DE19901530C2 - Vorrichtung zum Laserstrahl-Strukturieren von bioresorbierbaren, intraluminalen Gefäßwandstützen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laserstrahl-Strukturieren von bioresorbierbaren, intraluminalen Gefäßwandstützen mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Derartige Gefäßwandstützen, wie sie geläufigerweise auch als "Stents" be­ zeichnet werden, sind von der grundsätzlichen Struktur her Röhrchen, deren Wandung aus längs- und quergerichteten Stegen gebildet ist. Die Stegstruktur ist so angelegt, daß der Stent zwischen einer praktisch zusammengefalteten oder komprimierten Konfiguration durch Aufdehnen beispielsweise mittels eines Ballonkatheters an seiner Position etwa in einem Herzgefäß in eine ex­ pandierte Konfiguration dilettiert werden kann.

Neben Stents aus medizinisch verträglichen Metall-Materialien, die dauerhaft an ihrem Implantationsort bleiben, sind auch bioresorbierbare Gefäßwand­ stützen bekannt, deren Herstellung beispielsweise in der DE 195 39 449 Al beschrieben ist.

Wie aus der US 5,780,807 A bekannt ist, werden Gefäßwandstützen aus bei­ den vorgenannten Materialtypen zur Ausbildung der erwähnten Längs- und Querstege mit einer Laserstrahl-Schneideinheit strukturiert, da damit die Her­ stellung filigraner Strukturen rationell und mit vertretbarem Fertigungsauf­ wand durchführbar ist. Dazu werden die Stützenrohlinge, also unstrukturier­ te, hohlzylindrische Röhrchen, auf einen zylindrischen Werkstückträger ge­ zogen, der an einem entsprechenden Werkstückhalter lösbar befestigt ist. Ei­ ne Laserstrahl-Schneideinrichtung mit einem relativ zum Rohling verlagerba­ ren Laserstrahl arbeitet eine Öffnungsstruktur zur Bildung der erwähnten Längs- und Querstege in die Wand des Rohlings ein. Die Relativbewegung zwischen Rohling und Laserstrahl kann dabei durch eine Rotation und längsaxiale Verschiebung des Werkstückträgers erzielt werden.

Gerade im Zusammenhang mit der Bearbeitung von bioresorbierbaren Ge­ fäßwandstützen aus entsprechenden Polymermaterialien können wegen deren Empfindlichkeit bestimmte Probleme aufgrund der Verwendung eines Me­ talls als Werkstückträger auftreten. So wird aufgrund der Reflektionswirkung des Metalls das Polymermaterial während der Bearbeitung so stark erhitzt, daß die Polymerstruktur und damit die mechanischen Eigenschaften des aus dem Polymermaterial hergestellten Stents in Mitleidenschaft gezogen werden können. Im ungünstigsten Falle kann es zu einer Polymeraufspaltung und zu einem Verlust der elastischen Eigenschaften des Polymers kommen. In die­ sem Falle versprödet der Stent im Bereich der die Stege begrenzenden Schnittkanten, was zu Rissen und Brüchen insbesondere während der Dilata­ tion des Stents führen kann.

Weiterhin wurde bei der üblichen Herstellungsweise beobachtet, daß bei der Laserstrahl-Schneidbearbeitung des Rohlings auf einem metallischen Stütz­ kern als Werkstückträger sich regelmäßig filmartige Ablagerungen aus dem geschmolzenen Polymermaterial zwischen den stehenbleibenden Stegen des Stents bilden, da das geschmolzene Material nicht abfließen kann.

Die genannte US 5,780,807 A offenbart in diesem Zusammenhang die Ver­ wendung einer in das Stent-Röhrchen eingesetzten zweiten Kernröhre, die eine Öffnung zur Absorption der überschüssigen Strahlenergie des Lasers aufweist. Diese strukturierte Röhre verkompliziert Aufbau und Herstellungs­ verfahren beim Laserstrahl-Strukturieren unnötig.

Die DE 25 44 371 A1 zeigt ein Gerät zur thermischen Bearbeitung von Thermoplastikfolien, wobei als Unterlage für zu schneidende oder schwei­ ßende Folien ein Stab aus keramischen Material Verwendung findet.

Zur Lösung der oben erörterten Problematik schlägt nun die Erfindung gemäß Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 vor, den Werkstückträger zumindest im Bereich seiner den Rohling tragenden Außenwand aus einem das Laser­ licht des Strahles absorbierenden, porösen, fluiddurchlässigen, unglasierten, keramischen Material herzustellen.

Aufgrund dieser Materialauswahl wird das eingestrahlte Laserlicht an der Oberfläche des keramischen Werkstoffes nicht oder nur in einem sehr gerin­ gen Ausmaß reflektiert, so daß eine Erhitzung des umliegenden Stent- Materials über die Reflektion praktisch unterbunden wird. Ein weiterer Vor­ teil des verwendeten Keramikmaterials liegt dabei in der im Vergleich zu Metallen weitaus geringeren Wärmeleitfähigkeit, so daß in das Keramikmate­ rial eingetragene Wärmeenergie weit weniger stark auf das umliegende Mate­ rial geleitet wird, wie bei metallischen Werkstoffen. Der Wärmeeintrag in den Stützenrohling beschränkt sich beim Laserstrahl-Strukturieren damit auf die unmittelbare Umgebung des einfallenden Laserlichts.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines keramischen Werkstoffes für den Werkstückträger ergibt sich auch dadurch, daß durch die Absorption des Laserlichts im Keramikmaterial selbst Vertiefungen im Keramikmaterial dort gebildet werden, wo im Stentrohling die Öffnungen ausgeschnitten werden. Diese Vertiefungen können das geschmolzene Polymermaterial aus dem Stentrohling aufnehmen, wodurch die Bildung der eingangs erwähnten filmartigen Ablagerungen zwischen den zu schneidenden Stegen vermieden werden.

Bevorzugte Maßnahmen zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zum Laserstrahl-Strukturieren sind in den Unteransprüchen angeben und in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung der Vorrichtung und

Fig. 2 einen ausschnittweisen Detail-Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Einzelheit II nach Fig. 1.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, weist die gezeigte Vorrichtung zum Laser­ strahl-Strukturieren einen als Spannfutter 1 ausgebildeten Werkstückhalter auf, der über ein nicht näher dargestelltes Support in einer entsprechenden Schlittenführung definiert in längsaxialer Richtung 2 verschiebbar ist. Glei­ chermaßen ist das Spannfutter 1 durch einen nicht näher dargestellten Drehantrieb in Rotationsrichtung 3 durch eine entsprechende Maschinen­ steuerung definiert drehbar. Das Spannfutter 1 ist mit Spannbacken 4 aus­ gerüstet, die pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sind.

Am Spannfutter 1 ist koaxial mit diesem ein zylindrischer Werkstückträger 5 lösbar zu befestigen, auf den kraft- oder formschlüssig ein Stützenrohling 6 aus bioresorbierbaren Polymermaterial aufgezogen ist. Kraft- oder form­ schlüssig bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Stützenrohling 6 de­ finiert auf dem Werkstückträger 5 sitzt und keine Relativbewegung zwi­ schen diesen beiden Bauteilen aufgrund ihrer Eigenbewegung zugelassen wird. Ein Aufschieben und Abziehen des Stützenrohlings 6 unter Aufbrin­ gen einer gewissen Kraft muß natürlich möglich sein.

In Fig. 1 ist hinsichtlich des herstellungstechnischen Ablaufes bereits schematisch eine Öffnungsstruktur in Form von langlochartigen Öffnungen 7 eingezeichnet, die durch die Laserstrahl-Schneideinrichtung 8 einzuarbei­ ten sind. Dies erfolgt - wie von CNC-Werkzeugmaschinen her bekannt - durch eine prozessorgesteuerte Rotation und Translationsbewegung des Spannfutters 1 und damit des Stützenrohlings 6 relativ zur Laserstrahl- Schneideinrichtung 8, deren Laserstrahl 9 die Kontur der Öffnungen 7 her­ ausschneidet. Eine gesteuerte Bewegung des Laser-Bearbeitungskopfes der Schneideinrichtung ist ebenfalls bekannt und üblich.

Wie aus Fig. 1 und insbesondere Fig. 2 deutlich wird, ist der Werkstückträ­ ger 5 hohlzylindrisch ausgebildet. Seine Mantelwand 10 besteht aus porö­ sem, fluiddurchlässigen (also flüssigkeits- und/oder gasdurchlässigen), un­ glasierten Keramikmaterial in Form von Aluminiumoxid, das bioinert ist. Andere bioinerte Keramikmaterialien können ebenfalls verwendet werden, jedoch ist Aluminiumoxid ein besonders üblicher Keramikwerkstoff.

Wie in Fig. 1 ferner angedeutet ist, ist in die Mündungsöffnung 11 des Werkstückträgers 5 an seinem freien Ende 12 ein beispielsweise aus Poly­ tetrafluorethylen bestehender Schlauch 13 eingesteckt, über den ein flüssi­ ges oder gasförmiges Kühlmittel herangeführt und in den Hohlraum des Werkstückträgers 5 eingeführt werden kann. Die Wegführung des Kühl­ mittels erfolgt über das eingespannte Ende 14 des Werkstückträgers 5 und das Spannfutter 1, wie durch den Pfeil 15 angedeutet ist.

Die Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel in Verbindung mit einem porösen Keramikmaterial als Werkstückträger 5 hat den Vorteil, daß verdampfender Stickstoff durch die in Fig. 2 angedeuteten Poren 16 zur Außenseite des Werkstückträgers 5 durchtreten und dort eine Schutzgasat­ mosphäre um den Stützenrohling 6 herum bilden kann. Gleichzeitig dient das noch kalte Gas zur Direktkühlung in der jeweiligen Laserschnittzone.

Sowohl bei der gezeigten hohlzylindrischen, als auch einer massiven Aus­ führung des Werkstückträgers aus Keramikmaterial kann die Heranführung eines Kühlfluids auch durch über die Länge und Umfang des Werkstück­ trägers verteilte Kühlmitteldurchtrittsbohrungen 17 unterstützt oder grund­ sätzlich bewerkstelligt werden. Einige dieser Kühlmittelbohrungen 17 sind in Fig. 1 und 2 punktiert angedeutet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Werkstückträger 5 optimal auf seiner Außenseite noch mit einer Silberbeschichtung 18 belegt sein, die unter Einwirkung der Lichtenergie aus dem Laserstrahl sublimiert und sich an den kälteren Wandzonen der laser-geschnittenen Öffnungen 7 des Stützen­ rohlings 6 niederschlägt. Dies ist beim Bezugszeichen 19 durch eine Strichverstärkung in Fig. 2 schematisch angedeutet. Das auf dem Stützen­ rohling 6 niedergeschlagene Silber wirkt bei der Implantation des Stents im menschlichen Körper als Röntgenmarker, der sich auf einem Röntgenbild gegenüber dem eigentlichen Stentmaterial stark abzeichnet und damit die Erkennbarkeit des Stents auf dem Röntgenbild erheblich verbessert. Ferner hat Silber bekanntermaßen entzündungshemmende Eigenschaften, so daß sich das Implantationsverhalten des Stents verbessert. Die aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Vorrichtung in einem Arbeitsgang mit der eigentlichen Laserstrahl-Strukturierung aufgebrachte Beschichtung er­ füllte also eine Doppelfunktion.

Schließlich ist in Fig. 2 eine Vertiefung 20 in der Außenseite des Werk­ stückträgers angedeutet, die durch die Laserbearbeitung im Bereich der Öffnung entstanden ist und geschmolzenes Polymermaterial aufnehmen kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Laserstrahl-Strukturieren von bioresorbierbaren, intra­ luminalen Gefäßwandstützen mit

• - einem Werkstückhalter (1),
• - einem daran lösbar befestigten, zylindrischen Werkstückträger (5), auf dem der zu bearbeitende Stützenrohling (6) während der Laserstrahl­ bearbeitung sitzt, und
• - einer Laserstrahl-Schneideinrichtung (8), mittels der durch einen re­ lativ zum Rohling (6) verlagerbaren Laserstrahl (9) eine Öff­ nungsstruktur in die Wand des Rohlings (6) einarbeitbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Werkstückträger (5) zumindest im Bereich seiner den Rohling (6) tragenden Außenwand (10) aus einem das Laserlicht des Strahles (9) absorbierenden, porösen, fluiddurchlässigen, unglasierten Keramik­ material besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk­ stückträger (5) hohlzylindrisch ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk­ stückträger (5) mit über seine Länge und seinen Umfang verteilten Kühlmitteldurchtrittsbohrungen (17) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß an den stirnseitigen Öffnungen (11) des Werkstückträgers (5) Kühlfluid-Zu- und -Ableitungen (13, 15) zum Beaufschlagen des Rohlings (6) mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlfluid angebracht sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch flüssigen Stick­ stoff als Kühlfluid.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Rohling (6) tragende Mantelwand (10) des Werkstück­ trägers (5) mit einer außenseitigen Beschichtung (18) aus einem laser­ sublimierbaren Röntgenkontrastmittel und/oder entzündungshemmenden Mittel versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schichtung (18) aus Silber oder einem Silbersalz besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Werkstückhalter durch ein drehbar angetriebenes Spannfut­ ter (1) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das keramische Material für den Werkstückträger (5) Alumini­ umoxid ist.