共擠出的塑料毛細管的制作方法
【專利摘要】共擠出的塑料毛細管和制造共擠出管道以供收集一定體積液體的方法。該管是可棄置的，制造便宜，且可以通過毛細作用可靠地抽血和其他水性流體到該管內，流體吸收水平與玻璃和其他商業(yè)預處理過的塑料管相當，且不要求進一步的內部涂布。
【專利說明】
共擠出的塑料毛細管
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于液體處理領域，和更具體地，收集和傳輸一定體積的液體，例如血液從 一個地點到另一個地點以供測試等的毛細管領域。
【背景技術】
[0002] 毛細管長期用于收集和分配流體。它們常用于醫(yī)療和研究領域，提取非常?。ㄎ?升)的待分析的液體樣品，例如血液樣品以供糖尿病患者測定葡萄糖水平。
[0003] 最簡單類型的毛細管是兩端開口的玻璃或塑料管。為了在抽取血液中使用，患者 的手指可以用刺血針扎刺，從而允許血滴在切口點處形成，然后毛細管的一端與切口位置 相鄰放置，由此血液借助毛細作用被抽取到管內。管內樣品然后可轉移到另一裝置中以供 測試或分析。玻璃管的固有剛度是非常所需的以供抽血員處理，且玻璃管制造便宜。然而， 玻璃管發(fā)脆，因此易于破碎且產生安全擔心，若它們在包裝，分配，運輸過程中或者在使用 的同時破碎的話。
[0004] 塑料毛細管也可商購。與玻璃管相比，塑料管不那么可能破碎，因為與玻璃相比， 一些塑料材料具有固有的韌度。然而，取決于制造管子所使用的聚合物，在抽血到管子內時 它們可能不如玻璃有效。它們可能要求預熱管子內部，以便使得"可潤濕"，結果所需的流體 可通過毛細作用抽取到管內。在與內部涂層，例如肝素銨涂層一起使用之前，許多塑料管被 預熱，但對于這一目的來說，涂布工藝可能費力，工藝和投資大且使得管子的成本不那么合 算。
[0005]因此，繼續(xù)需要能以與玻璃管競爭的成本合算的方式制造毛細管，尤其在醫(yī)療應 用中。

【發(fā)明內容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明，提供共擠出的塑料毛細管及其制造方法。該管子可棄置，制造便宜， 且可以通過毛細作用可靠地抽血和其他水性流體到管子內，流體吸收水平與玻璃和其他商 業(yè)預處理過的塑料管相當，且不要求進一步的涂布。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供共擠出的多層毛細管，它包括:定義中心通道且 在管子的開口近端和遠端之間包括沿著管子的軸向長度共軸布置的至少兩層共擠出的聚 合物層的管狀側壁;該管狀側壁具有內徑尺寸大小至允許含水或水性流體借助毛細作用通 過該管的開放端流動到中心通道內；至少兩層共軸的共擠出的聚合物層，所述共軸的共擠 出的聚合物層包括定義中心通道表面的含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)聚合物材料的最內層;和 撓曲模量為至少約250,00鎊/英寸 2(psi)的材料的外層。
[0008] 在一個實施方案中，含最內層的材料的撓曲模量為至少約11，000psi。
[0009] 在一個實施方案中，最內層材料包括PEBA和基礎樹脂的共混物。
[0010] 在一個實施方案中，基礎樹脂選自聚酯，丙烯酸類樹脂，苯乙烯類樹脂，縮醛樹脂， 聚酰胺，聚烯烴和聚烯烴共聚物，及其所有組合和共混物。
[0011] 在一個實施方案中，中心通道的直徑范圍為約0.01英寸至約0.10英寸;管壁厚度 范圍為約0.003英寸至約0.060英寸;和最內層的厚度范圍為約0.001英寸至約0.059英寸。
[0012] 在一個實施方案中，管壁具有兩層，其中包括半晶或無定形聚酯聚合物材料的外 層，和含PEBA或PEBA與基礎樹脂的共混物的最內層。
[0013] 在一個實施方案中，管壁具有兩層，和中心通道的直徑范圍為約0.01英寸至約 0.10英寸;管壁的厚度范圍為約0.003英寸至約0.060英寸;和最內層的厚度范圍為約0.001 英寸至約0.059英寸。
[0014] 在一個實施方案中，管壁具有三層，其中包括含半晶或無定形聚酯聚合物材料的 最外層，含半晶或無定形聚酯聚合物材料的中間層，和含PEBA或PEBA與基礎樹脂的共混物 的最內層。
[0015] 在一個實施方案中，管壁具有三層，且最外層的厚度范圍為約0.0005英寸至約 0.058英寸，中間層的厚度范圍為約0.0005英寸至約0.058英寸，最內層的厚度范圍為約 0.001英寸至約0.059英寸，和中心通道的直徑范圍為約0.01英寸至約0.100英寸。
[0016] 在一個實施方案中，側壁具有半晶聚酯聚合物材料的最外層。
[0017] 在一個實施方案中，管子包括醫(yī)療管以供收集血樣或其他水性流體。
[0018] 在一個實施方案中，提供一種醫(yī)療器件，它包括收集血樣或其他水性流體的共擠 出的多層毛細管。
[0019] 在一個實施方案中，提供收集流體樣品的方法，該方法包括將共擠出的多層毛細 管的開放端插入到流體樣品內，并借助毛細作用從該樣品中抽取流體到通道內。
[0020] 在一個實施方案中，改變管子尺寸以供收集至少0.5微升的樣品。
[0021 ]在一個實施方案中，改變管子尺寸以供收集約0.5至約2微升的樣品。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供制造共擠出的多層毛細管的方法，該方法包括： 共擠出沿著管子的軸向長度共軸布置的至少兩層共擠出聚合物層的管狀側壁，該管狀側壁 定義了中心通道以供接收流體，該管狀側壁具有內徑尺寸大小至允許含水或水性流體借助 毛細作用通過管子的開放端流動到中心通道內，至少兩層共軸共擠出的聚合物層包括:定 義中心通道表面的含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)聚合物材料的最內層，和撓曲模量為至少約 250,000鎊/英寸2(psi)的材料的最外層。
[0023]在隨后的說明書中列出了本發(fā)明的額外方面和/或優(yōu)點。
【附圖說明】
[0024]根據(jù)各種實施方案的下述說明，結合附圖，將變得顯而易見且更加容易理解本發(fā) 明的這些和/或其他方面與優(yōu)點，其中：
[0025] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的兩層共擠出的毛細管的側視圖；
[0026] 圖2是沿著圖1的管子的縱軸縱向獲取的垂直截面視圖；
[0027] 圖3A是圖1的多層管道的截面視圖，它示出了橫跨根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的 管壁的多層;和
[0028]圖3B是具有三層結構的多層管子的截面視圖，它示出了橫跨根據(jù)本發(fā)明另一實施 方案的管壁的多層；
[0029]圖4(表1)列出了用于各種比較樣品的毛細作用的數(shù)值;和
[0030] 圖5A和5B(表2)列出了用于本發(fā)明各種實施方案的毛細作用的數(shù)值。
【具體實施方式】
[0031] 現(xiàn)詳細地參考本發(fā)明的各種實施方案，其實例在附圖中闡述，其中在整個說明書 當中相同的標記數(shù)字是指相同的元件。
[0032]圖1-3A闡述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的兩層毛細管1。該管子包括圍繞中心軸 向管狀口徑(bore)或通道6的延長的管狀側壁2,且在兩端3,4處開放。該管子的內徑ID允許 液體通過毛細作用借助開放的遠端3進入到管子內，和借助開放的近端4使來自管子的空氣 流過，當液體在遠端被抽取到管子內時。
[0033]管子1是多層共擠出聚合物材料層12,14的連續(xù)管狀體，它沿著管子的全部長度L 共軸延伸，正如圖2的縱向截面視圖所示。典型地，管狀體基本上為圓柱形，它沿著延長的管 軸A延伸一定長度L，且具有從內部管徑ID延伸到外部管徑OD的厚度T的總的側壁。確定ID尺 寸大小，并選擇最內層聚合物材料，以允許液體通過毛細作用抽取到管狀體內。共擠出的最 內層材料12形成中心口徑6的表面5;在這一表面5上不要求涂層來提供所需的毛細作用。確 定OD尺寸大小，并選擇外部的一層或多層材料14,以提供打算應用的管子充足的撓曲強度 用于剛性和所需的處理特征。這通過在一層或多層外層的至少一層內使用撓曲模量等于或 大于約250,000psi(鎊/英寸 2)的材料來實現(xiàn)。典型地，多層管包括在連續(xù)擠出工藝中共擠 出的由不同的熱塑性聚合物材料制造的兩層或三層，以形成管道的延伸的長度。然后可在 所需的長度下從管道長度上切割單獨的毛細管。在圖1-3A所示的一個實例中，管子具有兩 種材料，兩層(2M，2L)側壁，其中包括含聚醚嵌段聚酰胺聚合物材料的最內層12,和含半晶 或無定形聚酯聚合物材料的最外層14。這一組合提供:水性液體(例如，血液)的所需毛細作 用速率;所需的處理特征(例如，基于在兩層管的外層14中所使用的材料，和/或圖3B中所示 的三層管20的中間層23和最外層24的材料的撓曲模量）。內層可以是或者聚醚嵌段聚酰胺 聚合物，或者聚醚嵌段聚酰胺和基礎樹脂的共混物。
[0034]圖3A闡述了特定的兩種材料，兩層（2M2L)毛細管1的截面視圖，所述毛細管1具有 厚度為的含聚醚嵌段聚酰胺聚合物材料的最內層12,和厚度為^的含無定形或半晶聚酯 聚合物材料的最外層14。在這一實例中，層厚是A 1= .002英寸和t2= .012英寸。
[0035]圖3B闡述了特定的三種材料，三層（3M3L)毛細管20的截面視圖，其具有厚度為t3 的含聚醚嵌段聚酰胺聚合物材料的最內層22,厚度為t4的含無定形或半晶聚酯聚合物材料 的中間層23,和厚度為t5的含無定形或半晶聚酯材料的最外層24。在3M/3L實例中，層厚為t3 = ?002英寸，t4= .008英寸，和t5= .012英寸。在這兩個實例（圖3A和3B)中，管內徑ID的范圍 可以是0.010至0.1英寸(0.01至0.25cm)，和總管壁厚T的范圍可以是0.003至0.060英寸。在 不同實例中，具體的層厚可以變化，這取決于所使用的材料和應用。管的尺寸也可基于應用 或流體樣品的尺寸而變化。在一個實例中，確定管的尺寸大小以供收集至少約0.5微升的樣 品。在另一實例中，確定管的尺寸大小以供收集約0.5至約2微升的樣品。在另一實例中，管 包括醫(yī)療管，確定其尺寸大小以供收集血液或其他水性流體。
[0036]最內層12,22的聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)是親水的，以便將水性溶液抽取到管內。 I3EBA是一種熱塑性彈性體，其撓曲模量等于或低于75,000psi，這通過或者ISO 178或者 ASTM D790測試，且由撓性和親水的聚醚(PE)和剛性聚酰胺(PA)制成。它是通過縮聚羧酸聚 酰胺(例如，聚酰胺6(PA6)，聚酰胺Il(PAll)或聚酰胺12(PA12))與羥基封端的聚醚(例如， 聚四亞甲基二醇（PTMG)，或聚乙二醇（PEG))而獲得的嵌段共聚物?；瘜W通式結構為：!10-(CO-PA-CO-O-PE-O) n-H0
[0037] 可商購的PEBA以商品名 Pebax? (Arkema Specialty Polyamides ,Colombes Cedex，法國，arkema· com)已知。一種以牌號Pebax MV1074由Arkema銷售的合適的PEBA材料 的撓曲模量為約11，600psi，且是由約45%硬質聚酰胺-嵌段(PA12)和約55%軟質聚乙二醇 (PEG)-嵌段組成的親水嵌段共聚物。參見例如Bondar V.I. ,Freeman B.D. ,and Pinnau I.,Gas sorption and characterization of poly(ether-b-amide)segmented block copolymers,Journal of Polymer Science,Part B:Polymer Physics，1999，37(17)，第 2463-2475頁中關于Pebax材料的說明?？赏瑯邮褂闷渌燃壍腜ebax，例如Pebax MV2080 (它的撓曲模量為約11，600?8〇沖6匕&1 400(它的撓曲模量為約49,300?8〇，或？6匕&1 MH1657(它的撓曲模量為約ll，600psi)。
[0038] 正如以下進一步描述的，可或者單獨或者與基礎樹脂的共混物使用PEBA，所述基 礎樹脂選自聚酯，丙烯酸類樹脂，苯乙烯類樹脂，縮醛樹脂，聚酰胺，和聚烯烴，例如聚乙烯 和聚丙烯，和聚烯烴的共聚物，例如聚乙烯乙酸乙烯酯(EVA)，和它們的所有組合與共混物。 [0039]由管道最內層顯示出的毛細作用是聚合物性質和管口徑的直徑二者的函數(shù)。正如 通常理解的，毛細作用是在沒有外力，例如重力輔助且與之相對立（in opposition to)的 情況下，液體在窄的空間內流動的能力。當管徑足夠小時和當分子內相互作用或液體對含 管壁的內表面的材料的粘附強于液體分子之間的內聚力時，發(fā)生毛細作用。
[0040] 實施例
[0041] 在以下的所有實施例中，在本領域技術人員已知的共擠出工藝中制造多層毛細管 (.033英寸ID X.061英寸OD X.014英寸壁厚）。通過所使用的擠出工具，例如由Genca Division of General Cable Company,Clearwater,Fla制造的"Tri Die"擠出裝置，控制 兩種材料、兩層管道(例如圖3A)每一層，和三種材料、三層管道(例如圖3B)的每一層各自的 厚度。選擇擠出裝置，以便沿著管內所有層的基本上全部軸向長度L提供層的均勻厚度。
[0042] 按照下述方式進行各自管道的毛細作用或液體流動吸收率的測量。將長度L為 2.950英寸的預切割管保持在約30°銳角下，并使之與在小的鋁盤內容納的Iml(毫升)水滴 接觸。在與水滴接觸的同時，將管子原位放置10秒鐘的時間段并在10秒之后抽取。采用數(shù)字 卡尺(DuraTool?型號22-8582)，測量水進入到管的中心口徑內的行進長度(單位英寸），并 記錄結果。
[0043] 圖4(表1)列出了由塑料和玻璃材料制成的各種單層管的所測量的毛細作用的比 較基礎，其中的一些用說明書中列出的肝素銨涂層預處理。圖4(表1)還列出了管子的側壁 厚度T。在頭兩個比較樣品1和2中，借助擠出工藝和以上所述的尺寸，制造單層管，和分別由 無定形聚酯，Eastman 6763PETG材料（Eastman Chemical ,Kingsport，TN,USA)，和半晶聚 酯，DAK Laser+C 9921PET(DAK Americas,Wilmington,NC,USA)構造單層管。Eastman 6763PETG材料的撓曲模量為約300,000psi，和DAKLaser+C 9921PET的撓曲模量為約363， OOOpsi，這根據(jù)ASTM D790測量。在圖4(表1)中列出的具有它們的生產編碼的其他管道材料 (對比樣品3，4和5)購自Pulmolab(Porter Ranch,CA,USA,www.pulmolab. com)。玻璃管（樣 品3和4)被Pulmolab描述為用鈉鈣玻璃制造，且在有和無肝素銨內部涂層這兩種情況下制 造。列出了范圍為0.043至0.047英寸的玻璃管的ID。列出了購自Pulmolab的塑料管(樣品5) 具有肝素銨內部涂層。列出了范圍為0.033至0.037英寸的這一塑料管的ID。
[0044]圖5A和5B(表2)比較了借助擠出工藝和以上所述的尺寸制造的各種的兩種材料， 兩層(2M2L)(實施例1-9)，和三種材料的三層(3M3L)(實施例10)毛細管的所測量的毛細作 用。圖5A和5B(表2)描述了在圖3A的2M2L毛細管的層12和14中所使用的它們的材料與厚度， 以及在圖3B的3M3L毛細管的層22,23和24中所使用的材料與厚度。圖5B(表2)還列出了管道 的總側壁厚度T。實施例1至8被構造為用Eastman 6763PETG作為外層14的2M2L毛細管。實施 例9利用DAK Americas Laser+C 9921PET作為外層14。實施例10被構造為3M3L毛細管且使 用Eastman 6763PETG作為外層24,和DAK Americas Laser+C 9921PET作為中間層23。實施 例1，2，6和7使用PEBA(wt % )和以上所述的另一基礎樹脂的共混物作為內層12。實施例4使 用PEBA(wt%)與Lyondell-Basell UE672EVA，一種聚乙烯乙酸乙烯酯共聚物的共混物作為 內層12用基礎樹脂（Lyondel 1-Base 11 Industries ,Houston，TX,USA)。實施例3，5，9和10使 用僅僅PEBA作為內層12,22。實施例8是對比例且利用Lyondell-Basell UE672 EVA(沒有 PEBA聚合物)作為內層12。
[0045]根據(jù)表1和2可看出，對于不具有內部涂層且不包括PEBA作為內層12的塑料毛細管 來說，毛細作用最小且低于0.1英寸的吸水率。這通過圖5A(表2)的實施例8和圖4(表1)的對 比樣品1和2例舉。圖5A和5B(表2)的實施例1-7和9-10包括或者2M2L(實施例1-7和9)或者 3M3L(實施例10)結構的塑料毛細管，且包括或者單獨的PEBA或者PEBA與基礎樹脂的共混物 作為內層12,22,它們顯示出改進得多的毛細作用，與在內層12中不具有PEBA的情況相比， 吸水體積最小大七(7)倍。同樣，與圖4(表1)的對比樣品3和4中列出的有或無預處理的內部 涂層的玻璃毛細管，或者與圖4(表1)的對比樣品5中列出的具有預處理的內部涂層的塑料 毛細管相比，在內層22中含或者單獨的PEBA或者PEBA與基礎樹脂的共混物的或者2M2L(實 施例1-7和9)或者3M3L(實施例10)結構的塑料毛細管顯示出相當?shù)拿氉饔谩?br>[0046]本發(fā)明的這些和其他實施方案對本領域技術人員來說是顯而易見的，且并不將本 發(fā)明限制到前述實施例。
【主權項】
1. 一種共擠出的多層毛細管，它包括： 定義中心通道且在該管的開口近端和遠端之間包括沿著該管的軸向長度共軸布置的 至少兩層共擠出的聚合物層的管狀側壁;確定該管狀側壁具有內徑尺寸大小以允許含水或 水性流體借助毛細作用通過該管的開放端流動到中心通道內； 至少兩層共軸的共擠出的聚合物層，所述共軸的共擠出的聚合物層包括： 定義中心通道表面的含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)聚合物材料的最內層;和 撓曲模量為至少約250,00鎊/英寸2(psi)的材料的外層。2. 權利要求1的毛細管，其中含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)聚合物材料的最內層的撓曲模 量為至少約ll，〇〇〇psi。3. 權利要求1的毛細管，其中：最內層材料包括PEBA和基礎樹脂的共混物。4. 權利要求3的毛細管，其中： 基礎樹脂選自聚酯，丙烯酸類樹脂，苯乙烯類樹脂，縮醛樹脂，聚酰胺，聚烯烴和聚烯烴 共聚物，及其所有組合和共混物。5. 權利要求1的毛細管，其中 中心通道的直徑范圍為約0.01英寸至約0.10英寸；管壁厚度范圍為約0.003英寸至約 0.060英寸;和最內層的厚度范圍為約0.001英寸至約0.059英寸。6. 權利要求1的毛細管，其中： 管壁具有兩層，其中包括半晶或無定形聚酯聚合物材料的外層，和含PEBA或PEBA與基 礎樹脂的共混物的最內層。7. 權利要求6的毛細管，其中： 中心通道的直徑范圍為約0.01英寸至約0.10英寸；管壁的厚度范圍為約0.003英寸至 約0.060英寸;和最內層的厚度范圍為約0.001英寸至約0.059英寸。8. 權利要求1的毛細管，其中： 管壁具有三層，其中包括含半晶或無定形聚酯聚合物材料的最外層，含半晶或無定形 聚酯聚合物材料的中間層，和含PEBA或PEBA與基礎樹脂的共混物的最內層。9. 權利要求8的毛細管，其中： 最外層的厚度范圍為約〇. 0005英寸至約0.058英寸，中間層的厚度范圍為約0.0005英 寸至約0.058英寸，最內層的厚度范圍為約0.001英寸至約0.059英寸，和中心通道的直徑范 圍為約0.01英寸至約0.100英寸。10. 權利要求1的毛細管，其中側壁具有半晶聚酯聚合物材料的最外層。11. 權利要求1的毛細管，其中該管包括醫(yī)療管以供收集血樣或其他水性流體。12. -種收集血樣或其他水性流體的醫(yī)療器件，它包括權利要求1的毛細管。13. -種收集流體樣品的方法，該方法包括將權利要求1的該管的開放端插入到流體樣 品內，并借助毛細作用從該樣品中抽取流體到通道內。14. 權利要求1的毛細管，其中確定該管的尺寸大小以供收集至少0.5微升的樣品。15. 權利要求1的毛細管，其中確定該管尺寸大小以供收集約0.5至約2微升的樣品。16. 制造共擠出的多層毛細管的方法，該方法包括： 共擠出沿著該管的軸向長度共軸布置的至少兩層共擠出聚合物層的管狀側壁，該管狀 側壁定義了中心通道以供接收流體， 確定該管狀側壁具有內徑尺寸大小以允許含水或水性流體借助毛細作用通過該管的 開放端流動到中心通道內， 至少兩層共軸共擠出的聚合物層包括:定義中心通道表面的含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA) 聚合物材料的最內層，和撓曲模量為至少約250，000鎊/英寸2(psi)的材料的最外層。
【文檔編號】B32B27/30GK106061609SQ201580008094
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年4月14日
【發(fā)明人】J·E·奧爾薩弗斯基, S·施拉特
【申請人】德尼培股份有限公司