用于涂覆表面的装置、系统和方法与流程

文档序号:13714822阅读:128来源:国知局
相关申请的交叉引用本申请要求2012年12月3日提交的美国临时申请序列号61/723,773的提交日期的优先权,所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。引言涂层和其它表面改性用于向各种装置(包括例如可植入医疗装置)提供有益特征,如减少的磨损和改进的生物相容性。金属氧化物是用于各种应用中的多功能材料,包括例如用于光学涂层和作为用于骨植入物的生物相容性涂层。因此,新的涂覆技术和装置(尤其是具有金属氧化物涂层适用性的那些)可预期积极地影响各种重要的技术,包括例如医疗装置制造。概述本公开提供通过阳极化反应在表面(特别是三维表面)的涂覆和/或改性中具有适用性的装置、系统和方法。例如,所公开的装置、系统和方法适用于在各种装置(包括例如,医疗装置)上通过阳极化形成微结构或纳米结构层,例如金属氧化物微结构或纳米结构层。还提供用一个或多个微结构或纳米结构层改性的装置。本公开的某些非限制性方面包括一种在结构的表面上形成金属氧化物纳米管的方法,所述方法包括将包括金属的结构相对于一个或多个阴极定位,其中所述金属是所述结构的至少0.1重量%并且所述结构与阳极相接触;将所述结构和所述一个或多个阴极至少部分地浸入电解质溶液中;并且在所述阳极与所述一个或多个阴极之间施加电能持续足以在所述结构的表面上形成至少一个金属氧化物纳米管的一段时间。在一些实施方案中,所述一个或多个阴极包括至少三个阴极,并且其中所述至少三个阴极围绕所定位的结构定位。在某些实施方案中,包括金属的结构被定位在距离所述至少三个阴极中的每个的相等距离处。在其它实施方案中,在所述阳极与所述一个或多个阴极之间施加电能的步骤包括施加基本上恒定的电压或基本上恒定的电流持续所述时间段。在一些实施方案中,所述纳米管包括金属的氧化物,如包括铝、铌、钽、钛、钨、锆或其混合物的氧化物的金属氧化物。在某些实施方案中,所述金属氧化物包括钛的氧化物。在某些实施方案中,金属是所述结构的至少10重量%,包括所述结构的至少20重量%,和所述结构的至少50重量%。在一些实施方案中,所述时间段足以在所述结构的表面上形成至少一个具有至少10nm长度的纳米管。在其它实施方案中,所述时间段足以在所述结构的表面上形成至少一个具有至少100nm长度的纳米管。在其它实施方案中,所述时间段足以在所述结构的表面上形成至少一个具有至少1000nm长度的纳米管。在一些实施方案中,所述至少一个纳米管的直径是至少1nm至1,000nm,包括10nm至200nm。在其它实施方案中,所述至少一个纳米管的直径是至少10nm。在其它实施方案中,所述至少一个纳米管的直径是至少100nm。在其它实施方案中,所述至少一个纳米管的直径是在1nm至100nm范围内的直径。在一些实施方案中,在所述阳极与所述一个或多个阴极之间施加电能的步骤包括施加基本上恒定的电压持续所述时间段。在某些实施方案中,基本上恒定的电压是在约1毫伏至100千伏范围、包括约10伏至150伏范围内的基本上恒定的电压。在一些实施方案中,在所述阳极与所述一个或多个阴极之间施加电能的步骤包括施加基本上恒定的电流持续所述时间段。在某些实施方案中,基本上恒定的电流是在约1毫微微安至约100千安培范围内的基本上恒定的电流。在一些实施方案中,所述电解质溶液包括铝、铌、钽、钛、钨、锆或其混合物的化合物。一些实施方案中,所述结构包括医疗装置或其一部分,包括支架、传感器、动静脉分流器、起搏器或其组合。在一些实施方案中,所述方法包括将电解质溶液维持在基本上恒定的温度下,包括在所述电解质溶液的冰点以上和所述电解质溶液的沸点以下的(如约10℃至约50℃范围内的)基本上恒定的温度。在某些实施方案中,基本上恒定的温度是约25℃。在一些实施方案中,所述时间段是5秒至5天范围内的时间,包括10分钟至60分钟范围内的时间。在一些实施方案中,所述结构在浸入电解质溶液中之前进行电抛光。在一些实施方案中,所述一个或多个阴极包括铝、铌、钽、钛、钨、锆或其合金。在其它实施方案中,所述一个或多个阴极包括石墨。本公开的其它方面包括一种涂覆系统,所述涂覆系统包括接收框架,所述接收框架包括阳极接收区域和在所述接收框架中围绕所述阳极接收区域定位的一个或多个阴极;以及包括阳极的阳极插入器,其中所述接收框架可拆卸地接收所述阳极插入器并且将所述阳极定位在所述阳极接收区域中。在一些实施方案中,所述一个或多个阴极包括至少三个阴极,并且其中所述至少三个阴极围绕所述结构径向地定位。在其它实施方案中,所述至少三个阴极定位在与所述结构相等距离处。在一些实施方案中,所述阳极插入器包括一种结构,所述结构包括与阳极相接触定位的导电表面。在一些实施方案中,所述接收框架通过滑动配合接合可拆卸地接收所述阳极插入器。在一些实施方案中,所述一个或多个阴极包括相对于阳极接收区域定位的4至10个阴极,包括相对于阳极接收区域定位的5个阴极。在一些实施方案中,所述一个或多个阴极包括铂、钛、钒、石墨或金。在一些实施方案中,所述一个或多个阴极包括铂丝。在一些实施方案中,当定位于阳极接收区域中时,所述阳极平行于所述至少三个阴极定位。在一些实施方案中,所述阳极插入器包括一种结构,所述结构包括与所述阳极相接触定位的导电表面,并且其中包括所述导电表面的结构平行于所述至少三个阴极定位。在一些实施方案中,包括所述导电表面的结构包括钛。在一些实施方案中,所述阳极将包括导电表面的结构固持在适当位置并且使包括导电表面的结构电连接至电源。在一些实施方案中,所述阳极包括石墨、不锈钢或贵金属如铂。在一些实施方案中,包括导电表面的结构包括医疗装置或其一部分,如支架。在一些实施方案中,所述系统还包括温度受控的容器,其中所述接收框架定位在所述温度受控的容器中。在某些实施方案中,所述温度受控的容器包括带夹套的烧杯。在某些实施方案中,所述接收框架具有小于所述带夹套的烧杯的内径的外径。本公开的另一方面包括一种涂覆系统,所述涂覆系统包括接收框架,所述接收框架包括阳极、接收区域和在所述接收框架中围绕所述阳极和所定位的接收区域定位的一个或多个阴极;以及包括插入器臂的插入器,其中所述接收框架可拆卸地接收所述插入器,从而将所述插入器臂定位在所述接收区域中在一些实施方案中,所述一个或多个阴极包括至少三个阴极,并且其中所述至少三个阴极相对于所述结构定位。在某些实施方案中,所述至少三个阴极定位在与所述结构相等距离处。在一些实施方案中,所述插入器包括一种结构,所述结构包括导电表面,所述结构由所述插入器臂固持。本公开的另一方面包括涂覆装置,所述涂覆装置包括第一板,所述第一板限定阳极接收开口和相对于所述阳极接收开口定位的至少三个阴极接收开口;第二板,所述第二板与所述第一板相对定位并且包括至少三个阴极接收开口;多个支撑件,所述支撑件使所述第一板和第二板分离;在所述第一板与第二板之间的接收区域;至少三个阴极,所述至少三个阴极延伸穿过所述第一板的至少三个阴极接收开口并且进入所述第二板的至少三个阴极收开口;以及阳极,所述阳极延伸穿过所述阳极接收开口并且在包括导电表面的结构定位于所述接收区域中时接触包括所述导电表面的结构。在一些实施方案中,所述涂覆装置还包括具有导电表面的结构,所述导电表面与所述阳极相接触定位于所述接收区域中。在一些实施方案中,所述至少三个阴极包括相对于所述接收区域定位的4至10个阴极,包括至少5个阴极。在一些实施方案中,所述至少三个阴极包括铂、钛、钒、石墨或金。在一些实施方案中,所述至少三个阴极包括铂丝。在一些实施方案中,所述阳极平行于所述至少三个阴极定位。在一些实施方案中,所述涂覆装置包括一种结构,所述结构包括与所述阳极相接触定位的导电表面,并且其中包括所述导电表面的结构平行于所述至少三个阴极定位。在某些实施方案中,包括所述导电表面的结构包括钛。在一些实施方案中,所述阳极将包括导电表面的结构固持在适当位置并且使包括导电表面的结构电连接至电源。在某些实施方案中,所述阳极包括不锈钢、石墨或贵金属,如铂。在一些实施方案中,包括导电表面的结构是医疗装置或其一部分,如支架。本公开的另一方面包括一种涂覆系统,所述涂覆系统包括上述涂覆装置和温度受控的容器,其中所述涂覆装置定位于所述温度受控的容器中。在一些实施方案中,所述温度受控的容器包括带夹套的烧杯。在一些实施方案中,所述涂覆装置具有小于所述带夹套的烧杯的内径的外径。本公开的另一方面包括一种涂覆系统,所述涂覆系统包括上述涂覆装置和插入器,所述插入器包括插入器臂,其中所述涂覆装置可拆卸地接收所述插入器,并且从而将所述插入器臂定位于接收区域中。在一些实施方案中,所述插入器包括一种结构,所述结构包括导电表面,所述结构由所述插入器臂固持。在一些实施方案中,所述阳极插入器包括限定切口部分的底座并且所述插入器臂从所述切口部分延伸,其中所述切口部分通过滑动配合接合可释放地接合所述涂覆装置的外表面,并且所述臂在所述插入器和所述涂覆装置接合时将包括导电表面(当存在时)的结构定位于所述涂覆装置的接收区域中。附图简述图1示出根据本公开的涂覆系统的一个实施方案的透视图,其中阳极插入器被定位于接收框架中。五个阴极被示出相对于阳极接收区域定位于接收框架中。图2示出图1中所示的实施方案的另一透视图。图3示出图1中所示的施方案的拆装状态透视图。详述如上所述,本公开提供通过阳极化反应在表面(特别是三维表面)的涂覆和/或改性中具有适用性的装置、系统和方法。例如,所公开的装置、系统和方法适用于在各种装置(包括例如,医疗装置)上通过阳极化形成微结构或纳米结构层,例如金属氧化物微结构或纳米结构层。还提供用一个或多个微结构或纳米结构层改性的装置。在一些实施方案中,所公开的装置、系统和方法适用于形成微结构层,包括例如微纤维、微管、微通道或微孔。在一些实施方案中,所公开的装置、系统和方法适用于形成纳米结构层,包括例如纳米纤维、纳米管、纳米通道或纳米孔。以上结构的另外描述可见于例如美国专利申请公布号2010/0318193和2012/0114734中,其各自的公开内容以引用的方式整体并入本文。在一些实施方案中,所公开的装置、系统和方法适用于形成金属氧化物例如二氧化钛(TiO2)微结构或纳米结构层,包括金属氧化物(例如TiO2)微纤维、微管、微通道、微孔、纳米纤维、纳米管、纳米通道或纳米孔。还提供用一个或多个金属氧化物(例如TiO2)微结构或纳米结构层改性的装置。涂覆装置和系统参考图1-3,本公开提供一种涂覆系统100,其包括接收框架101。接收框架101包括阳极接收区域102和在接收框架101中(例如等距地)围绕阳极接收区域102定位的一个或多个阴极103,例如至少三个阴极103。涂覆系统100还包括阳极插入器104,所述阳极插入器104包括阳极105。接收框架101可拆卸地接收阳极插入器104并且将阳极105定位在阳极接收区域102中。阳极插入器104可用于插入包括导电表面的结构,例如包括金属表面的结构,例如医疗装置如支架(未图示),所述结构在通过阳极化进行所述结构或其一部分的涂覆和/或表面改性之前与阳极105相接触定位并且插入至阳极接收区域102中。因此,在一些实施方案中,阳极插入器104包括一种结构,所述结构包括与阳极105相接触定位的导电表面,例如金属表面(未图示)。接收框架101和阳极插入器104可由任何适合的非导电材料制成,包括例如任何适合的非导电聚合物、共聚物或聚合物组合。适合的非导电聚合物可包括热塑性聚合物,例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚醚醚酮(PEEK);氟化聚合物,例如聚四氟乙烯(PTFE)(TeflonTM)等。一般来说,非导电材料应被选择为使得它在所选择的阳极化条件下、例如与所选择的电解质溶液是相容的和无反应性的。接收框架101和阳极插入器104可通过各种适合的方法制成,包括例如3D印刷、模制(例如,注塑成型)、挤出等。此外,上述方法中的一种或多种可用于作为整体或作为部件零件形成接收框架101和/或阳极插入器104,所述部件零件然后可组装以形成接收框架101和/或阳极插入器104。接收框架101在图1-3中被描绘为具有总体上立方体形状(具有开放侧),包括第一(顶)板107、第二(底)板108和支撑件109。然而,应注意本公开不限于这一具体实施方案,并且接收框架101可以各种适合的形状提供。例如,接收框架101的顶板和底板(107和108)可具有总体上圆形形状或任何其它适合的形状,条件是相对于阳极接收区域102维持阴极103的总体构型。例如,在一些实施方案中,接收框架101具有小于温度受控的容器例如带夹套的烧杯(未图示)的内径的外径,以有助于接收框架101在阳极化期间定位于所述温度受控的容器例如带夹套的烧杯中。带夹套的烧杯在例如希望控制阳极化在其中发生的电解质溶液的温度的情况下可以是有用的。在一些实施方案中,涂覆系统100可包括任选的温度传感器(未图示),所述温度传感器可独立地或与带夹套的烧杯结合用于在阳极化期间控制电解质溶液的温度。在一些实施方案中,接收框架101可进行修改以包括任选的温度传感器或提供用于定位任选的温度传感器的位置。例如,第一板107、第二板108和支撑件109中的一个或多个可进行修改以限定被构造用于接收温度传感器的开口。此外,可改变支撑件109的数目、位置和形状。例如,接收框架101可包括任何适合数目或形状的支撑件109,条件是支撑件109能够维持接收框架101的足够刚度以维持顶板和底板(107和108)的相对位置。例如,在一些实施方案中,接收框架101包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个支撑件109。
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