拉伸工艺是决定产品性能的关键。

制品的孔径大小、孔率高低均与拉伸温度、拉伸速率、拉伸百分率等有关。

拉伸条件对制品的影响分别见表1、表2与表3。

产品性能见表4.表4.ePTFE医用制品的性能指标表5.国外生产的ePTFE的性能标准【2】三．膨体聚四氟乙烯的结构众所周知，聚四氟乙烯有“塑料王”之称，它的惰性很强，具有优良的化学稳定性、电性能、表面性能和良好的物理机械力学性能。

作为医用材料，膨体聚四氟乙烯(ePTFE)它具有优良的医学性能。

例如，无毒，组织相容性好，不致癌。

耐生物老化，长期植于人体内强度不受影响，组织刺激轻微，组织对它的反应也非常小。

材料表面呈负电性，表面张力小，不易凝血不漏血、无需进行预凝血处理，消毒容易，白色，柔软，富有弹性【3】。

用拉伸法制成的膨体聚四氟乙烯(ePTFE)医用制品，微观结构是奇特的。

从膨体聚四氟乙烯(ePTFE)血管的电镜扫描表面结构照片（见图2）可以观察到结构特点。

它是由很多微细纤维经结点连接成网状结构，微细纤维之间形成无数的细通孔(微孔直径约30微米)。

这种连续的多孔性网状结构使膨体聚四氟乙烯(ePTFE)医用制品柔软、富有弹性、强度高、手术时易缝合，用剪刀剪截时不产生毛边和散开现象，更有利于体内细胞和组织的长入，并最后在其内壁形成新内膜，与周围组织结合起来形成整体，ePTFE得以固定而无纤维囊形成。

又由于纤维长短(即孔径大小)可通过选择工艺条件将其控制在所需范围内，因此材料不漏血，无需进行预凝血处理【4】。

图2膨体聚四氟乙烯电镜扫描表面结构示意图膨体聚四氟乙烯(ePTFE)是由美国Gore公司采用独特的加工工艺首先研制而成的结构上不同于纯PTFE的一种新型多孔材料，目前该项技术在国外已获得了极大成功。

图3为纯PTFE和膨体PTFE的SEM照片，由图可见膨体工艺从根本上改变了PTFE组织结构，使制品内部结构纤维化，很多微细纤维经节点连接构成了网状结构，微细纤维间形成了无数细孔，这种连续的多孔性网状结构使制品易于缝合，便于进行二次加工，另外，ePTFE独特的微观结构赋予该产品极佳的柔韧性、模塑性以及极好的填充性、自润滑性、低摩擦系数和耐腐蚀等性能【5】。

图3纯PTFE和膨体PTFE的SEM照片Gore公司的GoreTEX和DURLON公司的DURLON9600是国外典型的ePTFE材料，其密度低，使用灵活、装配方便，具有较好的压缩回弹性能（压缩率40～60％，回弹率12％）和抗蠕变松弛性能（蠕变松弛率小于30％），优异的耐介质性能，在动静密封领域获得了广泛应用。

国内ePTFE材料的研究起步较晚，在技术上与国外相比仍有较大差距【6】。

四．膨体聚四氟乙烯的性能评价与普通的塑料相比,ePTFE具有耐高低温性、耐化学腐蚀和耐候性、摩擦系数低、优异的电气绝缘性、不粘性等众多优良品质。

4.1耐高低温性ePTFE对温度的影响变化不大,温域范围广,在-260℃时仍有韧性,250℃以下长时间加热均保持优良的力学性能【7】。

4.2耐化学腐蚀和耐候性除熔融的碱金属、氟化介质以及高于300℃的氢氧化钠外,ePTFE几乎不受任何化学试剂腐蚀。

例如在浓硫酸、硝酸、盐酸,甚至在王水中煮沸,其重量及性能均无变化,也几乎不溶于所有的溶剂,只在300℃以上稍溶于全烷烃(约0.1g／100g)。

ePTFE不吸潮,不燃,对氧、紫外线均极稳定,所以具有优异的耐候性【7】。

4.3绝缘性ePTFE在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低,而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高【7】。

4.4自润滑性ePTFE具有塑料中最小的摩擦系数, 是理想的无油润滑材料【7】。

4.5不粘性ePTFE是表面能最小的固体材料,已知的固体物质都不能粘附在表面上【7】。

4.6高度的化学稳定性ePTFE能承受除熔融碱金属、氟元素和强氟化介质以及高于300℃的氢氧化钠以外的所有强酸、强碱、强氧化剂、还原剂等的作用。

它的耐化学腐蚀性能超过贵金属、玻璃、陶瓷、搪瓷和合金等,即使原子能工业中的强腐蚀剂上氟化铀对它也不腐蚀。

4.7 极小的吸水率ePTFE的吸水率一般在0.001％～0.005％左右,而且它的渗透率也较低。

虽然膨体聚四氟乙烯具有上述各种特点及优点，但是想要将其作为医用高分子材料，还必须检验它是否具有特有的生物医学性能，例如耐生物老化；长期植入人体内，其强度不受影响；材料表面呈负电性，表面张力小，不易凝血，血液相容性好；组织反应小等。

经上海生物材料研究测试中心对材料进行生物相容性测试，其结果如表6。

表6.生物相容性试验表中指标均达到医用标准,说明ePTFE医用制品是一种较理想的医用高分子材料。

ePTFE医用制品的纤维长度一般在15um-30um范围内。

表7.膨体聚四氟乙烯的人工血管规格表8.ePTFE直形血管的性能要求五．理想人工血管的要求5.1强度强度【8】是指人工血管作为替代体内血管的材料所具有的耐降解、抗腐蚀能力和抗机械疲劳能力。