包含静电纺纤维层的假体装置及其制备方法 相关申请的交叉参考
本申请基于并要求享有提交日为 2009 年 8 月 7 日的美国临时申请 61/232,252 的 优先权, 该申请通过引用并入本文。
背景技术
膨胀性聚四氟乙烯 (ePTFE) 挤塑管作为人造可移植的人工血管或管状移植物 ( 具 体的是为人造的人工血管或管状移植物的应用而设计的 ) 的成功应用是为人们所熟知并 记载的。通过有效的临床研究所验证的 ePTFE, 尤为适宜作为人工血管或管状移植物, 因为 它显示出优良的生物相容性, 并且可机械操控以形成明确定义的多孔微细构造 ( 已知促进 内皮化 )。已证实在血管应用中 PTFE 显示出低的血栓形成反应。当埋入 (seeded) 或注入 心脏保护剂时, 由结点和原纤维形成的微孔结构在植入血管系统时能够使天然组织向内生 长并且使细胞内皮化。这有助于该管状移植物的长期愈合和开放。
在现有技术 ( 美国专利 6,436,135Goldfarb) 中, 由 ePTFE 形成的人造人工血管或 管状移植物的微细构造由纤维状态来进行分类, 该纤维状态进一步通过不规则隔开的结点 定义, 所述的结点通过细长的原纤维或微纤维交互连接。用于制备这种结构的方法和技术 在 30 多年前就已经知道了并且实际上对于本领域技术人员来说是相当简单的。原纤维所 跨的结点表面之间的距离定义为结间距 (IND)。具有特定范围 IND 的管状移植物增强了组 织向内生长和细胞内皮化, 因为该管状移植物本身是多孔的。所述 IND 范围也是小到足以 防止透壁血流和血栓症, 而不是小于平均红血细胞的最大尺寸 (6μ 至 80μ)。
现有技术全部是微孔 ePTFE 管状人工血管或管状移植物的实例。ePTFE 人工血管 或管状移植物的孔隙率由 IND 的机械结构或管的微孔结构控制。IND 和提及的限定结构产 生了组织向内生长以及细胞沿着人工血管或管状移植物的内外表面内皮化的结果。
同样地, 支架通常用于修复和维持身体通道, 例如血管。通常, 可以在支架的内或 外表面提供生物相容性材料 ( 包括移植物 ), 以减少支架和身体接触有关的反应。
但是, 难以用这类常规装置操控机械性能、 细胞增殖、 细胞通透性、 流体通透性、 附 着结构框架、 和 / 或向其中加入活性治疗成分。而且, 这类常规装置并没有考虑另外不能单 独用 ePTFE 或其它材料包覆的复杂几何体的涂料。
因此, 需要解决上文所述不足的方法。 由这类方法制备的假体装置也将尤为有利。
发明概述
依照本发明公开内容的某些实施方案, 提供了形成假体装置的方法。所述方法包 括形成聚合纳米纤维、 纤维化聚合物和溶剂的分散体, 所述分散体具有至少约 50,000cPs 的粘度。将管状框架 ( 例如支架 ) 定位于管状聚合结构上。将分散体中的纳米纤维静电纺 至该管状框架上以形成假体装置。加热该假体装置。
在本发明公开内容的其它实施方案中, 用于形成假体装置的方法包括形成聚合纳 米纤维、 纤维化聚合物和溶剂的分散体, 所述的分散体具有至少约 50,000cPs 的粘度。将分 散体中的纳米纤维静电纺至管状聚合结构上。 将聚合材料层包裹纳米纤维并包裹管状聚合结构以形成假体装置。加热所述的组合结构。
在本发明公开内容的其他实施方案中, 公开了形成假体装置的方法。所述方法包 括形成聚合纳米纤维、 纤维化聚合物和溶剂的分散体, 所述分散体具有至少约 50,000cPs 的粘度。将管状框架定位于管状聚合结构之上。将分散体中的纳米纤维静电纺至该管状框 架上。将聚合材料层包裹纳米纤维并包裹管状框架和管状聚合结构以形成假体装置。加热 该假体装置。
本发明公开内容的其它特征和方面更详细地讨论于下文。
附图简述
完整和可授权的公开内容 ( 包括其针对本领域普通技术人员的最佳方式 ) 在本说 明书剩余部分中更具体地列出, 本说明书剩余部分提及附图, 其中 :
图 1-4 显示依照本发明公开内容的不同假体装置的横断面图。
发明详述
现在将详细参照本发明公开内容的多种实施方案, 将其一个或多个实施例列于下 文。各实施例通过本发明公开内容的示例而提供, 并不限制本发明的公开内容。实际上, 本 领域的技术人员显然可以在不脱离本发明公开内容范围或精神的前提下进行在本发明公 开内容中的多种修饰和变化。 例如, 作为一个实施方案的部分显示或描述的特征, 可以用于 另一个实施方案以得到又一个实施方案。因此, 本发明公开内容意欲涵盖所附权利要求和 它们等同物的范围内所引起的这类修饰和变化。
本发明涉及管状假体装置 ( 在本文中还涉及 “管状人工血管” 和/或 “管状移植 物” 和/或 “管状框架” ), 该管状假体装置包括了在这类装置中央腔周围环绕的静电纺 ( 在 本文中还指 “espin” 和/或 “espun” 和/或 “espinning” ) 纤维。在某些实施方案中, 所述 的中央腔可以包含膨胀性聚四氟乙烯 ( 在本文中还指 “ePTFE” )。在某些实施方案中, 所述 的静电纺 (espin) 纤维可以包含聚四氟乙烯 ( 在本文中还指 “静电纺 PTFE” ), 但是, 除了这 类静电纺 PTFE 之外或与这类静电纺 PTFE 组合可以静电纺以及使用的有很多其它适宜的材 料。例如, 依照本发明公开内容可以静电纺的其它适宜的材料包括聚酰胺、 聚氨酯 (PU)、 聚 酯、 氟化乙丙烯 (FEP) 等。可以置于溶液中的聚合物就有可能被静电纺。可以制成分散体 的聚合物颗粒 ( 例如, PTFE、 FEP 等 ) 也有可能被静电纺。所述分散体 ( 静电纺 PTFE) 必须 烧结以产生所需的性能, 但是从溶液中静电纺出的很多聚合物在纺织和干燥期间发展了它 们的性质。静电纺层的附着可能会发生在烧结期间。
在本发明公开内容的某些实施方案中, 描述了可移植的微孔管状人工血管或管状 移植物, 其含有的主要是微米和亚微米大小的静电纺 PTFE 纤维, 该 PTFE 纤维随机取向地环 绕着中央腔。所述的管状人工血管或管状移植物可以包括一层或多层, 所述层形成静电纺 PTFE 纤维环绕管状结构 ( 例如管状人工血管、 管状移植物、 管状框架或其组合 ) 的组合结 构。
本发明公开内容与常规方法和装置相比具有许多优势, 包括 : 1) 并入具有极大差 异孔结构和孔径的层的能力, 这些不同的结构层可以用以操控机械性能、 细胞增殖、 细胞 通透性、 流体通透性、 附着结构框架、 和 / 或加入活性治疗成分 ; 2) 制备具有极大差异部件 ( 满足更广泛的治疗用途和结构 ) 的复合构造的能力 ; 3) 改善 PTFE 层对结构框架以及该构 造的其它层的结合 ; 4) 加入静电纺层的能力, 该静电纺层酷似提供细胞反应更强控制的细胞外基质的层 ; 以及 5) 实现了不能通过其他形式单独用 ePTFE 或其它材料包覆的复杂几何 体的涂料。
所述的管状结构可以包含如上所述的自封式热塑性或弹性组件, 以及选择的生物 活性剂。可以与本发明公开内容所述的装置结合使用的这类生物活性剂的实例包括但不 限于 : 抗生素、 抗真菌剂和抗病毒剂, 例如红霉素、 四环素、 氨基糖苷类、 头孢菌素类、 喹诺酮 类、 青霉素类、 磺胺类、 酮康唑、 咪康唑、 阿昔洛韦、 更昔洛韦、 齐多夫定、 维生素类、 干扰素 ; 例如苯妥英和丙戊酸的抗惊厥药 ; 例如阿米替林和曲唑酮的抗抑郁药 ; 抗帕金森综合征 药; 例如钙通道阻断剂、 抗心律不齐药、 β 阻断剂的心血管药剂 ; 例如顺铂和甲氨蝶呤的抗 肿瘤药, 例如地塞米松、 氢化可的松、 泼尼松龙和曲安西龙的皮质类固醇 ; 例如布洛芬、 水杨 酸盐类吲哚美辛、 吡罗昔康的非类固醇抗炎药 (NSAIDs) ; 例如黄体酮、 雌激素、 睾酮的激素 类; 生长因子类 ; 例如乙酰唑胺的碳酸酐酶抑制剂 ; 前列腺素类 ; 抗血管生成因子剂 ; 神经 保护剂 ; 神经营养蛋白 ; 生长因子类 ; 细胞因子 ; 趋化因子 ; 例如干细胞、 原代细胞和基因工 程细胞的细胞 ; 组织 ; 以及本领域的技术人员已知的其它药剂。
参见图 1, 显示依照本发明公开内容的结构的横断面图。 该结构包含 ePTFE 层 1 和 静电纺层 2。 根据所需的几何形状和性能, 这种结构可以加工为用于构造移植物或支架 - 移 植物部件的组件。该结构还可以用作其它医疗装置的覆盖物, 所述的医疗装置包括但不限 于阻塞装置、 缺损闭合装置、 细胞包囊装置、 再生医学支架、 整容移植物、 心血管补片和腹部 补片为例。 但是, 这份清单并非包括所有, 而且很多其它的应用都依照本发明公开内容被构 思。 本发明公开内容的内 ( 血液接触 ) 层和外 ( 组织接触 ) 层可以具有不同的孔隙率 以分别增强或抑制细胞向内生长或附着。 所述可移植的静电纺人工血管的应用将会包括而 不限于人造旁路移植物、 冠状动脉旁路移植物、 旁路分流器、 血液透析、 动静脉移植物、 同种 移植物、 肺部异体移植物或肺部分流器。这种管状结构的特性可以包括增强的径向拉伸强 度、 缝合孔抗扯性和增强的轴向抗扯性。
参见图 2, 显示依照本发明公开内容的装置的横断面图。 所述的装置包括 ePTFE 层 1, 框架 3( 例如支架框架 ) 和静电纺层 2。这种结构可以用在意欲结合 ePTFE 至形成的结 构 ( 例如支架、 阻塞装置或其它框架 ) 的应用中。所述的静电纺层提供附着同时也根据应 用在腔或近腔表面上提供基本不同的孔径和结构。作为烧结或固化工序的一部分, 在这类 结构中, 该静电纺层可以直接施用于所述框架的表面或作为与 ePTFE 和框架组合的预成形 的薄板来添加。通常, 这类结构可以用在意欲包裹支撑架的任何应用中。例如, 这类结构可 以与常规支架连接使用。
多种支架类型和支架构造都可以用于本发明公开容。在多种适用的支架之中包 括, 不限于, 自展式支架和气囊可扩展支架 (balloonexpandable extents)。所述的支架还 能够径向收缩。自展式支架包括具有弹簧样作用 ( 其导致支架径向扩展 ) 的支架, 或由于 在某种温度下用于特定结构的支架材料的记忆性而扩展的支架。镍钛诺 (Nitinol) 是一种 在弹簧样模式中以及在基于温度的记忆模式中能够表现良好的材料。 本发明公开内容构思 的其它材料包括但不限于, 不锈钢、 铂、 金、 钛和其它生物相容的金属以及聚合物支架。
所述支架的结构也可以选自本领域应已知的任何适宜的几何形状。例如, 金属丝 支架可以扎成连续螺旋图案, 无论金属丝中有没有波状或之字形, 以致形成径向可变形的
支架。 单独的环或环状构件可以连接到一起例如通过支柱、 缝线、 将环焊接或交织或闭合以 形成管状支架。 适用于本发明的管状支架还包括通过由管刻蚀或切割出图案而形成的管状 支架。 这种支架通常称为开槽支架 (slotted stent)。 此外, 可以通过在材料或模子中蚀刻 图案和在图案中沉积支架材料 ( 例如通过化学气相沉积等 ) 来形成支架。
至于图 3, 显示了另一个结构的横断面图。该结构包括 ePTFE 层 1、 静电纺层 2, 以 及另一个 ePTFE 层 1, 这样使得静电纺层 2 夹在 ePTFE 层 1 之间。这种构造使使用者能够按 所需操控复合材料的机械性, 例如在压缩后改善材料复原。可以调整所述静电纺材料的选 择以改善层间的结合性并且所述的静电纺层可以用于抑制在该构造上细胞穿过中间增殖。 在此情况下, 它可能有利于使细胞从两侧 ( 就移植物而言为腔及近腔 ) 迁移和增殖, 而可能 并不期望两者间沟通。这种中间静电纺层可以设计为具有抑制该细胞沟通的孔隙率。
至于图 4, 显示依照本发明公开内容的又一种结构的横断面。 该装置包括 ePTFE 层 1、 静电纺层 2、 框架 3 和另一个 ePTFE 层 1。这样, 在该构造展开期间所述框架增强了整个 构造的径向强度并且也促进了复原。 例如, 在本发明公开内容的某些实施方案中, 所述框架 是支架。所述支架框架在该结构内提供了结构骨干, 其防止了缝合壁撕开。
所述的静电纺层优选通过本领域技术人员所理解的静电纺丝法直接施用于所述 框架 ; 但是, 它也同样可以通过层压施用。 该技术涉及将静电纺层压制至第二层材料层上并 加热至补合温度。在所有的结构中, 该设计可以包含或不包含结构框架。这些框架可采用 的形式为 : 支架、 阻塞线圈或框架、 再生医学支架、 结构加强物、 起搏或监测导联、 组织锚或 平头钉、 生物刺激装置、 仿生移植物、 信号接收器或传送器、 矫形外科固定装置或任何其他 金属的、 聚合的、 陶瓷的或其他治疗的装置。
该复合材料的性能和特性是框架层、 静电纺层和 ePTFE 薄膜层的综合。该复合材 料可以用受控纤维、 结点和原纤维浆 (fibril sizes) 制备, 并且可以在最终复合材料中在 机械性方面被操控, 以例如改善结合强度、 延伸性和拉伸强度。
多层的典型构造可以制备出厚度为约 0.0001 英寸至约 .25 英寸总厚度, 宽度 约 .032 英寸至约 80 英寸。该单独的层的厚度可以为约 0.0001 英寸至约 .25 英寸。由于该 复合材料可以制备为连续辊长度 (roll length) 的薄板或管, 最终材料尺寸变化很大。所 述复合材料结间距 (IND) 可以是约 0.1 至约 200μm 并且孔隙率为约 20 至 90%。如 ASTM F316( 通过引用并入本文 ) 所限定的孔结构可以为约 0.05 至约 50μm。由于复合材料的 构造, 层与层的 IND、 孔径和孔隙率在所述的复合材料的横断面内可以根据所述的构造而变 化。 一个实例是不对称的构造, 基于对贯穿中间的表面至表面间层的评估, 该不对称构造中 的孔径从大到小变化。
可以使用本文所描述的预制组件和 / 或材料, 将如本文所描述的框架和移植物结 构的构造中所用的材料制备成部件。该材料可以组装于单层中或双层中。可能有益的是将 如图 2 中所示的构造制备为组件, 以用于本文所述的另一个构造。对于图 4 中所示的实施 方案, 可以按所需将预制组件与最终的框架和 ePTFE 附加层连接而制备最终的部件。
例如, 在其中静电纺层是管状结构的一部分的实施方案 ( 如本文前述的 ) 中, 静电 纺层中的纤维直径的尺寸可以为约 10nm 至 2000nm, 壁厚为约 75μ 至 1.5mm, 并且平均内径 为约 0.2mm 至 50mm。
本发明公开内容所述的装置可以用受控纤维、 结点和原纤维浆 (fibrilsizes) 制备, 并且可以操控机械性值例如结合强度、 延伸性和拉伸强度。
膨胀性 PTFE 包含微细构造, 该微细构造由细微的、 高度取向的原纤维交互连接的 实心结点组成。所述的膨胀性 PTFE 结点和原纤维提供了独特的生物相容的多孔结构。该 材料的微细构造可以调整以提供用于细胞附着和向内生长的基质。所述的膨胀性 PTFE 和 静电纺 PTFE 微细构造旨在增强抑制或阻止在愈合早期期间的内皮的转移。
例如, 结点至原纤维距离为约 10-20μm 的 ePTFE 微细构造允许很小的透壁细胞向 内生长。生长细胞的最佳孔隙率范围在 20 和 80μm 之间。研究已显示 : 基于较小的表面可 用于细胞的附着和运动, 孔隙> 120μm 与生长降低和新内膜附着弱相关。
在本发明公开内容的某些实施方案中, 所述的方法可以需要约 10 至 85 %重量 的 PTFE 硬粒分散体或悬浮液, 以助于将收集的纤维垫加工成具有足够初始强度 (green strength) 的形式。但是, 如上所述, 其它适宜的聚合物可以用于静电纺分散体。如果在分 散体中的固体含量太低, 所得材料将无机械完整性或机械完整性弱。其次, 用于增加溶液、 悬浮液或分散体粘度以供纺织的聚合物必须仔细地挑选。
此外, 当烧结或结合静电纺层时, 必需确保选择适宜烧结该材料的温度, 以至于所 得的产品具有良好的机械完整性。 为制备非编织静电纺 PTFE 材料, 在水性分散体中提供了粒度分布狭窄的 PTFE 粉 末。所述的粒度优选地是约 0.05 至 0.8μ。将按重量计约 1 至 10wt%的纤维化聚合物加 入所述体积的 PTFE 水性分散体中。所述的纤维化聚合物应具有高的水中的溶解度并且大 于约 0.5wt%的溶解度是优选的。优选的是, 当在约 400℃下烧结时, 纤维化聚合物的灰分 含量小于约 5wt%, 甚至更低才是更优选的。特别优选的纤维化聚合物可以包括, 但不限于 右旋糖酐、 海藻酸盐或酯、 壳聚糖、 瓜尔胶化合物、 淀粉、 聚乙烯基吡啶化合物、 纤维质化合 物、 纤维素醚、 水解聚丙烯酰胺、 聚丙烯酸酯、 聚羧酸酯、 聚乙烯醇、 聚环氧乙烷、 聚乙二醇、 聚乙烯亚胺、 聚乙烯吡咯烷酮、 聚乳酸、 聚甲基丙烯酸、 聚衣康酸、 聚 2- 羟乙基丙烯酸酯、 聚 2- 二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯 - 丙烯酰胺共聚物、 聚 n- 异丙基丙烯酰胺、 聚 2- 丙烯酰氨 基 -2- 甲基 -1- 丙烷磺酸、 聚 ( 甲氧基乙烯 )、 聚 ( 乙烯醇 )、 聚 ( 乙烯醇 )12%乙酰基、 聚 (2, 4- 二甲基 -6- 三嗪基乙烯 )、 聚 (3- 吗啉基乙烯 )、 聚 (N-1, 2, 4- 三唑基乙烯 )、 聚(乙 烯基亚砜 )、 聚 ( 乙烯胺 )、 聚 (N- 乙烯基吡咯烷酮 - 乙酸乙烯酯共聚物 )、 聚 (g- 谷氨酸 )、 聚 (N- 丙酰亚氨基乙烯 )、 聚 (4- 氨基 - 磺基 - 苯胺 )、 聚 [N-( 对磺基苯基 ) 氨基 -3- 羟甲 基 -1, 4- 亚苯基亚氨基 -1, 4- 亚苯基 )]、 异丙基纤维素、 羟基乙基、 羟丙基纤维素、 醋酸纤维 素、 硝酸纤维素、 海藻酸铵盐、 i- 角叉菜胶、 N-[(3′ - 羟基 -2′, 3′ - 二羧基 ) 乙基 ] 壳聚 糖、 魔芋葡甘露聚糖 (konjac glocomannan)、 支链淀粉、 黄原胶、 聚 ( 烯丙基氯化铵 )、 聚(烯 丙基磷酸铵 )、 聚 ( 二烯丙基二甲基氯化铵 )、 聚 ( 苄基三甲基氯化铵 )、 聚 ( 二甲基十二烷 基 (2- 丙烯基酰氨基乙基 ) 溴化铵 )、 聚 (4-N- 丁基吡啶鎓乙烯碘 )、 聚 (2-N- 甲基吡啶鎓亚 甲基碘 )、 聚 (N 甲基吡啶鎓 -2, 5- 二基亚乙烯基 )、 聚乙二醇聚合物和共聚物、 纤维素乙醚、 纤维素乙基羟基乙基醚、 纤维素甲基羟基乙基醚、 聚 (1- 丙三醇甲基丙烯酸酯 )、 聚 (2- 乙 基 -2- 噁唑啉 )、 聚 (2- 羟乙基甲基丙烯酸酯 / 甲基丙烯酸 )90 ∶ 10、 聚 (2- 羟丙基甲基丙 烯酸酯 )、 聚 (2- 甲基丙烯酰氧基乙基三甲基溴化铵 )、 聚 (2- 乙烯基 -1- 甲基吡啶鎓溴化 物 )、 聚 (2- 乙烯基吡啶 N- 氧化物 )、 聚 (2- 乙烯基吡啶 )、 聚 (3- 氯 -2- 羟基丙基 -2- 甲 基丙烯酰氧基乙基二甲基氯化铵 )、 聚 (4- 乙烯基吡啶 N- 氧化物 )、 聚 (4- 乙烯基吡啶 )、 聚
( 丙烯酰胺 /2- 甲基丙烯酰氧基乙基三甲基溴化铵 )80 ∶ 20、 聚 ( 丙烯酰胺 / 丙烯酸 )、 聚 ( 烯丙胺盐酸盐 )、 聚 ( 丁二烯 / 马来酸 )、 聚 ( 二烯丙基二甲基氯化铵 )、 聚 ( 乙基丙烯酸酯 / 丙烯酸 )、 聚 ( 乙二醇 ) 双 (2- 氨基乙基 )、 聚 ( 乙二醇 ) 单甲醚、 聚 ( 乙二醇 )- 双酚 A 二 缩水甘油醚加合物、 聚 ( 环氧乙烷 -b- 环氧丙烷 )、 聚 ( 乙烯 / 丙烯酸 )92 ∶ 8、 聚 (1- 赖氨 酸氢溴酸盐 )、 聚 (1- 赖氨酸氢溴酸盐 )、 聚 ( 马来酸 )、 聚 ( 正 - 丁基丙烯酸酯 /2- 甲基丙 烯酰氧基乙基三甲基基溴化铵 )、 聚 (N- 异 - 丙基丙烯酰胺 )、 聚 (N- 乙烯基吡咯烷酮 /2- 二 甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯 ) 硫酸二甲酯季铵盐 (poly(N-vinylpyrrolidone/2-dimethyl aminoethyl methacrylate), dimethyl sulfatequaternary)、 聚 (N- 乙烯基吡咯烷酮 / 乙 酸乙烯酯 )、 聚 ( 氧乙烯 ) 脱水山梨醇单月桂酸酯 ( 吐温 )、 聚 ( 苯乙烯磺酸 )、 聚(乙 烯醇 )、 N- 甲基 -4(4′ - 甲酰基苯乙烯基 ) 吡啶、 甲基硫酸酯缩醛、 聚 ( 乙烯基甲基醚 )、 聚 ( 乙烯胺 ) 盐酸盐、 聚 ( 乙烯基膦酸 )、 聚 ( 乙烯基磺酸 ) 钠盐、 聚苯胺, 及其组合。此外, 但 是, 也考虑将这类纤维化聚合物与其它聚合物静电纺分散体一同使用。
特 别 优 选 的 纤 维 化 聚 合 物 是 聚 环 氧 乙 烷, 具 有 分 子 量 为 约 50,000 至 4,000,000amu 的聚环氧乙烷。在混合之后, 优选使 PTFE 和纤维化聚合物分散体均质化。在 特别优选的方法中, 使所述的聚合物溶液在不搅动的前提下慢慢地形成, 接着转移至罐滚 筒, 从而将使它恒速转动另外几天。本发明的公开内容构思了将大于 50,000cPs 分散体用 于提供更均匀一致纤维成型以及更快构造。 优选在所得的高度粘稠混合物中制备几乎没有 空气残留的均匀溶液。一旦分散体为均匀稠度, 优选过滤移除任何团块或凝胶。随后将具 有所需粘度的过滤分散体装入具有固定传导元件充当电荷源的受控泵送装置中。 特别优选的传导元件是具有一个或多个喷嘴的元件。所述喷嘴的尺寸优选 ( 但不 限于 ) 直径约 0.01 至 3.0mm。将从泵送装置喷出的体积设为预定的速度, 该速度取决于制 备的形式和所需的纤维直径。所述电荷源优选连接到精密 DC 电源的正极。所述电源的负 极优选连接到收集表面或靶点。所述的极可以颠倒但这不是优选的。
所述的表面可以为圆筒、 装置或薄板。 所述表面可以是金属的、 陶瓷的或聚合的材 料, 特别优选的材料选自不锈钢、 钴铬、 镍钛 ( 镍钛诺 ) 和镁合金。所述电源的电压增加至 所需的电压以均匀拉出聚合物 /PTFE 溶液。
所述的施用电压典型地是约 2,000 至 80,000 伏。由连接电源诱发的电荷排斥荷 电的聚合物远离电荷源并将它们吸引至收集表面。
所述的收集靶点优选垂直泵和喷嘴系统放置并且在至少一个方向上移动以至均 匀覆盖整个表面, 纤维被拉向靶点。一旦收集表面被充分地盖住, 优选如下将材料固化、 烧 结及干燥 ( 其可以同时或以一系列的步骤进行 ) : 或者在适当的位置, 将整个收集表面放置 在烘炉中, 或者将薄板管或其它形式从所述的收集表面移出并将它在烘炉中烧结。
本领域的技术人员熟知的是, 静电纺织物在烧结时会皱缩。然而并不限于任何理 论, 所述的皱缩被认为会在两个步骤中出现。 首先, 纺织的纤维和织物含有如前所述的水和 纤维化聚合物。一旦纺织完成, 样品干燥并发生低度纤维重排。随后, 通过将所述的纤维和 织物暴露于温度约 35℃至约 485℃一段时间来加热该样品。
为了适应皱缩, 纤维和织物可以纺织至膨胀性结构上。然后可以将所述的结构移 去或收缩。在静电纺层烧结期间, 所述的织物皱缩至较小尺寸而不破裂。另一个方法涉及 在烧结之前或在烧结期间将纤维和织物纺织至随后可以扩展和 / 或收缩的结构上。收缩或
扩展和收缩的幅度是约 3 至 100%数量级并且取决于电沉积织物的厚度和尺寸。或者可以 将所述静电纺层置于在烧结期间也会收缩的表面上。
对于一张织物, 如果指定沉积方向为垂直于所述织物平面, 那么收缩或扩展 / 收 缩必定存在于织物平面中至少一个或多个方向。对于沉积在圆柱表面的织物, 所述的织物 必定会径向和 / 或纵向收缩或收缩 / 扩展。对于球面, 所述织物必定径向收缩或收缩 / 扩 展。收缩和 / 或扩展 / 收缩的这些基本概念可以用于任何静电纺织物, 而与它纺织至的表 面形状无关。因此, 基于静电纺织物的很复杂织物的形状成为可能。
所述的静电纺层优选是纤维的。特别优选的静电纺纤维具有至少 0.1μ 的直径。 在一个特别优选的实施方案中, 烧结后的产品具有沉积了一定密度的纤维, 所述浓度使接 触点的间距为 0.1 至 50μ。
本发明的公开内容可以参考下列实施例来更好的理解。 具体实施方式
下列一般指导原则用于本文所描述的多种 ePTFE 和静电纺复合构造的加工实施 例。 1. 在静电纺 PTFE 的实施方案中, 可以通过加入水或从分散体中移除水而不改变 PEO 与 PTFE 之比来改变分散体的粘度。
2. 将径向扩展的 ePTFE 管或双轴取向薄板放置在圆形或平底板上以形成所需的 几何形状。
3. 将静电纺聚合物层以所需的厚度 ( 典型地约 0.5 至 1000μm) 施用在 ePTFE 上 或应用在随后被配合至 ePTFE 膜的表面上, 得到了组合结构。
4. 如果静电纺涂料湿用于 ePTFE, 那么在进入下一步工序前要将它干燥。但是, 如 果将它加工为单个静电纺薄板并且已经干燥, 那么它将被配合至取向的多孔 ePTFE 层。材 料间的配合工序可以重复多次, 直到制备出所需的多层组合结构。
5. 然后将所述的 ePTFE/ 静电纺复合材料用不粘的释放箔 (releasefoil) 覆盖。
6. 一旦所述的复合材料抵在底部器械上, 压力就会施加于箔表面, 从而有助于结 合工序。
7. 将所述的复合构造放入温度为约 35℃至约 485℃的烘炉中以使所有的材料结 合到一起。所述结合温度基于材料的选择而选择。
8. 一旦将该部分从烘炉中移出并且以每分钟约 15 至 25 度的速度冷却, 它将被显 露并检测到特定的性能。
实施例 1 :
I 型构造 : ePTFE/ 静电纺 PTFE :
将具有结间距 (IND) 为 20μ、 内径 (ID) 为 4mm、 壁厚 (WT) 为 0.1mm 和孔隙率为 77.27%的双轴 (Biax) 扩展约 10cm 长的 ePTFE 管放置并且定位于外径 (OD) 为 4mm 的 35cm 长的不锈钢 (SS) 管的中央。将所述管组件置于转动的卡盘中, 以使它处于能够沿该旋转的 管组件全长进行静电纺的位置。
将基于 4.2% (PEO/PTFE)、 300,000amu 聚环氧乙烷和 Daikin D21060% PTFE 分散 体 ( 已被均质化、 然后旋转和过滤以得到平滑的稠度 ) 的混合物的约 85,900cPs 的静电纺
分散体置于配有 22 计量注射针的 10ml 塑料注射器中。将所述注射器置于 Harvard Model 702100 注射泵中并且设定泵出速度为 2.0ml/ 小时。所述的针尖位于距离所述旋转的管组 件约 9.5cm 的位置。所述管组件以约 60rpm 旋转。使用横移平台 (traverse) 沿该管的长 度以 3.2mm/ 秒的移行速度移动静电纺针。将该横移平台的返点设定在 Biax 管末端。采用 9.2kV 电压。在这些条件下将 PTFE 静电纺至所述管上持续 30 分钟以得到约 25μ( 如烧结 后所沉积 ) 厚的 PTFE 纤维覆盖物。
在使 Biax 管 / 静电纺 PTFE 组件过度干燥后, 将静电纺 PTFE 移出并将该复合移植 物在 SS 管上 385℃烧结 10 分钟。在冷却之后, 使用异丙醇便于从该管移出复合移植物。
实施例 2 :
I 型构造 : ePTFE/ 静电纺 PTFE :
与实施例 1 相同, 除了 : 在干燥和移出过量 PTFE 后, 随后将该管组件包裹在 80μ 不锈钢 (SS) 箔中, 接着再用未烧结的 25μ 厚的 ePTFE 膜包裹, 该 ePTFE 膜施用在整个组件 的周围。然后将所述的管组件置于烘炉中 385℃下预热 15.0 分钟。从烘炉中移出并冷却 后, 该 SS 箔和 25μ 厚的膜被移除以显示出复合移植物。使用异丙醇便于从该管移除出植 物。
实施例 3 :
II 型构造 : ePTFE/ 支架 / 静电纺 PTFE :
将具有结间距 (IND) 为 20μ、 内径 (ID) 为 4mm、 壁厚 (WT) 为 0.1mm 和孔隙率为 77.27%的双轴 (Biax) 扩展约 6cm 长的 ePTFE 管置于外径 (OD) 为 4mm 的 35cm 长的不锈钢 管的末端。然后将长 5.2cm、 ID 为 4.25mm 并且 WT 为 0.125mm 的普通支架轻微地展开、 放置 并定位在 ePTFE 管中央。然后将所述 ePTFE 管组件置于 SS 管的中点并置于转动的卡盘中, 以使它处于能够沿该旋转的管组件全长进行静电纺的位置。
将基于 4.2% (PEO/PTFE)、 300,000amu 聚环氧乙烷和 Daikin D21060% PTFE 分散 体 ( 已被均质化、 然后旋转和过滤以得到平滑的稠度 ) 的混合物的约 85,900cPs 的静电纺 分散体置于配有 22 计量注射针的 10ml 塑料注射器中。将所述注射器置于 Harvard Model 702100 注射泵中并且设定泵出速度为 2.0ml/ 小时。 所述的针尖位于距离所述旋转支架 / 管 组件约 9.5cm。所述支架 / 管组件以约 60rpm 旋转。使用横移平台沿 SS 管的长度以 3.2mm/ 秒的移行速度移动静电纺针。将该横移平台的返点设定在 Biax 管末端。采用 9.2kV 电压。 在这些条件下将 PTFE 静电纺至所述管上持续 60 分钟以得到约 50μ( 如烧结后所沉积 ) 厚 的 PTFE 纤维覆盖物。
在使该管组件干燥后, 将该复合支架 - 移植物在 SS 管上 385℃烧结 15 分钟。在冷 却之后, 使用异丙醇以便于从该管移出所述的支架 - 移植物。
实施例 4 :
II 型构造 : ePTFE/ 支架 / 静电纺 PTFE :
与实施例 3 相同, 除了 : 在使所述的支架 - 管组件干燥后, 随后将它包裹在 80μ 不 锈钢 (SS) 箔中, 接着再用未烧结的 25μ 厚的 ePTFE 膜包裹, 该 ePTFE 膜施用在整个组件的 周围。然后将所述的支架 - 管组件置于烘炉中 385℃下预热 15.0 分钟。冷却后, 该 SS 箔和 25μ 厚的膜被移除以显示出所述的支架 - 移植物。使用异丙醇便于从该管移除出植物。
实施例 5 :III 型构造 : ePTFE/ 静电纺 PTFE/ePTFE :
将具有结间距 (IND) 为 20μ、 内径 (ID) 为 4mm、 壁厚 (WT) 为 0.1mm 和孔隙率为 77.27%的双轴 (Biax) 扩展约 10cm 长的 ePTFE 管放置并且定位于外径 (OD) 为 4mm 的 35cm 长的不锈钢的中央。将所述管组件置于转动的卡盘中, 以使它处于能够沿该旋转的管组件 全长进行静电纺的位置。
将基于 4.2% (PEO/PTFE)、 300,000amu 聚环氧乙烷和 Daikin D21060% PTFE 分散 体 ( 已被均质化、 然后旋转和过滤以得到平滑的稠度 ) 的混合物的约 85,900cPs 的静电纺 分散体置于配有 22 计量注射针的 10ml 塑料注射器中。将所述注射器置于 Harvard Model 702100 注射泵中并且设定泵出速度为 2.0ml/ 小时。所述的针尖位于距离所述旋转的管组 件约 9.5cm 的位置。所述管组件以约 60rpm 旋转。使用横移平台沿所述管的长度以 3.2mm/ 秒的移行速度移动静电纺针。将该横移平台的返点设定在 Biax 管末端。采用 9.2kV 电压。 在这些条件下将 PTFE 静电纺至所述管上持续 60 分钟以得到约 50μ( 如烧结后所沉积的 ) 厚的 PTFE 纤维覆盖物。
在使管组件在 50℃下干燥 1 小时后, 用基重 9.955gsm 和厚度为 28μ 的 ePTFE 膜 将所述管组件裹 4 次。然后将该管组件用未烧结的 25μ 厚的 ePTFE 膜包裹, 该 ePTFE 膜紧 紧施用在整个组件的周围。然后将所述的管组件置于烘炉中 385℃下预热 15.0 分钟。冷却 后, 将该 25μ 厚的膜移除以显示出所述的移植物。使用异丙醇便于从该管移除该移植物。 实施例 6 :
III 型构造 : ePTFE/ 静电纺 PTFE/ePTFE :
与实施例 5 相同, 除了 : 在使管组件干燥后, 用基重 (basis weight)9.955gsm 和厚 度为 28μ 的 ePTFE 膜将所述管组件裹 4 次。然后将该管组件包裹在 80μ 不锈钢 (SS) 箔 中, 接着再用未烧结的 25μ 厚的 ePTFE 膜包裹, 该 ePTFE 膜施用在整个组件的周围。然后 将所述的管组件置于烘炉中 385℃下预热 15.0 分钟。冷却后, 该 SS 箔和 25μ 厚的膜被移 除以显示出所述的移植物。使用异丙醇便于从该管移除该移植物。
实施例 7 :
IV 型构造 : ePTFE/ 支架 / 静电纺 PTFE/ePTFE :
将具有结间距 (IND) 为 20μ、 内径 (ID) 为 4mm、 壁厚 (WT) 为 0.1mm 和孔隙率为 77.27%的双轴 (Biax) 扩展约 6cm 长的 ePTFE 管置于外径 (OD) 为 4mm 的 35cm 长的不锈钢 的末端。然后将长为 5.2cm、 ID 为 4.25mm 并且 WT 为 0.125mm 的普通支架 (generic stent) 轻微地展开、 放置并定位在 ePTFE 管中央。然后将所述 ePTFE 管组件置于 SS 管的中点并置 于转动的卡盘中, 以使它处于能够沿旋转的管组件全长进行静电纺的位置。
将基于 4.2% (PEO/PTFE)、 300,000amu 聚环氧乙烷和 Daikin D21060% PTFE 分散 体 ( 已被均质化、 然后旋转和过滤以得到平滑的稠度 ) 的混合物的约 85,900cPs 的静电纺 分散体置于配有 22 计量注射针的 10ml 塑料注射器中。将所述注射器置于 Harvard Model 702100 注射泵中并且设定泵出速度为 2.0ml/ 小时。所述的针尖位于距离所述旋转的支架 / 管组件约 9.5cm 的位置。所述支架 / 管组件以约 60rpm 旋转。使用横移平台沿杆的长度 以 3.2mm/ 秒的移行速度移动静电纺针。将该横移平台的返点设定在该支架的末端。采用 9.2kV 电压。在这些条件下将 PTFE 静电纺至所述管上持续 60 分钟以得到约 50μ( 如烧结 后所沉积 ) 厚的 PTFE 纤维覆盖物。
在使管组件干燥后, 用基重 9.955gsm 和厚度为 28μ 的 ePTFE 膜将所述支架 / 管 组件裹 4 次。然后将该支架 / 管组件用未烧结的 25μ 厚的 ePTFE 膜包裹, 该 ePTFE 膜紧紧 施用在整个组件的周围。然后将所述的管组件置于烘炉中 385℃下预热 15.0 分钟。冷却 后, 将该 25μ 厚的膜移除以显示出支架 - 移植物。使用异丙醇便于从该管移除该支架 - 移 植物。
实施例 8 :
IV 型构造 : ePTFE/ 支架 / 静电纺 PTFE/ePTFE :
与实施例 7 相同, 除了 : 在使管组件干燥后, 用基重 9.955gsm 和厚度为 28μ 的 ePTFE 膜将所述支架 - 管组件裹 4 次。然后将该支架 - 管组件包裹在 80μ 不锈钢 (SS) 箔 中, 接着再用未烧结的 25μ 厚的 ePTFE 膜包裹 5 次, 该 ePTFE 膜施用在整个组件的周围。 然 后将所述的管组件置于烘炉中 385℃下预热 15.0 分钟。冷却后, 该 SS 箔和 25μ 厚的膜将 被移除以显示出所述的支架 - 移植物。使用异丙醇便于使该移植物从该管移除。
为了简短而简洁, 在本说明书中所列出值的任何范围将被解释为权利要求的书面 描述支持, 权利要求叙述了具有端点的任何子范围, 该端点是在所讨论的指定范围内的所 有数值。通过假设的示例性实施例, 本说明书中公开内容的 1-5 的范围被认为支持保护下 列子范围中的任何一个 : 1-4 ; 1-3 ; 1-2 ; 2-5 ; 2-4 ; 2-3 ; 3-5 ; 3-4 ; 和 4-5。
本领域普通技术人员在不偏离本发明公开内容的精神和范围 ( 在所附权利要求 中更具体地列出 ) 的前提下, 可以实践本发明公开内容的这些和其它修饰和变体。此外, 应 当理解所述的多种实施方案的各方面可以在整体上或部分上进行互换。此外, 本领域那些 普通技术人员将理解之前的描述仅仅是为了举例说明, 并无意限制本发明的公开内容。