专利名称：人工心脏瓣膜,特别是二尖瓣,以及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种人工心脏瓣膜，特别是二尖瓣，它由一带至少两个膜瓣的支承壳体组成。
由于生理学的原因，这种二尖瓣的膜瓣与主动脉瓣膜膜瓣相比平得多，并且具有小得多的曲率半径。因此这样成形的二尖瓣膜瓣的刚性小于主动脉膜瓣。但是因为二尖瓣位置内的压力负荷高于在主动脉心脏瓣膜的膜瓣上的，因此二尖瓣负荷更大。虽然在原则上存在这样的可能性，即加大膜瓣的厚度，但是这导致表面上较大的弯曲延展。其结果可能是不同的。例如存在这样的危险，即膜瓣可能从支承壳体壁上脱落，或者在连接部位处膜瓣的柔性产生疲劳。均匀柔软的软厚的膜瓣也有缺点，即为了打开膜瓣需要花费大的弯曲力，或者膜瓣不能充分开启。此外也不能排除，膜瓣沿着连合线开裂，和/或膜瓣的材料随着时间推移而疲劳，使得由于相应于材料疲劳而改变的轮廓可能在膜瓣上形成轻微的沉积，由此普遍加大旋风倾向。同样也加大钙化的倾向(Kalzifizierungsneigung)，因为石灰质最容易沉积在高延展部位。
为了消除上述缺点，在US4222126中建议，膜瓣的连合线用窄的弹性体带加强，并且膜瓣通过径向分布的支承条附加地强化。但是事实证明，由此只能不充分地排除开头所述的缺点。
因此本发明的目的是，创造一种人工瓣膜，特别是人工二尖瓣，其结构在持久负载能力方面得到改善。
这个目的通过按权利要求1的人工心脏瓣膜这样地实现，即膜瓣和/或支承壳体具有一核芯和一包围该核芯的表层，其中，核芯材料与表层相比具有更大的硬度和更小的弯曲延展强度，尤其是支承壳体和/或膜瓣内的硬度和/或弯曲延展强度从位于外部的区域到位于内部的区域(核芯)随着进入深度的增加而逐层变化。换言之，膜瓣(或支承壳体)的核芯由具有较小拉伸弹性的，亦即较硬的材料组成，而覆盖表面则由适合生物生存的、血液协调的和明显弯曲柔软的材料构成。通过这种措施，膜瓣的延展极限显著提高。这种转变以理想的方式随着进入深度的增加连续地实现。用这种措施提高膜瓣的交变弯曲强度，因为通常，较软的材料，特别是同一族聚合物，尤其是聚氨酯，可以经受较大的延伸。此外已知，较硬的材料，例如具有较多硬块成分的聚氨酯倾向于具有较小的血液协调性，并具有比软的材料小的延伸极限。对于按本发明的三明治式结构最好采用具有如下弹性模量的材料，也就是说，对于位于外部的表面层4至40N/mm2，对于膜瓣的核芯40至200N/mm2，对于外壳材料200至1000N/mm2。
按照本发明的另一种方案，膜瓣内的具有材料均匀的结构的核芯区域具有0.05mm至0.15mm的厚度，而表层具有0.02mm至0.1mm的厚度，使得总厚度最好在0.2mm至0.25mm之间。
为了防止膜瓣的自由边缘形成裂纹，并且同时提高闭合的膜瓣的密封性，在膜瓣闭合时，相互贴合的膜瓣的边缘区域做成带有由表层材料组成的边缘一侧加厚的密封唇口，其中相互的贴合面沿流通方向看具有至少为0.35mm，尤其是0.5mm至0.8mm的高度。由于将膜瓣分成核芯区域和带有一在连合端的密封唇口压印的较软的表面后，一方面有效防止膜瓣被击穿，另一方面使膜瓣的边缘制作得既柔软又有弹性，从而总体上提高膜瓣的耐持久交变弯曲能力，这对于开启和闭合运动有显著的优点。
支承壳体和膜瓣最好由同一种材料，特别是聚氨酯组成，这种材料在核芯区域和表层内具有不同的机械性能。与那种支承壳体和膜瓣采用不同材料的人工心脏瓣膜不同，由此可以避免在相互连接的界面处的化学交互作用。
如果希望基环更加稳固，这可以通过埋在那里的由钛或钛合金组成的环达到。这个环被支承壳体的其他材料，例如聚氨酯完全包围。钛或钛合金相对于聚氨酯是完全化学惰性的，其次在基环区域内存在足够的厚度，通过它钛环或与它相接触的区域对外屏蔽。通过这个措施使整个人工心脏瓣膜完全由聚氨酯构成。
支承壳体本身或支承壳体的核芯，如果它由核芯和边缘结构组成的话，与膜瓣的核芯相比具有更大的硬度和/或更小的弯曲延展强度。用这个措施考虑这样的要求，即膜瓣的柔性和弹性必须大于支承壳体，特别是在支柱区域内的柔性和弹性。
为了制造所述心脏瓣膜，最好从用浸渍法制造膜瓣开始，其中在一由钢或塑料组成的、带有抛光的其结构造型相当于膜瓣的结构的表面的浸渍芯体上，首先用多次分别通过干燥过程中断的浸渍过程产生表面层。接着通过注塑浇注上支承体核芯，然后在另一个浸渍过程中生成膜瓣的核芯区域，最后在将这样成形的物体从浸渍模具上取下之前，通过至少另一次浸渍过程涂覆膜瓣和支承体的外表层。
按照本发明的进一步发展，本发明的方法可以作如下改进，即通过这样的方法产生涂层中的至少一涂层或一个核芯层，即在载体模具或已经制造好的涂层上逐点地、以一定顺序线性地、焊缝形地或平面形地涂覆聚合物溶液单个液滴或粘性的聚合多组分体系的液滴，使涂层干燥，再涂覆液滴，接着再干燥，如此多次反复，直至形成相应三维结构造型的所希望的涂层。单个液滴精确地分派给模具或例如通过浸渍法制造的衬底，液滴涂覆在该衬底上，这可以通过一用于定量给料工具的引导的定位装置进行，定量给料工具离模具或要在它上面沉积所希望的涂层的衬底一定距离借助于一触发装置沿着移动。液滴可以相互并排地滴下，使它们相互接触，以便在总体上得到一连续的、在某些情况下还是液态的聚合物薄膜。这样可以通过几层或许多层逐次地建立具有规定厚度分布的薄膜，例如以这样的形式，即在制造膜瓣时膜瓣的自由边缘做成(较厚的)密封唇口的形状。作为对此的另一种选择也可以，铺放相互不接触的液滴，并在干燥以后各个中间区域填充新的液滴，以便这样栅格形地产生相应厚度的希望的薄膜。由定量给料系统输出的液流由可重复的单个液流组成，其大小为直径0.2mm至1mm，相当于体积34nl至4.2μl。涂覆的液滴的面积直径最好为0.25mm至2.5mm。在理想的情况下如果所用的聚合物溶液的粘度为1mPas至50Pas，那么这种聚合物溶液对于逐滴涂覆证明是最佳的。
上述定量给料法也可以和按现有技术已知的浇注和浸渍法相结合，例如这样，在一芯体上通过交替地浸入聚合物溶液和定量涂覆单个液滴制造膜瓣，以形成有关的涂层。这里分别需要多次浸渍和定量给料过程。在将膜瓣的自由棱边分开后通过浇注或相应的另一次浸渍法和/或定量的液滴涂覆生成支承体，其中在单次浸渍、浇注或定量给料过程之间压上一最好由钛或钛合金组成的金属环，并在后续过程中用希望的聚合物，特别是聚氨酯，覆盖和封闭。
支承壳体以及膜瓣的结构可以从图2和3中看到。由图中可清楚看出，膜瓣11和12与表层17相比各自具有一由更大的硬度和更小的弯曲延展强度的材料组成的核芯16。在这两层之间还可以设置另外的层21，如由图2可见，支承壳体10的壁15也用这些层覆盖。
在膜瓣11和12相互贴合的末端处，所述膜瓣被加厚成一由较软的材料17组成的密封唇口22，其中各个膜瓣的核芯16终止于密封唇口22之前。在膜瓣闭合时，密封唇口相互贴合的高度h至少为0.35mm，最好为直到0.8mm。
为了制造人工二尖瓣，采用一种浸渍模具，它具有两个相应于膜瓣的形状的抛光表面。这个浸渍模具在多次浸渍过程中首先用一种较软的聚氨酯覆盖，直至达到涂层17要求的厚度为止。在某些情况下，在后续浸渍过程中，涂覆一附加的中间层21，其中每个下一层涂层可以是一个薄膜，使得由此可以调整到具有每个下一个薄层的涂层的(几乎是)连续的硬度梯度。接着将带有覆盖层17和在某些情况下还有21的浸渍模具放入另一模具内，在该模具内通过注塑工艺生成带有壁15的支承体。现在起在后续浸渍过程中，如由图2所见，涂覆膜瓣的核芯16以及两个涂层21和17，从而得到带有在其上面生成的膜瓣11、12的一体的支承体。表层17、21或17可以只生成在膜瓣11、12的区域内，或者附加地在支承体10上。膜瓣11、12连同其各个涂层16、17、21，在某些情况下还有支承体10连同壁15均由聚氨酯组成。如果选择在图2中所示的实施形式，那么支承体15也可以由用聚氨酯涂覆的聚酰胺组成。
上面已经提到，各个涂层也可以不用浸渍法或浇注法，而是通过将液滴定量涂覆在相应的衬底上形成。特别是如果一个心脏瓣膜部分要具有不同的厚度分布，那么便可以采用这种方法，就像假如为了在膜瓣的自由边缘上制造密封唇口的情况那样。
权利要求
1.人工心脏瓣膜，由一带至少两个膜瓣(11、12)的支承壳体(10)组成，特别是二尖瓣，其特征为所述膜瓣(11、12)和/或支承壳体(10)具有一核芯(15、16)和一包围该核芯的表层(17、21)，其中，核芯材料与所述表层相比具有更大的硬度和/或更小的弯曲延展强度。
2.按权利要求1的人工心脏瓣膜，其特征为所述支承壳体(10)和/或膜瓣(11、12)内的硬度和/或弯曲延展强度从位于外部的区域到位于内部的区域随着进入深度的增大逐层变化，其中尤其是位于外部的表层(17)具有4N/mm2至40N/mm2的弹性模量，核芯材料(16)具有40N/mm2至200N/mm2的弹性模量，和/或外壳材料具有200N/mm2至1000N/mm2的弹性模量。
3.按权利要求1或2的人工心脏瓣膜，其特征为在膜瓣内核芯区域具有0.05至0.15mm的厚度，而表层具有0.02至0.1mm的厚度，其中总厚度最好为0.2至0.25mm。
4.按权利要求1至3之任一项的人工心脏瓣膜，其特征为在膜瓣(11、12)闭合时，相互贴合的膜瓣的边缘区域做成具有由表层(17)的材料组成的边缘一侧加厚的密封唇口(22)，其中相互贴合的表面沿流通方向看具有至少为0.35mm，尤其是0.5mm至0.8mm的高度h。
5.按权利要求1至4之任一项的人工心脏瓣膜，其特征为所述支承壳体(10)和膜瓣(11、12)由同一种材料，尤其是聚氨酯组成。
6.按权利要求1至5之任一项的心脏瓣膜，其特征为最好由聚氨酯组成的支承壳体(10)在基环区域内用放入的由钛或钛合金组成的环加强。
7.按权利要求1至6之任一项的心脏瓣膜，其特征为支承壳体(10)的核芯(15)具有比膜瓣(11、12)的核芯(16)大的硬度和/或小的弯曲延展强度。
8.制造按权利要求1至7之任一项的心脏瓣膜的方法，其中膜瓣(11、12)借助于浸渍法制造，而支承体(10)通过注塑制造，其特征为膜瓣(11、12)和支承体(10)的内表层(17、21)通过至少一次在一液态溶液中的浸渍过程制成一个单元，接着通过注塑浇注一个支承体核芯(15)，然后在后续浸渍过程中，生成膜瓣的核芯区域(16)，最后通过至少另一次浸渍过程涂覆膜瓣(11、12)和支承体(10)的外表层(21、17)，并将这样成形的物体从浸渍模具上取下。
9.制造按权利要求1至8之任一项的心脏瓣膜的方法，其特征为产生至少一个涂层(17、21)或核芯层(15、16)，其方式为，在所述基体或一个载体模具上逐点地、以一定顺序线性地、焊缝形地或平面形地涂覆聚合物溶液单个液滴或粘性的聚合多组分体系的液滴，使涂层干燥，再涂覆液滴，接着再干燥，如此多次反复，直至形成所希望的形状相符的三维层或涂层。
全文摘要
本发明涉及一种人工心脏瓣膜，它由一带至少两个膜瓣的支承壳体组成，特别是二尖瓣。按照本发明，膜瓣和/或支承壳体具有一核芯和一包围该核芯的表层，其中，核芯材料与所述表层相比具有更大的硬度和/或更小的弯曲延展强度。为了制造这种心脏瓣膜，膜瓣和支承体的内表层通过至少一次在一种液态溶液内的浸渍制成一个单元，接着通过注塑浇注一个支承体核芯，然后在另一些浸渍过程中，生成膜瓣的核芯区域，最后通过至少另一次浸渍过程涂覆膜瓣和支承体的外表层，并将这样制成的物体从浸渍模具上取下。
文档编号A61F2/24GK1449267SQ01815002
公开日2003年10月15日 申请日期2001年10月2日 优先权日2000年10月9日
发明者约瑟夫·扬森 申请人:阿迪亚姆生命科学股份公司