DK168359B1 - Fremgangsmåde og apparat til fremstilling af et arterieprotesemateriale - Google Patents

Description

DK 168359 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde og et apparat til fremstilling af et arterieprotesemateriale, hvori der indgår et hidtil ukendt polymermateriale fremstillet ved fremgangsmåden og ved hjælp af apparatet. Fremgangsmåden og apparatet 5 er tilpasset til fremstilling af sådant materiale i rørform.

I GB-patentskrift nr. 2.130.521 beskrives fremstillingen af en syntetisk arterieprotese, der omfatter et cellulært polyurethanrør, der er formet ved koaguleringsstøbning på en former. Et vandopløseligt overtræk med en glat over-10 flade påføres separat på en anden former, og en polyurethan-folie opløsningsstøbes på overtrækket. Det formede rør krym-pes derefter på folien, og formeren fjernes ved opløsning af overtrækket i vand.

De fremkomne materialer siges at være eftergivelige 15 over for pulserende strøm, idet den indre film er glat inden for en tolerance på 10 μτα for at minimere energitab ved friktion ved rørets vægge og inhibere opsamling af prokoa-gulanter og adhæsion af blodplader, der i sidste ende kan give anledning til thrombose. Formålet med det vandopløselige 20 overtræk er at frembringe en sådan glat indre overflade.

Det har nu vist sig, at det er unødvendigt at anvende et sådant overtræk til dette formål.

Krympningen og bindingen af røret på folien gennemføres ifølge GB-patentskrift nr. 2.130.521 ved hjælp af 25 varme, idet samlingen udsættes for en temperatur på 100°C i 1 time. Den bundne samling suspenderes derpå i et cirkulerende vandbad, typisk ved 80'C i 1/2 time, for at opløse polyvinylalkohol-slipmidlet.

I US-patentskrift nr. 4.173.689 er der beskrevet en 30 koaguleringsstøbemetode ved lavere temperaturer, men kun hvis polymeropløsningens viskositet er tilstrækkelig lav.

Ved højere viskositeter foreslås der højere temperaturer, f.eks. 60°C.

Det har nu vist sig, at langvarige behandlinger ved 35 en så høj temperatur kan nedbryde polymermaterialet så vidt, at der er risiko for svigt ved anvendelsen.

i· DK 168359 B1 2

Opfindelsen tilvejebringer en hidtil ukendt fremgangsmåde og et hidtil ukendt apparat til fremstilling af polymermaterialer, der ikke lider af denne ulempe.

Opfindelsen angår i overensstemmelse hermed en frem-5 gangsmåde til fremstilling af et arterieprotesemateriale, som har styrke, elastisk udvidelsesevne og sammentrykningsevne svarende til disse egenskaber hos naturligt arteriemateriale, ved at der på en spindel gennem et ekstrusionshoved fra en opløsning i et organisk opløsningsmiddel koagulerings-10 støbes et bioforligeligt polymermateriale, som ikke opvarmes til en temperatur, hvor der undergår nedbrydning, hvorhos spindelen er neddyppet i koagulanten og roteres, således at koncentriciteten af den støbte polymers rørform opretholdes under koaguleringen, hvilken fremgangsmåde er ejendom-15 melig ved, at det ekstrus ionshoved, gennem hvilket spindelen strækker sig, roterer sammen med spindelen.

Opfindelsen angår desuden et apparat til fremstilling af et arterieprotesemateriale, som har styrke, elastisk udvidelsesevne og sammentrykningsevne svarende til disse egen-20 skaber hos naturligt arteriemateriale, ved koagulationsstøbning på en spindel gennem et ekstrusionshoved af en opløsning i et organisk opløsningsmiddel af et bioforligeligt polymermateriale, hvorhos polymeren er støbelig direkte på spindelen, som er neddyppet i koagulanten, og som er roter-25 bar, således at koncentriciteten af den støbte polymers rørform er opretholdt under koaguleringen, hvilket apparat er ejendommeligt ved, at det ekstrusionshoved, gennem hvilket spindelen strækker sig, er tilpasset til rotation sammen med spindelen.

30 Spindelen kan have en glat overflade.

Spindelen kan anbringes vandret i koagulationsbadet og roteres omkring en vandret akse, således at koncentriciteten af den støbte polymers rørform opretholdes under koaguleringen.

35 Fremgangsmåden udføres fortrinsvis ved temperaturer under eller ikke væsentligt over 40°C eller blodets tempe- DK 168359 B1 3 ratur, fortrinsvis ikke over 40°C, da den polymere er bioforligelig og formet som en protese, såsom en vaskular-eller arterieprotese.

Opløsningen kan indeholde et fyldstof, der er oplø-5 seligt i koagulanten, der kan være vand, således at fyldstoffet kan være et vandopløseligt stof, såsom natriumhydro-gencarbonat. Fyldstoffet kan være formalet til en gennemsnitlig partikelstørrelse på 60 μη og kan være til stede i en mængde mellem 10 og 60 vægtprocent.

10 Opløsningen kan indeholde et overfladeaktivt middel, der kan være til stede i en mængde mellem 1 og 10 vægtprocent.

Den polymere kan udgøres af en polyurethan og kan være en lineær, segmenteret poly (ether) urethan med en gen-15 nemsnitlig molvægt efter antal fra 20.000 til 60.000 g pr. mol.

Opløsningsmidlet kan være et aprot opløsningsmiddel, såsom Ν,Ν-dimethylacetamid eller Ν,Ν-dimethylformamid. Polymerkoncentrationen kan udgøre mellem 100 og 300 g/liter.

20 Polymeropløsningen kan injiceres i formningsprocessen fra et arrangement med stempel i cylinder, i hvilket stemplet og cylinderen er i relativ rotation for at påtrykke en forskydningskraft på opløsningen og således effektivt nedsætte dens viskositet.

25 Koagulanten kan holdes på en konstant temperatur under koaguleringsprocessen - f.eks. 40°C - som kan fortsættes i 1 til 2 timer. Koagulanten kan cirkuleres under koaguleringen.

Opløsningen kan injiceres i en formningsproces med 30 et injektionsorgan, der påfører en forskydningskraft til nedsættelse af opløsningens effektive viskositet. Injektionen kan omfatte et arrangement med stempel i cylinder, i hvilket stemplet og cylinderen er relativt roterbare for at nedsætte opløsningens effektive viskositet. Formningsorganer kan der-35 imod ingen eller praktisk taget ingen forskydningskraft påføre opløsningen ved formningen af materialet.

DK 168359 Bl 4

Et polymermateriale, der er egnet til anvendelse i rørform som arterieprotese, fremstilles, således at det udgøres af en mikroporøs, bioforligelig polymer med styrke, elastisk udvidelsesevne og sammentrykningsevne, som svarer 5 til disse egenskaber hos naturlige arteriematerialer. En arterieprotese af sådant materiale ifølge opfindelsen kan have en vægtykkelse på 1 mm og en indvendig diameter på 4 mm.

Udførelsesformer for apparat og fremgangsmåder til 10 fremstilling af et polymermateriale ifølge opfindelsen beskrives herefter med henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en injektionsenhed set fra siden; fig. 2 er et billede af den i fig. 1 viste injektionsenhed set fra oven? 15 fig. 3 er et billede af ekstrusionsapparat set fra oven? fig. 4 er et aksialt tværsnit af et ekstrus ionshoved fra det i fig. 3 viste apparat? fig. 5 viser en indføringsmanifold fra det i fig. 3 20 viste ekstrusionshoved set fra enden; fig. 6 viser en dyse anvendt i det i fig. 3 viste ekstrusionshoved set fra siden; fig. 7 er et endebillede i retning af pilen 7 i fig.

6; og 25 fig. 8 er en skematisk illustration af et regulerings system.

Tegningen viser et apparat til fremstilling af et rør af syntetisk polymer, der er egnet som vaskular- eller arterieprotese. Røret fremstilles ved koagulering.

30 Den polymere, en lineær, segmenteret poly (ether) ure than af medicinsk kvalitet med en gennemsnitlig molvægt efter antal fra 20.000 til 60.000 g pr. mol opløses i et aprot organisk opløsningsmiddel, f.eks. N,N-dimethylacetamid eller Ν,Ν-dimethyl formamid, til en koncentration på mellem 35 100 og 300 g/liter ved en temperatur på under 30eC. Derpå tilsættes et vandopløseligt fyldstof, f.eks. formalede par- DK 168359 B1 5 tikler af natriumhydrogencarbonat med en gennemsnitlig diameter på 60 μιη, til en koncentration mellem 10 og 60 vægtprocent, efterfulgt af et overfladeaktivt middel, f.eks. natriumdodecylsulfat, i en koncentration mellem 1 og 10 5 vægtprocent.

Opløsningen fyldes i et sprøjtearrangement med et stempel i en cylinder som vist i fig. 1 og 2. En cylinder 11 er tilpasset til aksial bevægelse og forbundet med et åg 12, der kan glide på ledestænger 13, der strækker sig mellem 10 endestykker 14 af et underlag 15. Åget 12 har en møtrik 16, der griber ind i en ledeskrue 17, der strækker sig gennem et leje i det højre endestykke 14, som det ses på tegningen, og som roteres af en motor (ikke vist) gennem en kobling 18. Et stempel 19 er anbragt på den anden, venstre ende af 15 ledeskruen 17 og roterer således med den. Cylinderen 11 roterer naturligvis ikke, eftersom den er fastholdt af ledestængerne 13.

En udstrømningsåbning 21 er tilvejebragt ved en dyseende 22 på cylinderen 11 modsat åget 12 sammen med et 20 udluftningshul 23, der kan lukkes.

På endestykkerne 14 er anbragt mikrokontakter 24, 25, der aktiveres af åget 12 og viser, om åget er i den ene eller anden ende af sit vandringsområde.

Den fulde cylinder 11 starter fra en stilling til 25 venstre for de i fig. 1 og 2 viste og bevæger sig til højre under indvirkning af ledeskruen 17 og pumper opløsningen ud af dysen.

Udstrømningsåbningen 21 er forbundet med det i fig.

3 viste ekstrusionsapparat ved et tykvægget siliconegummirør 30 af medicinsk kvalitet.

Ekstrusionsapparatet omfatter generelt et ekstrusions-hoved 31, illustreret mere detaljeret i fig. 4 til 7, en spindeldrevenhed 32 og et koaguleringsbad 33.

Spindeldrevenheden 32 har en ledeskrue 34 understøttet 35 mellem endestykker 35, hvoraf kun et er vist, af et underlag 36 og roteret med en elektrisk motor, der ikke er vist i DK 168359 B1 6 denne figur. Der er ledestænger 30, der også strækker sig mellem endestykkerne 35. Et åg 37 har en møtrik 38, der griber ind i ledeskruen 34 og kører på ledestængerne 36. Åget 37 drives fra højre, som set i fig. 3, til venstre og 5 skubber en spindel 39 gennem et PTFE-leje 41 i det venstre endestykke 35.

En mikrokontakt 42 påvirkes af åget 37 og viser, at åget har nået det venstre yderpunkt af sin vandring.

Spindelen 39 drives således frem gennem ekstrusions-10 hovedet 31 og ind i koaguleringsbadet 33.

I badet 33, der forsynes med cirkulerende, temperaturreguleret vand gennem indstrømnings- og udstrømningsåbninger 43, 44, strækker der sig yderligere ledestænger 45 på langs gennem badet. Et åg 47 kan glide på disse stænger 15 45 fra højre til venstre som vist på tegningen mod en mod standskraft fra fjedre 48 og klemmer 49 på ledestængerne 45. Åget 47 skubbes langs med ledestængerae 45 af den fremadskridende spindel 39. Ledestængeme 45 drejer omkring spindelen 39, idet de bæres i et leje 45a i den venstre 20 endevæg 46 og i det roterende ekstrusionshoved 31.

Fig. 4 viser ekstrusionshovedet 31 mere detaljeret.

Det udgøres af et legeme, der udgøres af en ydre plade 51 med en central, lokaliserende PTFE-åbning 52 forbundet med et centralt element 53, der bæres i et PTFE-leje 54 i et 25 rammeelement 55 og et skiveelement 56, der understøttes i et PTFE-leje 57 i endevæggen 46 af koaguleringsbadet 33. Lejet 57 holdes sikret af skruer 59 i stilling i forseglingsorganet 58 i endevæggen 46.

Pladen 51, det centrale element 53 og skiveelementet 30 56 holdes sammen af bolte 61, der også sikrer ledestængerne 45, som derved drejer omkring spindelen 39 som nævnt ovenfor.

En matrice 62, der vises i større målestok i fig. 6 og 7, udgøres af et PTFE-element, der strækker sig gennem ekstrusionshovedet 31 fra den ydre plade 51 ind i koagule-35 ringsbadet 33, og udgøres af en kanal 63 og en udboring 64, hvorigennem opløsningen passerer fra et opløsningskammer 65 DK 168359 B1 7 i ekstrusionshovedet til en dysemunding 66. Den lokaliserende PTFE-åbning 52 og matricen 62 har præcisionsudboringer af samme diameter som spindelen 39, hvilke udboringer er selvlukkende mod lækage, når spindelen er i stilling og cen-5 trerer spindelen 39 i dysemundingen 66.

Opløsningskammeret 65 er begrænset af den ydre plade 51, det centrale element 53 og en PTFE-indstrømningsmanifold 67, yderligere illustreret i fig. 5. Manifolden 67 udgøres af et ringformet element med en injektionsåbning 68, der er 10 forbundet til sprøjteapparatet i fig. 1 og 2 med ovennævnte, tykvæggede siliconegummirør af medicinsk kvalitet. Manifolden 67 hindres i at rotere med resten af ekstrusionshovedet ved en bevægelsesbegrænser 69, der griber ind i rammeelementet 55. Hovedet 31 roteres af en kilerem 70, der griber ind i 15 skiveelementet 56 og drives af en motordreven aksel 71.

Manifolden 67 rummer en tryktransducer 72, der anvendes til regulering af processen.

Spindelen 39 roterer med ekstrusionshovedet 31, fordi den gribes sikkert langs med længden af udboringen i matricen 20 62 og den lokaliserende åbning 52 og af åget 47 i koagule ringsbadet 33.

Formålet med rotationen er at opretholde koncentri-citet af den ekstruderede opløsning på spindelen 39 under koaguleringen. Grunden til at rotere dysen 62 og spindelen 25 39 er at undgå forskydningskræfter på opløsningen, når den støbes på spindelen 39.

Fig. 8 viser et kontrolapparat, i hvilket en mikroprocessorbaseret kontrolenhed 81 regulerer en motor 82, der driver injektionsenheden i fig. 1 og 2, en motor 83, 30 der driver spindeldrevenheden 32, og en motor 84, der roterer ekstrusionshovedet 31. Et fire-kanals feed back-system anvender optoelektroniske transducere 82a, 83a og 84a på motorernes aksler 82, 83 og 84 og tryktransduceren 72. Motorerne er jævnstrømsmotorer, der reguleres med pulsbreddemo-35 dulering af forsyningsspændingen.

DK 168359 B1 8

Efter at injektionsenheden er fyldt, og luft er fjernet gennem udluftningshullet 23, forsynes kontrolenheden 82 ved drift med kraft og indstilles manuelt, medens spindelen 39 anbringes i den lokaliserende åbning 52 i ekstrusions-5 hovedet 31. Injektionsenheden sættes derpå til, og polymeropløsningen får lov til at strømme langsomt ind i ekstrusi-onshovedet 31 og skylle opløsningskammeret og luftstrømkanalerne. Spindelen 39 flyttes derpå ind til luknng af matriceåbningen, og badet 33 fyldes med cirkulerende vand, 10 der sædvanligvis, men ikke nødvendigvis, er koagulanten holdt ved 40°C. Kontrolenheden 81 skiftes derpå til automatisk. I hurtig sekvens (3 sekunders interval) forsynes injektionsenhedsmotoren 82, derpå spindeldrevenhedsmotoren 83 og endelig motoren 84, der roterer ekstrusionshovedet, gradvis 15 (i løbet af ca. 5 sekunder) med effekt indtil forudbestemte niveauer.

Når spindelen er fuldstændig overtrukket, får polymeropløsningen lov til at koagulere i en eller to timer i badet 33, idet rotation af spindelen 39 og cirkulation af den 20 temperaturregulerede koagulant opretholdes under denne periode. Koagulationsbadet 33 tømmes derpå, og spindelen fjer nes. Arterieprotesen, der nu er fuldstændig formet, fjernes fra spindelen, skylles i destilleret vand og anbringes i fortyndet saltsyre i en halv time for at fjerne de sidste 25 spor af fyldstof. Protesen skylles endelig grundigt i demineraliseret vand og opbevares indtil sterilisation.

Koaguleringsbadet 33 er af størrelsesordenen 1 m i længden, og spindelen 39 vil være af sammenlignelig længde, således at den vil være i stand til at nå gennem praktisk 30 taget hele badet.

Som spindel anvendes en poleret stålstang med cirkulært tværsnit, der er 4 mm i diameter. Matricen 62 er således, at tykkelsen af den på spindelen ekstruderede opløsning er 1 mm.

35 Resultatet er en længde syntetisk arterieprotese, der er bioforligelig, og som tæt nærmer sig til en naturlig DK 168359 B1 9 arterie i sine mekaniske egenskaber, hvad angår styrke, elastisk udvidelsesevne og sammentrykningsevne.

De her beskrevne fremgangsmåder og apparater er selvfølgelig ikke begrænset til fremstilling af rørformige pro-5 teser - mere komplicerede former kan fremstilles ved forskellige formningsteknikker, der stadig udnytter opfindelsens principper.

Claims (26)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et arteriepro-tesemateriale, som har styrke, elastisk udvidelsesevne og 5 saromentrykningsevne svarende til disse egenskaber hos naturligt arteriemateriale, ved at der på en spindel (39) gennem et ekstrusionshoved (31) fra en opløsning i et organisk opløsningsmiddel koaguleringsstøbes et bioforligeligt polymermateriale, som ikke opvarmes til en temperatur, hvor det 10 undergår nedbrydning, hvorhos spindelen er neddyppet i koa-gulanten og roteres, således at koncentriciteten af den støbte polymers rørform opretholdes under koaguleringen, kendetegnet ved, at det ekstrus ionshoved, gennem hvilket spindelen strækker sig, roterer sammen med spindelen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at spindelen har en glat overflade.

3. Fremgangsmåde ifølge krav l eller 2, kendetegnet ved, at spindelen anbringes således, at den er vandret i koagulanten og roteres om en vandret akse.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at polymeren ikke opvarmes til over 40°C.

5. Fremgangsmåde ifølge krav l, kendeteg net ved, at opløsningen yderligere indeholder et fyldstof, som er opløseligt i den ved koaguleringsstøbningen anvendte 25 koagulant.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendeteg net ved, at koagulanten er vand.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendeteg net ved, at fyldstoffet er vandopløseligt.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendeteg net ved, at fyldstoffet udgøres af natriumhydrogencar-bonat.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendeteg net ved, at fyldstoffet er formalet til en gennemsnitlig 35 partikelstørrelse på 60 /xm. DK 168359 B1 11

10. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 5-9, kendetegnet ved, at fyldstoffet er til stede i en mængde mellem 10 og 60 vægtprocent.

11. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-10, 5 kendetegnet ved, at opløsningen indeholder et overfladeaktivt middel.

12. Fremgangsmåde ifølge krav 11, kendetegnet ved, at det overfladeaktive middel er til stede i en mængde mellem 1 og 10 vægtprocent.

13. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-12, kendetegnet ved, at den polymere udgøres af en polyurethan.

14. Fremgangsmåde ifølge krav 13, kendetegnet ved, at polyurethanen er en lineær, segmenteret poly- 15 (ether)urethan med en gennemsnitlig molvægt efter antal fra 20.000 til 60.000.

15. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-14, kendetegnet ved, at det organiske opløsningsmiddel er et aprot opløsningsmiddel.

16. Fremgangsmåde ifølge krav 15, kendeteg net ved, at opløsningsmidlet udgøres af N,N-dimethylacet-amid eller Ν,Ν-dimethylformamid.

17. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-16, kendetegnet ved, at polymerkoncentrationen i 25 opløsningen er mellem 100 og 300 g/liter.

18. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-17, kendetegnet ved, at polymeropløsningen injiceres til formningsprocessen fra et arrangement med et stempel i en cylinder, i hvilket stemplet og cylinderen er i relativ 30 rotation for at påføre opløsningen en forskydningskraft og således effektivt nedsætte dens viskositet.

19. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-18, kendetegnet ved, at koagulanten holdes ved en konstant temperatur under koaguleringsprocessen.

20. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-19, kendetegnet ved, at koaguleringen fortsættes i 1 DK 168359 B1 12 til 2 timer.

21. Fremgangsmåde ifølge krav 19, kendetegnet ved, at koagulanten cirkuleres under koaguleringen.

22. Apparat til fremstilling af et arterieprotesema-5 teriale, som har styrke, elastisk udvidelsesevne og sammentrykningsevne svarende til disse egenskaber hos naturligt arteriemateriale, ved koagulationsstøbning på en spindel (39) gennem et ekstrusionshoved (31) af en opløsning i et organisk opløsningsmiddel af et bioforligeligt polymermate- 10 riale, hvorhos polymeren er støbelig direkte på spindelen, som er neddyppet i koagulanten, og som er roterbar, således at koncentriciteten af den støbte polymers rørform er opretholdt under koaguleringen, kendetegnet ved, at det ekstrusionshoved, gennem hvilket spindelen strækker sig, er 15 tilpasset til rotation sammen med spindelen.

23. Apparat ifølge krav 22, kendetegnet ved, at spindelen har en glat overflade og er anbragt således, at den er vandret i koagulanten og kan rotere omkring en vandret akse.

24. Apparat ifølge krav 22, kendetegnet ved, at opløsningen kan injiceres til formningsprocessen ved hjælp af injektionsorganer, der påfører en forskydningskraft til nedsættelse af opløsningens effektive viskositet.

25. Apparat ifølge krav 22, kendetegnet 25 ved, at injektionsorganet udgøres af et arrangement med et stempel i en cylinder, i hvilket stemplet og cylinderen kan roteres relativt for at formindske opløsningens effektive viskositet.

26. Apparat ifølge krav 22, kendetegnet 30 ved, at der er tilvejebragt formningsorganer, der ingen eller praktisk taget ingen forskydningskraft påfører opløsningen ved formningen af protesematerialet.