JP2009508009A - 化学蒸着によって形状記憶被膜を作製する方法およびそれによって作製される形状記憶デバイス - Google Patents

Abstract

化学蒸着（ＣＶＤ）によって形状記憶または超弾性薄膜を堆積する方法、ならびにステント、移植片、ステント移植片、ステントカバー、閉塞およびフィルタメンブレン、および薬物送達デバイスを含めた、それによって作製される医療デバイス。この方法は、ニッケルチタン形状記憶または超弾性合金の被膜の製造時にＣＶＤ反応を使用して基板表面上に薄膜が堆積されることを含む。そのようなニッケルチタンベースの形状記憶または超弾性合金は、二元ニッケルチタン合金であってよく、または三元、四元、もしくはそれよりも高いレベルの合金を形成するために追加の化合物を含んでいてもよい。

Description

本発明は、一般に、化学蒸着（ＣＶＤ）によって形状記憶または超弾性薄膜を堆積する方法、およびそれによって作製されるデバイスに関する。特に、本発明は、薄膜を堆積する方法であって、ニッケルチタン形状記憶または超弾性合金の被膜の製造時にＣＶＤ反応を使用して基板表面上に薄膜が堆積される方法に関する。そのようなニッケルチタンベースの形状記憶または超弾性合金は、二元ニッケルチタン合金であってよく、または三元、四元、もしくはそれよりも高いレベルの合金を形成するために追加の化合物を含んでいてもよい。

本発明はさらに、ＣＶＤによって製造される形状記憶デバイス、特に、ステント、ステント移植片、ステントカバー、移植片、閉塞およびフィルタメンブレン、ならびに薬物送達デバイスを含めた植え込み用医療デバイスに関する。

ＣＶＤプロセスは、一般に、集積回路などマイクロエレクトロニクスデバイスおよび構成要素の製造に関連付けられる。近年、物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスが、医療デバイス用途での使用に適した形状記憶合金を製造するために採用されている。例えば、スパッタリング方法が、植え込み用医療デバイスとして使用するのによく適した高強度ニッケルチタンＳＭＡ被膜を製造するために使用されている（例えば、特許文献１（２００３年３月２７日公開。本願と同一の譲受人に譲渡され、本明細書に参照として組み込む）参照）。

ＰＶＤ技法が、植え込み用医療デバイスの製造に許容できる被膜を製造することが分かっているが、０．２５から１．０μｍの範囲内のものなど非常に微細なフィーチャの満足の行くステップカバレッジを得ることは非常に難しいので、そのようなフィーチャが望まれる場合、ＰＶＤ技法は十分には適さないことがある。しかし、一般に、ＣＶＤ処理によるニッケルチタンＳＭＡの凝集性被膜および凝集性パターン形成被膜の製造は知られていない。

二元ニッケルチタンが、現在、多くの医療デバイスに選択される材料であるが、合金を所要の形状および表面仕上げに製造するという課題がある。しかし、二元ニッケルチタンを作製する現在利用可能な方法での制限により、特に放射線不透過性の領域で、二元材料の性質、超弾性性質、および疲労強度の改良が必要とされる。

ニチノールを採用する医療デバイスの範囲が広がるにつれて、より良い材料性質、インゴット溶解技術、改良された形成方法、優れた仕上げおよび製造技法に対する要求も高まっている。ニチノール産業および医療用途に関わる４０年の研究は、当然、製造のこれらの側面の全てにおいて大きな改良を見てきた。しかし、より小さな物理的寸法を有する植え込み用デバイスが急増するにつれて、この合金族の放射線不透過性、強度、疲労および生体適合性のさらなる改良への要求も高まっている。

ストックＮｉＴｉロッド、シート、ワイヤなどのための開始または前駆体材料として採用される従来のバルクＮｉＴｉ合金は、ＮｉＴｉ合金を溶解し、一次金属加工としてインゴットを鋳造することによって作製される。しかし、インゴット鋳造は、仕上がりデバイスにおける下流での材料性質をもたらす、以下のことを含めた幾つかの課題を有する。１．酸素および炭素汚染の受けやすさ、２．非常に厳しい組成制御の必要性、３．ミクロおよびマクロ分離を最小限にするための固化条件、および４．非金属含有の回避。

チタン合金製造に関して正常に使用されている溶解処置の多くがＮｉＴｉに関して有効である。現在、ＮｉＴｉ形状記憶合金に関する最も一般的な処置は、一次合金調製のために真空誘導溶解（ＶＩＭ）を使用し、その後、ミクロ構造の均質性を改善するために真空アーク溶解（ＶＡＲ）を使用するものである。分離特性は、状態図の性質および固化速度に応じる。より速い冷却速度は、より小さなデンドライトアーム間隔に有利であり、これは最小の分離に当たる。また、速い冷却速度は、炭化物および金属間化合物などの微粒子の良好な分散を促進するのにも役立つ。ＶＩＭプロセスはグラファイトるつぼを使用するので、炭素の取出しが可能であるが、チタンとグラファイトるつぼとの間の直接接触を回避することによって、かつ１４５０℃未満の融解温度を保つことによって、炭素レベルを２００から５００ｐｐｍに保つことができる。ニチノール化学物質および微量元素に対する一般的な要件は、ＡＳＴＭ標準Ｆ２０６３−００に定義されている。比較的小さなＶＩＭインゴットの変態温度は、一般に＋／−５℃に保つことができる。ミクロおよびマクロ分離の制御は、インゴットサイズの増加と共により困難になる。ミクロ構造を精練するために、真空アーク溶解プロセス、すなわちＶＡＲが使用され、その際、ＶＩＭ溶解された合金の消耗電極が銅モールド内で溶解されて、はるかに小さな分離を有するはるかに均質なインゴットをもたらす。５５．０ａｔ％よりも多いニッケルを有する合金に関しては、ニッケルまたはチタン含有量の１パーセントのずれが約１００℃の変態温度変化をもたらすことになることに留意すると、分析技法は、変態温度を予測するための精度を有さない。実際には、変態温度および化学的性質は、ＶＩＭ金属電荷を測定することによって、より効果的に制御される。溶解物から取られた試料を分析することによってＶＩＭ溶解中のインサイチュ合金修正を行うことができるが、これは製造時には困難な処置である。

別法として、複数回のＶＡＲ溶解実施が、商用のＮｉＴｉインゴット製造に関して使用される。グラファイトるつぼとの接触を回避すると、ＶＡＲインゴットは、典型的には２００ｐｐｍ未満の炭素汚染を有するより清浄な合金を製造する傾向がある。残念ながら、アークが電極を漸次に溶解するのでごく小さな溶解領域しか生成されないという事実により、インゴットに沿った化学的性質のあまり均質でない分布が存在し、上から下へのインゴット変態は、１０℃よりも大きく変動することがある。ＶＡＲプロセスを繰り返すこと（いわゆる複数回溶解）によって、より均質なインゴットを得ることができる。

インゴット製造のための現在好ましい溶解システムは、説明したＶＩＭ−ＶＡＲであるが、真空誘導スカル溶解プロセスが、より高い純度のインゴットを製造する可能性を有する。このプロセスでは、るつぼは、概観が王冠に似た非常に独特な幾何形状を有し、ロッド直径の約半分の間隔を空けられた長方形水冷ロッドからなるサイドステークを有する水冷ベースを有する。このるつぼは、誘導コイルによって取り囲まれ、アセンブリ全体を傾けて、真空チャンバ内部に配置されたモールド内に流し込むことができる。合金が溶解されるとき、固化された金属の薄層が、るつぼ底部とステークサイドとの上に作製され、溶解物は、溶解合金のるつぼまたはスカル内に閉じ込められることになり、るつぼ溶解物相互作用の可能性をなくし、最小の汚染および非常に激しい溶解物攪拌をもたらす。サイドステークの上に形成されるシェルは、直接接触しないように小さく、したがって電磁場の電気的な短絡を防止する。電磁誘導が金属るつぼおよび溶解物によって吸収されるので、プロセスは、非効率的であり、大きな電源を必要とする。高純度ニチノールの利益はまだ実証されていないが、ニチノール中の不純物が、植え込み用ニチノールデバイスに対する生物学的応答に干渉することを示唆する証拠が存在し、デバイスの熱力学的および機械的性質に対し影響を及ぼすと推測することができる。

ＮｉＴｉＣｕおよびＮｉＴｉＮｂなどの三元合金は、組成変化に比べて、それらの変態温度に対する変化が小さいことが判明している。しかし、Ｃｕ添加が、高温転化での問題である高温脆性をもたらし、一方、Ｎｂは、変態ヒステリシスを拡大する。組成感度を減少して超弾性性質を改良する他の合金可能性が存在することもあり、これは、インゴットプロセスをより効率的にする。さらに、銅は、インビボで細胞障害性があるので、植え込み用医療デバイス内で禁忌である。

整形外科システムなどのインベストメント鋳造植え込み用デバイスを例外として、ほとんどの医療デバイスは、ワイヤ、ストリップ、または管から製造される。したがって、インゴットの主要な処理は、熱間鍛造または圧延による高温ブレークダウン（ｈｏｔ ｂｒｅａｋ ｄｏｗｎ）を伴う。熱間加工は、鋳造構造をブレークダウンし、さらなる冷間引抜のための許容できるサイズを提供する。熱間加工は、激しい酸化を回避する温度で実施しなければならない。ニチノールに関して、好ましい熱間加工温度は８００℃であり、これは、良好な加工性を保証し、酸化物蓄積を最小限にする温度である。溝付きロールを有するミルを採用する熱間圧延が、最も一般に使用されているブレークダウンプロセスである。

適切な寸法のロッドが実現されると、ニチノールは、最終的な寸法をもたらすように冷間加工され、冷間加工を熱処理と組み合わせることによって、所望の機械的および物理的性質を実現する。ニチノールは、非常に高い加工硬化指数を有し、これは、単一パスで実現可能な冷間圧延（ｃｏｌｄ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を制限する。パス間での焼鈍が６００から８００℃で実施され、生成される酸化物は、ほとんどの場合、その存在がダイ潤滑を維持する助けとなるので、最終的なパスまで除去されない。一般に使用される潤滑剤としては、グラファイトを含む水、二硫化モリブデン、油ベース潤滑剤、およびステアリン酸ナトリウム石鹸が挙げられる。潤滑剤は、最終的な寸法が実現された後に完全に除去されなければならない。円形ワイヤは、単一または複数ダイスタンドで製造され、長方形ワイヤは、Ｔｕｒｋのヘッドブルブロック（ｈｅａｄ ｂｕｌｌ ｂｌｏｃｋ）プロセスを使用して製造される。円形ワイヤは、リボンを形成するために平坦化することもでき、しかし公差は、Ｔｕｒｋのヘッド引抜プロセスのほうが良い。ニチノール管が、ステントの製造のための主要な開始点となっており、したがって管引抜プロセスに対する幾つかの変形形態、すなわち浮動マンドレル、非変形可能マンドレル、および変形可能マンドレルがある。管引抜方法の詳細は、独自開発のものであり、しかし幾つかは特許に記載されている。０．２５ｍｍ程度の小さなＯ．Ｄ．を有する管が製造されている。対処される問題として、管同心性、管外面仕上げ、および管Ｉ．Ｄ．洗浄が挙げられる。ワイヤ引抜の場合と同様に、パス間での焼鈍が必要とされ、表面酸化は、不活性雰囲気中での焼鈍によって最小限にされる。洗浄は、特に管がレーザ切断されるときに重要である。これは、不純物が改鋳構造に取り込まれることがあり、改鋳構造が取り外される前にマイクロクラッキングを促進することがあるからである。

ニチノールの機械加工は、その非常に速い硬化により、非常に困難である。しかし、適切な炭化物ツーリング、およびツール幾何形状、速度、およびフィードの制御によって、回転操作で優れた公差および仕上げを実現することができる。断続切削を伴うミリングは、より困難であり、ツール破損が頻繁な問題になる。穴あけは、回転と同様に、フィードおよび速度の注意深い制御を必要とし、塩化潤滑剤の使用が推奨される。テーピングは非常に困難であり、推奨されない。円筒無心研削が、配管およびワイヤに良好な表面を生成するための有用なプロセスであり、カテーテルガイドワイヤにテーパ付き端部を作製するために使用される。研磨ホイール切断および研磨ウォータージェット切断など他の研磨方法も、ニチノールを加工するために使用される。放電加工（ＥＤＭ）はかなり有用であるが、大量生産にはそれほど適していない。改鋳層が高エネルギースパークによって生成されるので、電極銅および酸化物を含むこの汚染された層は通常除去される。前述したように、特別な場合には、フォトエッチングが、ステント、フィルタ、およびバスケットを形成するために使用される。１つの写真画像または複数の画像からなるツーリングが用意されると、このプロセスは、効率的な部品製造が可能になる。このプロセスでの公差は、金属厚さの１０％であり、したがって０．０２５ｍｍのシートに関して公差は＋／−０．００２５ｍｍとなり、ほとんどの構成要素にかなり適している。ステントなどの３次元構造を、新規の撮像技法を使用してフォトエッチングプロセスによって製造することができる。例えば、数値制御された部品回転および移動と同期してコンタクトフィルムおよび楕円形ミラーまたは光走査システムを使用して、エッチング前に、円柱形構造上のフォトレジスタンスコーティングに所望のパターンをインプリントすることができる。

レーザ切断および機械加工が、ニチノール管からステントを作製するための好ましい方法になっている。非常に複雑な幾何形状が、コンピュータ制御された部品移動と、精細に合焦されるパルスＮｄ：ＹＡＧレーザビームとを使用して生成される。レーザ切断は本質的には溶解プロセスであるので、改鋳層が切断表面に生成される。表面汚染を防止するために、部品は、レーザ切断が開始される前に非常に清浄でなければならない。改鋳層は、マイクロクラッキングを受けやすく、機械加工された構成要素に関する良好な疲労寿命を保証するためには除去されなければならない。また、熱影響区域（ＨＡＺ）も存在し、切断後操作で除去されなければならない。改鋳材料およびＨＡＺを除去するための通常の技法は、電解研磨、研磨、および蒸気噴射洗浄を含む。レーザ切断は、高速で、非常に融通性があり、切断される幾何形状は、コンピュータ制御の再プログラミングによって簡単に変更することができる。

冷間加工または熱処理状態でのニチノール材料は簡単にせん断または押抜きすることができるが、ワイヤ形状の形成によってであれ、金型プレス加工によってであれ、正確な形状に形成するのは困難である。大気温度では、主要な問題であるスプリングバックが大きい。スプリングバックを打ち消すために、部品は、応力の解放時に所望の形状が実現されるように過剰に変形されることがある。残念ながら、これは応力誘導マルテンサイトの生成をもたらし、これは、所望の機械的性質を劣化させ、変態温度をずらす。スプリングバックに対する解決策は、制約下で部品を熱処理することである。大量製造が必要とされる場合、多くの拘束ジグの使用が必要となることがある。大量生産のための別の手法では、部品は、断熱されたマンドレルの上に形成して、数秒間電気的に加熱し、次いでマンドレルから外すことができる。このようにして、単純な形状のみを加工することができる。

超弾性ニチノールを使用する広範囲の医療デバイスに関して、熱処理前の初期条件は、３０から４０％の冷間加工であり、続いて５００℃での熱処理が行われる。形状記憶合金に関して、熱処理範囲は、好ましくは３５０から４５０℃である。また、５５．５％よりも多いニッケルを有する合金の溶液処理および老化によって、良好な超弾性性能を生み出すこともできる。この処理に関して、溶液処理温度は６００から９００℃の間であり、老化処理は４００℃で実施される。この処置は、延性の溶体化処理された合金を用いて複雑な性質の生成を行い、次いで老化によって超弾性にすることができる場合に有用である。老化プロセスは、Ｎｉリッチ金属間化合物の析出を引き起こし、これはＮｉのマトリックスを枯渇させるので、得られる材料の変態温度の付随する増加がある。

ニチノールアクチュエータおよび構成要素の初期開発では、接合は、クリンピング、リベット締め、およびスエージ加工による機械的な固定に制限されていた。レーザ溶接プロセスの近年の発展が、ニチノールのそれ自体への接合を通例のプロセスにしている。酸素および窒素による汚染が、真空または不活性ガスカバーの下での溶解を含む任意の接合プロセスを実施することを不可欠にする。ＣＯ₂レーザとＮＤ：ＹＡＧレーザとは、どちらも優れた強度保持で溶接を生成することができる。ＣＯ₂レーザ溶接は、融合区域およびＨＡＺで、低減された強度および永久変形に対する抵抗を示す。これは、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）プロセスを使用して行われる溶接にも当てはまる。また、より小さな部品を溶接するために電子ビーム溶接も有用であるが、そのプロセスは、真空ポートを通した装填および装填解除の必要性のために遅い。最良の溶接は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用して行われるものと考えられ、７５％のベース金属強度の生成と、超弾性溶接試験片の７％歪の後のわずか０．２％の永久変形とを伴う。抵抗溶接も使用することができ、やはり適切な不活性ガス遮蔽を伴う。Ｔｉリッチ合金は、溶接割れをより受けやすいが、消耗ワイヤを使用して、良好な強度で割れのない溶接を生成することができる。

ニチノール上に形成される付着酸化物表面は、従来のはんだプロセスに対する障壁である。ハロゲンベースフラックスが、軟質はんだ付けを可能にする（例えば、特許文献２参照）。電気めっきまたは無電解ニッケル堆積によって形成されるニッケルの中間障壁は、緩やかなフラックスでのはんだを受け付ける表面を作製する。別の手法は、ホウフッ化銅ＨＦ溶液を使用して銅層を無電解めっきし、これに続いてニッケルめっきを行うものである。幾つかの場合には、ニッケルの上にある金などの第２の金属層が、はんだ付け性を改良する。はんだ濡れを促進するためにアルミニウムから酸化物を除去するために開発された超音波はんだ付けも、Ｓｎベースはんだを用いてニチノールに良好に使用されている。

ニチノールを他の金属、例えばステンレス鋼に接合することが望ましい場合もある。そのような溶接の融合区域内には脆性の金属間化合物が生成され、溶接を役に立たないものにする。ＦｅＴｉおよびＦｅ₂Ｔｉなど金属間物質の生成を回避するために、ニチノールとステンレス鋼との両方に適合した何らかの中間層が採用されなければならない。タンタルは、所望の特性を有する１つの金属であり、溶接は、この金属で良好である。同様の結果を生み出すことができる他の中間層は、ＮｂおよびＭｏである。Ｔａ中間層を用いた抵抗溶接および衝撃アーク突合せ溶接が、許容できる接合を形成している。

ニチノールの熱間加工中、酸化物が生成され、グリットブラスト、研磨、または化学的手段を使用して冷間加工前に除去されることがある。フッ化水素洗浄は、酸化物層を洗浄するのに非常に効果的であるが、細いワイヤまたは薄い壁の管を洗浄するときには、ワークピースの所望の寸法の大きな変更を避けるように注意しなければならない。振動仕上げなどの機械的な研磨は、一括処理で鏡面仕上げを施すことができる。特定の部品に関して適切な媒体を選択するために、トライアル研磨が必要である。電解研磨は、非常に滑らかな仕上げを施すのに非常に効果的な技法であるが、一貫した結果は、電解質と、電圧および温度などの研磨パラメータとに大きく依存する。メタノール中の酢酸または硫酸との過塩素酸の混合物も使用されており、良好な結果を示している。

耐食性と生体適合性とはどちらも、ニチノール構成要素を仕上げる最終的な方法によって影響を及ぼされる。インビボでのニッケル浸出は、仕上げ技法に依存する。酸化チタンの最終的な表面は、ニッケル浸出に対する障壁として働き、また表面不動態性、したがって耐食性を向上させることが判明している。機械的に研磨された表面の滑らかな概観は魅力的であるが、実際には、このタイプの表面は耐食性が最も低く、一方、化学エッチングは不動態性を向上させる。電解研磨自体は、耐食性を必ずしも向上させないが、これに不動態化処置が続く場合、最適な耐食性および生体適合性を実現することができる。

金属および有機コーティングは、様々な方法によってニチノールに塗布することができるが、一般に、そのようなコーティングは、ワークピースが使用中であるときのフレーキングを回避するのに良好な接着性および十分な延性を得るのが困難であるため、望ましくない。さらに、損傷を受けた金属コーティングが電食をもたらすこともある。

粉末冶金（ＰＭ）は、非常に効率的に、精密で高強度の鉄および非鉄部品を作製するための重要な手段である。微粒化の方法が、化学的性質の優れた制御を伴って無反応性および反応性金属の粉末を生成するために開発されている。ニチノールに適用するとき、主要な問題は、酸素含有量の制御である。典型的なＰＭニチノール部品は、３０００ｐｐｍもの酸素を有することがある。粉末の注意深い取扱いによって、酸素レベルを１５００ｐｐｍ近辺まで減少することができるが、依然として疲労および延性に対する影響の問題がある。

形状記憶合金ニッケルチタンを製造する代替方法は、予合金ニチノールの微粒化を含み、これは、ガス微粒化、水素化、微粉砕、およびメカニカルアロイングを使用して実施されている。ブレンドされた粉末は、熱間および冷間等方圧加圧、熱間および冷間単軸ダイ圧密、および直接粉末圧延によって圧密される。粉末がパイレックス（登録商標）ガラス管内に装填され、圧密のために振動され、次いで排気および密封される独特なプロセスが開発された。管は垂直炉内に配置され、焼結は、陽圧を供給する大気圧で行われる。生成物は、６８％の間隙率を有し、熱間等方圧加圧によってさらに加工して、９５％よりも大きい密度を実現することができる。圧延またはスエージ加工による熱間加工は、十分に高密度の材料を生成することができる。異なる変態温度を有する２つのニチノール粉末を適切な比でブレンドすることによって、目標の変態温度の正確な制御を伴って焼結生成物を得ることができる。しかし、このプロセスは、ＶＩＭ／ＶＡＲ処理に競合することは実証されていない。

マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、流体デバイスの制御のため、およびロボットシステムでの適用のために大きな注目を浴びている。医療デバイス製造への薄膜ニチノールＭＥＭＳの適用に対する関心も急速に高まっている。被膜は、金属、シリコン、ガラス、およびポリマー基板上に堆積することができる。低温伝導基板上に堆積される場合、堆積物は非晶質であり、形状記憶性質を生み出すために、被膜を加熱して結晶化を引き起こさなければならない。様々な基板が使用されるが、シリコンが好ましい材料として文献に出ている。様々なＮｉ−Ｔｉ合金が薄膜堆積物として研究されている。ＭＥＭＳデバイスに最も頻繁に採用される２つの合金は、二元ＮｉＴｉおよびＮｉＴｉＣｕである。予合金ターゲットおよび元素ターゲットが使用されるが、前者がより均一な組成を生み出す。シリコン基板にあるオリフィスを開閉するために薄膜を使用する複数のタイプのミニチュア弁が開発されている。高周波数および高圧を可能にするミニチュアポンプシステムは、等原子比ＮｉＴｉからＮｉリッチ組成に変わる組成勾配を有する薄膜を生成するために独特な堆積技法を使用して形成されている。被膜のＮｉリッチ層は、バイアスとして働き、二方向記憶動作を提供する。加熱されるとき、被膜は、ドームを形成するように盛り上がり、冷却されるとき、被膜は平坦位置に戻る。したがって、加熱／冷却サイクルがポンプ作用を生み出すことができる。ＭＥＭＳポンプおよび弁は、将来確実に使用されるようになるこのタイプの様々な薬物送達システムおよびデバイスのための基礎をなすことができる。

蒸発およびスパッタ堆積プロセスなどの物理蒸着技法が、ステントカバーおよび／または移植片として有用な管状被膜を製造するために使用されており、フルサイズのステントを作製できる可能性を有する。これらの堆積プロセスを特徴付けるパラメータは、制御された組成、粒構造、およびトポグラフィ、ならびに所望の熱力学的および機械的性質を有する被膜を作製するように操作することができる。これらの堆積技法は、生体適合性材料を作製するために使用されている。

ステントの展開は、放射線写真によってステントの位置を観察することによって支援されるが、二元ニチノールは、比較的低い放射線不透過性を有し、その像は見にくい。金など、より高い原子数の材料のコーティングを有するステントは、放射線不透過性を改良し、より明瞭な像を提供する。代替方法が開示されており、そこでは、高い原子数を有する白金、パラジウム、または他の元素などの元素の三元添加を有するニチノールが、より放射線不透過性となる。これらの三元合金は、依然として、二元ニチノールの所望の超弾性特性を保つ。

化学蒸着は、一般に、適当な成分を含有する気相化学反応物の反応からの、基板上への不揮発性固体被膜の形成を表す。反応チャンバがこのプロセスに関して使用され、反応チャンバ内に反応物ガスが導入されて、分解し、基板と反応して被膜を形成する。基本的なＣＶＤプロセスは、以下のステップからなる。１）反応物ガスと希釈剤不活性ガスとの事前定義された混合物が、指定された流量で反応チャンバ内に導入される。２）ガス種が基板に移動する。３）反応物が、基板の表面上に吸着される。４）反応物が、基板との化学反応を受けて、被膜を形成する。５）反応のガス副生成物が、脱着され、反応チャンバから排気される。化学蒸着のプロセス中、反応物ガスは、表面で基板材料と反応するだけでなく、反応器のチャンバ内の気相中で反応する。基板表面で行われる反応は、不均一反応として知られており、基板の加熱表面で選択的に生じて、そこに高品質の被膜を形成する。気相中で起こる反応は、均一反応として知られている。均一反応は、堆積材料の気相凝集体を生成し、これは表面にあまり付着せず、同時に、追加された欠陥を有する低密度被膜を形成する。したがって、化学蒸着中、不均一反応が均一反応よりも望ましい。

薄膜の化学蒸着は、移送プロセスと組み合わせた気相および表面反応を含む。高品質の蒸気を維持するために、しばしば不活性キャリアガス中に希釈された前駆体ガスが、適切な温度で反応チャンバに移送される。前駆体ガスは、加熱された表面の上を通って表面と接触すると、反応または分解して固相を生成し、これが基板上に堆積される。基板温度は、典型的には、被膜形成の速度、ならびに堆積される材料の性質に影響を及ぼすので重要である。チャンバ温度制御は、それを使用して、チャンバ壁へのガス反応物の生成または反応物の消耗を制御することができるので、有意である。また、ガス反応物の生成は、チャンバ圧力を制御することによって制御することもできる。化学蒸着のプロセスは、被膜成長プロセスの以下の要素に要約することができる。
１．反応器入口から堆積区域へのバルクガスフロー領域内での質量輸送
２．成長表面への被膜前駆体の質量輸送
３．成長表面上への被膜前駆体の吸着
４．基板の表面上での、吸着された種の表面反応
５．成長する被膜島内への被膜成分の取り込み
６．表面反応の副生成物の脱着
７．堆積区域から反応器出口に向かうバルクガスフロー領域内での副生成物の質量輸送
ＣＶＤ処理および様々なＣＶＤ反応器タイプの原理を説明する優れたモノグラフがある（例えば、非特許文献１(ISBN 0-8412-1475-1。出版元American Chemical Society。参照として本明細書に組み込む)参照）。

典型的なＣＶＤシステムは、以下の基本的な構成要素からなる。
ａ．反応器チャンバへのガスの流れを供給および制御するガス送達システム
ｂ．内部で堆積が行われる反応器チャンバ
ｃ．反応器チャンバ内に基板を導入する、および取り外すためのシステムである基板装填機構
ｄ．例えば、ＰＥＣＶＤのためのプラズマグロー放電など、前駆体ガスを反応または分解させるのに十分なエネルギーまたは熱を提供する源、あるいは加熱源、放射熱源、誘導もしくはＲＦ加熱源、ＵＶ可視光、またはレーザなど代替のエネルギー源
ｅ．低いチャンバ圧力を維持し、チャンバ内でのガス種の短い滞留時間を提供し、かつ堆積の副生成物を蒸発させる真空システム
ｆ．温度、圧力、持続時間、および流れなど堆積のプロセスパラメータを監視および制御するプロセス制御機器

ニッケル被膜およびチタン被膜をＣＶＤ処理によって作製することができることが知られているが、ニッケルチタンＳＭＡ被膜もＣＶＤ処理によって作製することができることは従来知られていない。ニッケル被膜は、最初にニッケル粉末と一酸化炭素（ＣＯ）との反応生成物からガスニッケルカルボニル（Ｎｉ（ＣＯ₄））を生成することによって作製されている。ニッケルカルボニルは、高い揮発性の発癌性ガスであり、これは、モンド反応によるニッケル含有鉱石からのニッケルの純化における中間種として使用されている。しかし、ニッケルと一酸化炭素群との結合は弱いので、ニッケルカルボニルは、わずかに上昇された温度でニッケル金属と一酸化炭素とに急速に解離し、したがって、ＣＶＤ処理のための優れたニッケル供与候補材料になる。

チタン被膜は、無塩チタン、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタンシリコン窒素（ＴｉＳｉＮ）、二硫化チタン（ＴｉＳ₂）（例えば、非特許文献２参照）、およびホウ化チタン（ＴｉＢ₂）（例えば、非特許文献３参照）を堆積するためのソースガスとして、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）（例えば、特許文献３（２００１年９月１３日公開。本明細書に参照として組み込む）参照）または四ヨウ化チタン（ＴｉＩ₄）など中間ハロゲン化チタンを生成することによってＣＶＤ処理によって堆積されており、あるいはトリス−（２，２'ビピリジン）チタンの分解によって堆積されている（例えば、非特許文献４(本明細書に参照として組み込む)参照）。Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓ等は、アルカリ金属蒸気をハロゲン化金属蒸気と反応させるために低圧同軸流拡散火炎反応器を使用する、金属およびセラミック薄膜の成長のための低温ＣＶＤ法を説明する。反応化学は、以下の一般式によって記述される。
（ｍｎ）Ｎａ＋ｎＭＸｍ→（Ｍ）ｎ＋（ｎｍ）ＮａＸ
ここで、Ｎａは、ナトリウム蒸気または他のアルカリ金属（もしくは別のアルカリ金属）であり、ＭＸｍは、ハロゲン化金属である（Ｍ＝金属、またはＳｉもしくはＣなど他の元素であり、Ｘ＝ハロゲン原子であり、ｍおよびｎは整数である）。この反応では、アルカリ金属は、ハロゲン化金属からハロゲンを切り離す。次いで、金属は、反応区域内に配置された基板上で自由に成長して薄膜になる。金属窒化物または金属酸化物セラミック被膜は、反応器への窒素または酸素ガスの導入によって簡単に形成される。ナトリウム金属蒸気、四塩化チタン（制限試薬）の前駆体、およびＡｒまたはＮ₂ガスを使用して、無塩チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、およびチタンシリサイド（Ｔｉ₃Ｓｉ₅、ＴｉＳｉ₂）被膜が銅およびシリコン基板上に成長されている。この技法は、無塩チタンおよび窒化チタン薄膜を、６００℃、すなわちチタンの従来の熱ＣＶＤに必要とされる９００℃から１２００℃よりも大幅に低い温度に加熱された銅基板上に生成した。複合塩／Ｔｉ被膜は２６０℃でシリコンウェハ上に成長され、無塩チタンシリサイド薄膜は６００℃で生成された。

ニッケル被膜は、ニッケルカルボニルＮｉ（ＣＯ）₄の熱分解反応によって、約２００℃でのニッケルアルキルＮｉ（Ｃ₅Ｈ₅）₂（ＮｉＣｐ₂、ビス（シクロペンタジエニル）ニッケル、ニッケロセン）／Ｈ₂の水素還元によって、ニッケル（ＩＩ）２，４ペンタンジオネートＮｉ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂の還元によって、ニッケルキレートＮｉ（Ｃ₅ＨＦ₆Ｏ₂）₂の水素還元によって化学蒸着されている。約２００℃で堆積されたニッケル被膜は、Ｎｉ−Ｃｐの効果的な解離および表面からのＣｐの脱着により、５％未満の炭素含有量、およびより低い抵抗を示した。水素添加を伴って堆積されたニッケル被膜は、表面上の炭素の除去により、より高い純度、結晶化度、およびより低い抵抗を示した（例えば、非特許文献５参照）。

ＴｉＮ被膜は、プラズマＣＶＤを使用して堆積されており、その際、プラズマは、窒素（Ｎ₂）および水素（Ｈ₂）のガス混合物を用いて発生され、次いでＴｉＣｌ₄と、Ｎ₂と、Ｈ₂との反応ガス混合物が反応器内に導入され、ＴｉＣｌ₄または前駆体が、プラズマによって発生された活性窒素イオンおよび原子によって窒化され、ＴｉＮ被膜が基板上に堆積される。四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）は、堆積される被膜の表面が滑らかであり、ステップカバレッジが優れているので、上述した方法において反応ガスとして使用される。

ニッケルチタン二元および三元形状記憶合金の物理蒸着に関する広範な研究において、堆積プロセスは、堆積後の析出焼鈍を必要とせずに、厳しく制御された遷移温度範囲内で形状記憶または超弾性性質を有する被膜を堆積するように制御することができることが分かっている。ニッケルチタンＳＭＡなどの過飽和固溶体中に別の元素を含有する金属では、焼鈍条件下で、溶液が、溶媒金属を有する化合物を析出する。転位の存在時、原子は、

の速度で転位内に析出する。ここで、ｎ（ｔ）＝時間ｔにわたって析出する原子の数であり、Ｔ＝温度である。析出焼鈍は、転位を固定し、材料を硬化する材料格子を通って転位が移動するのを防止するのに有用であり、したがって構成材料に有用である。しかし、析出生成は、結晶格子を大幅に弱めることがある内部応力を生み出し、これは、金属化合物を使用するＭＥＭＳデバイスの形状記憶挙動にとって問題である（例えば、非特許文献６参照）。

ＣＶＤ反応は、一般に幾つかの異なるタイプ、すなわち熱分解、還元、酸化、または化合物生成タイプのものである。

熱分解（ｐｙｒｏｌｉｔｉｃ）または熱的分解（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）反応は、以下の反応によって例示される。
ＡＢ（ｇ）→Ａ（ｓ）＋Ｂ（ｇ）
典型的なＣＶＤ熱分解反応の例は、約６５０℃でのシランからのシリコン堆積である。
ＳｉＨ₄（ｂ）→Ｓｉ（ｓ）＋２Ｈ₂
熱分解反応は、典型的には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂、ＢＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＧａＮ、Ｓｉ_1-xＧｅ_xなどを堆積するために使用される。

還元反応は、典型的には熱分解反応よりも低い温度で行われ、しばしば水素ガスを使用する。還元反応は可逆性であり、基板または反応器洗浄のために使用されることがある。典型的な還元反応は、以下の反応によって例示される。
ＷＦ₆（ｇ）＋Ｈ₂（ｇ）←→Ｗ（ｓ）＋６ＨＦ（ｇ）
還元反応は、典型的には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＴａＢ、ＴｉＢ₂、ＳｉＯ₂、ＢＰ、Ｎｂ₃Ｇｅ、Ｓｉ_1-xＧｅ_xなどを堆積するために使用される。

酸化反応は、典型的には、酸素ガスの存在時に行われ、以下の反応によって例示される。
ＡＸ（ｇ）＋Ｏ₂（ｇ）→ＡＯ（ｓ）＋［Ｏ］Ｘ（ｇ）
典型的な酸化反応の例は、約４５０℃でのシランおよび酸素からの二酸化珪素分解である。
ＳｉＨ₄（ｇ）＋Ｏ₂（ｇ）→ＳｉＯ₂（ｓ）＋２Ｈ₂（ｇ）
酸化反応は、典型的には、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなどを堆積するために使用される。

最後に、化合物生成は、典型的には、アンモニアまたは水蒸気を採用し、以下の反応によって例示される。
ＡＸ（ｇ）＋ＮＨ₃→ＡＮ（ｓ）＋ＨＸ（ｇ）
ＡＸ（ｇ）＋Ｈ₂Ｏ→ＡＯ（ｓ）＋ＨＸ（ｇ）
窒化ホウ素被膜は、以下のような化合物生成反応を使用して１１００℃で耐摩耗性被膜として堆積されている。
ＢＦ₃（ｇ）＋ＮＨ₃→ＢＮ（ｓ）＋３ＨＦ（ｇ）
化合物生成反応は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳｉＯ₂、または同様の材料を堆積するために使用されることがある。

ＣＶＤプロセスは、例えば、シリコンエピタキシ、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、レーザＣＶＤ（ＬＡＣＶＤ）として知られている光ＣＶＤ（ｐｈｏｔｏｎ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ＣＶＤ；ＰＡＣＶＤ）を含む。本発明のＳＭＡニッケルチタン被膜を生成する際、ＰＥＣＶＤ、熱ＣＶＤ、およびＬＡＣＶＤが最適と考えられる。熱ＣＶＤの例は、ＭＯＣＶＤおよびＬＰＣＶＤである。

ＬＰＣＶＤは、典型的には、製造物要件によってはプロセス選択基準となることがあるＰＥＣＶＤに比べて高い温度で行われる。さらに、ＬＰＣＶＤは、典型的には、約１ｍＴｏｒｒから１Ｔｏｒｒの圧力で行われ、反応物種のより高い初期ガス濃度を必要とする。ＬＰＣＶＤの利点は、ＰＥＣＶＤ処理よりも良い被膜均一性、良い被膜ステップカバレッジ、および少ない欠陥を提供することである。ＰＥＣＶＤは、熱ＣＶＤまたはＬＰＣＶＤよりも低い温度および圧力で、より高い反応性にするために反応物種のガス分子を励振するプラズマを採用する。ＰＥＣＶＤは、スパッタ蒸着よりも高い圧力を利用し、これは、イオンがカソード／基板に達するときの各イオンのエネルギーを減少して、最小のスパッタリング効果をもたらす。また、ＲＦプラズマ放電が採用されることもある。ＰＥＣＶＤでは、堆積および被膜成長を制御するために、基板温度、ガスフロー、圧力、電力、および周波数を含めたプロセスパラメータに関する制御が行われることがある。この場合、ＬＡＣＶＤおよびＰＡＣＶＤは、レーザエネルギーを採用して、ガス種と基板表面との表面反応性を高める。ＬＡＣＶＤおよびＰＡＣＶＤは、２つのプロセスによって機能する。熱分解プロセスが、基板を加熱して、反応を向上させ、典型的にはＵＶ照射を使用する光分解プロセスが、気相分離を促進させて、反応性を向上させる。ＭＯＣＶＤは、比較的低い温度で高い蒸気圧を実現する有機金属原料を採用する。

反応物ガス種の化学蒸着は、熱力学的に好ましい条件下でのみ行われる。これらの条件は、ΔＧ_rとして知られている化学反応の自由エネルギー変化が負の値である場合に存在する。ΔＧ_rを計算するために、各成分の熱力学的性質、すなわちそれらの生成の自由エネルギー、すなわちΔＧ_fとして知られているそれらのギブスの自由エネルギーを知る必要がある。自由エネルギー変化は、以下の式によって表される。

生成の自由エネルギーは固定値ではなく、反応物のタイプ、それらのモル比、プロセス温度、およびプロセス圧力を含めた幾つかのパラメータに応じて変動する。

堆積される被膜のミクロ構造は、温度、圧力、過飽和、およびＣＶＤ反応の選択など堆積プロセスパラメータを操作することによって制御することができる。圧力が境界層の厚さ、したがって拡散の度合いを制御することが一般に理解される。より低い圧力での堆積は、拡散を最小にする傾向があり、したがって表面動力学が律速になる。これらの条件下で、堆積被膜は細粒化される傾向がある。細粒化された構造は、低い堆積温度、高い過飽和、およびより低い圧力で得られることもある。

より高い堆積温度は、反応物源に向かう妨げられない粒成長の結果として、柱状粒構造をもたらす傾向がある。柱状粒構造は、被膜が厚くなるにつれてより顕著になる。一般に、柱状粒構造は、付随する構造的、化学的、および電気的異方性、ならびに粒境界に沿った不純物の急速な拡散により、望ましくないと考えられる。
米国特許出願公開第２００３／００５９６４０号明細書 米国特許第５２４２７５９号明細書 米国特許出願公開第２００１／００２１４１４号明細書 米国特許第５５０６３００号明細書 米国特許第５１４５９３５号明細書 米国特許第５６６５８２２号明細書 Hess,D.W. and Jensen,K.F.,eds,Microelectronics Processing:Chemical Engineering Aspects, Advances in Chemistry Series Vol.221,1898 pp.199-263(1989) Kikkawa,S.,et al."Titanium Disulfide Thin Film Prepared by Plasma CVD",J.Mater.Res.,Vol.5, No.12,p.2894(1996) Hendricks, J.H.,et al, "Metal and Ceramic Thin Film Growth by Reaction of Alkali Metals with Metal Halides: A New Route for Low Temperature CVD"(www.nist.gov/sigmaxi/Posters98/abs/Hendricks.html) Pierson,H.O.,Handbook of Chemical Vapor Deposition(CVD):Principles, Technology and Applications, 2ed,1999 Kang,J.K., et al., "Metalorganic chemical vapor deposition of nickel films from Ni(C5H5)2/H2," J.Mater.Res.Aug.2000 (www.mrs.org/publications/jmr/jmra/2000/aug/029.html) Stark,B.,ed.,MEMS Reliability Assurance Guidelines for Space Applications,JPL Publication No.99-1,National Aeronautics and Space Administration,Jet Propulsion Laboratory,California Institute of Technology,p.31,January,1999 Kim, et al., "Polyurethanes having shape memory effect," Polymer 37(26):5781-93(1996) Li et al., "Crystallinity and morphology of segmented polyurethanes with different soft-segment length," J.Applied Polymer 62:631-38(1996) Takahashi et al., "Structure and properties of shape-memory polyurethane block copolymers" J.Applied Polymer Science 60:1061-69(1996) Tobushi H., et al., "Thermomechanical properties of shape memory polymers of polyurethane series and their applications" J.Physique IV (Colloque C1) 6:377-84(1996) Gorden, "Applications of Shape Memory Polyurethanes," Proceedings of the First International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies, SMST International Committee, pp.115-19(1994)

スパッタリングなど物理蒸着プロセスの使用が、ニッケルチタン二元および三元合金を含めた形状記憶合金を製造するための可能な手段として知られているが、形状記憶合金を製造するために化学蒸着プロセスを使用することは従来知られていない。

一態様では、本発明は、化学蒸着によって基板上にニッケルチタン形状記憶合金被膜を堆積する方法に関する。

本発明の主な目的は、高強度で堆積された形状記憶または超弾性ニチノール材料を提供することである。特に、本発明の目的は、医療、機械、および電子の用途で有用な高強度真空蒸着形状記憶または超弾性ニチノール被膜を提供することである。本発明のさらなる目的は、高強度形状記憶または超弾性ニチノール材料を作製する方法を提供することである。さらに、所望のＡ_p値を維持する難しさに鑑みて、本発明は、析出焼鈍を採用することなく所望の遷移温度値を有する形状記憶または超弾性ニチノール材料を形成する方法を提供する。

本明細書で使用する際、用語「ニチノール」は、形状記憶または超弾性ニッケルチタン合金を包含するものと意図される。そのような合金は、例えば改良された放射線不透過性など所望の性質を実現するために、機能的な量でタンタルなど他の材料を含むことがある。

本明細書で使用する際、用語「形状記憶材料」または「超弾性材料」は、形状記憶または超弾性の機械的性質を示す金属合金および非金属材料を含むことを意図されている。適切な金属合金の例としては、チタン、バナジウム、アルミニウム、ニッケル、タンタル、ジルコニウム、クロム、銀、金、シリコン、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、白金、コバルト、パラジウム、マンガン、および／またはモリブデンの合金が挙げられる。形状記憶ポリマーは、異なる熱的特性を有する２つの成分から構成される。例えば、知られている形状記憶ポリマーは、オリゴ（ε−カプロラクトン）ジオールと結晶化可能なオリゴ（ρ−ジオキサノン）ジオールとを含み、それぞれが、すでに、薬物送達など臨床用途で別個に使用されている。生分解性マルチブロックコポリマーは、２つのブロックビルディングセグメント（ｂｌｏｃｋｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｅｇｍｅｎｔ）、すなわちハードセグメントおよび「スイッチング」セグメントを特徴とし、これらは直鎖で互いにつながれる。より高い温度での形状は、プラスチックの「プログラムされた」または「永久の」形態であり、これは加熱後に得られる。

本発明の別の態様によれば、本発明の方法は、プラズマＣＶＤ反応器内に不活性ガスを導入するステップと、反応器内でプラズマを発生するステップと、基板上への化学蒸着をなされるチタン化合物およびニッケル化合物を含む反応ガスを導入するステップと、反応器内で基板上にＮｉＴｉ被膜を堆積するステップとを含むプラズマ化学蒸着プロセスを含む。プラズマは、好ましくは、反応物の導入前に不活性ガスを用いて発生させる。

本発明の代替実施形態によれば、本発明の方法は、基板上への化学蒸着が可能なチタン化合物およびニッケル化合物を含む反応ガスをＬＥＣＶＤ反応器内に導入するステップと、加えられたレーザエネルギーの局所領域内での基板上へのニッケルおよびチタンの同時堆積に適したレーザエネルギーによって基板の領域を照射するステップと、それにより、加えられたレーザエネルギーによって基板上に形成された局所化ホットスポットで基板上にＮｉＴｉ領域を堆積するステップとを含むレーザ化学蒸着プロセスを示す。

本発明のさらなる実施形態によれば、デバイス幾何形状を形成するためにニッケルチタンのＣＶＤ堆積によってデバイスが形成される形状記憶または超弾性デバイスが提供される。次いで、堆積後処理が採用されて、形成されたデバイスを修正して、デバイスをその所期の用途に適したものにする。例えば、薬物溶出ステントまたは薬物溶出メンブレンがＣＶＤによって形成されてもよい。かかるデバイスは、管腔内および管腔外壁表面と、管腔内壁表面と管腔外壁表面とを連続的に相互接続する両端の端面と、管腔内壁表面と管腔外壁表面との間の少なくとも１つの内部チャンバとを有する概して管状のデバイス幾何形状からなる。概して管状のデバイス幾何形状は、形状記憶または超弾性材料のＣＶＤ堆積によって形成され、この材料が、概して管状の犠牲基板上に管腔内および管腔外壁表面と両端の端面とを形成する。例えば化学エッチングによる、管腔内または管腔外壁表面あるいは両端の端面を通して形成された開口を介した犠牲基板の堆積後除去が、概して管状のデバイス内部に少なくとも１つの内部チャンバを形成し、このチャンバは、概して管状のデバイスの中心管腔に対して同心円状に位置決めされる。

別法として、形状記憶または超弾性被膜は、得られるデバイスの一部を形成するように意図された基板上にＣＶＤによって堆積されることがある。例えば、ポリマーバルーン、カテーテル、ガイドワイヤ、既存のステント、既存の移植片などを基板として採用して、既存のデバイス／基板上に形状記憶または超弾性被膜を直接形成してもよい。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、本発明の好ましい実施形態を参照する本発明の以下のより詳細な説明から当業者にはより明らかになろう。

本発明は、発明性のある高強度形状記憶および／または超弾性ニチノール材料と、発明性のある移植片材料を含めた薄膜形状記憶および／または超弾性ニチノール材料を製造するためのプロセスとを含む。本発明の材料は、当技術分野で見出されているものを上回る高い機械的強度および靭性を有することを特徴とし、形状設定するため、または材料の遷移温度を設定するために析出焼鈍を必要としない。本発明の方法によれば、本発明のニチノール材料は、例えばＭＥＭＳおよび医療デバイスなど幾つかの所期の最終用途のために製造されることがあり、ＰＶＤ、スパッタ蒸着、プラズマ蒸着、イオンビーム蒸着などを含めた、しかしそれらに限定されない堆積技術を使用して薄膜を形成し、堆積後にエッチング、フォトリソグラフィ、機械加工、またはアブレーション技法を使用して、堆積された被膜を所期の最終用途のために整える。インビボ導入時にオーステナイト相に遷移するように、マルテンサイト状態であって体温未満のＡ_s値を有する形状記憶ニチノール材料を堆積することに加えて、本発明の方法を採用して、体温よりも高いＡ_s値を有するマルテンサイト状態でのニチノール材料を堆積することもでき、これらの材料はインビボでマルテンサイト挙動を示す。あるいは、本発明の方法を採用して、インビボで完全にオーステナイトとして挙動するように十分に低いＡ_s値を有するオーステナイト相でのニチノール材料を堆積することもできる。本発明の方法の重要な側面は、その方法が、所望の遷移温度値を与えるために熱硬化が必要とされないようなニッケルチタン合金の化学量論になるように材料を堆積できることであり、本発明の方法を使用して堆積される材料は、説明する方法パラメータの操作によって与えられる所定の遷移温度値を有する。

真空蒸着法を採用することによって、材料を所望の２Ｄまたは３Ｄ幾何形状、例えば平坦、管状、または多面幾何形状に直接形成することができる。堆積プロセスの一般的な原理は、材料を、ペレットまたは厚い箔など最低限加工された形状にし（原料）、それらを微粒化することである。用語「微粒化」は、本明細書では、荷電されたものおよび／または中性のもの、ならびに単一原子からなるものおよび／または原子のクラスタからなるものを含めた原子または分子サイズ粒子の形成を含むものとして厳密でなく使用する。微粒化は、例えば、ＰＶＤの場合と同様に熱を使用して、あるいはスパッタ蒸着の場合と同様に衝突プロセスの効果を使用して行われることがある。次いで、原料の原子または粒子が、基板またはマンドレル上に堆積して所望の材料を形成する。ほとんどの場合、次いで、所望の製造物を形成するために、堆積された材料が基板から部分的に、または完全に除去される。

本発明の用途の範囲を制限することなく、以下のものが、本発明を使用して製造することができる製造物またはデバイスの具体的な例である。植え込み用ステント、ニチノール移植片、構成要素の一方または両方が本発明のニチノール材料から製造されるステント移植片デバイス、例えばＭＥＭＳデバイスとして採用されることがある汎用のシームレスニチノール管、シート、被膜、または箔。

本発明によれば、植え込み用管腔内移植片が提供され、これは、２つの主要な機構、すなわち互いに物理的に接続されるミクロ孔金属薄膜被覆と下にある構造支持部材とからなる。植え込み用管腔内移植片は、解剖学的な通路、特に脈管系を通る複雑でない進入および通過を可能にする送達プロフィルを有する。さらに、植え込み用管腔内移植片は、形状記憶材料、好ましくはニチノールから形成され、これは、移植片がインビボで膨張して管腔壁を支持することを可能にする。

本明細書で使用する用語「擬似金属」および「擬似金属材料」は、生体適合性金属と実質的に同じ生物学的応答および材料特性を示す生体適合性材料と定義される。擬似金属材料の例として、例えば、複合材料、セラミックス、石英、およびホウケイ酸塩が挙げられる。複合材料は、セラミックス、金属、またはポリマーからなる様々な繊維の任意のもので補強されたマトリックス材料から構成される。補強繊維は、材料の主要な負荷担体であり、マトリックス成分が、繊維から繊維へ負荷を伝達する。マトリックス材料の補強は、様々な方法で実現することができる。繊維は、連続または不連続であってよい。また、補強は、粒子の形態であってもよい。複合材料の例として、炭素繊維、ホウ素繊維、炭化ホウ素繊維、炭素およびグラファイト繊維、炭化珪素繊維、鋼繊維、タングステン繊維、グラファイト／銅繊維、チタンおよび炭化珪素／チタン繊維から作製されるものが挙げられる。本発明の説明の目的では、本発明のミクロ孔薄膜材料がミクロ孔金属薄膜と呼ばれる場合、金属材料と擬似金属材料との両方を含むことを理解されたい。

本明細書で使用する用語「弾性変形」は、加えられる負荷によって引き起こされる変形であって、加えられた負荷の除去後に完全に回復可能な変形と定義される。従来の金属の弾性限界は、典型的には１％歪未満である。

本明細書で使用する用語「塑性変形」は、加えられる負荷によって引き起こされる変形であって、結合が破壊されているので負荷の除去後に完全には回復することができない変形と定義される。

本明細書で使用する用語「擬似弾性変形」は、加えられる負荷によって引き起こされる変形であって、負荷の除去後に完全に回復可能であり、その限界が、従来の金属の弾性限界よりもかなり大きい（ニチノールの場合は８％歪）ことを特徴とする変形と定義される。この現象は、負荷の除去後に可逆な負荷または応力誘導相転移によって引き起こされる。

本明細書で使用する用語「擬似塑性変形」は、加えられる負荷によって引き起こされる変形であって、変形の完全な回復のために、負荷除去の他に熱の印加などの何らかの他の作用を必要とする変形と定義される。擬似塑性変形では、結合は破壊されていないが、向きを変えられている（マルテンサイトニチノールの場合にはデツイン（ｄｅｔｗｉｎｎｅｄ）されている）。

Ａ_f（オーステナイト変態の終了）を超える温度で損壊が生じるまで試料が取られたオーステナイトニチノールに関する応力歪曲線は、以下の領域に分けることができる。オーステナイトの弾性変形、応力誘導マルテンサイトへのオーステナイトの擬似弾性変形、応力誘導マルテンサイトの弾性変形、応力誘導マルテンサイトの塑性変形、および破壊。応力誘導マルテンサイトの塑性変形の開始前の任意の点での負荷の除去が、変形の完全な回復をもたらす。

ニチノールは、材料がＭ_f（マルテンサイト変態の終了）未満の温度で変形され、その後Ａ_s（オーステナイト変態の開始）未満で保たれる、またはＡ_sよりも上でそのプログラムされた形状を回復するのを抑止される場合には、熱誘導マルテンサイト状態である。Ａ_s未満を超える温度で損壊が生じるまで試料が取られたマルテンサイトニチノールに関する応力歪曲線は、以下の領域に分けることができる。熱誘導マルテンサイトの弾性変形、デツインによる熱誘導マルテンサイトの擬似塑性変形、デツインされた熱誘導マルテンサイトの弾性変形、デツインされた熱誘導マルテンサイトの塑性変形、および破壊。デツインされた熱誘導マルテンサイトの塑性変形の開始前の任意の点での負荷の除去が、Ａ_fよりも高く加熱されたときに変形の完全な回復をもたらす。

本発明の好ましい実施形態では、ＮｉＴｉ薄膜ミクロ孔金属薄膜被覆のＡ_s温度は、体温よりも高い。ミクロ孔金属薄膜被覆は、送達カテーテル内でその送達直径で熱誘導マルテンサイト相の状態にあり、ミクロ孔金属薄膜被覆がカテーテルシースのＩＤとほぼ同じ直径であるので、ミクロ孔金属薄膜被覆は、カテーテル内にある間は実質的に変形を受けない。送達時、ミクロ孔金属薄膜被覆は、構造支持の形状記憶膨張の影響下で擬似塑性半径方向変形を受ける。

本発明の好ましい実施形態では、ＮｉＴｉ構造支持要素のＡ_f温度は、体温未満である。構造支持要素は、Ｍ_f未満の温度にされ、Ａ_s未満の温度でカテーテル内に装填され、したがって構造支持要素は、送達直径から／への変形が起こる前に熱誘導マルテンサイト相の状態にある。構造支持要素はクリンピング中に擬似塑性変形され、Ａ_fを超える温度で制約力を除去することによって身体内で展開されるまで、擬似塑性変形されて熱誘導されたマルテンサイト相の状態にあると考えられる。

本発明の各好ましい実施形態によれば、化学蒸着条件にさらすことができ、形状記憶金属被膜または擬似金属被膜の化学蒸着被膜を上に受け取ることができ、かつ形成された金属被膜から切り離すことができる基板上への金属または金属様化学種の化学蒸着によって、生体適合性金属と実質的に同じインビボ生物学的および機械的応答を示す形状記憶金属または金属様生体適合性材料（本明細書では以後、同義的に「擬似金属」または「擬似金属材料」と呼ぶ）が機能デバイスとして形成される。

用語「金属被膜」、「薄い金属被膜」、および「金属薄膜」は、本願では同義的に、０μｍよりも大きく約１２５μｍ未満の厚さを有する生体適合性金属または生体適合性擬似金属から製造される単一または複数層被膜を表すものとして使用される。構造支持構成要素として使用されるとき、薄い金属被膜は、好ましくは約２５μｍよりも大きい厚さを有し、被覆構成要素として使用されるとき、薄い金属被膜は、好ましくは０．１μｍから２５μｍの厚さ、最も好ましくは０．１μｍから１０μｍの厚さを有する。

本発明の代替の好ましい実施形態によれば、形状記憶ポリマーは、低温ＣＶＤによって堆積される。形状記憶効果は、ポリマー（例えば熱収縮被膜）に関して存在する。しかし、これは特定のバルク性質ではなく、ポリマーの構造および形態から生じる。この効果は、化学組成が大幅に異なることがある多くのポリマーで保たれる。しかし、幾つかの形状記憶ポリマー系しか文献に記載されていない（例えば、非特許文献７〜１０参照）。

ＳＭＰのハードおよびソフトセグメントを調製するために使用されるポリマーの例として、様々なポリエーテル、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリシロキサン、ポリウレタン、ポリエーテルアミド、ポリウレタン／ウレア、ポリエーテルエステル、およびウレタン／ブタジエンコポリマーが挙げられる（例えば、特許文献４（Ｗａｒｄ等）、特許文献５（Ｈａｙａｓｈｉ）、特許文献６（Ｂｉｔｌｅｒ等）、および非特許文献１１参照）。そのようにして開発されたＳＭＰは、一時的な記憶形状を１つしか保つことができないように制限されていると思われる。複数の記憶形状を保持することができる物体を形成することができるＳＭＰを提供することが有利となる。

ポリマーは、「ハード」および「ソフト」セグメントを組み込む。セグメントは、好ましくはオリゴマーである。本明細書で使用する際、用語「オリゴマー」は、１５０００ダルトンまでの分子量を有する直鎖分子を表す。セグメントを形成するポリマーは、（１つまたは複数の）所望のガラス遷移温度（少なくとも１つのセグメントが非晶質である場合）または（１つまたは複数の）融点（少なくとも１つのセグメントが結晶質である場合）に基づいて選択され、ガラス繊維温度または融点は、使用の環境を考慮して所望の用途に基づく。好ましくは、ポリマーセグメントの数平均分子量は、４００よりも大きく、好ましくは５００から１５０００の範囲内である。

ポリマーが突然軟性になって変形する遷移温度は、モノマー組成およびモノマーの種類を変えることによって制御することができ、このことにより、所望の温度で形状記憶効果を調節することができるようになる。ポリマーの熱的性質は、例えば動的機械的熱分析または示差走査熱量測定（ＤＳＣ）研究によって検出することができる。さらに、融点は、標準の融点装置を使用して求めることができる。

ポリマーは、熱硬化性または熱可塑性であってよいが、熱可塑性ポリマーが、それらの成形の容易さゆえに好ましいことがある。しかし、幾つかの用途では熱硬化性物質が好ましいこともある。これは、それらが一般に、Ｔ_transよりも高い温度で、それらの元の形状での物理架橋されたポリマーよりも軟らかいからである。好ましくは、ポリマーまたは（１つまたは複数の）ポリマーブロックの結晶化度は３から８０％、より好ましくは３から６０％である。結晶化度が８０％よりも高く、全てのソフトセグメントが非晶質であるとき、得られるポリマー組成は、弱い形状記憶特性を有する。

Ｔ_trans未満のポリマーの引張り係数は、典型的には５０ＭＰａから２ＧＰａ（ギガパスカル）であり、一方、Ｔ_transよりも高いポリマーの引張り係数は、典型的には１から５００ＭＰａである。好ましくは、Ｔ_transよりも上とＴ_transよりも下とでの弾性係数比は２０以上である。この比が高ければ高いほど、得られるポリマー塑性の形状記憶が良くなる。

ポリマーセグメントは、天然または合成であってよいが、合成ポリマーが好ましい。ポリマーセグメントは、生分解性または非生分解性であってよいが、通常、インビボ医療用途には生分解性ポリマー組成が好ましい。一般に、これらの材料は、加水分解によって、生理的条件下での水または酵素への露出によって、表面浸食によって、バルク浸食によって、またはそれらの組合せによって分解する。医療用途に使用される非生分解性ポリマーは、好ましくは、天然で産出するアミノ酸の中に存在するもの以外には芳香族を含まない。

ポリマーは、（１つまたは複数の）所望のガラス遷移温度（少なくとも１つのセグメントが非晶質である場合）または（１つまたは複数の）融点（少なくとも１つのセグメントが結晶質である場合）に基づいて選択され、ガラス繊維温度または融点は、使用の環境を考慮して所望の用途に基づく。好ましくは、ポリマーブロックの数平均分子量は、４００よりも大きく、好ましくは５００から１５０００の範囲内である。

ポリマーは、ヒドロゲル（典型的には、最大で約９０重量％の水を吸収する）の形態であってよく、任意選択で、多価イオンまたはポリマーとイオン架橋することができる。ソフトセグメント間のイオン架橋を使用して構造を保持することができ、構造は、変形されたときにソフトセグメント間のイオン架橋を破壊することによって改質されることがある。また、ポリマーは、水または水溶液以外の溶媒中でのゲルの形態であってもよい。これらのポリマーでは、一時的な形状を、ソフトセグメント間の親水性相互作用によって固定することができる。

代表的な天然ポリマーブロックまたはポリマーとして、ゼイン、変性ゼイン、カゼイン、ゼラチン、グルテン、血清アルブミン、およびコラーゲンなどのタンパク質、アルギン酸、セルロース、デキストラン、プルラン、およびポリヒアルロン酸などの多糖類、ならびにキチン、ポリ（３−ヒドロキシアルカノエート）、特にポリ（β−ヒドロキシブチレート）、ポリ（３−ヒドロキシオクタノエート）、およびポリ（３−ヒドロキシ脂肪酸）が挙げられる。代表的な天然生分解性ポリマーブロックまたはポリマーとしては、単独での、または合成ポリマーと組み合わせた、アルギン酸、デキストラン、セルロース、コラーゲン、およびそれらの化学的誘導体（アルキル、アルキレンなど化学基の置換、付加、水酸化、酸化、および当業者が一般に行う他の修飾）などの多糖類、ならびにアルブミン、ゼインなどのタンパク質、ならびにそれらのコポリマーおよびブレンドが挙げられる。

代表的な合成ポリマーブロックまたはポリマーとしては、ポリホスファゼン、ポリ（ビニルアルコール）、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリ（アミノ酸）、合成ポリ（アミノ酸）、ポリ無水物、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアルキレン、ポリアクリルアミド、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレンオキシド、ポリアルキレンテレフタレート、ポリオルトエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリビニルハライド、ポリビニルピロリドン、ポリエステル、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリシロキサン、ポリウレタン、およびそれらのコポリマーが挙げられる。適切なポリアクリレートの例としては、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチルメタクリレート）、ポリ（ブチルメタクリレート）、ポリ（イソブチルメタクリレート）、ポリ（ヘキシルメタクリレート）、ポリ（イソデシルメタクリレート）、ポリ（ラウリルメタクリレート）、ポリ（フェニルメタクリレート）、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（イソプロピルアクリレート）、ポリ（イソブチルアクリレート）、およびポリ（オクタデシルアクリレート）が挙げられる。

合成的に修飾された天然ポリマーとしては、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、セルロースエーテル、セルロースエステル、ニトロセルロース、およびキトサンなどのセルロース誘導体が挙げられる。適切なセルロース誘導体の例としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートフタレート、カルボキシメチルセルロース、セルローストリアセテート、およびセルローススルフェートナトリウム塩が挙げられる。これらは、本明細書では総称して「セルロース」と呼ぶ。

代表的な合成生分解性ポリマーセグメントとしては、ポリラクチド、ポリグリコリド、およびそれらのコポリマーなどのポリヒドロキシ酸；ポリ（エチレンテレフタレート）；ポリ無水物、ポリ（ヒドロキシ酪酸）；ポリ（ヒドロキシ吉草酸）；ポリ［ラクチド−ｃｏ−（ε−カプロラクトン）］；ポリ［グリコリド−ｃｏ−（ε−カプロラクトン）］；ポリカーボネート、ポリ（擬似アミノ酸）；ポリ（アミノ酸）；ポリ（ヒドロキシアルカノエート）；ポリ無水物；ポリオルトエステル；ならびにそれらのブレンドおよびコポリマーが挙げられる。ポリ無水物およびポリエステルなど不安定な結合を含むポリマーは、それらの加水分解反応性がよく知られている。それらの加水分解での分解率は、一般に、ポリマーバックボーンおよびそれらのシーケンス構造の単純な変更によって変えることができる。

非生分解性合成ポリマーセグメントの例としては、エチレンビニルアセテート、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルフェノール、およびそれらのコポリマーおよび混合物が挙げられる。

ポリマー、モノマー、またはポリマーセグメントは、Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｏ．）；Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｗａｒｒｅｎｔｏｎ，Ｐａ．）；Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓ．）；Ｆｌｕｋａ（Ｒｏｎｋｏｎｋｏｍａ，Ｎ．Ｙ．）；およびＢｉｏＲａｄ（Ｒｉｃｈｍｏｎｄ，Ｃａｌｉｆ）などの市販元から得ることができる。別法として、ポリマーは、標準の技法を使用して、市販元から得られるモノマーから合成することができる。

堆積中、チャンバ圧力および温度、堆積圧力、ならびにプロセスガスの組成および分圧が、基板上への所望の種の堆積を最適化するように制御される。マイクロエレクトロニクス製造、ナノ製造、および真空コーティング技法で知られているように、反応性ガスと非反応性ガスとの両方が制御され、堆積チャンバ内に導入される不活性または非反応性ガス種は、典型的にはアルゴンである。基板は、静止していても、可動であってもよく、基板上への堆積材料の堆積またはパターン形成を容易にするために、その長手方向軸の周りで回転されてもよく、Ｘ−Ｙ平面内で移動されてもよく、堆積チャンバ内部で平面移動されても、または回転運動されてもよい。堆積材料は、基板上への均一な固体被膜として堆積されることがあり、あるいは（ａ）例えば所望のパターンのポジまたはネガ像を作製するために基板表面に適用されるエッチングまたはフォトリソグラフィ技法により、基板上にポジまたはネガパターンを与えることによって、または（ｂ）基板上に加えられるパターンを画定するために、基板に対して静止していている、または可動であるマスクまたは１組のマスクを使用することによって、パターン形成されてもよい。パターン形成は、相対的に厚い領域と薄い領域との両方のパターンの空間的方向付けとの関連において、例えば、様々な送達、展開、またはインビボ環境条件の下で様々な機械的特性を与えるために被膜の厚さをその長さにわたって変えることによって、得られる構造支持またはミクロ孔金属薄膜被覆の複雑な仕上がり幾何形状を実現するために採用されることがある。

デバイスは、様々な方法の任意のものによるデバイス形成後に、基板から取り外すことができる。例えば、基板は、エッチングまたは解離など化学的手段によって、アブレーションによって、機械加工によって、または超音波エネルギーによって取り外すことができる。別法として、炭素、アルミニウム、または有機ベース材料などの材料の犠牲層、例えばフォトレジストが、基板と構造支持部材との間の中間層として堆積されることがあり、犠牲層は、溶融、化学的手段、アブレーション、機械加工、または基板から構造支持部材を解放するための他の適切な手段によって除去される。

得られたデバイスは、次いで、例えば焼鈍によって結晶構造を修正するために、または例えばデバイスの異質表面を露出するためのエッチングによって表面トポグラフィを修正するために、堆積後加工を施されることがある。

本発明による構造支持部材を形成するために採用されることがある代替の堆積プロセスは、カソードアーク、レーザアブレーション、および直接イオンビーム蒸着である。金属製造の技術分野で知られているように、堆積される被膜の結晶構造は、堆積される被膜の機械的性質に影響を及ぼす。堆積される被膜のこれらの機械的性質は、例えば焼鈍によってなど、プロセス後処理によって修正することができる。

ＣＶＤプロセスによって本発明の発明性のある生体材料を作製するのに最も好ましい材料は、それらの生体適合性、機械的性質、すなわち引張り強度、降伏強度、およびそれらの堆積の容易さに関して選択され、限定はせずに以下のものが挙げられる。チタン、バナジウム、アルミニウム、ニッケル、タンタル、ジルコニウム、クロム、銀、金、シリコン、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、白金、コバルト、パラジウム、マンガン、モリブデン、およびそれらの合金、例えばジルコニウムチタンタンタル合金、コバルトクロムモリブデン合金、ニチノール、およびステンレス鋼。

本発明の方法および材料によれば、０．１〜１μｍの範囲内の粒径を有する真空蒸着ニチノール被膜を製造することができ、この被膜は、ステント、ステントカバー、移植片、および／またはフィルタメンブレンの製造のための最適な機械的性質を示す。１〜１６ｍｍの範囲内の直径を有する管など薄壁ニチノール管を、本発明の技術を使用して製造することができ、壁厚は、約＜１０％の壁厚均一性を有して約０．５〜２５ミクロンの間となる。管の長手方向軸に沿って切断することによって管からシートを形成することができるが、そのようなシートは、平坦真空蒸着システムで容易に製造される。数気圧の圧力で反復可能に膨らませることができるプロトタイプ血管形成術用バルーンも、本発明の方法を使用して製造することができる。本発明の方法は、冠状動脈ステントを切断するために使用されるものと同様の小さな直径の管など冷間加工される材料を激しく汚染する、冷間加工プロセスを使用する製造時に必要な潤滑剤の使用を避ける。最後に、本発明の方法を使用して、約５％のＴａを添加されたニチノール管を製造することができる。

ＣＶＤ法を使用してＮｉＴｉ被膜を堆積するために、最初に平衡温度を実現し、次いでアルゴン（Ａｒ）など不活性ガスの流れを開始し、次いで反応器内への反応物ガスの流れを開始することが好ましい。２つのソースガスが提供され、第１のソースガスは四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）であり、第２のソースガスはニッケルカルボニルであり、これらが分解または還元されてＮｉおよびＴｉ吸着種を生成し、そのＮｉおよびＴｉ吸着種が最終的にＮｉＴｉ被膜を生成する。

本発明のデバイスを製造するためのプロトタイプＣＶＤ反応器１０が図１に示されている。反応器１０は、化学蒸着の技術分野の当業者によく知られているような所要のガス処理機器、真空ポンプ、制御機構、インターロック、または他の制御機器を伴わずに例示されている。反応器１０は、概してチャンバ１１からなり、チャンバ１１は、ベルジャー型または管状であることがあり、内部にワークピースまたは基板１２が導入され、チャンバ１１内で支持体２２によって支持される。基板１２は、装填ロック２３によってチャンバ１１に導入され、かつチャンバ１１から引き出され、装填ロック２３は、基板１２処理中にチャンバ１１内部の真空の維持を可能にする。本発明の好ましい実施形態によれば、基板１２は、好ましくは、外壁面１３と、内壁面１５と、概して管状の部材を通り抜ける中央管腔１７とを有する概して管状の部材であり、または中実の、概して円柱形の部材である。チャンバ壁１４がチャンバの境界を画定し、ガス入口管路１６が提供され、管路１６は、好ましくは複数のガス入口開口１８を有し、ガス入口管路１６を通り、ガス入口開口１８を通って、チャンバ１１内へ流れる反応物ガス２０の流れを可能にし、基板１２上に反応物種を堆積することを可能にする。非反応物ガスおよび副生成物２０は、当技術分野で知られているように真空ポンプによって排気される。

図２は、本発明の方法によるＣＶＤプロセス３０を一般に示す。第１のステップ３２は、所望の被膜のための適切な反応物種を同定することを含む。したがって、例えば、ニッケルチタン合金被膜が望まれる場合、ニッケルおよびチタンのための適切なソースガス、例えばニッケルカルボニルおよび四塩化チタンを同定することが必要である。反応物ガスが同定および／または調製された後、ステップ３４で、ＣＶＤ反応器が所望の真空までパージされてポンプされ、ステップ３６で、当技術分野で知られているように、基板が、好ましくは装填ロックチャンバを通して反応チャンバ内に導入される。アルゴンなどの不活性ガスが最初にチャンバ内に流され、ステップ３８で、システムが、圧力、基板温度、およびチャンバ温度に関するその所定の設定値を実現できるようにする。次いで、ステップ４０で、反応物ガスがチャンバ内に導入され、ステップ４２で、所望の種を基板表面に生成するように分解される。非反応ガスおよび副生成物を排気し、反応器チャンバをパージした後、ステップ４４で、堆積された被膜を有する基板をチャンバから取り外すことができる。次いで、ステップ４６で、好ましくは、堆積された被膜が基板上でパターン形成される。パターン形成ステップは、堆積された被膜の一部分の選択的な除去を含み、被膜に相対的に薄いおよび厚い領域を作製し、または空隙または穿孔（ｆｅｎｅｓｔｒａｔｉｏｎ）を堆積被膜に作製し、それらは、幾何的な変形可能性を与えるように、開口を提供してそこを通る薬物の溶出を可能にするように、または溶出のために薬物を中に配することができるウェルを提供するように寸法設定してパターン形成することができる。パターン形成後、ステップ４８で、好ましくは基板を化学的にエッチングすることによって、堆積された被膜から基板が切り離される。

図３は、ステント、ステントカバー、移植片、フィルタメンブレン、または他の同様のデバイスなど管状植え込み用医療デバイスを形成するのに適した概して管状の基板１２を示す。基板１２は、概して、管腔内壁面１５と、管腔外壁面１３と、中央管腔１７と、両端の端面１１および１９とからなる。基板１２は非パターン形成状態で示されているが、化学蒸着の技術分野では、凹部、窪み、突起、または隆起を有するパターン形成された基板１２が適したものとして採用されることもあることを理解されたい。本発明の好ましい実施形態によれば、基板１２は、好ましくは、約９９．８％よりも多い銅含有分を有する脱酸素化銅、ステンレス鋼、または他の金属、シリコン、二酸化珪素、窒化珪素、またはカプセル化堆積被膜から取り外すことができる他の適切な材料から製造される。基板選択は、堆積被膜の所望の用途に適合しなければならない。化学エッチングによる除去に関して、基板選択に対する主な制約は、堆積被膜の材料よりも高い度合いの、化学エッチングに対する選択性を有することである。

図４および５は、概して管状の基板１２上のＣＶＤ堆積被膜５０を示す。当業者によって理解されるように、ＣＶＤは、基板１２の露出された表面全体に反応物種を堆積し、したがって、基板１２の管状形状に準拠し、基板１２の管腔外表面１３上に管腔外堆積表面５１を、基板１２の管腔内表面１５上に管腔内堆積表面５２を、基板１２の両端の端部１５、１９に堆積表面５４および５６を形成する。

図６Ａ〜６Ｄ、およびそれらの対応する断面図７Ａ〜７Ｄは、本発明の第２の実施形態による二重壁管状薬物送達デバイス９０の形成を示す順次の図である。図６Ａおよび７Ａは、図３を参照して上述した管状基板１２を示す。図６Ｂおよび７Ｂに示されるように、化学蒸着後、図４および５を参照して上述したように、堆積被膜５０が管状基板１２の露出表面全体を覆う。

図６Ｃおよび７Ｃ、ならびに６Ｄおよび７Ｄに例示される本発明の二重壁薬物送達デバイス９０を作製するために、ＣＶＤ後、基板１２および堆積被膜５０は、反応器から取り外され、複数の開口５８が、堆積被膜の管腔内表面５１、管腔外表面５２、第１の端面５４および／または第２の端面５６に堆積被膜５０を通して作製される。開口５８は、好ましくは堆積被膜のレーザアブレーション領域によって形成されるが、堆積被膜を通って下にある基板１２まで延びるウェル、貯蔵部（ｄｅｐｏｔ）、または開口５８を作製するために、堆積被膜の事前画定された領域を選択的に除去するように化学的もしくは機械的エッチング、またはフォトリソグラフィ技法によって形成されることもある。開口は、好ましくは、以下の複数の目的の少なくとも１つに対処するように寸法設定される。１）開口５８を通した堆積基板１２のエッチング、２）薬物溶出、および３）薬物送達デバイス９０の幾何的変形。複数の開口５８が、管腔内表面５１または管腔外表面５２のいずれかに開き、各開口が、好ましくは約０．５μｍ²から約５００μｍ²の間の開口表面積を有し、管腔内表面５１および／または管腔外表面５２にある全ての開口５８の総計の開口表面積は、約０．００１から９０％の間である。

本発明の代替の好ましい実施形態によれば、インビボで薬物送達デバイスとして機能することができる凝集性のモノリシック構造を形成するためにデバイス形成材料のＣＶＤ堆積によって製造されるモノリシックデバイス９０が提供される。代替の好ましい実施形態によれば、図６Ｄに例示されるように、概して、二重壁管状構造９２の管腔内壁９５と管腔外壁９３との間にある連続または不連続プレナム９４を有する二重壁管状構造９２からなる。重要なことに、本発明の管状構造９２はまた、プレナム９４の両端の端部９６、９８で終端する近位壁５４および遠位壁５６も有する。複数の開口５８が形成された後、基板１２が、複数の開口５８を通してエッチングによって除去されて、二重壁管状構造９２の管腔内壁９５と管腔外壁９３との中間にプレナム９４を形成する。仕上がったデバイスでは、複数の開口５８が、管状構造９２の管腔内壁９５および／または管腔外壁９３のいずれかを貫通して、プレナム９４内部からの薬物または薬物組合せの溶出を可能にする。

任意の数の医療デバイスを利用する広範な条件を扱うために、またはデバイスの機能および／または寿命を向上させるために、薬物または薬物組合せの局所的な、または局所化された送達が利用されることがある。したがって、本明細書に記載する実施形態に加えて、任意の数の条件を扱うために、製造中にデバイスの任意の構成要素に治療薬または製剤が加えられることがある。さらに、治療薬または製剤は、例えば薬物または薬物溶出層の形態で、あるいはデバイスが形成された後の表面処理でデバイスに加えられることがある。好ましい実施形態では、治療薬および製剤は、以下のうちの任意の１つまたは複数を含むことがある。ビンカアルカロイド類（すなわち、ビンブラスチン、ビンクリスチン、およびビノレルビン）などの天然生成物、パクリタキセル、エピジポドフィロトキシン類（すなわち、エトポシド、テニポシド）、抗生物質（ダクチノマイシン（アクチノマイシンＤ）、ダウノルビシン、ドキソルビシン、およびイダルビシン）、アントラサイクリン類、ミトキサントロン、ブレオマイシン類、プリカマイシン（ミトラマイシン）およびマイトマイシン、酵素（Ｌ−アスパラギン酸を全身代謝し、自己のアスパラギンを合成することができない細胞を排除するＬ−アスパラギナーゼ）を含めた抗増殖／抗有糸分裂剤；Ｇ（ＧＰ）ＩＩ_b／ＩＩＩ_a阻害剤およびビトロネクチン受容体アンタゴニストなどの抗血小板剤；ナイトロジェンマスタード類（メクロレタミン、シクロホスファミドおよび類似体、メルファラン、クロラムブチル）、エチレンイミン類およびメチルメラミン類（ヘキサメチルメラミンおよびチオテパ）、アルキルスルホネート−ブスルファン、ニトロソ尿素類（カルムスチン（ＢＣＮＵ）および類似体、ストレプトゾシン）、トラゼン類−ダカルバジニン（ＤＴＩＣ）などの抗増殖／抗有糸分裂アルキル化剤；葉酸類似体（メトトレキセート）、ピリミジン類似体（フルオロウラシル、フロクスウリジン、およびシタラビン）、プリン類似体および関連の阻害剤（メルカプトプリン、チオグアニン、ペントスタチン、および２−クロロデオキシアデノシン｛クラドリビン｝）などの抗増殖／抗有糸分裂代謝拮抗剤；白金配位錯体（シスプラチン、カルボプラチン）、プロカルバジン、ヒドロキシ尿素、ミトーテン、アミノグルテチミド；ホルモン（すなわちエストロゲン）；抗凝固剤（ヘパリン、合成ヘパリン塩、および他のトロンビンの阻害剤）；線維素溶解剤（組織プラスミノゲンアクチベーター、ストレプトキナーゼ、およびウロキナーゼなど）、アスピリン、ジピリダモール、チクロピジン、クロピドグレル、アブシキシマブ；抗遊走剤；抗分泌剤（ブレベルジン）；抗炎症剤：副腎皮質ステロイド類（コルチゾール、コルチゾン、フルドロコルチゾン、プレドニゾン、プレドニゾロン、６α−メチルプレドニゾロン、トリアムシノロン、ベタメタゾン、およびデキサメタゾン）、非ステロイド剤（サリチル酸誘導体、すなわちアスピリン；パラ−アミノフェノール誘導体、すなわちアセトアミノフェン；インドールおよびインデン酢酸（インドメタシン、スリンダク、およびエトドラク）、ヘテロアリール酢酸類（トルメチン、ジクロフェナク、およびケトロラク）、アリルプロピオン酸類（イブプロフェンおよび誘導体）、アントラニル酸類（メフェナム酸、およびメクロフェナム酸）、エノール酸類（ピロキシカム、テノキシカム、フェニルブタゾン、およびオキシフェンタトラゾン）、ナブメトン、金化合物（オーラノフィン、オーロチオグルコース、金チオリンゴ酸ナトリウム）；免疫抑制剤：（シクロスポリン、タクロリムス（ＦＫ−５０６）、シロリムス（ラパマイシン）、アザチオプリン、ミコフェノール酸モフェチル）；血管形成剤：血管内皮細胞増殖因子（ＶＥＧＦ）、線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ）；アンギオテンシン受容体遮断剤；酸化窒素供与体；アンチセンスオリゴヌクレオチドおよびその組合せ；細胞周期阻害剤、ｍＴＯＲ阻害剤、および成長因子受容体シグナル伝達キナーゼ阻害剤；レテノイド；サイクリン／ＣＤＫ阻害剤；ＨＭＧ補酵素レダクターゼ阻害剤（スタチン類）；およびプロテアーゼ阻害剤。

そのような薬物に関して、理想的な薬物動態プロファイルは、薬物濃度が最大許容投薬量を超えずに治療レベルに達し、所望の治療効果が実現されるまで長期にわたってこれらの濃度を維持するものである。理想的な場合にそのようなプロファイルを実現することができる方法の１つは、ポリマーマトリックス中に薬物をカプセル化することによるものである。ポリマー薬物送達の技術は、過去３０年にわたって詳細に研究されており、幾つかの優れた文献を当業者は簡単に入手することができる。ポリマー薬物送達は、例えば以下のことを含めた幾つかの利点を提供する。（１）薬物の局所化された送達：生成物を、薬物作用が必要とされる部位に直接注入することができ、したがって薬物の全身暴露を低減することができる。これは、様々な全身的副作用に関係付けられる毒性薬物（化学療法薬物など）に特に重要である。（２）薬物の持続された送達。カプセル化された薬物は、長期にわたって解放され、したがって複数回の注射の必要をなくす。この特徴は、（例えば特定のタンパク質の欠乏のために）頻繁な注射を必要とする、特に慢性徴候のための薬物に対する患者コンプライアンスを改善することができる。（３）薬物の安定化：ポリマーは、生理学的環境から薬物を保護することができ、したがって、インビボで薬物の安定性を改善する。この独特の特徴は、この技術を、タンパク質など不安定な薬物の送達に魅力的なものにする。

薬物は、ポリマーマトリックスの外への拡散によって、ポリマーマトリックスの分解によって、または拡散メカニズムと分解メカニズムとの組合せによって、ポリマーマトリックスから解放することができる。ポリマー分解は、酵素手段、加水分解、またはこれら２つの組合せによって行うことができる。加水分解は、さらに、ポリマーマトリックスのバルク浸食または表面浸食によって媒介されることがある。所与の薬物に関して、ポリマーマトリックスからの解放速度は、主に３つの因子、すなわちポリマーのタイプと、ポリマー形態と、システム内に存在する賦形剤とによって支配される。

ポリマーは非分解性または分解性であってよい。非分解性ポリマーの大きな欠点は、薬物が使い尽くされた後に身体からこれらのポリマーを摘出するために、手術が必要とされることである。他方、分解性ポリマーは、手術の介入を必要とせず、したがって薬物送達用途に好ましい。しかし、それらは、より小さな吸収性分子に分解するので、モノマーが性質上無毒であることを保証することが重要である。一般に採用されるポリマーとしては、例えば、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリ（ラクチド−ｃｏ−グリコリド）（ＰＬＧＡ）、ポリ（ウレタン）、ポリ（シロキサン）またはシリコーン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（エチレン）、ポリ（ビニルピロリドン）、および特定のポリマー、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（アクリル酸）、ポリアクリルアミド、ポリ（エチレン−ｃｏ−ビニルアセテート）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（メタクリル酸）が挙げられる。

ラクチドベースポリマー、および一般に、加水分解で分解可能な全てのポリマーの分解は、以下の性質に依存する。（１）化学組成：ポリマーの分解の速度は、ポリマーに存在する分解可能な結合のタイプに依存する。一般に、様々な化学結合の分解の速度は、以下のようである。無水物＞エステル＞アミド。（２）結晶化度：一般に、ポリマーの結晶化度が高ければ高いほど、その分解の速度は遅くなる。（３）親水性：ポリマーが、そこに存在する多数の疎水性群を有する場合、性質上親水性のポリマーよりもゆっくりと分解しやすい。ポリラクチドは、ＰＬＧＡに比べて疎水性であることが知られており、分解にはより長い時間がかかる。ポリラクチドのうち、ＤおよびＬ−ラクチドのポリマーであるＤＬ−ＰＬＡは、おそらくより小さい結晶化度により、Ｌ−ラクチドのホモポリマーであるＬ−ＰＬＡよりも速く分解する。同様に、より疎水性のエンドキャップのＰＬＧＡポリマーは、カルボキシル末端ＰＬＧＡよりも速く分解する。薬物送達メカニズムとしての見込みがある幾つかの新たなポリマーとしては、ポリオルトエステル、ポリホスファゼン、ポリ無水物、およびポリホスホエステルが挙げられる。

また、ポリマーマトリックスの形態は、カプセル化された薬物の解放特性を支配するのに重要な役割をする。ポリマーマトリックスは、ミクロ／ナノ球、ゲル、フィルム、または押出成形形状（円柱形、ロッドなど）として構成することができる。押出成形ポリマーの形状は、薬物解放速度に重要になることがある。例えば、半球ポリマー形状を使用してゼロ次薬物解放を実現することができることが示されている。ポリマーミクロ球は、製造の利点および投与の容易さ（媒体中に懸濁することによる注射可能性）により、最も一般的な形状である。ポリマーミクロ球は、噴霧乾燥、溶媒蒸発など様々な技法を使用することによって製造することができる。使用される技法のタイプは、ミクロ球の間隙率、サイズ分布、および表面形態などの因子に影響を及ぼし、引き続いて、薬物送達生成物の性能に影響を及ぼすことがある。

ポリマー薬物送達生成物は、ポリマーマトリックスに添加された賦形剤と共に生成することができる。ポリマーマトリックス内に賦形剤を有する主な目的は、薬物解放を修正すること、または薬物を安定化させること、またはポリマー分解速度を修正することである場合がある。ポリマーミクロ球内の賦形剤として塩基性塩を取り込むことによって、取り込まれたタンパク質の安定性を改善することができる。また、これらの塩基性塩は、ポリマーの分解を遅らせることも示されている。同様に、親水性の賦形剤は、薬物の解放を加速することができ、しかしそれらはまた、初期バースト効果を高めることもある。

本発明は、一般に、化学蒸着（ＣＶＤ）によって形状記憶または超弾性薄膜を堆積する方法、およびそれによって作製されるデバイスに関する。特に、本発明は、薄膜を堆積する方法であって、ニッケルチタン形状記憶または超弾性合金の被膜の製造中にＣＶＤ反応を使用して基板表面上に薄膜が堆積される方法に関する。そのようなニッケルチタンベースの形状記憶または超弾性合金は、二元ニッケルチタン合金であってよく、または三元、四元、もしくはより高いレベルの合金を形成するために追加の化合物を含んでいてもよい。

本発明は、ＣＶＤによって、形状記憶または超弾性デバイス、特にステント、ステント移植片、ステントカバー、移植片、閉塞およびフィルタメンブラン、ならびに薬物送達デバイスを含めた植え込み用医療デバイスを製造するために採用することができる。別法として、本発明はまた、超弾性、形状記憶、弾性変形可能材料、または塑性変形可能材料を、バルーン、カテーテル、ガイドワイヤ、ステント、移植片など既存のデバイス上に堆積するために採用することもできる。

本発明をその好ましい実施形態に関して説明してきたが、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲から逸脱することなく、材料、プロセス条件、デバイス構成、被膜組成などの変更を行うことができることを当業者は理解されよう。

本発明を実施する際に使用するのに適したタイプのプロトタイプ化学蒸着反応器を例示する概略図である。 本発明の方法を例示するプロセス流れ図である。 本発明の方法で採用される形成基板の斜視図である。 本発明の方法に従って製造される本発明の植え込み用薬物溶出デバイスの非パターン形成二重壁ＣＶＤ堆積被膜の斜視図である。 図４の線５−５に沿って取られた断面図である。 本発明による植え込み用薬物溶出デバイスのＣＶＤ製造における順次のステップを例示する順次の図である。 本発明による植え込み用薬物溶出デバイスのＣＶＤ製造における順次のステップを例示する順次の図である。 本発明による植え込み用薬物溶出デバイスのＣＶＤ製造における順次のステップを例示する順次の図である。 本発明による植え込み用薬物溶出デバイスのＣＶＤ製造における順次のステップを例示する順次の図である。 図７Ａの線７Ａ−７Ａに沿って取られた横断面図である。 図７Ｂの線７Ｂ−７Ｂに沿って取られた横断面図である。 図７Ｃの線７Ｃ−７Ｃに沿って取られた横断面図である。 図７Ｄの線７Ｄ−７Ｄに沿って取られた横断面図である。

Claims (21)

1. 真空反応器内で化学蒸着によって形状記憶または超弾性金属合金被膜を製造する方法であって、
   （ａ）形状記憶または超弾性金属合金を上に堆積するのに適した基板を提供するステップと、
   （ｂ）第１の金属原子を含有する第１のガス種を前記真空反応器内に流すステップと、
   （ｃ）第２の金属原子を含有する第２のガス種を前記真空反応器内に流すステップと
   を含み、
   （ｄ）前記反応器内の前記基板温度および真空圧力は、気相から固相への前記第１のガス種および前記第２のガス種の解離を可能にするように、かつ前記第１のガス種からの第１の金属種と、前記第２のガス種からの第２の金属種との加熱基板上への共堆積を可能にし、それにより前記第１の金属種および前記第２の金属種の形状記憶合金被膜を前記基板上に形成するように制御されることを特徴とする
   方法。
2. 前記第１のガス種は、ハロゲン化チタンからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のガス種は、四塩化チタンであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第２のガス種は、ニッケルカルボニルおよびビス−（シクロペンタジエニル）ニッケルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. ステップ（ａ）は、さらに、概して管状の基板を提供するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. ステップ（ｄ）は、さらに、前記概して管状の基板の管腔内表面と、管腔外表面と、両端の端面とのそれぞれに前記形状記憶または超弾性合金被膜を形成するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. さらに、前記形状記憶合金被膜を介して前記概して管状の基板まで延びる複数の開口を形成するステップ（ｅ）を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. さらに、前記概して管状の基板を前記複数の開口を介して除去するステップ（ｆ）を含み、それにより前記形状記憶または超弾性合金被膜内部にプレナムを形成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. さらに、前記複数の開口を介して前記プレナム内に少なくとも１つの生物活性剤を装填するステップ（ｇ）を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. さらに、前記複数の開口を介して前記プレナムからの前記少なくとも１種の生物活性剤の制御された溶出を提供するように、前記複数の開口を閉塞するステップ（ｈ）を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記基板は、さらに、カテーテルバルーンを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. さらに、前記形状記憶または超弾性合金被膜に複数の穿孔をパターン形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. さらに、前記基板からの取外し後、前記パターン形成された形状記憶または超弾性合金被膜を焼鈍するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 管腔外壁と、管腔内壁と、第１の端部および第２の端部と、前記管腔外壁、前記管腔内壁、ならびに前記第１および第２の端部の間に完全に画定されたプレナムとを有する概して管状の部材を備える薬物溶出医療デバイスであって、前記管腔外壁と、管腔内壁と、第１の端部および第２の端部は、単一の凝集性モノリシック材料から形成され、前記プレナムと連通している、前記管腔外壁と、管腔内壁と、第１の端部および第２の端部との少なくとも１つを通り抜ける複数の薬物溶出開口を有することを特徴とする薬物溶出医療デバイス。
15. 前記複数の開口は、前記概して管状の部材の前記第１の端部および第２の端部の少なくとも一方に存在することを特徴とする請求項１４に記載の薬物溶出医療デバイス。
16. さらに、前記プレナム内部に配された薬物を含むことを特徴とする請求項１４に記載の薬物溶出医療デバイス。
17. さらに、前記複数の開口を介して前記プレナムからの前記薬物の溶出を制御する、前記複数の開口と関連する閉塞部材を備えることを特徴とする請求項１６に記載の薬物溶出医療デバイス。
18. 前記単一の凝集性モノリシック材料は、形状記憶材料であることを特徴とする請求項１４に記載の薬物溶出医療デバイス。
19. 前記単一の凝集性モノリシック材料は、超弾性材料であることを特徴とする請求項１４に記載の薬物溶出医療デバイス。
20. 前記形状記憶材料は、金属、金属合金、およびポリマーからなる群から選択されることを特徴とする請求項１８に記載の薬物溶出医療デバイス。
21. 前記形状記憶材料は、チタン、バナジウム、アルミニウム、ニッケル、タンタル、ジルコニウム、クロム、銀、金、シリコン、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、白金、コバルト、パラジウム、マンガン、モリブデン、ステンレス鋼、ニッケルチタン合金、およびクロムコバルト合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項２０に記載の薬物溶出医療デバイス。

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