DE102006007231A1

DE102006007231A1 - Verfahren zur Umhüllung eines Stents

Info

Publication number: DE102006007231A1
Application number: DE102006007231A
Authority: DE
Inventors: Michael Koch; Eckhard Dr. Quandt; Holger Dr. Rumpf; Christiane Dr. Zamponi
Original assignee: Stiftung Caesar Center of Advanced European Studies and Research
Current assignee: Acandis GmbH and Co KG
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: DE102006007231B4; ATE514439T1; WO2007093423A2; EP1984033B1; US20100049310A1; WO2007093423A3; EP1984033A2; ES2368866T3

Abstract

Verfahren zur Aufbringung einer umhüllenden Abdeckschicht 7 auf einem röhrchenförmigen endoluminalen Implantat 1, insbesondere auf einer Gefäßstütze (Stent), wobei die Oberfläche des Implantats 1 von einer Vielzahl von Ausnehmungen 3 durchbrochen ist, wobei die Abdeckschicht 7 durch Abscheidung von Material auf der Oberfläche des Implantats 1 erzeugt wird, wobei in einem ersten Schritt das Implantat 1 auf eine zylindrische Halterung 4 aufgeschoben wird, wobei in einem zweiten Schritt ein Opfermaterial 5, insbesondere Kupfer, auf der Oberfläche des Implantats 1 abgeschieden wird, bis das abgeschiedene Opfermaterial 5 die Ausnehmungen 3 zumindest nahezu ausfüllt, wobei in einem dritten Schritt die Abdeckschicht 7 auf der Oberfläche des mit Opfermaterial 5 versehenen Implantats 1 abgeschieden wird und wobei in einem vierten Schritt die zylindrische Halterung 4 und das in den Ausnehmungen 3 befindliche Opfermaterial 5 entfernt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung einer bevorzugt metallischen Abdeckschicht auf einem röhrchenförmigen endoluminalen Implantat, insbesondere einer Gefäßstütze (Stent), wobei die Oberfläche des Implantats von einer Vielzahl von Ausnehmungen durchbrochen ist, wobei die Abdeckschicht durch Abscheidung von Material auf der Oberfläche des Implantats erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ebenso das nach diesem Verfahren umhüllte Implantat.

Stents, die kleinen röhrchenförmigen Gittergerüsten gleichen, werden bei der therapeutischen Erweiterung von Gefäßen, beispielsweise der Herzkranzgefäße, oder zur Vorbeugung von erneut auftretenden Verengungen in die Gefäße implantiert und stabilisieren dort die Gefäßwände. Die gitterartige Struktur der Stents ist notwendig, damit diese in einem zusammengefalteten Zustand in das Gefäß eingeführt werden können, bevor sie entfaltet und damit von Innen an die Wand eines Gefäßes angelegt werden können. Zu unterscheiden sind einerseits selbst entfaltende Stents, die sich federartig entspannen und dabei entfalten, nachdem vor Ort eine umgebende Plastikhülle abgezogen wurde. Im Gegensatz dazu werden andere Stents durch ein Ballon-Katheder platziert und aufgeweitet.

Problematisch an den bislang bekannten Stents ist, dass ihre gitterartige Struktur zu einer Reizung des Gewebes und daher gewissermaßen zu einer Verletzung der Gefäßinnenwand führen kann. Bei der Heilung dieser endogenen Entzündung entsteht Gewebe, das die Ausnehmungen der Oberfläche durchdringt und in das Lumen hineinwächst. In etwa 20% der Fälle wird das Gefäß durch diesen Prozess der Restenose wieder so weit verengt, dass ein erneuter Eingriff notwendig ist.

Es sind auch sogenannte „covered" Stents bekannt, die mit einem Netz aus PTFE umgeben sind, wobei die Umhüllung zur Verminderung der Restenose beitragen soll. Ein weiterer vorteilhafter Effekt der Umhüllung ist, dass das in den Gefäßen befindliche thrombotische Material durch die weiter geschlossene Oberfläche des Stents an die Innenwandung des Gefäßes gedrückt und dort festgehalten wird. Bei der Implantation des Stents kann somit die Einbringung des thrombotischen Materials in den Blutfluss weitgehend vermieden werden, so dass die Gefahr der Verbreitung dieses Materials im Kreislauf mit den einhergehenden Gefahren gemindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren zur Umhüllung eines solchen Implantats zu schaffen, das sich einfach umsetzen lässt und für die Anfertigung solcher Implantate im großen Stil taugt. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung einen solcherart umhüllten Stent insofern zu verbessern, als er bei kostengünstiger Herstellung und einfacher Handhabung zur Vermeidung von Restenose beiträgt und thrombotisches Material mit großer Effizienz fixiert.

Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch das Implantat nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.

Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Ausnehmungen in der Oberfläche des Implantats mit einem Opfermaterial aufzufüllen und damit eine vorübergehend ebene Oberfläche zu schaffen. Auf dieser kann nachfolgend Abdeckmaterial abgeschieden werden, das eine filmartige Umhüllung ausbildet. Anschließend wird das Opfermaterial zumindest aus den Ausnehmungen, am besten von innen, wieder entfernt, so dass die Funktionalität des Implantats wieder hergestellt ist. Zurück bleibt der umhüllende Film, der auf der vom Gitter gebildeten Oberfläche ausreichenden Halt hat. Dabei ist für eine ausreichende Flexibilität des Filmes zu sorgen, da er die Ausdehnung des Implantats im Gefäß entsprechend mitmachen muss. Ein solche Flexibilität wird insbesondere durch eine netzartige Struktur erreicht, wobei die Dimension der Maschen um eine Größenordnung kleiner sein sollte, als die der Ausnehmungen. Im Übrigen wird nachfolgend der Begriff „Stent" synonym für derart röhrchenförmige Implantate gewählt.

Die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zunächst das Aufschieben eines vorhandenen Stents auf eine zylindrische Halterung. So fixiert, wird in einem weiteren Schritt ein später wieder zu entfernendes Opfermaterial, insbesondere Kupfer, über dem Gitter des Stents abgeschieden. Dieses Abscheiden erfolgt so lange, bis das Opfermaterial die Ausnehmungen zumindest nahezu ausfüllt und die Gitterstruktur geschlossen ist. Wie zu beschreiben ist, kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche insofern nachzubearbeiten, als das Opfermaterial von Außen zumindest teilweise abgenommen wird, bevor in einem weiteren Schritt die Abdeckschicht auf der so geschaffenen Oberfläche des Stents abgeschieden wird. Je nach dem, wie stark die Verbindung zwischen dem Gitter des Stents und der Abdeckschicht sein soll, wird bei der Nachbearbeitung mehr oder weniger Opfermaterial von Außen abgenommen. So kann es vorteilhaft sein, durch die Nachbearbeitung die Gitterstruktur des Stent so weit freizulegen, dass die Abdeckschicht sich damit verbinden kann. Falls hingegen zwischen dem Gitter und der Abdeckschicht eine Schicht Opfermaterial verbleibt, wird die von der Abdeckschicht auf dem Stent gebildete Umhüllung wegen der nachher fehlenden Verbindung verschieblich. Letztendlich wird das Opfermaterial, das sich zwischen Abdeckschicht und Stent und vor allem in den Ausnehmungen befindet, entfernt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und des daraus entstandenen Stents ist, dass das Einwachsen von Gewebe in das Gefäß, also die Bildung einer Restenose, zumindest drastisch reduziert, wenn nicht sogar völlig vermieden werden kann. Das Verfahren lässt sich auf alle bekannten Arten von Stents anwenden. Insofern lassen sich alle kommerziell erhältlichen Stents mit diesem Verfahren verbessern.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die umhüllende Abdeckschicht als Film aus Metall, insbesondere aus einer Nickel-Titan-Legierung (NiTi), beispielsweise Nitinol, hergestellt wird. Dabei hat Metall den Vorteil, dass es durch Aufdampfen oder durch Aufsputtern in einstellbarer Stärke und mit hoher Oberflächengüte aufbringbar ist. Zudem kann eine chemisch und biologisch inerte Legierung, wie z.B. das genannte Nitinol, gewählt werden, die die Funktion des Organismus nicht beeinträchtigt. Als weiterer wesentlicher Vorteil der umhüllenden Metallfolie ist deren Stabilität zu nennen, durch die eine besonders ebene Oberfläche über der gitterartigen Struktur erreicht wird. Mit der stabilen und ebenen Oberfläche des Stents kann eine gute Fixierung eventuell vorhandenen thrombotischen Materials an der Innenwand des Gefäßes gewährleistet werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die gitterartige Struktur des Stent mit einem Metall als Opfermaterial, insbesondere mit Kupfer, vermittels eins galvanischen Verfahrens aufgefüllt. Dabei wird der insbesondere aus Nitinol gefertigte Stent auf ein Rohr aus entsprechendem Metall, also insbesondere aus Kupfer, aufgespannt und in einem Bad galvanisch mit dem Metall überzogen. Der Prozess wird gestoppt, wenn die elektrochemisch abgeschiedene Schicht die Gitterstruktur weitgehend, insbesondere komplett, überdeckt. Die so entstandene Oberfläche wird vorteilhafterweise im Anschluss mit einem weichen Schleifpapier auf einer Drehbank zur Entfernung des überschüssigen Metalls nachbearbeitet. Im Anschluss daran wird das so „verstopfte" Gitter des Stents, in dessen Öffnungen das Kupfer abgeschieden ist, wie ein gewöhnliches Rohr mit Metall, insbesondere mit superelastischem NiTi, besputtert, bevor der Kupferkern durch eine selektive Säurebehandlung entfernt wird.

Als Opfermaterial kann auch Au, Cr, FeCo oder Ähnliches gewählt werden, das auf einem Substrat-Röhrchen aus einem Opfermaterial, vorzugsweise auf Cu, aber auch auf Au, Cr oder FeCo aufgebracht wird. Zu beachten ist, dass sich Substrat und galvanisch abgeschiedene Schicht selektiv gegen den Stent aus NiTi ätzen lassen, wobei das Opfersubstrat weicher ist als das Material des Stents sein sollte, damit durch das Abschleifen des Opfersubstrats kein Stent-Material und nur geringe Mengen des NiTi entfernt werden. Dabei besitzt NiTi eine größere Härte als Kupfer.

Die Verwendung von NiTi, insbesondere von Nitinol, zur Herstellung von Stents ist bekannt. Wie dargelegt, ist zur Umhüllung der Stents NiTi ebenso besonders zu bevorzugen. Dabei ist neben der Biokompatibilität das wesentliche Merkmal dieser Legierungen vor allem das Formgedächtnis und die superelastische Eigenschaft. So ist NiTi ein bevorzugter Vertreter der Formgedächtnis-Legierungen. Es ist zu mindestens 8% pseudoelastisch verformbar, korrosionsbeständig und hochfest. Innerhalb eines Temperaturintervalls und oberhalb einer charakteristischen Vorspannung von einigen hundert MPa hat die Spannungs-Dehnungs-Kurve ein Plateau. In diesem Dehnungsbereich tritt eine Phasenumwandlung innerhalb des Materials auf, wobei sich unter einer Belastung der kubisch flächenzentrierte Austenit in monoklinen Martensit umwandelt. Der spannungsinduzierte Martensit kann sich entsprechend der angelegten Spannung entzwillingen und ermöglicht so innerhalb des Plateaus eine Deformation des Materials bei konstanter Gegenkraft. Dabei können über die Phasentransformation im spannungsinduzierten Martensit Dehnungen bis etwa 8% abgefangen werden, ohne dass plastische Verformung eintritt. Bei der Entlastung des Martensits wandelt sich dieser wieder in den Ausgangszustand des Austenits um.

Wegen seiner Biokompatibilität wird NiTi in der Medizintechnik häufig eingesetzt. Dabei sind die superelastischen Eigenschaften des NiTi gerade bei medizinischen Werkzeugen, wie Kathetern insbesondere zur Positionierung von Stents, die während ihres Einsatzes im Körper starken Verformungen ausgesetzt werden, von Vorteil. Gerade Gewebespreizer mit superelastischen Eigenschaften haben den Vorteil, dass sie das Gewebe weniger stark schädigen als Spreizer aus anderen Materialien. Der Formgedächtniseffekt des NiTi lässt sich gerade bei den Stents nutzen. Diese werden bei Zimmertemperatur im martensitischen Zustand verformt.

Ist nun bei Körpertemperatur die austenitische Hochtemperaturphase stabil, wandelt sich das Implantat zu seiner ursprünglichen Form. Somit können sich die zusammengefalteten Stents im Körper selbstständig entfalten. Das gilt natürlich auch für eine Ummantelung aus NiTi, welche dieselben elastischen Eigenschaften zeigt. Insofern bilden solche mit NiTi ummantelten NiTi-Stents ideale Implantate zur Gefäßerweiterung und Gefäßstützung.

Die Herstellung der dünnen Abdeckschicht mit superelastischem Verhalten erfolgt vorteilhafterweise durch eine physikalische Abscheidmethode, vorzugsweise durch Kathodenzerstäuben oder Sputtern. Dabei zeigen derart gesputterte Filme ein superelastisches Verhalten bei Körpertemperatur mit einer Dehnung von mehr als 6.5% bei einer Plateauspannung von 400 MPa.

Wir die Flexibilität nicht durch das Material an sich ermöglicht oder reicht dessen intrinsische Flexibilität der Abdeckschicht nicht aus, ist es vorteilhaft, auch darin Ausnehmungen, die jedoch kleiner als die des Stents sein sollten. Dabei wird die Strukturierung der Abdeckschicht vorteilhafterweise mittels photolithographischer Prozesse vorgenommen. Damit ist es möglich eine Abdeckschicht von feiner netzartiger Struktur mit hoher Elastizität zu erzeugen. Eine besonders bevorzugte Anwendung des Verfahrens ist somit die Optimierung von NiTi-Zylinderstrukturen für endovaskuläre oder neurovaskuläre NiTi-Stents, wobei mit der Abdeckschicht eine Verringerung der Porengröße unter Beibehaltung der superelastischen Eigenschaften der Stützstruktur aus insbesondere lasergeschnittenem NiTi möglich ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 und 2 näher erklärt. Es zeigen:

1 die Verfahrensschritte zur Ummantelung eines NiTi-Stents durch eine NiTi-Schicht unter Einsatz von Mikrogalvanik und Sputter-Abscheidung und

2 eine REM-Aufnahme (Innenansicht) eines NiTi-Stent, der mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens mit einer NiTi-Einhüllenden besputtert ist.

1(a) zeigt schematisch einen Schnitt durch einen NiTi-Stent 1, dessen Wandung 2 von den Ausnehmungen 3 unterbrochen ist. Dieser Stent zeigt bei Körpertemperatur superelastisches Verhalten. Durch Abkühlen des Stents in den martensitischen Zustand, beispielsweise durch Einsatz eines Kältesprays oder in flüssigem Stickstoff, kann der Stent aufgeweitet und auf eine zylindrische Halterung, die hier von einem Kupfer-Rohr 4 gebildet wird, aufgespannt werden. Um einen sicheren Halt zu gewährleisten, ist der Außendurchmesser des Kupfer-Rohres 4 größer als der Innendurchmesser des NiTi-Stents. Anschließendes Erwärmen des Stents auf Raumtemperatur führt zu einem formschlüssigen Kontakt zwischen dem aufgespanntem Stent und dem Substrat (1b).

Im Anschluss daran wird in einem mikrogalvanischem Prozess eine Kupferschicht 5 als Opfermaterial auf das Kupfer-Substrat 4 elektrochemisch abgeschieden. Das Abscheiden wird solange durchgeführt, bis der komplette Stent mit Kupfer bedeckt ist und das Opfermaterial die Ausnehmungen 3 auffüllt (1c). Anschließend wird das den NiTi-Stent 1 überwölbende Kupfer 5 abgetragen. Das kann manuell mit feinem Schmirgelpapier auf einer Drehbank geschehen. Je nach dem wird so viel Kupfer abgetragen, bis die Wandung 2 des NiTi-Stent in der aufgewachsenen Cu-Schicht 5 freigelegt ist und ein Zylinder 6 mit gleichmäßiger Wandstärke entstanden ist (1d).

Nun wird in diesem Fall mit der Sputtertechnik eine dünne NiTi-Abdeckschicht 7 auf dem so entstandenen Zylinder 6, der von dem mit Cu ausgefüllten Stent 1 gebildet wird, abgeschieden (1e). In diesem Fall verbinet sich die NiTi-Abdeckschicht 7 mit der Wandung 2 des Stent. Der Gesamtdurchmesser nimmt dabei zwischen 10 und 100 μm zu, was einer Wandstärke des NiTi zwischen 5 und 50 μm entspricht. Zuletzt wird die zylindrische Halterung 4 und das in den Ausnehmungen 3 befindliche Opfermaterial 5 mittels eines selektiven Ätzmediums, z.B. 40% HNO₃, entfernt so dass nur noch der ummantelte Stent 9 verbleibt. (1f). Das selektive Ätzen geschieht vorteilhafterweise durch den Einsatz einer Säurepumpe, die das Ätzmedium durch den Kupfer-Zylinder 4 pumpt und den Kern auflöst. Typische Ätzzeiten liegen im Bereich von 10–30 Minuten, typische Wandstärken des Kupfer-Röhrchens bei 0,5 mm bei einem Außendurchmesser von 5 mm.

Auf diese Weise lassen sich insbesondere NiTi-Stents mit einem Durchmesser von 4.5 mm und einer Wandstärke von 0.2 mm mit einer NiTi-Ummantelung von 15 μm beschichten. Mit gängigen photolithographischen und nasschemischen Ätzverfahren ist es nun möglich, die aufgewachsene NiTi-Schicht zu strukturieren, beispielsweise unter Einsatz eines Photolacks und einem selektiven Ätzmittel. Zum Entfernen des Opferkerns kann als selektives Ätzmediums HNO₃, Fe₃Cl oder Ammoniumperoxidsulfat-Lösung verwendet werden.

Das Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft einsetzen bei Stents, die einen Durchmesser zwischen 100 μm und 100 mm, insbesondere zwischen 1 und 10 mm, und eine Wandstärke zwischen 100 μm bis 5 mm, insbesondere zwischen 100–500 μm haben. Die Dicke der NiTi Ummantelung ist zwischen 1 und 100 μm, wobei der Bereich zwischen 5–50 μm zu bevorzugen ist.

2 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Wandung eines erfindungsgemäß beschichteten Stents. Zu erkennen sind die Streben 10 der netzartigen Struktur, deren Maschen von Außen mit der NiTi-Ummantelung 11 bedeckt sind. Unten ist ein Massstab eingezeichnet, wobei der Balken eine Länge von 100 μm aufweist. Die Wandstärke, also die Breite der Streben 10 ist etwa in diesem Bereich. Ebenso zu erkennen ist, dass die die von den Streben 10 gebildete Oberfläche bedeckende NiTi-Ummantelung 11 zumindest nahezu geschlossen ist.

Claims

Verfahren zur Aufbringung einer umhüllenden Abdeckschicht (7) auf einem röhrchenförmigen endoluminalen Implantat (1), insbesondere auf einer Gefäßstütze (Stent), wobei die Oberfläche des Implantats (1) von einer Vielzahl von Ausnehmungen (3) durchbrochen ist, wobei die Abdeckschicht (7) durch Abscheidung von Material auf der Oberfläche des Implantats (1) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Implantat (1) auf eine zylindrische Halterung (4) aufgeschoben wird, dass in einem zweiten Schritt ein Opfermaterial (5), insbesondere Kupfer, auf der Oberfläche des Implantats (1) abgeschieden wird, bis das abgeschiedene Opfermaterial (5) die Ausnehmungen (3) zumindest nahezu ausfüllt, dass in einem dritten Schritt die Abdeckschicht (7) auf der Oberfläche des mit Opfermaterial (5) versehenen Implantats (1) abgeschieden und dass in einem vierten Schritt die zylindrische Halterung (4) und das in den Ausnehmungen (3) befindliche Opfermaterial (5) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, dass in einem Zwischenschritt zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt die Oberfläche des mit Opfermaterial (5) versehenen Implantats (1) nachgearbeitet wird, wobei das Opfermaterial (5) von Außen zumindest teilweise abgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch, dass das Opfermaterial (5) soweit abgenommen wird, bis die Oberfläche des Implantats (1), insbesondere die die Netzstruktur bildenden Maschen, vom Opfermaterial (5) befreit ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass auch die Abdeckschicht (7) als unterbrochene Struktur aufgebracht wird, wobei die Dimension der Ausnehmungen um eine Größenordnung kleiner ist, als die in der Oberfläche des Implantats (1) befindlichen Ausnehmungen (3).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass als Abdeckschicht (7) ein Film aus Metall, insbesondere aus einer Formgedächtnislegierung, aufgebracht, insbesondere aufgedampft, wird.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch, dass eine Nickel-Titan-Legierung, insbesondere Nitinol, aufgesputtert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass das Opfermaterial (5) in einem galvanischen Verfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass die zylindrische Halterung (4) und das Opfermaterial (5) mittels einer selektiven Säurebehandlung entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass das Implantat (1) im ersten Schritt auf eine Halterung (4) aus Metall, insbesondere aus Kupfer, aufgeschoben wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass das Implantat auf die Halterung (4) aufgespannt wird, wobei es unter Dehnung auf die Halterung (4) aufgeschoben und nachfolgend entspannt wird.
Röhrchenförmiges endoluminales Implantat, insbesondere Gefäßstütze (Stent), das mit dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer umgebenden Abdeckschicht versehen ist.
Implantat nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch, dass das Implantat (1) und die Abdeckschicht (7) aus einer Nickel-Titan-Legierung sind.
Implantat nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch, dass der Stent (1) einen Durchmesser zwischen 100 μm und 100 mm, insbesondere zwischen 1 und 10 mm, aufweist.
Implantat nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch, dass der Stent (1) eine Wandstärke zwischen 100 μm bis 5 mm, insbesondere zwischen 100–500 μm, aufweist.
Implantat nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch, dass die Abdeckschicht (7) eine Stärke zwischen 1 und 100 μm, bevorzugt zwischen 5–50 μm, aufweist.