O2等离子体处理硅橡胶医用导管表面提高后续涂层结合强度-plasma

硅橡胶是现在医疗器械的主要材料。其主要成分为聚硅氧烷,结构式为-OSiR2-,医用硅橡胶中R-基团大多为-CH3与乙烯基。硅橡胶具有良好的生物相容性,耐高温、柔软、易变形、耐老化、透明度高且机械性能好等优良的特性。由于其优越的力学性能和及良好的生物相容性,被广泛应用于生物医疗器械领域。为了更好的提高硅橡胶医用导管的生物相容性和抗菌性能,需要在其表面制备具有抗菌功能的涂层。但由于硅橡胶的超疏水性能和高度的表面惰性,使得水溶性涂层难于在硅橡胶表面充分浸润、铺展,以至于涂层与基体的结合较差。为了扩宽硅橡胶用途,可以用不同的表面活化方法对硅橡胶高分子材料进行表面改性,如:光辐射、等离子体处理、臭氧引发等,通过改性后,使硅橡胶表面引入反应活性基团,再将水溶性涂层物质利用化学反应接枝到材料表面。等离子体作为物质存在的第四态，用等离子体来进行表面改性具有简捷、高效、环保等特点,可以广泛地应用于各类高分子材料。

O2等离子体处理硅橡胶医用导管表面

表面接触角分析

静态接触角法是评估样品表面亲水性的重要方法,其与水的接触角越小,亲水性就越好,接触角越大,则亲水性越差。通过测定接触角法评价不同功率下O2等离子体处理表面活化程度,如图1所示:随着处理功率的增加,静态接触角呈先下降后上升趋势,当功率为200W时,静态接触角最小。

图1 不同功率等离子体处理硅橡胶表面接触角

等离子体处理后硅橡胶表面粗糙度

采用白光干涉对O2等离子体预处理硅橡胶表面形貌变化进行检测,测定预处理后硅橡胶表面粗糙度,测试面积为25μm×25μm。图2为白光干涉法测定的样品表面形貌,图2-6(a)是未处理硅橡胶表面形貌,其表面平整,粗糙度为267nm;图2(b)是预处理后的硅橡胶表面形貌,其表面比未处理样品表面粗糙度增大,预处理后样品表面粗糙度为373nm。数据表明:经等离子体对硅橡胶表面预处理后,硅橡胶材料表面粗糙度增加,且等离子体对材料刻蚀作用。而且粗糙度的增加提高了涂层与基体间的接触面积,从而提高涂层与基体之间的结合力。经过等离子体处理后的高分子材料,表面粗糙度均有不同程度的增加,是由于等离子体对材料表面有刻蚀作用,进而影响液体在表面的吸附作用,最终使表面润湿性改变。

图2 白光干涉等离子体处理前后硅橡胶的表面形貌

红外光谱分析

通常情况下,高分子材料经过Ar、O2、N2等气体等离子体处理后,会在表面引COOH、C=O、NH2等基团,增加表面亲水性。通过对O2等离子体硅橡胶样品做红外分析,由红外谱图分析知:由图3知:3000cm^-1为C-H振动吸收峰,1280cm^-1为Si-CH3振动吸收峰,1100cm^-1为Si-O-Si振动吸收峰,750cm^-1为Si-CH3吸收峰。在1636cm^-1处有C=O键吸收峰,另外在1419cm^-1处有羧酸的O-H弯曲振动吸收峰。所以O2等离子体处理过样品由于生成羰基和羧基,使得硅橡胶样品的亲水性增加。

图3 等离子体处理硅橡胶红外光谱分析

通过O2等离子体处理硅橡胶医用导管表面,可以引入活性官能团,增加硅橡胶表面的亲水性和粗糙性,为后续制备功能化涂层提供活性表面，当在基体表面制备涂层时,涂层与基体更容易形成机械嵌合作用,使涂层与基体之间的结合强度明显提高。