共挤出的塑料毛细管的制作方法
【专利摘要】共挤出的塑料毛细管和制造共挤出管道以供收集一定体积液体的方法。该管是可弃置的，制造便宜，且可以通过毛细作用可靠地抽血和其他水性流体到该管内，流体吸收水平与玻璃和其他商业预处理过的塑料管相当，且不要求进一步的内部涂布。
【专利说明】
共挤出的塑料毛细管
技术领域
[0001 ]本发明属于液体处理领域，和更具体地，收集和传输一定体积的液体，例如血液从 一个地点到另一个地点以供测试等的毛细管领域。
【背景技术】
[0002] 毛细管长期用于收集和分配流体。它们常用于医疗和研究领域，提取非常小（微 升)的待分析的液体样品，例如血液样品以供糖尿病患者测定葡萄糖水平。
[0003] 最简单类型的毛细管是两端开口的玻璃或塑料管。为了在抽取血液中使用，患者 的手指可以用刺血针扎刺，从而允许血滴在切口点处形成，然后毛细管的一端与切口位置 相邻放置，由此血液借助毛细作用被抽取到管内。管内样品然后可转移到另一装置中以供 测试或分析。玻璃管的固有刚度是非常所需的以供抽血员处理，且玻璃管制造便宜。然而， 玻璃管发脆，因此易于破碎且产生安全担心，若它们在包装，分配，运输过程中或者在使用 的同时破碎的话。
[0004] 塑料毛细管也可商购。与玻璃管相比，塑料管不那么可能破碎，因为与玻璃相比， 一些塑料材料具有固有的韧度。然而，取决于制造管子所使用的聚合物，在抽血到管子内时 它们可能不如玻璃有效。它们可能要求预热管子内部，以便使得"可润湿"，结果所需的流体 可通过毛细作用抽取到管内。在与内部涂层，例如肝素铵涂层一起使用之前，许多塑料管被 预热，但对于这一目的来说，涂布工艺可能费力，工艺和投资大且使得管子的成本不那么合 算。
[0005]因此，继续需要能以与玻璃管竞争的成本合算的方式制造毛细管，尤其在医疗应 用中。
【发明内容】
[0006] 根据本发明，提供共挤出的塑料毛细管及其制造方法。该管子可弃置，制造便宜， 且可以通过毛细作用可靠地抽血和其他水性流体到管子内，流体吸收水平与玻璃和其他商 业预处理过的塑料管相当，且不要求进一步的涂布。
[0007] 根据本发明的一个实施方案，提供共挤出的多层毛细管，它包括:定义中心通道且 在管子的开口近端和远端之间包括沿着管子的轴向长度共轴布置的至少两层共挤出的聚 合物层的管状侧壁;该管状侧壁具有内径尺寸大小至允许含水或水性流体借助毛细作用通 过该管的开放端流动到中心通道内；至少两层共轴的共挤出的聚合物层，所述共轴的共挤 出的聚合物层包括定义中心通道表面的含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)聚合物材料的最内层;和 挠曲模量为至少约250,00镑/英寸 2(psi)的材料的外层。
[0008] 在一个实施方案中，含最内层的材料的挠曲模量为至少约11，000psi。
[0009] 在一个实施方案中，最内层材料包括PEBA和基础树脂的共混物。
[0010] 在一个实施方案中，基础树脂选自聚酯，丙烯酸类树脂，苯乙烯类树脂，缩醛树脂， 聚酰胺，聚烯烃和聚烯烃共聚物，及其所有组合和共混物。
[0011] 在一个实施方案中，中心通道的直径范围为约0.01英寸至约0.10英寸;管壁厚度 范围为约0.003英寸至约0.060英寸;和最内层的厚度范围为约0.001英寸至约0.059英寸。
[0012] 在一个实施方案中，管壁具有两层，其中包括半晶或无定形聚酯聚合物材料的外 层，和含PEBA或PEBA与基础树脂的共混物的最内层。
[0013] 在一个实施方案中，管壁具有两层，和中心通道的直径范围为约0.01英寸至约 0.10英寸;管壁的厚度范围为约0.003英寸至约0.060英寸;和最内层的厚度范围为约0.001 英寸至约0.059英寸。
[0014] 在一个实施方案中，管壁具有三层，其中包括含半晶或无定形聚酯聚合物材料的 最外层，含半晶或无定形聚酯聚合物材料的中间层，和含PEBA或PEBA与基础树脂的共混物 的最内层。
[0015] 在一个实施方案中，管壁具有三层，且最外层的厚度范围为约0.0005英寸至约 0.058英寸，中间层的厚度范围为约0.0005英寸至约0.058英寸，最内层的厚度范围为约 0.001英寸至约0.059英寸，和中心通道的直径范围为约0.01英寸至约0.100英寸。
[0016] 在一个实施方案中，侧壁具有半晶聚酯聚合物材料的最外层。
[0017] 在一个实施方案中，管子包括医疗管以供收集血样或其他水性流体。
[0018] 在一个实施方案中，提供一种医疗器件，它包括收集血样或其他水性流体的共挤 出的多层毛细管。
[0019] 在一个实施方案中，提供收集流体样品的方法，该方法包括将共挤出的多层毛细 管的开放端插入到流体样品内，并借助毛细作用从该样品中抽取流体到通道内。
[0020] 在一个实施方案中，改变管子尺寸以供收集至少0.5微升的样品。
[0021 ]在一个实施方案中，改变管子尺寸以供收集约0.5至约2微升的样品。
[0022]根据本发明的另一实施方案，提供制造共挤出的多层毛细管的方法，该方法包括： 共挤出沿着管子的轴向长度共轴布置的至少两层共挤出聚合物层的管状侧壁，该管状侧壁 定义了中心通道以供接收流体，该管状侧壁具有内径尺寸大小至允许含水或水性流体借助 毛细作用通过管子的开放端流动到中心通道内，至少两层共轴共挤出的聚合物层包括:定 义中心通道表面的含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)聚合物材料的最内层，和挠曲模量为至少约 250,000镑/英寸2(psi)的材料的最外层。
[0023]在随后的说明书中列出了本发明的额外方面和/或优点。
【附图说明】
[0024]根据各种实施方案的下述说明，结合附图，将变得显而易见且更加容易理解本发 明的这些和/或其他方面与优点，其中：
[0025] 图1是根据本发明的一个实施方案的两层共挤出的毛细管的侧视图；
[0026] 图2是沿着图1的管子的纵轴纵向获取的垂直截面视图；
[0027] 图3A是图1的多层管道的截面视图，它示出了横跨根据本发明的一个实施方案的 管壁的多层;和
[0028]图3B是具有三层结构的多层管子的截面视图，它示出了横跨根据本发明另一实施 方案的管壁的多层；
[0029]图4(表1)列出了用于各种比较样品的毛细作用的数值;和
[0030] 图5A和5B(表2)列出了用于本发明各种实施方案的毛细作用的数值。
【具体实施方式】
[0031] 现详细地参考本发明的各种实施方案，其实例在附图中阐述，其中在整个说明书 当中相同的标记数字是指相同的元件。
[0032]图1-3A阐述了根据本发明一个实施方案的两层毛细管1。该管子包括围绕中心轴 向管状口径(bore)或通道6的延长的管状侧壁2,且在两端3,4处开放。该管子的内径ID允许 液体通过毛细作用借助开放的远端3进入到管子内，和借助开放的近端4使来自管子的空气 流过，当液体在远端被抽取到管子内时。
[0033]管子1是多层共挤出聚合物材料层12,14的连续管状体，它沿着管子的全部长度L 共轴延伸，正如图2的纵向截面视图所示。典型地，管状体基本上为圆柱形，它沿着延长的管 轴A延伸一定长度L，且具有从内部管径ID延伸到外部管径OD的厚度T的总的侧壁。确定ID尺 寸大小，并选择最内层聚合物材料，以允许液体通过毛细作用抽取到管状体内。共挤出的最 内层材料12形成中心口径6的表面5;在这一表面5上不要求涂层来提供所需的毛细作用。确 定OD尺寸大小，并选择外部的一层或多层材料14,以提供打算应用的管子充足的挠曲强度 用于刚性和所需的处理特征。这通过在一层或多层外层的至少一层内使用挠曲模量等于或 大于约250,000psi(镑/英寸 2)的材料来实现。典型地，多层管包括在连续挤出工艺中共挤 出的由不同的热塑性聚合物材料制造的两层或三层，以形成管道的延伸的长度。然后可在 所需的长度下从管道长度上切割单独的毛细管。在图1-3A所示的一个实例中，管子具有两 种材料，两层(2M，2L)侧壁，其中包括含聚醚嵌段聚酰胺聚合物材料的最内层12,和含半晶 或无定形聚酯聚合物材料的最外层14。这一组合提供:水性液体(例如，血液)的所需毛细作 用速率;所需的处理特征(例如，基于在两层管的外层14中所使用的材料，和/或图3B中所示 的三层管20的中间层23和最外层24的材料的挠曲模量）。内层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础树脂的共混物。
[0034]图3A阐述了特定的两种材料，两层（2M2L)毛细管1的截面视图，所述毛细管1具有 厚度为的含聚醚嵌段聚酰胺聚合物材料的最内层12,和厚度为^的含无定形或半晶聚酯 聚合物材料的最外层14。在这一实例中，层厚是A 1= .002英寸和t2= .012英寸。
[0035]图3B阐述了特定的三种材料，三层（3M3L)毛细管20的截面视图，其具有厚度为t3 的含聚醚嵌段聚酰胺聚合物材料的最内层22,厚度为t4的含无定形或半晶聚酯聚合物材料 的中间层23,和厚度为t5的含无定形或半晶聚酯材料的最外层24。在3M/3L实例中，层厚为t3 = ?002英寸，t4= .008英寸，和t5= .012英寸。在这两个实例（图3A和3B)中，管内径ID的范围 可以是0.010至0.1英寸(0.01至0.25cm)，和总管壁厚T的范围可以是0.003至0.060英寸。在 不同实例中，具体的层厚可以变化，这取决于所使用的材料和应用。管的尺寸也可基于应用 或流体样品的尺寸而变化。在一个实例中，确定管的尺寸大小以供收集至少约0.5微升的样 品。在另一实例中，确定管的尺寸大小以供收集约0.5至约2微升的样品。在另一实例中，管 包括医疗管，确定其尺寸大小以供收集血液或其他水性流体。
[0036]最内层12,22的聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)是亲水的，以便将水性溶液抽取到管内。 I3EBA是一种热塑性弹性体，其挠曲模量等于或低于75,000psi，这通过或者ISO 178或者 ASTM D790测试，且由挠性和亲水的聚醚(PE)和刚性聚酰胺(PA)制成。它是通过缩聚羧酸聚 酰胺(例如，聚酰胺6(PA6)，聚酰胺Il(PAll)或聚酰胺12(PA12))与羟基封端的聚醚(例如， 聚四亚甲基二醇（PTMG)，或聚乙二醇（PEG))而获得的嵌段共聚物。化学通式结构为：!10-(CO-PA-CO-O-PE-O) n-H0
[0037] 可商购的PEBA以商品名 Pebax? (Arkema Specialty Polyamides ,Colombes Cedex，法国，arkema· com)已知。一种以牌号Pebax MV1074由Arkema销售的合适的PEBA材料 的挠曲模量为约11，600psi，且是由约45%硬质聚酰胺-嵌段(PA12)和约55%软质聚乙二醇 (PEG)-嵌段组成的亲水嵌段共聚物。参见例如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页中关于Pebax材料的说明。可同样使用其他等级的Pebax，例如Pebax MV2080 (它的挠曲模量为约11，600?8〇沖6匕&1 400(它的挠曲模量为约49,300?8〇，或？6匕&1 MH1657(它的挠曲模量为约ll，600psi)。
[0038] 正如以下进一步描述的，可或者单独或者与基础树脂的共混物使用PEBA，所述基 础树脂选自聚酯，丙烯酸类树脂，苯乙烯类树脂，缩醛树脂，聚酰胺，和聚烯烃，例如聚乙烯 和聚丙烯，和聚烯烃的共聚物，例如聚乙烯乙酸乙烯酯(EVA)，和它们的所有组合与共混物。 [0039]由管道最内层显示出的毛细作用是聚合物性质和管口径的直径二者的函数。正如 通常理解的，毛细作用是在没有外力，例如重力辅助且与之相对立（in opposition to)的 情况下，液体在窄的空间内流动的能力。当管径足够小时和当分子内相互作用或液体对含 管壁的内表面的材料的粘附强于液体分子之间的内聚力时，发生毛细作用。
[0040] 实施例
[0041] 在以下的所有实施例中，在本领域技术人员已知的共挤出工艺中制造多层毛细管 (.033英寸ID X.061英寸OD X.014英寸壁厚）。通过所使用的挤出工具，例如由Genca Division of General Cable Company,Clearwater,Fla制造的"Tri Die"挤出装置，控制 两种材料、两层管道(例如图3A)每一层，和三种材料、三层管道(例如图3B)的每一层各自的 厚度。选择挤出装置，以便沿着管内所有层的基本上全部轴向长度L提供层的均匀厚度。
[0042] 按照下述方式进行各自管道的毛细作用或液体流动吸收率的测量。将长度L为 2.950英寸的预切割管保持在约30°锐角下，并使之与在小的铝盘内容纳的Iml(毫升)水滴 接触。在与水滴接触的同时，将管子原位放置10秒钟的时间段并在10秒之后抽取。采用数字 卡尺(DuraTool?型号22-8582)，测量水进入到管的中心口径内的行进长度(单位英寸），并 记录结果。
[0043] 图4(表1)列出了由塑料和玻璃材料制成的各种单层管的所测量的毛细作用的比 较基础，其中的一些用说明书中列出的肝素铵涂层预处理。图4(表1)还列出了管子的侧壁 厚度T。在头两个比较样品1和2中，借助挤出工艺和以上所述的尺寸，制造单层管，和分别由 无定形聚酯，Eastman 6763PETG材料（Eastman Chemical ,Kingsport，TN,USA)，和半晶聚 酯，DAK Laser+C 9921PET(DAK Americas,Wilmington,NC,USA)构造单层管。Eastman 6763PETG材料的挠曲模量为约300,000psi，和DAKLaser+C 9921PET的挠曲模量为约363， OOOpsi，这根据ASTM D790测量。在图4(表1)中列出的具有它们的生产编码的其他管道材料 (对比样品3，4和5)购自Pulmolab(Porter Ranch,CA,USA,www.pulmolab. com)。玻璃管（样 品3和4)被Pulmolab描述为用钠钙玻璃制造，且在有和无肝素铵内部涂层这两种情况下制 造。列出了范围为0.043至0.047英寸的玻璃管的ID。列出了购自Pulmolab的塑料管(样品5) 具有肝素铵内部涂层。列出了范围为0.033至0.037英寸的这一塑料管的ID。
[0044]图5A和5B(表2)比较了借助挤出工艺和以上所述的尺寸制造的各种的两种材料， 两层(2M2L)(实施例1-9)，和三种材料的三层(3M3L)(实施例10)毛细管的所测量的毛细作 用。图5A和5B(表2)描述了在图3A的2M2L毛细管的层12和14中所使用的它们的材料与厚度， 以及在图3B的3M3L毛细管的层22,23和24中所使用的材料与厚度。图5B(表2)还列出了管道 的总侧壁厚度T。实施例1至8被构造为用Eastman 6763PETG作为外层14的2M2L毛细管。实施 例9利用DAK Americas Laser+C 9921PET作为外层14。实施例10被构造为3M3L毛细管且使 用Eastman 6763PETG作为外层24,和DAK Americas Laser+C 9921PET作为中间层23。实施 例1，2，6和7使用PEBA(wt % )和以上所述的另一基础树脂的共混物作为内层12。实施例4使 用PEBA(wt%)与Lyondell-Basell UE672EVA，一种聚乙烯乙酸乙烯酯共聚物的共混物作为 内层12用基础树脂（Lyondel 1-Base 11 Industries ,Houston，TX,USA)。实施例3，5，9和10使 用仅仅PEBA作为内层12,22。实施例8是对比例且利用Lyondell-Basell UE672 EVA(没有 PEBA聚合物)作为内层12。
[0045]根据表1和2可看出，对于不具有内部涂层且不包括PEBA作为内层12的塑料毛细管 来说，毛细作用最小且低于0.1英寸的吸水率。这通过图5A(表2)的实施例8和图4(表1)的对 比样品1和2例举。图5A和5B(表2)的实施例1-7和9-10包括或者2M2L(实施例1-7和9)或者 3M3L(实施例10)结构的塑料毛细管，且包括或者单独的PEBA或者PEBA与基础树脂的共混物 作为内层12,22,它们显示出改进得多的毛细作用，与在内层12中不具有PEBA的情况相比， 吸水体积最小大七(7)倍。同样，与图4(表1)的对比样品3和4中列出的有或无预处理的内部 涂层的玻璃毛细管，或者与图4(表1)的对比样品5中列出的具有预处理的内部涂层的塑料 毛细管相比，在内层22中含或者单独的PEBA或者PEBA与基础树脂的共混物的或者2M2L(实 施例1-7和9)或者3M3L(实施例10)结构的塑料毛细管显示出相当的毛细作用。
[0046]本发明的这些和其他实施方案对本领域技术人员来说是显而易见的，且并不将本 发明限制到前述实施例。
【主权项】
1. 一种共挤出的多层毛细管，它包括： 定义中心通道且在该管的开口近端和远端之间包括沿着该管的轴向长度共轴布置的 至少两层共挤出的聚合物层的管状侧壁;确定该管状侧壁具有内径尺寸大小以允许含水或 水性流体借助毛细作用通过该管的开放端流动到中心通道内； 至少两层共轴的共挤出的聚合物层，所述共轴的共挤出的聚合物层包括： 定义中心通道表面的含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)聚合物材料的最内层;和 挠曲模量为至少约250,00镑/英寸2(psi)的材料的外层。2. 权利要求1的毛细管，其中含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)聚合物材料的最内层的挠曲模 量为至少约ll，〇〇〇psi。3. 权利要求1的毛细管，其中：最内层材料包括PEBA和基础树脂的共混物。4. 权利要求3的毛细管，其中： 基础树脂选自聚酯，丙烯酸类树脂，苯乙烯类树脂，缩醛树脂，聚酰胺，聚烯烃和聚烯烃 共聚物，及其所有组合和共混物。5. 权利要求1的毛细管，其中 中心通道的直径范围为约0.01英寸至约0.10英寸；管壁厚度范围为约0.003英寸至约 0.060英寸;和最内层的厚度范围为约0.001英寸至约0.059英寸。6. 权利要求1的毛细管，其中： 管壁具有两层，其中包括半晶或无定形聚酯聚合物材料的外层，和含PEBA或PEBA与基 础树脂的共混物的最内层。7. 权利要求6的毛细管，其中： 中心通道的直径范围为约0.01英寸至约0.10英寸；管壁的厚度范围为约0.003英寸至 约0.060英寸;和最内层的厚度范围为约0.001英寸至约0.059英寸。8. 权利要求1的毛细管，其中： 管壁具有三层，其中包括含半晶或无定形聚酯聚合物材料的最外层，含半晶或无定形 聚酯聚合物材料的中间层，和含PEBA或PEBA与基础树脂的共混物的最内层。9. 权利要求8的毛细管，其中： 最外层的厚度范围为约〇. 0005英寸至约0.058英寸，中间层的厚度范围为约0.0005英 寸至约0.058英寸，最内层的厚度范围为约0.001英寸至约0.059英寸，和中心通道的直径范 围为约0.01英寸至约0.100英寸。10. 权利要求1的毛细管，其中侧壁具有半晶聚酯聚合物材料的最外层。11. 权利要求1的毛细管，其中该管包括医疗管以供收集血样或其他水性流体。12. -种收集血样或其他水性流体的医疗器件，它包括权利要求1的毛细管。13. -种收集流体样品的方法，该方法包括将权利要求1的该管的开放端插入到流体样 品内，并借助毛细作用从该样品中抽取流体到通道内。14. 权利要求1的毛细管，其中确定该管的尺寸大小以供收集至少0.5微升的样品。15. 权利要求1的毛细管，其中确定该管尺寸大小以供收集约0.5至约2微升的样品。16. 制造共挤出的多层毛细管的方法，该方法包括： 共挤出沿着该管的轴向长度共轴布置的至少两层共挤出聚合物层的管状侧壁，该管状 侧壁定义了中心通道以供接收流体， 确定该管状侧壁具有内径尺寸大小以允许含水或水性流体借助毛细作用通过该管的 开放端流动到中心通道内， 至少两层共轴共挤出的聚合物层包括:定义中心通道表面的含聚醚嵌段聚酰胺(PEBA) 聚合物材料的最内层，和挠曲模量为至少约250，000镑/英寸2(psi)的材料的最外层。
【文档编号】B32B27/30GK106061609SQ201580008094
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年4月14日
【发明人】J·E·奥尔萨弗斯基, S·施拉特
【申请人】德尼培股份有限公司