BR112018006815B1 - Retrator microestruturado - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE RETRAÇÃO DE BAIXA FORÇA NORMAL QUE COMPREENDE SUPERFÍCIE MICROESTRUTURADA. A presente descrição proporciona retratores cirúrgicos compreendendo superfícies micro-revestidas. Os retratores cirúrgicos compreendem uma superfície microencapada em uma ou mais porções do retrator, desse modo proporcionando vantajosamente forças de imobilização ou posicionamento a uma superfície de tecido úmido, ao mesmo tempo evitando ou minimizando danos ou trauma ao tecido.

Description

PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica o benefício do pedido provisório dos Estados Unidos No 62/237.448, depositado em 5 de outubro de 2015, cujo conteúdo é aqui incorporado por referência na íntegra.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente descrição se refere a retratores cirúrgicos que compreendem superfícies microtexturizadas. Os retratores cirúrgicos compreendem uma superfície microtexturizada sobre uma ou mais porções do retrator, deste modo, vantajosamente, conferindo forças de imobilização ou de posicionamento a uma superfície tecidual úmida, evitando ou minimizando danos ou traumatismos no tecido.

ANTECEDENTES

[003] Há muitos objetos, naturais e sintéticos, que são caracterizados por possuir uma superfície relativamente durável que envolve estruturas delicadas que poderiam ser adversamente alteradas por uma força normal aplicada à superfície durável e não alteradas por uma força aplicada em tangente ou em plano à superfície durável. Portanto, há uma necessidade na técnica de um dispositivo de afastamento que permita que estes objetos sejam imobilizados, realocados ou posicionados sem causar danos internos pela força aplicada pelo retrator.

[004] Um exemplo não limitativo é a tração de tecido vivo durante um procedimento médico, tal como uma cirurgia. Nestes procedimentos, frequentemente é necessário afastar órgãos para obter acesso a um órgão ou tecido-alvo a ser tratado ou observado. Em outros procedimentos, para obter acesso ao órgão ou tecido a ser tratado ou observado, é necessário separar o órgão a ser tratado do tecido que o envolve. Por exemplo, para poder observar a superfície externa do coração, ela deve ser separada do pericárdio. Para obter o afastamento necessário, os procedimentos laparoscópicos atuais usam vários pequenos retratores inseridos através de uma pluralidade de incisões. Uma vez que tais retratores têm uma área de superfície relativamente pequena, eles tendem a danificar e/ou causar trauma aos órgãos ou tecidos afastados ao aplicar forças normais localizadas.

[005] Os estados de Wenzel, Cassie e Wenzel-Cassie descrevem os fenômenos de umedecimento entre os componentes hidrofóbicos e hidrofílicos de uma mistura em uma interface de superfície. A interação de uma superfície sólida texturizada com água em um ambiente gasoso é descrita pelo modelo Cassie-Baxter. A interação de uma superfície sólida texturizada com a água em um ambiente gasoso é descrita pelo modelo de Cassie-Baxter. Neste modelo, o ar fica preso nas micro-ranhuras de uma superfície texturizada e as gotículas de água repousam sobre uma superfície composta que compreende ar e as partes superiores das microprotuberâncias. A importância de uma dimensão fractal entre múltiplas escalas de textura é bem reconhecida e muitas abordagens têm sido baseadas na contribuição fractal, isto é, na relação dimensional entre diferentes escalas de textura.

[006] No entanto, independentemente do material (orgânico ou inorgânico) usado e estrutura geométrica da textura da superfície (partículas, matrizes ou poros), múltiplas escalas de textura em combinação com baixa energia de superfície foi necessária para obter as assim denominadas superfícies super-hidrofóbicas. A super- hidrofobicidade é relatada de forma variada como um material que exibe um ângulo de contato com a água que é maior do que os ângulos de contato alcançáveis com materiais lisos, mas fortemente hidrofóbicos. O consenso geral para o ângulo de contato mínimo para uma substância super-hidrofóbica é de 150 graus.

[007] Uma superfície hidrofóbica repele a água. A hidrofobicidade de uma superfície pode ser medida, por exemplo, ao determinar o ângulo de contato de uma gota de água sobre uma superfície. O ângulo de contato pode ser medido em um estado estático ou em um estado dinâmico. Uma medição de ângulo de contato dinâmico pode incluir a determinação de um ângulo de contato de avanço ou um ângulo de contato de recuo em relação a uma espécie aderente, tal como uma gota de água. Uma superfície hidrofóbica com uma pequena diferença entre os ângulos de contato de avanço e recuo (isto é, baixa histerese de ângulo de contato) resulta em superfícies com baixa resistência à translação em plano (baixa aderência). A água pode atravessar uma superfície com baixa histerese de ângulo de contato mais rapidamente do que através de uma superfície com elevada histerese de ângulo de contato, assim, a magnitude da histerese de ângulo de contato pode ser igualada com a quantidade de energia necessária para mover uma substância.

[008] A motivação clássica proveniente da natureza para a pesquisa de textura da superfície é a folha de lótus, a qual é super- hidrofóbica em virtude de uma estrutura hierárquica de papilas de células convexas e túbulos de cera hidrofóbica orientados aleatoriamente, as quais têm ângulos de contato elevados e baixa histerese de ângulo de contato com a água e mostra fortes propriedades de autolimpeza. Uma motivação menos conhecida proveniente da natureza é a pétala de rosa vermelha, com uma estrutura hierárquica de papilas de células convexas ornamentadas com sulcos circunferencialmente dispostos e axialmente direcionados, as quais têm um ângulo de contato moderado e elevada diferença de contato angular.

[009] O ângulo de contato é uma medida da quantidade de água diretamente em contato com a superfície texturizada, enquanto que a histerese de ângulo de contato é uma medida do grau até o qual a água é móvel sobre uma superfície. A motivação evolucionária para cada um destes estados é bastante distinta. No caso da folha de lótus, e folhas botânicas em geral, o contato mínimo com a água e a elevada mobilidade da água resultam na aderência preferencial da água aos contaminantes em partículas, os quais são eliminados das folhas à medida que a água escapa. Isto serve para reduzir a quantidade de absorção de luz pelos contaminantes na superfície e aumentar a eficiência fotossintética. No caso da pétala de rosa e pétalas botânicas em geral, a maioria dos polinizadores é atraída por fontes de água de alta tensão que permitem acessibilidade sem afogar o inseto. Assim, o ângulo de contato elevado juntamente com a elevada histerese de ângulo de contato é preferível onde o estímulo evolutivo é a reprodução em plantas e um elevado ângulo de contato juntamente com uma baixa histerese de ângulo de contato é preferido onde o estímulo evolutivo é o metabolismo e crescimento.

[0010] Considerando por um momento uma escala de textura única, quando a água é colocada sobre uma superfície texturizada, ela pode assentar sobre os picos da textura ou entrar nos vales. O primeiro é denominado o estado de Cassie e o último o estado de Wenzel. Quando o estado de Wenzel é dominante, tanto o ângulo de contato quanto a histerese de ângulo de contato aumentam à medida que a aspereza da superfície aumenta. Quando um fator de rugosidade excede um nível crítico, no entanto, o ângulo de contato continua aumentando, enquanto que a histerese começa a diminuir. Neste ponto, o comportamento de umedecimento dominante muda em virtude de um aumento na quantidade de componente hidrofóbico (neste caso, ar) na interface entre a superfície e a gotícula de água. Quando múltiplas escalas de textura são empregadas, algumas podem ser de Wenzel e outras de Cassie. Dos dois estados, o estado de Wenzel tem o menor ângulo de contato, maior histerese de ângulo de contato e menor mobilidade. Nos estados mistos de Wenzel-Cassie, é possível ter um elevado ângulo de contato e elevada histerese de ângulo de contato. No entanto, a hidrofobicidade de um sólido texturizado em relação aos componentes hidrofóbicos e hidrofílicos que interagem é muito importante.

[0011] No mundo botânico, a maioria das superfícies texturizadas ocorre sobre substratos que são hidrofóbicos. No entanto, quando um fluido hidrofóbico substitui a água, um estado de Cassie pode ser facilmente convertido em um estado de Wenzel. Este nem sempre é o caso e depende da pressão de vapor e da viscosidade do material hidrofóbico e da rapidez com a qual o ar retido na textura da superfície pode ser dissipado.

[0012] Várias tentativas foram feitas para obter revestimentos e superfícies hidrofóbicos, como segue: a Patente dos Estados Unidos N° 6.994.045 descreve um revestimento super-hidrofóbico que atua como substrato para um lubrificante gasoso de viscosidade muito baixa, possui uma estrutura estrutural hierárquica fractal na qual as formas do primeiro nível hierárquico estão localizadas no substrato do revestimento e as formas de cada nível hierárquico sucessivo estão localizadas sobre a superfície do nível hierárquico anterior e as formas de níveis hierárquicos superiores individuais reiteram as formas dos níveis hierárquicos inferiores. A Patente dos Estados Unidos N° 7.419.615 descreve um método de formação de um material super- hidrofóbico ao misturar um material hidrofóbico com partículas solúveis para formar uma mistura. A Patente dos Estados Unidos N° 7.887.736 descreve uma superfície super-hidrofóbica repetidamente impressa usando um modelo, de modo que a produção em massa de um polímero super-hidrofóbico em uma grande área possa ser implementada de forma econômica. A Publicação dos Estados Unidos No 20030147932 descreve uma superfície de efeito lótus ou auto- limpeza que tem propriedades anti-incrustação. A Publicação dos Estados Unidos No 20060029808 descreve um revestimento que pode permanecer super-hidrofóbico após ser imerso em água durante uma semana. A Publicação dos Estados Unidos No 20080015298 descreve uma composição de revestimento super-hidrofóbica. A Publicação dos Estados Unidos No 20080241512 descreve um método para depositar camadas de materiais para conferir propriedades de superfície super- hidrofóbica ou propriedades de superfície super-hidrofílica ou combinações de tais propriedades em vários locais em uma dada superfície. A Publicação dos Estados Unidos No 20090011222 descreve um método de aplicação de materiais de efeito lótus como um revestimento protetor super-hidrofóbico para várias aplicações do sistema, bem como o método para fabricar/preparar revestimentos de efeito de lótus. A Publicação dos Estados Unidos No 20090076430 descreve uma bandagem que inclui um material, o qual pode ser respirável, que tem uma primeira superfície e uma pluralidade de partículas super-hidrofóbicas ligadas à primeira superfície. O material pode ter uma segunda superfície oposta à primeira superfície que é hidrofílica. A Publicação dos Estados Unidos No 20090227164 descreve que um revestimento super-hidrofóbico de um material não tecido é revestido com uma estrutura de malha esponjosa nas faixas textural e nano. A Publicação dos Estados Unidos No 20100112286 descreve o controle e comutação dos estados de gotículas líquidas sobre superfícies super-hidrofóbicas artificialmente estruturadas. A Publicação dos Estados Unidos No 20100021692 descreve um método de fabricação de uma superfície super-hidrofóbica multiescala (hierárquica). O método inclui a texturização de uma superfície polimérica em três escalas de tamanho, de uma maneira fractal ou pseudofractal, a menor escala sendo em nanoescala e a mais elevada em microescala. A Publicação dos Estados Unidos No 20100028604 descreve uma estrutura super-hidrofóbica que compreende um substrato e uma estrutura de superfície hierárquica localizada sobre pelo menos uma superfície do substrato, em que a estrutura de superfície hierárquica compreende uma microestrutura que compreende uma pluralidade de microasperezas posicionadas em um padrão geométrico espaçado sobre pelo menos uma superfície do substrato. A Publicação dos Estados Unidos No 20110077172 descreve um método de deposição localizada de um material e inclui um substrato super-hidrofóbico que compreende uma estrutura de superfície com elevações.

[0013] Consequentemente, é um objetivo da presente invenção para fornecer retratores de baixa força normal que criam os estados de Cassie e Wenzel quando colocados em contato com tecido vivo úmido.

BREVE SUMÁRIO

[0014] A presente descrição se refere a um dispositivo de afastamento de baixa força normal que afasta mecanicamente superfícies ou objetos ao aplicar uma superfície microtexturizada de baixo deslizamento. Em suas modalidades mais simples, o dispositivo de afastamento é composto de um ou mais braços, garras ou tentáculos para afastar um objeto. Estes elementos serão ditos coletivamente como "braços". Os braços, em alguns casos, são macios e flexíveis em uma direção normal e substancialmente não distensíveis em uma direção tangencial. Em outras modalidades, um ou mais braços podem ser rígidos de modo a fornecer uma função de elevação ou suporte, tais braços rígidos tendo, tipicamente, uma área de superfície maior para minimizar a força normal por área de superfície unitária durante uma aplicação de elevação ou retenção.

[0015] Em outras modalidades, o dispositivo de afastamento pode consistir em um único braço flexível com uma superfície microtexturizada que é particularmente útil para rodear um objeto a ser afastado. A afastamento, neste caso, pode incluir dobrar uma parte de um objeto sobre outra parte do mesmo objeto e manter o objeto dobrado nesta configuração. Quando o dispositivo de afastamento tem um único braço flexível, ele pode ser ainda equipado com outros elementos de fixação, tais como furos ou ganchos, os quais podem ser usados para ancorar o braço a uma estrutura de ancoragem externa. Estes elementos adicionais de fixação podem ser empregados no acoplamento de dois ou mais retratores de braço único juntos. Estes elementos de fixação adicionais podem incluir, sem limitação, pinças traváveis, tais como alicates ou fórceps.

[0016] Na descrição a seguir, o termo "superfície microtexturizada" será usado para significar uma superfície com uma estrutura hierárquica composta de microestruturas de várias escalas espaciais sobrepostas para formar uma única superfície com textura sobre pelo menos duas escalas espaciais. Em algumas modalidades, a superfície microtexturizada compreende três, quatro ou mais escalas espaciais, de preferência três ou quatro escalas espaciais. Exemplos de superfícies microtexturizadas úteis nos presentes retratores incluem superfícies super-hidrofóbicas que se assemelham à textura natural da pétala de rosa. Outros exemplos incluem superfícies cuja histerese de contato com o tecido vivo é maior do que 5 graus. Estas superfícies são caracterizadas pela produção de uma interface de Wenzel-Cassie quando a superfície microtexturizada entra em contato com uma superfície úmida ou lubrificada. Outras superfícies microtexturizadas hierárquicas incluem aquelas que se assemelham à textura da superfície de uma folha de lótus, em que a interface é uma interface de tipo Cassie-Baxter.

[0017] Uma superfície microtexturizada pode compreender um híbrido das texturas de superfície de rosa e lótus mencionadas acima, em que uma porção é semelhante a uma rosa e outras porções são de tipo lótus, para obter uma superfície de "rótus". Um braço da presente invenção pode ter uma superfície de lótus sobre um lado e uma superfície de rosa no outro lado. Na descrição a seguir, a palavra "força normal" será usada para significar uma força por unidade de área de superfície ou pressão, em que a força é ortogonal ou normal à área de superfície. A área de superfície se referirá, normalmente, à área de superfície texturizada do braço com a microtextura e a força normal é a força ortogonal à superfície texturizada do braço que é aplicada através de contato com um objeto a ser afastado. Consequentemente, a força normal pode, em geral, ser diminuída ao aumentar a área de superfície do braço. Em alguns casos, pode ser útil ser capaz de alterar a área de superfície do braço microtexturizado. Consequentemente, o braço pode ter uma estrutura ondulada que pode ser menos ondulada para aumentar a área de superfície do braço. Outros retratores incluem a insuflação ou distensão do braço. Em ainda outras modalidades, as áreas de área crescente são desacopladas de áreas microestruturadas onde as dimensões espaciais da microestrutura são inalteradas ao aumentar a área de superfície do braço. O aspecto da insuflação pode ser usado para alterar a rigidez do braço microtexturizado ou alterar sua morfologia. Por exemplo, a insuflação de dois braços microestruturados pode ser configurada para criar um movimento de pinça que permite a alteração das forças normais aplicadas.

[0018] De acordo com diferentes aspectos da invenção, os dispositivos de afastamento microtexturizados de acordo com a invenção empregam diferentes maneiras para reter sua capacidade de permitir afastamento, ao mesmo tempo em que fornecem acesso para outra instrumentação ao objeto a ser tratado ou observado. Um dispositivo de afastamento microtexturizado de acordo com um aspecto da invenção, tal dispositivo de afastamento sendo designado geralmente como um dispositivo de afastamento de Tipo I, permite afastamento através de um efeito de Wenzel-Cassie apenas, em que a superfície microtexturizada adere naturalmente a si mesma através de uma interação hidrofóbica com superfícies úmidas. Os dispositivos de Tipo I têm, tipicamente, propriedades mecânicas fixas, tais como elasticidade, rigidez, módulo e assim por diante. Os dispositivos de Tipo II incluem componentes auxiliares para alterar estas características e a relação entre os braços. Por exemplo, enrijecer um braço ou trazer os dois braços para uma orientação preferida por meio de insuflação. A insuflação inclui insuflação gasosa e líquida. Na insuflação gasosa, a pressão é controlada enquanto que, na insuflação líquida, o volume é controlado. Estruturas de insuflação compósitas são possíveis. Uma primeira câmara de insuflação pode ser formada entre duas superfícies opostas de um braço microtexturizado em forma de tubo, em que as estruturas de união entre superfícies opostas mantêm um braço microtexturizado aproximadamente plano em forma de fita sob insuflação. Uma câmara inflável adicional forma uma estrutura tubular menor interna dentro da primeira câmara do braço microtexturizado. Sob insuflação, esta segunda câmara pode fornecer uma estrutura curva preferida ao braço microtexturizado. A segunda câmara inflável normalmente é insuflada após a câmara inflável principal do dispositivo de afastamento ter sido insuflada e o dispositivo de afastamento ter produzido seu efeito de afastamento desejado. Tal câmara inflável adicional é menor e menos potente do que a câmara inflável principal. Insuflar a câmara adicional apenas nem sempre produzirá uma força suficiente para fornecer o afastamento desejado do órgão. No entanto, a câmara adicional insuflada fornece força suficiente para manter um objeto que foi afastado pela câmara inflável principal mais potente em sua posição afastada. A câmara inflável adicional é, assim, capaz de manter o efeito de afastamento do dispositivo de afastamento após o efeito de afastamento da câmara inflável principal ter sido reduzido ao perfurar uma abertura no invólucro da câmara principal para fornecer acesso ao objeto a ser tratado.

[0019] Um dispositivo de afastamento de Tipo I ou Tipo II de acordo com a invenção pode ser dotado, de acordo com um outro aspecto da invenção, com abas presas às superfícies dos braços microtexturizados do dispositivo. As abas são seguradas com uma ferramenta de aperto adequada para ajustar a posição e orientação do dispositivo de afastamento em relação ao tecido a ser tratado.

[0020] De acordo com outro aspecto da invenção, um dispositivo de afastamento de Tipo I ou Tipo II pode ser dotado, quando em seu primeiro estado antes de acionamento, com marcas sobre sua superfície para auxiliar na orientação adequada antes de acionamento ou marcações similares destinadas a indicar regiões de texturas de superfície diferentes. De acordo com um outro aspecto da invenção, um dispositivo de afastamento de Tipo I ou Tipo II pode possuir uma superfície ondulada, em que uma configuração, a ondulação fornece uma superfície adesiva de Wenzel-Cassie e, em outra configuração, a ondulação fornece uma superfície de Cassie-Baxter de baixo atrito. Este elemento pode ser usado para liberar um objeto afastado de uma maneira que reduza mais o dano potencial ao objeto do que se a tentativa de liberação fosse feita no estado de Wenzel-Cassie. Por exemplo, um dispositivo de Tipo I pode estar em um primeiro estado adesivo e subsequentemente se tornar não adesivo, deformando irreversivelmente o braço da microestrutura ao aplicar um movimento de alongamento tangente ao braço microtexturizado. Em um dispositivo de Tipo II, o mesmo pode ser alcançado reversivelmente por uma ação de insuflação.

[0021] De acordo com outro aspecto da invenção, em um dispositivo de afastamento de acordo com a invenção, um braço pode ser incorporado com um tubo de sucção para remoção de líquido livre no local de afastamento. Alternativamente, um braço microestruturado pode ser equipado com um acessório para tal tubo de sucção. No caso de afastamento durante um procedimento cirúrgico, o elemento de sucção é conectado à linha de sucção do centro cirúrgico e permite a drenagem contínua ou intermitente do fluido que se acumula no fundo de uma cavidade cirúrgica criada pelo dispositivo de afastamento durante uma cirurgia laparoscópica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0022] A Figura 1 é uma vista seccional de uma modalidade da superfície Wenzel-Cassie super-hidrofóbica da invenção.

[0023] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de afastamento inflável de Tipo II similar a uma fita de acordo com uma segunda modalidade da invenção.

[0024] A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de afastamento de Tipo I equipado com um meio de sucção de acordo com uma terceira modalidade da invenção.

[0025] A Figura 4 representa uma superfície microestruturada útil para um retrator de baixa força normal.

[0026] A Figura 5 representa uma primeira modalidade de uma superfície de retrator de baixa força normal.

[0027] A Figura 6 representa uma segunda modalidade que tem uma superfície inversa.

[0028] As Figuras 7A-7D descrevem uma seleção de substrates 710 que têm vários padrões de forma de onda sinusoidal que conferem características de textura de superfície curvada alternativas através do substrato 710.

[0029] A Figura 8 representa uma vista lateral de uma modalidade da superfície microestruturada sobre um substrato de acordo com a presente descrição que tem um segundo conjunto de características localizado sobre a superfície do substrato.

[0030] A Figura 9 representa uma vista lateral de outra modalidade da superfície microestruturada sobre um substrato fino de acordo com a presente descrição.

[0031] A Figura 10 representa uma vista em perspectiva de uma superfície microestruturada que tem um quarto conjunto de microcaracterísticas.

[0032] A Figura 11 representa uma vista superior esquemática de uma superfície microestruturada que tem um quarto conjunto de microcaracterísticas.

[0033] A Figura 12 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de afastamento de Tipo I rótus híbrido de acordo com outra modalidade da invenção.

[0034] A Figura 13 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de afastamento de Tipo II ondulado de acordo com outra modalidade da invenção.

[0035] A Figura 14 é uma vista em perspectiva de uma área que altera o dispositivo de afastamento de Tipo II de acordo com outra modalidade da invenção. O dispositivo 1400 tem uma textura de superfície 1414 e pode estar em duas configurações 1410 e 1412. A configuração 1410 é uma configuração plana com uma área de superfície máxima em contato com uma superfície plana e a configuração 1412 é uma configuração insuflada com uma área de superfície mínima. Assim, quando na configuração 1410, o dispositivo 1400 é adesivo e, na configuração 1412, desliza mais facilmente. Um elemento de insuflação 1416 faz com que o dispositivo 1400 se transforme na configuração 1412 quando pressurizado.

[0036] A Figura 15 é uma vista lateral de uma zona híbrida que altera o dispositivo de afastamento de Tipo I 1000, em que a área texturizada 1514 não muda de acordo com uma sexta modalidade da invenção. O dispositivo 1500 assume duas configurações biestáveis 1510 e 1512. Na configuração 1510, a textura da pétala de rosa 1514 é a única superfície apresentada à outra superfície sobre a qual o dispositivo 1500 deve aderir. A área de superfície de contato na configuração 1510 é a soma das áreas de 1514. A área 1516 é lisa e a área de configuração 1512 é maior do que a área de configuração 1510. A área de configuração 1512 é a soma das áreas 1514 e 1516. A configuração 1512 é conseguida ao puxar a configuração 1510 nas direções 1518.

[0037] A Figura 16 é uma vista em perspectiva de um dispositivo 1600 de afastamento de Tipo II com movimento de pinça de acordo com uma sétima modalidade da invenção. O dispositivo 1600 tem um estado 1610 relaxado e conformável e um estado 1612 de aperto rígido. A transformação do estado 1610 para o estado 1612 é conseguida por meio de insuflação 1616. Os elementos 1614 são constituídos por uma superfície adesiva de pétala de rosa.

[0038] A Figura 17 representa um retrator que compreende um braço que apresenta a superfície microtexturizada da presente descrição localizada sobre uma porção do mesmo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0039] Com o objetivo de promover uma compreensão dos princípios da invenção, referência será agora feita às modalidades ilustradas nos desenhos e será usada uma linguagem específica para descrever as mesmas. No entanto, deve ser entendido que nenhuma limitação do âmbito da invenção é, deste modo, pretendida. Tais alterações e modificações adicionais no dispositivo ilustrado, e tais aplicações adicionais dos princípios da invenção, conforme ilustrado, são consideradas como normalmente ocorreria para aqueles versados na técnica à qual a invenção se refere. Pelo menos uma modalidade da presente invenção será descrita e mostrada, e esta aplicação pode mostrar e/ou descrever outras modalidades da presente invenção. Deve ser entendido que qualquer referência à "invenção" é uma referência a uma modalidade de uma família de invenções, sem que nenhuma modalidade individual inclua um dispositivo, processo ou composição que deve ser incluída em todas as modalidades, a menos que indicado de outro modo.

Dispositivos de Afastamento de Tipo I

[0040] A Figura 1 mostra uma vista vertical de uma primeira modalidade 100 de um dispositivo de afastamento de acordo com a invenção. Este tipo de dispositivo de afastamento é essencialmente fixo em seus aspectos mecânicos e geométricos e será designado como dispositivo de afastamento de Tipo I. O dispositivo de afastamento é mostrado na sua condição plana e deve ser entendido que o dispositivo tem flexibilidade suficiente para poder ser ajustado à superfície de um objeto a ser afastado. O dispositivo de afastamento 100 compreende um primeiro lado 102 e um segundo lado 104. O dispositivo de afastamento 100 é feito de um filme relativamente inelástico e resistente de um plástico, tal como polipropileno, polietileno ou poliuretano. O material preferido é um composto de polietileno e náilon. A espessura do dispositivo de afastamento 100 é, tipicamente, de 0,5 a 5 mm. Uma textura de superfície 106 é composta de uma estrutura de grande escala 108, estrutura de escala intermediária 110 e estrutura de microescala 112. A estrutura de microescala 112 é sobreposta à estrutura de escala intermediária 110 e esta combinação é sobreposta à estrutura de grande escala 108. A estrutura de grande escala 108 tem uma dimensão característica entre 100 e 1000 mícrons. A estrutura de escala intermediária 110 tem uma dimensão característica entre 25 e 100 mícrons. A estrutura de microescala 112 tem uma dimensão característica entre 1 e 25 mícrons.

[0041] Em geral, o tamanho e formato dos dispositivos de afastamento dependem da aplicação. Por exemplo, em uma aplicação cirúrgica, o tamanho dos dispositivos de afastamento de acordo com a invenção pode variar a partir de cerca de 50 mm (2") de comprimento a cerca de 12 mm (0,5") de largura, para uso dentro do pericárdio, até 250-350 mm (10"-14") de comprimento por 50-200 mm (2"-8") de largura para uso na cavidade abdominal. O tamanho do dispositivo de afastamento necessário para uma determinada aplicação depende da aplicação e do tamanho do paciente.

Dispositivos de Afastamento de Tipo II

[0042] A modalidade básica de um dispositivo de afastamento de Tipo II inclui uma única câmara de insuflação. Em modalidades alternativas, uma única câmara pode ser dividida em uma pluralidade de câmaras secundárias. As câmaras secundárias são isoladas umas das outras de modo que, se uma ou mais delas forem acidentalmente perfuradas enquanto o dispositivo de afastamento estiver em uso, a deflação de todo o dispositivo de afastamento pode ser evitada. Cada câmara secundária pode ser equipada com seu próprio tubo de insuflação adicional. Alternativamente, cada câmara secundária pode ser conectada a uma derivação de insuflação através de uma válvula de retenção. A localização da derivação requer que cada câmara secundária seja deflacionada individualmente em preparação para retirar o dispositivo de afastamento do corpo ao final do procedimento de tratamento. A principal vantagem destas câmaras secundárias, intercomunicantes ou separadas, é definir uma geometria preferida sob insuflação.

[0043] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de Tipo II 200 com múltiplas câmaras de insuflação. O envoltório principal 202 é feito de um filme relativamente inelástico e resistente de um plástico, tal como polipropileno, polietileno ou poliuretano. Um material preferido para o envoltório principal é um compósito de polietileno e náilon. A espessura de parede 204 do envoltório principal 202 é, tipicamente, a partir de 0,5 a 5 mm (13 a 130 mícrons). Quando insuflado, a espessura do dispositivo 206 do braço microestruturado 200 está entre 1 mm e 5 mm. A espessura do dispositivo 206 é limitada pela altura 210 dos elementos inelásticos 208 que formam as câmaras secundárias 212 individuais. As câmaras secundárias 212 correm para uma derivação 214. A pressão de ar ou líquido é fornecida pelo tubo 216. O tubo de distribuição 216 pode ser pequeno e flexível, com um diâmetro 218 na faixa de 1 mm a 5 mm. O tubo de insuflação principal 216 permite que um gás de insuflação passe para dentro e para fora das câmaras secundárias 212. Um gás de insuflação é, tipicamente, ar, nitrogênio ou dióxido de carbono, embora possam ser usados outros gases adequados. Um líquido de insuflação é, tipicamente, solução salina fisiológica. Pressões de gás de insuflação típicas estão na faixa de 0,21 a 0,48 Pa (0,3 a 0,7 psi) , a pressão preferida sendo 0,35 kPa (0,5 psi) . Uma vez que o dispositivo 200 esteja totalmente insuflado, a pressão do gás de insuflação pode ser reduzida para cerca de 0,21 kPa (0,3 psi) .

Elementos Adicionais Para Dispositivos de Tipo I e Tipo II Elemento de Sucção

[0044] De acordo com outro aspecto da invenção, um dispositivo de afastamento de acordo com a invenção pode ser equipado com uma porção de sucção tubular na parte do dispositivo de afastamento que é inferior quando o dispositivo de afastamento é implantado em uma cavidade com líquido presente. A Figura 3 mostra um dispositivo de Tipo I com o elemento de sucção preso. A porção de sucção deste aspecto da invenção pode ser usada com dispositivos de afastamento de Tipo I e Tipo II. Irrigação é frequentemente usada quando afastamento é aplicado a um ambiente de cavidade. A irrigação é usada para limpar os detritos. No caso de aplicações cirúrgicas, os detritos consistem em sangue e elementos coagulados. Este fluido se acumula no fundo da cavidade corporal criada pelo dispositivo de afastamento e precisa ser removido. A porção de sucção 302 é parte integrante do retrator microestruturado 300. A parte inferior do dispositivo de afastamento 300 está conectada a uma linha de sucção 302 e remove este fluido durante o procedimento de tratamento, mantendo a cavidade livre de fluidos acumulados. No exemplo mostrado, a porção de sucção 302 é um apêndice tubular preso à extremidade inferior do dispositivo de afastamento. A porção de sucção pode ser feita de um compósito de polietileno e náilon, o qual é o material preferido para o corpo principal do dispositivo de afastamento. Este material é suficientemente resiliente para que uma estrutura tubular feita a partir do mesmo possa reter sua seção transversal aberta sob um baixo vácuo. Uma extremidade da porção de sucção 302 é fechada; a outra está conectada a um tubo de polietileno de parede fina 304 que corre para cima na lateral do dispositivo de afastamento para sair do corpo através da mesma incisão através da qual o dispositivo de afastamento é implantado. A sucção é distribuída ao local da operação através dos furos 306.

Dispositivos de Afastamento Curvados

[0045] Uma curvatura pode ser formada dentro de um braço do retrator microestruturado de tipo fita. Por exemplo, a curvatura pode ter um raio de curvatura que é substancialmente menor do que o comprimento do retrator de modo que, quando no estado relaxado, o braço se enrola em si próprio pelo menos 1 vez. O raio de curvatura pré-formado, juntamente com a rigidez dos materiais usados, determina a força normal quando o objeto colocado no retrator é maior do que o raio de curvatura. Na maioria dos casos, a força normal é proporcional à relação entre o diâmetro do objeto e o raio de curvatura do retrator.

[0046] Com referência à Figura 4 geralmente, uma superfície para uma superfície do retrator de baixa força normal 400 da presente invenção possui uma superfície hierárquica composta por uma estrutura 402 de grande escala com uma pluralidade de protuberâncias 404 e depressões 406 posicionadas em um padrão geométrico sobre pelo menos uma superfície de um substrato 408 e uma estrutura de escala média 410 posicionada sobre pelo menos uma superfície da estrutura de nível de grande escala 402 compreendida por protuberâncias 412. A estrutura de pequena escala 414 é similarmente composta por protuberâncias 416 e depressões 418 posicionadas sobre a estrutura de média escala 410. As protuberâncias de grande escala 404 devem ser suficientemente altas para que um componente hidrofóbico de uma mistura de contato hidrofóbica/hidrofílica não toque as depressões em grande escala entre as protuberâncias 404 adjacentes. Na modalidade da Figura 4, as protuberâncias de grande escala 404 podem compreender uma altura H entre cerca de 25 e cerca de 1000 mícrons e um diâmetro D entre cerca de 25 e cerca de 2000 mícrons, em que a fração da área de superfície do substrato 408 coberta pelas protuberâncias 404 pode variar entre cerca de 0,1 a cerca de 1,0. As protuberâncias de média escala 412 podem compreender uma altura 420 entre 5 a cerca de 25 mícrons e um diâmetro 422 entre 5 e cerca de 50 mícrons, em que a fração da área de superfície do substrato 408 coberta pelas protuberâncias 412 pode variar entre 0,1 a cerca de 0,9. A estrutura de pequena escala 414 pode estar localizada principalmente sobre a estrutura de média escala 412. A configuração de estruturas hierárquicas pode ser geométrica e descritível geralmente com uma equação matemática. Alternativamente, as estruturas hierárquicas podem ser posicionadas aleatoriamente, possivelmente com espaçamento variável, o que é mais típico das estruturas naturais. A configuração da estrutura hierárquica pode, em geral, ser descrita por uma dimensão fractal.

[0047] Uma dimensão fractal é uma quantidade estatística que fornece uma indicação de quão completamente uma coleção de estruturas parece preencher o espaço, no presente caso um plano, como se examinasse tal estrutura em uma multiplicidade de escalas espaciais. A especificação de uma dimensão fractal, a qual é de natureza estatística, não indica necessariamente que a estrutura hierárquica é bem definida por uma equação matemática. Em geral, uma configuração aleatória de estruturas dentro de uma escala específica possui uma dimensão fractal mais elevada do que aquela na qual a estrutura é matematicamente descrita em todos os pontos em uma superfície. Assim, uma estrutura aleatória pode possuir uma vantagem pelo fato de que uma superfície adesiva da presente invenção tem maior utilidade quando interage com uma superfície natural. Uma dimensão fractal mais elevada dentro de uma escala espacial específica pode ser obtida ao aplicar, a um substrato, configurações de múltiplas alturas. As protuberâncias e depressões podem ser escalonadas localmente em relação ao campo local. Consequentemente, a altura pode variar dentro de uma estrutura de escala. Na obtenção prática de estruturas de maior dimensão fractal, a variação da altura pode ser descrita por uma equação matemática, por exemplo, uma variação sinusoidal da altura, a qual teria utilidade em imitar superfícies naturais.

[0048] Em geral, as estruturas podem ser descritas como pontiagudas ou arredondadas e esta característica não é, tipicamente, capturada por uma dimensão fractal. Outro aspecto estrutural não abordado pelos parâmetros descritivos acima é o grau de comunicação entre as estruturas. Por comunicação entenda-se que uma estrutura, tal como uma protuberância ou uma depressão, tem uma extensão espacial maior do que a altura. Por exemplo, um vale ao redor de uma protuberância pode ser conectado a outro vale em torno de outra protuberância, portanto, diz-se que as depressões estão se comunicando, enquanto que as protuberâncias não estão. A comunicação pode variar a partir de 1 a cerca de 1000, mais particularmente, a comunicação pode se estender por toda a superfície do substrato. Estas estruturas são construídas com a finalidade de criar estados de Wenzel e Cassie, em uma multiplicidade de escalas, quando o retrator de baixa força normal da presente invenção entra em contato com uma mistura de contato hidrofóbica/hidrofílica.

[0049] Uma escala de interação é definida pela textura de superfície do presente retrator de baixa força normal, e é tipicamente hierárquica, e caracterizada por pelo menos duas escalas espaciais, uma na ordem de micrômetros (mícrons) e outra na ordem de 100s de mícrons. A textura da superfície pode induzir a um estado com uma grande diferença entre os ângulos de contato de avanço e recuo (histerese de ângulo de contato) ou, alternativamente, outro estado com uma pequena histerese de ângulo de contato. Os estados de interesse são conhecidos, respectivamente, como Wenzel e Cassie. Cada uma das escalas espaciais hierárquicas pode induzir separadamente a um estado de Wenzel ou Cassie, de modo que combinações são possíveis em uma multiplicidade de escalas espaciais.

[0050] Estes estados são fenômenos entre components hidrofóbicos e hidrofílicos de uma mistura que reside em uma interface de superfície texturizada. No estado de Cassie, o têxtil aderente é resistente à adesão de detritos hidrofóbicos, por exemplo, óleo em uma mistura de óleo de água. No estado de Wenzel, o implante é reversivelmente aderente a uma superfície hidrofílica, por exemplo, uma superfície úmida ou com gelo. Nos estados híbridos de Cassie- Wenzel, onde uma escala de textura é Wenzel e a outra é Cassie, o têxtil aderente pode estar localizado tanto sobre uma superfície úmida como resistente a contaminantes hidrofóbicos, tais como gorduras.

[0051] A interação de uma superfície sólida texturizada com a água em um ambiente gasoso é descrita pelo modelo de Cassie- Baxter. Neste modelo, o ar fica preso nas microrranhuras de uma superfície texturizada e as gotículas de água repousam sobre uma superfície composta que compreende ar e as partes superiores de microprotuberâncias. A importância de uma dimensão fractal entre múltiplas escalas de textura é bem reconhecida e muitas abordagens têm sido baseado na contribuição fractal, isto é, a relação dimensional entre diferentes escalas de textura.

[0052] No entanto, independentemente do material (orgânico ou inorgânico) usado e da estrutura geométrica da textura da superfície (partículas, matrizes ou poros), múltiplas escalas de textura em combinação com baixa energia de superfície foi necessária para obter as assim denominadas superfícies super-hidrofóbicas. A super- hidrofobicidade é relatada de forma variada como um material que exibe um ângulo de contato com a água que é maior do que os ângulos de contato alcançáveis com materiais lisos, mas fortemente hidrofóbicos. O consenso para o ângulo de contato mínimo para uma substância super-hidrofóbica é de 150 graus de modo que, neste contexto, a maior parte das modalidades da presente invenção não são estritamente super-hidrofóbicas, embora esta opção não esteja excluída. A razão para isto é que um estado de Wenzel-Cassie reside em sua hidrofobicidade entre superfícies não texturizadas e superfícies que geram uma interface de Cassie-Baxter. Ao otimizar a aderência dos têxteis da presente invenção, a super-hidrofobicidade é apenas um aspecto de uma série interessante de mecanismos controlados de textura e, neste contexto, o ângulo de contato é menos importante do que a histerese de ângulo de contato.

[0053] É conhecido na técnica que a transição para o estado de Wenzel pode ser desencorajada pelo uso de características pontiagudas no plano da superfície. No entanto, a ocorrência de estruturas pontiagudas em estruturas naturais, taus como pétalas de rosa, é menos comum. Estruturas naturais tendem a possuir características de superfície arredondada, especialmente cantos arredondados ou em faixas. Na natureza, a resistência à conversão a um estado de Wenzel parece envolver a criação de estruturas arredondadas involutas, em vez de arestas vivas. Por involuta entende-se concavidade orientada em uma linha não ortogonal à superfície do substrato. Tais estruturas são difíceis de criar através de um método de gravação ou moldagem, mas podem ser prontamente criadas através de um método de gravação que implica a dobragem de uma estrutura.

[0054] Da mesma forma, o estado de Wenzel pode ser desencorajado pelo uso de comunicações curvadas entre as estruturas, em oposição à comunicação em linha reta. Na maioria dos casos, a maior hidrofobicidade equivale à menor propensão para uma transição de Wenzel. A hidrofobicidade de uma superfície é reforçada pela colocação de cantos externos em torno das depressões. Em algumas modalidades, isto é conseguido pela criação de pares adicionais de paredes de depressão adjacentes que se projetam e são unidas no interior da depressão. Em algumas modalidades, isto é conseguido ao conceber uma matriz ordenada de depressões de uma primeira hierarquia (exemplos: formatos triangulares, retangulares, pentagonais ou hexagonais, regulares ou irregulares; e outros formatos poligonais geralmente definidos por segmentos de linhas retas).

[0055] Uma segunda característica de tamanho menor e ordem hierárquica diferente é, então, sobreposta sobre a parede da depressão do primeiro padrão. O método empregado na criação de tal estrutura pode envolver primeiro gravar em relevo uma estrutura de grande escala e, depois, gravar em relevo uma estrutura adicional de menor escala, de preferência uma estrutura de menor escala gravada sobre estruturas de maior escala.

[0056] A água possui uma estrutura dipolar que a torna atraente para qualquer outra substância que é carregada. Moléculas com um excesso de carga localizado em um local específico na molécula torna esta molécula hidrofílica. No caso de polímeros, as cargas podem se associar e densificar a substância e possuir uma carga macroscópica. E, em tais agregações macroscópicas, tais materiais são fortemente atraentes para a água. E, quando estes locais de carga macroscópica estão associados à textura da superfície, então, uma substância se torna super-hidrofílica. O termo super-hidrofílica tem vários significados na literatura e, em muitos casos, simplesmente se refere ao processamento de uma substância mais hidrofílica ou uma diminuição no ângulo de contato em relação a uma superfície plana da mesma substância. Aqui, entende-se a acentuação da carga de superfície e da energia de superfície de modo tal que a água sempre é ligada à superfície do substrato, mesmo que qualquer molécula de água particular possa ter um tempo de residência curto sobre a superfície do polímero. Isto tem uma vantagem comercial pelo fato de que a superfície aderente dos têxteis atuais é protegida contra detritos contaminantes e também é autolavável em virtude da fixação estocástica/desprendimento de moléculas de água da superfície. Os métodos de fabricação de superfícies texturizadas com retratores de baixa resistência normal da presente invenção incluem litografia, moldagem, extrusão/gravação em relevo e qualquer um de vários métodos para transferir uma textura para uma superfície. Os métodos para formar tais superfícies microestruturadas hierárquicas úteis na presente descrição são descritos no Pedido dos Estados Unidos No 14/802.632, o qual é aqui incorporado por referência na íntegra.

[0057] Um método preferido é a gravação, onde uma substância polimérica é aquecida até um estado fundido e passada através de rolos duplos, pelo menos um dos quais contém uma imagem negativa da estrutura em relevo desejada. Uma textura de pequena escala é gravada sobre uma folha plana. Esta folha plana gravada é aquecida para um estado maleável, mas não fluido, e passada através de rolos duplos que possuem uma textura de média escala que imprime uma imagem inversa. Este processo pode ser repetido várias vezes. A textura de média escala é grande em relação à textura de pequena escala, assim, a impressão da textura de média escala dobra a textura de pequena escala, tornando possível estruturas involutas as quais, normalmente, não seriam possíveis com um método de litografia ou fundição.

[0058] Os retratores de baixa força normal da presente invenção têm três ou mais níveis de texturas montados de forma a se obter uma área de superfície elevada, ao mesmo tempo em que mantém um espaçamento mínimo entre as texturas para permitir fluxo e penetração de líquido para promover, no primeiro caso, a lavagem da superfície e, no segundo caso, a adesão de superfície; e, ao mesmo tempo em que mantém uma resistência estrutural mínima obtida ao manter a relação entre eixos de altura para largura de todas as características abaixo de um nível crítico no qual a resistência do material é excedida.

[0059] Com referência à Figura 5, é mostrada uma primeira modalidade de um retrator de baixa força normal 500 sobre uma superfície têxtil de acordo com a presente invenção que compreende um substrato, designado geralmente como 510. Na modalidade ilustrada, o substrato 510 tem uma forma de onda sinusoidal que compreende uma série de picos e vales arredondados que produzem uma superfície continuamente curvada através de pelo menos uma porção do substrato 510. A forma de onda sinusoidal do substrato 510 define um primeiro conjunto de características de grande escala, designadas geralmente como 512, enquanto que um segundo conjunto de microcaracterísticas 514 está localizado sobre as características de grande escala.

[0060] Na Figura 5, o substrato 510 é construído e posicionado para se concentrar em uma série de saliências que formam picos 515 projetados para cima a partir da superfície com vales 517 associados localizados entre picos 515.

[0061] Em uma segunda modalidade mostrada na Figura 6, a disposição inversa é mostrada, na qual o substrato 610 é construído e localizado para focar sobre uma série de cavidades arredondadas que formam vales 617 que se estendem para dentro no substrato 610 como a característica dominante, com os picos 615 associados posicionados entre os vales 617. Em ambas as modalidades, a superfície do substrato 610 é continuamente curvada sobre toda a área do padrão de forma de onda sinusoidal.

[0062] De acordo com a presente invenção, o termo forma de onda sinusoidal, conforme usado aqui, se refere a uma superfície com uma oscilação repetitiva de curvatura não fluída, arredondada, descrita por fórmulas matemáticas que incorporam funções trigonométricas de seno, cosseno, tangente ou exponencial e funções de série de potências. Estas fórmulas matemáticas são usadas em projetos auxiliados por computador e software de manufatura assistida por computador para criar superfícies de textura usando prototipagem rápida, fresagem, usinagem por descarga elétrica ou técnicas similares para criar uma superfície metálica ou polimérica com as características de textura da forma de onda sinusoidal. A vantagem de usar fórmulas matemáticas é que grandes números de características arredondadas e não planas podem ser criados rapidamente em projetos assistidos por computador e software de manufatura assistida por computador. Características de textura deste tipo não podem ser criadas usando técnicas litográficas.

[0063] Em referência agora às Figuras 7A-7D, uma seleção de substratos 710 é mostrada tendo vários padrões de forma de onda sinusoidal que conferem características de textura de superfície curvadas alternativas através do substrato 710. Estas modalidades são apenas para fins ilustrativos como modalidades exemplificativas do substrato 710 e não são limitativas da presente invenção e o termo forma de onda sinusoidal conforme usado aqui. De acordo com a presente invenção, o primeiro conjunto de características de textura 712 inclui dimensões selecionadas a partir de um tamanho dentro de uma faixa de cerca de 100 mícrons a cerca de 1000 mícrons. Mais especificamente conforme será detalhado abaixo, em uma modalidade preferida, a forma de onda sinusoidal é posicionada de modo que o primeiro conjunto de características de textura 712 tenha cavidades sinusoidais arredondadas de 750 mícrons, uma altura de 750 mícrons e uma profundidade de cerca de 240 a 500 mícrons. Esta configuração do substrato se destina a promover um estado adesivo de Wenzel- Cassie com uma mistura de contato hidrofóbica/hidrofílica.

[0064] Com referência às Figuras 8 e 9, um segundo conjunto de características de textura 814 e 914 está posicionado sobre a superfície do substrato 810 e 910. Em uma modalidade, o segundo conjunto de características de textura 814 é moldado sobre o primeiro conjunto de características de textura 812 e 912 do substrato 810 e 910, respectivamente. Conforme detalhado aqui abaixo, em uma modalidade preferida, o substrato 810 ou 910 é um material polimérico moldado por compressão no qual os primeiro e segundo conjuntos de características de textura 812, 814 e 912, 914 são formados sobre o substrato 810 e 910, respectivamente, durante uma única etapa de moldagem. Os primeiro e segundo conjuntos de características de textura 812, 814 cooperam para aumentar a área de superfície e afetar pelo menos um da aderência, fricção, hidrofilicidade e hidrofobicidade do substrato 810 e 910. De preferência, o material polimérico moldado por compressão que forma o substrato 810 é um polímero ambientalmente durável. Em uma modalidade, o substrato 810 ou 910 compreende copolímero de polietileno/náilon. Nas modalidades ilustradas, o segundo conjunto de características de textura 814 ou 914 é selecionado a partir do grupo que consiste em projeções microestruturadas e cavidades microestruturadas, e combinações das mesmas. Na modalidade ilustrada na Figura 6, o segundo conjunto de características de textura 614 compreende cavidades microestruturadas que se estendem para baixo no substrato 610.

[0065] Nas modalidades ilustradas das Figuras 8-11, um Segundo conjunto de características de textura 814, 914, 1014 e 1114 compreendem projeções microestruturadas que se estendem para cima a partir do substrato 810, 910, 1010 e 1110, respectivamente. De preferência, nas modalidades ilustradas das Figuras 8-11, as projeções microestruturadas do dito segundo conjunto de características de textura 814, 914, 1014 e 1114 compreendem pilares geralmente cilíndricos.

[0066] De preferência, na modalidade ilustrada na Figura 6, as cavidades microestruturadas do segundo conjunto de características de textura 614 compreendem recessos geralmente cilíndricos.

[0067] Com referência à Figura 9, em uma modalidade na qual o substrato 910 é um substrato de filme fino e tem superfícies superior e inferior operacionais opostas, o primeiro conjunto de características de textura 912 localizado sobre uma superfície superior 921 do substrato 910 forma um formato complementar sobre uma superfície inferior 923 do substrato 910, de modo que um pico arredondado sobre a superfície superior 921 forma um vale arredondado sobre a superfície inferior 923 e o vale arredondado sobre a superfície superior 921 forma um pico arredondado sobre a superfície inferior 923.

[0068] Com referência novamente à Figura 9, em uma modalidade na qual o substrato 910 é um substrato de filme fino e tem superfícies superior e inferior operacionais opostas, o segundo conjunto de características de textura 914 inclui uma série de projeções microestruturadas sobre uma da superfície superior 921 e superfície inferior 923 do substrato 910, a qual define uma série de cavidades microestruturadas complementares sobre a outra da dita superfície superior e da dita superfície inferior 921, 923.

[0069] Do mesmo modo, em uma modalidade na qual o Segundo conjunto de características de textura 914 compreende cavidades microestruturadas que se projetam para baixo através do substrato 910 a partir de uma superfície superior 921, formam projeções microestruturadas complementares sobre a parte inferior oposta.

[0070] Com referência às Figuras 5, 8 e 9, nas modalidades ilustradas, o segundo conjunto de características de textura 514, 814 e 914 inclui pelo menos uma porção de características de textura que se estendem ao longo de um eixo normal à curva da forma de onda sinusoidal do substrato 510, 810 e 910, respectivamente, em um dado ponto para a microestrutura individual. Deste modo, o segundo conjunto de características de textura acompanha a curvatura do primeiro conjunto de características de textura 512, 812 e 912.

[0071] De acordo com a presente invenção, o segundo conjunto de características de textura inclui dimensões selecionadas a partir de um tamanho dentro de uma faixa de cerca de 10 mícrons a cerca de 100 mícrons. Além disso, o segundo conjunto de características de textura 514 tem, de preferência, uma relação entre eixos entre a altura e largura de menos de 5 e um espaçamento mínimo de 1 mícron entre cada característica de textura do dito segundo conjunto de características de textura para manter a resistência estrutural, ao mesmo tempo em que permite o fluxo e penetração de líquido entre as microestruturas individuais que constituem o segundo conjunto de características de textura.

[0072] Em referência novamente às Figuras 8-11, um terceiro conjunto de características de textura 820, 920, 1020 e 1120 também pode estar localizado sobre o substrato 810, 910, 1010 e 1110, respectivamente. De preferência, o terceiro conjunto de características de textura 820 é selecionado a partir do grupo que consiste em projeções microestruturadas e cavidades microestruturadas, e combinações das mesmas. Em uma modalidade, as projeções microestruturadas do terceiro conjunto de características de textura 820, 920, 1020 e 1120 compreendem pilares geralmente cilíndricos.

[0073] Com referência à Figura 6, em uma modalidade, as cavidades microestruturadas do terceiro conjunto de características de textura 620 compreendem recessos geralmente cilíndricos. De preferência, o terceiro conjunto de características de textura 620 é moldado por compressão simultaneamente com os primeiro e segundo conjuntos de características de textura 612, 614. Em uma outra modalidade preferida, o terceiro conjunto de características de textura 620 tem uma relação entre eixos de altura para largura de menos do que 5 e espaçamento mínimo de 1 mícron entre cada característica de textura do terceiro conjunto de características de textura 620 para manter a resistência estrutural, ao mesmo tempo em que permite o fluxo de líquido e a penetração entre o dito terceiro conjunto de características de textura. A relação entre eixos é menor quando os dispositivos são feitos de materiais de baixa resistência e maior quando feitos de materiais mais fortes. O espaçamento entre as características é menor para líquidos menos viscosos e maior para mais viscosos.

[0074] Em referência às Figuras 5, 8 e 9, o terceiro conjunto de características de textura 520, 820 e 920 inclui pelo menos uma porção de características de textura que se estendem ao longo de um eixo normal à curva da forma de onda sinusoidal do substrato 10. Para fins da presente invenção, onde os segundo e terceiro conjuntos de características de textura se estendem ao longo de um eixo normal à curva da forma de onda sinusoidal, a linha normal para uma curva é a linha perpendicular à tangente da curva em um determinado ponto. Nas modalidades ilustradas, o segundo conjunto de características de textura 514, 814 e 914 é menor do que o primeiro conjunto de características de textura 512, 812 e 912, respectivamente. De acordo com a presente invenção, o terceiro conjunto de características de textura inclui dimensões selecionadas a partir de um tamanho dentro de uma faixa de cerca de 1 mícron a cerca de 10 mícrons.

[0075] Em referência às Figuras 5 e 8-11, em uma modalidade, o terceiro conjunto de características de textura 520, 820 e 920 está localizado sobre uma superfície terminal 522, 822 e 922 do segundo conjunto de características de textura 514, 814 e 914. Em uma outra modalidade vantajosa, o terceiro conjunto de características de textura 520, 820 e 920 está localizado sobre o primeiro conjunto de características de textura 12 entre o segundo conjunto de características de textura 22 do segundo conjunto de características de textura 14, bem como localizado sobre o primeiro conjunto de características de textura 12 entre o segundo conjunto de características de textura 14.

[0076] Em referência às Figuras 10 e 11, um quarto conjunto de características de textura 1024 e 1124 pode estar localizado sobre superfícies laterais do segundo conjunto de características de textura 1014 e 1114, respectivamente. O quarto conjunto de características de textura 1024 e 1124 é selecionado a partir do grupo que consiste em canais 1016, 1116 e nervuras 1018, 1118, e combinações dosmesmos. Nas modalidades ilustradas, os canais 1016, 1116 e nervuras 1018, 1118 correm verticalmente ao longo da altura das superfícies laterais na circunferência externa de cada microestrutura que compreende o dito segundo conjunto de características de textura 1014, 1114. O quarto conjunto de características de textura inclui, de preferência, dimensões selecionadas a partir de um tamanho dentro de uma faixa de cerca de 1 mícron a cerca de 10 mícrons. De preferência, o quarto conjunto de características de textura 1024 e 1124 é moldado por compressão simultaneamente com os ditos primeiro, segundo e terceiro conjuntos de características de textura sobre o substrato 1010, 1110.

[0077] De preferência, estrias e/ou nervuras 1016, 1018, 1116, 1118 com características e espaçamento maiores do que 1 mícron são adicionados ao exterior dos pilares cilíndricos ou cavidades que definem o segundo conjunto de características de textura 1014, 1114 para adicionar área de superfície e aumentar a resistência estrutural à flexão e quebra. O espaçamento entre microestruturas individuais do quarto conjunto de características 1024, 1124 e entre microestruturas individuais do segundo conjunto de características de textura 1014, 1114 é menor para líquidos menos viscosos e maior para líquidos mais viscosos.

[0078] O terceiro conjunto de características de textura 1020, 1120 cobre tanto as partes superiores dos pilares como as pastes inferiores de cavidades e a área entre os pilares ou cavidades definindo o segundo conjunto de características de textura 1314 de uma maneira substancialmente uniforme. Em conjunto, os segundo e terceiro conjuntos de características de textura 1014, 1114, 1020, 1120aumentam substancialmente a área da superfície exposta ao líquido que cobre a superfície oposta do substrato. Dependendo da aplicação desejada, os primeiro, segundo, terceiro e quarto conjuntos de características de textura cooperam para aumentar a área da superfície do substrato 1010, 1110 para obter pelo menos um de adesão, atrito, hidrofilicidade e hidrofobicidade do substrato. Em uma modalidade, o substrato 1010, 1110 tem uma aderência de superfície com uma força de atrito ao deslizamento maior do que 50 g/cm2 quando aplicado contra uma superfície constituída por uma mistura hidrofóbica/hidrofílica. Em uma modalidade preferida, o substrato 1010, 1110 tem uma adesão à superfície com uma força de atrito ao deslizamento de cerca de 325 g/cm2 quando aplicado contra uma superfície constituída por uma mistura hidrofóbica/hidrofílica.

[0079] Nos primeiros estudos, os inventores caracterizaram as estruturas de pétalas de rosa e observaram um efeito de 'rolamento' nas microestruturas. Além disso, microestruturas menores foram denotadas como 'cabelos' que pareciam contribuir fortemente para o efeito super-hidrofóbico. De modo a simular melhor este esquema, os inventores criaram desenhos sinusoidais, conforme apresentado aqui, que podiam reproduzir e melhorar os efeitos de microestrutura arredondados vistos naturalmente, começando com um substrato de forma de onda sinusoidal com características de 300 mícrons de diâmetro e altura de 100 mícrons.

[0080] As dimensões para o terceiro conjunto de características de textura 1020, 1120 incluem, em uma modalidade, pilares com 3 micrômetros de diâmetro, 6 micrômetros de altura e 5 micrômetros de espaçamento. O segundo conjunto de características de textura 1014, 1114 inclui, em uma modalidade, pilares de microestrutura estriada que têm pelo menos 35 micrômetros de diâmetro, 35 micrômetros de altura e 10 micrômetros de espaçamento. Quando sobrepostos juntos, os segundo e terceiro conjuntos de microcaracterísticas 1014, 1114, 1020, 1120 são formados ao longo de um eixo normal à superfície das características da forma de onda sinusoidal. Estes também são mantidos multidimensionalmente sobre a rodada.

[0081] Para melhorar o efeito super-hidrofóbico encontrado na natureza com a pétala de rosa, o segundo conjunto de características de textura 1014, 1114 foi adicionado com características 'estriadas' ou 'caneladas' que percorrem a superfície lateral. Estas características caneladas e estriadas que definem o quarto conjunto de características de textura 1024, 1124 simulam microestruturas depétalas de rosa, menores, para promover ainda mais a hidrofobicidade. Consequentemente, cada microestrutura dos ditos primeiro, segundo, terceiro e quarto conjuntos de características de textura têm um respectiva altura, espaçamento/profundidade e diâmetro, e estão localizados de modo que os líquidos penetrem pelo menos através dos primeiro e segundo conjuntos de características de textura em um estado de Wenzel totalmente umedecido quando aplicado contra uma superfície coberta com líquido para promover a adesão entre o substrato e a superfície adjacente. De preferência, a forma de onda sinusoidal do primeiro conjunto de características de textura inclui picos arredondados que facilitam a distribuição de pressão através do substrato quando pressionado contra uma superfície coberta com líquido.

[0082] De preferência, os segundo e terceiro conjuntos de características de textura 1014, 1020, 1114, 1120 estão uniformemente distribuídos através dos picos arredondados do primeiro conjunto de características de textura para conferir uma maior área de superfície ao primeiro conjunto de características de textura. Os picos arredondados definem áreas de pressão aumentadas quando o substrato é aplicado contra uma superfície coberta por líquido, promovendo uma transição de gotículas de líquido de um estado de Cassie-Baxter suspenso para um estado de Wenzel completamente úmido entre pelo menos os ditos primeiro e segundo conjuntos de características de textura. Em uma modalidade preferida, os primeiro, segundo e terceiro conjuntos 1012, 1112, 1112, 1114 de características de textura permitem a penetração de líquido para um estado de Wenzel totalmente umedecido, enquanto que o quarto conjunto de características de textura 1024, 1124 é construído e localizado para manter as características super-hidrofóbicas.

[0083] A função dos segundo e terceiro conjuntos de características de textura é criar uma área de superfície grande simultaneamente com espaçamento suficientemente largo para que os líquidos viscosos possam fluir através da estrutura a baixa pressão. A baixa pressão nesta aplicação é definida no contexto do peso associado às gotículas de líquido que é suficiente para criar um estado de Wenzel completamente umedecido para promover a adesão do substrato 10 a uma superfície coberta líquida adjacente. Consequentemente, as superfícies microestruturadas da presente invenção são concebidas para facilitar as transições de um estado de gotículas suspensas de Cassie-Baxter para o estado de Wenzel totalmente umedecido, com uma gotícula de água com tamanho maior do que a 10 litros sobre a textura.

[0084] Uma função da forma de onda sinusoidal do primeiro conjunto de características de textura é aumentar ainda mais a área de superfície, ao mesmo tempo em que cria áreas de pressão aumentada nos picos das características. Estas áreas de área de superfície aumentada são umedecidas primeiro, causando uma transição rápida do estado de gotículas suspensas de Cassie-Baxter para o estado de Wenzel totalmente umedecido. Uma segunda função da forma de onda sinusoidal do primeiro conjunto de características de textura é manter a pressão de pico suficientemente baixa e dispersar a pressão, de modo que haja pouca ou nenhuma penetração através da camada líquida na superfície no material subjacente. Os segundo e terceiro conjuntos de características de textura estão uniformemente dispersos sobre a forma de onda sinusoidal do primeiro conjunto de características de textura e são normais à curva da superfície. Isto é, eles são perpendiculares a uma tangente de superfície em cada ponto da microestrutura na superfície. Isto assegura que uma área de superfície máxima seja criada em uma estrutura que pode ser moldada.

Modelos Específicos Rótus de Tipo I

[0085] A Figura 12 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de afastamento rótus híbrido de Tipo I de acordo com uma terceira modalidade da invenção. O dispositivo 1200 compreende um lado com textura de rosa 1210 e um lado com textura de lótus 1212. Uma textura de rosa 1210 é caracterizada pela geometria de uma gota de água 1214, em que a gota 1214 assume uma forma esférica 1216 característica de uma superfície super-hidrofóbica. A gota 1214 é imobilizada sobre a superfície 1210 em virtude da geometria de absorção 1218. Uma textura de lótus 1212 é caracterizada pela geometria da gota de água 1220, em que o formato é esférico com a ausência de uma estrutura de absorção análoga à característica 1518. A gota 1220 resiste à adesão à superfície 1212 e rola prontamente para fora da superfície.

Ondulado de Tipo II

[0086] A Figura 13 é uma vista lateral de um dispositivo de afastamento de Tipo II ondulado de acordo com uma quarta modalidade da invenção. Deve ser entendido que uma versão de Tipo I ativada manualmente também é possível. O dispositivo 1300 pode estar em duas configurações 1310 e 1312. A configuração 1310 é uma configuração de textura de rosa e a configuração 1312 é uma configuração de textura de lótus. Assim, quando na configuração 1310, o dispositivo 1300 é adesivo e, na configuração 1312, desliza facilmente. O dispositivo 1300 no estado ondulado 1310 tem a primeira estrutura 1314 e a segunda estrutura 1316. Um elemento de insuflação 1320 faz com que o dispositivo 1600 se mova na direção 1318 para se transformar para a configuração 1312 quando pressurizado.

Alteração de Área de Tipo II

[0087] A Figura 14 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de afastamento com alteração de área de Tipo II de acordo com uma quinta modalidade da invenção. O dispositivo 1400 tem uma textura de superfície e pode estar em duas configurações 1410 e 1412. A configuração 1410 é uma configuração plana com uma área de superfície máxima em contato com uma superfície plana e a configuração 1412 é uma configuração insuflada com uma área de superfície mínima. Assim, quando na configuração 1410, o dispositivo 1400 é adesivo e, na configuração 1412, desliza mais facilmente. Um elemento de insuflação 1416 faz com que o dispositivo 1400 se transforme para a configuração 1412 quando pressurizado.

Alteração de Área de Tipo I

[0088] A Figura 15 é uma vista lateral de uma área híbrida que altera o dispositivo de afastamento de Tipo I 1000, em que a área texturizada 1514 não é alterada de acordo com uma sexta modalidade da invenção. O dispositivo 1500 assume duas configurações biestáveis 1510 e 1512. Na configuração 1510, a textura de pétala de rosa 1514 é a única superfície apresentada à outra superfície sobre a qual o dispositivo 1500 deve aderir. A área de superfície de contato na configuração 1510 é a soma das áreas de 1514. A área 1516 é lisa e a área de configuração 1512 é maior do que a área de configuração 1510. A área de configuração 1512 é a soma das áreas 1514 e 1516. A configuração 1512 é conseguida ao puxar a configuração 1510 nas direções 1518.

Pinça de Tipo II

[0089] A Figura 16 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de afastamento de Tipo II 1600 com movimento de pinça de acordo com uma sétima modalidade da invenção. O dispositivo 1600 tem um estado conformável e relaxado 1610 e um estado de aperto rígido 1612. A transformação do estado 1610 para o estado 1612 é conseguida pelo elemento de insuflação 1616. As características 1614 compreendem uma superfície adesiva de pétala de rosa.

[0090] A Figura 17 representa um retrator 1701 constituído pelo braço 1703 e a âncora cirúrgica 1705. A âncora cirúrgica 1705 permite ao cirurgião ancorar o retrator 1701 ao curativo cirúrgico perioperatório. A extremidade proximal 1707 do retrator 1701 possui superfície super-hidrofóbica 1019. Exemplos detalhados de superfície super-hidrofóbica são descritos e detalhados acima. Opcionalmente, o retrator pode compreender um elemento de insuflação 1711 compreendido em uma seção oca 1713 que pode ser pressurizada através do tubo 1715. Conforme representado, quando a seção oca 1713 é insuflada, o retrator se torna rígido e ereto ao longo da direção 1717. Opcionalmente, o retrator pode compreender uma bexiga de sucção compreendida por uma série de furos 1719 que permitem passagem através do lado de contato com o tecido 1721 com o volume de sucção interno 1723. A bexiga de sucção compreende o lado de contato com o tecido 1721 e um lado externo 1725. O lado externo 1725 pode possuir abas 1726 às quais um cirurgião pode suturar uma linha de espera ou agarrar para posicionar o retrator 1 em relação a uma superfície tecidual. Um tubo de sucção 1727 conectado à bexiga de sucção permite sucção e extrai fluido do tecido 1729 na bexiga de sucção. Opcionalmente, o retrator 1 pode possuir um formato pré-moldado, de modo que a largura 1731 seja retilínea e o comprimento 1733 seja curvado com um raio de curvatura 1735. Opcionalmente, o retrator 1701 possui uma superfície de contato com tecido 1721 a qual é ondulada 37. A frequência de ondulação 1739 pode ser ajustada através do elemento insuflação 1711, de modo que o aumento da insuflação diminui a frequência 1739 e aumenta o comprimento 1733.

[0091] Todas as referências citadas aqui são incorporadas por referência na íntegra.

Claims (16)

1. Retrator microestruturado que compreende pelo menos um braço que tem uma superfície super-hidrofóbica composta por uma microestrutura hierárquica tendo uma interface Wenzel-Cassie;caracterizado pelo fato de que a dita interface Wenzel- Cassie possui pelo menos 2 microcaracterísticas hierárquicas e uma terceira microcaracterística que inclui um efeito mecânico ou de atrito, a superfície configurada para ser colocada sobre uma superfície úmida de modo que quando colocada sobre uma superfície úmida, a força de cisalhamento necessária para mover o retrator microestruturado (300) ao longo da superfície úmida excede a força normal aplicada.

2. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um elemento de insuflação (1320, 1416, 1616, 1711) em que o elemento de insuflação (1320, 1416, 1616, 1711) confere uma rigidez ajustável ao retrator microestruturado (300).

3. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um elemento de sucção (302) está conectado para permitir a remoção de fluido enquanto o retrator microestruturado (300) está em uso.

4. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o retrator (300) tem uma dimensão mais curta denominada largura e uma dimensão maior denominada comprimento e o dito retrator (300) é composto por um material flexível capaz de ser pré-moldado com uma curvatura inata, em que a largura tem uma curvatura nula, enquanto que o raio de curvatura na dimensão de comprimento é menor do que o comprimento.

5. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o retrator (300) é ondulado em uma direção de modo que, quando o retrator (300) é colocado sobre uma superfície úmida, apenas uma parte da superfície microestruturada está em contato com a superfície úmida e em que a ondulação é ajustável pela deformação permanente do retrator microestruturado (300) de modo a alterar a área de superfície do retrator microestruturado (300) em contato com a superfície úmida.

6. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a ondulação é reversivelmente deformável e o retrator (300) compreende ainda um elemento de insuflação (1320, 1416, 1616, 1711) de modo que, quando insuflado, a frequência de ondulação muda de forma reversível e, além disso, o elemento de insuflação (1320, 1416, 1616, 1711) compreende uma válvula, de modo que o volume de insuflação possa ser controlado.

7. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que é incorporado um elemento de insuflação (1320, 1416, 1616, 1711) adicional que enrijece de modo reversível o retrator microestruturado (300) quando insuflado.

8. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um primeiro estado de ondulação se encontra em um estado de Wenzel-Cassie quando em contato com uma superfície úmida e um segundo estado de ondulação se encontra no estado de Cassie-Baxter quando em contato com uma superfície úmida.

9. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um lado compreende uma superfície microtexturizada de Wenzel-Cassie e o outro lado compreende um estado microtexturizado de Cassie-Baxter.

10. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um primeiro braço tem pelo menos uma superfície que compreende uma superfície de Wenzel-Cassie e um segundo braço tem pelo menos uma superfície que compreende uma superfície de Cassie-Baxter.

11. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um braço compreende pelo menos uma superfície que imita uma rosa.

12. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um braço compreende pelo menos uma superfície que imita uma flor de lótus.

13. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do braço compreende uma superfície super-hidrofóbica.

14. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do braço compreende uma superfície super-hidrofóbica.

15. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do retrator (300) compreende uma superfície com uma histerese de ângulo de contato maior do que 5 graus quando em contato com uma superfície úmida.

16. Retrator microestruturado, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do retrator (300) compreende uma superfície com uma histerese de ângulo de contato maior do que 5 graus quando em contato com uma superfície úmida.

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