用于医疗器械的可生物降解合金丝的制作方法
【专利说明】用于医疗器械的可生物降解合金丝
[0001] 相关申请夺叉引用
[0002] 本申请要求2012年7月10日提交且标题为BIODEGRADABLE ALLOY WIRE FOR MEDICAL DEVICES的美国临时申请序列号61/669, 965的权益，通过引用明确地将其全部公 开内部并入本文中。
[0003] 置量
[0004] 1.技术领域
[0005] 本发明涉及用于生物医学应用中的可生物降解丝，特别地涉及用于医疗器械如支 架中的具有可控生物降解的合金丝。
[0006] 2.相关技术描述
[0007] 支架是在置于身体的管或通道中以减轻流动限制或收缩的人造管状结构。支架通 常用于冠状动脉中以减轻例如由心血管病产生的血流量限制。然而，支架也可用于非冠状 血管、尿路和身体的其它区域中。非冠状应用从具有先天性心脏病（CHD)的儿童的柔性肺 血管至具有严重肢体缺血（CLI)的老病人的动脉粥样硬化胭动脉宽泛地变化。安装支架的 损害可能是长且曲折的，如在严重的腹股沟下损害的情况下，或者是短且相对均匀的，如在 轻度肺动脉狭窄中。
[0008] 非冠状支架应用包括动静脉瘘（AVF)或假性动脉瘤，其可能作为由于枪伤、坠落 事件或其它钝力事件导致的外伤的结果发生。这种现象通常发生在身体的上肢中，其中静 脉滴入的缺乏可表现为坏疽、剧痛或局部苍白。与动脉硬化症有关的严重肢体缺血也可产 最生关于径向或腋动脉支架的需求例如以避免切断手术或其它更严重的病态。与多数胸腹 植入部位（如冠状动脉中）相反，上肢和下肢解剖通常经受更大范围的动作，由此可能提高 机械疲劳。
[0009] 通常，支架由生物相容性金属丝或聚合物纤维制成，其成型成图IA和IB所述类型 的通常圆柱形机织或编织结构。这些类型的支架通常指定为"自膨胀"，其中支架可由例如 形状记忆材料制成，并在从包容器件中脱除时除去收缩力时通过膨胀而自动地展开，或者 "球囊式膨胀"，其中支架通过可膨胀球囊强制性地从内部膨胀。
[0010] 当植入支架时，它向它植入其中的血管壁施加径向力，这改进了血管畅通性并减 少急性阻塞或提高血管直径。在每种情况下，血管通常通过血管壁经数周或数月时间生物 重构而实现新的平衡。在该重构完成以后，支架可能不再需要机械支撑并且可例如潜在地 抑制血管的进一步自然正性重构或限制再干预。然而，植入的支架的脱除可能是困难的。
[0011] 许多已知的支架由耐腐蚀且基本非生物降解或非生物再吸收的金属材料形成，所 述材料在植入以后在身体内保持其完整性许多年。关于产生可生物吸收支架的设计努力 主要关注用于冠状病理学的球囊膨胀技术，可包括聚合物可生物降解支架，所述支架使用 聚-L乳酸（PLLA)和聚-L羟基乙酸（PLGA)、镁（Mg)，包括镁的合金或粉末冶金形式以及铁 (Fe)和铁-锰合金的营养金属。一些研究方法还关注混杂物，包括涂有营养金属的层状可 生物降解聚合物和可生物吸收聚合物。尽管这些材料是可再吸收的，它们可能具有低机械 强度和回弹性，和/或可赋予对生物吸收速率的不当控制（即通过在体内太慢或太快地生 物降解）。
[0012] 在铁-锰合金如Fe35Mn的情况下，理想的溶解速率可通过将锰与铁合金实现。例 如，可预期一些铁-锰合金在体内与纯铁材料大约两倍一样快地降解。在用于体内应用如 支架的丝的情况下，纯铁丝材料可经约2年时间的过程降解，而铁-锰材料可经约1年的过 程降解。然而，铁-锰合金可具有对一些体内应用而言不足的弹性和屈服强度。
[0013] 低合金钢，例如Fe-Mn或Fe-C可显示出在材料不具有保留冷作时的均匀腐蚀。然 而，冷作的锻造或机械调整的Fe-Mn合金（如Fe35Mn)具有证明应力腐蚀裂化（SCC)的潜 势，这可导致材料表面的点蚀型缺陷。当点蚀过程进行时，接着发生的对丝材料的不均匀环 境侵袭可潜在地导致一部分材料与主丝体分离，因为降解进展在点蚀部位以与该部位每一 侧上的总结构相比更快的速率进行。
[0014] 需要用于生物医学应用中的具有足够机械性能和合适降解速率的可生物降解金 属材料和丝，其代表与前文相比的改进。
[0015] MM
[0016] 本公开内容提供包含锰（Mn)和铁（Fe)的可生物吸收丝材料，其中加入一种或多 种其它组成材料（X)以控制在体内环境中的腐蚀，特别是防止和/或实质性降低点蚀的可 能性。例如，Fe-Mn-X体系中的（X)元素可包括氮（N)、钥（Mo)或铬（Cr),或这些的组合。 这促进了丝材料的可控降解，使得可发生相对总材料质量和体积的高百分数材料损失而不 使丝材料破裂成多个丝片段。在一些实施方案中，丝材料可具有保留冷作以增强强度，例如 用于医学应用。在一些应用中，丝材料可以为适用于可再吸收体内结构如支架中的细丝。
[0017] 在另一示例应用中，Fe-Mn-X材料可作为一种或多种组成丝材料用于复合丝中，所 述复合丝在截面中包含由第一可生物降解材料形成的外壳或管，和由第二可生物降解材料 形成的内芯。可调节壳和芯以在发生操作后血管康复并恢复血管畅通性以后再吸收或消 失，或者壳可以是仅可再吸收的组分。适用于复合丝中的其它材料包括纯铁、锰、镁和锌的 营养-金属复合物和合金。可选择特定金属或金属合金以提供所需生物降解速率和机械性 能。丝的总生物降解速率以及因此丝的总体机械完整性的持续时间可通过相对丝的总横截 面面积，外鞘和芯材料的相对横截面面积（即相对厚度）控制。
[0018] 当成型成支架时，例如复合物的第一和第二可生物降解材料可以是不同的，且可 具有不同的生物降解速率。第一可生物降解材料可相对慢地降解以在血管重构期间保持支 架的机械完整性，且第二可生物降解材料可相对快地降解。生物降解速率可固有地，例如通 过材料的选择控制，还可机械地，例如通过壳、芯或总器件的材料厚度和几何结构控制。
[0019] 可控制丝的机械强度以赋予由丝制成的编织或针织支架器件自膨胀特征，或者可 控制以提供用于球囊膨胀丝基支架中的高强度丝。丝的机械强度和弹性回弹性可通过热机 械加工而受到显著影响。
[0020] 在其一个形式中，本发明提供包含整体丝的器件，所述整体丝包含至少45重量％ 铁（Fe)、至少15重量％锰（Mn)，和包含以下至少一种的抗腐蚀合金元素：0. 05-1. 3重量％ 铬（Cr);和 0· 10-5. 0 重量 ％钥（Mo)。
[0021] 在其另一形式中，本发明提供双金属复合丝，所述双金属复合丝包含：由第一可生 物降解金属材料形成的外壳；和由第二可生物降解金属材料形成的内芯，其中第一和第二 可生物降解金属材料中的一种包含Fe-Mn-X合金，其中铁（Fe)为至少61重量％，锰（Mn) 为至少31重量％锰（Mn),且其它合金元素（X)包含以下至少一种：0. 05-1. 3重量％的量的 铬（Cr), 0. 10-5. 0重量％的量的钥（Mo),和0.01-0. 45重量％的量的氮（N)，且第一和第二 可生物降解金属材料中的另一种包含不同于Fe-Mn-X合金的第二材料。
[0022] 在其另一形式中，本发明提供生产丝的方法，所述方法包括步骤：提供由Fe-Mn-X 合金制成的丝，所述丝包含至少61重量％的量的铁（Fe);至少31重量％猛（Mn)的量的 锰；和包含以下至少一种的量的抗腐蚀合金元素（X) :0.05-1.3重量％的量的铬（Cr), 0. 10-5. 0重量％的量的钥（Mo)和0. 01-0. 45重量％的量的氮（N)，并通过在室温下对丝进 行冷作而加强丝。
[0023] 附图简沭
[0024] 本发明的上述以及其它特征和目的，以及获得它们的方式通过参考以下对本发明 实施方案的描述以及附图而变得更明显且本发明本身得以更好地理解，其中：
[0025] 图IA和IB为已知支架的透视图；
[0026] 图2为根据本公开内容制备的复合丝的局部剖视图；
[0027] 图3a为阐述使用润滑拉模形成整体丝的示例形成方法的示意图；
[0028] 图3b为阐述使用润滑拉模形成复合丝的示例形成方法的示意图；
[0029] 图3c为在最终冷作方法以前，根据本公开内容的丝的正视图；
[0030] 图3d为在最终冷作方法以后，图3c的丝的正视图；
[0031] 图4a为由具有直径Dw和半径1?"的固体整体材料α制成的丝的正视截面图；
[0032] 图4b为具有直径Dw且包含由第一材料β制成的芯纤维和围绕芯纤维并由第二 材料α制成的壳的复合丝的正视截面图，其中壳的厚度！产生占据丝的总横截面面积的 75%的表面积（0_25 ￥八％〇);
[0033] 图4c为具有直径Dw且包含由第一材料β制成的芯纤维和围绕芯纤维并由第二 材料α制成的壳的复合丝的正视截面图，其中壳的厚度！产生占据丝的总横截面面积的 43%的表面积（3_57 ￥八％〇);
[0034] 图4d为阐述根据本公开内容，具有直径Ds的编织支架的几何的正视图，其中支架 包含24个形成网状管架的丝元件；
[0035] 图5为由实施例1中制备的丝形成的编织支架结构的照片；
[0036] 图6a为阐述实施例1中所用试样材料的拉伸试验结果的图，包括基准丝试样的工 程应力-应变图；
[0037] 图6b为阐述实施例1中所用试样材料的拉伸试验的图，包括示例整体丝试样的工 程应力-应变图；
[0038] 图6c为阐述实施例1中所用试样材料的拉伸试验的图，包括示例双金属丝试样的 工程应力-应变图；
[0039] 图6d为阐述实施例1中所用试样材料的拉伸试验的图，包括其它示例双金属丝试 样的工程应力-应变图；
[0040] 图7a为阐述实施例1中所用
文档序号 :
【 8344283 】
技术研发人员：J·E·谢弗
技术所有人：韦恩堡金属研究产品公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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