CN112638330B - 基于螺旋的薄膜网格系统及相关方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于医疗装置的基于螺旋的薄膜网格及相关方法。基于螺旋的薄膜网格可以用作用于支架装置的支架盖。薄膜网格可以包括多个螺旋。螺旋允许薄膜网格全方位地扩展。在一个或多个实施例中，螺旋可以是对数螺旋、黄金螺旋、近似黄金螺旋、盒式Phi螺旋或斐波那契螺旋。薄膜网格可以由薄膜镍钛诺(TFN)形成，并且可以通过在微图案晶片上的溅射沉积来制造。

Description

基于螺旋的薄膜网格系统及相关方法
相关申请的交叉引用
本申请是于2018年6月29日提交的美国专利申请号16/024,649的继续申请，并且要求该美国专利申请的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及医疗装置，并且更具体地涉及基于螺旋(spiral)的薄膜网格(mesh)系统及相关方法。
背景技术
医疗植入物通常必须符合各种各样的不规则解剖表面。例如，常规的血管内支架通常是编织线装置或激光切割装置，所述编织线装置或激光切割装置被压缩并且使用导管和导丝递送至患者体内的治疗位置。支架用于治疗各种临床病理，包括动脉粥样硬化性动脉疾病和动脉瘤疾病。
薄膜网格可以用于覆盖血管内支架。支架可以部署在曲折的血管床中，并且在递送和植入过程期间可能会在径向和轴向尺寸上发生剧烈变化。因此，在本领域中需要一种允许在多个维度上具有柔性的改进的薄膜网格。
发明内容
本公开涉及用于基于螺旋的薄膜网格的方法、系统和设备。薄膜网格在多个维度上都是柔性的，因此能够容易地适应不规则的解剖表面。这些特性使得薄膜网格成为可植入医疗装置的理想部件。薄膜网格的附加优点是，其能够用于将各种类型的治疗模态局部地递送到任何相关的解剖部位，这些治疗模态(therapeutic modality)包括但不限于小分子、肽、蛋白质、抗体、聚合物和细胞。
在一个或多个实施例中，一种薄膜网格装置包括薄膜网格，该薄膜网格包括能够全方位扩展的多个螺旋。在至少一个实施例中，多个螺旋围绕薄膜网格上的近似中心点布置。在一些实施例中，每个螺旋包括三个螺旋臂、四个螺旋臂、六个螺旋臂、十二个螺旋臂或二十四个螺旋臂。在至少一个实施例中，对于每个螺旋，相邻螺旋臂之间的距离随着螺旋臂从螺旋的中心辐射出而增加。在一个或多个实施例中，薄膜网格还包括多个三角形互连件，其中，每个三角形互连件将螺旋中的三个螺旋彼此连接。
在一个或多个实施例中，每个螺旋是对数螺旋线、黄金螺旋、近似黄金螺旋、盒式Phi螺旋(box Phi spiral)或斐波那契螺旋(Fibonacci spiral)。在一些实施例中，盒式Phi螺旋是两盒式Phi螺旋、三盒式Phi螺旋或四盒式Phi螺旋。在至少一个实施例中，薄膜网格包括薄膜镍钛诺(TFN)。
在一个或多个实施例中，薄膜网格被覆盖和/或耦联至治疗模态。在一些实施方案中，治疗模态包括小分子、肽、抗体、聚合物、生物聚合物、细胞和/或工程细胞。
在一个或多个实施例中，一种薄膜网状装置包括：在纵向轴线上延伸的骨架；以及组装在该骨架上的薄膜网格。在一个或多个实施例中，薄膜网格包括能够全方位扩展的多个螺旋。
在一个或多个实施例中，薄膜网格包括圆柱形形状，其中至少一个螺旋扩展，使得薄膜网格沿着圆柱形形状的纵向轴线并且沿着圆柱形形状的周向方向扩展。在一些实施例中，薄膜网格能够沿着周向方向扩展，从而允许圆柱形形状径向地扩展，由此增大圆柱形形状的直径。在一个或多个实施例中，薄膜网格包括薄膜镍钛诺(TFN)。在一些实施例中，骨架包括多个S形曲线。
在至少一个实施例中，在植入之前，利用治疗模态覆盖或处理薄膜网格。治疗模态可以由小分子、蛋白质、抗体、聚合物和/或细胞组成。
在一个或多个实施例中，一种用于形成薄膜网格的方法包括在基板的表面上深反应离子刻蚀沟槽的微图案，该沟槽对应于待形成的薄膜网格中的多个螺旋的凹下区域(negative area)。该方法还包括在蚀刻的基板上沉积剥离层。而且，该方法包括在剥离层上方沉积第一镍钛诺层。此外，该方法包括蚀刻剥离层以形成薄膜网格。
在一个或多个实施例中，沟槽还对应于三角形互连件的凹下区域，每个所述三角形互连件均将螺旋中的三个螺旋彼此连接。
在一个或多个实施例中，该方法还包括在第一镍钛诺层的至少一个区域上沉积结合层。而且，该方法包括在第一镍钛诺层的剩余区域上沉积牺牲层。另外，该方法包括在结合层和牺牲层上沉积第二镍钛诺层。此外，该方法包括将第一镍钛诺层和第二镍钛诺层与结合层一起退火。在一或多个实施例中，该蚀刻进一步蚀刻牺牲层以形成具有三维形状的薄膜网格。
在一个或多个实施例中，支架包括：沿纵向轴线延伸的骨架；以及组装在骨架上的支架盖。在一个或多个实施例中，支架盖包括薄膜网格，该薄膜网格包括能够全方位扩展的多个螺旋。在一些实施例中，薄膜网格还包括多个三角形互连件，其中每个三角形互连件将螺旋中的三个螺旋彼此连接。
特征、功能和优点能够在本公开的各种实施例中独立地实现，或者在其他实施例中这些特征、功能和优点可以被组合。
附图说明
图1A是根据实施例的薄膜网格装置的示意性透视侧视图。
图1B是具有动脉瘤的血管的示意性截面图，其中放置了根据实施例的薄膜网格装置。
图1C示出了根据实施例的薄膜微网格装置为波状或弯曲的情形。
图2A和图2B示出了根据实施例的两种不同类型的盒式Phi螺旋。
图2A示出了根据实施例的三盒式Phi螺旋。
图2B示出了根据实施例的四盒式Phi螺旋。
图3A和图3B示出了根据实施例的两种不同类型的盒式Phi螺旋的等边三角形成形的单位单元(unit cell)。
图3A示出了根据实施例的三盒式Phi螺旋的等边三角形成形的单位单元，该单位单元包括具有三个螺旋臂的螺旋。
图3B示出了根据实施例的四盒式Phi螺旋的等边三角形成形的单位单元，该单位单元包括具有三个螺旋臂的螺旋。
图4A示出了根据实施例的示例性三盒式Phi螺旋的基于等边三角形的系统，该系统包括图3A的多个互连螺旋。
图4B示出了根据实施例的示例性四盒式Phi螺旋的基于等边三角形的系统，该系统包括图3B的多个互连螺旋。
图5A和5B示出了根据实施例的两种不同类型的盒式Phi螺旋的正方形成形的单位单元。
图5A示出了根据实施例的三盒式Phi螺旋的正方形成形的单位单元，该单位单元包括具有四个螺旋臂的螺旋。
图5B示出了根据实施例的四盒式Phi螺旋的正方形成形的单位单元，该单位单元包括具有四个螺旋臂的螺旋。
图6A示出了根据实施例的示例性三盒式Phi螺旋的基于正方形的系统，该系统包括图5A的多个互连螺旋。
图6B示出了根据实施例的示例性四盒式Phi螺旋的基于正方形的系统，该系统包括图5B的多个互连螺旋。
图7A和图7B示出了根据实施例的两种不同类型的盒式Phi螺旋的、六边形成形的单位单元。
图7A示出了根据实施例的三盒式Phi螺旋的六边形成形的单位单元，该单位单元包括具有六个螺旋臂的螺旋。
图7B示出了根据实施例的四盒式Phi螺旋的六边形成形的单位单元，该单位单元包括具有六个螺旋臂的螺旋。
图8A示出了根据实施例的示例性三盒式Phi螺旋的基于六边形的系统，该系统包括图7A的多个互连螺旋。
图8B示出了根据实施例的示例性三盒式Phi螺旋的基于六边形的系统，该系统包括图7B的多个互连螺旋。
图9A和图9B示出了根据实施例的两种不同类型的盒式Phi螺旋的、十二边形成形的单位单元。
图9A示出了根据实施例的三盒式Phi螺旋的十二边形成形的单位单元，该单位单元包括具有十二个螺旋臂的螺旋。
图9B示出了根据实施例的四盒式Phi螺旋的十二边形成形的单位单元，该单位单元包括具有十二个螺旋臂的螺旋。
图10A示出了根据实施例的示例性三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括图9A的多个互连螺旋。
图10B示出了根据实施例的示例性三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括具有三角形互连件的图9A的多个互连螺旋。
图10C示出了根据实施例的另一示例性三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括图9A的多个互连螺旋。
图11A示出了根据实施例的示例性四盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括图9B的多个互连螺旋。
图11B示出了根据实施例的示例性四盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括具有三角形互连件的图9B的多个互连螺旋。
图12示出了根据实施例的螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括9A或图9B的多个互连螺旋，其中三角形互连件在理论上完全扩展的情况下伸出。
图13示出了根据实施例的两盒式Phi螺旋。
图14A示出了根据实施例的两盒式Phi螺旋的二十四边形成形的单位单元，该成形单位单元包括二十四个臂。
图14B示出了根据实施例的示例性两盒式Phi螺旋的二十四边形的系统，该系统包括具有三角形互连件的图14A的多个互连螺旋。
图15A示出了根据实施例的薄膜网格的一部分，其包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括未伸展的图9A的多个互连螺旋。
图15B示出了根据实施例的薄膜网格的一部分，其包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括被伸展的图9A的多个互连螺旋。
图16A示出了根据实施例的薄膜网格的一部分，其包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括未伸展的具有三角形互连件的图9A的多个互连螺旋。
图16B示出了根据实施例的薄膜网格的一部分，其包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括被伸展的具有三角形互连件的图9A的多个互连螺旋。
图17A示出了根据实施例的薄膜网格的一部分，其包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括被伸展的具有另选三角形互连件的图9A的多个互连螺旋。
图17B示出了根据实施例的图17A的薄膜网格的一部分的特写视图。
图18是根据实施例的覆盖有薄膜网格盖(例如，支架盖)的薄膜网格装置(例如，血管内支架)的示意性透视图。
图19A是常规薄膜网格装置的图像，该薄膜网格装置波状或弯曲而呈现脱垂(prolapse)。
图19B是根据实施例的薄膜网格装置的图像，该薄膜网格装置波状或弯曲不呈现脱垂。
图20是根据实施例的制造用于医疗装置的薄膜网格的过程的流程图。
图21A至图21Q是根据实施例的在基板上形成层以制造薄膜网格的示意性截面图。
通过参考下面的详细描述可以最佳地理解本公开的实施例及其优点。应当理解，相同的附图标记用于标识在一个或多个附图中示出的相似的元件，在附图中示出这些元件为了示出实施例而不是为了限制实施例。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了许多细节以便提供对系统的更全面的描述。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的系统。在其他情况下，不详细描述众所周知的特征，以免不必要地使系统模糊。
在本文中，可以根据功能部件和各种处理步骤来描述本公开的实施例。本领域技术人员将理解，可以结合其他部件来实践本公开的实施例，并且本文描述的系统仅仅是本公开的示例性实施例。
I.基于螺旋的薄膜网格
本文公开的方法和设备提供了用于基于螺旋的薄膜网格的操作系统。在一个或多个实施例中，本公开的系统提供了可以用于各种不同医疗应用的基于螺旋的薄膜网格。
如前面所提及的，需要一种允许在多个维度上具有柔性的薄膜网格。因此，薄膜网格必须是柔性的并且能够在任何方向上伸展。另外，对于医疗装置应用，薄膜网格需要能够有被效地“包裹(pack)”以保持所需的孔径、金属覆盖率和每单位面积的孔密度。薄膜网格还必须能够(1)经受极端变形，同时保持结构完整性，使得它们能够通过微创手段(例如，通过导管、腹腔镜、胸腔镜和/或针头)进行递送，(2)能够精确符合医疗装置支撑结构(例如，支架，当其被部署在曲折的解剖结构中时)，(3)保持孔径，在该孔径中，最大的支柱到支柱的距离足以阻塞血流(例如，用于分流支架，和/或鼓励组织向内生长和解剖缺陷的重建，其中网格充当细胞生长的框架(scaffold))，并且(4)能够用作小分子、蛋白质、抗体、聚合物、细胞和基于细胞的治疗剂的递送平台，因为其具有有利的孔径、表面积与体积之比以及支柱尺寸。所公开的基于螺旋的薄膜网格能够满足这些期望的标准。
本公开的基于螺旋的薄膜网格包括多个螺旋。螺旋可以是各种不同类型的螺旋，包括但不限于对数螺旋、黄金螺旋、近似黄金螺旋、盒式Phi螺旋或斐波那契螺旋。另外，螺旋可以包括各种不同数量的螺旋臂，并且可以通过各种不同的手段(例如，经由三角形互连件)和布置彼此连接。可以用于所公开的薄膜网格的各种不同类型的螺旋以及螺旋的各种不同的连接和布置的示例将在下面进行讨论，并且在图2A至图17B中示出。
薄膜网格的螺旋允许薄膜网格是能够全方位扩展的(即，能够在所有方向上扩展)。薄膜网格可以用作独立装置，或者用作圆柱形薄膜网格装置(诸如血管内支架(例如，参照图1A、图1B和图18))的医学植入物(例如，支架盖)的覆盖物或关键部件。薄膜网格能够在多个方向上扩展，诸如在圆柱形薄膜网格装置的径向方向和纵向方向上扩展。薄膜网格在多个维度上柔性地扩展的能力允许薄膜网格装置在不规则形状的血管内整体地扩展，使得薄膜网格加衬在不规则形状的血管的内表面上。薄膜网格可以另外包括在其他类型的医疗装置中，诸如用于组织工程或用于所有类型的治疗模态的局部递送的薄膜网格框架，其有利的特性如本文进一步描述。
具有螺旋的基于螺旋的薄膜网格的特别的优点在于它们是：(1)完全闭孔的，这意味着没有单位单元的未附接的角部，(2)能够在任何方向上扩展，(3)在将大量材料(例如网格)包裹到很小的空间时非常有效，并且(4)是“自相似的”，这意味着它们在螺旋上的所有点处都具有相同的弯曲度，从而使它们非常适合伸展，因为在螺旋臂伸直时应力均匀地分布在整个螺旋臂上。这些特性对于在医学应用中使用的薄膜网格是特别有利的，因为医学植入物必须符合曲折的解剖结构，并且因此必须能够在多个轴上扩展和收缩。
基于螺旋的薄膜网格设计的另一个优点是，即使被伸展至最大容量，其仍保持非常高的孔密度和低的支柱到支柱的距离。这对于其中目标是重建解剖缺陷和/或递送耦联或以其他方式附接到网格的高浓度的小分子、高浓度的大分子、细胞疗法、生物聚合物或聚合物的应用是特别有利的。因此，基于螺旋的薄膜网格由于其低轮廓、每单位表面积的高孔密度、能够沿任何方向伸展的能力、与其他治疗模态组合的能力以及其易于结合到微创医疗装置和其他植入物中，因此在医学上具有广泛的应用性。在薄膜网格中使用螺旋(例如对数螺旋)允许薄膜网格具有全方位伸展能力、薄膜网格的窗孔的孔径可调、以及薄膜网格的金属覆盖率可调的特别有利的特性。
如本文所用，薄膜网格的厚度可以小于100μm(微米)。在各种实施例中，可以使用窗孔的薄膜镍钛诺(TFN)形成薄膜网格。可以使用其他薄膜网格材料来形成本文公开的薄膜网格。因此，以下讨论针对的是TFN网格，但是不失一般性。
II.基于螺旋的薄膜网格装置
如前面所提及的，所公开的薄膜网格在多个维度上是柔性的，并且因此能够容易地适应不规则的解剖表面。这样，这些特性使得薄膜网格成为各种不同的可植入医疗装置的理想部件。一种这样的可植入装置是血管内支架。
图1A是薄膜网格装置120(例如，血管内支架)的示意性透视侧视图，该薄膜网格装置120包括薄膜网格110和骨架122(例如，支架骨架)。扩展成其三维形式(例如，圆柱形管或其他形状)的薄膜网格110可以组装在骨架122上方，骨架122在保持薄膜网格110的有利特征(诸如当放置在血管中时纤维蛋白沉积和细胞生长(例如内皮化))的同时，为薄膜网格110提供了结构支撑。
薄膜网格110包括多个互连螺旋，并且形状是圆柱形的。螺旋允许薄膜网格110能够全方位扩展。薄膜网格110的螺旋中的至少一个可以被扩展，使得薄膜网格110沿着圆柱形形状的纵向轴线并且沿着圆柱形形状的周向方向扩展。薄膜网格110可以沿着周向方向扩展，从而允许圆柱形形状径向地扩展，使得圆柱形形状的直径增大。
图1B示出了具有动脉瘤134和分支血管136(例如，分支动脉)的血管132的示意性横截面图，图1A的薄膜网格装置120被植入在该血管132中。薄膜网格装置120由于薄膜网格110的特性而可以有利地用作分流器。可以要求分流器在从动脉瘤囊分流同时允许在任何动脉瘤性分支血管中流动之间取得平衡。薄膜网格110有利地将流到动脉瘤134中的血液分流，并促进纤维蛋白的快速沉积和在动脉瘤134的颈部138处的内皮化，从而阻塞动脉瘤134，同时允许血液流过分支血管136。
与常规的分流器相比，薄膜网格装置120有利地具有降低的延迟的动脉瘤破裂率。常规的金属丝分流器支架可以提供动脉瘤颈部的阻塞，但是由于这种装置的孔经常充满由凝血产物、炎性细胞和细胞碎片组成的颗粒，因此这些颗粒可能会脱落并引起延迟的动脉瘤破裂。实际上，在常规的金属丝分流器支架中，内皮化的发生速度很慢，并且通常充其量只是局部地发生。相反，薄膜网格110提供了一种结构，在该结构上，通过内皮化迅速重建了血管壁，从而促进了健康和稳定的细胞内衬，并且因为该细胞内衬不易于由于凝血产物等的颗粒而脱落，从而显著降低了延迟的动脉瘤破裂率。
图1C示出了其中圆柱形薄膜装置120波状或弯曲成U形形状的情形。可能需要U形形状以适应患者体内的特定治疗位置。U形形状的内半径r可以是大约6.37毫米(mm)，U形形状的外半径R可以是大约10.37mm，并且圆柱形薄膜装置120的直径可以是大约4mm。在这种情形下，外部曲线(大约32.6mm)可能比内部曲线(大约20mm)长大约63％。为了适应这样的治疗位置，圆柱形薄膜装置120的外部曲线侧将必须沿着圆柱形薄膜装置120的纵向方向150比内部曲线侧扩展多大约63％。因此，主要在径向方向上扩展并且在纵向方向上具有有限的可扩展性或柔性的常规圆柱形薄膜装置120可能不能满足这种要求。
因此，提出了一种允许在多个维度上具有柔性的改进的薄膜网格110。例如，改进的薄膜网格110可以包括多个互连螺旋。特别地，薄膜网格110的螺旋允许薄膜网格在径向方向上并且沿着圆柱形薄膜装置120的纵向轴线柔性地扩展。另外，薄膜网格110可以在递送过程中弯曲或呈波状，并且适应患者身体内的治疗位置的各种形状。
III.用于基于螺旋的薄膜网格的螺旋设计
薄膜网格110被构造成包括多个细分的单位单元。每个单位单元均包括螺旋，该螺旋可以是对数螺旋。图2A至图17B示出了可以用于所公开的薄膜网格110的单位单元的各种不同的螺旋。单位单元围绕薄膜网格110上的近似中心点布置。单位单元可以被缩放并细分为二维，以创建具有独特和理想特性的结构。可以通过增加或减少围绕中心点布置的单位单元的数量和/或通过增加单位单元的每个螺旋的螺旋臂的长度来进行附加的结构修改。
在几何学中，已知仅仅有三种形状在二维上被完美地细分：等边三角形、正方形和六边形。因此，薄膜网格110包括由包括完美地细分三个螺旋臂(其形成等边三角形成形的单位单元，参照图3A和图3B)、四个螺旋臂(其形成正方形成形的单位单元，参照图5A和图5B)或六个螺旋臂(其形成六边形成形的单位单元，参照图7A和图7B)的螺旋组成的单位单元，并且是这种设计的特别有效的实施例。尽管薄膜网格可以由具有几乎具有任意数量螺旋臂的螺旋的细分的单位单元制成，但是这三种单位单元形状(即等边三角形(其包括具有三个螺旋臂的螺旋)、正方形(其包括具有四个螺旋臂的螺旋)和六角形(其包括具有六个螺旋臂的螺旋))提供了最基本的布置，其中不需要附加结构来连接细分的单位单元。
薄膜网格110可以包括多个螺旋，所述螺旋可以是对数螺旋。对数螺旋的极坐标方程为r＝aebθ，其中r等于距原点的距离，θ等于距x轴的角度，并且a和b是任意常数。对数螺旋是“自相似”的，这意味着不论其大小如何，它们的形状相同。
黄金螺旋和斐波那契螺旋是对数螺旋的特例。薄膜网格110可以包括多个黄金螺旋或斐波那契螺旋。黄金螺旋是这样的对数螺旋：其增长因子为Phi(φ)，即黄金比率(即1.68)。希腊字母Phi(φ)用于代表黄金比率。黄金螺旋每旋转四分之一圈，该螺旋就会以因子φ变宽(或距原点更远)。初始半径等于1的黄金螺旋的极坐标方程为r＝φθ(2/π)。黄金螺旋的极坐标方程为r＝aebθ，其中对于度数为θ的情况下，b的绝对值等于0.0053468。
与黄金螺旋相似的螺旋通常被称为近似黄金螺旋。薄膜网格110可以包括多个近似黄金螺旋。这些螺旋近似为黄金螺旋，但是通常不是真正的对数螺旋。例如，可以通过首先从矩形开始形成近似黄金螺旋，对于该矩形，其长度和宽度之间的比率是黄金比率。然后将该矩形分成正方形和类似的矩形，然后以相同的方式分割该矩形。在将该过程继续执行任意数量的步骤之后，结果将是将矩形几乎完全分成正方形。正方形的角由四分之一圆连接以形成近似黄金螺旋。
近似黄金螺旋的另一个示例是斐波那契螺旋。斐波那契螺旋是通过分成两个正方形的矩形开始构造的。在每个步骤中，均将矩形的最长边的长度的正方形添加到矩形中。由于随着斐波那契数趋近无穷，连续的斐波那契数之间的比率接近黄金比率，因此，随着添加更多的正方形，斐波那契螺旋的形状变得与黄金螺旋的形状更加相似。
应当注意，已知对数螺旋是在中心芯周围分布材料的有效手段。例如，在自然界中，向日葵以Phi(φ)螺旋图案分布其种子。这种布置确保有效包裹种子，并均等地获得阳光。
薄膜网格110的单位单元可以具有各种不同的单位单元形状，包括但不限于：等边三角形成形的单位单元(包括具有三个螺旋臂的螺旋)、正方形成形的单位单元(包括具有四个螺旋臂的螺旋形)、六边形成形的单位单元(包括具有六个螺旋臂的螺旋形)、十二边形成形的单位单元(包括具有十二个螺旋臂的螺旋形)和二十四边形成形的单位单元(包括具有二十四个螺旋臂的螺旋)。每个成形的单位单元均可以包括螺旋。成形的单位单元的螺旋可以是盒式Phi(φ)螺旋。图2A、图2B和图13示出了可以用于薄膜网格110的单位单元的螺旋的不同盒式Phi螺旋。具体地，图2A示出了三盒式Phi螺旋，图2B示出了四盒式Phi螺旋，图13示出了两盒式Phi螺旋。
薄膜网格110可以采用的各种不同类型的单位单元可以包括各种不同类型的盒式Phi螺旋。参照附图，图3A和图3B分别示出了示例性三盒式Phi螺旋的等边三角形成形的单位单元3000和示例性四盒式Phi螺旋的等边三角形成形的单位单元3010；其中，图3A和图3B的等边三角形成形的单位单元3000、3010均包括具有三个螺旋臂3040、3050的螺旋3020、3030。图4A示出了示例性三盒式Phi螺旋的基于等边三角形的系统，该系统包括三盒式Phi螺旋的等边三角形成形的单位单元3000的多个互连螺旋3020；图4B示出了示例性四盒式Phi螺旋的基于等边三角形的系统，该系统包括四盒式Phi螺旋的等边三角形的成形的单位单元3010的多个互连螺旋3030。虽然图4A和图4B中所示的系统均示出了总共六个单位单元3000、3010，但是薄膜网格110可以包括比图4A和图4B中所示更多或更少的单位单元3000、3010。
图5A和图5B分别示出了示例性三盒式Phi螺旋的正方形成形的单位单元5000和示例性四盒式Phi螺旋的正方形成形的单位单元5010；其中，图5A和图5B的正方形成形的单位单元5000、5010均包括具有四个螺旋臂5040、5050的螺旋5020、5030。图6A示出了示例性三盒式Phi螺旋的基于正方形的系统，该系统包括三盒式Phi螺旋的正方形成形的单位单元5000的多个互连螺旋5020；图6B示出了示例性四盒式Phi螺旋的基于正方形的系统，该系统包括四盒式Phi螺旋的正方形的成形的单位单元5010的多个互连螺旋5030。薄膜网格110可以包括比如图6A和图6B中所示的系统中所示的四个单位单元5000、5010更多或更少的单位单元5000、5010。
图7A和图7B分别示出了示例性三盒式Phi螺旋的六边形成形的单位单元7000和示例性四盒式Phi螺旋的六边形成形的单位单元7010；其中图7A和图7B的六边形成形的单位单元7000、7010均包括具有六个螺旋臂7040、7050的螺旋7020、7030。图8A示出了示例性三盒式Phi螺旋的基于六边形的系统，该系统包括三盒式Phi螺旋的六边形成形的单位单元7000的多个互连螺旋7020；图8B示出了示例性四盒式Phi螺旋的基于六边形的系统，该系统包括四盒式Phi螺旋的六边形成形的单位单元7010的多个互连螺旋7030。虽然图8A和图8B中所示的系统均示出了总共七个单位单元7000、7010，但是薄膜网格110可以包括比图8A和图8B所示更多或更少的单位单元7000、7010。
图9A和图9B分别示出了示例性三盒式Phi螺旋形的十二边形成形的单位单元9000和示例性四盒式Phi螺旋形的十二边形成形的单位单元9010；其中图9A和图9B的十二边形成形的单位单元9000、9010均包括具有十二个螺旋臂9040、9050的螺旋9020、9030。图10A示出了示例性三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括图9A的多个互连螺旋9020。应当注意，在图10A的系统中，三盒式Phi螺旋的十二边形成形的单位单元9000的螺旋9020的一些螺旋臂9040是松散的并且没有连接到任何部位。
在一些实施例中，单位单元的螺旋可以通过替代手段互连，而不是通过简单地将螺旋臂连接在一起，例如，如图10A所示。例如，如图10B所示，图9A的多个互连螺旋9020利用三角形互连件9060连接在一起。每个三角形互连件9060将螺旋9020中的三个螺旋连接在一起，使得来自三个螺旋9020中的每一个螺旋的螺旋臂9040分别连接到三角形互连件9060的角部上，如图10B所示。在其他实施例中，薄膜网110可以采用具有除了如图10B所示的三角形之外的各种不同形状的互连件来将单位单元的螺旋连接在一起。
在一个或多个实施例中，可以以各种不同的另选方式来细分薄膜网格110的单位单元。例如，图10C示出了包括图9A的多个互连螺旋9020的另一示例性三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，其中该系统的成单位单元9000与图10A所示的单位单元9000不同地被细分。
图11A示出了包括图9B的多个互连螺旋9030的示例性四盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统。并且，在图11B中，图9B的多个互连螺旋9030利用三角形互连件9060连接在一起。为了理论目的，以示出示例性薄膜网格110的全部扩展，图12示出了螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括图9A或图9B的多个互连螺旋9020、9030，其中三角形互连件9060在理论上完全扩展的情况下伸展。
图14A示出了示例性两盒式Phi螺旋的二十四边形成形的单位单元1100，其中图14A的二十四边形成形的单位单元1100包括具有二十四个螺旋臂1140的螺旋1120。图14B示出了示例性两盒式Phi螺旋的基于二十四边形的系统，根据一个实施例，该系统包括具有三角形互连件1160的图14A的多个互连螺旋1120。每个三角形互连件1160均将螺旋1120中的三个螺旋连接在一起，使得来自三个螺旋1120中的每个螺旋的螺旋臂1140分别连接到三角形互连件1160的角部，如图14B所示。
图15A至图17B示出了处于未伸展状态和伸展状态的薄膜网格110的若干部分。例如，图15A示出了薄膜网格110的一部分，该部分薄膜网格包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括未伸展(即处于未伸展状态)的图9A的多个互连螺旋9020。图15B示出了薄膜网格110的一部分，该部分薄膜网格包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括伸展(即处于伸展状态)的图9A的多个互连螺旋9020。
图15A和图15B中的螺旋9020通过将不同螺旋9020的螺旋臂9040连接在一起而互连。这种类型的互连允许螺旋9020具有三个伸展轴。螺旋9020的每个螺旋臂9040的宽度均可以近似为3微米。实验数据显示，在螺旋臂9040的宽度近似为3微米的情况下，当螺旋9020未伸展(即处于未伸展状态)时，节点(例如，螺旋的中心)到节点(例如，螺旋的中心)的距离近似为130μm。并且，当螺旋9020被伸展(即处于伸展状态)时，节点(例如，螺旋的中心)到节点(例如，螺旋的中心)的距离近似为220μm。这样，每个轴的伸展百分比近似为67％。这提供了薄膜网格110的表面积的近似270％的增加。
图16A至图17B示出了薄膜网格110的若干部分，这些部分的薄膜网格包括处于未伸展状态和伸展状态的三角形互连件9060。特别地，图16A示出了薄膜网格110的一部分，该部分薄膜网格包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括具有未伸展(即处于未伸展状态)的三角形互连件9060的图9A的多个互连螺旋9020。图16B示出了薄膜网格110的一部分，该部分薄膜网格包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括具有被伸展(即处于伸展状态)的三角形互连件9060的图9A的多个互连螺旋9020。
图16A和图16B中的螺旋9020通过经由三角形互连件9060将不同螺旋9020的螺旋臂9040连接在一起而互连。这种类型的互连允许螺旋9020具有六个伸展轴。螺旋9020的每个螺旋臂9040的宽度可以近似为3微米。实验数据显示，在螺旋臂9040的宽度近似为3微米的情况下，当螺旋9020未伸展(即处于未伸展状态)时，节点(例如，螺旋的中心)到节点(例如，螺旋的中心)的距离近似为130μm。并且，当螺旋9020被伸展(即处于伸展状态)时，节点(例如，螺旋的中心)到节点(例如，螺旋的中心)的距离近似为270μm。每个轴的伸展百分比近似为68％。这使得薄膜筛网格110的表面积增加了近似280％。这种设计还提供了每mm2近似150个孔的孔密度，并且最大的支柱到支柱的距离近似为50μm。
图17A和图17B示出了薄膜网格110的若干部分，这些部分的薄膜网格包括处于未伸展状态和伸展状态的另选三角形互连件9070。图17A和图17B中的三角形互连件9070与图16A和图16B的三角形互连件9060不同地设计，使得图17A和图17B的三角形互连件9070旋转一定角度，以允许更有效地包裹薄膜网格110的单位单元9000。图17A示出了薄膜网格110的一部分，该部分薄膜网格包括三盒式Phi螺旋的基于十二边形的系统，该系统包括具有另选的三角形互连件9070的图9A的多个互连螺旋9020。图17B示出了图17A的薄膜网格110的一部分的特写视图。
IV.具有防脱垂骨架设计的基于螺旋的薄膜网格装置
薄膜网格110可以用于诸如血管内支架的薄膜网格装置120中。图18示出了覆盖有薄膜网格110的薄膜网格装置(例如，血管内支架)120。如图18所示，薄膜网格装置120可以包括具有波动曲线形状的骨架(例如，支架骨架)122，该骨架还包括安装在曲线形状的起伏之间的多个S形状122s。结合到骨架122中的S形状122s防止了当薄膜装置120波状或弯曲时薄膜装置120的薄膜网格110经历脱垂。
例如，图19A示出了常规血管内支架1900的支架盖1910，当支架1900为波状或弯曲时，该支架盖呈现脱垂1930。支架1900包括常规骨架1920，该常规骨架1920包括起伏的曲线形状，其中在骨架1920中不包括附加结构(例如，在骨架1920的起伏的曲线形状内不包括附加结构)。当常规支架1900弯曲时，支架盖1910经历脱垂1930，这影响支架1900的完整性和功能性。图19B示出了图19A的薄膜网格装置120，由于在薄膜网格装置120的骨架122内附加了S形曲线122s，因此该薄膜网格装置120波状或弯曲而不呈现脱垂。
V.基于螺旋的薄膜网格的制造过程
图20是制造用于薄膜网格装(诸如薄膜网格装置120)的薄膜网格(诸如薄膜网格110)的过程2000的流程图。在框2002处，如图21A至图21E所示，在晶片2100(例如，硅晶片或其他晶片)上形成沟槽。图21A示出了晶片2100，晶片2100可以在顶部具有厚度在500纳米(nm)和1微米(μm)之间的氧化物层。如图21B所示，将光致抗蚀剂2102旋涂在晶片2100上。通过使用光刻对光致抗蚀剂2102进行图案化和显影，如图21C所示，形成曝光区域2104的图案。该图案可以限定螺旋的凹下区域和/或诸如三角形互连件的互连件的凹下区域。暴露区域2104的图案能够用于蚀刻。进行深反应离子蚀刻(DRIE)以形成深度至少为15μm(例如，深度在25μm至200μm之间)的凹槽或沟槽2106，如图21D所示。去除光致抗蚀剂2102并清洗晶片2100，从而产生具有沟槽2106的蚀刻的晶片2100，如图21E所示。沟槽2106可以形成微图案，该微图案为薄膜网格210提供了模板。例如，该微图案可以限定螺旋的凹下区域，诸如图15A至图17B所示。使用DRIE工艺的微图案的分辨率可以是例如近似1μm。晶片2100可以包括多个微图案。在本文使用时，术语“近似”在指代可测量值时包括该值的±20％、±10％、±5％、±1％、±0.5％或±0.1％的变化。
在框2004处，如图21F所示，沉积牺牲层2108(例如，铬牺牲层或铜牺牲层)，牺牲层也称为剥离层。可以通过诸如电子束物理气相沉积(EBPVD)的溅射沉积或蒸发沉积来沉积牺牲层2108。牺牲层2108可以具有例如1μm以下的厚度(例如，近似500nm)。
在框2006中，如图21G所示沉积镍钛诺层2110。镍钛诺层2110可以具有例如在1μm和20μm之间(例如，近似5μm)的厚度。当在对应于沟槽2106的区域处的溅射的镍钛诺落到沟槽2106的底部时，晶片2100的沟槽2106的微图案作为对应的窗孔(fenestration)(例如，闭合的窗孔)、诸如薄膜网格110的螺旋的凹下区域被复制在镍钛诺层2110上，例如图15A至图17B所示。窗孔的所形成的图案也可以表示为胶片(fiche)，因为窗孔在薄膜网格110扩展之前呈闭合形式(例如，参照图15A和图16A)。就像微缩胶片一样，当扩展薄膜网格110(例如，参照图15B和图16B)以完全打开窗孔时，窗孔的每个微缩胶片或图案对于所形成的窗孔有效地编码。
在框2008处，如图21H所示，施加阴影掩模2112。阴影掩模2112施加于网格区域2114，并露出接缝区域2116，以沉积结合层2118。
在框2010处，如图21I所示，沉积结合层2118(例如，铝结合层)。结合层2118可以具有例如1μm或以下(例如，大约500nm)的厚度。
在框2012，如图21J所示，去除阴影掩模2112。
在框2014处，如图21K所示，施加阴影掩模2120。阴影掩模2120施加于接缝区域2116，并露出网格区域2114，以沉积牺牲层2122。
在框2016中，如图21L所示，沉积牺牲层2122(例如，铬牺牲层或铜牺牲层)。牺牲层2122可以具有例如1μm或以下(例如，大约500nm)的厚度。
在框2018，如图21M所示，去除阴影掩模2120。
在框2020处，如图21N所示，沉积镍钛诺层2124。镍钛诺层2124可以具有例如在1μm和50μm之间(例如，大约5μm)的厚度。类似于框2006，当在对应于沟槽2106的区域处的溅射的镍钛诺落到沟槽2106的底部时，晶片2100的沟槽2106的微图案作为对应的窗孔(例如，闭合的窗孔)(诸如薄膜网格110的螺旋的凹下区域)被复制在镍钛诺层2124上，诸如图15A和图16A所示。
在框2022处，如图21O所示，沉积保护层2126(例如，保护铬层)。保护层2126可以具有例如1μm或以下(例如，大约500nm)的厚度。
在框2024处，如图21P所示，对镍钛诺层2110、2124和结合层2118进行退火以形成薄膜网格110。具有镍钛诺层2110、2124和结合层2114的晶片2100可以在高温下退火(例如，在近似675℃下退火近似10分钟)，以熔化结合层2118并使非晶态镍钛诺层2110、2124结晶。镍钛诺层2110和镍钛诺层2124在非接缝区域2116中被融合。
在框2026处，如图21Q所示，释放薄膜网格110。可以将退火后的晶片2100放置在铬蚀刻剂中(例如，近似1小时)，以从晶片2100的顶部释放薄膜网格110。
在框2028处，薄膜网格110被扩展以形成三维薄膜网格110，该三维薄膜网格110的螺旋已经被打开，诸如图15B和图16B所示的螺旋。应该理解的是，在其他实施例中，将剥离过程与由牺牲层的层分开的镍钛诺的多层沉积相结合能够制造具有各种其他三维形状的薄膜网格110。
薄膜网格膜(例如，薄膜网格110)或相应的混合膜/结构可以用于如下所述的各种医学治疗。
在一些实施例中，可以在患者体内的各种治疗位置处使用薄膜网格膜，诸如在各种类型的神经脉管系统、颈动脉血管床、心脏血管床、主动脉血管床、髂(iliac)血管床、肾血管床、周缘血管床、上肢血管床和其他类似的治疗位置处使用薄膜网格膜。
在一些实施例中，可以使用薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构，例如，以促进烧伤、压疮、疤痕修复、缺血性下肢溃疡和其他急慢性伤口的伤口愈合。
在一些实施例中，可以使用薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构来停止无论是由于受伤还是由于手术干预形成的急性出血(“止血”)。
在一些实施例中，可以使用薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构来促进包裹在骨折部位周围或放置在骨折部位内或包裹在由其他材料(例如钛)形成的用于桥接骨骼之间的间隙的结构元件周围的骨愈合。
在一些实施例中，可以使用薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构来生长人软骨细胞并产生薄软骨板。该软骨板可以用于关节手术，以延迟膝或髋关节置换或其他骨关节炎情况。
在一些实施方式中，在手术切除肿瘤之后，可以使用薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构将化学治疗剂直接递送至肿瘤部位。
在一些实施例中，可以在心脏外科手术中使用薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构，以将心肌细胞放置在心肌梗塞的部位。在梗塞之后，医生会切除伤痕区域并插入膜或混合膜，以促进健康组织的再生，这与通常伴随心肌梗塞的伤痕组织相反。
在一些实施例中，可以将薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构用作损伤后神经再生的框架装置。薄膜网格膜或混合膜将具有像天然神经一样排列的通道，以利用可控方式促进轴突生长。
在一些实施例中，由于薄膜网格的弹性特性，薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构可以用于重建或在美容手术中以代替韧带(例如，乳房组织包含多个小的韧带元素，这些元素会赋予器官的形状和机械特性，并且乳房切除术后的假体(即乳房植入物)基本上是盐水、硅胶或其他材料的无结构袋)。
在一些实施例中，可以将薄膜网格膜、薄膜网格结构和/或相应的混合膜/结构结合在一起，以在用软骨细胞播种时为更复杂的软骨结构(例如外耳、鼻子的一部分)创建基础。
在一些实施例中，可以使用薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构来代替已经受到外伤或疾病(例如，肿瘤)伤害的眼睛的元素。
在一些实施例中，可以使用薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构来在肺中构建支气管树的替换元素。
在一些实施例中，可以将由镍钛诺组成或包括镍钛诺的薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构与肌细胞一起接种，以构建置换骨骼肌。因为镍钛诺在电流通过其时具有改变形状的能力，因此可以有利地用于假肢中。
在一些实施方式中，薄膜网格膜、薄膜网格结构或相应的混合膜/结构可以用作将小分子和大分子(即蛋白质)递送至相关的解剖部位的装置。
在上述方法指示以一定顺序发生的某些事件的情况下，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将认识到，可以修改顺序，并且这种修改与本公开的变型一致。另外，如果可能，部分方法可以在并行过程中同时执行，也可以顺序地执行。另外，可以执行该方法的更多步骤或更少步骤。
尽管本文已经公开了某些说明性实施例和方法，但是根据前述公开内容，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不背离本发明的真实精神和范围的情况下对这些实施例和方法进行变型和修改。存在许多其他示例，每个示例仅在细节方面彼此不同。因此，旨在将本公开仅限制于所附权利要求以及适用法律的规则和原理所要求的程度。

Claims (17)

1.一种用作医学植入物的覆盖物的薄膜网格装置，包括：
薄膜网格，该薄膜网格包括能够全方位扩展的多个互连的螺旋，每个螺旋包括多个螺旋臂，
其中，所述螺旋的多个螺旋臂围绕所述薄膜网格上的近似中心点连接，并且
其中，对于每个所述螺旋，当所述螺旋臂从所述螺旋的中心辐射出时，相邻螺旋臂之间的距离增加。
2.根据权利要求1所述的薄膜网格装置，其中，每个螺旋均包括三个螺旋臂、四个螺旋臂、六个螺旋臂、十二个螺旋臂或二十四个螺旋臂中的一种。
3.根据权利要求1所述的薄膜网格装置，其中，所述薄膜网格还包括多个三角形互连件，其中，每个所述三角形互连件将所述螺旋中的三个螺旋彼此连接。
4.根据权利要求1所述的薄膜网格装置，其中，每个所述螺旋是对数螺旋、黄金螺旋、近似黄金螺旋，盒式Phi螺旋或斐波那契螺旋中的一种。
5.根据权利要求4所述的薄膜网格装置，其中，所述盒式Phi螺旋是两盒式Phi螺旋、三盒式Phi螺旋或四盒式Phi螺旋中的一种。
6.根据权利要求1所述的薄膜网格装置，其中，所述薄膜网格包括薄膜镍钛诺(TFN)。
7.根据权利要求1所述的薄膜网格装置，其中，所述薄膜网格至少覆盖或耦联到治疗模态。
8.根据权利要求7所述的薄膜网格装置，其中，所述治疗模态包括小分子、肽、抗体、聚合物、生物聚合物、细胞或工程细胞中的至少一种。
9.一种用作医学植入物的覆盖物的薄膜网格装置，该薄膜网格装置包括：
沿纵向轴线延伸的骨架；和
组装在所述骨架上的薄膜网格，
其中，所述薄膜网格包括能全方位扩展的多个互连的螺旋，其中，所述螺旋的多个螺旋臂围绕所述薄膜网格上的近似中心点连接，并且
其中，对于每个所述螺旋，当所述螺旋臂从所述螺旋的中心辐射出时，相邻螺旋臂之间的距离增加。
10.根据权利要求9所述的薄膜网格装置，其中，每个所述螺旋均包括三个螺旋臂、四个螺旋臂、六个螺旋臂、十二个螺旋臂或二十四个螺旋臂中的一种。
11.根据权利要求9所述的薄膜网格装置，其中，所述薄膜网格还包括多个三角形互连件，其中，每个所述三角形互连件将所述螺旋中的三个螺旋彼此连接。
12.根据权利要求9所述的薄膜网格装置，其中，所述薄膜网格包括圆柱形形状，并且其中，所述螺旋中的至少一个螺旋被扩展，使得所述薄膜网格沿着所述圆柱形形状的纵向轴线并且沿着所述圆柱形形状的周向方向扩展。
13.根据权利要求12所述的薄膜网格装置，其中，所述薄膜网格能够沿着所述周向方向扩展，从而允许所述圆柱形形状沿径向扩展，从而增大所述圆柱形形状的直径。
14.根据权利要求9所述的薄膜网格装置，其中，所述骨架包括多个S形曲线。
15.一种用于形成薄膜网格的方法，所述薄膜网格用作医学植入物的覆盖物，所述方法包括：
在基板的表面上深反应离子刻蚀沟槽的微图案，所述沟槽对应于待形成的所述薄膜网格中的多个螺旋的凹下区域；
在蚀刻的基板上沉积剥离层；
在所述剥离层上方沉积第一镍钛诺层；和
蚀刻所述剥离层以形成所述薄膜网格，所述薄膜网格包括能够全方位扩展的多个互连的螺旋，每个螺旋包括多个螺旋臂，
其中，所述螺旋的多个螺旋臂围绕所述薄膜网格上的近似中心点连接，并且
其中，对于每个所述螺旋，当所述螺旋臂从所述螺旋的中心辐射出时，相邻螺旋臂之间的距离增加。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述沟槽还对应于三角形互连件的凹下区域，每个所述三角形互连件均将所述螺旋中的三个螺旋彼此连接。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
在所述第一镍钛诺层的至少一个区域上沉积结合层；
在所述第一镍钛诺层的剩余区域上沉积牺牲层；
在所述结合层和所述牺牲层上沉积第二镍钛诺层；和
将所述第一镍钛诺层和所述第二镍钛诺层与所述结合层一起退火；
其中，所述蚀刻进一步蚀刻牺牲层，以形成具有三维形状的薄膜网格。
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