CN106817894A - 用于流动控制和生物粘附控制的图案 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种制品，所述制品包括延伸过制品的表面的至少一部分的路径。所述路径由经过表面的至少一部分的至少一个通道限定，或者由设置于表面的至少一部分之上或之内的第一多个间隔特征部限定；间隔特征部排布于多个分组中；特征部的分组括重复单元；分组内的间隔特征部以约1nm至约500μm的平均距离间隔开，以限定经过多个间隔特征部的路径；每个特征部具有基本平行于相邻特征部上的表面的表面；每个特征部与其相邻特征部分隔开；特征部的分组相对于彼此排布，以限定曲折形路径。

Description

用于流动控制和生物粘附控制的图案

相关申请的引证

本申请要求于2015年8月7日提交的美国临时申请62/034,401的优先权，其全部内容通过引证结合于本文。

技术领域

本公开涉及流动控制、生物粘附控制、空气控制和迁移控制(migration control)的图案。

背景技术

流体通常在用于容纳它们的表面上穿行。表面可以是平面的(即平的)或非平面的(即弯面的)。平表面的实例是水族箱、用于制备食物的碗碟、用于医学检查的平板装置、用于在手术期间切割的刀、微流体装置等。具有弯曲表面的装置也用于其中存在流体的环境中。例如，圆柱形弯曲表面(例如，导管(conduit))用于输送流体。弯曲表面用于影响一个部件到另一个部件的附接(例如，球和孔窝，眼球上的隐形眼镜，眼睛中的人工晶状体等)，并且在这些区域中需要流体才能实施润滑。

被运输或输送穿过这些表面的流体可以是纯流体(没有颗粒或悬浮物质)，但通常这种流体含有颗粒和细胞形式的悬浮物质。通常期望的是控制流体的流动，悬浮颗粒的流动，或者流体流动和悬浮颗粒的流动两者。

由于颗粒物质(例如，填料、蛋白和细胞)在所述表面上的沉积或粘附，接触流体的表面也会经历结垢。因此，合乎需要的是设计表面，该表面可以用于进行生物粘附的控制以及用于控制流体流(fluid flow)。

由于细胞迁移(无论是由鞭毛或纤毛驱动，还是由细胞膜位移或膜泡的延伸或通过改变细胞骨架结构和粘附作用驱动)，如在成纤维细胞和上皮细胞的移动中作为单个细胞或细胞群(包括细胞链和片层)发生移位，表面可能发生结垢。

发明内容

本文公开了一种制品，其包括延伸过(通过)制品的表面的至少一部分的路径，路径由经过(横越)表面的至少一部分的至少一个通道限定，或者由设置于制品的表面的至少一部分之上或之内的第一多个间隔特征部(spaced feature)限定；间隔特征部排布于多个分组(群组，grouping)中；特征部的分组包含重复单元；分组内的间隔特征部以约1nm至约500μm的平均距离间隔开，以限定经过多个间隔特征部的路径；每个特征部具有基本平行于相邻特征部上的表面的表面；每个特征部与其相邻特征部分隔开；特征部的分组相对于彼此排布以限定曲折形路径(弯曲形路径，tortuous path)。

制品可以是能够包括于生物体内的创伤敷料(wound dressing)、导液管(catheter)，气管内导管(气管内管，endotracheal tube)或假体。

本文还公开了一种管状制品，其包括外表面；内表面；内表面包括延伸过内表面的至少一部分的路径，路径由经过内表面的至少一部分的至少一个通道或设置于内表面的至少一部分之上或之内的第一多个间隔特征部限定；间隔特征部排布于多个分组中；特征部的分组包含重复单元；分组内的间隔特征部以约1纳米至约500微米的平均距离间隔开以限定经过多个间隔特征部的路径；特征部的分组相对于彼此进行排布以限定曲折形路径；其中间隔特征部有效排布为使流体从管状制品的一端流到另一端，而没有任何扩散遍布(spread across)管的内圆周。

附图说明

图1描绘了限定的路径的一种实施方式的横截面，限定的路径是至少一个通道，该通道经过制品的表面的至少一部分，并从制品的一端延伸到相对端；

图2描绘了限定的路径的另一种实施方式的横截面，限定的路径是至少一个通道，该通道经过制品的表面的至少一部分，并从制品的一端延伸到相对端；

图3(A)描述了编号1至4的4个网格(栅格，grid)，其中相邻网格中的图案相对于彼此发生倾斜；

图3(B)显示了至少两组图案，其元件(element)彼此不同，并且其中图案以有效地在元件之间以在及图案之间产生曲折形路径的方式排布；

图4(A)显示了具有规则几何形状的元件，如何通过使彼此相邻的网格包含不同取向的元件可以用于控制流动；

图4(B)显示了具有不规则几何形状的元件，如何通过使彼此相邻的网格包含不同取向的元件可以用于控制流动；

图4(C)显示了具有规则和不规则几何形状的组合的元件，如何通过使彼此相邻的网格包含不同取向的元件可以用于控制流动；

图5描述了图案的轴如何可以相对于流动方向发生倾斜；

图6描绘了其中仅一小部分导管表面具有纹理(texturing)的应用的一个实例；

图7描绘了纹理如何可以仅设置于假体，如，例如眼球和眼窝的一部分上；

图8描绘了纹理如何可以设置于医疗器件，如，例如气管内导管的内表面上；

图9描绘了纹理如何可以设置于医疗器件，如，例如人工晶状体的表面上；

图10(A)显示了人工晶状体的侧面透视图；

图10(B)显示了人工晶状体的顶视图；

图10(C)显示了人工晶状体的横截面视图；

图10(D)显示了人工晶状体的后部上的图案化表面；

图10(E)详细显示了图案化表面的插入；

图11(A)描述了一个制品的示例性实施方式，其中网格1至6以径向方式排布；

图11(B)描绘了一个制品的另一示例性实施方式，其中网格1至8以径向方式排布；

图11(C)描述了其中流体流径向引导远离创伤(即，图案的元件之间的线性通道经过排布而引导流体径向向外)的实施方式。

图11(D)显示了其中流体流沿圆周方向引导远离创伤(元件之间的通道经过排布而使流体将必须周向流动远离创伤)的实施方式。

图11(E)描述了其中一些段(部分，segment)允许流体沿径向方向流动(即，图案的元件之间的线性通道经过排布而径向向外引导流体)，而同时一些段防止流体沿径向方向流动(即，图案的元件之间的线性通道经过排布而垂直于流体流动的方向并防止流体径向向外流动)的实施方式；

图11(F)描绘了从一点到另一点在尺寸上变化的纹理；

图11(G)还描绘了从一点到另一点尺寸上变化的纹理；

图11(H)描述了其中图案密度从一点到另一点系统变化的实施方式；

图12描绘了其中图案的元件垂直于流动方向的实施方式；

图13描绘了其中图案的元件相对于流动方向倾斜角度θ的实施方式；

图14描绘了其中一组图案的一些元件与相邻图案的元件重叠；

图15(A)描述了其中图案的元件沿圆周方向排布的实施方式；

图15(B)描述了其中图案的元件沿径向方向排布的实施方式；

图16描述了在实施例1的迁移分析测试终点(7d)处，在PDMSe样品上用细胞示踪(CellTracker)(红色)染色的细胞的代表性荧光图像；

图17显示了在实施例1的7天时间点，在迁移分析测定中的受伤面积的平均对数(面积覆盖率)；

图18显示了在迁移测定终点(7d)，在PDMSe a)光滑(Smooth)和b)幼鲨(Sharklet)样品上用细胞示踪(红色)染色的细胞的代表性荧光图像。

图19(A)显示了铜绿假单胞菌bifA(Pseudomonas aeruginosa bifA)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)在-3SK-NT2x2上的对数降低。

图19(B)和19(C)显示了与光滑TPU相比，在微图案化的TPU上的铜绿假单胞菌bifA(Pseudomonas aeruginosa bifA)生物膜降低；

图19(D)和19(E)显示了相比光滑表面，沿着微图案化表面流下的生长培养基(图19(D))或人工粘液(图19(E))的受控和变窄的性质；

图20显示了滑移角数据的箱形图，并且图示地表示所收集的数据中的扩散；

图21(A)描绘了光滑(SM)表面；

图21(B)描绘了幼鲨(SK)表面；

图21(C)描绘了光滑(SM)表面上的流体液滴；

图21(D)描述了幼鲨(SK)表面上的流体液滴，分别显示光滑(SM)和幼鲨(SK)表面的以度为单位的前进接触角；

图22显示了具有光滑(SM)表面的标准护理(SOC)气管内导管和其上设置有幼鲨图案的气管内导管的累积物质以克计的重量累积；

图23(A)显示了在具有光滑(SOC)表面或设置于其上的幼鲨(SK)表面的气管内导管的肺、中间和口腔部分中的累积物质的照片；

图23(B)显示了在具有光滑(SOC)表面或设置于其上的幼鲨(SK)表面的气管内导管的肺、核心(中间，core)和口腔部分中的横截面积减少的百分比；

图24(A)显示了光滑(SM)表面和幼鲨(SK)图案化表面以度计的平均倾斜角；

图24(B)显示了每个光滑(SM)和幼鲨(SK)图案化表面上流体液滴的倾斜角的图示；

图25(A)显示了对于具有光滑(SM)表面或设置于其上的幼鲨(SK)图案化表面的气管内导管，来自通气绵羊的每个气管内导管器件的平均粘液体积；

图25(B)显示了在具有光滑(SM)表面的气管内导管的横截面中和在其上设置幼鲨(SK)图案化表面的气管内导管中积聚的粘液的照片；和

图26显示了使用具有光滑(SM)表面的气管内导管和在其上设置有幼鲨(SK)图案化表面的气管内导管24小时的一组绵羊，在通气期间的压力量。

具体实施方式

本文公开的是包含可以用于控制流体流动、颗粒粘附和颗粒在制品或器件表面上的迁移纹理化表面的器件。表面可以是平的或弯曲的，并且可以是器件的内部和/或外部表面。流体、粘附和迁移控制可以通过将纹理以与流体流动方向根据应用取向为不同角度而实现。纹理化表面可以具有连续路径或可替代地具有设置于其上的不连续图案。在一种实施方式中，纹理化表面可以具有设置于其上的连续路径以及不连续图案。

正如本文所定义的流体流动涉及流体的流动和/或悬浮于流体中的物质的流动流。以下将根据图案描述纹理。纹理的基本单元是图案。

在一种实施方式中，图案包括对于管状制品的整个长度延伸过其表面的连续路径，路径由至少一个经过制品总长度50％，优选至少大于70％，优选至少大于90％的至少一部分制品表面的连续通道限定。在一种实施方式中，连续路径延伸过管状制品表面长达制品总长度的100％。参考图1，在一种实施方式中，图案是延伸过，如导管或气管内导管的管状制品的表面的至少一部分的曲线通道。在一种实施方式中，制品包括多个连续路径，该连续路径由经过制品的管状表面的至少一部分的至少比制品的总长度大50％，优选至少大70％，和优选至少比制品总长度大90％的多个连续通道限定。在一种实施方式中，多个连续路径包括多个延伸过管状制品表面长达制品总长度100％的连续通道。在一种实施方式中，制品的整个管状表面上设置有包括多个连续通道并延伸制品总长度100％的多个连续路径。

连续路径由优选从管状表面的一端延伸到相对表面的连续通道限定。连续通道是由壁界定的沟槽(trench)，其中流体一旦引入通道中就不能在壁之上或在开口端处逸出。连续路径可以经过取向而使通道定向成基本上平行于流体流动方向或基本上垂直于流体流动方向。包括连续通道的连续路径可以设置于管的外部、管的内部、或管的内部和外部。虽然上述实施方式涉及管，但可以考虑导管具有除了圆形几何形状之外的横截面几何形状。例如，横截面几何形状可以是椭圆形、正方形、三角形或多边形。

图1描绘了路径基本上垂直于流体流动方向的管。当二者投影到公共平面上时，路径的方向(由路径的切线测量)和流动方向之间的角度从60度变化到120度。在一种实施方式中，当管是导尿管(尿道导管，urinary catheter)时，路径(术语路径包括多个路径)设置于管的外侧和/或管的内侧，并取向成基本垂直于流动方向，优选以与流动方向成60至120度，优选70至110度，更优选80至100度的角度取向。在一种实施方式中，当管是导尿管时，路径设置于管的外侧并基本上覆盖管的所有可用外表面。在另一种实施方式中，当管是导尿管时，设置于管外侧上的第一路径可以相对于流体流动方向(其中流体流动发生于管内)倾斜60至120度，而设置于管内侧上的第二路径可以相对于管内测上的流体流动方向倾斜-45至+45度，优选-35至+35度，优选-25至+25度，更优选-15至+15度的角度。在还有的另一实施方式中，当管是导尿管时，设置于管外侧上的第一路径可以相对于流体流方向(其中流体流发生于管内)倾斜60至120度，而同时管的内侧可以具有光滑表面而没有任何路径设置于其上。

图2描绘了其中路径基本上平行于流体流动方向的管。当二者投影到公共平面上时，路径方向(由路径的切线测量)与流动方向之间的角度从-45度变化到+45度。在一种实施方式中，当管是气管内导管时，路径(术语路径包括多个路径)设置于管的外侧和/或管的内侧，并取向为基本平行于流动方向，优选地以与流动方向成-45至+45度，优选-35至+35度，优选-25至+25度，更优选-15至+15度的角度取向。在一种实施方式中，当管是气管内导管时，路径设置于管的内部并基本上覆盖管的所有可用外表面。图1和图2的连续路径可以是线性的或曲线的。在一种实施方式中，连续路径是曲线的并优选是螺旋形的。

本文还公开了包括设置于表面上的图案的导管。每个图案包括以一定方式排布设计而在图案之间形成曲折形路径的多个间隔特征部(也称为元件)。在一些实施方式中，元件以在连续图案的元件之间形成曲折形路径的方式排布。多个图案称为分组。将图案重复多次以在表面上形成纹理。换而言之，分组在表面上形成纹理。在一种实施方式中，为了控制流动，以网格的形式施加纹理，其中每个网格包括在不同网格中以不同角度倾斜的图案。在图3(A)中示出了图案之一的示例性实施方式。在图3(A)中，具有4个编号为1至4的网格，并且可以看出，相邻网格中的图案相对于彼此倾斜。每个图案都具有轴线(分别由线A-A'和线B-B'表示)。关于图3(A)所示的图案，轴线A-A'和B-B'分别是穿过重复图案的几何中心的线。几何中心是图案的质心(即，无基底的图案的元件)。

由图3(A)可以看出，轴线A-A'和B-B'彼此倾斜约90度的角度α。角度α可以从5变化至175度，优选20至150度，更优选70至120度。

通过相对于相邻网格中的图案取向相对于彼此旋转一个网格中的图案，一个网格中的流动阻力可以相对于相邻网格的流动阻力而变化。

每个网格中的图案包括多个间隔特征部，其中图案以多个分组排布，并且其中图案分组相对于彼此排布以便当在第一方向上观察时，在纹理的一部分上限定曲折形路径。当在垂直于第一方向(但在与第一方向相同的平面中)的第二方向(在相同网格中)观察时，特征部的分组经过排布设计而在纹理的一部分内限定线性路径。

正如由图3(A)中可以看出，给定图案中的相邻元件的纵横比在第一方向和第二方向上都彼此不同。对于每个网格合乎需要的是具有至少一些元件，其中纵横比大于1、优选大于2、优选大于3、优选大于4、优选大于5、更优选大于10。在每个图案中，存在至少两个彼此不同的元件、优选至少三个彼此不同的元件、更优选至少四个彼此不同的元件。

图3(B)显示了另一种图案，其中多个间隔特征部相对于流体流动的方向以不同的方向取向。图3(B)显示了至少两组图案，其元件彼此不同，并且其中图案以有效地在元件之间以及图案之间产生曲折形路径的方式排布。由图3(B)的图案M和N可以看出，连续图案M和N的一些元件以正弦曲线的形式排布，并且纹理的相似图案在相互垂直的方向上对其具有周期性。通过相对于流动方向改变角度θ₁和θ₂，使接触表面的流体可以以不同的速度流动。图案，特别是当纹理设置于诸如导管的制品的内弯曲表面上时，还可以用于控制流体中包含的颗粒物质(如细胞，细菌，填料等)的流动。流体中的离心力可以引起颗粒物质朝向导液管的纹理化壁(textured wall)推进，其中纹理化用于控制颗粒速度。图案尺寸和元件尺寸可以改变以控制颗粒流动(速度和方向)。

在一种实施方式中，纹理的存在改变了基底上流体的接触角，并且这可以用于促进单向流动或可以用于使流动沿不同方向发散。

在图3(B)中，θ₁和θ₂可以相对于垂直于流动方向画出的线(轴AA')从5度变化到50度。简言之，垂直于图案的至少一个元件并穿过图案的质心的图案的轴线AA'相对于垂直于流动方向绘制的线从5度变化至50度。在一种实施方式中，图案的轴垂直于图案的至少两个元件并穿过图案的质心。在另一种实施方式中，图案的轴垂直于图案的至少三个元件并穿过图案的质心。在还有的另一种实施方式中，图案的轴垂直于图案的至少四个元件并穿过图案的质心。在还有的另一种实施方式中，图案的轴垂直于图案的所有元件并穿过图案的质心。在一种实施方式中，在图3(B)中可以看出，一些图案经过排布设计而使其轴线垂直于流动方向。因此，图3(B)包括组合在一起而产生纹理的至少两组不同的图案(一组具有垂直于流动方向的轴线，另一组具有相对于流动方向倾斜的轴线)。图3(B)的图案可以相对于流动方向旋转，而使垂直于流动方向的轴线可以平行于流动方向或者可以相对于流动方向倾斜。

图4显示了符合图案的上述定义的其他图案。图4(A)显示了具有规则几何形状的元件如何通过使彼此相邻的网格包含不同取向的元件可以用于控制流动。图4(B)显示了具有不规则几何形状的元件如何通过使彼此相邻的网格包含不同取向的元件可以用于控制流动。图4(C)显示了具有规则和不规则几何形状的组合的元件如何通过使彼此相邻的网格包含不同取向的元件可以用于控制流动。在所有图4(A)至图4(C)中，图案的至少一些元素具有大于1的纵横比。

在一种实施方式(再次相对于图3(A)和3(B))中，当在与第二方向成45度倾斜的第三方向上观察时，特征部之间的路径可以是非线性的和非正弦的。换而言之，路径可以是非线性的和非周期性的。在另一种实施方式中，特征之间的路径可以是线性的，但具有不同的厚度。多个间隔特征部可以从表面向外突出或突出到表面中。在一种实施方式中，多个间隔特征部可以具有与表面相同的化学组成。在另一实施方式中，多个间隔特征部可以具有不同于表面的化学组成。

对于具体实施方式，具有用于抵抗生物体生物粘附的表面形貌的制品包括具有表面的基础制品。表面和/或基底制品的组成包括聚合物、金属或合金、陶瓷和/或玻璃。聚合物、金属和陶瓷的组合也可以用于表面或基底制品中。表面具有包括多个图案的形貌；每个图案由附接到或突出到基底制品中的多个间隔特征部限定。多个特征部各自具有至少一个微米或纳米尺度的尺寸，并具有至少一个具有基本不同的几何形状的相邻特征部(即，其形状或尺寸不同)。

相邻特征部之间的平均第一特征间距在至少一部分表面中为5nm至100μm，其中多个间隔特征部由周期函数表示。在一种实施方式中，多个特征部的每个特征部彼此分离且不彼此接触。在另一种实施方式中，一些多个特征可以彼此接触。

在另一实施方式中，间隔特征部之间的平均周期性可以为约1纳米至约500微米。在一种实施方式中，间隔特征部之间的周期性可以为约2、5、10、20、50、100或200纳米。在另一种实施方式中，间隔特征部之间的平均周期性可以为约2、5、10、20、50、100或200纳米。在另一种实施方式中，平均周期性可以为0.1、0.2、0.5、1、5、10、20、50、100、200、300、400或450微米。在还有的另一实施方式中，平均周期性可以为约0.1、0.2、0.5、1、5、10、20、50、100、200、300、400或450微米。

在一种实施方式中，间隔特征部可以具有1纳米至500微米，具体而言约10纳米至约200微米，而更具体而言约50纳米至约100微米的尺寸。

在另一实施方式中，间隔特征部之间的周期性可以为约1纳米至约500微米。在一种实施方式中，间隔特征部之间的周期性可以高达约2、5、10、20、50、100或200纳米。在另一种实施方式中，间隔特征部之间的周期性可以为约2、5、10、20、50、100或200纳米。在另一种实施方式中，周期性可以高达约0.1、0.2、0.5、1、5、10、20、50、100、200、300、400或450微米。在还有的另一种实施方式中，周期性可以高达约0.1、0.2、0.5、1、5、10、20、50、100、200、300、400或450微米。

在一种实施方式中，图案的每个特征部具有至少一个具有不同几何形状(例如，尺寸或形状)的相邻特征部。图案的特征部是单个元件。图案的每个特征部具有至少2，3，4，5或6个具有与特征部不同的几何形状的相邻特征部。在一种实施方式中，存在构成图案的至少2个或更多个不同特征部。在另一种实施方式中，存在构成图案的至少3个或更多个不同的特征部。在另一种实施方式中，存在构成图案的至少4个或更多个不同特征部。在还有的另一种实施方式中，存在构成图案的至少5个或更多个不同特征部。

在另一实施方式中，图案的至少两个相同特征部具有至少一个相邻特征部(其具有不同几何形状(例如，尺寸或形状))。图案的特征部是单个元件。在一种实施方式中，图案的两个相同特征部具有至少2、3、4、5或6个相邻特征部(其具有与相同特征部不同的几何形状)。在另一实施方式中，图案的三个相同特征部具有至少2、3、4、5或6个相邻特征部(其具有与相同特征部不同的几何形状)。

在另一种实施方式中，每个图案具有至少一个或多个具有不同尺寸或形状的相邻图案。换而言之，第一图案可以具有第二相邻图案，而尽管第二相邻图案包括与第一图案相同的特征部，但可以具有与第一图案不同的形状。在还有的另一实施方式中，每个图案具有至少两个或更多个具有不同尺寸或形状的相邻图案。在还有的另一种实施方式中，每个图案具有至少三个或更多个具有不同尺寸或形状的相邻图案。在还有的另一种实施方式中，每个图案具有至少四个或更多个具有不同尺寸或形状的相邻图案。

正如上，间隔特征部的化学组成可以不同于表面。间隔特征部和这些特征部由此突出的表面或突出进入的表面也可以包括有机聚合物或无机材料。也可以使用复合材料。

在间隔特征部和/或表面中使用的有机聚合物可以选自各种各样的热塑性聚合物，热塑性聚合物的共混物，热固性聚合物或热塑性聚合物与热固性聚合物的共混物。有机聚合物也可以是聚合物共混物、共聚物、三元共聚物或包含至少一种前述有机聚合物的组合。有机聚合物也可以是低聚物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、交替嵌段共聚物、无规聚合物、无规共聚物、无规嵌段共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物、树枝状聚合物、聚电解质(具有包含电解质的一些重复基团的聚合物)、聚两性电解质(具有阳离子和阴离子重复基团的聚电解质)、离聚物等，或包含前述有机聚合物的至少之一的组合。

有机聚合物的实例是聚缩醛、聚烯烃、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚芳基砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并噁唑、聚苯酞、聚缩醛、聚酐、聚乙烯基醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯基酮、聚卤乙烯、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、聚硫化物、聚硫酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、苯乙烯丙烯腈、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚氨酯、乙烯丙烯二烯橡胶(EPR)、聚四氟乙烯、全氟弹性体、氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基乙烯、聚氯三氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚硅氧烷等，或包含前述有机聚合物至少之一的组合。

聚电解质的实例是聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酸、果胶、角叉菜胶、藻酸盐、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮等，或包含至少一种前述聚电解质的组合。

适用于聚合物组合物中的热固性聚合物的实例包括环氧聚合物、不饱和聚酯聚合物、聚酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺三嗪聚合物、氰酸酯聚合物、乙烯基聚合物、苯并噁嗪聚合物、苯并环丁烯聚合物、丙烯酸树脂、醇酸树脂、苯酚-甲醛聚合物、酚醛清漆、甲阶酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛聚合物、脲-甲醛聚合物、羟甲基呋喃、异氰酸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、不饱和聚酯酰亚胺等、或包含至少一种前述热固性聚合物的组合。

热塑性聚合物的共混物的实例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龙、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯/聚氯乙烯、聚苯醚/聚苯乙烯、聚苯醚/尼龙、聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/热塑性聚氨酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯、热塑性弹性体合金、尼龙/弹性体、聚酯/弹性体、聚对苯二甲酸乙二酯/聚对苯二甲酸丁二酯、缩醛/弹性体、苯乙烯-马来酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮/聚醚砜、聚醚醚酮/聚醚酰亚胺聚乙烯/尼龙、聚乙烯/聚缩醛等。

可以用于图案或基底的聚合物包括可生物降解的材料。生物可降解的聚合物的合适实例是如聚乳酸-乙醇酸(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸-乙醇酸和聚己内酯的共聚物(PCL-PLGA共聚物)、聚羟基-丁酸酯-戊酸酯(PHBV)、聚原酸酯(POE)、聚环氧乙烷-对苯二甲酸丁二酯(PEO-PBTP)、聚-D,L-乳酸-对二噁烷酮-聚乙二醇嵌段共聚物(PLA-DX-PEG)等，或包含至少一种前述可生物降解聚合物的组合。经历降解的可生物降解聚合物可以被身体消耗而没有任何不期望的副作用。

在间隔特征部和/或表面中使用的金属可以选自各种各样的金属合金、金属复合材料或与其他材料的组合。金属的实例有不锈钢、碳钢、铜、黄铜、金、金合金、镍、镍合金钢、Co-Cr合金、铂、铂合金、钯、钯合金、钛、钛合金、铝、铝合金、锆、锆合金、钼、钼合金、钽、钽合金、钨、钨合金、钴和钴合金、钒和钒合金等。

在间隔特征部和/或表面中使用的陶瓷可以选自各种各样的陶瓷、类陶瓷(ceramic like)和瓷(porcelain)或玻璃的组合，包括氧化铝、氧化钡、氧化钼、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化钽、氧化硅，或除了未列出但本领域技术人员所熟知的那些合金之外的任何合金。其它实例包括来自通过溶胶-凝胶法制备的可以以生坯状态(green state)或以烧结状态使用的无机-有机杂化物的那些。这些可以包括干凝胶和气凝胶组合物。

在一种实施方式中，图案可以包括与生物活性剂共混而形成药物涂层的聚合物树脂。然后，生物活性剂从图案逐渐释放，其简单地用作载体。当聚合物树脂与生物活性剂物理共混(即，非共价结合)时，生物活性剂从药物涂层释放是扩散控制的。基于药物涂层的总重量，通常合乎需要的是图案包含约5重量百分比(wt％)至约90wt％的生物活性剂的量。在范围内，通常合乎需要的是生物活性剂以基于药物涂层的总重量大于或等于约10wt％，优选大于或等于约20wt％，更优选大于或等于约30wt％的量存在。在范围内，通常合乎需要的是生物活性剂以基于药物涂层的总重量小于或等于约75wt％，优选小于或等于约70wt％，更优选小于或等于约65wt％的量存在。如果需要，药物涂层可以可选地涂上其他表面涂层。当使用另外的表面涂层时，生物活性剂的释放是受界面控制的。药物涂层可以仅设置于特征部的表面上或可替代地设置于曲折形路径的表面上。

在另一示例性实施方式中，生物活性剂可以与生物可降解聚合物共价键合以形成药物涂层。然后通过可生物降解聚合物的降解速率控制释放速率。上文提供了可生物降解聚合物的合适实例。在范围内，通常合乎需要的是生物活性剂以基于药物涂层的总重量的大于或等于约10wt％，优选大于或等于约20wt％，更优选大于或等于约30wt％的量存在。在范围内，通常也合乎需要的是生物活性剂以基于药物涂层的总重量的小于或等于约75wt％、优选小于或等于约70wt％、更优选小于或等于约65wt％的量存在。

当图案用于医疗器件中时，药物涂层可以以各种方式涂覆到医疗器件上。在一种实施方式中，药物涂层可以溶解于溶剂，如水，丙酮，醇如乙醇、异丙醇、甲醇，甲苯，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，己烷等中，并以图案形式涂覆到医疗器件上。在另一种实施方式中，单体可以与生物活性剂共价键合，并随后聚合以形成药物涂层，然后将其以图案的形式施加到医疗器件上。在还有的另一种实施方式中，可以首先将聚合物树脂作为涂层(以图案的形式)施加到医疗器件上，然后将涂覆的器件浸入生物活性剂中，从而允许扩散到涂层中以形成药物涂层。

在一种实施方式中，可以将生物活性剂加入到图案中。生物活性剂可以设置于图案的表面上，或者可以包括于图案中(例如，与形成图案的材料混合)。还可能合乎需要的是在单种药物涂层中分散两种或多种生物活性剂。或者，可能合乎需要的是在医疗器件上涂上两层或更多层药物涂层。可以使用以下各种涂覆的方法用于涂覆医疗器件，如旋涂、静电涂、浸涂、用刷子涂等，以及包括至少一种前述涂层方法的组合。

各种类型的生物活性剂可以用于药物涂层中，其用于包被医疗器件。医疗器件的涂层可以用于递送治疗和药学上的生物活性剂，包括抗止痛剂(anti-analgesic agent)、抗心律不齐剂、抗细菌剂、抗胆碱能剂、抗凝血剂、抗惊厥剂、抗抑郁剂、抗糖尿病剂、抗利尿剂、抗真菌剂、抗高血压剂、抗炎剂、抗疟剂、抗肿瘤剂、抗益智剂、抗帕金森剂、抗逆转录病毒剂、抗结核剂、止咳剂、抗溃疡剂、抗病毒剂等，或包含至少一种前述治疗剂和药物生物活性剂的组合。生物活性剂还可以是蛋白质、肽片段、生长因子或其它细胞信号通信分子。

在一种实施方式中，表面与基底制品整体集成，其中基底制品的组成与表面的组成相同。在另一实施方式中，表面包括设置于基底制品上的涂层(涂层的层，coatinglayer)。在还有的另一种实施方式中，涂层的组成不同于基底制品的组成。在一种实施方式中，聚合物包含非导电聚合物。

纹理和/或其上设置有纹理的基底可以由形状记忆合金或形状记忆聚合物制成，并且其形状可以在使用激活信号，如热信号、电信号等时进行改变。

在另一种实施方式中，形貌(topography)提供4至50的平均粗糙度因子(R)。表面可以包括弹性模量为约10kPa至约10MPa的弹性体。

正如上，图案通过曲折形路径与相邻图案分离。曲折形路径可以由周期函数表示。周期函数对于每个曲折形路径可以是不同的。在一种实施方式中，图案可以通过可以由两个或更多个周期函数表示的曲折形路径彼此分隔开。周期函数可以包括正弦波。在示例性实施方式中，周期函数可以包括两个或更多个正弦波。

在另一实施方式中，当多个不同的曲折形路径分别由多个周期函数表示时，各个周期函数可以由固定的相位差(phase difference)分隔开。在还有的另一实施方式中，当多个不同的曲折形路径分别由多个周期函数表示时，各个周期函数可以通过可变相位差分隔开。

在一种实施方式中，多个间隔开的特征部具有基本平坦的顶表面。在另一实施方式中，多元件平台层可以设置于一部分表面上，其中所述平台层的元件之间间隔的距离提供第二特征部间隔；第二特征部间隔与第一特征部间隔相比时在实质上是不同的。

网格可以具有不同的几何形状。例如，网格可以是矩形、正方形、三角形、圆形、椭圆形、多边形或其组合。网格的侧边可以为20纳米至1,000微米。对于圆形和椭圆形网格，平均半径可以从10纳米变化到500微米。在示例性实施方式中，网格包括各自具有50微米的边的正方形。

以上在图1和图2中公开的图案可以用于导管(例如，导液管(catheter)、气管内导管、中心静脉导管、尿道管、将流体引导开或引导向生命体中的其他器官的分流器等)的内外表面上。

对于具体实施方式，图案可以设置于制品或器件的表面上以便平行于或垂直(或与流体流动的方向成其它角度)于流体流动的方向，或平行或垂直(或与流体流动的方向成其它角度)于细胞迁移的方向，或具有部分平行于和部分垂直于细胞迁移方向(或与细胞迁移方向成其它角度)设置的部分。正如上描述的，迁移或移位跨过表面(无论是跨生物体的生物表面、生物中可植入的生物表面或非生物表面，亦或是可以与生物体相互作用的非生物表面)的细胞可以，例如，包括：血小板，白细胞，组织细胞如内皮细胞、成纤维细胞上皮细胞、人晶状体上皮细胞，细菌等。

在一种实施方式中，图案设置于这些表面且平行于和/或垂直于流体流动的方向，或平行于和/或垂直于细胞迁移的方向。细胞迁移可以包括所期望的细胞(例如，血小板，红细胞，白细胞，组织细胞如内皮细胞、上皮细胞等)或非所期望的细胞(例如，细菌细胞)。

正如上，(在各个网格中)图案可以经过设置而使图案的一些元件可以平行于和/或垂直于流体流动的方法和/或流体中包含的颗粒物质的流动方向。正如上，当图案的轴线平行于流动方向时，图案平行于流动方向，并且当轴线垂直于流动方向时，图案垂直于流动方向。对于图1所示的图案，一些网格中的图案将平行于流动方向，而其它相邻网格中的图案将同时垂直于流体的流动方向。

应当注意的是，流动方向可以处于既不平行也不垂直于流动方向但是处于其间的角度。图5描述了图案的轴线可以如何相对于流动方向倾斜。在一种实施方式中，图案的轴线(参见图3(A)和3(B)和5)可以以与流动方向成5至175度，优选15至150度，优选50至135度的角度，更优选75至125度的角度倾斜。在示例性实施方式中，一个网格中的图案平行于流动方向，而在另一网格中，它们垂直于流动方向。

图案可以设置于整个表面上或仅设置于弯曲或平面表面的选定部分上。在一种实施方式中，图案可以覆盖表面的2％或更多、优选10％或更多、优选20％或更多、优选50％或更多、更优选75％或更多。

图6描绘了其中只有导管表面的一小部分具有纹理的应用的一个实例。导液管100具有用于供给或移除与导液管接触的流体的两个开口102和104(也称为孔眼)。每个开口102和104周围的区域具有分别设置于区域103和105中的图1的图案。在每个开口102和104周围使用图案，防止例如细菌和外来细胞物质迁移进入导管中。示例性导管是用于将流体转运到生物体的身体或从生物体的身体移除流体的分流器。在一种实施方式中，图案可以设置于球形或椭圆形假体，如骨关节的球和承窝的表面上。正如上详细说明的，图案可以设置于一部分球和承窝上，以防止细胞迁移到球和承窝之间的接触点。可替代地，图案可以以这样的方式公开以防止细胞流入球和承窝接触之点，而同时允许其它流体从球和承窝的接触之点流走。图7显示了一部分球和承窝，其中只有一部分承窝和一部分球具有设置于其上的图案。图案的取向和图案的尺寸可以基于接触区域中所需要的细胞类型进行调节。

在一种实施方式中，图案可以设置于医疗器件中使用的管状表面上，例如导管的表面上或气管内导管的表面上。图案可以设置于导液管或气管内导管的内表面和/或外表面上，以防止细胞在导管或气管内导管中迁移，且同时允许其它流体流动通过导液管或气管内导管。图8显示了具有设置于其内表面上的图案的示例性气管内导管。图8还详细显示了气管内导管和图案化表面的插入物的横截面切片(slice)。图案的取向和图案的尺寸可以基于控制流体流而进行调节。在一种实施方式中，图案可以设置于人工晶状体上。图9显示了其上设置有图案的人工晶状体。图9还显示了示出图案的详细视图的插入物。图10(A)-(E)显示了具有设置在其表面上的图案的示例性人工晶状体。图10(A)示出了人工晶状体的侧透视图。图10(B)显示了人工晶状体的顶视图。图10(C)显示了人工晶状体的横截面视图。图10(D)显示了人工晶状体的后部上的图案化表面。图10(E)详细显示了图案化表面的插入物。图案的取向和图案的尺寸可以基于对流体流动的控制进行调节

图11(A)描述了制品的示例性实施方式，其中网格1至6以径向方式排布。图11(B)描绘了制品的另一示例性实施方式，其中网格1至8以径向方式排布。网格中的纹理可以经过排布而使靠近流体流的源的图案允许流体很容易地从源流走或防止流体流从源很容易地通过。可替代地，通过选择图案的纹理和取向，可以控制流体流动或颗粒物质的流动。在另一种实施方式中，图案不需要设置于网格中，但是可以在制品的使用期间以允许控制流体流动或颗粒流动的方式进行定向。

在一种实施方式中，图11(A)和11(B)的制品可以是施加到创伤的创伤敷料(wounddressing)，其中创伤敷料的中心点直接设置于创伤上。图11(C)至11(E)显示了其中可以使用图案取向而精确控制来自创伤的流体流的实施方式。假定图11(C)至11(E)的每个创伤敷料的中心点直接设置于创伤上。图11(C)描绘了一种实施方式，其中流体流被径向引导远离创伤(即，图案的元件之间的线性通道排布设计成径向向外引导流体)，而在图11(D)流体流沿圆周方向引导远离创伤(元件之间的通道经过排布而使流体将不得不周向流动远离创伤)。在图11(E)中，一些段允许流体沿径向方向流动(即，图案的元件之间的线性通道经过排布设计而径向向外引导流体)，而一些段防止流体沿径向方向流动(即，图案的元件之间的线性通道排布设计成垂直于流体流的方向并防止流体径向向外流动)。

图案的高度可以从创伤敷料的中心至边缘系统地变化。图11(F)和11(G)是创伤敷料的横截面侧视图，其中图案厚度从中心到外圆周而变化。这样做是为了促进或防止流体从创伤敷料处置的创伤流出。图11(F)的创伤敷料将用于经过排布而使图案的峰接触创伤，由此允许流体快速行进到创伤敷料的外半径，而图11(G)的创伤敷料经过设计而允许流体从中心流动而在周边被捕集。

图11(H)详细说明了图案的密度如何可以在给定方向上变化而控制流体流。在图11(H)中，图案的密度从左向右增加而改变流体流。

图12描绘了在导管200中或导液管200上定向图案而防止细菌细胞迁移或阻碍流体流的一种方式。如图12中所见，图案可以经过排布而使其轴线垂直于流动方向。正如图12所示，图案的元件经过排布设计而对流体和其中所包含的内容物的流动提供最大的阻力。以这种方式排布设计图案限制了流体或颗粒物质(颗粒，细胞等)流动到曲折形路径，而同时使细胞和/或流体难以到达导液管的另一端。简而言之，通过减小弯曲路径的面积而同时增加其长度，且同时增加流体路径中的元件数量，颗粒物质就在沿着导液管长度的移动时受到限制。包含于流体中的细胞物质可以捕集于线性通道中(如上，当在第二方向上观察时，通道是线性的)，而同时使流体沿着导液管的长度流动，但比在光滑表面上更慢。

图案的轴线的取向可以经过调节而增加或降低流体流，或增加或降低图案捕集迁移的颗粒物质的能力。图13反映了图案的轴线与流动方向成角度θ取向的图案。角度θ可以从5度到175度变化。通过对如图13所示的图案的轴线定向，图案将在导液管的表面上以螺旋的形式呈现。

在一种实施方式中，图案的多个部分可以具有从5度到90度取向的轴线，而图案的其他部分可以具有从91度到175度取向的轴线。这在上面的图1中详细描述。通过以不同角度定向图案的不同部分，则可以控制流体中的颗粒物质的行进速率。细菌细胞、组织细胞等的迁移也可以通过改变图案取向进行控制。通过改变导管上或导液管中的图案的取向，就可以使流体流动期间产生的流体流(例如，涡流)的图案最小化。

在一种实施方式中，以增加流体(或其颗粒内容物)必须经过的曲折形路径的长度的一种方式，一些图案的元件可以与来自相邻图案的元件结合。这在图13中描述，其中元件201、202和203与来自相邻图案的元件连接至一起而产生细长元件。正如图14所示，这种修改也可以在图案的轴相对于流动方向倾斜的图案上进行。通过增加一个图案中的一个元件相对于相邻图案的纵横比，曲折形路径的长度可以增加并可以增大其体积。

连接至一起的元件可以是周期性的或非周期性的。在一种实施方式中，具体元件(例如，来自每个图案左边的每个第三元件)延伸以接触在至少一个相邻图案中的其对应物，从而导致对流动通道或路径的周期性中断。延伸的元件可以接触一个或多个相邻元件。

在另一实施方式中，来自一个图案的随机元件可以延伸而接触相邻图案上的一个或多个元件，导致对流动通道或路径的非周期性中断。

图15(A)显示了一种实施方式，其中图案的元件排布设计成在圆周方向上彼此平行。换而言之，图案的元件关于图案的中心点是同心的。图15(B)描绘了其中图案的元件沿径向方向排布的实施方式。这些图案可以用于控制流体从纹理中心向外圆周流动。

在一种实施方式中，图案的元件经过排布设计而沿着导管的内表面在圆周方向上彼此平行，使得元件相对于彼此的间隔沿着内表面的圆周形成连续图案。在另一实施方式中，图案的元件经过排布设计而沿着导管的内表面在圆周方向上彼此平行，使得每个元件相对于彼此的间隔沿着内表面的圆周形成不连续图案，其中在元件分组之间具有间隙。在间隙之间任何数量的元件，例如3、5或7个元件，可以一起分组。除了控制流体流和/或细胞迁移之外，图案还可以用于控制气流或混合，例如燃料混合物。

正如上，使用图案取向可以用于控制从导管的一端到另一端的流动。本文的图案和方法由以下非限制性实施例举例说明。

实施例

实施例1

在一个实验中，通过对负硅晶片模具浇铸生物医学级聚二甲基硅氧烷弹性体(MDX4-4210，Dow Corning；PDMSe)而制作光滑(SM)和微图案化的样品。将圆形样品(d＝20mm)粘附到具有垂直于细胞迁移方向排列的特征部的12-孔板，并用纤连蛋白(15μg/mL过夜)处理以促进细胞附着。沿着样品的中心放置SM PDMSe矩形(3mm×20mm)，而产生改进的划痕分析测试。将人晶状体上皮细胞(HLEC)以1×10⁴个细胞/cm²接种于整个构造结构上并保持于生长培养基(Eagle's最低必需培养基，20％胎牛血清，50U/mL青霉素/链霉素和1μg/mL两性霉素B抗真菌剂(Fungizone antimycotic))。在约70％融合时，除去PDMSe矩形而允许细胞迁移穿过空的图案化区域。通过光学显微镜监测迁移直到第7天当样品用细胞示踪Orange染色并固定之时。对受伤面积拍摄荧光显微镜图像，并且使用ImageJ软件计算该区域内由细胞覆盖的平均面积。

与光滑表面相比，所有图案显著降低了HLEC迁移(图16、图17、表1)。图10显示了在迁移测定终点(7d)时在PDMSe样品上用细胞示踪(红色)染色的细胞的代表性荧光图像。图17显示了在7天时间点时迁移分析测试中受伤面积的平均log(面积覆盖率)。与在+7SK10×5表面上最高降低的光滑面(smooth)相比，所有形貌显著降低了HLEC迁移。误差条代表95％置信区间。

(比例尺，500μm)

独立分组的每个图案于用于多重对比的Tukey测试(分组，表1)中，表明所有图案具有显著不同的性能水平。最佳性能表面(+7SK10×5)降低了创伤面积中的HLEC覆盖率80％，p＝0.0001。+7SK10×5形貌已被选择用于动物研究的原型生产。+7SK10×5形貌将平铺于棋盘图案中(图18)而创建阻止HLEC从所有方向迁移的表面，并且这种布局将用于创建用于动物研究的原型。

表1是相对于光滑的log降低(LR)数据分析的总结。

表1

图案	n	平均LR	平均PR	P值	分组
						+3SK2×2	3	0.41	61％	0.002	A
-3SK2×2	3	0.17	32％	0.019	B
						+7SK10×5	3	0.70	80％	0.0001	C

最佳性能形貌(+7SK10×5)转化成棋盘图案，以抑制细胞从所有方向迁移。

实施例2

该实施例用于证明图案的创伤愈合能力。通过对负硅晶片模具浇铸聚二甲基硅氧烷弹性体(Xiameter RTV-4232-T2，Dow Corning；PDMSe)而制作光滑(SM)和微图案化(+1.5SK10×2和+10SK50×50)样品。将圆形样品(d＝20mm)粘附至具有与细胞迁移方向平行的特征部的12-孔板，并用纤连蛋白(15μg/mL过夜)处理而促进细胞附着。沿着样品的中心放置SM PDMSe矩形(5mm×20mm)，而产生改性的划痕分析测试。将人表皮角质化形成细胞(HEK)以1×10⁴个细胞/cm²接种于整个构造结构上，并保持于完全角质形成细胞生长培养基(真皮细胞基础培养基，0.4％牛垂体提取物，0.5ng/mL rh TGF-α，6mM L-谷氨酰胺，100ng/mL氢化可的松，5μg/mL胰岛素，1μm肾上腺素，5μg/mL脱铁运铁蛋白，50U/mL青霉素/链霉素和1μg/mL两性霉素B抗真菌剂)。在约70％融合时，除去PDMSe矩形而允许细胞迁移穿过空的图案化区域。通过光学显微镜监测迁移直到第4天，当样品用细胞示踪Orange染色并固定之时。对受伤面积拍摄荧光显微镜图像，并且使用ImageJ软件计算该区域内由细胞覆盖的平均面积。

结果表明，相对于SM，这种微图案诱导了人表皮角质形成细胞(HEK)在纤连蛋白涂层的聚二甲基硅氧烷弹性体(PDMSe)表面上的高度定向迁移，导致在特征部定向为平行于细胞迁移方向时，体外的修饰的划痕创伤46％和64％更快闭合。图18显示了在迁移分析测试终点(4d)时在PDMSea)光滑和b)幼鲨样品上用细胞示踪(红色)染色的细胞的代表性荧光图像。比例尺，500μm。c)所覆盖的平均面积的定量表明在+1.5SK10×5和+10SK50×50图案上的人工创伤闭合中分别增加了46％和64％。不受限于理论，应该相信形貌设计将进一步增强这种效果，其朝向具有径向定向特征部的图案中心，径向减小特征尺寸。

实施例3

在该实施例中，图案设置于管内侧以确定其对流体流的影响。图案的轴线取向成垂直于流体流，同时相邻元件之间的线性通道取向成平行于流体流。相邻元件之间的线性通道将取向成平行于管的长轴且平行于流动方向。正如由结果将会看出，这种取向减少了生物流体(例如，粘液)的积聚和微生物生物膜的形成。

当平行于流动方向取向时，所公开的图案减少了在生物流体接触器件(例如，气管内导管(ETT)，中心静脉导管(CVC))上存在流动时的微生物生物膜形成。不期望在导液管的表面上或在气管内导管的表面上形成生物膜。

接种的介质在热塑性聚氨酯(TPU)幼鲨测试和未图案化的对照表面上以25°倾斜进行泵送。在采用或不采用含有粘蛋白的培养基的情况下，菌落形成单位的对数降低(Logreduction)箱形图由的定量测试产生，以及由对照表面生物膜产生(参见图19(A))产生。实施例图像是在(胰蛋白酶大豆肉汤)TSB+粘蛋白条件下生长的对照和测试表面上的绿脓假单胞菌生物膜，这表明与纹理化表面相比，在光滑表面上形成更大的生物膜。沿着流动方向的微图案的取向，导致与未图案化的表面相比，在幼鲨表面上TSB生长介质更少。详情如下。类似地，当人工粘液滴在在25°倾斜的表面上时，与从光滑表面滴下的相同流体相比，流体保持更窄的路径。因此，与光滑表面相比，降低了与幼鲨微图案化表面上的流体的整体表面相互作用。

根据制造商的说明和以下包括的变化，使用滴流生物膜反应器，以对于生物膜积累，对比每种热塑性聚氨酯(TPU)幼鲨微图案和光滑TPU表面。在暴露于200毫升(ml)的铜绿假单胞菌bifA-或金黄色葡萄球菌接种的TSB之后，在室温下，在封闭的再循环流动系统中，在具有或不具有2μg/mL粘蛋白滴落穿过表面长达48至96h的情况下，评价测试图案。为了建立金黄色葡萄球菌生物膜的生长，约每12小时更换200mL生长培养基。通过菌落形成单位/毫升(CFU/mL)和结晶紫生物质染色(log(光密度))对生物膜进行定量。对于每种定量方法，从对数变换的光滑数据中减去每种图案和定量方法的对数变换的数据。这产生了使用一般线性模型单因素方差分析(ANOVA)和单配对t检验评价的对数降低(LR)值。在每个测试条件中，对于每个测试图案确定最小二乘均值(least squared mean)LR、对应的中值百分比降低率、t-检验推导的p-值和Tukey分组。

性能降低的微生物生物膜以来自未图案化表面的减少百分比表示，并使用一般线性模型单因素方差分析和Tukey对比将减少百分比拟合到统计分组中。结果如表2中所示。此外，铜绿假单胞菌bifA和金黄色葡萄球菌二者对-3SK-NT2×2的对数减少率如图13(A)中所示。在图19(B)和19(C)中可以看到，与光滑TPU相比，在幼鲨微图案化TPU上的铜绿假单胞菌bifA生物膜降低率的实施例。与光滑表面相比，受控和变窄性质的生长培养基(图19(D))或人工粘液(图19(E))向下流动到幼鲨微图案化表面(图19(D))。生物流体与幼鲨微图案表面的相互作用，比生物流体与光滑表面的相互作用，总体上更少。

表2

图案类型	图案取向	％减少	p-值	Tukey分组
					3SK-NT 2×2	平行	96％	0.014	A
-3SK-NT 2×2	平行	92％	0.036	A
					-3SK-T 2×2	平行	72％	0.116	AB
-3SK-NT 2×2	垂直	72％	0.109	AB
					3SK-T 2×2	平行	65％	0.116	AB
7.3SK-NT 10×5	平行	57％	0.106	AB
					11.3SK-NT 20×5	平行	55％	0.146	AB
8.7SK-NT 10×2	平行	37％	0.059	AB
					2.6SK-NT 10×2	平行	23％	0.25	AB
3SK-NT 2×2	垂直	-88％	0.993	B

实施例4

当平行于流动方向取向时，本文公开的图案增强了生物流体接触器件(例如，ETT)上的流体流。例如，为了在重力存在和强制空气流存在的情况下，评价幼鲨微观形貌上的粘液流动，将在热塑性聚氨酯(Tecoflex EG 85A，Lubrizol；TPU)中制备的光滑(SM)样品和微图案化样品(矩形样品(h＝5cm；w＝2cm)，其中幼鲨特征部垂直或平行于样品长度排布)粘附到保持30°角度的玻璃板上。将塑料管(ID＝7mm)固定于膜的顶部，并连接到设定为每分钟在20次呼吸中递送4至6L空气的西门子900c通风器。将20至40μL人造粘液的液滴(8％粘蛋白、4％卵磷脂和0.8％DNA)置于通气管的开口处，并记录粘液要行进薄膜长度所需的距离和时间(s)，高达120秒。在每个实验中测试三个光滑和三个图案化表面(每个取向)，计算并对比每个表面类型的三个样品流动的平均速率(cm/s)。每个实验为一式三份地完成。

在每个实验中，图案化表面上的速率变化计算为与未图案化表面的百分比差异。在所有实验中，使用单t-检验，通用线性模型单因素方差分析和Tukey对比法，在图案化表面上进行粘液行程(mucus travel)中的速率变化百分比的统计学比较。当沿平行方向取向时，大多数图案都提高粘液流动的速率(表4)。具体而言，基于Tukey分组测试(表4)，在平行方向上取向的大尺寸图案(例如，10×5，20×5和10×2)显著优于在垂直方向上取向的所有图案。方向性特别影响各个图案类型的性能。例如，与SM相比，具有平行取向特征部的2.6SK-NT 10×2幼鲨图案显著提高粘液流速达75％(p＝0.015)，相比之下采用相同的图案但取向相反，即具有垂直于流动方向的特征，降低的粘液流速为-74％(p＝0.141)(表4)。

表4

图案类型	图案取向	％速率变化率	p-值	Tukey分组
					7.3SK-NT 10×5	平行	90％	0.001	A
11.3SK-NT 20×5	平行	90％	<0.001	A
					8.7SK-NT 10×2	平行	88％	0.001	A
2.6SK-NT 10×2	平行	75％	0.015	ABCD
					3SK-T 2×2	平行	71％	0.015	ABCD
4.8SK-NT 10×2	平行	67％	0.01	ABCDE
					-3SK-NT 2×2	平行	58％	0.018	ABCDE
3SK-NT 2×2	平行	47％	0.037	ABCDEF
					-3SK-T 2×2	平行	-10％	0.958	CDEFG
3SK-NT 2×2	垂直	-31％	0.065	EFG
					2.6SK-NT 10×2	垂直	-74％	0.141	FG
3SK-T 2×2	垂直	-75％	0.152	FG
					-3SK-NT 2×2	垂直	-76％	0.135	G

实施例5

使用具有自动台的测角器(Rame-hart Model 250F4系列标准测角器)在以0.5°/s倾斜的用热塑性聚氨酯(TPU；Tecoflex EG70A，Lubrizol Corporation)复制的样品上，测定采用模拟粘液(20μL)的倾角。微型形貌特征平行和垂直对齐至倾斜方向。实施三个实验，其中在每个取向上对每个样品测定三个单独液滴。使用单因素方差分析和Tukey检验(α＝0.05)对比结果，并显示于表5和图20中。图20显示了偏离角(slip)数据的箱形图，并以图形表示所收集的数据的扩展。表5显示了平均偏离角测定结果。

表5.

实施例6

分别如图21(A)和(B)所示，进行该实施例以证明流体在复制于热塑性聚氨酯(2363-90AE，商购获自Lubrizol Corporation)的光滑(SM)和微图案化(SK)表面上的接触角。根据ASTM D7334-08改编的方案测定作为表面疏水性指示的前进接触角。将SM和幼鲨^TM膜的样品载入具有倾斜基座的测角仪(Model 250F4系列标准测角仪，可商购获自Rame-Hart Co.，Succasunna，NJ)上，其中微图案特征部与倾斜方向平行对准。将去离子水滴(10μL)置于SM和幼鲨^TM样品上，将载物台倾斜至30°，并使用DROPimage^TM高级软件(商购获自Rame-Hart Co.(Succasunna，NJ))测定行进接触角。实施三个实验，其中在每个测试表面的三个复制品上测定各个液滴。与SM表面相比，如图21(C)所示，SK表面上的流体显示出显著改进的接触角，如图21(D)所示。SM和SK表面以度为单位的行进接触角的结果绘制于图21(E)所示的曲线图中。正如由图21(E)可以看出，对于SK表面行进接触角比SM表面高约20度。

实施例7

实施该实施例而证明物料在绵羊中使用的气管内导管的不同部分中的积累。气管内导管具有设置于其上的光滑(SM)或微图案化(SK)表面。对于每个气管内导管的肺部分、中间部分和口腔部分测定以克计的积累重量。结果如图22中所示。正如由图22可以看出，与SM表面相比(具有p＝0.001的不确定性误差)，SK表面在肺部分中的物质累积表现出86％的减少。对于中间部分，SK表面相对于SM表面表现出累积物质减少72％(具有p＝0.006的不确定性误差)。在口腔部分中，SK表面相对于SM表面表现出累积物质减少69％(具有p＝0.005的不确定性误差)。。

实施例8

进行该实施例以证明在绵羊中使用的气管内导管的不同部分中累积物质的横截面降低百分比率。气管内导管具有设置于其上的光滑(SM)或微图案化(SK)表面。在图23(A)的照片中显示了在其上设置有SK或SM表面的每个气管内导管的肺部、中间部分和口腔部分中的累积物质的相对量。对于每个气管内导管的肺部分、中间部分和口腔部分测定累积物质重量的降低率，并将结果绘制于图23(B)所示的曲线图中。结果表明，与SM表面相比，SK表面表现出85％的肺部分累积物质降低率(具有p＝0.005的不确定性误差)。对于中间部分，SK表面相对于SM表面显示出84％的累积物质降低率(具有p＝0.001的不确定性误差)。在口腔部分中，SK表面相对于SM表面显示出81％的累积物质降低率(具有p＝0.002的不确定性误差)。

实施例9

进行以下实施例以证明在具有光滑(SM)的或其上设置微图案化(SK)的表面的气管内导管上，人工粘液以度计的平均倾斜角。使用测角仪测量分别沿着SM和SK表面的每一个流下的10μL人工粘液滴的倾斜角。将结果绘制于图24(A)所示的曲线图中。正如由图24(A)可以看出，SK图案化表面证实比SM表面显著更低的倾斜角。SK表面允许流体以更低倾斜角流动的能力。由于气管内导管的临床建议表明患者床角度的头部应该为约30度，SK表面允许流动继续通过管发生。相对而言，SM表面导致在管内侧的粘液积聚，中断了其中的流动能力。SM和SK表面的各自倾斜角的这种差异如图24(B)中所示。

实施例10

实施该实施例以示出在绵羊中使用的气管内导管中，每个气管内导管器件的以mm³计的平均粘液体积。气管内导管具有设置于其上的光滑(SM)的或微图案化(SK)的表面。将结果绘制于图25(A)所示的曲线图中。正如由图25(A)可以看出，SK图案化的表面比SM表面(具有p＝0.0005的不确定性误差)表现出的每体积平均粘液降低约61％。在图25(B)的照片中显示了在其上设置有SK或SM表面的每个气管内导管的横截面中的累积粘液的相对量。

实施例11

进行该实施例以示出在机械通气期间，使用具有光滑(SM)表面或其上设置微图案化(SK)的表面的气管内导管的随时间的压力量。当粘液分泌物积聚于气管内导管内侧时，需要更大的压力才能递送给定体积的空气。在以小时计的通气持续时间内，测量以cmH₂O计的峰值吸气压力。结果绘制于图26所示的曲线图中。正如由图26可以看出，SK图案化表面证实随着时间的推移与AM表面相比显著更低的压力。相比之下，当使用SM表面标准气管内导管与其上设置有SK图案的气管内导管相比时，压力随时间的升高的速率显著更大。

尽管本公开描述了示例性实施方式，但本领域技术人员应该理解的是，在不脱离所公开的实施方式的范围的情况下，可以进行各种改变并可以用等同物替代其元件。另外，在不脱离其实质范围的情况下，可以进行许多修改而使特定情况或物料适应于本公开的教导。因此，本公开并不旨在限于作为用于执行本公开的最佳模式而公开的具体实施方式。

Claims (26)

1.一种制品，包括：

延伸过所述制品的表面的至少一部分的连续路径，所述连续路径由连续经过所述制品的表面的至少一部分的至少一个通道限定，或者由设置于所述制品的表面的至少一部分之上或之内的第一多个间隔特征部限定；所述间隔特征部以多个分组排布；所述特征部的分组包括重复单元；分组内的所述间隔特征部以约1纳米至约500微米的平均距离间隔开，以限定经过所述多个间隔特征部的路径；每个特征部具有基本平行于相邻特征部上的表面的表面；每个特征部与其相邻特征部分隔开；所述特征部的分组相对于彼此排布以限定曲折形路径。

2.根据权利要求1所述的制品，其中所述连续路径是线性路径，并且取向为平行于流体流的方向。

3.根据权利要求1所述的制品，其中所述连续路径是线性路径，并且取向为垂直于流体流的方向。

4.根据权利要求1所述的制品，其中所述连续路径是线性路径，并且以与流体流的方向成约1至约50度的角度取向。

5.根据权利要求1所述的制品，其中所述连续路径是曲线路径，并且以与流体流的方向成0至约45度的角度取向。

6.根据权利要求1所述的制品，其中所述连续路径是曲线路径，并且以与流体流的方向成约60至约90度的角度取向。

7.根据权利要求1所述的制品，其中所述路径由多个通道限定。

8.根据权利要求1所述的制品，其中所述路径是螺旋路径。

9.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一多个间隔特征部在沿着单个平面在所有方向上从中心向外发射。

10.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一多个间隔特征部具有随着离给定点的距离变化的厚度。

11.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一多个间隔特征部具有随着离给定点的距离变化的密度。

12.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品是气管内导管或导液管，其中所述路径是线性路径，并且取向为平行于流体流的方向且平行于所述气管内导管或所述导液管的纵轴线。

13.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品包括多个区段，其中所述路径是线性路径，但在不同区段中取向不同。

14.根据权利要求10所述的制品，其中所述制品是创伤敷料。

15.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品的元件围绕中心同心排布。

16.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品的元件以之字形方式排布。

17.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品包括网格；其中所述多个间隔特征部在相邻网格中以不同的角度排布。

18.根据权利要求14所述的制品，其中在相邻网格中的所述多个间隔特征部以50至150度的角度倾斜。

19.一种管状制品，包括：

外表面；

内表面；所述内表面包括延伸过所述内表面的至少一部分的路径，所述路径由经过所述内表面的至少一部分的至少一个通道限定，或者由设置于所述内表面的至少一部分之上或之内的第一多个间隔特征部限定；所述间隔特征部以多个分组排布；所述特征部的分组包括重复单元；分组内的所述间隔特征部以约1纳米至约500微米的平均距离间隔开，以限定经过所述多个间隔特征部的路径；所述特征部的分组相对于彼此排布以限定曲折形路径；其中所述间隔特征部有效排布为使流体从所述管状制品的一端流到另一端，而没有任何扩散遍布管的内圆周。

20.根据权利要求19所述的制品，其中所述路径基本平行于所述流体的方向并且平行于所述管状制品的纵轴线。

21.根据权利要求19所述的制品，其中所述路径基本垂直于所述流体的方向并且垂直于所述管状制品的纵轴线。

22.根据权利要求19所述的制品，其中所述间隔特征部排布为平行于所述流体的流动方向，并且平行于所述管状制品的纵轴线。

23.根据权利要求19所述的制品，其中所述制品的间隔特征部沿着所述内表面同心排布。

24.根据权利要求19所述的制品，其中所述制品的间隔特征部以之字形方式排布。

25.根据权利要求19所述的制品，其中所述制品的内表面包括网格；其中所述多个间隔特征部在相邻网格中以不同的角度排布。

26.根据权利要求25所述的制品，其中在相邻网格中的所述多个间隔特征部以约50至约150度的角度倾斜。