CN116056663A - 微结构软组织移植 - Google Patents

Abstract

本公开包括微图案化织物、网状物、纺织品和可植入装置(300)，所述可植入装置(300)可包括具有网状物(302)的一个基底、具有微结构化表面(304)的第二基底、以及设置在它们之间的纤维层(308)。所述纤维层包括多根随机取向的纤维。具有微结构化表面的装置可包括多个第一级微特征和多个第二级微特征，其中所述多个第二级微特征与所述第一级微特征分层设置。还公开了制造这种微图案化织物、网状物、纺织品和可植入装置的方法。

Description

微结构软组织移植

技术领域

本发明总体上涉及微图案化织物、网状物、纺织品等。更具体地，本公开涉及用于产生其上设置有微图案的基底的装置和方法，其中所述基底能够产生对目标表面的粘附力。

背景技术

用于修复软组织缺损的可植入装置通常遭受移动问题。因此，这种装置(诸如假体)通常被缝合或钉固到缺损周围的组织，以限制装置从目标位置的移动。虽然缝合线或钉的机械器件在限制装置从目标位置的移动方面是有效的，但是将假体附接到健康组织会导致组织创伤。来自这种创伤的级联效应可能导致手术后粘连，这可能导致患者进一步的并发症和疼痛。定位和附接假体所需的时间显著增长了完成手术所需的时间。这种假体通常不具有粘合性质，并且因此假体可能在假体的初始定位和假体固定到组织之间的时间间隔内移动。作为甚至进一步的不利因素，这些假体缺乏粘合性质使得通过微创手术(诸如腹腔镜手术)植入它们特别困难，使得它们几乎不能用于这种手术。

于是需要一种软组织修复装置，其具有粘附性能，可以在不需要缝合线或其它导致创伤的机械装置的情况下固定，并且提供术后预防并发症，诸如粘连或其它创伤相关问题。

发明内容

在本文公开的某些实施例中，可将粘合剂组分添加到软组织修复织物中。在一些实施例中，软组织修复织物可以是外科用网状物。粘合剂组分可包括施加到网状物的交织的可吸收基质，其中纤维从网状物的平面突出出来。所添加的纤维可显著增加可植入织物的质量和刚性。在一些实施例中，可植入外科用网状物通常可依赖于纤维以提供网状物强度。在某些实施例中，纤维还可点缀有粘合剂微结构，其与复合结构相比提供明显的临床优势。复合软组织修复织物包含第一增强组分和第二防滑组分。例如，复合软组织修复织物之一可以是粘结到标准聚丙烯网状物上的粘合剂微结构片材。该片材组分通常相当刚性并且破坏编织网状物的柔性方面，使得组织修复织物更硬且更不柔韧。

因此，需要一种柔软、结实并且包含最小材料重量的软组织修复织物。

还需要一种软组织修复织物，其自粘附到目标组织表面并且足够柔韧以避免在可植入织物和目标组织表面之间产生间隙。本公开的自粘附方面可以通过毛细作用来描述，或者可以通过在可植入织物和目标组织表面之间建立Wenzel-Cassie界面来描述。

需要一种具有微表面纹理的植入物，所述微表面纹理能够产生固定植入物的即时Wenzel-Cassie粘附。在一些实施例中，这种相同的微表面纹理可以进一步促进植入物与周围组织的健康结合。Wenzel-Cassie粘附可以通过在植入物表面和组织表面之间的界面中形成相域而发生。这种类型的粘附可以在组织和植入物之间形成界面层。出乎意料地，申请人已经发现Wenzel-Cassie粘附区的形成比摩擦界面更强。

在一些实施例中，本文公开的分层结构可包括具有多尺度形态和具有大且可接近的表面积的组件。纳米材料科学的最新进展使得具有特定性质的分层微结构化表面的设计变得越来越可能。该工作的大部分集中在从水分散体中通过简单、快速、可重复和廉价的过滤方法实现的分层单壁碳纳米管膜上。通过改变碳纳米管随机网络的厚度，由于多孔膜中的毛细管现象，可以适应它们的可湿性。

在一些实施例中，分层微结构化表面可以是这样的表面微结构：其包括与较低表面能区域并置的高表面能区域。这些高表面能区域和低表面能区域不需要堆叠，而是彼此并置。典型地，当微结构跨越三维空间并堆叠时，获得较高的Wenzel-Cassie定位力。

高表面能微结构被认为是润湿的，并且在水润湿的情况下高表面能微结构被认为是亲水的。低表面能微结构被认为是非润湿的，并且在水润湿的情况下低表面能微结构被认为是疏水的。并置的润湿区和非润湿区的组合产生了所谓的Wenzel-Cassie界面。

将理解，Wenzel-Cassie界面不需要向外的径向力来产生定位力。为了使可植入表面相对于目标表面平移，需要增加能量来破坏Wenzel-Cassie界面的低能态。在一些实施例中，分层微结构化表面与目标表面具有低接触面积，并且在一些实施例中根本没有接触。

本公开的某些实施例可包括具有周期性的微结构化表面。该周期性可产生二级Wenzel-Cassie界面，其在此被认为是Wenzel-Cassie界面。二级Wenzel-Cassie界面的特征在于目标表面和/或微结构化表面的某种类型的机械变形，其在微结构化表面和目标表面之间产生互锁条件，其中变形主要由非摩擦力导致。

例如，在一些实施例中，目标表面可以具有变形的本征褶皱模式(eigenwrinklemode)，其导致目标表面起皱而不会对目标表面产生机械损伤。这些褶皱可以与微结构化表面的一个或多个周期性相匹配，使得目标表面和微结构表面可以以最小的机械接触互锁。备选地，微结构化表面也可以具有本征褶皱模式，其可以实现相同的二阶Wenzel-Cassie效应。实质上，剪切力可以转化为可植入表面或组织表面的起皱，而不会使植入物移位。

在一些实施例中，相关但不同的二阶Wenzel-Cassie效应可能与Schallamach波相关联。这些波在微结构表面或目标表面中产生，并且包括多个褶皱分量，其中一些可以不是本征模式。微结构化表面的周期性可以“捕获”Schallamach波的一些分量，并且允许其他分量“通过”。这种类型的二阶Wenzel-Cassie界面在本文中称为“滑动夹持”界面。

也可以采用其它二阶和三阶Wenzel-Cassie界面，其中Wenzel-Cassie界面和微结构化表面的周期性协同工作以将植入物定位放置在动态变化的目标表面上。微结构的空间周期性可以与微结构化表面的其它机械性质(例如，包括微结构化表面的材料的杨氏模量)协同结合。另外，微结构化表面的几何形状和它如何附着到植入物上可以增强或减弱这些二阶Wenzel-Cassie效应。

本发明的软组织修复装置的特征可以在于机械性质，其与现有技术中当前公开的任何植入物/假体不同。采用疏水区域和亲水区域的微结构化表面可以产生这样的装置：当目标接触表面/管腔变湿时，当施加油时，当施加表面活性剂时，或当施加润滑剂时，所述装置表现出增加的位移力。在通常降低抓持力的条件下增强抓持力的这种物理特性与现有技术中的通常具有机械摩擦表面纹理的植入物/假体相反。现有技术的植入物/假体的问题是，通常体内环境倾向于润滑装置的表面并避免对移动的摩擦阻力。

为了使现有技术的摩擦处理(诸如包括倒钩、凸起支柱、表面圆柱体、棱锥等)有效，必须提供大的径向力以便使组织和表面摩擦几何结构之间的相互渗透有效。相反，在本公开的实施例中，当湿润时由微结构产生的Wenzel-Cassie区可以防止通过各种非接触效应(其广泛称为范德华力)的移动。这些定位力可以主要表征为电子和量子力学，而不是机械和经典力学。

在一些实施例中，Wenzel-Cassie效应可以在目标表面和植入装置之间产生“向下吸”的效应。因此，可以施加向内(吸引)径向力，而不是向组织施加向外径向力。

虽然这些新颖的效果详述了本公开的各种实施例的一些方面，但是不应排除Wenzel-Cassie效应和机械摩擦效应的组合，特别是在同一装置的离散部分上一个优于另一个的应用中。

在一些另外的实施例中，可以组合使用粘性和润滑的微表面纹理。由于水分子的无序或有序，流体变薄和流体增厚是常见的效果。所述水分子的无序或有序是由微结构化表面的空间分布的表面能图案对界面流体中的电偶极子的影响而导致的。特别地，高表面能区域可以与低表面能区域并置，以导致组织动力学穿过植入装置而不使其移位。这些和其他效果将在下面详细描述。

还需要一种软组织修复织物，其可以在手术前后重新定位而不损伤假体接触的组织。

还需要一种具有改进的抗移动性的软组织修复织物，特别是需要一种这样的软组织修复织物：其在织物和目标表面之间不需要缝合、钉或其它机械机构以防止术后装置移动。

还需要具有最小面密度(每单位面积的质量)和最大拉伸强度的软组织修复织物。

此外，用于在织物中纹理化或产生图案化效果的各种方法通常是已知的。纹理化方法包括化学方法(诸如化学蚀刻、局部收缩技术)和物理方法(诸如机械切割、压缩或压实织物区域)。

在一些实施例中，软组织修复织物可包括网状物、界面网结构和压印微结构。微结构可压印在界面网上的预聚物层上或通过加热直接压印在界面网上。

在第三实施例中，标准聚合网状物可以内部加热到可变形状态，然后随后在其上压印微结构。聚合网状物材料被均匀且非破坏性地加热，使得在包括网状物的纤维上压印微结构之后保持网状物的原始拉伸强度。

通过本公开，可以以相对低的加工成本在医用假体上获得高的粘合性和分层图案化效果。

附图说明

图1是用于创建本公开的实施例的方法的图示。

图2是用于创建本公开的实施例的方法的流程图。

图3是微结构化软组织装置的一个实施例的图示。

图4是用于将加热并将微结构压印到软组织装置上的加热方法的图示。

图5A和图5B是微结构软组织装置的一个实施例的图示；图5B是凹槽微结构的详细图示。

具体实施方式

参考图2，公开了一种用于制备其上设置有微图案的基底的方法。在一些实施例中，该方法可以包括提供基底。该基底可以包括适于涂覆的材料。在一些实施例中，该基底可以是诸如织物、塑料、聚合物等的材料类型。在某些实施例中，该材料可以是生物相容的、生物可吸收的、生物稳定的、不可再吸收的等，并且可以是其组合。在一些实施例中，基底可以包括可生物吸收的至少一个部分和不可再吸收的第二部分。在其他实施例中，基底可以是生物相容的，并且包括生物可吸收的一部分和不可再吸收的第二部分。在某些实施例中，基底可以包括组合在一起的多于一种的材料，其中每个组分可以是织物、塑料、聚合物等，并且可以是生物相容的、生物可吸收的、生物稳定的、不可再吸收的等，并且可以是其组合。

在一些实施例中，可以将聚合物粘合剂或粘结剂的涂层施加到基底上。然后可以对涂覆的基底进行压印。在某些实施例中，可以经由物理压印结构(诸如圆柱形辊或冲压机)将模具或压印表面施加到涂覆的基底上。在某些实施例中，可以固化具有压印的涂覆的基底。

在一些实施例中，当进行压印步骤时，涂层可以是液态的。在某些实施例中，当进行压印步骤时，涂层可以是半液态/半固态的。在某些实施例中，当进行压印时，涂层是液态的，涂层可以通过旋转的圆柱形模具转移用于压印。在某些实施例中，用于压印过程的模具可以实现在圆柱形筛网中，其可以随着其下的基底的运动同时旋转。

参考图1，制备其上设置有微图案的基底的方法可以包括基底材料的辊102。在一些实施例中，辊102可以在其展开时提供基底材料的连续来源。基底材料可以转移到可以施加涂层的第二区域。在一些实施例中，涂层可以是聚合物粘合剂或粘结剂。在某些实施例中，涂层可以经由浸渍站104施加。在其他实施例中，涂层可以喷涂施加或经由静电放电施加。在一些实施例中，在涂覆之后，涂覆的基底可以通过圆柱形压印辊106。在某些实施例中，圆柱形压印辊106可以包括具有微结构化图案的模具，该微结构化图案可以转移到涂层上。在一些实施例中，模具可以是阳模。在一些实施例中，模具可以是阴模。在一些实施例中，模具可以包括模具的阳部分和阴部分。在某些实施例中，压印工艺可以包括接触压力滚筒108，用于向与圆柱形压印辊106接触的涂覆基底施加压力。在一些实施例中，可以施加气体压力而不是接触压力滚筒108。

在利用气体压力的实施例中，可以将气体引导到模具的表面上以将模具压靠在涂覆的基底上，或者可以将气体引导到涂覆的基底上以将涂覆的基底压靠在模具上。

在用微结构化图案压印涂层之后，微结构化基底可以通过固化工艺110。固化工艺可以是本领域已知的常规类型之一，其中涂层被凝固或固化。在一些实施例中，微结构化基底然后可以被收集用于储存或用于进一步加工。在一些实施例中，微结构化基底可以被卷绕成一卷材料112。

在本文所公开的某些实施例中，设置在基底上的涂层通常可分类为水基和/或溶剂基涂层。在一些实施例中，水基涂层可由以下的一种或多种组成：粘结剂、乳液聚合物和/或增粘剂，或其任何组合。在某些实施例中，水基涂层可包括粘结剂、乳液聚合物和增粘剂一起。在其它实施例中，它们还可包含以下的一种或多种：增塑剂、热固性树脂、固化催化剂、稳定剂和/或其它添加剂。

乳液聚合物可以选自以下各项：丙烯酸、乙烯基-丙烯酸、乙烯基、聚氨酯和/或苯乙烯丁二烯胶乳，及其组合。在固化涂层的实施例中，通常可以需要在压印后立即将涂层的粘度增加到约30000-100000MPa-s(毫帕-秒)，使得微结构在压印和固化之间保持所需的几何形状。在某些实施例中，粘度可以至少部分地由基底的性质和/或使微结构与涂层接触的方法决定。

用于增加粘度的合适的增稠剂可包括水溶性聚合物(诸如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚甲醛和天然树胶)以及碱溶胀性聚合物(诸如高度羧化的丙烯酸乳液聚合物和泊洛沙姆预聚物)。

在一些实施例中，可以加入增塑剂以改变成品的触感或改善涂层的流动和流平特性。当一个目标是改善流平特性时，可以采用短效增塑剂，诸如邻苯二甲酸酯。如果一个目标是改变成品装置或至少一部分成品装置的触感，则可以使用更永久的增塑剂，诸如低分子量聚酯。

在一些实施例中，可掺入热固性树脂(诸如羟甲基-蜜胺、脲甲醛缩合物或苯酚-甲醛缩合物)，以改善成品装置的耐久性或耐磨性。

在包括催化剂的某些实施例中，可以使用草酸或磷酸二铵。在一些实施例中，催化剂的使用可以增加粘合剂的固化速率。可以使用更专门的添加剂，其可以包括紫外线吸收剂(其中背衬诸如聚氨酯泡沫材料会经受光降解)和染料或颜料以赋予粘合剂层颜色。当需要透气膜时，涂层可以化学或机械发泡。溶剂涂层可以包括完全反应的可溶性聚合物，诸如丙烯酸均聚物和共聚物、聚酯、聚酰胺或聚氨酯。

溶剂涂层还可包括完全反应的可溶性聚合物(诸如丙烯酸均聚物和共聚物、聚酯、聚酰胺、或聚氨酯)和两部分体系(诸如聚酯多元醇与二异氰酸酯或异氰酸酯预聚物和环氧树脂与多胺)。

可以将聚合物或预聚物溶解在优选低沸点的合适溶剂中，且然后以类似于用于水基粘合剂的方式增稠至合适的粘度。在溶剂基涂层的一些实施例中，也可以掺入催化剂、交联剂、稳定剂、颜料或染料。

本文公开的某些实施例可以结合圆柱形模具，用于将图案压印到基底上，或压印到基底的涂层上。如前所述，一些实施例可以结合接触压力缸，用于向与圆柱形压印辊接触的涂覆基底施加压力，并且一些实施例可以结合气体压力而不是接触压力缸。在使用气体压力的实施例中，可以存在提供可接受结果的气体压力范围。在一些实施例中，气体压力可以在从约30psi至约100psi的范围内。在某些实施例中，气体压力可以在从约60psi至100psi的范围内。

圆柱形模具的实施例可以包括搁置在传送带或类似的运输系统上并由传送带或类似的运输系统运输的基底或涂覆基底。在一些实施例中，传送带可以包括从其向上突出的定位保持器，其目的是保持基底在传送带上的定位以及将基底维持在抵靠传送带的基本平坦的位置。典型地，传送带可以是拉幅机框架或常规类型的传送带或橡皮布、真空带等，适于将基底维持为平坦形式。传送机可以比基底宽，使得在基底的任一侧上，在基底的外边缘和带的外边缘之间可以存在边界区域。在一些实施例中，圆柱形模具可以是旋转模具，其以与传送机系统相同的速度或大致相同的速度旋转。在一些实施例中，传送机系统和旋转模具可以包括搁置在带的边缘区域上的轮子。轮子可以是任何类型的合适材料，诸如塑料、金属、橡胶等。圆柱形模具可以包括延伸部，所述延伸部突出过轮子并搁置在适于可旋转地支撑模具的支撑托架上。

因此，借助于支撑托架，圆柱形模具的大部分重量可由托架支撑。继而，轮子可轻轻地搁置在边界部分上，使得传送机的移动导致圆柱形模具在与基底相同的方向上旋转，同时圆柱形模具的轴线维持在大体上垂直于传送机移动方向的位置。在其他实施例中，圆柱形模具可以包括支撑托架，该支撑托架包括使圆柱形模具旋转的整体的或外部的旋转装置。圆柱形模具的旋转可以与传送带系统的速度一致。

本文公开的某些实施例可包括用于修复软组织缺损的可植入装置。在一个实施例中，所述装置可包括具有层压层的外科用网状物，其包含微结构。在某些实施例中，层压状结构可包括具有相对低纤维浓度的柔软吸收性中心芯的区域，其可设置在两个强耐磨表面区域之间。

现在参考图3，可植入装置300可以包括网状结构302和具有微结构化表面304的基底。在一些实施例中，微结构化表面可以包括能够产生毛细作用的区域306。在某些实施例中，毛细作用区域306可以与位于微结构化表面304和网状表面302之间的纤维层308连通。在某些情况下，毛细作用可以将水分吸入到纤维层308的纤维中。中心芯部区域310内相对低的纤维浓度提供空间以增加可由纤维层吸收的水分的量。

在一些实施例中，在中心芯部区域310内，纤维312的网络通常在不使用粘结材料或粘合剂的情况下将两个表面区域连接在一起。在一些实施例中，可以使用粘结材料或粘合剂，但是可以不在整个中心芯部区域310中设置粘结材料或粘合剂。在某些实施例中，至少一个表面区域中的粘结材料以精细的间隔开的图案设置，并且该表面区域中的粘结部分被精细地建模以使它们软化。在其他实施例中，粘结材料或粘合剂可用于整个中心芯部区域。通常，粘结材料或粘合剂可用于连接可植入装置内的两个表面区域。

某些实施例，如本文所公开的，可以以多种方式完成纤维层308的形成。在一些实施例中，可以优选地形成随机取向的短纤维314、316的纤维层308。在某些实施例中，纤维层308可以包括第一侧318，可以渗透纤维层的第一粘结材料或粘合剂施加于所述第一侧318。在一些实施例中，渗透可以发生为穿过纤维层的以下厚度：从约10微米至约60微米、或从约10微米至约50微米、从约10微米至约40微米、从约10微米至约30微米、从约10微米至约20微米、或从约10微米至约15微米。在其他实施例中，第一粘结材料的渗透可发生在：从约20微米至约50微米、从约30微米至约40微米、或至约35微米。还在其他实施例中，渗透可以发生在：从约20微米至约60微米、从约30微米至约60微米、从约40微米至约60微米、或从约50微米至约60微米。

在一些实施例中，纤维层308可包括第二侧320，第二粘结材料以精细的、间隔开的图案施加到所述第二侧320上，其渗透过纤维层的以下厚度：从约10微米至约60微米、从约10微米至约50微米、从约10微米至约40微米、从约10微米至约30微米、从约10微米至约20微米、或从约10微米至约15微米。在其他实施例中，第一粘结材料的渗透可以发生在：从约20微米至约50微米、从约30微米至约40微米、或至约35微米。在其他实施例中，渗透可以发生在：从约20微米至约60微米、从约30微米至约60微米、从约40微米至约60微米、或从约50微米至约60微米。在一些实施例中，第一粘结材料和第二粘结材料在纤维层的厚度中彼此不接触。在一些实施例中，所述第一粘结材料及所述第二粘结材料基本上不彼此接触或连接，其中基本上无接触或连接包含这样的接触面积：10％或更少、15％或更少、20％或更少、25％或更少、30％或更少、35％或更少、40％或更少、45％或更少、或50％或更少。

在一些实施例中，可植入装置可以包括以精细的、间隔开的图案将粘结材料施加到纤维层的一侧，其中粘结材料将纤维的第一侧粘结到微结构化表面，且然后对纤维层的第二侧重复这些步骤并将第二侧粘结到外科用网状物。

在使用外科用网状物的一些实施例中，可植入装置可包括形成纤维层，该纤维层可包括随机取向的短纤维314、316。在某些实施例中，纤维层308可包括第一侧318，可渗透纤维层的第一粘结材料或粘合剂施加到该第一侧。在一些实施例中，渗透可发生为穿过纤维层的以下厚度：从约10微米至约60微米、或从约10微米至约50微米、从约10微米至约40微米、或从约10微米至约30微米、或约10微米至约20微米、或约10微米至约15微米。在其他实施例中，第一粘合材料的渗透可以发生在：从约20微米至约50微米、从约30微米至约40微米、或至约35微米。还在其他实施例中，渗透可以发生在：从约20微米至约60微米、从约30微米至约60微米、从约40微米至约60微米、或从约50微米至约60微米。

在一些实施例中，纤维层308可包括第二侧320，第二粘结材料以精细的、间隔开的图案施加到所述第二侧320上，其渗透过纤维层的以下厚度：从约10微米至约60微米、或从约10微米至约50微米、从约10微米至约40微米、从约10微米至约30微米、从约10微米至约20微米、或从约10微米至约15微米。在其他实施例中，第一粘结材料的渗透可以发生在：从约20微米至约50微米、从约30微米至约40微米、或至约35微米。还在其他实施例中，渗透可以发生在从约20微米至约60微米、从约30微米至约60微米、从约40微米至约60微米、或从约50微米至约60微米。在一些实施例中，第一粘结材料和第二粘结材料在纤维层的厚度上彼此不接触。在一些实施例中，第一粘结材料和第二粘结材料基本上彼此不接触或连接，其中基本上不接触或连接包括这样的接触：10％或更少的接触、15％或更少的接触、20％或更少的接触、25％或更少的接触、30％或更少的接触、35％或更少的接触、40％或更少的接触、45％或更少的接触、或50％或更少的接触。在一些实施例中，第二侧320然后可以用第二粘结材料粘附到外科网状物。在一些实施例中，第一侧318可以粘附到微结构化表面。

在一些实施例中，基底可以包括多个第一级微特征。第一级微特征可以具有10到1000微米的高度、10到1000微米的直径、以及25到10000微米的相邻微特征的中心到中心间距。在一些实施例中，基底还可以包括分层设置在第一级微特征周围的多个第二级微特征。在一些实施例中，第二级微特征可以包括5至200微米的高度、5至200微米的直径、以及10至1000微米的相邻微特征的中心到中心间距。在一些实施例中，所述基底还可以包括多个第三级微特征，其分层设置在所述第二级微特征周围。在一些实施例中，所述第三级微特征可以包括1到5微米的高度、5到200微米的直径、以及10到1000微米的中心到中心间距。

在一些实施例中，基底可以包括多个第一级微特征。第一级微特征可以具有50到1000微米的高度、50到1000微米的直径、以及100到10000微米的相邻微特征的中心到中心间距。在一些实施例中，基底还可以包括分层设置在第一级微特征周围的多个第二级微特征。在一些实施例中，第二级微特征可以包括10至200微米的高度、10至200微米的直径、以及50至1000微米的相邻微特征的中心到中心间距。在一些实施例中，所述基底还可以包括多个第三级微特征，其分层地设置在所述第二级微特征周围。在一些实施例中，所述第三级微特征可以包括1到5微米的高度、10到200微米的直径、以及100到1000微米的中心到中心间距。

在一些实施例中，基底可以包括多个第一级微特征，其具有100到750微米的高度、50到500微米的直径、以及100到1000微米的相邻微特征的中心到中心间距。在一些实施例中，基底还可以包括多个第二级微特征，其分层设置在第一级微特征周围，所述第二级微特征具有25到100微米的高度、25到100微米的直径、以及50到500微米的相邻微特征的中心到中心间距。在一些实施例中，所述基底还可以包括多个第三级微特征，其分层设置在所述第二级微特征周围。在一些实施例中，第三级微特征可以包括1到5微米的高度、10到100微米的直径、以及10到100微米的中心到中心间距。

在一些实施例中，基底可以包括多个第一级微特征，其具有100到500微米的高度、100到500微米的直径、以及100到750微米的相邻微特征的中心到中心间距。在一些实施例中，基底还可以包括多个第二级微特征，其分层设置在第一级微特征周围，所述第二级微特征具有25到100微米的高度、25到100微米的直径、以及50到500微米的相邻微特征的中心到中心间距。在一些实施例中，所述基底还可以包括多个第三级微特征，其分层设置在所述第二级微特征周围。在一些实施例中，第三级微特征可以包括1到5微米的高度、10到100微米的直径、以及10到100微米的中心到中心间距。

在本文公开的某些实施例中，微结构化表面可以是压印在位于纤维层的一侧上的第一粘结材料中的微结构图案。在一些实施例中，可植入装置可以包括以精细的、间隔开的图案将粘结材料施加到纤维层的一侧并粘附外科网状物，并且在纤维的相对侧上压印微结构图案。

在一些实施例中，每个表面区域可以包括粘结材料。在一些实施例中，粘结材料可以是弹性体的。在某些实施例中，弹性体粘结材料可以设置在整个纤维层或其至少一部分中，以将纤维粘结成结实的网络并赋予纤维层的两侧耐磨性。在一些实施例中，一侧可以形成或粘结到网状物上，而另一侧可以形成或粘结到微结构化表面上。

在一些实施例中，具有粘结材料的纤维层的一侧可以以精细的、间隔开的图案设置，该表面的相当大的一部分没有粘结材料。在一些实施例中，没有粘结材料的表面的相当大的一部分可以是至少40％或更多，更优选为50％或更多。在相当大的一部分没有粘结材料的此类实施例中，纤维层因此提供了非常吸收性的区域，水分可以通过该区域容易地进入纤维层的内部。在一些实施例中，纤维层的两侧可以包括以精细的、间隔开的图案设置的粘结材料，纤维层两侧的相当大的一部分没有粘结材料。在一些实施例中，没有粘结材料的表面的相当大的一部分可以是至少40％或更多，更优选为50％或更多。在相当大的一部分没有粘结材料的此类实施例中，纤维层因此提供了非常吸收性的区域，水分可以通过该区域容易地进入纤维层的内部。

在本文所公开的一些实施例中，中心芯部区域310可包括通过静电纺丝粘结松散地保持在一起或在静电纺丝期间沉积的柔软的、相对低密度的纤维网络。在一些实施例中，可通过将相对较长的纤维(合成的或天然的，添加到上文所公开的相对短纤维的纤维混合物中)缠结来赋予中心区域额外的强度。可提供较长的纤维，使得纤维混合物的总密度为50％或更大、60％或更大、70％或更大、80％或更大、90％或更大、95％或更大、96％或更大、97％或更大、98％或更大、或99％或更大。在一些实施例中，包含相对较长的纤维可以是赋予中心区域的唯一强度。为了清楚起见，当提及相对较长的纤维时，其意味着较长的纤维是短纤维长度的至少1.5倍，或至少2.0倍，或至少2.5倍，或至少3.0倍、或至少3.5倍、或至少4.0倍、或至少4.5倍、或至少5.0倍、或至少10.0倍、或至少20.0倍、或至少30.0倍、或至少4.0倍、或至少50.0倍、或至少100.0倍。

在一些实施例中，中心芯部区域可以包括不同的区域或部分，其包括沿着整个芯部区域定位的洞穴。在一些实施例中，这些洞穴的不同区域或部分可以为芯部区域提供额外的特性。例如，额外的特性可以包括纤维层的更大的体积、柔软性和吸收性。在一些实施例中，将不同区域从彼此分开可以包括将微结构化表面和网状物连接在一起的纤维网络。该实施例可以允许构造可植入装置，而不使用现有技术中使用的不期望的刚性粘合剂。

在一些实施例中，由于通过使用图案化施加的粘结材料对纤维层进行图案化，纤维层可具有起伏的外观。纤维层的受控图案可增加其容积和吸收性，以及其柔软性和可压缩性。

本公开的另一个实施例可以包括加热外科用网状物并将微结构图案压印到外科用网状物的纤维中。通过热心轴加热网状物纤维是不令人满意的，因为如果心轴太热或施加的时间比所需的时间长，则可能降低网状物的拉伸强度。在极端情况下，太热的铁器可能熔化或以其他方式破坏网状物，使其不能用于植入或一般使用。

因此，本公开的一个目的是提供一种改进的方法和设备，用于在材料上连续地压印图案，该方法和设备没有上面提及的缺陷和缺点。在一些实施例中，公开了一种改进的方法和设备，其中用于软化材料的热量和施加热量的时间段可以被充分地控制，并且防止了材料的变质。

根据本公开的一些实施例，传送系统或类似系统(其可以在圆柱形压印辊和压力辊或气体压力之间供给基底)可以进一步包括一对或多对电极，其连接到高频电源。由于介电损耗，基底或基底的一部分可以被均匀地加热，而不仅仅是将表面加热到将微结构压印到聚合物层上所需的温度。施加轻微的压力完成从模具到织物的微结构转移过程。

该方法和设备使操作者能够维持远优于由现有技术已知方法(即对流加热、辐射加热和/或接触加热)可获得的任何控制程度。

现在参考图4，基底材料402沿着传送系统或类似的运输/制造系统在一对旋转的圆形电极404、406之间进给。在一些实施例中，该对旋转的圆形电极404、406可以由RF源408供电。电极可以由弹簧410机械地偏置，弹簧410使电极朝向彼此偏置，由此当基底在它们之间通过时压力施加在基底上。

电极可以位于基底进入传送系统的位置附近，或者可以尽可能地靠近制造过程开始的位置。在一些实施例中，将存在两对电极，每对电极适于接收所传送的基底片材的一侧。

在如图4中所示的一个实施例中，该对电极404中的一个可以由通过减速齿轮、万向接头和/或绝缘联接器连接的马达412旋转。在一些实施例中，该对电极中的第二电极406也可以通过绝缘联接器、万向接头和/或换向齿轮(其通过齿轮箱连接到马达412)连接。

将理解的是，具有两个电极的实施例必须以相反的方向旋转。在一些实施例中，电极系统还可以包括隔热带414、416。带414、416可以用作用于供给待处理材料的驱动装置。然而，在某些实施例中，电极可以是静止的或自由旋转的，并且其他马达驱动单元可以相对于电场驱动基底。

如图4中进一步所示，每对电极可包括一对相关联的带414、416。在一些实施例中，这些带可由特氟隆或其它绝热材料制成。它们可保持在惰辊上。带414、416可插置在基底402电极404、406的每个表面之间。带可使电极绝缘，使得电极温度不会在基底被加热时过度升高。在一些实施例中，如果省略带，则由于电极与加热的基底接触，电极将逐渐变得过度加热。

当电极的温度升高得太高时，基底可能变得发粘，并且在没有带的情况下可能粘附到电极上。正是这种表面热传递可能产生发生对聚合物材料的损坏并且其拉伸强度降低的基底的层。

为了使通过带施加的功率不应加热带，它们可以优选地由具有非常低介电损耗的材料制成。选择用于缓冲层的材料可以是诸如PTFE、聚丙烯、硅树脂和/或聚酰胺的电介质。这些材料都具有低介电损耗，这防止它们在RF场中加热，这些电介质也倾向于具有高击穿电压极限。

与具有与均匀加热的基底接触的带可以通过这种接触来加热。如果带被制造得相对较长并且暴露，则带可以快速开始辐射这种热量，使得热量不受限。如果由于空间限制而需要较短的带，则可以通过在带上引导空气流或其它冷却剂来增加它们的辐射。

应该理解的是，带可以包括可以压印在加热的目标材料上的任何期望的微结构图案。由于均匀加热，微结构图案在没有表面效应的情况下被如实地转印。

在一些实施例中，电极可以连接到振荡器或其他高频电能源。已经发现从200至300兆赫的频率对于该应用是实用的，但是操作不限于这些频率。然而，如果采用这样的频率，则可以将施加到电极的电压保持在方便的极限内，使得消除电压击穿的可能性。

来自振荡器的高频电能可以在电极之间建立电场。由于材料的介电损耗，在电极之间通过的基底变得均匀且快速地被加热。

以下是可用于实施本文给出的公开内容的材料和图案的示例，但并不意味着限制。

示例1.微结构化表面

参考图5，公开了微结构化表面500，其可包括基底502。基底502可包括第一正弦微结构504、设置在正弦微结构上的第二柱微结构506、以及设置在第二柱微结构上的第三凹槽微结构508。三种不同微结构中的每一种分层排列。适于每个微结构的直径、节距和高度可以定义如下。第一正弦微结构尺寸为第二柱微结构尺寸的1.1倍至10倍，第二柱微结构尺寸可为第三凹槽微结构尺寸的1.1倍至10倍。第二柱微结构可具有任何椭圆形或多边形横截面。

示例2.涂覆微结构预聚物的网状物。

在某些实施例中，可在交联成固定形状或可溶胀的聚合物中形成微结构。当微结构溶胀时，溶胀的微结构可具有主动接合目标表面(诸如组织)的附加优点。

泊洛沙姆和聚乳酸基水凝胶

将普兰尼克(Pluronic)31R1(分子量3250)(BASF，Mt.Olive，NJ)在球形烧瓶中在85℃下真空干燥达12小时。得到的最终水含量低于300ppm。将1当量的普兰尼克31R1加入到1/5当量(1)-丙交酯和0.18克催化剂(2-乙基己酸亚锡)(0.43％)中。反应在密封烧瓶中在干燥氮气饱和条件下在145℃下进行2.5小时。

向上述合成物中加入2当量的甲苯二异氰酸酯，并在60℃下反应达8小时。向该产物中加入1/2当量的生物功能分子，例如乳香提取物，并在75℃下反应达8小时。

通过加入适量的水形成所需粘度的水凝胶。例如，对于高粘度凝胶，可以加入1g水。对于低粘度凝胶，可以加入100g水。

涂覆有上述预聚物的网状物可以在高湿度室中或轻轻喷洒以水从而固化。

示例3.聚乙二醇和聚乳酸基水凝胶。

将聚乙二醇(“PEG”)(分子量3000)在85℃下真空干燥过夜。此后，将PEG冷却至室温并用干燥氮气封端产物。将1当量的PEG加入到1/5当量的(1)-丙交酯和0.18克催化剂(2-乙基己酸亚锡)中。将PEG和丙交酯的混合物置于140℃的流动氮气下的油浴中并混合达3小时。

向上述合成中加入2当量的甲苯二异氰酸酯，并在60℃下反应达8小时。向该产物中加入1/2当量的生物功能分子，例如乳香提取物，并在75℃下反应达8小时。

通过加入适量的水形成所需粘度的水凝胶。例如，对于高粘度的凝胶，可以加入1g水。对于低粘度的凝胶，可以加入100g水。

示例4

基于泊洛沙姆和聚乳酸的愈合水凝胶

在配备有搅拌棒的反应器中，在氮气下提供2摩尔二异氰酸酯。可将反应器加热至60℃，并缓慢加入1摩尔泊洛沙姆二醇。泊洛沙姆应以足够慢的速率加入，使得体积温度不超过65℃。如果泊洛沙姆在60℃下为固体，则可以使用溶剂。当所有的泊洛沙姆已经加入到反应体积中时，混合物应该反应直到异氰酸酯含量对应于每个泊洛沙姆分子两个可用的NCO基团。缓慢加入泊洛沙姆确保每个泊洛沙姆分子被两个二异氰酸酯分子封端，因为大部分反应是在过量的二异氰酸酯中进行的，并且泊洛沙姆的扩链是不太可能的。如果防止扩链是重要的，则可以采用大量过量的二异氰酸酯，并且过量的二异氰酸酯在反应终止时蒸发。

一旦如上所述制备了泊洛沙姆二异氰酸酯，就可以在氮气下将1摩尔加入到反应器中，加热至85℃，并缓慢加入2摩尔二丙交酯(A)或更通常的酯，并如前所述防止过度放热。

向该产物中加入1/2当量的生物功能分子，例如乳香提取物，并在75℃下反应达8小时。

通过加入适量的水形成所需粘度的水凝胶，例如，对于高粘度凝胶，加入1g水。对于低粘度凝胶，加入100g水。

因此，尽管已经描述了本发明的新的和有用的微结构化软组织移植物的特定实施例，但是这些参考并不旨在被解释为对本发明范围的限制，除非在所附权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种可植入装置，其用于修复软组织，包括：

第一基底，其包括网状物；

第二基底，其具有微结构化表面；以及

纤维层，其设置在所述第一基底和所述第二基底之间，其中所述纤维层包含多根随机取向的纤维。

2.根据权利要求1所述的可植入装置，其特征在于，所述微结构化表面包括多个第一级微特征和多个第二级微特征，其中所述多个第二级微特征的至少一部分分层设置在所述第一级微特征的至少一部分上。

3.根据权利要求2所述的可植入装置，其特征在于，所述多个第一级微特征具有10至1000微米的高度、10至1000微米的直径、以及25至10000微米的相邻微特征的中心至中心间距。

4.根据权利要求2所述的可植入装置，其特征在于，所述多个第二级微特征具有5至200微米的高度、5至200微米的直径、以及10至1000微米的相邻微特征的中心至中心间距。

5.根据权利要求3所述的可植入装置，其特征在于，所述多个第一级微特征包括正弦波形。

6.根据权利要求2所述的可植入装置，其特征在于，所述微结构化表面还包括多个第三级微特征，其中所述多个第三级微特征的至少一部分分层设置在所述第二级微特征的至少一部分上。

7.根据权利要求6所述的可植入装置，其特征在于，所述多个第三级微特征包括1至5微米的高度、5至200微米的直径、以及10至1000微米的中心到中心间距。

8.根据权利要求1所述的可植入装置，其特征在于，所述第二基底是生物能够吸收的，并且所述第一基底是不能够吸收的。

9.根据权利要求8的可植入装置，其特征在于，所述第一基底的网状物包含聚丙烯。

10.根据权利要求1所述的可植入装置，其特征在于，第一粘结材料设置在所述纤维层和所述第一基底之间，第二粘结材料设置在所述纤维层和所述第二基底之间，所述第一粘结材料和所述第二粘结材料经由所述纤维层将所述第一基底和所述第二基底粘结在一起。

11.一种可植入装置，其用于修复软组织，包括：

包含多根纤维的纤维层，其中所述纤维层包括第一侧和相对的第二侧，所述第一侧具有涂覆在其上的聚合物，所述第一聚合物渗透所述纤维层10至60微米，并且所述第一聚合物还包含微结构图案，所述微结构图案能够产生Wenzel-Cassie粘附力以将所述可植入装置固定到目标表面。

12.根据权利要求11所述的可植入装置，其特征在于，粘结材料围绕所述纤维层的相对的第二侧设置，所述粘结材料接触网状基底并将所述网状基底粘附到所述纤维层。

13.根据权利要求12所述的可植入装置，其特征在于，所述粘结材料渗透所述纤维层10至60微米。

14.根据权利要求13所述的可植入装置，其特征在于，所述第一聚合物和所述粘结材料在所述纤维层内彼此不接触。

15.根据权利要求11所述的可植入装置，其特征在于，所述微结构图案包括多个第一级微特征和多个第二级微特征，其中所述多个第二级微特征的至少一部分分层设置在所述第一级微特征的至少一部分上。

16.根据权利要求15所述的可植入装置，其特征在于，所述多个第一级微特征具有10至1000微米的高度、10至1000微米的直径、以及25至10000微米的相邻微特征的中心至中心间距。

17.根据权利要求15所述的可植入装置，其特征在于，所述多个第二级微特征具有5至200微米的高度、5至200微米的直径、以及10至1000微米的相邻微特征的中心至中心间距。

18.根据权利要求11所述的可植入装置，其特征在于，所述纤维层包含通过静电纺丝沉积的多根随机取向的较短纤维。

19.根据权利要求11所述的可植入装置，其特征在于，所述纤维层包含多根随机取向的较短纤维和多根较长纤维，其中所述较长纤维为所述多根较短纤维的长度的至少2.0倍，并且其中所述较长纤维构成所述纤维层的总密度的至少50％或更多。

20.根据权利要求12所述的可植入装置，其特征在于，所述聚合物是生物能够吸收的，并且所述网状基底是不能够吸收的。

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