JP2005503178A - 蒸着による医療器具の製造 - Google Patents

Abstract

医療器具を形成する方法に関する。この方法は、基材を提供する工程と、基材に金属層を蒸着によって堆積させる工程と、基材から金属層を除去する工程とからなる。このように除去した金属層が医療器具であるか、或いは医療器具を形成するベースとして働く。他の態様においては、本発明は、本発明の方法によって形成された医療器具を含む。

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、医療器具に関する。より詳細には蒸着技術を使用して形成し、改良された機械的特性を有する医療器具に関する。
【０００２】
（発明の背景）
ステント、血液フィルタ、人工心臓弁などの埋め込み式医療器具は、通常、過酷な作業状況に曝される。例えば、ステント及び血液フィルタは、圧縮した形状にある間に体内に導入し、その後、体内の標的位置に配置されると、自動拡張又は機械的拡張によって有用な最終形状に拡張される。展開後、器具は、予想される有効寿命を通して機能すべく十分な物理的、生物学的、及び機械的特性を有する必要がある。さらに、埋め込み式医療器具は、通常、複雑で精緻な形状並びに、厳密な寸法及び構成公差を特徴とする。
【０００３】
医療器具に対する厳密な要件を鑑みて、これらの器具の形成に使用する製造方法は精密かつ再現可能でなければならず、所望の寸法、構成及び機械的特性を獲得しなければならない。しかし、従来の生産プロセスは往々にして複雑で、費用がかかる。例えば、パターン形成したステントを生産するために使用する従来のプロセスは、往々にしてワイヤ、管又は薄板材料から開始される。ワイヤからパターン形成したステントを生産する典型的な処理工程は、ワイヤをマンドレルに巻き付けて複雑な形状にし、特定の接合部でワイヤを溶接し、ワイヤを熱処理して最終的なパターン形成した器具を生成する。管又は薄板からパターン形成したステントを生産するには、従来のプロセスは、パターンを打ち抜くか切断するかエッチングして出発材料にし、出発材料を拡張及び／又は圧延して適切なステント形状にし、熱処理して最終的な器具を生成する。
【０００４】
これら従来の方法に関する製造ステップの大部分は、形成された器具の金属的構造に欠陥を招く。欠陥には、過度な酸化、局所的な変形、表面の傷などがある。これらの欠陥は、往々にして、強度、疲労抵抗及び耐腐食性などの所望の特性を低下させる。
【０００５】
医療器具の性能特性は、製造方法から影響を受けるばかりでなく、原料の材料特性から影響を受ける。例えば、医療器具の形成に使用するワイヤ又は管が材料又は構造的欠陥を有する場合、形成された医療器具も往々にして同様の欠陥、又はそれより大きい欠陥を有する。形成された器具の欠陥には、アニーリングなどの技術で軽減されるものもあるが、これらの技術は他の望ましくない効果をもたらすことが多い。例えば、アニーリングは往々にして、粒子サイズ及び残留応力を減少させるため、その微小構造を再結晶化させる金属器具の高温の処理を必要とする。このような高温処理は、加熱及び冷却工程により、又は微小構造自体の変化により、器具に物理的変形をもたらすことが多い。医療器具は精緻な形状及び厳密な寸法公差を必要とすることが多いので、製造中の器具の物理的変形が問題になることが多い。
【０００６】
さらに、医療器具の形成に使用する原料の組成特性も、器具の最終的特性に影響を与える。不純物が往々にして有用な機械的特性を劣化させ、耐食性を低下させ、医療器具の生体適合性に影響を与える。
【０００７】
従って、先行技術の欠点なしに医療器具を形成する製造プロセスに対する需要が存在する。さらに、生体適合性及び機械的特性を改良した医療器具に対する需要が存在する。
従来の医療器具製造プロセスの短所を鑑みて、機械的特性が改良された医療器具の再現可能な生産を容易にするプロセスに対する要求が存在する。
【０００８】
（発明の概要）
１つの実施態様において本発明は、医療器具を形成する方法を提供する。この方法は、生体適合金属の原料を提供する工程と、基材を提供する工程と、原料から基材上へ生体適合金属層を蒸着プロセスによって堆積させる工程と、基材から金属層を除去する工程とからなる。このように除去された金属層が医療器具であるか、医療器具を形成するベースとして働く。
【０００９】
他の態様において本発明は、本発明の方法で形成された医療器具を含む。医療器具は、生体適合金属から形成した少なくとも１つ以上の部材を有する。
【００１０】
医療器具は、本発明の蒸着方法によって作成される結晶構造も有する。所望の結晶構造には、アモルファス、ナノ結晶及び単結晶構造がある。さらに、医療器具は単同位体金属、又は単同位体金属の合金を含むことができる。
【００１１】
（本発明の詳細な説明）
本発明は、従来の医療器具、及びこのような医療器具の形成に使用する方法に伴われる困難の多くを克服している。医療器具の形成に蒸着技術を使用することにより、本発明により形成される器具の組成、厚さ、表面粗さ及び微小構造は、正確かつ精密に制御される。本発明のプロセスにより形成される医療器具は、所望の組成、機械的特性及び幾何学的形状を有するように調整される。
【００１２】
図１に示す１つの態様においては、本発明は、医療器具を形成する方法に対するものである。この方法は、基材及び原料物質を提供する工程と、原料物質の金属層を基材上に蒸着によって堆積させる工程と、基材から原料物質の金属層を除去する工程とからなる。
【００１３】
工程１０では、蒸着により原料物質の標的として働く基材を提供する。本明細書でさらに説明するように、基材の材料及び基材の形状は、本発明の方法で形成される医療器具又は医療部材の所望の態様に従って選択される。
【００１４】
工程１２では蒸着の原料物質を提供する。原料物質は、本明細書でさらに説明するように、医療器具として使用するのに適した生体適合性材料であることが望ましい。
【００１５】
工程１４では原料物質を蒸着プロセスによって標的に、又は基材上に金属層として堆積させる。
工程１６では基材から金属層を除去する。このように除去された金属層は、医療器具であるか、或いは、医療器具を形成するベースとして働く。他の態様においては、本発明は、本発明のプロセスによって作成した医療器具を含む。
【００１６】
本明細書における「蒸着」とは、原料からの金属イオンを気相媒体にて散逸させることにより、原料からの金属及び金属化合物を基材又は標的に堆積させる任意のプロセスを指す。本発明で使用する有用な蒸着プロセスの例には、真空蒸着及びスパッタリングなどの物理的蒸着法がある。イオン・ビーム直接蒸着法、イオン・ビーム・アシスト蒸着法、及び化学蒸着も有用である。これらの有用な蒸着プロセスについて、以下で概要を説明する。
【００１７】
真空蒸着プロセスでは、原料物質を、その気化が引き起こされる温度まで（例えば電子ビームの相互作用によって）加熱して、蒸気を発生させる。気化する金属原子は、直線上で原料物質の表面を離れる。したがって、原料と基材間の距離が、気化した金属の衝突と周囲の真空室との間の平均経路距離より小さい場合に、最高品質の蒸着層が堆積される。１０^−１Ｐａより高い室圧では、原料、基材間の有用な距離は概ね５００ｍｍ未満である。１０^−２Ｐａでは、この距離は４００ｍｍ超まで増加され得る。さらに、適切な原料と基材間距離内で、基材を回転又は並進させ、基材の表面全体を確実に被覆すると有用である。市販されている機器を使用した蒸着速度は、通常、毎分０．０５ｍｍを上回る。
【００１８】
スパッタリング・プロセスでは、原料に不活性ガスのイオンを衝撃させ、そこからの材料の解離を生じる。イオン源は通常、イオン・ビーム又はプラズマ放電である。この技術では、原料物質を基材材料とともに真空室に入れる。室は１０^−３から１０^−５Ｐａまで排気し、アルゴンなどの不活性ガスを０．１〜１０Ｐａまで充填してプラズマ放電を維持する。基材は、無線周波電源により、原料物質に相対してプラスに帯電させる。印加電位がガスのイオン化エネルギーに到達すると、陰極で生成された電子がガス原子と衝突し、これをイオン化してプラズマを生成する。このプラスに帯電したイオンは高い運動エネルギーを有し、陰極の原料物質に向かって加速されるため原子を解離させ、これが電極間の間隙を移動する。これらの解離された原子は、次に基材に堆積される。このような原子のエネルギーに起因して、基材への付着は一般に、真空蒸着で堆積させた場合より良好である。
【００１９】
イオン・ビーム・アシスト蒸着（ＩＢＡＤ）法は、重イオンの高エネルギー・ビームを使用して、スパッタリング又は真空蒸着プロセスによって堆積された金属などの堆積金属の密度増加に役立つ。
【００２０】
有用なイオン・ビーム・アシスト蒸着法は、イオン化した原料物質が基材に堆積される前のイオン・ビームの質量分析をさらに有する。この方法は、イオン・ビームを加速し、通常は磁界及び／又は静電界を含むフィルタにこれを通して、異なる質量重量の種を分離する。このフィルタは、往々にしてＥｘＢフィルタと呼ばれ、市販されている。当業者であれば、本発明に有用な所望の特徴を有するＥｘＢフィルタを選択することができる。次に、特定の質量重量の種を基体へと指向させる。イオン源が個々の純粋な元素インゴットである場合は、この技術を使用して元素の同位体を分離し、特定の同位体を基材に配向することができる。自然界で発生する元素は通常、ある範囲の原子量又は同位体で構成されているので（以下の表１参照）、この方法は、医療器具を形成するために特定の同位体を選択する際に有用である。例えば、蒸着のために原子量４８のチタンを選択する一方で、原子量４６，４７，４９，５０のチタンを排除し得る。さらに、元素インゴットに含まれる酸素などの他の不純物を、この方法で基材からフィルタして取り除くことができる。
【表１】

【００２１】
不純物の除去及び特定の同位体のフィルタリングは、本発明で有用である。金属製医療品の結晶構造は不純物の影響を受け得る。単結晶の材料は、不純物を最小にした場合の方が形成しやすい。さらに、単結晶、単同位体材料として形成する医療器具は、本発明で有用である。
【００２２】
金属の大きい単結晶は、幾つかの方法で成長させ得る。１つの簡単な方法は、円錐形容器内で金属を溶融し、次に先端を先にして容器を炉からゆっくり下降させる。制御された温度条件で、円錐の先端にて１つのシードが形成され、円錐を満たすまで、又は単結晶の成長が他の理由で終了するまで成長し続ける。単結晶は、単結晶のフィラメントを作成するよう、容器からゆっくり引き出してもよい。容器内の不純物が、往々にして単結晶の成長を終了させる。それにもかかわらず、単結晶のフィラメント又はワイヤを適切に形成することができる。しかし、本発明は、単結晶を形成する「溶融」技術に限定されるものではなく、他の方法も適切に使用することができる。
【００２３】
次に、このような単結晶のフィラメント又はワイヤを蒸着プロセスの基材として使用することができる。イオン化した金属原子がこの基材に堆積し、基材に含まれているものと同じ結晶構造、即ち単結晶構造を形成可能である。質量分析を伴うイオン・ビーム蒸着は、不純物及び質量種を制御できるため、単結晶医療器具を形成するために有用な蒸着プロセスである。このような方法で、ステント又はステント・ワイヤなどの単同位体で単結晶の医療品を適切に形成することができる。
【００２４】
医療器具を形成する本発明の別の有用な方法は、アモルファスの形態で形成した構造体の結晶化である。アモルファスの金属構造は、基材が堆積材料と異なる材料である場合、蒸着によって基材に堆積させ得る。アモルファス構造はその後、ほぼ室温などの典型的なアニーリング温度よりはるかに低い条件で処理又はエージングし、単結晶金属構造を形成し得る。イオン・ビーム蒸着法が有用であるのは、他の方法と比較して、不純物濃度を大幅に低減することができるからである。不純物レベルの低減は、単結晶の成長を促進する。さらに、単結晶及び単同位体結晶は、蒸着法によって、特に質量分析を伴うイオン・ビーム蒸着によって適切に形成することができる。
【００２５】
さらに、従来のプロセスと比較すると、金属構造の粒子サイズを最小にすることによって、医療器具の機械的特性を向上させることができる。従来の粒子サイズは１０ミクロン以上のオーダーである。ナノ結晶構造の医療器具が有用であるのは、例えば、疲労抵抗及び耐食性など、機械的特性が向上しているからである。粒子サイズが約１〜５００ナノメートルの範囲の生体適合性材料のナノ結晶構造が、医療器具として有用である。約１〜１００ナノメートルの粒子サイズの生体適合性材料も有用である。さらに、粒子サイズが約１〜５０ナノメートルの生体適合性材料のナノ結晶構造が、医療器具として有用である。さらに、粒子サイズが約１〜１０ナノメートルの生体適合性材料も、医療用に有用である。
【００２６】
このようなナノ結晶構造は、所望の材料の非晶質層を基材即ち標的に堆積させることによって形成可能である。上述したエージング技術を使用して、ナノメートル・サイズの結晶を形成することができる。さらに、ナノメートル・サイズの粒子の方向を制御して、ほぼ同じ結晶方向を有する規則的な粒子構造を生成することができる。このような構造を形成するために有用な方法はエピタキシーであり、これは配向されたナノ結晶構造などの結晶質構造を有する基材に所望の材料を堆積させると、堆積した材料が基材と同様の結晶質構造を形成する。
【００２７】
本発明を、金属ステントの形成に関して説明しているが、本発明の方法は、例えば血液フィルタ及び人工心臓弁など、任意の該当する医療器具の形成にも使用可能であることが理解される。さらに、本発明の医療器具は、少なくとも１つ以上の金属部材を有する。これらの部材は、特定の医療器具及び特定の医療用途に望ましい別個の寸法及び形状を有する。
【００２８】
本発明では、様々なステントのタイプ及びステントの構造を使用することができる。様々なステントの例には、自動拡張式ステント及びバルーン拡張式ステントがあるが、それに限定されない。ステントは、半径方向に収縮可能であり、その意味で、半径方向又は周方向に膨張可能又は変形可能であると言うことが最もふさわしい。自動拡張式ステントは、ばねのような動作を有し、これによってステントが半径方向に拡張するステント、又は特定の温度において特定の形状になるステント材料の記憶特性により拡張するステントがある。ニチノールは、ばね様モードでも温度に基づく記憶モードでも性能を発揮する能力を有する１つの材料である。言うまでもなく、ステンレス鋼、プラチナ、金、チタン、及び他の生体適合金属など、他の材料も想定される。
【００２９】
ステントの形状も、多数の幾何学的形状から選択することができる。例えば、ワイヤ・ステントを締め付けて連続的な螺旋パターンにし、このワイヤには波状又はジグザグ形状があってもなくてもよく、半径方向に変形可能なステントを形成することができる。個々の輪又は円を、支柱、縫糸、溶接又は交錯又は輪のロックなどによって連結し、管状ステントを形成することができる。管状のスロット付きステントも、本発明には有用である。
【００３０】
本発明の１つの態様においては、図２に示すようなスロット付き金属ステント１００又は図３に示すようなワイヤ・フレーム付き金属ステント２００など、金属ステントを本発明の実施形態により形成する。図４Ａに示すように、マンドレル１０５を真空室１１０又は蒸着プロセスに適した他の器具に配置する。マンドレル１０５は、例えば金属ワイヤ又は他の任意の適切な円筒形要素である。
【００３１】
マンドレル１０５は、モータ駆動の回転取付台１０６に装着し、一様な堆積の生成を補助することが望ましい。堆積中に、回転取付台１０６が、医療器具機器及びプロセスのパラメータによって決定された速度、例えば約１〜６０回転／分で、ベクトルＡで示すように回転する。室１１０内で適切な真空圧を形成した後に、蒸着プロセスが開始し、それによって金属層１１５が図５に示すようにマンドレル１０５に堆積する。金属層１１５として堆積される物質の原料は、真空室１１０に配置される原料物質１２０である。蒸着プロセスは、金属層１１５が所望の厚さに到達するまで継続する。上述した蒸着技術で述べたように、金属層１１５は、単結晶性又はナノ結晶の形態を含むある範囲の結晶形態を有するよう形成可能である。
【００３２】
金属層１１５はイオン化した原料物質を金属層１１５として堆積させる前に、イオン・ビームの質量分析を使用して、単同位体形態を有するものとして形成してもよい。図４Ｂに示すように、真空室１１０は、さらに、図示のように相関したフィルタ１８０及びテンプレート１８１及び１８２を有してもよい。フィルタ１８０は、元素の同位体又は原料物質１２０中に存在するような汚染物質を分離するために使用することができる。望ましいフィルタ１８０は、ＥｘＢフィルタなどの磁界及び／又は静電界を含むフィルタである。テンプレート１８１及び１８２は、特定の同位体をマンドレル１０５に向けながら、他の同位体又は汚染物質がマンドレル１０５に到達するのを防止するのに有用である。例えば、図４Ｂに示すように、ビーム１９０は、マンドレル１０５に堆積させる原料物質１２０の特定の同位体を含む。ビーム１９１Ａ〜Ｄなどの他のビームは、原料物質１２０の他の同位体又は汚染物質を含み、これらの他のビームは、テンプレート１８１及び１８２を使用することにより、マンドレル１０５への到達が防止される。
【００３３】
堆積の後、被覆した材料１０５を室１１０から取り出す。被覆したマンドレル１０５の上端及び下端１０７、１０８を、例えばダイアモンドを埋め込んだ銅の切削ホイールを装備した低速カットソーで切削するなど、任意の適切な手段で除去する。或いは、比較的長い被覆マンドレルから複数の切断部を作成して、多数の被覆マンドレル部分を生成することができ、それぞれをステントの形成に使用する。
【００３４】
６−６の軸線に沿って切り取った被覆マンドレル１０５の断面図である図６Ａに示すように、金属層１１５はマンドレル１０５を包囲する。医療器具又は医療器具の部材を形成するには、金属層１１５をマンドレル１０５から離脱する。金属層１１５は、例えばマンドレルの材料は溶解するが金属層１１５は溶解しない溶液に被覆マンドレル１０５を暴露するなどの適切な技術により、被覆マンドレル１０５から離脱する。一例として、マンドレル１０５が低炭素鋼であり、金属層１１５がニチノールからなる場合、マンドレル１０５は、金属層１１５を破壊しない塩酸などの適切な酸で溶解し、医療器具又は部材を形成することができる。図７は、マンドレル１０５除去後における図６Ａの金属層１１５の図を示す。
【００３５】
代替手段として、金属層１１５は、例えば、穿孔、研削、フライス加工、レーザ切削、レーザ・フライス加工などの機械工作技術でマンドレル１０５から離脱してもよい。
【００３６】
他の方法としては、図８に示すようにマンドレル１０５と金属層１１５との間に剥離層１３０を形成する。剥離層１３０は、例えば浸漬、噴霧、圧延、電気メッキ、蒸着などの適切な被覆技術によってマンドレル１０５に適用する。金属層１１５の堆積後、機械加工によって、剥離層１３０の材料は攻撃するが、マンドレル１０５及び金属層１１５の材料には影響しない溶液中で溶解することにより、剥離層１３０を好適に除去する。例えば、マンドレルがチタン又はタンタルで、剥離層が銅、金属層がニチノールである場合は、硫酸が有用な剥離剤である。
【００３７】
マンドレル１０５又は剥離層１３０から剥離した後、金属層１１５はステントとして、又はさらなる処理によってステントを形成するベースとしての役割を果たす。本発明により形成したステントは、体腔内で展開するための拡張促進を補助するため、スロット付き金属ステントに開口１０１などの開口の形状を有する。一態様においては、ステント１００の開口１０１は、マンドレル１０５から外した後にこのような開口を金属層１１５に機械加工することによって形成する。
【００３８】
他の態様においては、金属層１１５の堆積中にマスク１５０を使用して、マンドレル１０５を包囲する。図９，１０は、それぞれマスク１５０の例の側面図及び端面図を示す。マスク１５０は、意図された最終的ステント形状とは反対に成形し、したがって蒸着プロセスにより、金属層１１５にスロット付き金属ステント１００の開口１０１などの開口パターンが生じる。マスクは、ワイヤで形成した金属ステント２００の開口２１０など、他の形状又は構成の形成にも適切に使用することができる。
【００３９】
さらに他の態様においては、図１１に示すようなマンドレル１０５は、堆積した金属層１１５に対応するパターンが形成されるようにパターン形成される。図１１は、図５の１１−１１の軸線に沿って切り取った被覆マンドレル１０５の縦方向部分的断面図である。マンドレル１０５のパターンは、例えば、ステント１００に意図されたパターンをマンドレル１０５で窪ませるネガ・パターン１６０でよい。あるいは、マンドレル１０５のパターンは、図１２に示すようなポジ・パターン１７０でよく、ステント１００に意図されたパターンがマンドレル１０５から延在する。本発明では、ネガ・パターン、ポジ・パターン又はその組合せを使用することができる。図１３に示すように、ステント１００の一部になるよう意図されていない金属層１１５の部分は、例えば機械加工、エッチング、レーザ切削などの適切なプロセスで除去し、医療器具又は医療器具の部材を形成する。図１３の金属層１１５の残りの部分は、本発明の上記の方法を使用することにより、マンドレル１０５から除去することができる。
【００４０】
マンドレルにポジ及びネガ・パターンを形成して、マンドレルの表面にステントの逆像を生成する。マンドレルの表面に逆像を生成するための機械類は、幾何学的パターンの複雑さ、マンドレルに使用する材料のタイプ、及び他の考慮事項に応じて変化する。ミクロ機械加工法で精密切削ヘッド又は工具を使用して、パターンをマンドレルに機械加工してもよい。エッチング、成型加工及びレーザ加工技術も、マンドレルに逆像を形成する有用な方法である。
【００４１】
マンドレルの表面に形成される逆像は、微細孔又は欠陥がない、又はほぼないことが望ましい。何故なら、その後の蒸着ステントの品質が、部分的に表面の品質によって決定されるからである。したがって、逆像の機械的形成の後、化学エッチング又は他の研磨技術を使用して表面の欠陥を除去することができる。また、蒸着した金属層の品質を損なうような油脂、酸素及び他の物質は、蒸着の前に除去する。ミクロ機械加工したマンドレルの表面をこのように調整するために化学及び電気化学洗浄を使用することができる。
【００４２】
本発明の他の態様においては、蒸着の標的として細い金属ワイヤを使用することができる。図１４，１５に示すように、金属層２１５を本発明の蒸着法でワイヤ２０５に付着させ、ステント・ワイヤ２２５を形成する。ワイヤ２０５は、シール２３１を通して真空室２１０に導入される。原料物質２０を、蒸着でワイヤ２０５に堆積させる。被覆したワイヤ２０５は、シール２３２を通して真空室２１０を出る。シール２３１及び２３２は、ワイヤ２０５が真空室２１０を通過する間、真空室２１０内の真空状態を維持する働きをする。
【００４３】
図１５に示すように、ワイヤ２０５は、所望の厚さの金属層２１５が獲得されるまで、真空室２１０を複数回循環させることができる。所望の厚さの金属層２１５を獲得した後、ステント・ワイヤ２２５を蒸着プロセスから取り出し、ワイヤで形成した金属ステント２００又は他の医療器具を形成することができる。ステント・ワイヤ２２５は、適切な屈曲及び溶接などの取付技術により、ステント２００に形成することができる。
【００４４】
金属層２１５は、前記の本発明の方法により、単結晶材料、単結晶及び単同位体材料、又はナノ結晶材料として作成することができる。ステント・ワイヤ２２５は単結晶構造を有することが望ましい。
【００４５】
金属層１１５又は２１５として堆積した材料は、例えば、ニチノール、ステンレス鋼、チタン、コバルトとクロムの合金、金、プラチナ、ニオブ、ジルコン、銀、タンタル、及びその合金など、医療器具用途に使用するのに適切な任意の材料である。これらの材料を蒸着すると、微細な等軸構造を有する金属層１１５が堆積され、これはプロセス・パラメータの関数として精密に確立される。この微小構造は、強度及び耐食性などの機械的特性に影響を及ぼす。
【００４６】
本発明の方法は、さらに、所望の医療器具の特性をさらに改善すべく複数の層の蒸着に適している。例えば、図６Ｂに示すように、堆積された金属層１１５は、任意選択でプラチナ又はタンタルなどの放射線不透過性材料の層１１６で被覆し、医療器具に放射線不透過性を与える。堆積された金属層１１５は、任意選択で炭素などの材料の層１１７で被覆し、医療器具に血栓生成及び腐食及び／又は疲労抵抗を与える。金属層１１５に加える場合、このような追加の被覆１１６、１１７を単独で、又は組み合わせて適用する。さらに、追加の被覆１１６、１１７は、金属層１１５の堆積に使用したものと同じ真空室１１０で適用することが望ましい。さらなる被覆１１６、１１７の堆積を容易にするために、金属層１１５の堆積直後に真空を破ることなく、さらなる被覆１１６、１１７を堆積できるよう、好適には室１１０に複数の原料を受けて付着する装備を取り付ける。あるいは、さらなる被覆１１６、１１７の原料物質を、堆積のために室１１０に順次装填してもよい。
【００４７】
金属層１１５及び任意選択の層１１６、１１７が堆積した後、室１０５から被覆したマンドレル１０５を取り出す。層１１５、１１６、１１７には、任意選択で、例えば機械加工、熱処理、酸化、溶接、他の構成要素への取付け、有機被覆の塗布など、さらなる処理ステップを実行する。層１１５がニチノール又は別の形状記憶合金を備える場合は、熱機械的「トレーニング」ステップを実行して、当技術分野で知られているように、形状記憶効果を誘発する。
【００４８】
本発明を、以下の非制限的な例についてさらに説明する。
＜実施例＞
実施例１
パターン化したニチノール・ステントを、以下の処理ステップに従って形成する。直径約１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの鋼線マンドレルを真空室内のモータ駆動の回転取付台に載置する。室には、約５５．９重量％のニッケルを備え、残りは基本的にチタンであるニチノールの原料ターゲットも装着する。次に、室を１０^−６トル未満の圧力まで排気する。１００ｃｍ^３／分の流量でアルゴンを室に導入し、約１０ミリトルの作業圧力を生成する。次に、ニチノール・ターゲットのイオン衝撃によって室内にプラズマを生成し、その結果、ニチノールがワイヤ・マンドレルに堆積される。堆積したニチノール層の厚さが約０．２５ｍｍになるまでスパッタリング堆積を継続し、その後、被覆したマンドレルを室から取り出す。
【００４９】
被覆したマンドレルは、両端を切断して約２０ｍｍの長さにする。パターンは、その厚さ全体を貫通した楕円形の穴を機械加工することにより、被覆マンドレルに形成される。堆積されたニチノール層は、マンドレルを塩酸中で溶解することによってマンドレルから除去し、したがって、精緻な等軸及びナノ結晶構造の機能的なニチノール・ステントが生成される。ナノ結晶構造の粒子サイズは、幾つかの適切な技術で測定することができる。有用な技術には、複数の粒子境界で粒子サイズを測定する透過型電子顕微鏡があり、測定結果をコンピュータで平均する。ナノ結晶構造の粒子サイズは、この技術により１０ナノメートル未満まで測定される。
【００５０】
実施例２
パターン化したニチノール・ステントは、以下の処理ステップに従って形成される。直径約１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの鋼線マンドレルを、真空室内のモータ駆動の回転取付台に載置する。マンドレルは、堆積前に機械加工し、所望のステント・パターンを反映させる。より詳細には、マンドレルは、長さ約２ｍｍ、幅１ｍｍのスロットを有して機械加工される。室には、約５５．９重量％のニッケルを含有し残りは基本的にチタンであるニチノールの原料ターゲットも装着する。次に、室を１０^−６トル未満の圧力まで排気する。１００ｃｍ^３／分の流量でアルゴンを室に導入し、約１０ミリトルの作業圧力を生成する。次に、ニチノール標的のイオン衝撃によって室内にプラズマを生成し、その結果、ニチノールがワイヤ・マンドレルに堆積する。堆積したニチノール層の厚さが約０．２５ｍｍになるまでスパッタリング堆積を継続し、その後、被覆したマンドレルを室から取り出す。堆積後、堆積したニチノール層は、下地のマンドレルのパターンに従ってパターン形成されている。
【００５１】
被覆したマンドレルは、両端を切断して約２０ｍｍの長さにする。堆積したニチノール層は、マンドレルを塩酸中で溶解することによってマンドレルから除去する。マンドレルの溶解後、ステントの内側をレーザ・フライス加工によって機械加工し、スロットを形成するマンドレルの壁に堆積された残留ニチノールを除去する。その結果、精緻な等軸ナノ結晶構造を有するパターン形成したニチノール・ステントが生成される。ナノ結晶構造の粒子サイズは、透過型電子顕微鏡によって１０ナノメートル未満まで測定し、コンピュータで平均する。
【００５２】
実施例３
パターン化したニチノール・ステントは、以下の処理ステップに従って形成される。直径約１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの鋼線マンドレルを、真空室内のモータ駆動の回転取付台に配置する。堆積中に、円筒形のマスクを使用してマンドレルを囲み、堆積ニチノール層にパターンを形成する。マスクは、自身内に楕円形の開口を有する堆積層になるよう形成し、開口は長さ約２ｍｍ、幅１ｍｍである。室には、約５５．９重量％のニッケルを備え、残りは基本的にチタンであるニチノールの原料ターゲットも装着する。次に、室を１０^−６トル未満の圧力まで排気する。１００ｃｍ^３／分の流量でアルゴンを室に導入し、約１０ミリトルの作業圧力を生成する。次に、ニチノール・ターゲットのイオン衝撃によって室内にプラズマを生成し、その結果、ニチノールがワイヤ・マンドレルに堆積する。堆積したニチノール層の厚さが約０．２５ｍｍになるまでスパッタリング堆積を継続し、その後、被覆したマンドレルを室から取り出す。
【００５３】
被覆したマンドレルは、両端を切断して約２０ｍｍの長さにする。堆積したニチノール層は、マンドレルを塩酸中で溶解することによってマンドレルから除去し、精緻な等軸ナノ結晶構造を有するパターン形成したニチノール・ステントを生成する。ナノ結晶構造の粒子サイズは、透過型電子顕微鏡によって１０ナノメートル未満まで測定し、コンピュータで平均する。
【００５４】
実施例４
パターニングしたニチノール・ステントは、以下の処理ステップに従って形成される。直径約１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの鋼線マンドレルを、真空室内のモータ駆動の回転取付台に配置する。室には、以下の原料物質も装着する。つまり、約５５．９重量％のニッケルを含有し残りは基本的にチタンであるニチノールの原料ターゲット、及びプラチナの原料ターゲットである。次に、室を１０^−６トル未満の圧力まで排気する。１００ｃｍ^３／分の流量でアルゴンを室に導入し、約１０ミリトルの作業圧力を生成する。次に、ニチノール・ターゲットのイオン衝撃によって室内にプラズマを生成し、その結果、ニチノールがワイヤ・マンドレルに堆積する。堆積したニチノール層の厚さが約０．２５ｍｍになるまでスパッタリング堆積を継続し、その後、プラチナを約０．１ｍｍの厚さまでスパッタリング蒸着する。次に、被覆したマンドレルを室から取り出す。
【００５５】
被覆したマンドレルは、両端を切断して約２０ｍｍの長さにする。パターンは、その厚さ全体に亙る楕円形の穴を機械加工することにより、被覆マンドレルに形成する。堆積したニチノール層は、マンドレルを塩酸中で溶解することによってマンドレルから除去し、精緻な等軸ナノ結晶構造及び放射線不透過性プラチナ被覆を有するパターン形成したニチノール・ステントを生成する。ナノ結晶構造の粒子サイズは、透過型電子顕微鏡によって１０ナノメートル未満まで測定し、コンピュータで平均する。
【００５６】
実施例５
パターン化したニチノール・ステントは、以下の処理ステップに従って形成される。直径約１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの鋼線マンドレルを、真空室内のモータ駆動の回転取付台に配置する。室には、以下の原料物質も装着する。つまり、約５５．９重量％のニッケルを含有し残りは基本的にチタンであるニチノールの原料ターゲット、プラチナの原料ターゲット、及び炭素の原料ターゲットである。次に、室を１０^−６トル未満の圧力まで排気する。１００ｃｍ^３／分の流量でアルゴンを室に導入し、約１０ミリトルの作業圧力を生成する。次に、ニチノール・ターゲットのイオン衝撃によって室内にプラズマを生成し、その結果、ニチノールがワイヤ・マンドレルに堆積する。堆積したニチノール層の厚さが約０．２５ｍｍになるまでスパッタリング堆積を継続し、その後、プラチナを約０．１ｍｍの厚さまでスパッタリング蒸着する。プラチナが付着した後、電子ビームの相互作用で炭素原料を気化する。次に、被覆したマンドレルを室から取り出す。
【００５７】
被覆したマンドレルは、両端を切断して約２０ｍｍの長さにする。パターンは、その厚さ全体に亙り楕円形の穴を機械加工することにより、被覆マンドレルに形成する。堆積したニチノール層は、マンドレルを塩酸中で溶解することによってマンドレルから除去し、精緻な等軸ナノ結晶構造及び放射線不透過性プラチナ被覆を有するパターン形成したニチノール・ステントを生成する。ナノ結晶構造の粒子サイズは、透過型電子顕微鏡によって１０ナノメートル未満まで測定し、コンピュータで平均する。
【００５８】
以上で、特定の実施形態によって本発明を説明してきたが、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な変更及び修正を実行することができることを理解することができるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸着方法により医療器具を形成する方法の模式図。
【図２】本発明の蒸着方法により形成された医療器具を示す斜視図。
【図３】本発明の蒸着方法により形成された第２の医療器具を示す斜視図。
【図４Ａ】本発明の実施形態による蒸着装置の例を示す概念図。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による質量分析及び質量分離を備えた図４Ａの蒸着装置を示す概念図。
【図５】本発明の実施形態による堆積層を有する基材を示す斜視図。
【図６Ａ】図５の６−６の軸線に沿って切り取った堆積層を有する基材を示す断面図。
【図６Ｂ】本発明の別の実施形態による多層基材を示す断面図。
【図７】基材を除去した後の図６の堆積層を示す断面図。
【図８】本発明の別の実施形態による剥離層を有する多層基材を示す断面図。
【図９】本発明の実施形態により使用する堆積マスクの例を示す側面図。
【図１０】本発明の実施形態により使用する堆積マスクの例を示す端面図。
【図１１】本発明の実施形態による蒸着金属層を有するパターン化基材の一部を示す断面図。
【図１２】本発明の実施形態による蒸着金属層を有する第２のパターン化基材の一部を示す断面図。
【図１３】金属層の一部を除去した後の図１１のパターン化基材の一部を示す断面図。
【図１４】本発明の実施形態により、図３の医療器具の形成に使用するステント・ワイヤを示す斜視図。
【図１５】本発明の実施形態により、図１４のステント・ワイヤを形成する蒸着装置の例を示す概念図。

Claims (38)

1. 医療器具を形成する方法であって、
   生体適合金属の原料を提供する工程と、
   基材を提供する工程と、
   前記原料から前記基材上に、アモルファス、ナノ結晶、結晶、及び単結晶構造からなるグループから選択された粒子構造を有した生体適合金属層を蒸着によって堆積させる工程と、
   前記基材から前記金属層を除去する工程とからなり、
   前記除去された金属層が前記医療器具である方法。
2. 前記基材がマンドレルである請求項１に記載の方法。
3. 前記基材がワイヤである請求項１に記載の方法。
4. 前記ナノ結晶構造が、約１〜約５００ナノメートルの粒子サイズを有する請求項１に記載の方法。
5. 前記ナノ結晶構造が約１〜約５０ナノメートルの粒子サイズを有する請求項１に記載の方法。
6. 前記金属層を堆積させる工程の前に、前記基材にパターンを形成する工程からなる請求項１に記載の方法。
7. 前記パターン形成工程は、前記パターンを前記基材に機械加工する工程からなる請求項６に記載の方法。
8. 前記蒸着は、物理蒸着、イオン・ビーム直接蒸着、イオン・ビーム・アシスト蒸着、及び化学蒸着からなるグループから選択される請求項１に記載の方法。
9. 前記単結晶構造が等軸構造である請求項１に記載の方法。
10. 前記原料は前記生体適合性材料の異なる同位体を含有し、前記基材に堆積させるために前記同位体の１つを選択する工程からなる請求項１に記載の方法。
11. 前記生体適合性材料は、ニチノール、プラチナ、チタン、ニッケル、金、ニオブ、ジルコン、銀、タンタル、コバルト、クロム、ステンレス鋼、及びそれらの合金からなるグループから選択される請求項１に記載の方法。
12. 前記基材から前記金属層を除去する工程は、前記基材を溶解する工程からなる請求項１に記載の方法。
13. 前記基材から前記金属層を除去する工程は、前記基材から前記金属層を機械加工する工程からなる請求項１に記載の方法。
14. 前記金属層を堆積させる工程の前に前記基材に中間層を堆積させて、前記金属層を堆積させる工程の後には前記中間層が前記基材と前記金属層との間に設けられるようにする工程からなる請求項１に記載の方法。
15. 前記基材から金属層を除去する工程は、前記中間層を溶解する工程からなる請求項１４に記載の方法。
16. 前記医療器具を室温より高い温度に暴露する工程からなる請求項１に記載の方法。
17. 前記医療器具を酸化する工程からなる請求項１に記載の方法。
18. 前記医療器具を機械加工する工程からなる請求項１に記載の方法。
19. 前記医療器具が形状記憶を有すべくトレーニングする工程からなる請求項１に記載の方法。
20. 請求項１に記載の方法によって形成される医療器具。
21. 前記医療器具がステントである請求項２０に記載の医療器具。
22. 前記医療器具が血液フィルタである請求項２０に記載の医療器具。
23. 前記医療器具が人工心臓弁である請求項２０に記載の医療器具。
24. 埋め込み式医療器具であって、１つ以上の生体適合金属部材を備え、前記１つ以上の部材が単結晶で単同位体の形態を有する器具。
25. 前記１つ以上の部材が、ニチノール、プラチナ、チタン、ニッケル、金、ニオブ、ジルコン、銀、タンタル、コバルト、クロム、ステンレス鋼、及びそれらの合金で構成された生体適合金属のグループから選択される請求項２４に記載の器具。
26. 前記１つ以上の部材が、単同位体の生体適合金属の合金であり、前記金属が、ニチノール、プラチナ、チタン、ニッケル、金、ニオブ、ジルコン、銀、タンタル、コバルト、クロム、ステンレス鋼、及びそれらの合金で構成されたグループから選択される請求項２４に記載の器具。
27. 前記器具がステントである請求項２４に記載の器具。
28. 前記器具が血液フィルタである請求項２４に記載の器具。
29. 前記器具が人工心臓弁である請求項２４に記載の器具。
30. 埋め込み式医療器具であって、ナノ結晶形態を有する１つ又は複数の生体適合金属部材を備える器具。
31. 前記ナノ結晶形態が、約１〜約５００ナノメートルの粒子サイズによって形成される請求項３０に記載の器具。
32. 前記ナノ結晶形態が、約１〜約５０ナノメートルの粒子サイズによって形成される請求項３０に記載の器具。
33. 前記１つ以上複数の部材が、さらに、等軸形態にて形成される請求項３０に記載の器具。
34. 前記１つ以上の部材が、ニチノール、プラチナ、チタン、ニッケル、金、ニオブ、ジルコン、銀、タンタル、コバルト、クロム、ステンレス鋼、及びそれらの合金で構成された生体適合金属のグループから選択される請求項３０に記載の器具。
35. 前記１つ以上の部材が単同位体の生体適合金属の合金であり、同金属が、ニチノール、プラチナ、チタン、ニッケル、金、ニオブ、ジルコン、銀、タンタル、コバルト、クロム、ステンレス鋼、及びそれらの合金で構成されたグループから選択される請求項３０に記載の器具。
36. 前記器具がステントである請求項３０に記載の器具。
37. 前記器具が血液フィルタである請求項３０に記載の器具。
38. 前記器具が人工心臓弁である請求項３０に記載の器具。

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