BE1011244A3

BE1011244A3 - Gelaagde buisvormige metaalstructuur.

Info

Publication number: BE1011244A3
Application number: BE9700559A
Authority: BE
Inventors: De Loose Boudewijn; Ronny Kuiperstraat Losfeld
Original assignee: Bekaert Sa Nv
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-06-01
Also published as: US6379816B1; WO1999001245A1; ATE206339T1; JP2002510232A; EP0996519A1; ES2165691T3; DE69801915T2; EP0996519B1; DE69801915D1; BR9810370A; JP2009173037A

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een buisvormige, gelaagde metaalstructuur (1) welke twee concentrische componenten (2,3) omvat die in hun contactvlak onderling verbonden zijn, waarbij de radiaal buitenwaartse component (3) aaneengesinterde metaalvezels omvat, en de radiaal binnenwaartse component een metaalfolie (2) is. Verder heeft de uitvinding ook betrekking op het gebruik van deze metaalstructuur als verankeringselement voor vreemde lichamen welke ingeplant worden in organisch weefsel, of als warmtewisselend element.

Description

GELAAGDE BUISVORMIGE METAALSTRUCTUUR

De uitvinding heeft betrekking op een gelaagde, buisvormige, gesinterde metaal-structuur, een werkwijze voor het vervaardigen ervan, en in het bijzonder een medische toepassing ervoor.

Voor diverse toepassingen is er nood aan buisvormige metallische elementen welke poreus zijn en toch voldoende stevigheid bezitten.

Het gebruik van een poreus, al dan niet gesinterd, vlak metaalvezelvlies is gekend in verschillende toepassingsdomeinen. De structuur die verkregen wordt door het oprollen van een dergelijk vezelvlies vertoont echter voor vele toepassingen onvoldoende stevigheid. Verder is het voor vele toepassingen nadelig dat de kern van het buisvormig element niet afgesloten is van de mantel, met andere woorden dat de buiswand radiaal doorlaatbaar is.

In het Amerikaans octrooi US 3505038, kolom 12 / lijn 31 tot kolom 15 / lijn 62, wordt beschreven hoe een buisvormig filterelement kan worden vervaardigd bestaande uit een metaalvezelvlies dat eventueel gesinterd wordt aan een metalen draadnet.

De uitvinding heeft tot doel een eenvoudige, buisvormige, gesinterde metaal-structuur te verschaffen, welke een poreuze buitenwand heeft en toch voldoende mechanische stevigheid bezit, en waarbij de totale wand van de buisvormige structuur in radiale richting ondoorlaatbaar is voor fluïda die zich binnenin de buis bevinden. Verder heeft de uitvinding tot doel een werkwijze te verschaffen voor de vervaardiging van deze buisvormige metaalstructuur.

Meer bepaald verschaft de uitvinding een gelaagde, buisvormige metaalstructuur omvattende twee concentrische componenten welke in hun contactvlak onderling verbonden zijn, waarbij de radiaal buitenwaartse component aaneengesinterde metaalvezels omvat, en de radiaal binnenwaartse component een metaalfolie is.

Beide componenten kunnen worden vervaardigd uit om het even welk metaal of metaallegering, zo ook uit titaan.

Oe radiaal buitenwaartse component omvat metaalvezels welke kunnen worden verkregen door het afschaven van de koprand van een gewikkelde metaalfolie, zogenaamde Bekinit® vezels, zoals beschreven in het octrooi US 4930199, of door de techniek van het gebundeld trekken, zoals bijvoorbeeld beschreven in het octrooi US 3379000.

De metaalvezels worden aansluitend verwerkt tot een samenhangende poreuze vezellaag, bijvoorbeeld onder de vorm van een vlies, een gebreide, gevlochten of gewikkelde structuur.

Met het oog op specifieke toepassingen kan de essentieel buisvormige structuur worden voorzien van longitudinale verankerings- of verstevigingsribben langsheen de buitenwand, welke onder andere de mechanische robuustheid verbeteren. Ook transversale verankerings- of verstevigingsribben kunnen worden voorzien over de omtrek van de buis.

De gelaagde buisvormige structuur volgens de vinding kan volledig uit bio-inert titaan worden vervaardigd, hetgeen de structuur uitermate geschikt maakt voor medische toepassingen. Een voorbeeld zal verder worden besproken.

De uitvinding zal thans meer in detail worden toegelicht, refererend naar volgende figuren'.

Figuur 1 is een schematische weergave van een buisvormige metaalstructuur volgens de vinding, omvattende een metaalfolie en een metaalvezelvlies daaromheen.

Figuur 2 toont schematisch een buisvormige metaalstructuur omvattende een metaalfolie en een gevlochten mantel uit continue metaalvezelbundels.

Figuur 3 is een schematische voorstelling van een buisvormige metaalstructuur omvattende een metaalfolie en een aantal helicoïdaal en kruiselings over elkaar heen gewikkelde metaalvezelbanden.

Figuur 4 schetst een buisvormige metaalstructuur welke voorzien werd van longitudinale verstevigingsribben.

Figuur 5 illustreert hoe een buisvormige metaalstructuur volgens de vinding kan worden aangewend als verankeringselement voor een catheter welke aangewend wordt bij de continue ambulante peritoneaal dialyse (CAPD).

De buisvormige metaalstructuur 1 volgens de vinding, omvat twee concentrische, metallische componenten: een radiaal binnenwaarts gesitueerde metaalfolie 2, en een metaalvezel omvattende component daaromheen.

Deze twee componenten kunnen uit eender welk metaal of staaltype vervaardigd zijn. Naargelang de beoogde toepassing kunnen roestvast staal of titaan de voorkeur genieten.

De metaalvezels worden bijvoorbeeld verkregen door het afschaven van de koprand van een gewikkelde metaalfolie, en hebben een equivalente diameter welke begrepen is tussen 2 en 150 pm, bij voorkeur tussen 40 en 80 pm.

De equivalente diameter van een vezel is de diameter van een fictieve ronde vezel met dezelfde dwarse doorsnede als deze van de beschouwde reële vezel.

De metaalfolie 2 geeft de vereiste stevigheid aan de buisvormige metaalstructuur, en heeft een dikte die begrepen is tussen 20 en 200 pm. Verder maakt de metaalfolie 2 de gelaagde metaalstructuur 1 radiaal ondoorlaatbaar voor fluïda.

In een voorkeursuitvoeringsvorm, zoals geschetst in Figuur 1, omvat de metaalstructuur 1 naast de metaalfolie 2, een gesinterd metaalvezelvlies 3 op basis van de hoger gekarakteriseerde metaalvezels.

Het gesinterd metaalvezelvlies heeft een porositeit welke meer dan 80 % bedraagt.

Deze gelaagde buisvormige metaalstructuur kan worden vervaardigd door: (a) het opwinden van de metaalfolie rond een kern; (b) het aanbrengen van het metaalvezelvlies rond de metaalfolie; (c) het inklemmen van de in (b) verkregen structuur in een mal; en (d) het sinteren van de ingeklemde structuur in een oven.

De mal en de kern waarrond de folie gewikkeld wordt, kunnen bijvoorbeeld uit keramisch materiaal vervaardigd zijn.

Verder kan men stap (a) ook vervangen door het aanbrengen van een voorgevormde buisvormige metaalstructuur over een kern.

De intensiteit van de sinterbewerking in stap (d) van de hogervermelde werkwijze kan variëren ter beïnvloeding van de sterkte van de sinterbindingen aan de onderlinge kontaktpunten tussen de metaalvezels.

Met het oog op bepaalde toepassingen, en onder andere voor de toepassing welke in het hiernavolgende voorbeeld zal worden toegelicht, kan het wenselijk zijn de buisvormige metaalstructuur 1 volgens de vinding te voorzien van twee of meer longitudinale verstevigings- of verankeringsribben 5 langsheen de buitenwand, zoals geïllustreerd wordt in Figuur 4.

Desgevallend wordt in deze hoger geschetste werkwijze ter vervaardiging van de buisvormige structuur gebruik gemaakt van een mal welke voorzien is van twee of meer longitudinale uitsparingen langsheen haar binnenwand.

In een alternatieve uitvoeringsvorm, geschetst in Figuur 2, omvat de metaalstructuur 1 naast een metaalfolie 2, een gevlochten mantel 4 uit continue Bekinit® metaalvezelbundels.

In een andere alternatieve uitvoeringsvorm, zoals weergegeven in Figuur 3, omvat de metaalstructuur 1 twee lagen continue Bekinit® vezelbanden 7,8 welke kruiselings gewikkeld en gesinterd worden op de metaalfolie 2. Het kruiselings wikkelen biedt het voordeel dat na sinteren een relatief open (poreuze) structuur bekomen wordt.

In een derde alternatieve uitvoeringsvorm, omvat de buisvormige metaalstructuur volgens de vinding naast een inwendige metaalfolie, en een gebreide buisvormige metaalstructuur als mantel, zoals beschreven in de PCT octrooiaanvrage WO 97/04152 van aanvrager.

Deze structuur kan worden vervaardigd door de buisvormige metaalfolie, ondersteund op een doorn, met het metaalvezel omvattend breisel te overtrekken en dit erop te klemmen, en de aldus verkregen structuur vervolgens te sinteren in een oven onder vacuüm of onder beschermgas (bijvoorbeeld waterstofgas).

Voorbeeld 1

Implantaat ter verankering van vreemde lichamen in organisch weefsel.

De buisvormige metaalstructuur volgens de vinding kan worden aangewend als implantaat ter verankering van vreemde lichamen in een organisch weefsel.

Concrete voorbeelden hiervan zijn de aanwending van de metaalstructuur als verankeringselement voor een catheter welke in het menselijk lichaam wordt ingeplant bij de continue ambulante peritoneaal dialyse (CAPD) therapie, en de aanwending van de metaalstructuur als verankeringselement voor een centraal veneuze catheter (Central Venous Catheter, CVC) in het menselijk lichaam.

De CAPD techniek laat nierpatiënten toe de dialyse zelfstandig, en in discrete vertrouwde omgeving uit te voeren. Dit is een belangrijk voordeel ten opzichte van de haemodialyse techniek die om de twee dagen in het ziekenhuis moet worden ondergaan.

Bij de CAPD techniek fungeert het buikvlies als dialysemembraan. Via een catheter, bijvoorbeeld uit siliconehars, die doorheen de buik van de patiënt wordt aangebracht, wordt een zoutoplossing in de buikholte geïntroduceerd. Deze zoutoplossing zuivert het bloed op natuurlijke wijze door osmose, waarbij het buikvlies fungeert als semipermeabel membraan.

In het octrooi EP 0367354 wordt een implantaat beschreven omvattende een percutaan deel bestaande uit een vlak, elastisch metaalvezelvlies. Het implanteren van een dergelijk element vereist evenwel een dubbele operatie, zoals wordt beschreven in kolom 4 / lijn 34 tot kolom 5 / regel 7. Dit is een belangrijk nadeel dat chirurgen liefst zouden vermijden.

De CAPD (silicone) cathéter 6, zoals die schematisch wordt weergegeven in Figuur 5, wordt verankerd in het lichaam door weefselingroei in één of meerdere poreuze verankeringselementjes welke concentrisch op de catheter worden bevestigd, bijvoorbeeld met behulp van een biocompatibele lijm.

Verder vormen deze elementjes ook een dichting tussen de huid en de buitenwereld. Dit is noodzakelijk om het indringen van bacteriën te vermijden welke tot infecties en buikvliesontsteking kunnen leiden.

Conventioneel worden verankeringselementjes uit Dacron® aangewend (zogenaamde Tenckhoff cathéters, commercieel beschikbaar: Quinton®, Seattle, USA). Hieraan zijn echter een aantal belangrijke nadelen verbonden.

Zo is het Dacron® materiaal niet volkomen biocompatibel, hetgeen kan leiden tot infecties en aldus tot een noodgedwongen stopzetting van de CAPD behandeling.

Verder wordt de weefselingroei in het elementje deels beperkt doordat de lijm, welke aangewend wordt om het elementje uit Dacron® te bevestingen aan de catheter, radiaal naar buiten toe penetreert in het Dacron® materiaal. Dit probleem wordt beschreven in hoofdstuk 4, bladzijden 76 en 77 van het doctoraatsproefschrift "Titanium fibre mesh anchorage for percutaneous devices applicable for perioneal dialysis", Paquay Y.C.G.J., Katholieke Universiteit

Nijmegen (NL), 1996.

Een buisvormige metaalstructuur 1 volgens de vinding, omvattende een titaanfolie en een poreus titaanvezelvlies, is uitstekend geschikt als verankeringselement voor de siliconecatheter, en komt tegemoet aan de nadelen van de hogervermelde verankeringselementjes uit Dacron®. Het vormt tegelijk een steviger ondersteuning voor de catheter.

Titaan staat bekend als een biologisch inert en biocompatibel materiaal. Om de biologische eigenschappen van het materiaal nog te verbeteren, zonder afbreuk te doen aan de fysische eigenschappen ervan, kan het titaan worden voorzien van een bedekking (coating) op basis van hydroxylapatiet.

Verder belet de titaanfolie de penetratie van de lijm op de catheteromtrek radiaal naar buiten toe in het zeer poreuze titaanvezelvlies, zodat de weefselingroei in dit vlies geenszins wordt gehinderd.

Teneinde van meetaf aan een goede verankering te bewerstelligen van de catheter in het menselijk lichaam, kan een buisvormige titaanstructuur worden aangewend welke voorzien is van twee of meer longitudinale ribben langsheen het buitenoppervlak, zoals hoger reeds werd beschreven. Deze ribben zorgen onmiddellijk voor een zekere mechanische verankering, vooraleer de weefselingroei heeft plaatsgevonden.

Voor de toepassing als verankeringselement van CAPD cathéters, werden buisvormige titaanstructuren vervaardigd overeenkomstig de hoger beschreven methode, met lengtes tussen 10 en 100 mm, inwendige diameters van 2 tot 20 mm, en totale wanddiktes van 1 tot 10 mm.

Concreet werd een structuur vervaardigd met een lengte van 16 mm, een binnendiameter van 5 mm en een buitendiameter van 7,9 mm, omvattende een titaanfolie met een dikte van 50 pm, en een titaanvezelvlies van 614 g/ma op basis van titaanvezels met een gemiddelde equivalente diameter van 50 pm, met een porositeit van 90,8 %.

Deze verankeringselementen werden vervolgens op een silicone catheter geschoven en op de gewenste plaats erop verlijmd.

Voorbeeld 2

Warmtewisselaar

De buisvormige metaalstructuur volgens de vinding kan verder succesvol worden aangewend als warmtewisselaar.

Zo kan een fluïdum geleid worden doorheen de buisvormige structuur, welke bijvoorbeeld zijn warmte kan afstaan aan het fluïdum rond de metaalstructuur. De buitenwand van de tubulaire metaalstructuur is zeer poreus, en heeft derhalve een groot warmtewisselend oppervlak, hetgeen zeer gunstig is voor een goede warmteoverdracht.

Claims

1 Buisvormige, gelaagde metaalstructuur omvattende twee concentrische componenten welke in hun contactvlak onderling verbonden zijn, waarbij de radiaal buitenwaartse component aaneengesinterde metaalvezels omvat, met het kenmerk dat de radiaal binnenwaartse component een metaalfolie is.

2 Metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de twee concentrische componenten uit staal, roestvast staal of titaan vervaardigd zijn.

3 Metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de equivalente diameter van de metaalvezels begrepen is tussen 2 en 150 pm.

4 Metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de equivalente diameter van de metaalvezels begrepen is tussen 40 en 80 pm.

5 Metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de dikte van de metaalfolie begrepen is tussen 20 en 200 pm.

6 Metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de radiaal buitenwaartse component een gesinterd niet geweven metaalvezelvlies is.

7 Metaalstrtictuur volgens conclusie 6, waarbij de porositeit van het metaalvezelvlies meer dan 80 % bedraagt.

8 Metaalstructuur volgens conclusie 6, voorzien van 2 of meer ribben, longitudinaal langsheen het buitenoppervlak.

9 Metaalstructuur volgens conclusie 8, waarbij de ribben opgebouwd zijn uit gesinterde metaalvezels.

1. Metaalstructuur volgens conclusie 9, waarbij de ribben opgebouwd zijn uit gesinterde stalen, roestvast stalen, of titaan vezels.

11 Metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de radiaal buitenwaartse component een buisvormig gebreid of gevlochten vezelnetwerk is.

12 Metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de radiaal buitenwaartse component een aantal helicoïdaal en kruiselings over elkaar heen gewikkelde metaalvezelbanden omvat.

13 Werkwijze ter vervaardiging van een metaalstructuur volgens conclusie 6, omvattende de volgende stappen: (a) het opwinden van de metaalfolie rond een kern; (b) het aanbrengen van het metaalvezelvlies rond de metaalfolie; (c) het inklemmen van de in (b) verkregen structuur in een mal; (d) het sinteren van de ingeklemde structuur in een oven.

14 Werkwijze ter vervaardiging van een metaalstructuur volgens conclusie 8, omvattende de volgende stappen: (a) het opwinden van de metaalfolie rond een kern; (b) het aanbrengen van het metaalvezelvlies rond de metaalfolie; (c) het inklemmen van de in (b) verkregen structuur in een mal voorzien van twee of meer longitudinale uitsparingen langsheen de binnenwand; (d) het sinteren van de ingeklemde structuur in een oven.

15 Gebruik van een metaalstructuur volgens conclusie 1, 6 of 8 als verankeringselement voor vreemde lichamen welke ingeplant worden in organisch weefsel.

16 Gebruik van een metaalstructuur volgens conclusie 1, 6 of 8 in de continue ambulante peritoneaal dialyse (CAPD) techniek, ter verankering van een catheter in het menselijk lichaam.

17 Gebruik van een metaalstructuur volgens conclusie 1, 6 of 8 als warmtewisselaar.