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El politetrafluoroetileno (PTFE) es un fluoropolímero extremadamente popular y muy útil.El PTFE ha estado en ZEUS desde la década de 1930, cuando fue desarrollado accidentalmente por técnicos que trabajaban para DuPont.Se considera que el PTFE es único como fluoropolímero porque está completamente fluorado y consta únicamente de átomos de flúor y carbono, como se muestra en la Figura 1. Tubería flexible de teflón
Esta estructura proporciona al PTFE muchas propiedades deseables y únicas.De hecho, según las últimas estimaciones, se prevé que el mercado mundial de PTFE alcance los 6.440 millones de dólares en el año 2020, lo que representa una tasa de crecimiento anual combinada del 8,1% [1].¡Esto se traduce en un consumo global estimado de PTFE de 524,1 kilotones en los próximos tres años [1]!El PTFE se conoce principalmente como Teflon® y también es conocido por su familiaridad como revestimiento antiadherente para utensilios de cocina, pero como muestra esta descripción general del mercado, el PTFE se ha convertido en un pilar en muchas áreas del mundo moderno.
Figura 1. Representaciones clásicas de monómeros de PTFE mostrados en estructura de Lewis (izquierda), dibujo de líneas de enlace (centro) y representaciones estéreo (derecha).
El PTFE es un homopolímero de tetrafluoroetileno (TFE) y se produce integrando monómeros de tetrafluoroetileno mediante una reacción de radicales (Figura 2).La polimerización de TFE es catalizada por el peróxido incorporado en la reacción, y la reacción resultante es autosostenida hasta que se apaga o se agotan los reactivos.El resultado de esta reacción son moléculas de cadena larga (alto peso molecular) con una fuerza considerable.La longitud de la cadena de PTFE es ampliamente controlable y, por lo tanto, puede manipularse para adaptarse a aplicaciones particulares.Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los compuestos de carbonos saturados, las cadenas de polímeros de PTFE normalmente no son flexibles;Producen moléculas rígidas en forma de varillas con un carácter químico único.
Figura 2. Esquema de reacción general para la síntesis de PTFE.
Las propiedades únicas del PTFE se derivan de sus múltiples enlaces C-F.Se sabe que el flúor tiene la electronegatividad más alta (su atracción por los electrones, incluidos los involucrados en el enlace) de cualquier elemento de la tabla periódica [2, 3].El carbono contiene electronegatividad moderada en comparación con el flúor, por lo que el enlace C-F está muy polarizado hacia el flúor.Además del intercambio covalente de electrones entre el flúor y el carbono, existen considerables fuerzas de atracción electrostática que atraen al carbono parcialmente positivo (Cδ+) hacia el flúor parcialmente negativo (Fδ–).
Por lo tanto, la naturaleza covalente del enlace C-F junto con su carácter electrostático parcial dan como resultado un enlace C-F que es extremadamente corto, y este efecto se agrava con múltiples enlaces C-F en PTFE a través de múltiples interacciones dipolares.La longitud del enlace C-F en PTFE suele ser del orden de 1,32 Å y, para un enlace C-F, la longitud en general es de 1,35 Å [4].Esta longitud es más corta que la de otros enlaces carbono-halógeno y más corta que la de los enlaces C – O y C – N.(Sólo el enlace C-Si es más corto que un enlace C-F).El resultado es un empaquetado compacto de PTFE a lo largo de la columna vertebral C-C, pero de manera imprevista.
El PTFE es un polímero de cadena larga compacto.Sin embargo, el PTFE no adopta el patrón en zigzag típico observado en la mayoría de las cadenas de carbono saturadas, sino que es helicoidal (Figura 3A).Generalmente, los sustituyentes más grandes en los carbonos adyacentes a lo largo de la cadena principal de carbono se colocarían en una anticonformación (Figura 4A).Sin embargo, los átomos de flúor en los carbonos adyacentes del PTFE no pueden formar una verdadera conformación escalonada y anti debido al gran tamaño de los átomos de flúor y su alto grado de densidad electrónica derivado de su electronegatividad.En cambio, los átomos de flúor se posicionan a lo largo de la cadena principal de carbono en una conformación helicoidal con ángulos diédricos a lo largo de los átomos C-C de ligeramente menos de 60 ° de una anticonformación escalonada (Figuras 3B y 4).
Figura 3. (A) Conformación típica en zig-zag de una cadena de hidrocarburos saturada.(B) Geometría helicoidal de PTFE con átomos de flúor que rodean la cadena principal de carbono.
Este raro fenómeno del PTFE no se debe al efecto torpe propuesto en los pequeños alcanos fluorados, sino a la hiperconjugación y la interacción del enlace C-C y los orbitales antienlazantes C-F (σCC→σ*CF) del PTFE (Figura 5). [5].La disminución de energía debido a la hiperconjugación compensa con creces la penalización de energía resultante del ángulo diédrico más pequeño a lo largo de los átomos C – C adyacentes.Estos beneficios energéticos se vuelven más prominentes con cada –CF2– adicional.El resultado es un PTFE helicoidal aún más compacto con un grado superior de estabilidad.Esta conformación helicoidal elegida del PTFE sobre la conformación en zig-zag es tan estable que también se ha observado en alcanos perclorados [5].(Cabe señalar que el PTFE está presente en al menos otras dos fases o conformaciones de transición de grados cambiantes de helicidad, según la presión y la temperatura, de las cuales domina la fase II a temperatura ambiente aproximada e inferior [6-8]. (Estas fases Sin embargo, no se discutirá aquí).
Figura 4. Proyecciones de Newman: Comparación de geometría de pequeños alcanos fluorados y PTFE.La anticonformación escalonada del 1,2-difluoroetano, C2H4F2 (izquierda), la conformación gauche del 1,2-difluoroetano (centro) y la conformación escalonada en zig-zag del PTFE (derecha).
Figura 5. Ilustraciones de geometría helicoidal de PTFE: la conformación exagerada (casi) gauche de PTFE (izquierda), y la misma muestra la interacción orbital σCC→σ*CF e hiperconjugación (derecha).
La naturaleza compacta del PTFE y su cadena de carbono completamente unida le dan a este polímero una multitud de propiedades deseables que lo han colocado en tanta demanda en la actualidad.Los tres pares de electrones solitarios del flúor equilibran el momento dipolar general independientemente de su enlace C-F junto con su alta densidad electrónica.Esto se refiere al hecho de que los átomos de flúor del PTFE no son polarizables.Los átomos de flúor del PTFE también tienen un octeto de electrones completo en su capa de valencia.Estos dos aspectos hacen que los flúor del PTFE sean pobres donantes de electrones y malos aceptores de enlaces de hidrógeno.El resultado es una vaina de flúor no reactiva que rodea la columna vertebral C-C del PTFE, lo que le otorga al PTFE una resistencia química excepcionalmente buena.(Sin embargo, todavía es posible que el PTFE se vea afectado por condiciones preparadas específicamente que involucran compuestos halogenados o metales alcalinos).
La cubierta de flúor no reactiva del PTFE también tiene otras implicaciones importantes.La “cápsula” exterior compacta de flúor del PTFE, con su alta densidad electrónica, rechaza igualmente otras cadenas de PTFE.Como resultado, las superficies de PTFE tienen un coeficiente de fricción muy bajo, generalmente entre 0,02 y 0,08.La naturaleza no reactiva del PTFE incluso hacia moléculas pequeñas como el agua u otras cadenas de PTFE significa que el PTFE no se adhiere a prácticamente nada.Estas características se traducen en una lubricidad extremadamente buena para aplicaciones específicas.
El PTFE también se considera una molécula rígida.El PTFE no permite la rotación libre alrededor de los enlaces simples de la cadena principal C-C, a diferencia de los polímeros de cadenas de carbono menos saturados de halógeno o las cadenas de hidrocarburos simples como el polietileno.La densidad electrónica y el espacio necesario para los electrones de los átomos de flúor dan como resultado una repulsión estérica a través de las posiciones vecinas pero también a través de las posiciones 1,3.Tales repulsiones hacen que la barrera de energía rotacional alrededor de los enlaces simples C-C sea muy desfavorable, a pesar de la hiperconjugación.El resultado es una cadena de polímero de PTFE conformacionalmente inflexible.
Es posible fabricar PTFE en una amplia gama de productos.Las características químicas y mecánicas del PTFE permiten que estos productos se utilicen en una variedad de aplicaciones.El PTFE se puede convertir en piezas moldeadas;utilizados como juntas de tuberías flexibles, aisladores eléctricos, cojinetes, cuerpos de válvulas, engranajes;y extruido como tubo (Figura 6).El PTFE se puede mecanizar en piezas de precisión con tolerancias extremadamente finas y se puede convertir en láminas o películas delgadas y también encogerse por calor.La naturaleza estrechamente unida del PTFE se muestra en una excepcional resistencia al desgaste y la abrasión con la máxima lubricidad.
Figura 6. Ejemplos de productos extruidos de PTFE: (A) tubos sin pigmentar y (B) con pigmentos, (C) termocontraíbles de PTFE con pigmentación en espiral, (D) monofilamento de PTFE (vista en primer plano) y (E) Zeus PTFE Sub-Lite -Tubos Wall®.(Imágenes no a escala).
Con propiedades tales como resistencia química y lubricidad, no sorprende que el PTFE haya llegado a aplicaciones médicas donde estas características son particularmente deseables.El PTFE tiene una larga historia de uso exitoso y seguro en la industria médica que se remonta a antes de la década de 1970 [9].El PTFE se puede extruir como tubos con paredes muy delgadas, lo que lo hace perfecto para componentes de catéteres vasculares donde los diámetros uniformes y de tamaño pequeño son primordiales.El PTFE se puede utilizar, por ejemplo, para la pared interior (revestimiento de base) de catéteres guía con el fin de proporcionar una superficie interior notablemente lisa.El diámetro interior (DI) de PTFE liso de estos catéteres reduce la fricción contra diferentes tecnologías de catéteres, como globos, stents o dispositivos de aterectomía, a medida que se empujan a través de los estrechos confines de la luz del catéter.Si el ID del catéter no tiene suficiente lubricidad, es posible que dispositivos tales como stents colapsen en forma de acordeón a medida que son empujados a través del lumen del catéter.El efecto de una mayor lubricidad del catéter ID es una fuerza de despliegue reducida de los dispositivos de catéter a medida que pasan a través de la luz, lo que aumenta la probabilidad de un procedimiento exitoso.
El recubrimiento por inmersión es una tecnología competidora para lograr paredes delgadas de polímero sobre un componente.Este proceso se realiza para impartir algún atributo o calidad superficial a la pieza recubierta, como mayor rigidez o lubricidad.En el caso descrito aquí, el recubrimiento por inmersión se puede realizar sobre un mandril como parte del proceso de construcción del catéter.Luego, una vez que el recubrimiento se ha curado, los componentes adicionales del catéter, incluido el revestimiento de nailon, el trenzado y un paso del proceso de reflujo de la camisa, se construyen sobre el mandril curado y recubierto por inmersión (Figura 7).Después de completar la construcción del catéter, se retira el mandril del catéter recién construido dejando atrás la capa recubierta por inmersión que se convierte en la pared más interna del lumen.
Figura 7. Construcción del catéter: componentes básicos del catéter: mandril, base lineal, refuerzo trenzado, chaqueta (típica de nailon o Pebax®) y termorretráctil pelable (FEP).
El recubrimiento por inmersión, aunque al principio parece un proceso simple, tiene algunas limitaciones que impiden que se utilice comúnmente para la construcción de catéteres.El recubrimiento por inmersión puede presentar irregularidades que se asemejan a la superficie de la piel de naranja.A veces, las superficies recubiertas por inmersión pueden tener la apariencia de muchas líneas transversales llamadas vibración que resultan de las vibraciones durante el proceso de recubrimiento.Las superficies recubiertas por inmersión también pueden tener cráteres, depresiones o incluso agujeros en las capas curadas causados por contaminantes (incluida la humedad) durante el proceso de recubrimiento.Los defectos superficiales del ID del catéter representan un grave impedimento para el uso del catéter.Si bien estos defectos se pueden abordar de diferentes maneras, una precisión superior del proceso de recubrimiento por inmersión normalmente implicará mayores costos y tiempo.
Finalmente, también debido en parte a los defectos descritos anteriormente, los mandriles recubiertos por inmersión para la pared del lumen de identificación del catéter pueden experimentar una mala adhesión.Estas deficiencias pueden consistir en una mala adhesión del revestimiento a la funda colocada sobre el trenzado o una mala adhesión de la capa recubierta por inmersión (revestimiento) al propio mandril.La adhesión imperfecta puede provocar defectos de delaminación, el defecto más grave de los revestimientos de catéteres.Tal falla puede afectar los aspectos básicos del catéter tales como la transmitancia torsional, la desviabilidad o la empujabilidad.El resultado final de tal defecto es posiblemente un fallo del propio catéter.Si bien son poco comunes, los defectos de delaminación presentan un riesgo adicional grave con respecto al proceso de recubrimiento por inmersión.
La demanda de dispositivos de tamaño cada vez más pequeño impulsa la búsqueda de extrusiones de paredes delgadas y el proceso de recubrimiento por inmersión para la construcción de catéteres.Estos dispositivos, que se incluyen en la descripción general como microcatéteres, son necesarios para navegar por vasculaturas extremadamente pequeñas para procedimientos quirúrgicos mínimamente invasivos (MISP).Estos procedimientos pueden ser de naturaleza diagnóstica, de investigación, cartográfica o intervencionista.El diseño del catéter tiene un equilibrio entre funcionalidad y construcción.Los objetivos fundamentales se centran en la trazabilidad, la flexibilidad, la capacidad de empuje y la capacidad de torsión del catéter (transmitancia o fuerza de torsión).Según la tortuosidad de la vasculatura que se explora, el diámetro exterior (OD) y el ID del catéter desempeñan un papel en la selección de un diseño y dispositivo adecuados para la aplicación.Por lo tanto, el espesor de la pared del DI del catéter es una compensación de los atributos funcionales fundamentales del catéter deseados y del entorno de aplicación.
Desarrollar diseños de microcatéteres para cumplir con los requisitos de los mercados cardiovascular, neurovascular y periférico es una tarea abrumadora.La demanda de dispositivos más funcionales y más pequeños es continua.A la luz de estos requisitos, Zeus Industrial Products Inc. está fabricando su nueva serie Sub-Lite-Wall® StreamLiner™ de revestimientos para catéteres de paredes delgadas.Los tubos Zeus Sub-Lite-Wall®, que ya alcanzan espesores de pared de 0,005" (0,127 mm) e inferiores, actualmente se han hecho aún más pequeños con la serie StreamLiner™ de extrusiones de revestimiento de catéter de paredes delgadas. Estas extrusiones especiales se producen a partir de PTFE y construyen gracias al éxito duradero de los productos Sub-Lite-Wall® de Zeus. Estas extrusiones de paredes delgadas se produjeron principalmente para brindar a los fabricantes e ingenieros de dispositivos médicos un mayor acceso a las tortuosas vías del cuerpo. Ahora, con el estado de este mercado impulsando el acceso Para vasculaturas cada vez más pequeñas, la serie Sub-Lite-Wall® StreamLiner™ de extrusiones de PTFE está lista para convertirse en el estándar del mercado.
La primera oferta de Zeus en la serie StreamLiner™, StreamLiner™ XT, mejora su ya existente revestimiento de catéter de paredes delgadas, el mejor de su clase.StreamLiner™ XT, que presenta la tecnología patentada LoPro™ de Zeus, posee un espesor de pared máximo de 0,00075" (0,01905 mm) y se puede desarrollar con ID tan bajos como 0,013" (0,330 mm) (Figura 8).Estos revestimientos de catéter de paredes súper pequeñas permiten diámetros exteriores (OD) del dispositivo terminado más pequeños y, al mismo tiempo, producen un mayor potencial de luz del catéter.La alta lubricidad del PTFE también es una ventaja específica, ya que da como resultado una fuerza de despliegue mejorada (disminuida) dentro del lumen del catéter para la tecnología (fibra óptica, cámara, etc.) que se empuja a través de él.
Figura 8. Sub-Lite-Wall® StreamLiner™ XT: (A) tubo extruido StreamLiner™ XT y (B) esquema, ilustración gráfica y descripción de características de StreamLiner™ XT.
Como extrusión libre, StreamLiner™ XT tiene una serie de ventajas sobre el recubrimiento por inmersión.Estos revestimientos de PTFE son más resistentes y resistentes en comparación con los revestimientos convencionales.StreamLiner™ XT no experimenta los cráteres, depresiones o agujeros a los que son susceptibles los revestimientos recubiertos por inmersión.Por lo tanto, la uniformidad de StreamLiner™ XT contribuye a su acabado superficial de identificación lumínica súper suave.La serie de revestimientos StreamLiner™ tampoco es propensa a la delaminación asociada con los revestimientos recubiertos por inmersión.En conjunto, estas mejoras permiten que la serie Sub-Lite-Wall® StreamLiner™ reduzca el riesgo para los pacientes y al mismo tiempo proporcione un excelente rendimiento y una alternativa eficaz al recubrimiento por inmersión para obtener resultados exitosos para los pacientes.
El PTFE es un fluoropolímero sintético descubierto inicialmente en la década de 1930 que se ha convertido en una industria global.La naturaleza totalmente fluorada del PTFE contribuye a que la estructura helicoidal única de este polímero produzca una amplia gama de propiedades beneficiosas.Con propiedades tan favorables como un bajo coeficiente de fricción y una resistencia química superior, el PTFE se abrió camino en el sector médico y tiene una larga historia de uso exitoso allí.Zeus Industrial Products Inc., con el fin de mejorar la tecnología de extrusión de PTFE, ha desarrollado un revestimiento de catéter de PTFE de pared ultrafina presentado como su serie Sub-Lite-Wall® StreamLiner™.
La primera oferta de esta serie y que presenta la tecnología LoPro™ patentada de Zeus, StreamLiner™ XT, mejora el espesor de pared de Zeus, que ya es el mejor en su clase, para crear un revestimiento con un espesor de pared de < 0,00075" (0,01905 mm). Como extrusión libre , la serie StreamLiner™ erradica muchos de los riesgos de una tecnología competidora, el recubrimiento por inmersión, como la superficie desigual de la pared del lumen y la delaminación. Estos revestimientos crean un dispositivo con un acabado más robusto y resistente al tiempo que conservan suficientes propiedades funcionales como la capacidad de torsión, la flexibilidad y Empujabilidad. El ID del lumen del catéter súper lubricante mejora significativamente la fuerza de despliegue a través del catéter para MISP exitosos. Sub-Lite-Wall® StreamLiner™ XT permite un mayor acceso a vasos pequeños, incluidas las vasculaturas periféricas y neurovasculares, y también representa una nueva herramienta para los médicos e ingenieros de dispositivos médicos. para mejorar los resultados de los pacientes.
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Zeus Industrial Products, Inc. (27 de septiembre de 2019).Introducción al PTFE y a los revestimientos de catéteres de paredes delgadas.AZoM.Recuperado el 12 de diciembre de 2023 de https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=14471.
Zeus Industrial Products, Inc.. "Introducción al PTFE y los revestimientos de catéteres de paredes delgadas".AZoM.12 de diciembre de 2023.
Zeus Industrial Products, Inc.. "Introducción al PTFE y los revestimientos de catéteres de paredes delgadas".AZoM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=14471.(consultado el 12 de diciembre de 2023).
Zeus Industrial Products, Inc.. 2019. Introducción al PTFE y a los revestimientos de catéteres de paredes delgadas.AZoM, consultado el 12 de diciembre de 2023, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=14471.
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