JP2022523387A - 形状記憶ポリマーを含むデバイスを形成するための方法およびプリフォーム - Google Patents

Abstract

本明細書では、延伸装置を使用して、少なくとも第１のファイバを含むデバイスを製造する方法が提供され、この方法は、形状記憶ポリマーを含む第１のプリフォームを延伸装置に提供することと、第１のプリフォームの第１の部分を加熱することと、第１のファイバを形成するために、延伸装置を使用して、加熱された第１の部分を延伸することと、を含む。【選択図】図１

Description

本出願は、概して、ファイバ延伸技術によって形状記憶ポリマーを含むデバイスを形成するための方法、およびそれを達成するためのプリフォームに関する。

本明細書に記載のプリフォームは、材料のブロックであり、多くの場合、ポリマー材料であり、そこからファイバを延伸させることができる。プリフォームは、それらから延伸されるファイバよりも大きな横断面積を有し、単一のプリフォームから延伸されることができる、得られるファイバは、例えば、元のプリフォームよりも１０００倍長くなり得る。プリフォームからファイバを延伸する際、その構造はプリフォームの横方向に収縮し、長手方向（延伸方向）に伸長する。そのため、その組成、形状、サイズ、および他の特徴に関するプリフォームの正確な構造は、得られるファイバに大きな影響を及ぼす。

プリフォームは概して、実質的に円筒形の構造を含むが、プリフォームは任意の形状を含み得る。本明細書では延伸方向とも称される長手方向は、プリフォームの長さを通って延在する、ファイバが延伸される方向と定義することができる。半径方向は、長手方向軸から半径方向外向きに、かつ長手方向軸に垂直に延在するものとして定義することができる。半径方向速度は、長手方向軸の周りのプリフォームまたはファイバの回転速度を意味すると理解され、ファイバに延伸されるときにプリフォームの少なくとも一部が回転する。

本出願は、延伸タワーなどの延伸装置を使用する延伸処理による形状記憶ポリマー材料を含むプリフォームからファイバを形成することに関する。それにより、本出願で言及される形状記憶ポリマーは、ファイバに延伸するのに好適な形状記憶ポリマー、すなわち、延伸可能な形状記憶ポリマーを特に指すことが理解されよう。いくつかの例では、形状記憶ポリマーのためにファイバに延伸するために好適だと考えられる形状記憶ポリマーに対し、形状記憶ポリマーは、すべて選択された延伸温度で測定された場合、選択された延伸温度で約１０^７パスカル秒（１０^８ポアズ）よりも低い、好ましくは、約１０^３パスカル秒（１０^４ポアズ）と約１０^６パスカル秒（１０^７ポアズ）の間の粘度を有するべきである。形状記憶ポリマーなどのようなファイバに延伸するための任意の材料は、延伸温度で、その構造的完全性およびその化学組成の両方を保持する必要があることが理解されよう。プリフォームおよび得られるファイバの少なくとも一部を提供し得る非形状記憶ポリマー材料の例は、シリカまたはホウケイ酸ガラス、カルコゲニドガラス、または他の好適なガラス状材料などの他のガラス状材料を含み得る。他の例には、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリカーボネート合金、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、およびスチレンエチレンブチレンスチレン（ＳＥＢＳ）。いくつかの例では、高度に半結晶性の熱可塑性材料（例えばＰＶＤＦ）を、延伸可能なアモルファス熱可塑性プラスチックの間に挟み、熱的に固めることによってファイバに延伸することができる。このようにして、他の方法では延伸に不適である可能性がある形状記憶ポリマーが、依然としてファイバに延伸される可能性がある。

プリフォームは、または真空中での熱可塑性ペレットのホットプレス、キャスト成形または射出成形、積層造形技術、市販のロッドまたはバーの直接加工、および熱可塑性シート／フィルムの圧延とプリフォームへの硬化を含むいくつかの技術の１つまたは組み合わせによって製造することができる。

ファイバを延伸する処理は、プリフォームの一部をそのガラス転移温度を超える温度に加熱することを含み、これにより、プリフォームのネックダウン延伸を行うことができるようになる。この処理中に、プリフォームの粘度が数桁低下し、プリフォームが自重で延伸される場合がある。延伸温度は、主に使用するプリフォーム材料に基づいて選択する必要がある。使用するプリフォーム材料のガラス転移温度が高いほど、必要な延伸温度は高くなる。プリフォームの加熱は、延伸装置の一部を含む抵抗ヒータなどの延伸装置によって提供され得ることが理解されよう。代替的に、プリフォームの加熱は、抵抗ヒータ、延伸するプリフォームの部分を取り囲むように構成された炉、または任意の他の好適な装置などの外部加熱装置によって提供され得る。プリフォームの一部をファイバに延伸した後、ファイバの形状を設定するために、得られたファイバを冷却することができる（急冷することができる）。ファイバの冷却は、さらなる冷却を必要とせずに加熱装置の影響からファイバを除去した結果として、周囲条件で起こり得る。代替的に、ファイバは、延伸装置の一部を含むか、または独立して提供される冷却装置によって冷却される領域を通ることができる。冷却装置は、延伸されたファイバが通る、冷却されたエンクロージャを含み得、またはファイバ上に冷却された空気を提供するための装置を含み得る。ファイバを冷却させるための任意の好適な方法を使用することができる。さらに、そこからファイバを延伸するためにプリフォームを加熱する前に、予熱段階を設けることができる。予熱は、任意の好適な加熱装置によって実行することができ、熱衝撃を回避し、より良い温度均一性の達成を促進するために実行することができる。いくつかの例では、予熱は不必要であるか、または加熱ステップの一部を含み得ることが理解されよう。

ファイバの延伸は、監視装置によって監視され得る。監視装置は、ファイバの直径を測定するための１つ以上のレーザマイクロメータ、またはファイバ内部の有効内部応力を測定することによってファイバの引っ張り張力を測定するための三輪張力センサを備え得る。

プリフォームをファイバに延伸する際に、温度プロファイル、ダウンフィード速度、および延伸速度が調整され得る。温度プロファイルは、プリフォームと得られるファイバが通る温度領域を表す。ダウンフィード速度は、プリフォームが加熱領域に移動する速度である。延伸速度は、ファイバが延伸装置を通って引っ張られる速度である。温度プロファイル、ダウンフィード速度、および延伸速度を変えることにより、得られるファイバの太さが調整され得る。

形状記憶ポリマーは、形状回復能力を備えていることから、様々な用途で特に役立つ。形状記憶ポリマーは、形状記憶合金（ＳＭＡ）などの形状回復能力を備えた他の材料と比較して、軽量で操作が容易で経済的でもある。形状記憶ポリマーは、恒久的な形状を記憶することができ、その恒久的な形状から変形して一時的な形状に設定した後、好適な刺激を加えることによって恒久的な形状を回復することができる。

形状記憶ポリマーは、硬質セグメントと軟質セグメントを持つことにより形状記憶効果を実現する。硬質セグメントと軟質セグメントは、形状記憶ポリマーの異なる相である。硬質セグメントは、定義された融点を有する結晶性、または定義されたガラス転移温度を有するアモルファスのいずれかでよい。硬質セグメントが結晶性である場合、軟質セグメントは、典型的にはアモルファスであり、定義されたガラス転移温度を有する。いくつかの例では、軟質セグメントは結晶性であり、ガラス転移温度の代わりに融点を有する。硬質セグメントの融点またはガラス転移点は、軟質セグメントの融点またはガラス転移点よりも実質的に大きい。

恒久的な形状は、形状記憶ポリマーを硬質セグメントの融点またはガラス転移温度超まで加熱し、形状記憶ポリマーを所望の形状に変形させ、次いで形状記憶ポリマーを硬質セグメント融点またはガラス転移点未満になるように冷却することによって設定することができる。一時的な形状は、形状記憶ポリマーを軟質セグメントの融点またはガラス転移温度超、ただし硬質セグメントの融点またはガラス転移温度未満まで加熱し、形状記憶ポリマーを所望の一時的な形状に変形させ、次に、形状記憶ポリマーを軟質セグメントの融点またはガラス転移温度未満まで冷却することによって設定することができる。その後、形状記憶ポリマーが、形状記憶ポリマーを新しい一時的な形状に変形させようとする外力なしに、軟質セグメントの融点またはガラス転移温度超、ただし硬質セグメントの融点またはガラス転移温度未満まで再加熱されると、形状記憶ポリマーは恒久的な形状に回復する。上記の例は、軟質または硬質セグメントに入るための温度の使用について考察しているが、他の実施形態では、形状記憶ポリマーは、特定の波長の電磁放射による照明、周囲のイオン濃度またはｐＨの変化、電場、磁場または形状記憶ポリマーへの超音波の適用に基づいてその形状を変えることができる。

本発明の第１の態様によれば、延伸装置を使用して少なくとも第１のファイバを含むデバイスを製造する方法が提供されており、この方法は、形状記憶ポリマーを含む第１のプリフォームを延伸装置に提供することと、第１のプリフォームの第１の部分を加熱することと、第１のファイバを形成するために、延伸装置を使用して、加熱された第１の部分を延伸することと、を含む。

第１のファイバからデバイスを製造するために、この方法は、デバイスを形成するために第１のファイバを後処理するさらなるステップを含み得る。後処理とは、第１のファイバからデバイスを製造するために実行される、本発明の第１の態様のステップに続く１つ以上のステップを意味する。デバイスが人工内耳デバイスである本発明の実施形態では、後処理は、第１のファイバを患者固有の蝸牛形状に成形するステップ、および／または第１のファイバを通って延在するワイヤを関連する電子機器に接続するステップなどを含み得る。デバイスがカテーテルデバイスである本発明の他の実施形態では、後処理は、第１のファイバを通って延在する１つ以上の管腔に腱を貫通させる、または流体の入力または出力用の第１のファイバに設けられたマイクロ流体チャネルの端部にコネクタを取り付けるなどのステップを含み得る。

形状記憶ポリマーを含む少なくとも第１のファイバを含むデバイスを製造することは、広範囲の用途にとって特に有利であり得る。形状記憶ポリマーを含むプリフォームを延伸することによって第１のファイバを形成することにより、従来技術の方法と比較して、特定のコスト削減を行うことができる。したがって、形状記憶ポリマーを含むファイバを含むデバイスは、延伸法を使用して、他の技術によるよりも効率的に形成することができる。従来技術の方法は、延伸技術による形状記憶ポリマーを含むファイバを含むデバイスを製造することと比較して、費用のかかる成形型の製造および時間のかかる後処理技術の適用を必要とする場合がある。さらに、より小さな特徴またはより複雑な形状を有するファイバを達成することができる。一部の特徴は、ファイバが延伸されるプリフォームでより大規模に形成するほうが容易であり得る。延伸されたファイバは元のプリフォームの構造的特徴を維持するため、他の方法でデバイスを作る技術と比較して、特徴の解像度が向上する可能性がある。いくつかの例では、これは、光接点または電気接点をファイバデバイス内に形成する必要がある場合に特に有利となり得る。プリフォームからファイバを延伸し、延伸中に、電極または光ファイバなどの１つ以上のフィラメントを、中空チャネルを貫通して同時延伸することにより、他の方法では実現が非現実的または非常に複雑なデバイスを形成できる可能性がある。さらに、第１の態様による形状記憶ポリマーを含む延伸ファイバは、積層造形では達成できない可能性があるデバイスを形成するためのスケーラブルなアプローチを提供し得る。ほんの一例として、本技術を使用して１００メートル以上のファイバを短期間で延伸することができるが、同様の時間枠で、積層造形によって印刷できるファイバは１０ｃｍである。押し出し技術と比較した場合、螺旋状に配置された中空チャネルなどの特徴または他の特徴は、それらの技術によって達成できない場合がある。したがって、第１の態様による方法は、特に有利となり得、他の単一の技術によってではいずれも達成可能ではないであろう利益を提供し得る。

形状記憶ポリマーを含むファイバを含むことから利益を得ることができる人工内耳デバイスは、螺旋状に配置されたチャネルまたは他の特徴を必要とする可能性がある。形状記憶ポリマーは、蝸牛の形状に操って、その後冷却して、その形状に設定することができるので、そのような用途に特に適している可能性がある。そのような用途のためのデバイスを形成するために他の技術を使用することは複雑で時間がかかるかもしれないが、第１の態様に従って該デバイスを形成することにより、当該デバイスを形成することに関する複雑さ、時間および関連するコストを減らすことができる。別の例では、第１の態様の方法によって形成された頭蓋間動脈瘤を治療するためのカテーテルデバイスは、デバイスを冷却するためのマイクロ流体チャネルの組み込みが可能となり得、これにより、デバイスを展開する際に、より高度な制御を可能とすることができる。さらに別の例では、第１の態様の方法によって形成された形状記憶ポリマーを含むファイバは、遠位気道においてプローブベースを走査際に、到達困難な対象部位にアクセスするために必要な正確な操縦が可能となり得る。そのようなデバイスによって可能になる柔軟なスキャンは、細胞レベルの詳細の画像をスムーズに収集するために実装することができる。これにより、組織の広い領域を分析するためのモザイク処理アルゴリズムによる後続のステッチングが可能となり得る。デバイスの一部として形状記憶ポリマーファイバを使用することにより、従来のケーブル駆動の連続体ロボットは必要ない場合があり、代わりに、デバイスの形状記憶特性を利用して、デバイスの一部を滑らに制御しながら偏向させることができる。

さらに、形状記憶ポリマーの形状回復は、１秒、１０秒、または数十秒の時間で現れる場合もある。これは、形状記憶ポリマーを含むファイバを含むデバイスが、動きが速いと、人体などの周囲の環境に損傷を与える可能性がある環境で使用される場合に特に有利となり得る。この形状回復の速度は、形状回復が遅いことによって、領域にわたる所望のプローブ走査が可能になる場合に、そのプローブにとって特に有利となり得る。これにより、人体の血管の周りのプローブの安全で安定した継続的な操作が可能となり得る。

第１の態様に従って製造されたデバイスはまた、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）などの磁気共鳴（ＭＲ）用途において特に役立ち得る。磁気共鳴技術には大きな磁場が含まれるため、磁性材料をまったく使用しないか、ほとんど使用しないデバイスを開発することが重要である。この工程によって製造されたデバイスは、磁性材料を含まないことが可能である。これにより、磁場のある環境で安全に使用できるデバイスを提供することができる。コストと時間を効率的に製造できる操縦可能で剛性調整可能なデバイスを提供することは、特に有利となり得る。１つ以上の実施形態では、デバイスは、磁気共鳴システムで使用するためのものであってもよく、当該デバイスは、非磁性材料からなり得る。１つ以上の実施形態では、ＭＲＩシステムで使用するためのものであってもよく、当該デバイスは、その内部を通して流体を流すための１つ以上の中空チャネルを含む。流体がデバイスのチャネルを通る場合、流体は、ポリマーが検出されない場合に、ＭＲＩを使用してデバイスを視覚化するのに役立ち得る。例えば、水はＭＲＩシステムで検出可能であり、デバイスの視覚化により、制御とステアリングの改善が可能となり得る。

第１のプリフォームを第１のファイバに延伸する際に、プリフォームが加熱領域に降下され、第１のファイバが第１のプリフォームから延伸されると、加熱されているプリフォームの部分（第１の部分と称される）が変化することが理解されよう。第１のプリフォームの第１の部分が延伸されて第１のファイバを形成するとき、第１のプリフォームの別の部分が加熱されて、ファイバの連続延伸を可能にする。ファイバが安定した形状を有するために、プリフォームは、形状記憶ポリマーの硬質セグメントの融点またはガラス転移温度を少なくとも超える温度に加熱され得ることが理解されよう。

上で考察されるように、第１のプリフォームから延伸された第１のファイバは、第１のファイバの形状を設定するために、延伸された後、形状記憶ポリマーの融点またはガラス転移温度未満の温度に急冷され得る。ファイバの延伸を可能にするために使用される熱源から第１のファイバを除去することによって第１のファイバを急冷することができる。このような例では、ファイバの周囲条件によって冷却することができる。代替的に、延伸温度から延伸された第１のファイバの温度を下げるための急冷装置を提供され得る。急冷装置は、延伸装置の一部を含み得るか、または別個の急冷装置であってもよい。急冷は、温度を延伸温度より１段階低い温度に下げることを含むが、急冷装置は、依然としてヒータを備え得ることが理解されよう。例えば、プリフォームの延伸が摂氏２００度で行われる場合、急冷装置は、ファイバを、ファイバの溶融温度未満であるが熱衝撃を回避し得る、摂氏８０度の温度に維持するための加熱装置を提供し得るか、あるいは、プリフォームとファイバにわたる所望の温度の維持を可能にし得る。他の例では、ファイバの恒久的な形状は、ファイバをＵＶ放射に曝露し、その環境のｐＨを変更することによって、または使用される形状記憶ポリマーの恒久的な形状を設定するための他の任意の好適な方法によって設定され得る。

１つ以上の実施形態では、第１のプリフォームは、延伸方向において、第１のプリフォームの第１の端部から、少なくとも部分的に第１のプリフォームを通って第１のプリフォームの第２の対向する端部に向かって延在する第１の中空チャネルを有し得、延伸方向は、加熱された第１の部分が延伸装置を使用して延伸される方向を含む。１つ以上の実施形態では、第１のプリフォームは、延伸方向において、第１のプリフォームの第１の端部から、少なくとも部分的に第１のプリフォームを通って、第１のプリフォームの第２の対向する端部に向かって延在する少なくとも第２の中空チャネルを有し得る。１つ以上の実施形態では、第１の中空チャネルまたは少なくとも第２の中空チャネルは、第１のプリフォームの第１の端部から延伸方向に第１のプリフォームを通って第１のプリフォームの第２の対向する端部まで延在し得る。１つ以上の実施形態では、中空チャネルは、閉じた中空チャネルを含み得、閉じた中空チャネルは、プリフォームの材料によって半径方向に囲まれたものである。１つ以上の実施形態では、中空チャネルは、中空チャネルの少なくとも一部がプリフォームの材料によって囲まれていない、開いた中空チャネルを含み得る。例えば、開いた中空チャネルは、プリフォームの側面に溝を含み得る。説明の中空チャネルは、概して、円形の断面を有するものとして説明および描写されているが、中空チャネルは、任意の断面形状を含み得ることが理解されよう。

第１の態様の方法から得られるファイバの中空チャネルは、形状記憶ポリマーの冷却させる、ひいては硬化させるために、その内部を通して水などの流体を通過させるのに特に役立ち得る。他の例では、流体は、ファイバの加熱を提供するために、中空チャネルを通過し得る。いずれの方法でも、１つ以上の中空チャネルを通して流体を供給することによってデバイスの柔軟性の制御を行うことができる。いくつかの例では、第１の中空チャネルは、その内部を通して薬物の提供を可能とすることができるので、デバイスを薬物または麻酔薬の送達に使用することができる。

１つ以上の実施形態では、第１のファイバを形成するために、加熱された第１の部分を延伸するステップは、第１のプリフォームの第１の部分を第１の半径方向速度で延伸軸の周りで回転させることをさらに含み得、そのため、得られる第１のファイバが、少なくとも第１の螺旋状の中空チャネルを含み、延伸タワーが、第１のプリフォームを保持し、第１のプリフォームの回転を提供するように構成された第１のプリフォームホルダを含む。

得られたファイバの１つ以上の中空螺旋チャネルは、形状記憶ポリマーを冷却する目的で、その内部を通して流体を流すために使用される場合、螺旋チャネルは、第１のファイバの体積全体に、より均一に分布することによって、より効率的な冷却を提供し得る。螺旋チャネルの形成は、従来技術の方法と比較して、プリフォームの延伸を含む方法を使用して達成するのが特に容易かつ安価であり得るので、コストが削減され、デバイス構造が改善される。

第１のプリフォームの第１の部分の回転速度の大きさが、得られる第１のファイバにおける螺旋状の中空チャネルのコイルのピッチ、すなわちチャネル間の間隔を決定することが理解されよう。螺旋状の中空チャネルを通る流体の循環によって冷却が提供される場合、より大きなピッチを有する中空チャネルを有するファイバよりも、より小さなピッチおよび対応してより長いチャネル経路長を有するファイバのほうが、より完全な冷却が提供される。延伸処理中に第１の半径方向速度を変更して、得られるファイバの長さに沿ってピッチを異ならせることができることが理解されよう。その内部を通る、螺旋状の中空チャネルのピッチが異なるファイバにより、得られるファイバの領域を小さなピッチで特に効率的に冷却することが可能となる一方で、ファイバの残りの部分があまり冷却されない可能性があることが理解されよう。これにより、プリフォームのセグメントを、的を絞って補強することを可能にし得る。１つ以上の例では、この方法は、第１のファイバの延伸中に第１の半径方向速度の大きさおよび回転方向の一方または両方を変更することを含み得る。

プリフォームの３６０度の回転は、得られるファイバに螺旋における単一のループの形成を提供し得ることが理解されよう。他の実施形態では、完全な螺旋が形成されず、部分的に螺旋チャネルのみが形成されるように、プリフォームの回転方向を、プリフォームをファイバに延伸する間に変化させることができる。いくつかの実施形態のチャネルでは完全な螺旋が形成されない場合があるが、得られるファイバが長さに沿って変化する性質により、依然として部分的に螺旋の構造を提供し、螺旋状の中空チャネルの説明はそのようなチャネル形状を包含することが理解されよう。

１つ以上の実施形態では、この方法は、
形状記憶ポリマーを含む第２のプリフォームを提供するステップであって、第２のプリフォームが、延伸方向において、第２のプリフォームの第１の端部の断面中心から、少なくとも部分的に第２のプリフォームを通って、第２のプリフォームの、第２の対向する端部の断面中心に向かって延在する、受容チャネルを有し、受容チャネルは、受容チャネルが受容チャネル内で第１のプリフォームを受容するために好適であるように、第１のプリフォームの断面積に少なくとも等しい断面積を有し、第２のプリフォームが、延伸方向において、第１の表面および第２の表面のうちの一方から、少なくとも部分的に第２のプリフォームを通って、第２のプリフォームの対向する端部に向かって延在する、受容チャネルとは異なる、少なくとも第１の中空チャネルをさらに有する、提供するステップと、
第２のプリフォームの第１の部分を加熱するステップと、
延伸装置を使用して、第２のファイバを形成するために、第２のプリフォームの加熱された第１の部分を延伸するステップと、をさらに含み得る。

１つ以上の実施形態では、この方法は、
第１のプリフォームの第１の部分を加熱すること、および第２のプリフォームの第１の部分を加熱することの前に、第１のプリフォームを第２のプリフォームの受容チャネルに挿入するステップをさらに含み得、
第１のプリフォームの第１の部分を加熱するステップおよび第２のプリフォームの第１の部分を加熱するステップが、同時実行され、
延伸装置を使用して、第１のプリフォームの加熱された第１の部分を延伸するステップと、延伸装置を使用して、第２のプリフォームの加熱された第１の部分を延伸するステップが、同時実行されて、そのため、延伸するステップ中に、第１および第２のファイバが、一緒に形成されて、デバイスを提供し、延伸タワーが、第２のプリフォームを保持するように構成されており、かつ使用中に、第１のプリフォームホルダおよび第１のプリフォームの一方または両方の周りに少なくとも部分的に延在するように配置されている、第２のプリフォームホルダを含む。第１のプリフォームおよび第２のプリフォームから形成されるデバイスを提供し、各プリフォームに別個のプリフォームホルダを提供することにより、例えば、デバイスを、第１および第２のファイバから形成し、デバイスの一部分は、螺旋チャネルを含み、デバイスの一部分は直線チャネルを含むことが可能となり得る。このような配置は、医療用カテーテルなどの多くの用途で特に有利となり得る。

１つ以上の実施形態では、第１のプリフォームおよび第２のプリフォームが、別個に延伸されて、別個の第１および第２のファイバを形成し、方法が、第１および第２のファイバを延伸した後に、
第１のファイバを第２のファイバの受容チャネルに挿入するステップと、
第２のファイバの受容チャネルの内側に第１のファイバを固定するステップと、をさらに含み得る。この方法によってデバイスを提供することは、デバイスの内側部分および外側部分において異なる特性を有するデバイスを製造するための代替的な方法を提供し得る。

第２のファイバの受容チャネル内に第１のファイバを固定することは、摩擦嵌合、第１のファイバと第２のファイバとの間の界面の少なくとも一部との間の接着剤の使用、圧着技術、または任意の他の好適な方法の使用などの任意の好適な方法によって実施され得ることが理解されよう。

１つ以上の実施形態では、第２のファイバを形成するために加熱された第２の部分を延伸するステップが、第１の半径方向速度とは異なる、第２の半径方向速度で、延伸軸の周りで第２のプリフォームの第１の部分を回転させることをさらに含み、そのため、得られた第２のファイバが、螺旋状の中空チャネルを含み、第２のプリフォームホルダが、第２のプリフォームの回転を提供するように構成され得る。１つ以上の実施形態では、第１および第２の半径方向速度は、同じであってもよい。

このチャネルの中央配置は回転軸の周りで回転対称であるため、中央に配置された受容チャネルは、第２のプリフォームの回転時に、それが円形断面を有すると、螺旋チャネルが提供される可能性が低いことが理解されよう。しかしながら、実際には、受容チャネルが回転対称ではなければ、例えば、それが非円形の断面を有する場合、またはそれが第２のプリフォームの第１の端部の断面内の完全に中央に配置されていなければ、ある程度の螺旋特性が受容チャネルに付与され得ることがさらに理解されよう。受容チャネルが円形断面を含んでいなければ、得られるファイバの対応する中央の中空チャネルは、ファイバの長さに沿って螺旋状になる断面形状を含むであろうことが理解されよう。それが受容チャネルが位置する場所であるために、第２のプリフォームの断面の中央に配置することができない第２のプリフォームの第１の中空チャネルは、第２のプリフォームが延伸中に回転すれば、得られる第２のファイバに螺旋状の中空チャネルを提供するであろう。

１つ以上の実施形態では、第１の半径方向速度が、第２の半径方向速度と反対の回転方向を有し得る。半径方向速度の異なる回転方向を有することにより、異なるキラリティを有する第１のファイバおよび第２のファイバの螺旋チャネルをもたらすことが理解されよう。すなわち、第１および第２のプリフォームが反対の回転方向に回転される場合、第１および第２のファイバに得られる中空チャネルは、デバイスの周りで異なる方向に回転するであろう。

１つ以上の実施形態では、第１の半径方向速度が、第２の半径方向速度とは異なる大きさを有し得る。半径方向速度の大きさが異なると、第１のファイバと第２のファイバに形成された螺旋チャネル間に異なるチャネル間ピッチが生じることが理解されよう。これにより、第１および第２の螺旋チャネルのピッチを有利に調整することができるようになり、これにより、第１のファイバおよび第２のファイバの螺旋チャネルの意図された用途がデバイスにおいて異なる場合に役立ち得る。代替的に、ピッチの小さい螺旋状の流路は、ピッチの大きい螺旋状のチャネルよりも冷却効果が高いため、その内部を通して冷却流体を提供するための螺旋状のチャネルを選択することによって、選択可能な冷却度が提供され得る。

１つ以上の実施形態では、この方法は、ステアリング腱と、電極と、第１のプリフォームの第１のまたは少なくとも第２の中空チャネルを通る光ファイバと、のうちの１つ以上を同時供給するステップを含み得る。１つ以上の実施形態では、そのような要素は、延伸中に第２のプリフォームの少なくとも第１の中空チャネルを通して延伸され得る。プリフォームに追加の要素を同時供給して、その中に前述の要素が形成されたファイバを提供できることで、デバイスを形成するための後処理ステップを削減または排除することができ、また、従来可能であったよりも小型のデバイスを形成することもできる。

第１または第２のファイバの１つ以上の中空チャネルを通してステアリング腱を設けることにより、デバイスの操舵が可能になる。これは、デバイスが医療用途のためのカテーテルなどの医療デバイスを含む場合に特に役立ち得る。いくつかの例では、１つ以上の中空チャネルを通して１つ以上の電極を提供することにより、電気化学的感知を実行することができ、これにより、例えば、医療用プローブデバイスに有益な機能を提供し得る。他の例では、電極は、抵抗加熱によって形状記憶ポリマーの柔軟性を制御するために、ファイバを直接加熱するために、ファイバを通して提供され得る。１つ以上の中空チャネルを通して同時供給される１つ以上の光ファイバの例では、これは、照明機能または視覚的プローブのいずれかを提供し得る。他の例では、光ファイバを通る光の通過はまた、光熱加熱による形状記憶ポリマーの柔軟性調整も提供し得る。光熱加熱としても知られる光学加熱は、形状記憶ポリマーの転移を活性化するための特に有利な方法を提供し得る。複数の中空チャネルが第１または第２のプリフォームで提供される場合、任意の単一のプリフォームは、延伸中にファイバに同時供給されるステアリング腱、電極、および光ファイバの任意の組み合わせを有し得ることが理解されよう。ステアリング腱、電極、光ファイバは、概してフィラメントと称され得る。例えば、フィラメントの溶融温度がプリフォームをファイバに延伸するために使用される温度よりも高い場合、延伸中にプリフォームの中空チャネルにフィラメントを供給することにより、これらのフィラメントをファイバ内に配置する特に容易な方法が可能になり得る。この処理は、小さなフィラメントを最終ファイバの非常に小さなチャネルに供給する必要がある後処理ステップでは著しく困難である可能性があり、さらに、開口内でのフィラメントの固定も後処理で特に困難である可能性があることが理解されよう。１つ以上の実施形態では、プリフォームは、フィラメントが得られるファイバの中空チャネル内に固定的に配置されるように、その内部を通して同時供給されるフィラメントの周りに延伸されるように構成され得る。これは、中空チャネル内に電極または光ファイバを配置するために特に有利となり得る。１つ以上の実施形態では、プリフォーム内の中空チャネルは、フィラメントが得られるフィラメントの中空チャネル内に移動可能に配置されるように、その中部を通しって同時供給されるフィラメントの周りに延伸されるように構成され得る。これは、中空チャネル内にステアリング腱を配置するのに特に有利となり得る。なぜなら、これらは、ファイバの操作を提供するためにスライド可能に動くことができる必要があるからである。

いくつかの例では、ステアリング腱、電極、または光ファイバが、ファイバの延伸中に螺旋状の中空チャネルに形成される中空チャネルに同時供給される場合、有利な構造が提供され得る。一例では、ファイバを通ってファイバの第１の端部から第２の対向する端部まで延伸方向に延在する第１の直線中空チャネルを含むファイバを形成することができる。ファイバは、ファイバを通ってファイバの第１の端部から第２の対向する端部まで直線で延伸方向に延在する第２の中空チャネルをさらに含み得る。この配置では、ファイバが屈曲している場合、一方の中空チャネルは長さが伸び、第２の中空チャネルは屈曲によって収縮し得る。そのような伸長および収縮はまた、中空チャネルを貫通し得るフィラメントまたは他の特徴に影響を及ぼし、これにより、１つのフィラメントの張力が増加し、先端が意図せずに曲がって、長さの変化またはフィラメントへの損傷さえも補償しうる。対照的に、中空チャネルがファイバ内に螺旋状に配置されている場合、ファイバが曲がることによって、そのような大きな望ましくない経路長の変化が起きない可能性がある。このような経路長の変化を回避する方法を提供することにより、そこに提供されるフィラメントへの損傷を回避または軽減して、それにより、より信頼性の高いデバイスを提供することができる。

１つ以上の実施形態では、この方法は、第１のファイバを形成した後、
第１のファイバに沿った第１の距離において、第１および第２の中空チャネルの間で、第１のファイバ内に第１の中空架橋チャネルを形成するステップと、
第１のファイバの第１および第２の中空チャネルを、第１の中空架橋チャネルを越えて封止するステップであって、第１のファイバの第２の中空チャネルおよび第１の中空架橋チャネルが、第２のファイバの第１の中空架橋チャネルを介した、第１の中空チャネルから第２の中空チャネルへの水の流動のための相互接続されたフローチャネルを提供する、封止するステップと、をさらに含み得る。

１つ以上の実施形態では、第２のプリフォームの第１の中空チャネルと同じ第２のプリフォームの端部から延在する少なくとも第２の中空チャネルを有する第２のプリフォームが、延伸方向において、少なくとも部分的に第２のプリフォームを通って、第２のプリフォームの対向する端部に向かって延在し得、方法が、第２のファイバを形成した後、
第２のファイバに沿った第２の距離において、第１および第２の中空チャネルの間で、第２のファイバ内に第１の中空架橋チャネルを形成するステップと、
第２のファイバの第１および第２の中空チャネルを、第１の中空架橋チャネルを超えて封止するステップであって、第２のファイバの第１の中空チャネル、第２の中空チャネル、および第１の中空架橋チャネルが、第２のファイバの第１の中空架橋チャネルを介した、第２の中空チャネルへの流体の流動のための相互接続されたフローチャネルを提供する、封止するステップと、をさらに含み得る。

第１または第２のファイバに相互接続されたフローチャネルを提供することは、得られるファイバの第１の端部からファイバを通って、ファイバの同じ端部から出て戻る冷却流体を可能にする冷却配置を提供するために、特に有利となり得る。これは、患者に挿入されていないデバイスのポイントなど、デバイスの端部以外の任意のポイントでの流体の流出が危険となり得る医療デバイスにとって特に有利となり得る。第１および第２の中空チャネルが第１または第２のプリフォームを完全に貫通していない場合、中空チャネルを封止するステップは必要ない場合があることが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、相互接続されたフローチャネルは、プリフォームをファイバに延伸する前に、プリフォームに形成され得る。いくつかの実施形態では、単一のファイバは、複数の相互接続されたフローチャネルを含み得る。

１つ以上の実施形態では、この方法は、
第１および第２のファイバに沿った距離で、第１のファイバの中空チャネルと第２のファイバの中空チャネルとの間にファイバ間中空架橋チャネルを形成することと、
ファイバ間中空架橋チャネルを超えて第１および第２のファイバの対応する中空チャネルを封止し、ファイバ間相互接続フローチャネルがその内部を通して流体を流すために形成されるようにすることと、をさらに含み得る。

ファイバ間相互接続フローチャネルを提供することは、流体が異なるキラリティまたはピッチの２つの螺旋チャネルを通って流れることが望ましい場合に特に有利となり得る。代替的に、ファイバ間相互接続フローチャネルは、流体の流動が部分的に螺旋チャネルを通って一方向に流れ、次にデバイスから直線チャネルを通って流出できるようにすることが望ましい場合に有利であり得る。

１つ以上の実施形態では、第１または第２のプリフォームは、架橋チャネルによって接続された第１の中空チャネルおよび第２の中空チャネルを有し、相互接続されたフローチャネルを提供するためにファイバの後処理が必要ではないように形成され得る。この構造を使用したプリフォームの形成は、３Ｄプリントによって実行できる。これは、中空架橋チャネルを形成し、中空チャネルを封止する後処理の要件を除去するために特に有利となり得る。

１つ以上の実施形態では、第１および第２のファイバが、対応する第１または第２のプリフォーム内の第３の中空チャネルおよび第４の中空チャネルから生じる、少なくとも第３の中空チャネルおよび第４の中空チャネルをさらに備え、方法が、
第１および第２のファイバのうちの１つに沿った第３の距離において、第３の中空チャネルと第４の中空チャネルとの間に第２の中空架橋チャネルを形成するステップであって、第３の距離が、第１の距離および第２の距離のうちの少なくとも１つとは異なる、形成するステップと、
第３の中空チャネル、第４の中空チャネル、および第２の中空架橋チャネルが、第２中空架橋チャネルを介した、第３の中空チャネルから第４の中空チャネルへの水の流動のための、第１の相互接続されたフローチャネルとは異なる長さを有する、第２の相互接続されたフローチャネルを提供するように、第２の中空架橋チャネルを越えて、第３および第４の中空チャネルを封止するステップと、をさらに含む。

任意の数の相互接続されたフローチャネルがデバイス内に提供され得ることが理解されよう。ファイバを通って異なる距離に延在する複数の相互接続されたフローチャネルを提供することは、デバイスの曲率半径を制御するために特に有利となり得る。例えば、デバイスが概して十分に暖かく、形状記憶ポリマーが軟質セグメントにあり、それによって柔軟である場合、デバイスの一部分が硬化し、デバイスの残りの部分が柔軟になるように、デバイスの一部分の温度を軟質セグメントの融点またはガラス転移温度未満まで下げるために、冷却流体が選択された相互接続されたフローチャネルを通って循環され得る。これは、人体に挿入される医療デバイスにとって特に有利となり得る。

１つ以上の実施形態では、方法は、カテーテル、ガイドワイヤ、マイクロガイドワイヤまたはマイクロカテーテルなどの医療デバイスを製造するための方法を含み得、医療デバイスは、第１のファイバを含む。１つ以上の実施形態では、この方法は、人工内耳、塞栓性動脈瘤治療用のカテーテル、およびプローブベースの内視鏡検査用のプローブなどのプローブのうちの一つを製造するための方法を含み得る。

１つ以上の実施形態では、形状記憶ポリマーは、双方向形状記憶ポリマーを含む。これは、ソフトロボティクスアプリケーションで使用するためのソフト作動を提供するために特に有利となり得る。

１つ以上の実施形態では、第１のプリフォームは、先端部分および本体部分を含み得、先端部分および本体部分の一方は形状記憶ポリマーを含み、先端部分および本体部分の他方は、形状記憶ポリマー以外のファイバに延伸するのに好適な材料を含む。代替的な実施形態では、先端部分および本体部分は両方とも、異なる硬質セグメント融点またはガラス転移温度および異なる軟質セグメント融点またはガラス転移温度を有する異なる形状記憶ポリマーから形成され得る。特に、先端部分は、形状記憶ポリマーを含み得る。これは、デバイスの先端部分が人体に挿入されたときに柔軟であるデバイスを提供し得る。いくつかの例では、これは、剛性を調整可能な先端を有するデバイスを提供し得る。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様の方法を使用して延伸するための形状記憶ポリマーを含むプリフォームが提供される。

上記の例示的な実施形態のいくつかは互いに分けて記載されているが、様々な実施形態は、特性の望ましい組み合わせを有するデバイスを提供するために特に有利に組み合わせることができることが理解されよう。

上記の考察は、現在または将来のクレームセットの範囲内のすべての例示的な実施形態またはすべての実装を表すことを意図するものではない。以下の図および詳細な説明はまた、様々な例示的な実施形態を例示するものである。添付の図面に関連する以下の詳細な説明を考慮すると、様々な例示的な実施形態をより完全に理解することができる。

ここで、１つ以上の実施形態は、以下を含む添付の図面のみを参照して、例としてのみ説明される。

ファイバに延伸されたプリフォームの概略図である。 本体部分と先端部分のファイバからなるデバイスの概略図である。 柔軟な先端部分が腱で操作された図２のデバイスの概略図である。 複数の中空チャネルを含む例示的な図の端面図であり、そのいくつかは、同時供給された特徴を含む。 形状記憶ポリマーを含むプリフォームをファイバに延伸するために使用される延伸装置の概略図である。 対象デバイスの端面図の概略図である。 第１のファイバの端面図の概略図である。 第２のファイバの端面図の概略図である。 図７および図８のファイバを使用して図６のデバイスを形成する１つの方法の等角概略図である。 第１および第２のプリフォームホルダの等角概略図である。 図１０の第１および第２のプリフォームホルダの断面概略図である。 ファイバに沿って第１の距離だけ延在する第１の相互接続されたフローチャネルを有するファイバの等角断面概略図である。 ファイバに沿って第２の距離に延在する第２の相互接続されたフローチャネルを有するファイバの等角断面概略図である。 第１の曲率半径を有するファイバの概略図である。 第２の曲率半径を有するファイバの概略図である。 第１および第２の配置のコイル状デバイスの概略図を示す。 本発明による方法を示す。

図１に示すように、形状記憶ポリマーを含むプリフォーム１００は、ファイバ１０２に延伸することができる。プリフォーム１００をファイバ１０２に延伸すると、材料が大幅に伸長し、材料の断面積が減少する。ファイバ１０２を形成するこの方法は、中空チャネルまたは材料の配置などの元のプリフォーム１００の任意の特徴が、得られるファイバ１０２において縮小されたスケールで維持されるので、特に有利となり得る。これにより、所望の特徴を有するプリフォーム１００を大規模に製造することが可能になるので、それらの所望の特性を有するが、断面が著しく小さいファイバ１０２を製造することができる。

プリフォーム１００からファイバ１０２を形成するための製造工程は、いくつかの段階を含む。ファイバに延伸されるプリフォーム１００は、延伸装置（図示せず）に供給される。いくつかの例では、プリフォーム１００は、プリフォーム１００の位置を維持するプリフォームホルダ（図示せず）によって保持され得る。第１段階では、プリフォーム１００の一部は、予熱装置１０３によって予熱され得る。続いて、プリフォーム１００の第１の部分１０４は、加熱装置１０５によって、そこからファイバ１０２を延伸するのに好適な温度に加熱され得る。ファイバ１０２の延伸速度は、主に重力によって制御され得るか、または延伸率の制御は、延伸装置によって制御され得る。いくつかの例では、プリフォームは、最初に重力下でネックダウンすることが許され、その後、ネックダウン部分の先端が切断される。ネックダウン部分が取り外されると、残りの延伸されたファイバは、ファイバを延伸するために使用可能なキャプスタンに接続され得る。延伸速度は、キャプスタンによって制御されても、または他の任意の好適な装置によって制御され得る。ファイバ１０２に延伸されたプリフォーム１００の部分は、ファイバ形状を設定するために急冷される。ファイバ１０２の急冷は、加熱装置の影響からファイバ１０２を除去することによって達成することができ、または図１の例に示すように、ファイバ１０２は、ファイバ１０２を冷却するため急冷装置１０６によって延伸温度未満の温度に冷却され得る。

ここで図２および図３に移ると、本体部分２０１および先端部分２０２を有する本発明の方法から生じるファイバ２００が提供される。この例では、本体部分２０１は、形状記憶ポリマー材料以外のファイバに延伸するのに好適である材料を含む。先端部分２０２は、形状記憶ポリマーを含む。ステアリング腱２０３は、ファイバの中空チャネルを通ってファイバ２００の先端部分２０２に向かって延在し、これを操作することにより、形状記憶ポリマーが形状記憶ポリマーの軟質セグメントのガラス転移温度または融点超の温度にあるときに、ファイバ２００の先端部分２０２の方向を制御できるようになる。軟質セグメントのガラス転移温度または融点未満にファイバを冷却すると、形状記憶ポリマーチップの形状がロックされる、すなわち、形状が記憶される。これは、曲がりくねった血管を通る遠位カテーテル法またはステアリングに特に役立ち得る。その後、必要に応じて、チップを加熱してから再冷却することができる。

図２の例では、腱２０３は、ファイバ２００の先端部分２０２を操作するために付勢されておらず、代わりに静止位置にあり、したがって、先端部分２０２は直線のままである。図３の例では、ステアリング腱２０３ｂは、ファイバ２００から引き出されており、ステアリング腱２０３ａは、図２の静止位置に対してファイバ２００に押し込まれている。これ結果、ファイバ２００の先端部分２０２に力が加えられ、それにより、先端部分２０２が操舵される。ファイバ２００の先端部分２０２の方向および位置の制御は、異なるタイプのプローブデバイスまたは身体に浸透し、身体内で操縦される必要がある単数または複数のデバイスの複数の用途において特に有利となり得ることが理解されよう。

図４は、本発明の方法によって形成され得るファイバ４００の端面図を示す。この例では、複数の中空チャネル４０１、４０２、４０３、４０４が、ファイバ４００が延伸されたプリフォームに提供されるか、または代替的に、中空チャネル４０１、４０２、４０３、４０４がファイバ４００の延伸後に形成され得る。この例では、中央の中空チャネル４０１がファイバ４００の中央に配置されて、ファイバ４００に管腔を提供する。この中央の中空チャネル４０１は、ファイバ４００を通して対象を絞って薬物送達させる、またはその内部を通して光を通過させるのに特に役立ち得る。他の例では、中央の中空チャネルは、生検鉗子を備えたファイバを提供し得る。さらに他の例では、光ファイバは、中央の中空チャネルを通って延在し、治療または診断の目的を達成することができる。ファイバ４００に流体チャネルを提供するさらなる中空チャネル４０２が設けられている。流体チャネル４０２は、ファイバ４００の形状記憶ポリマーの柔軟性を操作するために、その内部を通して冷却または加熱流体を提供するために特に役立ち得る。流体チャネルはまた、対象部位を絞った薬物送達のために使用され得る。プリフォーム内のさらに他の中空チャネル４０３は、延伸処理中にその内部を通して同時供給されるステアリング腱を有する。上記のように、形状記憶ポリマーを含むファイバ４００の少なくとも一部など、ファイバ４００の柔軟な部分の操作を提供するようにステアリング腱が使用され得る。さらに別の例では、プリフォーム内の中空チャネル４０４は、延伸処理中に、その内部を通して同時供給される電極を有し得る。電極は、ファイバを加熱するため、または、例えば、電気化学的感知においてセンサとして動作するために特に役立ち得る。いくつかの例では、液体は、プリフォームをファイバに延伸する際に、１つ以上の中空部分を通して同時延伸され得る。

ここで図５に移ると、延伸装置５００が提供され、延伸装置５００は延伸タワーである。延伸装置５００は、プリフォームホルダ５０１、プリフォームカプラ５０２、プリフォーム回転モータ５０３、プリフォーム回転モータマウント５０４、プリフォーム５０５、および温度制御装置５０６を含み、温度制御装置５０６は、少なくとも加熱装置および急冷装置を含む。この例では、プリフォーム５０５は、異なるサイズのプリフォームを受容するように構成され得るプリフォームカプラ５０２によって延伸装置５００に取り付けられている。プリフォーム５０５をファイバに延伸する間、プリフォーム５０５は、延伸装置５００によって温度制御装置５０６に下げられ、プリフォーム５０５および得られるファイバを加熱し、その後、冷却する。必要に応じて、プリフォーム回転モータ５０３は、延伸中にプリフォームホルダ５０１を介してプリフォーム５０５を回転させる。延伸中にプリフォーム５０５の回転させることにより、螺旋状の中空チャネルなどの螺旋状の特徴をその中に有するファイバの形成が可能になり得る。プリフォーム５０５をファイバに延伸する際に、プリフォームの中央に配置されておらず、プリフォームの断面において半径方向に対称でないプリフォームの特徴は、いずれも、得られるファイバにおいて、螺旋構造または渦巻状の配置をとることが理解されよう。

異なるキラリティ（ファイバの周りで反対方向に回転する）または異なるピッチ（異なるチャネル間の間隔を有する）の一方または両方を有する１つ以上の中空チャネル６０１、６０２を含むファイバを有するデバイス６００を形成することが望ましい場合がある。図６に示すように、所望のデバイス６００は、デバイス６００の外側部分に第１の中空チャネル６０１と、デバイス６００の内側部分に第２の中空チャネル６０２と、を含み得る。例えば、最終デバイス６００の第１の中空チャネル６０１は、その内部を通して同時供給されるステアリング腱を有し得、第２の中空チャネル６０２は、デバイス６００を冷却するための流体チャネルとして使用され得る。

図６に関連して説明された構造を有するデバイス６００は、図７および図８に示されるような断面を有する第１および第２のプリフォーム７００、８００から第１および第２のファイバを延伸することによって形成され得る。図７に示すように、第１のプリフォーム７００は、得られるファイバに流体チャネルを提供するための中央の中空チャネル６０３および複数の中空チャネル６０２を有するこの例の内部プリフォームを含み得る。本構造を実証する目的のために、中空チャネルの目的は無関係であることが理解されよう。図８に示すように、第２のプリフォーム８００は、第２のプリフォーム８００の第１の端部の断面中心から、延伸方向に、第２のプリフォームを少なくとも部分的に通って、第２のプリフォーム８００の第２の対向する端部の断面中心に向かって延在する受容チャネル６０４を有する外側プリフォームを含み得る。この例では、受容チャネル６０４の直径は、少なくとも第１のプリフォーム７００の直径に等しい。受容チャネル６０４に好適なサイズの直径を提供することにより、第１のプリフォーム７００は、所望のデバイス６００を形成するために、第２のプリフォーム８００の受容チャネル６０４内で受容することができる。この例における第１のプリフォーム７００および受容チャネル６０４の断面は円形であるが、受容チャネル６０４の断面がその中に第１のプリフォーム７００を受容するための好適なサイズであり、形状である限り、任意の断面形状を使用することができることが理解されよう。

さらに、第２のプリフォーム８００をその中に受容するのに好適な断面を有する受容チャネルを含む第３のプリフォームを提供することができることが理解されよう。このようにして、得られるファイバの層に望ましい特性を与えるために、それぞれが異なる方法で延伸される複数の異なる層を有するデバイスを形成することができる。

図９に示すように、第１および第２のプリフォーム９０１、９０２を異なる速度で延伸することにより、得られるファイバの中空チャネルは、異なるピッチ９０３、９０４を有し得る。所望のデバイス６００を形成するために、第１のファイバ９０１は、第２のファイバ９０２の受容チャネル内で受容されなければならない。この例では、第１のファイバ９０１は、ファイバを形成した後、第２のファイバ９０２の受容チャネルに挿入される。次に、第１のファイバ９０１は、第２のファイバ９０２の受容チャネル内に固定される。受容チャネル内の第１のファイバ９０１の固定は、摩擦グリップ、接着剤、圧着、または他の任意の好適な技術などの任意の好適な方法で実行され得る。

図１０および図１１に示すように、代替的な実施形態では、異なるピッチまたはキラリティの螺旋状の中空チャネルを有するデバイス６００は、第１のプリフォーム１００２を保持するように構成された第１のプリフォームホルダ１００１および第２のプリフォーム１００４を保持するように構成された第２のプリフォームホルダ１００３を含む延伸装置１０００によって形成され得、第２のプリフォームホルダ１００３は、使用中に、第１のプリフォームホルダ１００１および第１のプリフォーム１００２の一方または両方の周りに少なくとも部分的に延在するように配置される。図５に示される延伸装置５００の特徴のほとんどは、明確にするために図１０および図１１から除外されていることが理解されよう。この例では、サーボモータなどの第１のプリフォーム回転モータ１００５は、第１のプリフォーム１００２を回転させるために第１のプリフォームホルダ１００１に結合され、中空ボアなどの第２のプリフォーム回転モータ１００６は、第２のプリフォーム１００４を回転させるために第２のプリフォームホルダ１００３に結合される。

図１０および図１１に示される実施形態では、第１のプリフォーム１００２および第２のプリフォーム１００４を延伸するステップは、得られる第１および第２のファイバが所望のデバイスを提供するように同時実行することができる。これは、所望のデバイスを得るために必要とされる後処理ステップを削減し得、よって、それにより、コストおよび複雑さを削減し得る。いくつかの実施形態では、第１および第２のプリフォーム１００２、１００４の両方を回転させる代わりに、いくつかの螺旋状に配置されたチャネルをおよびいくつかの直線チャネルを有する最終デバイスを提供するために、第１または第２のプリフォーム１００２、１００４のうちの１つのみを回転させ得ることが理解されよう。

図１２～図１５に示すように、形状記憶ポリマーを含むプリフォームをファイバに延伸することによって形成された、いくつかの例示的なデバイス１２００は、デバイス１２００、１４００の曲率半径１２０１の調整を可能とすることができる。曲率半径１２０１は、柔軟であるデバイス１２００、１４００の長さを制御することによって提供され得る。デバイス１２００、１４００が、デバイスを通って延在する腱１２０２によって制御可能な所望の湾曲を達成したら、デバイスは、デバイス１２００、１４００の一時的な形状を設定するために、形状記憶ポリマーの軟質セグメントの融点またはガラス転移温度未満に冷却され得ることが理解されよう。

図１４および図１５に示すように、ファイバは、デバイス１４００に沿って第１の距離１４０３だけ延在する第１および第２の中空チャネル１４０１、１４０２を備え得る。これらの第１および第２の中空チャネル１４０１、１４０２は、第１の架橋チャネル１４０４を介して第１の中空チャネル１４０１から第２の中空チャネル１４０２に流体を流すための第１の相互接続されたフローチャネルを提供するために、第１の架橋チャネル１４０４によって接続される。

第１および第２のチャネル１４０１、１４０２がデバイス１４００の実質的に全長に沿って延在する図１４の断面によって強調されるように、第１の相互接続されたフローチャネルを通る冷却流体の通過により、その現在の形状のデバイス１４００の形状記憶ポリマーが固化し得る。逆に、デバイス１４００が暖かい環境にあるときに冷却流体を除去することにより、ファイバ全体の長さを柔軟にすることによって、大きな曲率半径を可能とすることができる。

図１５の断面によって強調されるように、デバイス１４００は、デバイス１４００に沿った第２の距離１４０７に延在する第３および第４の中空チャネル１４０５、１４０６をさらに含み得る。第３および第４のチャネル１４０３、１４０４は、第２の架橋チャネル１４０８を介して第３の中空チャネル１４０５から第４の中空チャネル１４０６に流体を流すための第２の相互接続されたフローチャネルを提供するために、第２の架橋チャネル１４０８によって接続される。第２の相互接続されたフローチャネルを通して冷却することにより、デバイス１４００の長さの一部分のみが補強され、デバイスの残りの部分は柔軟なままである。

同じデバイス１４００内に第１および第２の相互接続されたフローチャネルを提供することにより、デバイス１４００の曲率半径は、相互接続されたフローチャネルのどれを通して冷却または加熱流体を流すかを選択することによって制御され得る。いくつかの例では、これにより、マイクロカテーテルデバイスは、曲がりくねった血管を通して操縦しながら、調整可能な操舵を達成し得る。

いくつかの例では、図１２～図１５のデバイスのファイバが延伸されるプリフォームは、第１の端面から第２の対向する端面まで延在する中空チャネルを含み得る。プリフォームを所望のファイバに延伸した後、相互接続されたフローチャネルを形成するために、中空チャネル間に１つ以上の必要な架橋チャネルを形成し、中空架橋チャネルとファイバの一端との間の中空チャネルを封止する後処理ステップをとることができる。チャネルを接続するステップは、穴あけのレーザー加工などの任意の好適な技術によって達成することができる。中空チャネル、およびチャネルを接続することによって形成されるあらゆる開口を密封するために、熱収縮ポリマーまたは柔軟性ＵＶ硬化性樹脂を使用するなど、任意の好適な材料および技術が使用され得る。

他の例では、プリフォームは、プリフォームをファイバに延伸する前に相互接続されたフローチャネルを含み得、架橋チャネルを形成し、中空チャネルを封止する後処理ステップは不要である場合もある。そのような構造を有するプリフォームは、例えば、積層造形技術によって形成することができる。

ここで図１６に移ると、１つ以上の実施形態では、コイルばね構造に形成されるデバイスが提供される。プリフォームからファイバを延伸した後、得られたファイバは、ガラス転移温度または硬質セグメントの融点超まで加熱し、ファイバを成形型に巻き付け、次にファイバをガラス転移温度または硬質セグメントの融点未満まで冷却することによって、第１のばね構成１６００に設定され得る。いくつかの例では、成形型は、テフロン（商標）（ＰＴＦＥ）製の成形型を含み得る。いくつかの例では、テフロン（商標）製のマンドレルをファイバ内の任意の中空チャネルに通して、第１のばね構成１６００をプログラミングするステップ中にチャネルが圧潰するのを防ぐことができる。テフロン（商標）製マンドレルは、最初のスプリング構成１６００を設定した後に取り外され得る。ガラス転移温度または軟質セグメントの融点を超える温度で、デバイスは、ガラス転移温度または軟質セグメントの融点未満にデバイスを冷却しても保持される第２のばね構成１６０１に変形され得る。この第１のばね構成１６００および第２のばね構成１６０１は、ばね延長差１６０２を有することができる。次に、ばねデバイスは、ばねをガラス転移温度または軟質セグメントの融点超まで再加熱すると、その第１のばね構成１６００を回復することができる。しかしながら、ガラス転移温度または軟質セグメントの融点超まで加熱されている間に機械的力を使用してファイバを能動的に変形させなければ、第２のばね構成１６０１に戻ることは、不可能である。

いくつかの例では、形状記憶ポリマーは、軟質セグメントに加えて第１の硬質セグメントおよび第２の硬質セグメントを含む双方向形状記憶ポリマーを含み得、第１の硬質セグメントは、第２の硬質セグメントより低い融点またはガラス転移温度を有する。これにより、外部の機械的な力を加えることなく、２つの異なる形状を可逆的に移動できるようになる。これにより、さらに用途の広いデバイスが提供され得る。双方向形状記憶ポリマーは、それぞれが同じ、または実質的に同じ軟質セグメントガラス転移温度または融点を有するが、異なる硬質セグメントガラス転移温度または融点を有する２つのマルチブロックコポリマーから構成され得る。両方のマルチブロックコポリマーは同じ軟質セグメントガラス転移温度または融点を持っているため、軟質セグメントが溶融するときにポリマーは互いに混和する。得られるブレンドは、３つの転移温度を有する。第２の硬質セグメントのガラス転移温度または融点は、Ｔ－ｒｅｓｅｔと称され得、第１のハード軟質セグメントのガラス転移温度または融点は、Ｔ－ｈｉｇｈと称され得、軟質セグメントガラス転移温度または融点は、Ｔ－ｌｏｗと称され得る。

双方向形状記憶ポリマーを使用する場合、図１６に示すようなデバイスは、Ｔ－ｒｅｓｅｔ超までファイバを加熱し、テフロン（商標）成形型などの成形型に巻き付け、次に、ファイバを最初のスプリング構成１６００に設定するために、ファイバをＴ－ｌｏｗ未満に冷却することによって、直線ファイバデバイスから形成され得る。この時点で、テフロン（商標）成形型を取り外し得、最初のスプリング構成１６００を維持することができる。次に、ファイバがＴ－ｈｉｇｈ超、ただしＴ－ｒｅｓｅｔ未満の温度まで加熱されると、ファイバは、第１のばね構成１６００と直線ファイバとの間の中間である中間形状に変形する。すなわち、ファイバは、第２のばね構成１６０１に変形する。ファイバがＴ－ｌｏｗ未満に冷却されると、最初のスプリング構成１６００が復元される。このようにして、第１のばね構成１６００と第２のばね構成１６０１は、Ｔ－ｈｉｇｈ超まで加熱し、Ｔ－ｌｏｗ未満まで冷却することにより、外部の機械的力を加えることなく間を移動することができる。次に、テフロン（商標）製の成形型を使用せずに、ファイバをＴ－ｒｅｓｅｔ超まで加熱することにより、元の直線ファイバの形状が復元され得る。

延伸タワー法を使用して双方向形状記憶ポリマーを含むように形成されたデバイスは、その中に１つ以上の中空チャネルを含むデバイスを形成する場合に特に有利となり得る。特に、形状記憶ポリマーを含む１つ以上のチャネルを含むばね形状のファイバデバイスを形成することが困難な場合がある。このような構造に必要な解像度とそれに伴う複雑さは、ここで説明する延伸装置の方法によってのみ実際に達成し得る。これらの特性のすべてを有するデバイスは、ソフトロボティクスにおけるソフトアクチュエータとしての用途など、様々な用途に特に有利となり得る。

図１７に示すように、本発明は、延伸装置を使用して少なくとも第１のファイバを含むデバイスを製造する方法１７００を含む。延伸装置に、形状記憶ポリマーを含む第１のプリフォームを提供すること１７０１と、第１のプリフォームの第１の部分を加熱すること１７０２と、第１のファイバを形成するために、延伸装置を使用して、加熱された第１の部分を延伸すること１０３と、を含む。

Claims (21)

1. 延伸装置を使用して、少なくとも第１のファイバを含むデバイスを製造する方法であって、
   形状記憶ポリマーを含む第１のプリフォームを前記延伸装置に提供することと、
   前記第１のプリフォームの第１の部分を加熱することと、
   前記第１のファイバを形成するために、前記延伸装置を使用して、前記加熱された第１の部分を延伸することと、を含む、方法。
2. 前記第１のプリフォームが、延伸方向において、前記第１のプリフォームの第１の端部から、少なくとも部分的に前記第１のプリフォームを通って、前記第１のプリフォームの第２の対向する端部に向かって延在する第１の中空チャネルを有し、前記延伸方向は、前記加熱された第１の部分が、前記延伸装置を使用して延伸される方向を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のプリフォームが、延伸方向において、前記第１のプリフォームの前記第１の端部から、少なくとも部分的に前記第１のプリフォームを通って、前記第１のプリフォームの前記第２の対向する端部に向かって延在する少なくとも第２の中空チャネルを有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１のファイバを形成するために、前記加熱された第１の部分を延伸する前記ステップが、前記第１のプリフォームの前記第１の部分を第１の半径方向速度で延伸軸の周りで回転させることをさらに含み、そのため、得られる第１のファイバが、少なくとも第１の螺旋状の中空チャネルを含み、延伸タワーが、前記第１のプリフォームを保持し、前記第１のプリフォームの回転を提供するように構成された第１のプリフォームホルダを含む、請求項２または請求項３に記載の方法。
5. 形状記憶ポリマーを含む第２のプリフォームを提供するステップであって、前記第２のプリフォームが、前記延伸方向において、前記第２のプリフォームの第１の端部の断面中心から、少なくとも部分的に前記第２のプリフォームを通って、前記第２のプリフォームの、第２の対向する端部の断面中心に向かって延在する、受容チャネルを有し、前記受容チャネルは、前記受容チャネルが前記受容チャネル内で前記第１のプリフォームを受容するために好適であるように、前記第１のプリフォームの断面積に少なくとも等しい断面積を有し、前記第２のプリフォームが、延伸方向において、第１の表面および第２の表面のうちの一方から、少なくとも部分的に前記第２のプリフォームを通って、前記第２のプリフォームの前記対向する端部に向かって延在する、前記受容チャネルとは異なる、少なくとも第１の中空チャネルをさらに有する、提供するステップと、
   前記第２のプリフォームの第１の部分を加熱するステップと、
   延伸装置を使用して、第２のファイバを形成するために、前記第２のプリフォームの前記加熱された第１の部分を延伸するステップと、をさらに含む、請求項２～４のいずれかに記載の方法。
6. 前記第１のプリフォームの前記第１の部分を加熱すること、および前記第２のプリフォームの前記第１の部分を加熱することの前に、前記第１のプリフォームを前記第２のプリフォームの前記受容チャネルに挿入するステップをさらに含み、
   前記第１のプリフォームの前記第１の部分を加熱するステップおよび前記第２のプリフォームの前記第１の部分を加熱するステップが、同時実行され、
   前記延伸装置を使用して、前記第１のプリフォームの前記加熱された第１の部分を延伸するステップと、前記延伸装置を使用して、前記第２のプリフォームの前記加熱された第１の部分を延伸するステップが、同時実行されて、そのため、延伸する前記ステップ中に、前記第１および第２のファイバが、一緒に形成されて、前記デバイスを提供し、前記延伸タワーが、前記第２のプリフォームを保持するように構成されており、かつ使用中に、前記第１のプリフォームホルダおよび前記第１のプリフォームの一方または両方の周りに少なくとも部分的に延在するように配置されている、第２のプリフォームホルダを備える、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１のプリフォームおよび前記第２のプリフォームが、別個に延伸されて、別個の第１および第２のファイバを形成し、前記方法が、前記第１および前記第２のファイバを延伸した後に、
   前記第１のファイバを前記第２のファイバの前記受容チャネルに挿入するステップと、
   前記第２のファイバの前記受容チャネルの内側に前記第１のファイバを固定するステップと、をさらに含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記第２のファイバを形成するために前記加熱された第２の部分を延伸する前記ステップが、前記第１の半径方向速度とは異なる、第２の半径方向速度で、前記延伸軸の周りで前記第２のプリフォームの前記第１の部分を回転させることをさらに含み、そのため、得られた第２のファイバが、螺旋状の中空チャネルを含み、前記第２のプリフォームホルダが、前記第２のプリフォームの回転を提供するように構成されている、請求項５～７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第１の半径方向速度が、前記第２の半径方向速度とは反対の回転方向を有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の半径方向速度が、前記第２の半径方向速度とは異なる大きさを有する、請求項８または請求項９に記載の方法。
11. ステアリング腱と、電極と、前記第１のプリフォームの前記第１のまたは少なくとも第２の中空チャネルを通る光ファイバと、のうちの１つ以上を同時供給するステップをさらに含む、請求項２～１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記方法が、前記第１のファイバを形成した後、
    前記第１のファイバに沿った第１の距離において、前記第１および前記第２の中空チャネルの間で、前記第１のファイバ内に第１の中空架橋チャネルを形成するステップと、
    前記第１のファイバの前記第１および前記第２の中空チャネルを、前記第１の中空架橋チャネルを越えて封止するステップであって、前記第１のファイバの前記第２の中空チャネルおよび前記第１の中空架橋チャネルが、前記第２のファイバの前記第１の中空架橋チャネルを介した、前記第１の中空チャネルから前記第２の中空チャネルへの水の流動のための相互接続されたフローチャネルを提供する、封止するステップと、をさらに含む、請求項３～１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記第２のプリフォームの前記第１の中空チャネルと同じ前記第２のプリフォームの端部から延在する少なくとも第２の中空チャネルを有する前記第２のプリフォームが、延伸方向において、少なくとも部分的に前記第２のプリフォームを通って、前記第２のプリフォームの前記対向する端部に向かって延在し、前記方法が、前記第２のファイバを形成した後、
    前記第２のファイバに沿った第２の距離において、前記第１および前記第２の中空チャネルとの間で、前記第２のファイバ内に第１の中空架橋チャネルを形成するステップと、
    前記第２のファイバの前記第１および第２の中空チャネルを、前記第１の中空架橋チャネルを超えて封止するステップであって、前記第２のファイバの前記第１の中空チャネル、前記第２の中空チャネル、および前記第１の中空架橋チャネルが、前記第２のファイバの前記第１の中空架橋チャネルを介した、前記第２の中空チャネルへの流体の流動のための相互接続されたフローチャネルを提供する、封止するステップと、をさらに含む、請求項５～１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記第１のファイバおよび前記第２のファイバのうちの一方が、前記対応する第１または第２のプリフォーム内の第３の中空チャネルおよび第４の中空チャネルから生じる、少なくとも第３の中空チャネルおよび第４の中空チャネルをさらに備え、前記方法が、
    前記第１および第２のファイバのうちの１つに沿った第３の距離において、前記第３の中空チャネルと前記第４の中空チャネルとの間に第２の中空架橋チャネルを形成するステップであって、前記第３の距離が、前記第１の距離および前記第２の距離のうちの少なくとも１つとは異なる、形成するステップと、
    前記第３の中空チャネル、前記第４の中空チャネル、および前記第２の中空架橋チャネルが、前記第２中空架橋チャネルを介した、前記第３の中空チャネルから前記第４の中空チャネルへの前記水の流動のための、前記第１の相互接続されたフローチャネルとは異なる長さを有する、第２の相互接続されたフローチャネルを提供するように、前記第２の中空架橋チャネルを越えて、前記第３および第４の中空チャネルを封止するステップと、をさらに含む、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
15. 前記形状記憶ポリマーが、双方向形状記憶ポリマーを含む、請求項１～１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記第１のファイバを後処理して、前記デバイスを形成するステップをさらに含む、請求項１～１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記後処理するステップが、
    前記第１のファイバを所定の形状に成形するステップ、
    前記第１のファイバを通って延在するワイヤを電子デバイスに接続するステップ、
    前記第１のファイバの少なくとも一部を通って延在する１つ以上の中空チャネルに腱を通過させるステップ、または、
    前記第１のファイバの少なくとも一部を通って延在する中空チャネルの端部にコネクタを取り付けるステップのうちの１つ以上を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記デバイスが、医療デバイスである、請求項１～１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記医療デバイスが、磁気共鳴画像システムにおいて使用するためのものであり、前記医療デバイスが、非磁性材料からなる、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１のプリフォームが、先端部分および本体部分を含み、前記先端部分および前記本体部分の一方が、前記形状記憶ポリマーを含み、前記先端部分および前記本体部分の他方が、形状記憶ポリマー以外のファイバ内に延伸させるのに好適な材料を含む、請求項１～１８のいずれかに記載の方法。
21. 請求項１～２０のいずれかに記載の方法を使用して延伸させるための形状記憶ポリマーを含む、プリフォーム。

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