JP2013544578A - 医療装置上へのマイクロパターンの大量転写のための方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
本発明はステントの内径（ＩＤ）表面への微細化特徴／構造の大量転写／製作の新規方法に関する。この新規アプローチはマスク使用電気微細機械加工の技術により提供される。１つの実施形態は微細化特徴／構造を機械加工するために特別に作出された改造された電極を用いたステントのＩＤへの電気微細機械加工の適用を開示する。
【選択図】 図１５

Description

本発明は一般的に虚血性疾患の治療のための治療用組織工学装置に関する。より詳細には、本明細書はバルーン拡張（Ｂｘ）または自己拡張（Ｓｘ）ステントの内径上に微細化マイクロパターン構造を電気化学的に機械加工するプロセスに関する。医療装置の内径上に微細化特徴を製作するために使用され得る代替の技術は直接レーザ切除、金属打出し／型抜き、およびフォトリソグラフィー／ウェットエッチングを含む。これらの技術のいずれも、該医療装置の内径上に微細化特徴を達成するための上記に挙げられたプロセスにおいて一部でもまたは完全にも使用の可能性を有さないと考えられている。本発明はこれらの問題およびその他を解決する。

ステントの内径表面上への微細化特徴／構造の大量転写／製作の方法およびシステムが本明細書中に提供される。医療装置上にマイクロパターンを作出する方法は一般的に金属電極陰極、該金属電極の外径をコーティングする非導電性マスクおよび医療装置陽極を提供することと、該金属電極陰極をコーティングすることにより非導電性マスクを得ることと、該マスク上に所望の特徴をパターン化することと、およびその後電気化学微細機械加工により該医療装置陽極上に所望の特徴を転写することとを含む。１つの実施形態において、この方法は電極／非導電性マスク／ステントアセンブリの使用を含む。

本方法およびシステムは以下の説明において部分的に示され、そして部分的にその説明から明らかであろう、または該方法、構成物、およびシステムの実施により理解され得る。１つの実施形態において、新規アプローチはマスク使用電気化学微細機械加工の技術により提供される。本明細書は微細化特徴／構造を機械加工するために特別に作出された改造された電極を用いたステントの内径への電気化学微細機械加工の適用を開示する。

患者の動脈壁内に埋め込まれた血管内ステントの一部分の部分的断面透視図である。

図２として示される、図１の概略部分の分解組立図である。

時間経過後の図１に対応する部分的断面透視図である。

図４として示される、図３の概略部分の分解組立図である。

さらなる時間経過後の図１および３のステントおよび動脈の部分的断面図である。

図６として示される、図５の概略部分の分解組立図である。

図５の７‐７線に沿ってとられた図５のステントおよび動脈の部分的断面図であり、そして迅速な内皮化が該ステントを覆う薄い新生内膜層をもたらすことを示す。

血管内ステントの側立面図である。

図８Ａの血管内ステントの一部の拡大透視図である。

電気化学微細機械加工のためのマイクロパターン化電極‐インプラント配置の透視図である。

１つの実施形態に従うさまざまな断面配置および該マイクロパターンのさまざまな実施形態の特徴を示す、マイクロパターンの分解組立図のさまざまな実施形態である。 同上。 同上。 同上。 同上。

ステント／インプラント（＋）、パターン化ポリマー／非導電性マスク、および金属電極（−）を示す、電気化学微細機械加工のためのマイクロパターン化電極‐ステント配置の端部分の拡大透視図である。

電気化学微細機械加工のためのマイクロパターン化電極‐インプラント配置の中間部分の透視図である。

電気化学微細機械加工後のマイクロパターン化ステント／インプラントの拡大透視図である。

約２５〜４０μｍの電極ポリマーの厚みを有する円周方向に向いたマイクロパターン化パターンの拡大透視図である。

電気化学微細機械加工を介して該ステントの内径上に機械加工されたマイクロパターンの構造の低倍率での顕微鏡写真である。

電気化学微細機械加工を介して該ステントの内径上に機械加工された該ステントの接合部での該マイクロパターン構造の低倍率での顕微鏡写真である。

電気化学機械加工を介して該ステントの内径上に機械加工された該ステント上の該マイクロパターン構造の電子像である。

本発明の上記および他の特徴および利点は以下の例示的な実施形態の詳細な説明から明らかであり、付属の図面に関連して理解される。詳細な説明および図面は単に本発明の例示であり、限定ではない。本発明の範囲は付属の請求項およびその均等物により定義される。

図１および２について、血管内ステント２００は動脈壁２１０に結合して動脈２９０内に配置されていることが示されている。例示の目的のためにのみ、図１〜６中に示される血管内ステント２００は本分野において既知のＰａｌｍａｚ（商標）バルーン拡張可能ステントであり、ステント２００は内径２０１および外径２０２を有する。図１および２は本分野において知られるように、動脈２９０内に配置された直後のステント２００および動脈壁２１０内に埋め込まれた後のステント２００を示す。図１および２は血管内ステントの正しい設置として一般的に特徴づけられ得るものを示す。ステント２００は好ましくは多数の金属部材または支柱２０３を含み、それらは本分野において既知のステンレススチールまたは他の金属材料から製造され得る。図１および２中に示されるように、ステント２００の正しい設置は、支柱２０３が動脈壁２１０内に埋め込まれた後、支柱２０３の間に突き出した組織こぶ２１１をもたらす。支柱２０３はまた動脈壁２１０内でくぼみまたは直線状のくぼち２０４をも形成する。動脈２９０の妨害の程度、およびステント２００の設置前に使用された器具類の型および量により、組織こぶ２１１は内皮細胞を保持し得る（示されていない）。移植片、フィルター、インプラントまたは溝が必要とされ得るまたは内皮化が必要とされる他の装置の如き、本明細書中に開示される該溝を有する代替の医療装置が使用され得る。

図３および４について、時間経過後、血栓２１５の薄い層がくぼち２０４をすばやく満たし、そしてステント２００の内径２０１を覆う。図４中に見られるように、血栓２１５の端２１６は支柱２０３の間に突き出した組織こぶ２１１に向かって伸びる。組織こぶ２１１上に保持される内皮細胞は動脈壁２１０の再内皮化を提供し得る。

図５および６について、動脈壁２１０の内皮再生は、内皮細胞が血栓２１５により覆われたステント２００の支柱２０３へおよび支柱２０３の上へ移動しながら、矢印２１７により示されるように、多中心性の様式で進む。図１および２中に示されるように、ステント２００が適切に埋め込まれたまたは配置されたと仮定して、十分な、迅速な内皮化は図７中に示されるように薄い組織層２１８をもたらす。本分野において知られるように、ステント２００の適切な設置または埋め込みを得るために、ステント２００はわずかに過剰に伸ばされなくてはならない。バルーン拡張可能ステントであるステント２００の場合、ステント２００の最終的な拡張のために選択されるバルーン直径は埋め込み部位の近隣の動脈または静脈に合う直径より１０％〜１５％大きくなければならない。図７中に示されるように、動脈２９０の内腔２１９の直径Ｄｉは十分である。動脈壁２１０の再内皮化がステント設置前または設置中のステントの不十分な拡張によりまたは動脈壁の過剰な裸出により損なわれる場合、より遅い再内皮化が起こる。このことはより厚い新生内膜層の形成のために、血栓沈着の増加、筋肉細胞の増殖、および内腔直径Ｄｉの減少をもたらす。

図８Ａおよび８Ｂについて、１つの実施形態に従う血管内ステント３００が示される。例示の目的のためにのみ、血管内ステント３００の構造はそのはじめの拡張されていない形態で示されている、本分野において既知のＰａｌｍａｚ（商標）バルーン拡張可能ステントであることが例示される。本明細書中以下に示されるであろうように、いかなる構造を有するまたはいかなる材料からも作出されるいかなる血管内ステントでの本明細書中に開示される実施形態の改善は使用に好適であると考えられることが理解されるべきである。同様に、血管内ステントの製造方法における本明細書中に開示される実施形態の改善もまた、これもまた本明細書中以下に示されるであろういかなる型の血管内ステントの製造にも適用可能であると考えられる。

１つの実施形態において、血管内ステント３００は一般的に該ステントの内径３０１と外径３０２を定義するステント壁を有する管状の円筒形のエレメントからなる。図８Ａおよび８Ｂ中に示されるように、多数の第１の構造エレメント３１０は該ステントの円周軸３１４に沿って配置され、そして該ステントの縦軸３１６に沿って一般的に平行に伸びる。多数の第２の構造エレメント３１２は該ステントの円周軸３１４と一般的に平行に向き、そして多数の第１の構造エレメント３１０の近隣ペアと相互に連絡する。多数の第２の構造エレメント３１２の各々は一般的に少なくとも１の完全なサイン曲線を有する正弦波配置を有する、すなわち、第１の構造エレメント３１０の近隣ペア間で対峙して、該血管内ステントの縦軸３１６に対して近位および遠位方向の正および負両方の振幅を有する。多数のピーク３１２ａおよび多数のくぼみ３１２ｂは第２の構造エレメント３１２各々の中に形成される。多数のピーク３１２ａおよび多数のくぼみ３１２ｂは多数の第２の構造エレメント３１２各々の縦軸３１６に沿って規則的なまたは不規則な周期性を有し得るまたは多数の第２の構造エレメント３１２各々は規則的な周期の領域および不規則な周期の領域を有し得る。多数のフレックス領域３１８は多数の第１の構造部材３１０の各々の中に形成される。多数のフレックス領域３１８の各々は第１の構造エレメント３１０の狭くなった領域として形成され、そして多数の第１の構造エレメント３１０の各々から円周状に突き出すＶ形のまたは正弦波の配置（図１５および１６中に示される）を有し得る。多数のフレックス領域３１８の１つは第１の構造エレメント３１０に沿った第２の構造エレメント３１２の近隣ペアの中間に位置することが企図される。

多数の第１の構造エレメント３１０および多数の第２の構造エレメント３１２は好ましくはチタン、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、プラチナ、コバルト、パラジウム、マンガン、モリブデン元素およびそれらの合金、およびニチノールおよびステンレススチールからなる群から選択される材料からなる。多数の第１の構造エレメント３１０および多数の第２の構造エレメント３１２は同じ材料からまたは異なる材料からなり得る、そして同じ材料特性を有しまたは異なる材料特性を有し得る。用語材料特性は例えば、および限定の意味でなく、弾性、張力、力学特性、硬さ、嵩および／または表面粒サイズ、粒組成、粒境界サイズ、および粒内および粒間沈殿物を含む物理的特性を含むと意図される。同様に、多数の第１の構造エレメント３１０および多数の第２の構造エレメント３１２について選択される材料は同じまたは異なる化学特性を有するよう選択され得る。用語材料特性は該材料が体内に埋め込まれた後に受け得るいかなる化学反応および状態変化ならびに埋め込み後の該材料への体の生理的反応の両方をも含むと意図される。

図８Ａ中に示されるように、血管内ステントまたはステント３００は内径３０１および外径３０２を有し、外径３０２は通常境を接する関係で動脈壁２１０内に埋め込まれる。１つの実施形態に従って、ステント３００の内径３０１はマイクロパターン４００を伴って提供される（図９中に示される）。１つの実施形態のマイクロパターン４００は本明細書中以下により詳細に示されるであろうように、マスク使用電気化学微細機械加工（ＥＣμＭ）を介した該マイクロパターン（単数または複数）の大量転写によりステント３００の内径または反管腔側表面３０１内にまたは上に提供され得る。例示の目的のためにのみ、該マイクロパターンは多数の直線的な溝のある構造として図９〜２１中に示される。該マイクロパターンは以下により完全に示されるように、例えば、および限定の意味ではなく、波の構造、クロスハッチングパターンまたは同心円の如き形、構造、およびパターンの広い並びで提供され得ることが理解されるべきである。ステントは一般的に内径または反管腔側表面および外径または内腔表面すなわち、内腔、血管、腔等に接触する表面を有する。

図９中に示されるように、マイクロパターン４００は１つの実施形態に従って、その縦軸がステント３００の縦軸３１６と実質的に平行に配置されるように配置され得る。あるいは、マイクロパターン４００の縦軸は図１８中に示されるように、ステント３００の縦軸３１６に実質的に垂直に配置され得るまたは該マイクロパターンの縦軸はステント３００の縦軸３１６について鈍角または鋭角で配置され得る。マイクロパターンが縦軸３１６について作る角は該角がステント３００の縦軸３１６について計測される方向により鋭角または鈍角である。該縦軸についてマイクロパターン４００の角の選択は医療装置の配置、内皮細胞の型、および／または内皮細胞についての成長方向に従って選択され得る。

多数のマイクロパターン４００はステント３００の内径３０１上に配置され得る。該多数のマイクロパターンはヘビ状にまたはクロスハッチング様式で提供され得る。該多数のマイクロパターンの角配置および位置は変動し、動脈２０１（図１）内のステント３００の拡張に従って変化されるであろうことおよびステント３００は図９中にその拡張されていない形態で示されていることに注意せよ。以前に議論されているように、該マイクロパターン（単数又は複数）の大量転写は該血管内ステントの内径上および該内径を覆う内皮細胞の移動速度を増加させるように、いかなる血管内ステントの内径内または上にも提供され得ることにさらに注意せよ。

一般的に、マイクロパターン４００は幅Ｗ、深さＤ、および長さＬを有する。幅Ｗおよび深さＤは同じであり得る、そしてマイクロパターン４００の長さＬに従って変化しない。あるいは、該マイクロパターンの幅Ｗはマイクロパターン４００の長さＬに従って変化し得る。あるいは、該マイクロパターンの深さＤは長さＬに従って変化し得る。あるいは、マイクロパターン４００の幅Ｗおよび深さＤの両方は長さＬに従って変化し得る。同様に、図９に関連して示されるように、マイクロパターン（単数または複数）４００の位置および角配置について、マイクロパターン（単数または複数）４００の幅Ｗ、深さＤ、および長さＬは所望のように変化することができ、そして異なる型のマイクロパターン４００がステント３００の内径３０１上に配置され得る。

所望のように、マイクロパターン（単数または複数）４００の断面配置は該マイクロパターン（単数または複数）の長さＬに従って変化し得るまたは該マイクロパターンの断面配置は長さに従って変化しない。マイクロパターン（単数または複数）４００の断面配置はマイクロパターン４００の縦軸４１０について実質的に左右対称であり得るまたは少なくとも１つのマイクロパターンの断面配置は縦軸４１０について実質的に非対称であり得る。マイクロパターン４００の断面配置はさまざまな形をとり得る、そして実質的に正方形（図１０）、Ｕ形（図１１）、三角形またはＶ形（図１２）、長方形（図１３）、および三角形またはキー溝形（図１４）であるそれらの断面配置を含む。各マイクロパターン４００の壁表面３０３は実質的に滑らかであり得る。

マイクロパターン（単数または複数）４００の深さＤは約２分の１〜約１０ミクロンの範囲内であり得る。しかしながら、マイクロパターン（単数または複数）４００の深さＤはステント３００の内径３０１および外径３０２の間の距離を超えることはないはずである。マイクロパターン（単数または複数）４００の幅Ｗは約２〜約４０ミクロンの範囲内であり得る。もちろん、ステント３００上への内皮細胞の移動速度が損なわれないように、幅Ｗおよび深さＤは上記範囲から変化し得る。マイクロパターン４００の長さＬは図９中のマイクロパターン４００のようにステント３００の全長を超え得るまたはマイクロパターンの長さＬ′は図１８中のマイクロパターン４００のようにステント３００の全長未満であり得る。該マイクロパターン（単数または複数）はステント３００の内径３０１の長さに沿って連続または不連続であり得る。

１つの実施形態に従う、マイクロパターン（単数または複数）４００をまだ有さないステント３００の内径３０１の部分は本分野において既知の電解研磨表面の如き、好適なまたは所望の表面仕上げを有し得るまたは所望のどんな表面仕上げまたはコーティングでも提供され得る。１つの実施形態に従ってマイクロパターン４００がステント３００の埋め込み後に、血管内ステント３００の内径３０１上にまたは該内径内に配置されまたは提供されるとき、ステント３００の内径３０１上への内皮細胞の移動速度は内径３０１が１つの実施形態に従ってマイクロパターン４００を有さない場合に得られるであろうその移動速度を超えるであろうと考えられる。

該ステントの内径中に配置される大量転写されたマイクロパターンを有する血管内ステントを製造するために、１つの実施形態はマスク使用ＥＣμＭを介した血管内ステントの内径上への該マイクロパターンの大量転写の方法を提供する。

図９および１５について、該マイクロパターン化血管内ステント／電極マスク使用ＥＣμＭアセンブリ４０２の配置は金属電極３８０、該電極の外径３６０上に配置された非導電性マスク３４０、および血管内ステント／インプラント３００を含む。該マスク使用ＥＣμＭプロセスのためのマイクロパターン化マスク電極／血管内ステント配置はまた図１６および１８中にも示される。図９、１５および１６中に示される配置は血管内ステント３００の縦軸３１６に平行なマイクロパターン４００を有する、ステント３００の縦軸３１６に平行な向きのマスクされた電極３５０を示す。図１８中に示される配置は血管内ステント３００の縦軸３１６に垂直なマイクロパターン４００を有する、ステント３００の縦軸３１６に平行な向きのマスクされた電極３５０を示す。

図１５中に示されるように、該マスク使用ＥＣμＭプロセスは非導電性マスク３４０で金属電極の外径３６０をコーティングすることによりマスクされた電極３５０をはじめに得ることと、レーザ切除または他の技術を介してマスクされた電極３５０の外径上にマイクロパターン４００を与えることと、該ステントの内径３０１がマイクロパターン化マスク電極３５０と接触するようにマイクロパターン化マスク電極３５０上に血管内ステント３００を載せることと、およびその後マスク使用ＥＣμＭを介して血管内ステント／インプラントの内径３０１上にマスクされた電極３５０の外径上のマイクロパターン４００の特徴を大量転写することとを含む。該機械加工プロセス中に、直流またはパルス状電流、電圧および／またはそれらの組み合わせが特定の時間またはチャージで適用され、その後該アセンブリは該電解質溶液から取り除かれ、洗浄され、そして乾燥される。その後、血管内ステント３００はマスク電極３５０から取り除かれ、そして検査に際して該ステントの内径３０１は図１７、１９、および２０中に示されるように、マイクロパターン４００を表示するであろう。

該血管内ステントの内径３０１上に表示されたマイクロパターン特徴は電流の明白に定義されたチャンネルを通した微細機械加工の結果であるから、電位がマスクされた電極３５０および該ステントの内径３０１の間に適用されるとき、これらの電流チャンネルに暴露されたそれらの領域のみが酸化プロセスＭ^０（ｓ）＋電子−＞Ｍ^＋（ａｑ）を受けるであろう。定義されたチャンネルは本質的にそれを通して分解が起こるであろう導電性経路である。一方でマスクされた電極３５０におよび他方で該ステントの内径３０１に結合されるチャンネルは本明細書中で使用される「機械加工間隙」を定義する。該機械加工間隙の大きさは主として該パターン化電極上に与えられた特徴の大きさ（単数または複数）の関数であり、そしてしたがって適用毎に変化し得る。例えば、内皮機能を促進するために比較的浅い微細化マイクロパターンを機械加工するための作業関係は治療用剤をロードするために設計されたより大きな特徴とは異なり得る。機械加工は該電極に最も近い３８０血管内ステント３００のそれらの表面のみに排他的にかけられ、該ステントの遠位表面３０２にかけることは、本質的に活性な分解を開始させるには不十分な電流密度であり、該機械加工プロセス中不活性（分解なし）である。一般的に、全ての機械加工間隙、電極パターン、インプラント上のターゲットパターン等の寸法の特性は互いに同じオーダーの大きさ内である傾向がある。機械加工パラメーターのレジームは、該機械加工間隙を通してであり得る活性な機械加工が逆の電極表面に最も近い部位で起こることを許容するように該ステント／電極アセンブリの構造とカップリングされるよう選択され得る。

機械加工速度は異なる金属が流れた電流量および電流が流れた時間により機械加工され得る速度である。電極間距離（機械加工間隙）は電流分布においてある役割を果たすであろう、そしてそのため、該機械加工速度にある程度影響し得る。

電気化学機械加工におけるパルス状電流は動力源としてＤＣインプットを慣習的に利用する。しかしながら、代替の技術はより良い分解を達成するために高周波数パルス状電圧を使用する。適用された電圧波形はプロファイルの質および微細機械加工された部分の表面仕上げを定義することにおいて重要な役割を果たす。ＧＨｚ範囲の超高周波数インプットの使用で、ＤＣ電圧における電解質溶液電流密度によってのみ定義される０．１ｍｍ限定空間分解をはるかに超える電気化学反応は近位の電極領域に限定される。機械加工はパルスのオンタイム中に行われ、そしてパルスのオフタイムは加熱された電解質溶液およびパルスのオンタイム中に形成された生成された気体を消散させるのに十分長く維持される。より高周波数では、該機械加工された腔直径は該ツール直径に収束する。他方で、増大された振幅は、供給されたより多くの動力でより多くの電子が駆動されるので、ある期間、材料の除去を増加させるであろう。

該材料の除去率は反応速度により規定され得るが、該機械加工領域からの反応生成物の洗い流しもまた効率的な機械加工のために重要である。理想的なフローパターンおよび速度の選択は最も良い結果を得るために最も重要である。フローパス中の勾配は直ちに表面仕上げおよびカットの深さに影響した。周囲の電解質溶液を穏やかに攪拌しながら該ステント／電極アセンブリを該電解質溶液中に単に浸漬することを介した該ステントのＩＤ上に微細化特徴を転写する能力。該機械加工間隙内でのより強い攪拌は他の実施形態において使用され得る。

微細ＥＣＭセットアップはほとんど繰り返し可能機械加工のための作動メカニズムを有する。２つの型の作動があるセットアップについて可能であり、そしてそれらはコントロールメカニズムの型（オープンループおよびクローズドループコントロール）をも定義する。ポジショニングシステムはオープンまたはクローズドループのいずれかであり得る。

ステンレススチール、真鍮、銅、グラファイト、モリブデン、銀、タングステン、プラチナ等の成分から作出され得る金属電極３８０はその外径３６０が電気的に非導電性になるようにコーティングされまたは改変される。このことは該金属電極の外径３６０をポリマー、セラミック、酸化物または他の電気的に非導電性の材料でコーティングすることにより達成され得る。例えば、および限定の意味ではなく、フェノールおよびその誘導体、フェニレンジアミン、および過酸化または電気的不活性ポリピロールのポリマーが非導電性コーティング材料として使用され得る。該コーティングプロセスは浸漬、スプレイコーティング、エアブラシ、成層または他の化学的もしくは物理的蒸気析出技術により行われ得る。

数百オングストロームからミクロンまでの厚みを有し、好ましくはその厚みが約２５μｍから４０μｍであるこの非導電層３４０はその後パターン化され、そして該血管内ステントの内径３０１が機械加工される。非導電層３４０の厚みは特定の材料／装置の組み合わせについて該コーティングプロセス中に、検査または計測により最適化され得る。該パターン化はレーザ切除を介して、詳細には超短パルス状フェムト秒レーザまたは所望の寸法を有する電極パターンを達成するための能力を有する他の技術を用いてなされ得る。

該レーザ切除技術は、所望のパターンがマスクされた電極３５０上に形成されるように、非導電性マスク材料３４０を切除することを含む。９．３〜１１μｍの波長のマイクロ秒パルス状赤外線ＣＯ_２ガスレーザから１５７〜３５３ｎｍＵＶ波長範囲のフェムトからナノ秒のパルス状エキシマガスレーザ（すなわち、ナノ秒フッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザシステム、ナノ秒塩化キセノン（ＸｅＣｌ）エキシマレーザシステムまたはフェムト秒フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザシステム）および２６６〜１０６０ｎｍの波長のフェムトからナノ秒のパルス状固体状態レーザ（すなわち、中赤外線波長領域のナノ秒Ｅｒ：ＹＡＧレーザ）まで、広くさまざまなレーザシステムが使用され得る。

１つの実施形態において、パルスあたりのエネルギー約５０μＪ＋約５％、平均動力約５ワットまたは７．５ワット、パルス幅１．０ｐｓ未満、典型的には約８５０ｆｓ、ピーク動力約５０ＭＷ超、および反復速度約１００ｋＨｚから約１５０ｋＨｚを有する１５５０ｎｍ超短パルスフェムト秒レーザが使用される。レーザ切除パターン化において使用されるパルス周波数は、固体‐、液体‐または気体‐状態ターゲットが高電気エネルギーの適用中に複合相で遷移するので、それらと共に変化する。使用されるレーザ切除プロセスは１つの実施形態において２５ｋＨｚの充填速度を有し、あるいは、該レーザ切除プロセスは約１から５０ｋＨｚの充填速度を有する。１〜２μｍのパターン分解は、所望されない熱に影響された領域を伴わずに達成可能である。したがって、該レーザは、最小限の熱の影響または焼き直し（冷切除）しか残さずまたは全くそれらを残さず、該マスク材料を切除する能力を有し、そしてしたがって、寸法の特徴の保存を許容する。

アルゴン、ヘリウム、および上記２つの混合物を含む、カバー気体はフェムト秒レーザ法でポリマーおよびセラミック製のマスクをパターン化するために使用され得る。熱の影響がないことおよび該レーザパターン化電極を次の仕上げ操作にかけなければならない必要性はより速いプロセス往復時間、より良い特徴の質および寸法の保持ならびに特徴寸法を１ミクロンから１ミクロン未満スケールまで小さくする機会を許容する。フェムト秒‐、ピコ秒‐およびナノ秒‐パルシングを全て適用可能にするために、チャープパルス増幅型（ＣＰＡ）Ｔｉ‐サファイア製レーザシステムが使用され得る。

マスクされた電極３５０上に与えられたマイクロパターン４００は、該層が適切に機械加工されるように非導電層３４０の厚みと釣り合った特徴サイズを有するべきである。一般的に、マスクされた電極３５０上に与えられたマイクロパターン４００は幅Ｗ、深さＤ、および長さＬを有する。幅Ｗおよび深さＤは同じであり得る、そしてマイクロパターン４００の長さＬに従って変化しない。あるいは、マイクロパターン４００の幅Ｗはマイクロパターン４００の長さＬに従って変化し得る。あるいは、マイクロパターン４００の深さＤはマイクロパターン４００の長さＬに従って変化し得る。あるいは、マイクロパターン４００の幅Ｗおよび深さＤの両方はマイクロパターン４００の長さに従って変化し得る。接触する表面の間の電気電流の漏れが最小限になるように、該パターン化電極の累積外径３５０は血管内ステント３００および非導電性マスク３４０の間の十分な接触が確実になるような大きさであるべきである。非導電性の層／マスク３４０の厚みは該ステントの内径３０１に転写されるべき該特徴サイズと同じオーダーであろう。例えば、２４ミクロン毎に繰り返す、幅１２ミクロンおよび深さ２ミクロンの方形波マイクロパターンは該パターン特徴サイズにほとんど同一の非導電層の厚み、すなわち、該電極上の２ミクロンの厚い層を使用する。例えば、１〜１００ミクロン毎に繰り返され得る幅約１〜１００ミクロンおよび／または深さ１〜５０ミクロンの非導電性の層／マスク３４０の代替の厚みが使用され得る。該パラメーターもまた載せられるマイクロパターン４００の特定の長さのスケールと共に変化するであろう。あるいは、インプラント表面上のナノサイズのパターンもそれゆえまた該電極マスクに機械加工される同様の寸法の特徴を使用するであろう。

一旦、マスクされた電極３５０がパターン化されたら、通常ステンレススチールからなる血管内ステント３００は図９中に示されるように、マスクされた電極３５０上に載せられ、ポジショニングされ、そして電気化学微細機械加工のために電解質溶液中に入れられる。該血管内ステントは生体適合性であり、およびクラスＩ、ＩＩまたはＩＩＩ医療装置インプラントとしての使用に適格であると考えられるいかなる金属からも作出され得る。例えば、および限定の意味ではなく、該ステントはステンレススチール、ＣｏＣｒ、ニチノール、ＭＰ３５Ｎ、ＰｔＣｒまたはＴａＴｉの金属合金から作出され得る。

マスク使用ＥＣμＭは慣用のＥＣＭ技術に比較してより程度の良い工作機械器具設備およびプロセスコントロールを必要とする。したがって、電解質溶液の選択は該ツールおよび該工作物の間の非常に小さな間隙に従って選択されるべきである。マスクされた電極３５０および該ステントの内径３０１はマスクされた電極３５０から該ステントの内径３０１へ流れる電解質溶液を通して回路形成される。選択される該電解質溶液は電気的に導電性であること、該電極および血管内ステント材料を溶解（分解）することができること、および該分解プロセスを駆動するための外部電力の不在下では不活性にされることの要求を満たすべきである。該電解質溶液を考慮するとき、以下の特性、水溶媒ベース、中性／酸性ベース、該インプラント材料を機械加工する能力、プロセッシング温度範囲および許容性、インプラント適合性を有する一般的な電極アセンブリ、反応副産物が形成されるかどうか、および／または均一電解性およびこれら上記に直接的に影響されるまたは強く相互作用する他のことが考慮される。

通常の微細機械加工プロセスにおいて、電解質溶液はＫＣｌ、不飽和ＡｇＣｌ、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、ＮａＨＣＯ_３、ＮａＯＨ、生理食塩水、Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＦ、Ｈ_３ＰＯ_４、および／または他の適切な調製物の成分（単数または複数）を有する。該血管内ステント材料により、選択される電解質溶液は酸の濃縮形から中性塩の希釈混合物にまで及び得る。１つの実施形態において、例えば、３１６ＬＶＭステンレススチールおよびＬ‐６０５合金からなるインプラントに使用される電解質溶液は８５％リン酸溶液であり、それは２０〜２５℃の温度で１〜５Ｖレジームを用いて有用なＥＣＭ特性およびパターン転写特徴を示した。別の実施形態において、該電解質溶液はＬｉＣｌ／エタノール混合物である。該電解質溶液の選択は該インプラントの材料により規定される。

異なる合金のための電解質溶液は以下のものを含む。鉄含有合金は水中の塩化物含有溶液を使用し得る。Ｎｉ含有合金はＨＣｌ含有溶液または生理食塩水およびＨ_２ＳＯ_４の混合物を使用し得る。Ｔｉ含有合金は１０％ＨＦ＋１０％ＨＣｌ＋１０％ＨＮＯ_３含有溶液を使用し得る。Ｃｏ‐Ｃｒ‐Ｗ‐含有合金はＮａＣｌ含有溶液を使用し得る。ＷＣ含有合金は強アルカリ溶液を使用し得る。ステンレススチールおよびＣｏ‐Ｃｒ含有合金はリンまたは塩化物含有溶液を使用し得る。そしてニチノール含有合金は硫黄およびＬｉＣｌ含有溶液を使用し得る。電解質溶液導電性は開始電極距離、該溶液中の塩濃度、電解質溶液中の局所的な水酸化物濃度、嵩および局所温度、電解質溶液フロー速度、および電解質溶液の速度を含む、いくつかのパラメーターによる。ステンレススチールおよびＣｏＣｒ含有合金には、リンまたは塩化物含有溶液がうまくいった。ニッケルチタン合金（ニチノール）には、硫黄およびＬｉＣｌ含有電解質溶液が必ず結果を示した。一般的に、該機械加工プロセス中の該金属の電気分解／分解は機械加工特性の十分なコントロールを確実にするために適用される過電圧の適用に際してのみ起こるべきである。したがって、該電解質溶液中の金属は理想的には該分解プロセスを駆動するための外部電力の不在下では不活性にされる。

電気化学機械加工において、血管内ステント／インプラント３００および金属電極３８０への電気的接触がなされ、ステント３００は陽極（＋）および金属電極３８０は陰極（−）である。慣用の電気化学機械加工において、ツール電極の形は工作産物の形を定義する。ほとんどの機械加工がより強い電場である該電極の前端で起こる。しかしながら該ツールが該工作物を機械加工するとき、該ツールの側壁もまた該工作物の内壁に面し始める。このことは余分の電流分布を導入する。定義されたチャンネルは本質的に分解がイオンを生じるであろう導電性経路であり、その結果、入口側でより高い機械加工速度がもたらされる。本明細書中に開示される１つの実施形態は陽極インプラント３００を陰極３８０からある一定距離で保持することにより慣用の機械加工において見られるこの問題を克服する。この距離は陰極３８０上の非導電性マスク３４０の厚みにより定義される。一定の電極間間隙が維持され、したがって、該電極の入口側でのより高い機械加工速度の問題を避ける。しかしながら、該インプラントは該絶縁マスクの厚みにより定義される陰極から、ある一定距離離れて保持され得る。暴露される陰極表面領域の量は転写されるべきパターンにより定義される。一般的に、１：１陰極／陽極表面率ではじめることは良いとされ、該陽極表面領域は該インプラントの工作表面である。この開示において特に、該工作表面は該インプラントの内腔表面、およびしたがってもし過剰な電流分布を避けるためにこの表面のみに由来する場合速度計算に使用される領域である。

パターン化電極から該インプラントへの寸法特徴の転写の正確さは幅のような該インプラント上に標的化された他の特徴寸法に比較して該機械加工プロセスの深さ／時間により大いに規定される。例えば、分解するために２〜３ミクロンの機械加工の深さ／時間を用いて該インプラント上へ１２ミクロン幅の特徴を標的化する場合、該マスク／インプラント境界面の最小限のアンダカッティングのために該電極上の１２ミクロン幅の特徴に非常に近いところが転写されるように標的化し得る。アンダカッティングが起こる（等方性機械加工）程度は、機械加工時間が長い場合にその時間にわたって進行する寸法誤差に影響を与える。このことにより、パルシング局面は理想的なカット表面の質を得るが、また電極およびインプラントパターン特徴の間の不一致を最小限にするためにより方向性の（異方性の）機械加工を実施することにおける助けともなる。このため、１：１パターン転写をより達成することができる。

図９について、電極３８０の形は円形、管状、楕円形等であり得る。好ましくは、該金属電極は該ステント構造の約９５％の範囲内で円周を含み、より好ましくは該金属電極は該ステント構造の約１００％の範囲内で円周を含む。電極３８０はその縦軸を血管内ステント３００の縦軸３１６に実質的に平行に配置して、配置される。

ステンレススチールからなる血管内ステントは、その構成成分が熱力学的見込みから溶解されるはずである中程度の電位に際してでさえも腐食に対して抵抗性である。この不活性領域において実際には電気化学電流は流れておらず、過不動態域における非常に正の電位でのみ、イオン輸送が始まり、そして該スチールが陽極で溶解される。特に、３Ｍ ＨＣｌ／６Ｍ ＨＦ電解質溶液中の１．４３０１ステンレススチールについて、不活性ピークはおよそ＋０．２Ｖ_Ｐｄ／Ｈであり、および不活性領域は約＋１．５Ｖ_Ｐｄ／Ｈまで拡張する。微細機械加工において、高濃度ＮａＣｌ電解質溶液またはより「強い」３Ｍ ＨＣｌ／６Ｍ ＨＦ電解質溶液が５０〜５００ナノ秒のパルス長の間、該ツールおよび該工作物の間の１０〜４０Ｖの電圧（低周波数ＡＣ）でのステンレススチールの分解のために使用され得る。そのような調節で、超短電圧パルスによる電気化学微細機械加工が適用可能である。

本明細書中に開示される実施形態は、それゆえ、血管内ステント／金属電極／非導電性マスクアセンブリを通した電気化学微細機械加工を介した血管内ステントの内径上の微細化特徴の大量転写または製作のためのプロセスを開示する。

微細化特徴に１つの特徴を一度に与える他の機械加工または加圧プロセスとは異なって、マイクロパターンをレーザを使用して該内径上へ直接的に書き込むように、上記プロセスは該パターンの１回の大量転写で全ての所望の特徴を与え、したがって、プロセス周期時間を非常に減少させる可能性を有する。このプロセスの別の魅力的な局面は該表面に与えられるストレスがないことであり、そうでなければ該ストレスは疲労およびひび割れの開始で該ステントの損なわれた機械的パフォーマンスをもたらすであろう。さらに、ＥＣμＭパラメーターは後のストレス除去プロセッシングの必要性を伴わない、わずかに丸くなった端を作出するよう戦略的に調節され得る。

本発明はその好ましい実施形態について説明されているが、当業者は構造材料、生理活性剤、エッチング法、装置構成または装置表示、および使用における変形が本発明から逸脱することなしになされ得ることを理解し、認めるであろう、そして本発明は付属の請求項によってのみ限定される。

Claims (21)

1. ステント上にマイクロパターンを大量転写する方法であって、
   上に非導電性マスクを収容することができる外径を有する金属電極を提供することと、
   前記金属電極の前記外径を前記非導電性マスクでコーティングし、マスクされた電極を作出することと、
   前記マスクされた電極の外径上に前記マイクロパターンを定義することと、
   前記マスクされた電極上に前記ステントを載せることであって、前記ステントの内径が前記マスクされた電極の前記外径に接している状態であることと、
   電気化学微細加工により前記ステントの前記内径上に前記マイクロパターンを転写することと、を含む、方法。
2. 前記金属電極はステンレススチール、真鍮、銅、グラファイト、モリブデン、銀、タングステン、およびプラチナからなる群から選択される金属からなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記非導電性マスク材料はポリマー、セラミック、および酸化物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
4. 前記ステントはステンレススチール、コバルト‐クロム、ニチノール、ＭＰ３５Ｎ、プラチナ‐クロム、およびタンタル‐チタンからなる群から選択される金属からなる、請求項１に記載の方法。
5. 前記コーティングステップは真空蒸着により行われる、請求項１に記載の方法。
6. 前記マイクロパターンを定義することは、前記マスクされた電極の前記外径をレーザ切除し、前記マイクロパターンを作出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記マスクされた電極の前記外径を切除するための前記レーザはフェムト秒レーザ、エキシマレーザ、水仲介レーザ、およびレーザ使用化学機械加工からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
8. 前記マイクロパターンを転写することは、前記ステントおよび前記マスクされた電極を電気的に接触させることと、電解質溶液を提供することと、機械加工間隙内で前記ステントの前記内径を微細機械加工することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記機械加工間隙は一方で前記マスクされた電極と、および他方で前記ステントの前記内径と境を接する、請求項８に記載の方法。
10. 前記電解質溶液はＫＣｌ、不飽和ＡｇＣｌ、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、ＮａＨＣＯ_３、ＮａＯＨ、生理食塩水、Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＦ、およびＨ_３ＰＯ_４からなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
11. 前記マスクされた電極から前記ステントを除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 請求項１の方法により製造されたステント。
13. 上に非導電性マスクを収容することができる外径を有する金属電極を提供するステップと、
    前記金属電極の前記外径を非導電性マスクでコーティングし、マスクされた電極を作出するステップと、
    前記マスクされた電極の外径上に前記マイクロパターンを定義するステップと、
    前記マスクされた電極上に前記ステントを載せるステップであって、前記ステントの内径は前記マスクされた電極の前記外径と接している状態であるステップと、
    電気化学微細機械加工により前記ステントの前記内径上に前記マイクロパターンを大量転写するステップと、
    前記マスクされた電極から前記ステントを除去するステップとを含む
    プロセスにより作出され、電気化学的に微細機械加工された大量転写されたマイクロパターンを有するステント。
14. 前記金属電極はステンレススチール、真鍮、銅、グラファイト、モリブデン、銀、タングステン、およびプラチナからなる群から選択される金属からなる、請求項１３に記載のステント。
15. 前記非導電性マスク材料はポリマー、セラミック、および酸化物からなる群から選択される、請求項１３に記載のステント。
16. 前記ステントはステンレススチール、コバルト‐クロム、ニチノール、ＭＰ３５Ｎ、プラチナ‐クロム、およびタンタル‐チタンからなる群から選択される金属からなる、請求項１３に記載のステント。
17. 前記マイクロパターンを定義するステップは前記マスクされた電極の前記外径をレーザ切除し、前記マイクロパターンを作出するステップをさらに含む、請求項１３に記載のステント。
18. 前記マスクされた電極の前記外径を切除するためのレーザはフェムト秒レーザ、エキシマレーザ、水仲介レーザ、およびレーザ使用化学機械加工からなる群から選択される、請求項１３に記載のステント。
19. 前記マイクロパターンを転写するステップは前記ステントおよび前記マスクされた電極を電気的に接触させるステップと、電解質溶液を提供することと、機械加工間隙内で前記ステントの前記内径を微細機械加工するステップとをさらに含む、請求項１３に記載のステント。
20. 前記機械加工間隙は一方で前記マスクされた電極と、および他方で前記ステントの前記内径と境を接する、請求項１９に記載のステント。
21. 前記電解質溶液はＫＣｌ、不飽和ＡｇＣｌ、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、ＮａＨＣＯ_３、ＮａＯＨ、生理食塩水、Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＦ、およびＨ_３ＰＯ_４からなる群から選択される、請求項１９に記載のステント。

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