JP2729625B2 - Method for producing an implantable artificial blood vessel - Google Patents

Method for producing an implantable artificial blood vessel

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JP2729625B2
JP2729625B2 JP63062364A JP6236488A JP2729625B2 JP 2729625 B2 JP2729625 B2 JP 2729625B2 JP 63062364 A JP63062364 A JP 63062364A JP 6236488 A JP6236488 A JP 6236488A JP 2729625 B2 JP2729625 B2 JP 2729625B2
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fiber
fibers
mandrel
electrostatic charge
forming
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レオナード、ピンチャック
ジョン、ビー、マーチン、ジュニア
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Corvita Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景および説明 本発明は、一般的には多孔質構造を有する外表面を有
する人工血管に関し、該人工血管は非編組および不織タ
イプのものであり、そして多孔質表面の孔中へ組織の内
殖を助ける環境を提供する外表面多孔度を持っている。
該人工血管は繊維に押出された繊維形成ポリマーからで
きており、該繊維は間歇的に帯静電気条件へかけられな
がらマンドレル上へ巻かれまたは紡糸される。典型的に
は紡糸中形成した繊維に切断が発生し、そして切断した
繊維は静電条件の助けによりその切断点またはその近く
で容易に再接続される。そのような静電条件は、特に例
外的に平滑でそして所望により低多孔度または実質上多
孔性を持たない内表面を提供することにより、良好な繊
維間結合および厳密に制御された孔径を持った人工血管
を提供するのを助ける。
The present invention generally relates to a vascular prosthesis having an outer surface having a porous structure, wherein the vascular prosthesis is of a non-braided and non-woven type; It has an outer surface porosity that provides an environment that assists tissue ingrowth into the pores of the porous surface.
The vascular graft is made of a fiber-forming polymer extruded into fibers, which are wound or spun onto a mandrel while being subjected to intermittent electrostatic conditions. Typically, a break occurs in the formed fiber during spinning, and the cut fiber is easily reconnected at or near its cut point with the aid of electrostatic conditions. Such electrostatic conditions have good inter-fiber bonding and tightly controlled pore size, especially by providing an exceptionally smooth and optionally low porosity or substantially non-porous inner surface. Help provide artificial blood vessels.

人工血管は、移植し得る人工血管に望まれる程度の多
孔度を提供するように、特に移植場所における組織内殖
を促進するのに特に適した内殖環境を提供することを含
む企図で、押し出した材料をマンドレル上に巻付けるこ
とを含む方法によってつくられることは既知である。そ
のようなアプローチの一つは米国特許第4,475,972号に
記載されており、その記載を参照としてここに取り入れ
る。この特許はポリウレタン溶液を圧力下開口を通って
押出し、そして次に押出した材料をマンドレル上に巻付
けながら引張ることによってつくられる。
The vascular graft is extruded to provide a desired degree of porosity to the graft that can be implanted, particularly in order to provide an ingrowth environment that is particularly suitable for promoting tissue ingrowth at the implantation site. It is known to be made by a process that involves winding the material over a mandrel. One such approach is described in U.S. Patent No. 4,475,972, the description of which is incorporated herein by reference. This patent is made by extruding a polyurethane solution under pressure through an opening and then pulling the extruded material while winding it on a mandrel.

この特許の方法のような方法を実施する時いくつかの
問題に遭遇する。押出した繊維を小さい孔径とそして接
続する紡糸した繊維間の良好な接着の両方を得るために
適切に制御することは必ずしも可能ではない。人工血管
の最初のいくつかの層の適切な接合を得ることは特に困
難であり、これは後でマンドレル除去の間その裂断に貢
献し、両者は引裂かれた繊維が人工血管の内腔へ延びて
いる平坦でないぎざぎざした内表面を持っている人工血
管の製造へ導く。典型的には人工血管の内径に対して実
質上最適である通り抜け条件をそれによって提供するた
めに、人工血管は実質上平滑でそしてできるだけ妨害が
ない内表面を持つことが非常に望ましい。
Several problems are encountered when implementing a method such as that of this patent. It is not always possible to control the extruded fibers properly to obtain both a small pore size and good adhesion between the connecting spun fibers. It is particularly difficult to obtain a proper joint of the first few layers of the vascular prosthesis, which later contributes to its tearing during mandrel removal, both of which allow the torn fibers to enter the lumen of the vascular prosthesis. This leads to the manufacture of a vascular prosthesis having an extended uneven jagged inner surface. It is highly desirable that the vascular prosthesis have a substantially smooth and minimally obstructive inner surface, thereby typically providing a pass-through condition that is substantially optimal for the internal diameter of the prosthesis.

これらのタイプの巻付け紡糸繊維人工血管を製造する
時、繊維は紡糸作業の間、特に通常好ましいとされる、
新たに押出されたそして未だ部分的にしか硬化していな
いフィラメントに該フィラメントをしばしば切断する傾
向がある態様で力を加えて、紡糸した繊維を紡糸中縦に
引張る時にしばしば切れる。これらの状況または任意の
他の状況(慣性効果、ポリマー中の泡その他のような)
においてそのような繊維切断が発生した時、典型的には
押出し装置とマンドレル間の相対的運動を停止し、そし
て切れた繊維端をマンドレル上の繊維の残部へ、または
マンドレル自体へ人手で再接続することが必要である。
When producing these types of wound spun fiber artificial blood vessels, the fibers are particularly usually preferred during the spinning operation,
Freshly extruded and still only partially cured filaments are often cut when a force is applied in a manner that tends to cut the filaments, and the spun fibers are pulled longitudinally during spinning. These situations or any other situations (such as inertial effects, foam in polymer etc.)
When such a fiber cut occurs, the relative movement between the extruder and the mandrel is typically stopped, and the broken fiber end is manually reconnected to the rest of the fiber on the mandrel or to the mandrel itself It is necessary to.

労力を多く必要とし、時間がかかり、そして作業中止
時間へ導くことに加え、この人力による再接続の必要性
は、人工血管の剥離へ導くことがある再接続平面におけ
る貧弱な繊維接着へしばしば導く。これまで知られた方
法によって再接続された繊維切断は、繊維を人工血管の
端部において再接続し、該端部を切り取って捨てること
を含む。このある繊維を他の繊維を切断することなく人
手で再接続する操作は、下に横たわる繊維層が乾燥し、
次の層と良く接合しないような長い期間を要する。紡糸
したストランドの均一性がこのため被覆され、完成した
人工血管の潜在的弱点または見苦しいセクションへ導
く。これは動脈補綴は10年またはそれ以上のオーダーの
長期間、少なくとも300mmHg,好ましくは500mmHg以上の
脈動する動脈血圧に耐えることができなければならない
から、動脈用途を意図する人工血管にとっては特に重要
である。
In addition to labor intensive, time consuming, and leading to downtime, this need for manual reconnection often leads to poor fiber adhesion at the reconnection plane, which can lead to vascular prosthesis detachment. . Fiber cutting, reconnected by previously known methods, involves reconnecting the fiber at the end of the vascular prosthesis, cutting off the end and discarding. The operation of manually reconnecting one fiber without cutting the other fiber involves drying the underlying fiber layer,
It takes a long period of time not to bond well with the next layer. The uniformity of the spun strand is thus coated, leading to potential weaknesses or unsightly sections of the finished vascular graft. This is particularly important for vascular prostheses intended for arterial applications, as the prosthesis must be able to withstand pulsating arterial blood pressure of at least 300 mmHg, preferably 500 mmHg or more, for prolonged periods on the order of 10 years or more. is there.

多孔質表面を有する人工血管を提供する目的には、そ
のような人工血管を移植した後、生体組織宿主と多孔質
人工血管の間の接合を提供するために隣接する生体組織
から多孔質表面の深部中へ転移増殖および組織内殖を促
進することが含まれる。典型的には、生体組織内殖は有
核血流細胞から多孔質表面中への組織成長の促進と組合
わされる。そのような多孔質表面は該表面の多孔質深さ
中への軟組織内殖による宿主組織への固着手段を達成す
る多孔質深さを提供し、そしてそれらは人工血管の血液
接触表面上のコロニー化および組織形成によって発生す
る。血液適合性組織一移植片界面を提供する。組織内殖
は外表面に望まれる。内表面に望まれるのは有核血球に
よって提供される内皮細胞内殖である。従ってそのよう
な人工血管は多孔度を備えること、およびそのような多
孔度のパラメータは移植後内殖の望ましい程度を得るた
めに人工血管の製造時に厳密に制御されることが重要で
ある。
For the purpose of providing a vascular prosthesis having a porous surface, after implanting such a vascular prosthesis, the surface of the porous surface can be removed from adjacent biological tissue to provide a junction between the biological tissue host and the porous vascular prosthesis. Promoting metastatic growth and tissue ingrowth into the depth. Typically, living tissue in-growth is combined with promoting tissue growth from nucleated blood flow cells into a porous surface. Such porous surfaces provide a porous depth that achieves a means of anchoring to host tissue by soft tissue in-growth into the porous depth of the surface, and they provide a colony on the blood-contacting surface of the vascular graft. It is caused by formation and tissue formation. Provides a blood compatible tissue-graft interface. Tissue ingrowth is desired on the outer surface. Desirable on the inner surface is endothelial cell ingrowth provided by nucleated blood cells. It is therefore important that such vascular grafts have a porosity and that the parameters of such porosity are strictly controlled during the production of the vascular graft in order to obtain the desired degree of post-implantation in-growth.

これまで論じたタイプの欠点は、多孔度を層から層へ
変えることができるように厳密に制御された条件下に形
成され、同時に正確にそして一貫して形成された人工血
管を提供する本発明による進歩によって実質上排除され
た。例えば、本発明は望ましくない層剥離部位を形成す
る機会を最小化しながら繊維切断再接続を達成する。本
発明はまた、低多孔質のまたは実質上非多孔性の実質上
平滑な内表面を持つ人工血管の形成を容易化する。ま
た、移植の間とげとげした人工血管が取扱われるのを防
止するため、人工血管の外側によく接合された層を提供
するように静電場が使用される。人工血管の外側の一回
通過は孔径に影響することなくヘヤーネット効果を提供
する。
A disadvantage of the type discussed so far is that the present invention provides a vascular prosthesis that is formed under tightly controlled conditions so that the porosity can be changed from layer to layer, while at the same time accurately and consistently formed. Has been virtually eliminated by the advancement. For example, the present invention achieves fiber cut reconnection while minimizing the chance of forming unwanted delamination sites. The present invention also facilitates the formation of a vascular prosthesis having a low porosity or substantially non-porous, substantially smooth inner surface. Also, an electrostatic field is used to provide a well-bonded layer to the outside of the vascular prosthesis to prevent handling of the spiny prosthesis during implantation. A single pass outside the vascular graft provides a hairnet effect without affecting the pore size.

要約すれば、本発明は繊維形成性ポリマーを押出し、
同時にそれをマンドレル巻付けそして同時に繊維形成性
ポリマーストランドのマンドレルへ向かっての運動を加
速するために押出し装置とマンドレルの間に静電荷を間
歇的に印加することによってつくられる人工血管を含ん
でいる。典型的には、静電荷は実質上平滑な内表面とし
て低多孔度内側層を持っている人工血管を提供するため
に、最初のもしくは最内側の紡糸通過の押出しおよび巻
付けの間に印加される。紡糸作業の任意の部分の間の繊
維切断時における静電荷の印加は、切断位置またはその
近くにおいて、そして切断端が平滑な再接続がもはや不
可能に程度に固まる前に、切断した繊維を押出し機から
マンドレル上へ加速する。
In summary, the present invention extrudes a fiber-forming polymer,
Includes artificial blood vessels created by intermittently applying an electrostatic charge between the extruder and mandrel to simultaneously mandrel wrap it and simultaneously accelerate the movement of the fiber-forming polymer strand toward the mandrel . Typically, an electrostatic charge is applied during the first or innermost spinning extrusion and winding to provide a vascular graft having a low porosity inner layer as a substantially smooth inner surface. You. The application of an electrostatic charge during fiber cutting during any part of the spinning operation extrudes the cut fibers at or near the cutting location and before the cut ends are hardened to a point where smooth reconnection is no longer possible. Accelerate from the machine onto the mandrel.

従って本発明の一般的目的は、改良された不織人工血
管を提供することである。
Accordingly, it is a general object of the present invention to provide an improved non-woven vascular prosthesis.

本発明の他の一目的は、その中へ組織内殖を促進する
外表面を有し、そして外表面と比較する時細胞内殖を許
容する減少した多孔度の内表面を有する改良された人工
血管を提供することである。
Another object of the present invention is an improved artificial tissue having an outer surface therein for promoting tissue ingrowth and having a reduced porosity inner surface which permits cell ingrowth when compared to the outer surface. To provide blood vessels.

本発明の他の一目的は、選択した時点において形成繊
維をマンドレル上へ加速するために静電荷を印加しなが
らマンドレル上への繊維形成ポリマーの押出しおよび巻
付けを含む、改良された人工血管を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to provide an improved vascular prosthesis, including extrusion and wrapping of a fiber forming polymer onto a mandrel while applying an electrostatic charge to accelerate the forming fiber onto the mandrel at a selected time. To provide.

本発明の他の一目的は、マンドレルと繊維形成ポリマ
ーのための押出し機との間に静電エネルギーの間歇的印
加を含んでいるプロセスによる改良された人工血管およ
びその製造を提供することである。
It is another object of the present invention to provide an improved vascular prosthesis and process for producing the same, comprising a process comprising intermittent application of electrostatic energy between a mandrel and an extruder for a fiber-forming polymer. .

本発明の他の一目的は、人工血管の各種層の多孔度を
厳密に制御することを含む、人工血管の改良された製造
方法を提供することである。
It is another object of the present invention to provide an improved method for producing an artificial blood vessel, which involves strictly controlling the porosity of the various layers of the artificial blood vessel.

本発明の他の一目的は、不織人工血管製造のための、
そして繊維形成ポリマー押出しにおいて切断を静電的に
修復することを含む改良方法を提供することである。
Another object of the present invention is to produce a non-woven vascular graft,
It is an object of the present invention to provide an improved method that includes repairing a cut electrostatically in a fiber-forming polymer extrusion.

本発明のこれらおよび他の目的と、特徴および利益は
以下の詳細な説明の検討によって明確に理解されるであ
ろう。
These and other objects, features, and benefits of the present invention will be more clearly understood upon consideration of the following detailed description.

図面の簡単名説明 本説明の進行中添付図面が参照されるであろう。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the course of this description, reference will be made to the accompanying drawings.

第1図は、本発明に従った人工血管の製造のステップ
を図示する一般に概略的なスケッチである。
FIG. 1 is a generally schematic sketch illustrating the steps of manufacturing a vascular prosthesis according to the present invention.

第2図は、第1図の線2−2に沿った断面図である。 FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.

第3図は、第2図の線3−3に沿った断面図である。 FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG.

第4図は、静電的修復を採用するが、しかし内側層が
巻かれる時大きな静電荷を印加しないプロセスに従って
製造される人工血管を図示する断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a vascular graft manufactured according to a process that employs electrostatic repair, but does not apply a large electrostatic charge when the inner layer is wound.

第5図は、第4図に類似し、そして内側の巻付けの間
繊維形成ポリマー押出し物の静電加速によって得られる
結果を総体的に図示する断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 and generally illustrating the results obtained by electrostatic acceleration of the fiber-forming polymer extrudate during inner wrapping.

第6図は、約150倍のオーダーで拡大した、本発明に
従って製造した人工血管の外表面の拡大スケッチであ
る。
FIG. 6 is an enlarged sketch of the outer surface of a vascular prosthesis manufactured in accordance with the present invention, magnified on the order of about 150 times.

第7図は、約1000倍の大きさに拡大した、本発明によ
る人工血管の断面図スケッチである。
FIG. 7 is a cross-sectional sketch of a vascular prosthesis according to the present invention, magnified about 1000 times.

特定具体例の説明 本発明による方法を実施するのに適した第1図に示し
た装置に関し、それは典型的には繊維形成ポリマー溶液
から押出し技術によって繊維の形成と組合せてポリマー
繊維22の形成を達成するためのディストリビューター21
を含んでいる。そのような繊維が完全に固まる前に、そ
れらは典型的には好適なジョー24内で回転するマンドレ
ル23上に巻かれる。図示した装置では、マンドレルが図
示したモータ25のような適当な手段で回転させる間、デ
ィストリビューター21は一般にジョー24間の平面内で往
復動する。代わりにディストリビューターはマンドレル
23のまわりを回転する紡糸口金の形をとることができ
る。どのような機構または技術を用いようとも、ポリマ
ー繊維22とマンドレル23の間の組合せた回転および往復
相対運動が得られるであろう。ポリマー繊維22の所望の
数の層がマンドレル23の上に重ねられる。
DESCRIPTION OF THE SPECIFIC EMBODIMENTS The apparatus shown in FIG. 1 suitable for performing the method according to the present invention, which typically forms polymer fibers 22 in combination with fiber formation by extrusion techniques from a fiber-forming polymer solution. Distributor 21 to achieve
Contains. Before such fibers are completely set, they are typically wound onto a rotating mandrel 23 in a suitable jaw 24. In the device shown, the distributor 21 reciprocates generally in the plane between the jaws 24 while the mandrel is rotated by suitable means, such as the motor 25 shown. Instead the distributor is a mandrel
It can take the form of a spinneret rotating around 23. Whatever mechanism or technique is used, combined rotational and reciprocal relative movement between the polymer fibers 22 and the mandrel 23 will be obtained. The desired number of layers of polymer fibers 22 are overlaid on the mandrel 23.

ディストリビューター21とマンドレル23の間に静電荷
を発生させるために静電荷発生装置が含められる。好ま
しくはマンドレル23は接地または負に帯電され、他方デ
ィストリビューター21はスイッチ26または類似物が閉じ
られる時正に帯電される。代わりに、ディストリビュー
ターを接地し、そしてマンドレルを正に帯電させること
ができる。この静電荷が存在する時、ポリマー繊維22は
ディストリビューター21からマンドレル23へ静電場の不
存在下の紡糸および延伸の間に得られるスピードよりも
速いスピードへ加速される。またこの静電場が印加され
る時、めいめい似た電化を持っている隣接するポリマー
繊維22は第2図に一般に図示するように互いに遠くへ弓
なりになる傾向がある。ディストリビューター21は第1,
2および3図に示すように、任意の数の個々の押出しオ
リフィスまたは皮下注射筒27を含むことができる。
An electrostatic charge generator is included between the distributor 21 and the mandrel 23 to generate an electrostatic charge. Preferably, the mandrel 23 is grounded or negatively charged, while the distributor 21 is positively charged when the switch 26 or the like is closed. Alternatively, the distributor can be grounded and the mandrel can be positively charged. In the presence of this static charge, the polymer fibers 22 are accelerated from the distributor 21 to the mandrel 23 to a speed higher than that obtained during spinning and drawing in the absence of an electrostatic field. Also, when this electrostatic field is applied, adjacent polymer fibers 22 having respective similar electrifications will tend to bow away from one another as generally shown in FIG. Distributor 21 is the first
As shown in FIGS. 2 and 3, any number of individual extrusion orifices or hypodermic syringes 27 may be included.

ポリマー繊維22は固まった時、マンドレル23の外径と
実質的に等しい内径を有する、第4図に示したような一
般に円筒形の細長い人工血管28を形成する。個々の繊維
22は一般に繊維が交差しまたは他に互いに接触する場所
の実質上すべてでなくても大部分において相互に結合さ
れる。この繊維間結合は溶媒を含有しそして部分的にだ
け固った繊維が巻取の間相互に係合する時に発生し、こ
れは典型的には押出しされた繊維をその下に横たわる繊
維の上で延伸することによって容易化される。これは繊
維22をそれがディストリビューター21から押出される速
度よりも速い速度で引張る、マンドレル23とディストリ
ビューター21間の相対運動の適切なスピードを選択する
ことによって適切に達成される。
When solidified, the polymer fibers 22 form a generally cylindrical elongated vascular prosthesis 28, as shown in FIG. 4, having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the mandrel 23. Individual fibers
The 22 are generally interconnected in most if not substantially all of the places where the fibers cross or otherwise contact each other. This fiber-to-fiber bonding occurs when the fibers containing solvent and only partially hardened fibers engage each other during winding, which typically causes the extruded fibers to overlie the underlying fibers. This is facilitated by stretching. This is suitably achieved by selecting an appropriate speed of relative movement between the mandrel 23 and the distributor 21 that pulls the fiber 22 at a speed faster than it is extruded from the distributor 21.

そのような巻取り、そして特に繊維22の引張り、それ
にディストリビューター21の支承するシャットルの反転
時の加速または減速の内部効果は、しばしば繊維の切断
を発生させる傾向にある。繊維切断は切断を発生するや
否や静電荷を印加し、それにより切断したストランドを
注射筒27から遠くへ加速し、その自由端が再接続部分29
を形成するために形成中の人工血管28へ実質上接触しそ
して付着するようにすることによって修復される。再接
続部分の形成は、静電力によって発生した急速な加速は
繊維をマンドレルへ向け、そしてポリマー繊維が固まっ
てしまう前に、すなわち典型的には押出されたポリマー
材料が繊維接着を促進する高度に粘着性状態を保つよう
に十分な未蒸発溶剤を未だ含んでいる間に、形成中の人
工血管筒28へ切断端が到達する能力を増強するという事
実によって容易化される。この点に関し静電場の印加な
しでは、ディストリビューター21からぶらさがっている
自由端は他の繊維中へ振られ、追加の繊維切断を発生す
るであろう。
Such windings, and especially the tensioning of the fibers 22, and the internal effects of acceleration or deceleration upon reversal of the shuttle carried by the distributor 21, often tend to cause fiber breakage. The fiber cut applies an electrostatic charge as soon as the cut occurs, thereby accelerating the cut strand far from the syringe barrel 27, the free end of which is connected to the reconnection portion 29.
Is repaired by substantially contacting and adhering to the forming vascular prosthesis 28 to form The formation of the reconnection portion is based on the fact that the rapid acceleration generated by the electrostatic forces directs the fibers to the mandrel, and the polymer fibers are hardened before they set, i.e., the highly extruded polymer material typically promotes fiber adhesion. This is facilitated by the fact that it enhances the ability of the cut end to reach the forming vascular prosthesis 28 while still containing sufficient unevaporated solvent to remain tacky. In this regard, without the application of an electrostatic field, the free ends hanging from the distributor 21 will be swung into other fibers and will cause additional fiber breaks.

第5,6および7図に図示した具体例においては、人工
血管筒28aは静電場の存在下押出されそしてそのため高
度に粘着性状態においてマンドレル23上へ加速されたポ
リマー繊維22から構成された実質上平滑な内表面31を含
んでいる。繊維はマンドレル上へ高い速度および延伸比
で加速され、そしてそれらは有意な溶剤蒸発が発生する
前にマンドレル23上に衝突する。そのような状態はポリ
マーが特別に高い溶剤濃度または揮発性の少ない溶剤を
持つように配合することによって達成することができ
る。繊維の加速は少なくとも繊維のマンドレル側におい
て平坦化をしばしばもたらす。後続の静電的に加速され
た繊維層は下層の繊維間の隙間に押し込まれ、一般に平
滑で、実質上とげとげしさのない表面を持ち、そして非
常に小さい孔径を持つ内表面31を形成する。例外的に高
い溶剤含量を持つように配合されたポリマーは、内表面
がもはや多孔質でないようにマンドレル上へ加速される
ことができる。
In the embodiment illustrated in FIGS. 5, 6 and 7, the vascular prosthesis 28a is extruded in the presence of an electrostatic field and is thus substantially composed of the polymer fibers 22 accelerated onto the mandrel 23 in a highly tacky state. An upper smooth inner surface 31 is included. The fibers are accelerated onto the mandrel at a high speed and draw ratio, and they impinge on the mandrel 23 before significant solvent evaporation occurs. Such conditions can be achieved by formulating the polymer such that it has a particularly high solvent concentration or a less volatile solvent. Fiber acceleration often results in flattening, at least on the mandrel side of the fiber. Subsequent electrostatically accelerated fiber layers are forced into the interstices between the underlying fibers, forming an inner surface 31 that is generally smooth, has a substantially prickly surface, and has a very small pore size. . Polymers formulated to have exceptionally high solvent contents can be accelerated onto the mandrel so that the inner surface is no longer porous.

例えば、静電場内での繊維延伸の進行は小さい直径、
例えば約1ないし10ミクロンの繊維を得る。この点に関
し典型的な孔径は1ないし30ミクロンの範囲内である。
もし静電紡糸をあまり長時間続けると、繊維は下層の繊
維へ極めて良く接合し、それによってそれらの相対運動
を減らし、そして得られた人工血管があまり剛直すぎ、
そして貧弱な縫合性を持つ。75Dポリウレタン(アップ
ジョン)のようなポリマーを押し出している時、20オリ
フィス紡糸口金の最高約20通過が得られる人工血管が過
度に剛直になる前に許容できる。もし人工血管の外側部
分を形成するために静電紡糸繊維がやはり使用されたな
らば、典型的に形成される多孔度は移植後良好な組織内
殖を促進するためには小さ過ぎるであろう。従って、典
型的には切断時繊維再接続を達成するため時々そして間
歇的な帯静電化を除き、ポリマー繊維22の外側層の大部
分は実質上多孔質外表面32を形成するため静電場の不存
在下内表面繊維の上に巻かれる。多孔質表面32は人工血
管が埋まれた時その中への組織内殖を促進するのに望ま
しいそして必要な厚みを有する多孔質部分を含んでい
る。
For example, the progress of fiber drawing in an electrostatic field is a small diameter,
For example, fibers of about 1 to 10 microns are obtained. Typical pore sizes in this regard are in the range of 1 to 30 microns.
If electrospinning is continued for too long, the fibers bond very well to the underlying fibers, thereby reducing their relative movement, and the resulting vascular graft is too rigid,
And has poor suture properties. When extruding a polymer such as 75D polyurethane (Upjohn), a maximum of about 20 passages through a 20 orifice spinneret is acceptable before the vascular graft becomes too rigid. If electrospun fibers were also used to form the outer portion of the vascular prosthesis, the porosity typically formed would be too small to promote good tissue ingrowth after implantation . Thus, a large portion of the outer layer of polymer fibers 22 typically forms a substantially porous outer surface 32, except for occasional and intermittent electrostatic charging, typically to achieve fiber reconnection upon cutting. Wound on inner surface fiber in absence. Porous surface 32 includes a porous portion having the desired and necessary thickness to promote tissue ingrowth therein when the vascular graft is implanted.

好ましくは、静電場は外表面がそれを取扱う時とげと
げしくなるのを防止するため人工血管の外側表面上の最
後の数回(例えば3回)の巻取り通過の間印加される。
しかしながら外表面上の過剰な静電的に助けられた通過
は人工血管の剛直化とそして減少した孔径を生ずる。
Preferably, the electrostatic field is applied during the last few (eg, three) winding passes on the outer surface of the vascular prosthesis to prevent the outer surface from becoming spiny when handling it.
However, excessive electrostatically assisted passage over the outer surface results in stiffening of the vascular graft and reduced pore size.

繊維22がそれから押出されるポリマー材料は繊維形成
性タイプのポリマーでなくてはならない。すなわち、該
ポリマーは微細なオリフィスを通してそして空気中へ押
出された時繊維に形成することが可能でなければならな
い。例えばナイロンのようなポリアミドおよびレーヨン
のような再生セルロース製品は繊維形成性である。しか
しながら多数の現在入手し得る繊維形成性ポリマーは内
植用途に不適であり、そして合理的な柔軟性、弾力性お
よび生体適合性のような可撓性人工血管に必要な性質を
持っていない。そのようなポリマー材料はまたそれから
連続した繊維を引くことができる揮発性溶剤中の粘ちょ
うな溶液を形成しなければならない。ポリマーの一般的
クラスとして、ポリウレタンは人工血管の製造に望まし
い物理的性質を持つ傾向にある。しかしながら一クラス
としてセグメント化ポリウレタンは空気中で繊維形成性
であると典型的に見なされず、そして押出す時それらは
過剰の切断を示す傾向にある。しかしながら繊維形成性
タイプのポリウレタンが一般に好ましい。
The polymeric material from which the fibers 22 are extruded must be a fiber-forming type of polymer. That is, the polymer must be capable of forming into fibers when extruded through fine orifices and into the air. Regenerated cellulosic products such as polyamides such as nylon and rayon are fiber-forming. However, many currently available fiber-forming polymers are unsuitable for implantable applications and do not have the properties required for flexible vascular grafts, such as reasonable flexibility, elasticity and biocompatibility. Such a polymeric material must also form a viscous solution in a volatile solvent from which continuous fibers can be drawn. As a general class of polymers, polyurethanes tend to have desirable physical properties for the production of vascular prostheses. However, as a class, segmented polyurethanes are not typically considered to be fiber-forming in air, and when extruded they tend to exhibit excessive cutting. However, polyurethanes of the fiber-forming type are generally preferred.

本発明に従って製造した人工血管28は所望により寸法
を変えることができる。内径はマンドレルの寸法に依存
し、典型的な範囲は0.00254cmほど細かく、実用上の上
限は2インチまたはそれ以上のオーダーであり、大寸法
人工血管は例えばガーゼタイプの製品、シャント、の
う、縫合リング、およびパッチ、膜等の製造のため平坦
なシートに切断または他のように成形するのに適してい
る。もっと普通の内径は約1mmないし約50mmの範囲であ
る。繊維の層から層への繊維によって形成された孔の寸
法および形状は、マンドレルに対し繊維が形成する角度
および繊維の厚みによって制御することができる。
The vascular prosthesis 28 manufactured according to the present invention can be varied in size as desired. The inner diameter depends on the dimensions of the mandrel, a typical range is as fine as 0.00254 cm, the practical upper limit is on the order of 2 inches or more, and large sized vascular grafts are for example gauze type products, shunts, sac, Suitable for cutting or otherwise shaping into flat sheets for the manufacture of suture rings and patches, membranes and the like. More common inner diameters range from about 1 mm to about 50 mm. The size and shape of the holes formed by the fibers from layer to layer of the fibers can be controlled by the angle formed by the fibers with respect to the mandrel and the thickness of the fibers.

人工血管筒28の壁厚も所望のように変えることがで
き、そしてマンドレル上に形成された巻回層の数および
個々の巻いた繊維の厚みによって決定される。人工血管
厚みは後続の繊維層間の接着によっても制御される。も
し繊維がしめっていれば、その上に重ねられる次の繊維
はしめった繊維中に沈み、所望の直径に達するのにもっ
と多い繊維通過を必要とする。静電場はマンドレルへ向
かって繊維の加速により生じた力のため、繊維を下層繊
維中へ沈める。めいめいの繊維巻回層の厚みは、ポリマ
ー溶液の流速とディストリビューター21およびマンドレ
ル23間の相対的運動速度との比により、および静電荷を
印加する程度によって制御される。
The wall thickness of the graft 28 can also vary as desired, and is determined by the number of wound layers formed on the mandrel and the thickness of the individual wound fibers. The thickness of the vascular prosthesis is also controlled by the adhesion between subsequent fiber layers. If a fiber is squeezed, the next fiber to be laid down sinks into the squeezed fiber and requires more fiber passage to reach the desired diameter. The electrostatic field sinks the fiber into the underlying fiber due to the force created by the acceleration of the fiber toward the mandrel. The thickness of each fiber wound layer is controlled by the ratio of the flow rate of the polymer solution to the relative speed of movement between the distributor 21 and the mandrel 23, and by the degree to which the electrostatic charge is applied.

例えば、第5,6および7図に示した方針に一般的に沿
った構造を持つように製造された内径6mmを有する人工
血管は、約50ミクロンの壁厚を持つ巻回層が形成される
まで紡糸中静電力を印加することによってつくられるで
あろう。そのような層は内腔もしくは表面31のとげとげ
しさを最小にし、そしてその孔径を減少させる。巻回の
残りは所望の厚みおよび多孔度が得られるまで適用さ
れ、この操作の間は繊維形成ポリマーの切断を再接続す
るのに必要なときだけ静電場が発生される。典型的に
は、本発明に従って発生され、利用される静電場は約1
ないし約40キロボルト,好ましくは約20キロボルト(マ
イクロアンペア電流)である。
For example, a vascular prosthesis having an inner diameter of 6 mm manufactured to have a structure generally in line with the strategies shown in FIGS. 5, 6 and 7 will form a wound layer with a wall thickness of about 50 microns. It will be created by applying electrostatic force during spinning. Such a layer minimizes the spininess of the lumen or surface 31 and reduces its pore size. The remainder of the winding is applied until the desired thickness and porosity is obtained, during which time an electrostatic field is generated only when necessary to reconnect the fiber forming polymer cut. Typically, the electrostatic field generated and utilized according to the present invention is about 1
To about 40 kilovolts, preferably about 20 kilovolts (microamps current).

他の例においては、約4mmの内径を持つ人工血管は、
非常に薄い(1ミクロン以下)血液脱落性表面もしくは
薬物を支持する平滑な内表面を形成するために、1ない
し500ミクロンの壁厚を提供する複数の巻回を有するそ
の内側平滑表面または内腔層を持っている。これはその
最内側表面において隙間を実質上なくすために、紡糸中
マンドレルに対し実質上飛散する特に希薄なポリマー溶
液から形成された実質上非多孔質内表面を含んでいる。
In another example, a vascular graft having an inner diameter of about 4 mm
Its inner smooth surface or lumen with multiple turns providing a wall thickness of 1 to 500 microns to form a very thin (less than 1 micron) blood-shedding surface or a smooth inner surface that supports the drug Have layers. This includes a substantially non-porous inner surface formed from a particularly dilute polymer solution that splatters substantially against the mandrel during spinning to substantially eliminate gaps at its innermost surface.

記載した本発明の具体例は本発明の原理の適用の一部
の例証であることが理解されるであろう。本発明の真の
精神および範囲を逸脱することなく多数の修飾が当業者
によってなされることができる。
It will be understood that the described embodiments of the invention are illustrative of some of the applications of the principles of the present invention. Numerous modifications can be made by those skilled in the art without departing from the true spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による人工血管の製造ステップを示す概
略図、第2図は第1図の線2−2に沿った断面図、第3
図は第2図の線3−3に沿った断面図、第4図は本発明
の人工血管の断面図、第5図は第4図に類似の断面図、
第6図は人工血管の外表面の拡大図、第7図は拡大断面
図である。 21はディストリビューター、22は繊維、23はマンドレ
ル、24はジョー、25はモータ、27は押出しオリフィス、
28は人工血管である。
FIG. 1 is a schematic view showing steps of manufacturing an artificial blood vessel according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
FIG. 4 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view of the artificial blood vessel of the present invention, FIG. 5 is a sectional view similar to FIG.
FIG. 6 is an enlarged view of the outer surface of the artificial blood vessel, and FIG. 7 is an enlarged sectional view. 21 is a distributor, 22 is a fiber, 23 is a mandrel, 24 is a jaw, 25 is a motor, 27 is an extrusion orifice,
28 is an artificial blood vessel.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−151675(JP,A) 特開 昭63−119756(JP,A) 特開 昭58−157465(JP,A)Continuation of the front page (56) References JP-A-54-151675 (JP, A) JP-A-63-119756 (JP, A) JP-A-58-157465 (JP, A)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】細長い繊維を形成するように連続繊維形成
性生体適合性ポリマー材料をオリフィスを通って押出
し、 前記細長い繊維を、連続した繊維が相互に接触する重な
り合った繊維を持つ不繊円筒を形成する複数の巻回を形
成するように、マンドレル上に巻回し、 前記押出しオリフィスと前記マンドレルの間に静電荷を
間歇的に印加し、前記間歇的静電荷印加操作は前記巻回
が静電荷の不存在下に実施される期間後押出しオリフィ
スとマンドレルの間に静電荷を印加することによって細
長い繊維をマンドレル上へ加速することを含み、 人工血管が内植された後その内への繊維内殖を助ける実
質上多孔質な外表面を形成するために、前記複数の巻回
の少なくともいくつかの外側巻回について実施される前
記巻回操作の少なくとも一部分は前記巻回が押出しオリ
フィスとマンドレルの間の静電荷の影響下に実施される
期間後前記静電下の不存在下実施され、 前記巻回操作中連続繊維の切断を観察し、そしてそのよ
うな切断が発生した後できるだけ速やかに切断した繊維
をマンドレルへ向けて加速し、自由端を人工血管へ再接
続する目的で静電荷を印加し、そしてそのような再接続
が達成されたならばそのような静電荷の印加を停止し、 生体適合性人工血管を提供するため前記マンドレルから
不繊円筒を除去する ことを特徴とする生体適合性人工血管の製造方法。
1. Extruding a continuous fiber-forming biocompatible polymer material through an orifice to form elongated fibers, forming the elongated fibers into a non-woven cylinder having overlapping fibers where the continuous fibers contact each other. Winding on a mandrel so as to form a plurality of turns to be formed, intermittently applying an electrostatic charge between the extrusion orifice and the mandrel; A period of time carried out in the absence of an extruder, comprising accelerating the elongated fibers onto the mandrel by applying an electrostatic charge between the orifice and the mandrel, wherein the artificial fibers are implanted within the fibers after implantation. At least a portion of the winding operation performed on at least some of the outer turns of the plurality of turns to form a substantially porous outer surface that aids in growth After the period in which the winding is performed under the influence of the electrostatic charge between the extrusion orifice and the mandrel, is performed in the absence of said electrostatic, observing the cutting of the continuous fiber during said winding operation, and such cutting As soon as possible, the cut fibers are accelerated toward the mandrel, an electrostatic charge is applied to reconnect the free end to the vascular prosthesis, and if such reconnection is achieved, such A method for producing a biocompatible artificial blood vessel, comprising: stopping application of an electrostatic charge; and removing the non-woven cylinder from the mandrel to provide the biocompatible artificial blood vessel.
【請求項2】前記間歇的静電荷印加操作は、前記実質上
多孔質な外表面よりも小さい多孔度を持った実質上平滑
な内表面を形成するために、前記複数の巻回の少なくと
も最内側の巻回の押出しおよび巻回の間静電荷を印加す
ることによって前記不織円筒の実質上平滑な内表面を形
成することを含む請求項1の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the intermittent electrostatic charge applying operation includes forming at least one of the plurality of windings to form a substantially smooth inner surface having a porosity smaller than the substantially porous outer surface. The method of claim 1 including forming a substantially smooth inner surface of the nonwoven cylinder by extruding the inner winding and applying an electrostatic charge during the winding.
【請求項3】前記間歇的静電荷印加操作は、前記複数の
巻回の2以上の最内側巻回へ静電荷を印加し、それによ
って繊維を下層の繊維間の隙間中へ押し込むことを含む
請求項2の方法。
3. The intermittent electrostatic charge application operation includes applying an electrostatic charge to two or more innermost turns of the plurality of turns, thereby forcing the fibers into gaps between underlying fibers. The method of claim 2.
【請求項4】前記巻回操作は、繊維の長手方向に張力を
加えることにより前記形成された連続繊維を延伸するこ
とを含む請求項1の方法。
4. The method of claim 1 wherein said winding operation comprises stretching said formed continuous fiber by applying tension in the longitudinal direction of the fiber.
【請求項5】押出しオリフィスはそれから引出される繊
維の意図する直径より大きい直径を有し、前記巻回操作
は繊維の長手方向に張力を加えることによって前記押出
しオリフィスから引かれる繊維を延引することを含む請
求項1の方法。
5. The extruded orifice has a diameter greater than the intended diameter of the fiber drawn therefrom, and the winding operation extends the fiber drawn from the extruded orifice by applying tension in the longitudinal direction of the fiber. The method of claim 1 comprising:
【請求項6】前記巻回操作は重なり合う繊維間に繊維間
接合を形成することを含む請求項1の方法。
6. The method of claim 1, wherein said winding operation includes forming an interfiber bond between overlapping fibers.
【請求項7】前記繊維形成性生体適合性ポリマー材料
は、それから溶剤の除去により前記巻回操作の間重なり
合う繊維間に繊維間接合を発生する高分子繊維形成材料
の粘ちょう溶液である請求項1の方法。
7. The fiber-forming, biocompatible polymer material is a viscous solution of a polymer fiber-forming material that, upon removal of the solvent, causes interfiber bonding between the overlapping fibers during the winding operation. Method 1.
【請求項8】前期繊維形成性生体適合性ポリマー材料
は、それから溶剤の除去により前記巻回操作の間重なり
合う繊維間に繊維間接合を発生するポリウレタン繊維形
成材料の粘ちょう溶液である請求項1の方法。
8. The fiber-forming biocompatible polymeric material is a viscous solution of a polyurethane fiber-forming material from which the removal of solvent causes interfiber bonding between the overlapping fibers during the winding operation. the method of.
【請求項9】前記実質上平滑な内表面は実質上多孔質で
あるか、または人工血管が内植された後組織内殖の助け
とはならないがその中への細胞内殖の助けとなる多孔度
を有する請求項1の方法。
9. The substantially smooth inner surface is substantially porous or does not aid in tissue ingrowth after implanting the vascular prosthesis, but does assist in cell ingrowth therein. The method of claim 1 having a porosity.
【請求項10】前記実質上平滑な内表面は50ミクロンよ
り大きくない多孔度を有する請求項9の方法。
10. The method of claim 9 wherein said substantially smooth inner surface has a porosity no greater than 50 microns.
【請求項11】前記実質上平滑な内表面は前記複数の巻
回を含み、そして1ないし500ミクロンの壁厚を有する
請求項2の方法。
11. The method of claim 2 wherein said substantially smooth inner surface includes said plurality of turns and has a wall thickness of 1 to 500 microns.
【請求項12】前記間歇的静電荷印加ステップは少なく
とも最外側巻回の間静電荷を印加することを含む請求項
1の方法。
12. The method of claim 1, wherein said intermittent electrostatic charge applying step includes applying an electrostatic charge at least during an outermost turn.
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