DE10061936A1

DE10061936A1 - Gegenstand aus ePTFE und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE10061936A1
Application number: DE10061936A
Authority: DE
Inventors: Valentin Kramer; Bruce G Ruefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2002-07-04
Also published as: JP2002200102A; US20020076542A1; EP1214951A1; ES2225389T3; US20070152367A1; EP1214951B1; DE60105532D1; DE60105532T2

Abstract

Expandierte PTFE (ePTFE) Materialien zeigen eine neuartige Struktur aus Fasern und Knoten mit Porengrößenverteilungen, die zwei oder mehr unterschiedliche Porengrößen aufweisen. Die Poren der Porengrößenverteilung mit kleineren Poren sind verteilt in den größeren Poren, so daß sich eine mosaikartige Porenstruktur ergibt, die eine vorteilhafte Oberfläche hinsichtlich des Blutkontaktes ergibt und besonders geeignet ist als Aderprothese.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft allgemein Gegenstände, die aus expan dierten Polytetrafluoroethylen (ePTFE-expanded polytetrafluo roethylene)-Materialien hergestellt sind, insbesondere betrifft die Erfindung einen zusammengesetzten Gegenstand, der aus mehreren Polytetrafluoroethylen-Komponenten mit unterschiedli chen Expansionseigenschaften besteht, wobei unterschiedliche ePTFE-Strukturen vorliegen.

Im Stand der Technik sind viele ähnlich gestaltete ePTFE- Röhrchen bekannt, die als Ader-Prothesen ("graft") dienen. Diese bekannten Konstruktionen reichen von relativ einfachen, uniaxial expandierten ePTFE-Prothesen, die mit unterschiedli chen Durchgangsdurchmessern und Längen hergestellt werden (W. L. Gore & Associates, Flagstaff, Arizona, U.S.A.), bis hin zu komplexeren Konstruktionen aus uniaxial expandiertem ePTFE, die durch Ring-Komplexe aus fluoriniertem Ethylen-Propylen ("FEP") oder ePTFE Film hergestellt sind (W. L. Gore & Associates, Flagstaff, Arizona, U.S.A.). Darüber hinaus finden sich in der Literatur doppelwandige ePTFE-Prothesen, die als "Rohr im Rohr" aufgebaut sind (US-Patent 5,935,667). Die meisten dieser Pro thesen sind so gestaltet, daß sie eine gleichförmige Struktur von Fasern und Knoten haben mit Poren von etwa 30 Mikron. Diese Porengrößen werden allgemein als vorteilhaft hinsichtlich des Blutkontaktes und der Blutungssteuerung angesehen; sie machen die Prothese auch hinreichend fest.

Zwar werden die bekannten ePTFE-Aderprothesen für die vorgese henen Zwecke als hinreichend funktionstüchtig beschrieben, jedoch sind beträchtliche Verbesserungen hinsichtlich ihres Aufbaues erforderlich, um durchaus auch bekannte Unzulänglich keiten der bekannten Konstruktionen zu überwinden, wobei diese Unzulänglichkeiten insbesondere den erforderlichen Blutkontakt, die mechanische Stärke und die Verteilung der Porengrößen betreffen. Die vorliegende Erfindung betrifft diese Problema tik.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die bevorzugte Variante der Erfindung besteht aus einem ePTFE- Röhrchen, das zwei oder mehr PTFE (Polytetrafluoroethylen) Kunstharze aufweist, die gemischt, gestreckt und gesintert bzw. geformt sind in eine neuartige Matrix aus Fasern und Knoten. Das Röhrchen ist so aufgebaut, daß es Poren innerhalb der Matrix aus Fasern und Knoten hat, die zwei oder mehr voneinan der verschiedene Poren-Größenverteilungen aufweisen. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Produkt mit einer äußeren Umwickelung aus fluoriniertem Etylenpropylen (FEP) verstärkt sein, wobei die Verstärkung als wendelförmige Struktur, insbe sondere als doppel-wendelförmige Struktur ausgebildet sein kann. Besondere Vorteile der bevorzugten Ausführungsbeispiele ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zumindest zwei voneinander verschiedene Grup pen von Poren im ePTFE(expandiertes Polytetrafluoroethylen) bereitgestellt. Eine erste Gruppe besteht aus Poren mit Größen im Bereich von 2 Mikron bis 15 Mikron, wobei diese Gruppe diesen Bereich bevorzugterweise abdeckt; besonders bevorzugt liegt dieser Bereich bei 3 Mikron bis 8 Mikron und ganz beson ders bevorzugt liegt der Bereich bei 4 Mikron bis 6 Mikron, insbesondere bei etwa 5 Mikron. Eine zweite Gruppe besteht aus Poren mit Größen, die im Bereich von - besonders bevorzugt den Bereich abdeckend - etwa 20 Mikron bis 50 Mikron, bevorzugt 25 bis 40 Mikron, besonders bevorzugt 25 bis 35 Mikron, insbeson dere 30 Mikron, liegen.

Die vorstehend erwähnten zumindest zwei unterschiedlichen Gruppen von Poren sind vorzugsweise statistisch (zufällig) im Material des ePTFE-Röhrchens verteilt. Die kleineren Poren finden sich in und zwischen den größeren Poren, entsprechend einer statistischen (zufälligen) Verteilung der Poren.

Bezüglich der Anzahl der Poren kleinerer Größe im Verhältnis zu der Anzahl der Poren größerer Größe, offenbart die Erfindung hinsichtlich des zuvor erwähnten bevorzugten Ausführungsbei spieles mit zumindest zwei unterschiedlichen Gruppen von Poren auch ein Verhältnis der Anzahl der Poren pro Volumeneinheit von expandiertem PTFE der ersten Gruppe und der Anzahl von Poren pro Volumeneinheit von expandiertem PTFE der zweiten Gruppe, wobei das genannte Verhältnis ausgewählt ist im Bereich von 0,2 bis 5, vorzugsweise 0,4 bis 3, besonders bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 2, ganz besonders bevorzugt kann das Verhältnis einen Wert 1 ± 0,2 haben.

Das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zumindest zwei unterschiedlichen Gruppen, besonders bevorzugt zwei unterschiedlichen Gruppen, hat sich als besonders geeignet zur Lösung der oben genannten Probleme erwiesen.

Die Erfindung beinhaltet auch ein zweites Ausführungsbeispiel von ePTFE-Röhrchen, die besonders als Ader-Ersatz geeignet sind. Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist dadurch gekenn zeichnet, daß alle Poren Größen haben, die im Bereich von 2 Mikron bis 50 Mikron, besonders bevorzugt im Bereich von 4 Mikron bis 40 Mikron, noch mehr bevorzugt im Bereich von 5 Mikron bis 30 Mikron verteilt sind. Diese Verteilung kann homogen im angegebenen Bereich sein oder sie kann auch einer statistischen Verteilung folgen, wie z. B. einer Gausskurve.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in unter schiedlichen Formen und Größen ausgestaltet sein.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine zwei-dimensionale Darstellung eines ePTFE-Röhrchens mit einer äußeren Verstärkungsummantelung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ist eine zwei-dimensionale Darstellung einer neuen bi-porösen Mosaikstruktur gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ist ein Elektronenstrahl-Abtastbild (SEM), 500- fach, der bi-porösen Mosaikstruktur des ePTFE; und

Fig. 4 ist ein Elektronenstrahl-Abtastbild (SEM), 100- fach, der bi-porösen Mosaikstruktur des ePTFE.

BESCHREIBUNG DER Fig. IM EINZELNEN

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht eines bevorzugten Ausführungs beispieles eine ePTFE-Röhrchens 1 mit einer Bandumwickelung 2 aus FEP, die das Röhrchen festigt.

Fig. 2 zeigt eine Nah-Darstellung des bevorzugten Ausführungs beispieles mit zwei wohl unterschiedenen Gruppen von Poren unterschiedlicher Größenverteilungen. Die größeren Poren 3 ergeben sich als eine Verteilung innerhalb der Struktur und werden gebildet durch die relativ langen Fasern 4 (Fiber), die zwischen den relativ großen Knoten 5 des festen PTFE verlaufen. Die kleineren Poren 6 ergeben sich als eine Verteilung inner halb der größeren Poren 3 und werden gebildet durch relativ kurze Fasern 7, die zwischen relativ kleineren Knoten 8 aus festem PTFE und anderen kleineren Knoten dieser Art oder, wie in Fig. 2 gezeigt ist, den relativ größeren festen Knoten 5, verlaufen. Die Porengruppe mit kleineren Porengrößen findet sich innerhalb der Gruppe mit größeren Porengrößen, und zwar gemäß einer statistischen (zufälligen) Verteilung, so daß sich eine bi-poröse Mosaik-Gesamtstruktur ergibt. Gemäß Fig. 2 zeigt ein Querschnitt durch das Material erste Flächen entspre chend der Porengruppe mit kleinerer Größe und zweite Flächen, die von den Flächen der kleineren Poren getrennt sind, wobei die zweiten Flächen größer sind, entsprechend der Porengruppe mit größeren Abmessungen. Das Verhältnis der ersten und zweiten Flächen (gemessen in µm²) wird vorzugsweise im Bereich von 1 : 5 bis 1 : 1 gewählt.

Fig. 3 ist eine mit einem Elektronenstrahl erzielte Mikrodar stellung (SEM) der Struktur gemäß einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel in 500-facher Vergrößerung. Das SEM-Bild zeigt zwei unterschiedliche Porengrößenverteilungen, die eine mo saikartige Porenstruktur mit beträchtlichen Vorteilen bilden.

Fig. 4 zeigt eine mit einem abtastenden Elektronenstrahl erzeugte Mikrodarstellung (SEM) der Struktur in 100-facher Vergrößerung. Das SEM-Bild zeigt deutlicher die zwei wohl unterschiedenen Porengrößenverteilungen, die die mosaikartige Struktur bilden.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird wie folgt hergestellt:
Zwei PTFE-Harze werden gemäß den folgenden Maßgaben ausgewählt: (1) Ein Harz, das so expandiert, daß sich eine Verteilung von Poren mit relativ geringen Größen im Bereich von etwa 5 Mikron ergibt. (2) Ein Harz, das so expandiert, daß sich eine Poren größenverteilung mit relativ großen Poren im Bereich von etwa 30 Mikron ergibt. Die Harze werden homogen im Verhältnis etwa 1 : 1 gemischt und dann mit einem Gleitmittel versetzt. Die sich ergebende Paste wird unter mittlerem Druck in einem Pelletizer (Granulator) unter mittlerem Druck in Puppen (Barren) geformt. Die Puppen werden in Rohrform extrudiert. Das sich ergebende, extrudierte PTFE-Röhrchen wird dann unter Wärmeeinwirkung expandiert, so daß sich die ePTFE-Struktur ergibt. Das so erzeugte ePTFE-Röhrchen wird mit einem äußeren FEP-Band, das in der Art einer Doppel-Helix umläuft, verstärkt. Das verstärkte Röhrchen wird hitzebehandelt, um das FEP-Bändchen mit dem Umfang des ePTFE-Röhrchens zu verschmelzen.

Beim zuvor allgemein beschriebenen bevorzugten Ausführungsbei spiel kann das Verhältnis von 1 : 1 der beiden Kunstharze in bestimmten Bereichen variiert werden, vorzugsweise kann das Gewichtsverhältnis im Bereich von 0,5 : 1 bis 2 : 1, besonders bevorzugt im Bereich von 0,75 : 1 bis 1,25 : 1 variiert werden. Auch können die Harze so gewählt werden, daß sie andere Poren größen erzeugen, wobei die besonders bevorzugten und günstigen Bereiche oben angegeben sind.

Die so erhaltenen ePTFE-Röhrchen haben die folgenden Eigen schaften: Die Innenwand und Oberfläche des ePTFE-Röhrchens zeigt eine mosaikartige bi-poröse Struktur aus Fasern und Knoten. Diese bi-poröse, mosaikartige Struktur des ePTFE- Röhrchens zeigt zwei getrennte und wohl unterschiedene Poren größenverteilungen, die statistisch im Material verteilt und ineinander geschachtelt sind.

BEISPIEL I

Zwei Polytetrafluoroethylen (PTFE)-Kunstharze werden entspre chend ihren Ausdehnungseigenschaften wie folgt gewählt: (1) Ein Kunstharz mit hohem Molekulargewicht (etwa 3 Millionen Dalton) wird für die Erzeugung einer Porengruppe mit Porengrößen im Bereich von 5 Mikron ausgewählt. (2) ein Kunstharz mit relativ niedrigem Molekulargewicht (etwa 1 Million Dalton) wird ausge wählt für die Erzeugung der Porengruppe mit relativ großen Poren im Bereich von etwa 30 Mikron. Die Kunstharze werden abgewogen, um ein Gewichtsverhältnis von etwa 50/50 zu erhalten und sie werden gleichzeitig mit einem Gleitmittel versehen sowie wirksam durchmischt, bis sie mit dem Gleitmittel be schichtet sind. Die sich so ergebene Kunstharzpaste wird dann in dem Fachmann bekannter Weise in Püppchen-Form gebracht, mit einer derartientsprechenden Püppchen herstellenden Vorrichtung, die als Pelletizer bezeichnet wird. Die Püppchen-Masse wird dann auf etwa 35°C erwärmt und in eine Strangpresse eingegeben. Das Drücken der PTFE-Masse durch die Form mit hohem Druck bildet ein PTFE-Rohr. Das Rohr bzw. Röhrchen wird dann etwa beim Schmelzpunkt des PTFE von etwa 350°C in linearer Weise expandiert. Das so erzeugte, expandierte PTFE-Röhrchen (ePTFE) wird dann auf unterschiedliche Längen geschnitten. Die Röhrchen werden mit einer wendelförmigen Umwicklung aus FEP verstärkt, wobei ein paßgenaues Edelstahlröhrchen in das ePTFE-Röhrchen eingeschoben wird und sodann das FEP-Band um das ePTFE-Röhrchen gewickelt wird. Die FEP-Umwickelung wird am darunterliegenden ePTFE-Röhrchen durch Erhitzung befestigt, und zwar durch Erwär mung der gesamten Anordnung in einem Ofen bis nahe an den Schmelzpunkt des FEP.

Das so gewonnene ePTFE-Röhrchen wurde untersucht und zeigt die folgenden hervorragenden Eigenschaften: (1) Die sich ergebende Struktur aus Fasern und Knoten enthält zwei getrennte Vertei lungen von Porengrößen, wobei die eine in die andere geschach telt ist; und (2) das Röhrchen ist hochgradig flexibel und biegbar mit sehr guten Anti-Knickeigenschaften; auch bei Bie gung um 180° knickt es nicht.

Claims

1. Produkt aus expandiertem PTFE mit einer Faser- und Knoten struktur, die zwei oder mehr unterschiedliche Porengrößen verteilungen aufweist, wobei die eine Verteilung in der anderen verschachtelt ist und die eine Porengrößenvertei lung kleinere Porengrößen aufweist als die andere Poren größenverteilung und die Poren der kleineren Porengrößen verteilung in den Poren der anderen Porengrößenverteilung verteilt sind.

2. Produkt gemäß Anspruch 1, in Rohrform.

3. Produkt gemäß Anspruch 2, in verstärkter Rohrform.

4. Produkt gemäß Anspruch 1, in Platten- oder Blattform.

5. Produkt gemäß Anspruch 4, bei dem die Platte bzw. das Blatt verstärkt ist.

6. Produkt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Ader- Prothese.

7. Verfahren zum Erzeugen eines Produktes aus expandiertem PTFE, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Auswählen eines ersten Harzes, das so expandiert, daß sich eine Porengrößenverteilung mit relativ kleinen Poren ergibt,
- Auswählen eines zweiten Harzes, das so expandiert, daß sich eine Porengrößenverteilung mit relativ größeren Poren ergibt,
- Mischen der ersten und zweiten Harze und gegebenen falls weiterer Harze in homogener Weise und Einmischen ei nes Gleitmittels,
- Formen der so erhaltenen Mischung in Barren,
- Extrudieren der Barren in Rohr- oder Plattenform, und
- Expandieren des extrudierten PTFE-Röhrchens oder Blattes und Erwärmen desselben.