JPH10248923A

JPH10248923A - 人工心臓の抗血栓処理

Info

Publication number: JPH10248923A
Application number: JP9059506A
Authority: JP
Inventors: Toshio Mori; 敏夫森; Kenji Yamazaki; 健二山崎; Koji Higuchi; 浩司樋口; Susumu Sato; 佐藤　　進
Original assignee: Seiko Epson Corp; Sun Medical Technology Research Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp; Sun Medical Technology Research Corp
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】抗血栓性に優れ、かつ母材と強固に結び付く
ことによって長期に渡って抗血栓性を維持出来るダイヤ
モンド状炭素膜を有する人工心臓を提供すること。【解決手段】人工心臓は、駆動部、ポンプ部およびノ
ズル部より構成され、血液と接触する人工心臓の表面お
よび内面にダイヤモンド状炭素膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工心臓における
血栓発生を長期間に渡り防止する人工心臓の抗血栓処理
に関する。

【０００２】

【従来の技術】心不全等の疾病によって心機能が低下し
た場合、人工心臓を用いて全身の血液循環を補助するこ
とは近年数多く行われている。しかしながら現在用いら
れている補助人工心臓は、ダイアフラム型ポンプやサッ
ク型ポンプを用いた拍動型ポンプで２〜３ヶ月の連続使
用を保証するにすぎず、長期の循環補助を必要とする重
篤な症状の場合には、十分な治療効果を得ているとは言
えない。この様な現状に鑑み、２年以上の連続使用を目
指し、軸流ポンプや遠心ポンプを用いた非拍動流ポンプ
の開発が近年盛んに行われている。

【０００３】人工心臓を長期間使用する場合、血栓によ
る血行障害が大きな問題となる。血栓がポンプ内で発
生、成長した場合、血液流路の閉塞またはポンプの停止
を来す。また微小な血栓であっても、万が一剥離した場
合は末梢血管を閉塞させ人命に重篤な危険を及ぼす恐れ
がある。

【０００４】よって、これらの不具合を回避するには人
工心臓に用いられる材料自身もしくは材料表面の抗血栓
性が必要となる。抗血栓性を得る方法は大きく分けて
1)抗血栓性を有する材料の使用または表面処理の実施に
よるもの、2)血液が滞留し難い形状を得る設計がある。
前者は各種ポリマーの開発、ヘパリン固定化等が研究さ
れているが、ヘパリン固定化では母材にポリマーを用い
た場合に１年程度の抗血栓性が維持されるにすぎず、母
材が金属の場合では実績がない。また、抗血栓性を有す
る無機材料として熱分解炭素（パイロリティックカーボ
ン）があるが、ＣＶＤ（化学蒸着法）にて形成されるた
め母材は高温に耐え得る材質のみに限定される。また母
材が高温下にさらされるため、複雑な形状の場合変形の
恐れがある。また、母材との密着強度にも不安が残って
いる。

【０００５】この様な問題から、現在開発されている非
拍動流ポンプの抗血栓処理は前述後者の考え方に基づき
行われており、母材には生体毒性のないチタンが用いら
れているものの抗血栓処理は未実施のため、長期間安定
した抗血栓性を有する抗血栓処理が要望されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
事情に鑑み、抗血栓性に優れ、母材へ強固に固着するこ
とにより長期間抗血栓性を維持し、母材の変質、変形が
生じない低温度で形成可能なダイヤモンド状炭素膜を有
する人工心臓を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明による人工心臓の抗血栓処理は、機能が低下し
た人体の心臓Ａに接続された、駆動部２、ポンプ部３、
ノズル部４より構成されてなる人工心臓１であって、人
体内に埋設され血液と接触する人工心臓１の表面および
内面にダイヤモンド状炭素膜を形成されてなるものであ
り、ダイヤモンド状炭素膜はイオンプレーティングとイ
オン注入法を組合わせた方法、もしくは蒸着とイオン注
入法を組合わせた方法により形成させてなるものであ
る。

【０００８】

【作用】本発明の人工心臓の作用は以下の通りである。

【０００９】まず、ダイヤモンド状炭素膜（Diamond Li
ke Carbon、以下ＤＬＣ）は生体適合性に優れ特に抗血
栓性を有するため、血液と接触する人工心臓の母材表面
にＤＬＣ膜を形成した場合、血栓の発生によるポンプの
閉塞、末梢血管閉塞による人命への影響を無くすことが
出来るため、安全性の高い人工心臓が得られる。

【００１０】更に、イオン注入法により形成されるＤＬ
Ｃ膜は、母材と被膜とのミキシングによって明確な界面
が形成されないため、母材と被膜は強固に結び付く。従
って、ＤＬＣ膜剥離の心配が無くなり長期間に渡る抗血
栓性の維持が可能となる。

【００１１】またＤＬＣ膜はダイヤモンド様の非晶質の
膜であり、化学的に安定で且つ母材表面に沿った滑らか
な膜として形成される。このため、ＤＬＣ膜を介して血
液と母材が接触することはなく、母材の成分が血液中へ
溶出することはない。また、膜形成に伴う母材の寸法
形状変化は殆ど生じないため、２次加工等は不要でな
る。

【００１２】さらに、成膜温度が低いため母材の劣化、
熱変形等は生じない。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例におけ
る人工心臓１を生体内に設置し左心室補助として用いた
例であり、図２は本発明の一実施例における人工心臓１
の拡大断面図である。以下にこの人工心臓１について詳
しく説明する。

【００１４】図１において、人工心臓１は円筒形の駆動
部２、駆動部２に接続されるポンプ部３および左心室Ｂ
内へ挿入されるノズル部４から成る。左心室Ｂへ挿入さ
れたノズル部４からポンプ部３へ血液が流入し、ポンプ
部３により加速された血液は人工血管Ｄを介して大動脈
Ｃへ吐出される。人工心臓１は患者の体腔内へ設置さ
れ、電力は経皮感染を防止するために経皮ボタン１４を
介してケーブル１５により体外から供給される。

【００１５】図２において、駆動部２の内部には，ロー
タ５を有するモータ６が内蔵され，ロータ５に接続する
回転軸７が駆動部２から延伸し，ポンプ翼ボス８に接続
されており、ポンプ翼ボス８にはポンプ翼９が接続され
る。また，駆動部２にはポンプ翼９を覆うようにケーシ
ング１０が接続されており，ケーシング１０端面には左
心室Ｂ内の血液をケーシング１０内へ導く流入口１１
が，ケーシング１０側面にはポンプ翼９により加速され
た血液を吐出する流出口１２が設けられている。血液は
ノズル部４の内面および表面、ケーシング１０内面、駆
動部上面１３、ポンプ翼ボス８、ポンプ翼９、および流
出口１２内面と接触するため、それぞれにＤＬＣ膜を形
成する。ＤＬＣ膜が形成される母材にはチタンを用い
る。

【００１６】人工心臓の抗血栓処理は、表面層の脱離が
生体に重篤な障害を起こす可能性が高いことから、付着
力の強い表面層を形成する必要がある。そのためには、
表面層と母材との間に界面がないことが望ましい。

【００１７】このような母材との間に界面がない表面層
を形成する方法は、イオン注入法、イオンプレーティン
グとイオン注入法を組合わせる方法、蒸着とイオン注入
法を組合わせる方法およびＰＳＩＩ(Plasma Source Ion
Implantation)などの方法がある。

【００１８】イオン注入法は、固体の表面層に原子を導
入する方法である。導入すべき原子あるいは分子のイオ
ンを加速し、試料に照射する。照射されたイオンは、そ
の加速エネルギーによる衝撃により、試料の表面から内
部へ潜り込み、原子および加速エネルギーによって決ま
る深さを中心に濃度分布する。この過程において、母材
表面はイオンの衝撃により改質されることもある。

【００１９】イオン注入法においては、表面より深いと
ころを中心に導入すべき原子が分布するため、表面は炭
素原子と共に母材が露出する場合がある。

【００２０】例えば、質量分析器のないイオン注入装置
において、チタン製の人工臓器部品から、30cm離れた位
置にイオン源を配置し、炭化水素系ガスを原料として、
炭素イオンを加速エネルギー10keVで、注入量1x10¹⁷個/
cm²照射する。理論的にはイオンの飛程およびスパッタ
リングにより、母材表面の炭素の割合は約20％となる。
実際にはイオン源から漏れ出たガス状の炭化水素が影響
し、表面の炭素の割合は多くなる。

【００２１】上記条件下でチタン母材へ炭素をイオン注
入した場合、母材金属であるチタンの露出が見られる。
母材がチタンの場合、生体へ与える影響は小さいと考え
られるが、抗血栓性においては若干不安が残る。

【００２２】この母材金属の露出を少なくするか無くす
ためには、イオンプレーティング、あるいは蒸着などの
薄膜形成をイオン注入法の事前に行うか、同時に行う
か、あるいは交互に行うことにより実現出来る。この場
合、形成された薄膜の一部の原子は、イオン注入時のイ
オンの衝撃により母材内部に潜り込む。このようにして
母材と界面のないＤＬＣ膜を表面層に形成することが出
来る。

【００２３】例えば、予め母材表面に電子ビーム蒸着法
により厚さ20〜200ｎｍの炭素薄膜を作製し、その後、
上記と同様の条件でイオン注入を行うと、表面のほとん
どをＤＬＣ膜で覆うことが出来る。

【００２４】蒸着すべき炭素膜の厚さの適当な数値は、
イオン注入条件によって変化する。なお、炭素膜の形成
方法および厚さは、この発明を限定することを意味する
ものではない。

【００２５】ＰＳＩＩは、イオン注入法の派生技術であ
る。プラズマ中に処理すべき部品を置き、この部品に電
圧をかけてイオンを引き込む。このようにしてイオン注
入法と同様に母材表面に原子を潜り込ませることが出来
る。ＰＳＩＩ単独あるいはＰＳＩＩと薄膜形成技術を組
合わせることによっても上記の例と同様な表面が得られ
る。

【００２６】また、イオン注入法では、母材の劣化、熱
変形などが生じない低温度の処理が可能であるため、母
材選択の自由度が高く、２次加工も不要となる。

【００２７】また、母材表面のＤＬＣ膜の状態は上記条
件の他に、母材温度をコントロールすることによりダイ
ヤモンドに近いものからグラファイトに近いものまで比
較的容易に制御出来る。

【００２８】また、イオン注入装置は母材の回転機構
（ゴニオステージ等）を備えており、実施例の様に複雑
な形状を有するポンプへの均一な被覆を可能としてい
る。

【００２９】本実施例は遠心ポンプを用いた左心室補助
の例を示したが、それに限るものではなく、軸流ポンプ
を用いた補助人工心臓でも実施可能である。さらに、本
実施例ではＤＬＣ膜を形成する母材にチタンを用いた例
を示したが、それ以外にもその他の金属、セラミクス、
高分子化合物等でも実施可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下
のような効果を有する。

【００３１】（１）血液と接触する表面がダイヤモンド
状炭素膜により被覆されることにより、血栓の発生がな
く安全性の高い人工心臓が得られる。

【００３２】（２）上記ダイヤモンド状炭素膜と母材表
面との界面が存在しないことから、両者の密着強度は大
きく、被膜の剥離は生じない。そのため、長期に渡って
人工心臓の抗血栓性が維持可能であり、さらに母材成分
の血液中への溶出を防ぐことが出来るため、安全性の高
い人工心臓が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における人工心臓を人体の心
臓に取り付けた状態を示す説明図。

【図２】本発明の一実施例における人工心臓の拡大断面
図。

【符号の説明】

Ａ・・・心臓Ｂ・・・左心室Ｃ・・・大動脈Ｄ・・・人工血管１・・・人工心臓２・・・駆動部３・・・ポンプ部４・・・ノズル部５・・・ロータ６・・・モータ７・・・回転軸８・・・ポンプ翼ボス９・・・ポンプ翼１０・・・ケーシング１１・・・流入口１２・・・流出口１３・・・駆動部上面１４・・・経皮ボタン１５・・・ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋口浩司長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者佐藤進埼玉県川越市大字山田114番地６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機能が低下した人体の心臓Ａに接続さ
れ、駆動部２、ポンプ部３、ノズル部４より構成されて
なる人工心臓１であって、前記人体内に埋設され血液と
接触する前記人工心臓１の母材の表面にダイヤモンド状
炭素膜を形成してなることを特徴とする人工心臓の抗血
栓処理。
【請求項２】前記ダイヤモンド状炭素膜はイオンプレ
ーティングとイオン注入法を組合わせることにより形成
されてなることを特徴とする請求項１記載の人工心臓の
抗血栓処理。
【請求項３】前記ダイヤモンド状炭素膜は蒸着とイオ
ン注入法を組合わせることにより形成されてなることを
特徴とする請求項１記載の人工心臓の抗血栓処理。
【請求項４】母材がチタン、チタン合金等の金属、セ
ラミクス等の非金属の無機材料、あるいはポリカーボネ
ート、シリコン、テフロン、ポリウレタン等の高分子化
合物であることを特徴とする請求項１記載の人工心臓の
抗血栓処理。