项目展示 -- 精密医用导管生产技术及装备 -- 北京化工大学

医用导管是连通人体内外的管腔制品总称。有金属、塑料、橡胶等不同材料产品。在排液、灌流、投药、采血、传输血液、通过感应元件检测生物体状况、辅助导入其它医疗器具等方面作为通路被广泛应用。

从美国巴特公司(C. R. Bard)1934年首先在美国市场推出世界上第一根球囊导尿管(Foley Catheter)开始，医用导管工业开始它的艰难起步。医用导管的开发与临床医学的发展相辅相成，密不可分。翻开导管工业史，几乎每一种导管都是医生发明的，或者说医生的发明直接孵化了医用导管工业的诞生和为导管工业提供了新的市场。以介入导管为例，球囊导尿管是Foley医生发明后转让给巴特公司的; 热稀释漂浮导管(Swan-Ganz导管)1970年诞生于美国明尼苏达Maya Clinic两位医生Swan和Ganz手中; 经皮冠状动脉球囊成型导管(PTCA导管)是瑞士医生Gruentzig发明并进行世界上第一例PTCA手术; 瑞典医生Seldienger发明的被誉为介入医学里程碑之一的经导丝穿刺法直接导致了介入导管工业一个新的门类—导丝工业的问世。

导管工业的发展壮大，直接促进了介入医学的发展和普及。瑞士医生Gruentzig 1977年发明PTCA导管后的最初一段时期，由于导管的质量、数量和附件的配套都无法使这一先进的技术得到迅速和大面积的推广和普及，从1977年到1980年的3年里全世界才完成PTCA手术1000例。1978年美国巴特公司买下PTCA的知识产权后，用了不到一年时间也就是1979年即开始批量生产，然后在1980年推出全世界第一根PTCA导引导管(Guide Catheter)，1982年发明并生产PTCA导丝。至此，PTCA开始大规模普及，到1990年，全球PTCA每年已经超过10万例，到上世纪末，全球更是达到每年100万例。可见，每一种新导管的问世，每一种导管的每一项改进，每一种导管新材料的应用都离不开临床的原动力，与此同时，导管工业的发展又促进了新技术在临床医学上的应用。

随着社会和经济的发展，人们的生活水平不断提高，临床对导管不断提出更高的要求，需要导管工业不断创新以满足临床的需要。随着导管诊疗技术的发展，医用导管在临床的应用日趋发展，需求量也不断增加。据不完全统计，目前世界上仅泌尿外科应用的导管就有六大类一百二十余种，用于心血管、脑血管、肿瘤等疾病诊治的导管也有一百余种。统计资料表明，仅美国每年就有1.6万吨聚氨酯用于医用导管的生产，各种导管产值已超过20亿美元。

中国导管工业的历史可以追溯到上世纪50年代，当时和欧美国家并没有太大的距离。生产一些诸如橡胶导尿管、胃管、鼻饲管之类的简单导管，在质量、品种方面都比较接近。中国和西方导管工业开始拉开距离应该是在20世纪70年代。那时介入医学刚刚开始进入它的发展阶段，欧美国家导管行业的有识之士敏捷地感觉到介入医学将会是一个前途无限的事业，因此非常迅速地将传统的导管行业的重点转向介入导管方面。他们在产品开发方面紧紧抓住了医工结合，在技术方面大胆采用了高分子材料以及相关科学的最新成果，在产业化方面继承了传统导管制造业和塑料制造业的优良传统，在市场推广方面吸收了传统医药和医疗器械行业的成功经验，在融资方面大量引入风险投资，很快介入导管就成为导管行业的一个最主要的组成部分，并使导管行业成为医疗器械的一个重要门类。到20世纪80年代，欧美国家的介入导管工业已经发展到相当规模，一批60年代诞生的导管企业已经发展到相当规模，更有一些企业如库克、考的斯公司发展成为全球性的跨国公司，但是我国由于“文革”动乱的影响，介入导管行业几乎还是一块未开垦的处女地。当时除了一两个高校小规模涉足介入导管研究外，只有原上海诊察仪器厂在介入造影导管方面生产了一些简单并且质量不高的产品外，全国范围内基本上没有介入导管的研制、生产。当时我国的介入医学也刚刚起步，临床上涉及的介入医学范围还比较狭窄，主要是介入放射科的血管造影和一些相对简单的介入治疗，人们传统的介入医学概念基本局限于介入放射，使用的产品几乎全部从国外进口，不但供货极其不便，而且价格高得离谱。据广州几家大医院的资料，80年代初期在广州市场一根普通的造影导管售价高达五、六百元人民币，一套双腔中心静脉导管组的售价比原产国美国高出三四倍。

改革开放以后，特别是从80年代中期开始，我国介入医学开始进入快速发展时期，其明显标志是不但介入医学在临床的应用范围大大拓宽，而且在介入医学一些高精尖领域也取得了令人瞩目的成绩，比如介入神经放射学(又称血管内神经外科学)我国学者就做出了令世界同行公认的一流工作。然而，和我国介入医学的发展速度和我国这样一个泱泱大国的国际地位很不相称的是，我国介入导管工业在80年代末期到90年代初期却处于几乎完全停顿的状态，一方面世界导管工业日新月异，介入导管市场迅速扩大，另一方面我国介入导管工业却反而倒退，退成了一张白纸。民族介入导管工业的“空白化”已经成为我国介入医学进一步发展和普及的瓶颈。

医用导管应用前景广阔。世界年销售各种导管已达数十亿美元，仅在美国应用于冠心病治疗的医用导管数量就达数十万套，价值数亿美元。在国内，各种介入治疗等应用导管的治疗技术已普及到大部分的三甲医院，对医用导管的需求日增，但绝大部分使用进口导管。

在我国社会从温饱型向小康型转变的同时，我国已进入了老年社会，提高健康和医疗水平得到了空前的关注。按照国际上有关社会发展评价体系，医用塑料制品的生产和消费水平在很大程度上反映了一个国家的经济和技术发展水平。目前，美国年人均年消费医用塑料制品为300美元，而中国只有30元人民币。

我国目前每万人中3人患急慢性肾衰，以此推算全国有近30万人需要得到透析治疗，需要一次性使用的透析用导管200万支/年，每支150元，合计耗资3亿人民币。目前透析器主要采用德国费森尤斯、美国百特、瑞典金宝和日本泰尔茂的产品。

与国外发达国家相比，中国医用导管的发展非常落后，尤其是高技术含量的介入导管等医用塑料制品几乎是空白。据不完全统计，我国现在年进口医用导管的价值超过1.5亿美元。进口导管主要是高精密介入治疗用导管，由于依赖进口，我国介入医学的发展受到了极大的制约，进口产品高昂的价格也是大多数人无法承受的。

为了满足医用导管的生产需要，北京化工大学在教育部和北京市科委的资助下，经过3年多的深入研究和技术创新，开发成功了可用于医用导管生产的精密挤出成型装备，解决了精密医用导管生产的瓶颈问题，为精密医用导管的国产化奠定了坚实的技术基础。随着医用导管的国产化，导管的价格会有较大幅度的下降，而导管的用量将会有更大幅度的增加。目前各类导管的年需求量为5000万条左右，国内预计5年内，会达到1亿支以上，价值达数十亿元。

抓住机遇，实现精密医用导管的国产化，可以为导管生产厂家带来显著的经济效益，同时有利于提高国民的健康水平，产生巨大的社会效益。

精密医用导管主要特征是：尺寸微小、形状复杂、几何精度要求高、卫生指标高、生化稳定性高等。导管的主要部件是管材部分，要求管材内外表面光滑平整、尺寸精密且稳定。导管的直径一般为0.5毫米至数毫米，允许的直径偏差一般为5％以下。而采用普通塑料管材生产设备生产塑料管材，制品的直径偏差高达20~30％，无法满足精密医用导管的生产要求。

精密挤出成型设备的开发成功，为精密医用导管的生产提供了先进可靠的生产设备。

精密医用导管的管材部分采用挤出成型方法进行生产，配件主要采用注射成型方法进行生产。其中管材部分的生产工艺流程如下：

原料

干燥

塑化挤出

模具

成型

冷却

定型

牵引

切断

管材

后处理

稳压

系统

在线

测量

根据导管的几何尺寸和材料，设定合理的工艺参数，包括原料配方、原料干燥条件、挤出温度、螺杆转速、冷却介质的温度和流量等。对多层管壁材料的管材采用一次共挤或二次共挤复合工艺进行生产。管材的后处理依所生产管材的要求而定。对中心静脉导管等管材，还需要在导管上共挤出标识线，或在导管表面喷上刻度。

精密医用导管生产设备包括原料干燥设备、导管挤出机组、附件生产设备、消毒设备、包装设备等。由于各种导管的形状和规格、配件和导管端部形式不同，所以所需的设备会有所差异。

作为精密医用导管生产厂家，需要配备的基本设备包括原料干燥设备、导管挤出机组、注射机等。有了基本设备，再配备专用挤出模具和注射模具就可以生产精密医用导管了。

为确保导管的几何精度和内在性能的均匀性，在该生产机组中采用了如下关键技术和设备：

在挤出机、熔体齿轮泵、并联式稳压装置和牵引机的驱动系统中采用伺服电机替代变频电机或直流电机，使驱动精度提高90％以上，控制响应时间提高80％以上，充分满足了精密驱动和精密控制的要求。

挤出压力的稳定程度是决定导管几何精度的关键，本机组根据材料和导管几何参数的不同有多种稳压系统可供选择：

迄今为止，熔体齿轮泵是最有效的稳压装置。对几何精度要求高的产品，将选择进口熔体齿轮泵做为稳压装置。采用熔体齿轮泵后，管材轴向尺寸的波动可以降低90％以上。对热稳定性较差的塑料，如聚氯乙烯、聚氨酯等，则不能选择熔体齿轮泵，以防止加工过程中材料降解。另外，熔体齿轮泵的价格较高，也是选择稳压系统时的考虑因素。

并联式稳压装置为北京化工大学专利技术，具有结构简单、稳压效果显著、造价低廉的特点。采用并联式稳压系统，可以将管材轴向尺寸的波动降低70％以上。并联式稳压装置对热敏性材料同样不适用，加工热敏性材料的医用导管需要采用其他形式的稳压系统。

专利号	发明名称	专利权单位
01279513.5	挤出机机头稳压装置	北京化工大学
02100799.3	螺杆挤出熔融物的稳压装置及方法	北京化工大学

对热稳定性较差的材料，不适于采用熔体齿轮泵和并联式稳压系统。可以采用稳压-稳流型挤出模具，以提高导管的轴向尺寸稳定性。采用北京化工大学的专利技术可以很好地解决这类问题。

专利号	发明名称	专利权单位
02294673.X	螺杆挤出机稳流调节机头	北京化工大学
02159289.6	螺杆挤出机稳流调节装置	北京化工大学

利用CAE软件对精密医用导管生产模具进行科学的设计，采用先进的数控加工技术和电化学加工手段对模具进行精密加工，以满足精密成型医用导管的要求。

统计过程控制（SPC:Statisticai Process Control）是一种根据统计学模型，对过程参数进行统计学处理和分析，实现对过程精密控制的方法。该方法是一种基于预先预测过程发展趋势的先进控制方法，可比常规的逻辑程序控制方法（PLC）的控制精度提高80％以上。采用SPC控制系统，可以将挤出温度的波动控制在± 1℃以内。

北京化工大学按交钥匙工程方式，向用户提供成套生产技术和设备，并负责为用户培训技术和操作人员。

接产本项目的用户拥有对所提供的专利和非专利技术的使用权，但没有转让权。如果所生产的医用导管涉及第三方的专利（制品专利），则所涉及的专利使用费由用户自己支付。