专利名称：一种新的生物可降解支架的加工方法
技术领域：
本发明涉及一种用于医疗用途的生物可降解支架的加工方法。
背景技术：
作为治疗血管狭窄的重要手段，支架已经得到越来越广泛的应用。目前广泛使用的支架均为金属材料，在治疗完成以后该支架将永久存留在人体内，这会削弱血管的MRI 或是CT影像。此外，金属支架还存在一些其它缺点，例如，它可能会干扰外科血运重建、阻碍侧枝循环的形成、抑制血管正性重塑等等。基于这样的问题，生物可降解支架作为可能的一种替代解决方案引起了人们的广泛关注。生物可降解支架在植入病变位置后可以在短期内起到支撑血管的作用。在治疗完成以后，生物可降解支架在人体环境内会降解成为可被人体吸收、代谢的有机物，最终该支架会消失。常见的生物可降解支架的原材料有聚合物材料(如聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯等)和可降解金属材料(如镁合金、铁基合金等)。可降解金属材料由于降解时间太快，很难保证支架的有效支撑时间。而生物可降解聚合物材料(如聚乳酸及其共聚物等)已被美国食品与药物管理局FDA批准为可应用于人体的生物工程材料。以生物可降解聚合物材料为原材料的生物可降解支架的研究是目前的研究热点。常见的生物可降解聚合物材料(如聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯等)的力学性能比较弱，其杨氏模量只有0. 1-4GI^左右，强度只有40-80MPa。由于材料的力学强度低，在由这些材料制成支架以后，支架的径向支撑力较小，一般都在IOOKPa之下，因而很难起到支撑血管的作用。并且，这些材料的弹性范围大于传统的金属支架材料，使得制备成的支架在扩张以后的回弹率较高，这也是一个很大的问题。另外，这些材料的塑性变形区小，韧性差，使得支架在扩张过程中容易出现断裂等不良事件。为了解决支架的支撑力的问题，中国专利文献CN 101925370A(发明名称是“支架及其制造方法”)提出了一种支架制造方法，其中先将生物可降解材料构成为纤维，然后将纤维相互粘合或者交络形成无纺布，再将无纺布做成圆筒状的支架。由于纤维具有规则或者不规则的取向，这种方法制备的支架具有所需的刚性(径向支撑力)和柔性(柔顺性)。 然而，此方法制备的支架在解决支架弹性回缩大和扩张断裂方面没有明显的改善。而且该专利文献中的纤维只能做到沿着圆周方向和轴向方向取向，而不可能沿着径向方向取向， 这样使得该支架的径向支撑力仍然不能得到明显的提升。
发明内容
鉴于现有技术的上述技术问题，本发明的目的在于开发一种生物可降解支架的加工方法，以便有效提高该支架的径向支撑力。根据本发明，提供了一种生物可降解支架的加工方法，包括如下步骤步骤1)提供由生物可降解原材料制备的原始管坯，该原始管坯具有预定外径和
预定壁厚；
步骤幻对所述原始管坯施加压力，以制备成型管材，其中，对所述原始管坯进行吹塑，以使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向进行高度取向，或者使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向和管坯轴向方向进行双轴取向；以及步骤；3)将所述成型管材制备成所述生物可降解支架。 请注意，这里的“取向”是指材料学领域中的一个技术术语，它是指使一定材料中的分子链优先沿某一个方向排列。因而，上述的“使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向进行高度取向”是指使得所述原始管坯的材料内的分子链优先大致沿着径向方向排列；上述的“使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向和管坯轴向方向进行双轴取向”是指使得所述原始管坯的材料内的分子链优先大致沿着径向方向和轴向方向这两个方向排列。在实际加工处理中，通常可以通过使得原始管坯沿其径向方向扩张膨胀来使得材料中的分子链大致沿径向排列，且可以通过使得原始管坯沿其径向方向和轴向方向这两个方向扩张膨胀来使得材料中的分子链大致沿径向和轴向这两个方向排列。优选地，在本发明中，所述步骤2、包括如下步骤步骤a)将所述原始管坯放入导热性好而且不易变形的管状模具中，该管状模具的内径大于所述原始管坯的所述预定外径；步骤b)将所述原始管坯和所述管状模具加热到一系统加热温度，并对所述原始管坯的内部施加扩张外力，以使得所述原始管坯在所述系统加热温度下且在所述扩张外力作用下扩张膨胀，并且所述原始管坯扩张后的管材外径等于所述管状模具的内径；以及步骤c)在保持所述扩张外力的情况下，使所述原始管坯和所述管状模具迅速冷却到一系统冷却温度，然后撤除所述扩张外力，将经过冷却处理之后的管坯从所述管状模具中取出，从而得到所述成型管材。在本发明中，由于位于外部的管状模具的存在，处于管状模具内部的原始管坯不会因为过度扩张而破裂。并且，经过本发明的上述步骤所得到的成型管材的径向模量、强度和韧性都可以得到大幅度提高。优选地，对上述的加工步骤1)中提到的原始管坯的几何尺寸进行严格控制，以便于保证最后支架的几何尺寸能够满足外径、壁厚等要求。优选地，在本发明中，所述原始管坯的外径和所述成型管材的外径的比例在1 1.5到1 5之间，且所述原始管坯的壁厚和所述成型管材的壁厚的比例在1.5 1到5 1之间。优选地，在所述步骤b)中，所述系统加热温度高于所述原始管坯的材料的玻璃化转变温度，且低于所述原始管坯的材料的熔融温度或粘流温度。优选地，在所述步骤b)中，在保持所述系统加热温度的同时，使所述扩张外力保持一段预定时间。这样，使得管材进行取向处理的时间较长，材料的取向度可以得到提高， 这有助于得到最终力学性能更好的支架。优选地，在所述步骤b)中，在对所述原始管坯的内部施加所述扩张外力的过程中，在对所述原始管坯施加沿管坯径向方向的外力的同时，还对所述原始管坯施加沿管坯轴向方向的拉伸力，以使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向和管坯轴向方向进行双轴取向。优选地，在所述步骤C)中，所述系统冷却温度比所述原始管坯的材料的玻璃化转变温度低20°C或更多。
优选地，在所述步骤b)中，通过对所述原始管坯的内部吹入高压气体，来施加所述扩张外力。优选地，在所述步骤1)中，通过挤出方法或注塑方法来制备所述原始管坯。优选地，在所述步骤幻中，通过激光切割方法将所述成型管材制备成所述生物可降解支架。总之，通过本发明的加工方法，可以使得在管材被切割成支架之前，使管材材料沿径向方向进行高度取向，材料在径向方向上的高度取向可以有效地提高支架的径向支撑力。而且，经过径向取向处理之后的材料的韧性也会大大增加，因而也可以有效降低支架的回弹和扩张过程中的断裂现象。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见的是，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些特定实施例，其不是对本发明的保护范围的限制。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，当然还可以根据本发明的这些实施例及其附图获得一些其它的实施例和附图。图1示出了根据本发明一个实施例的原始管坯和外部管状模具的立体结构示意图。图2示出了图1的原始管坯和外部管状模具的横截面示意图。图3示出了根据本发明处理之前的原始管坯的几何尺寸和根据本发明处理之后的成型管材的几何尺寸的比较示意图。图4示出了由成型管材切割出的支架的结构示意图。
具体实施例方式为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请所述的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当落在本发明构思范围之内。本发明总体上提供了一种用于医疗用途的生物可降解支架的加工方法，通过该加工方法，可以有效提高该支架的径向支撑力。如前所述，常见的生物可降解支架的原材料有聚合物材料和可降解金属材料。可降解金属材料的降解时间太快，很难保证支架的有效支撑时间。而生物可降解聚合物材料的降解时间则比金属材料长。所以，本发明的支架主要考虑使用生物可降解的聚合物材料构成。以下参考图1 图4来详细描述本发明的优选实施例。图1示出了根据本发明一个实施例的原始管坯和外部管状模具的立体结构示意图，其中1表示原始管坯，2表示管状模具。图2是图1的原始管坯和外部管状模具的横截面示意图，其中1表示原始管坯，2表示管状模具，A表示管坯受到的扩张外力。图3示出了根据本发明处理之前的原始管坯的几何尺寸和根据本发明处理之后的成型管材的几何尺寸的比较示意图，其中根据本发明处理之前的原始管坯的外径为R1、原始管坯的壁厚为 Tl，而根据本发明处理之后的成型管材的外径为R2、成型管材的壁厚为T2。从图3可以看出，R2 > Rl, T2 < Tl。图4则示出了由成型管材切割出的支架的结构示意图。本发明的生物可降解支架的加工方法的核心构思在于在将生物可降解聚合物管材切割成支架之前，先对管材进行吹塑，以使管材材料沿着径向进行高度取向，或者沿着径向和轴向进行双轴径向。本发明的方法的具体步骤包括①首先将生物可降解原材料通过挤出或者注塑的方法制备成外径较小、壁厚较大的原始管坯1。图1 图2中示出了原始管坯1。②将原始管坯1放入导热性好而且不易变形的管状模具2中，管状模具2的内径等于管材的目标直径。图1 图2中也示出了管状模具2。③对包括了原始管坯1和管状模具2的处理系统进行加热，并对原始管坯1内吹入高压气体或者以其他方法施加外力，使原始管坯1在高温和外力的作用下发生膨胀扩张。图3示出了这种膨胀扩张。由于外部的管状模具2的存在，原始管坯不会因过度扩张而破裂。扩张后的成型管材3的外径等于管状模具2的内径。④保持外力的情况下将整个处理系统迅速冷却，然后撤除外力，将冷却后的管材从管状模具2中取出，即得到径向模量、强度和韧性大幅度提高的成型管材3。⑤将成型管材3通过激光切割或者以其它方法制备成支架。图4示出了切割出的支架。对于上述的加工步骤①中提到的原始管坯1，其几何尺寸优选进行严格控制，以保证最后支架的几何尺寸能够满足外径、壁厚等要求。一般原始管坯1和成型管材3的外径的比例可以选择为1 1.5到1 5之间，原始管坯1的壁厚和成型管材3的壁厚的比例可以选择为1.5 1到5 1之间。关于上述的加工步骤③中提到的系统加热温度，一般选择为高于原始管坯1的材料的玻璃化转变温度，且低于原始管坯1的熔融温度或者粘流温度。在上述的加工步骤③中，也可以在保持系统加热温度的条件下，保持扩张外力一段预定时间。这样，管材的取向处理时间较长，材料的取向度可以进一步得到提高，有助于得到最终力学性能更好的支架。在上述的加工步骤③中，在对原始管坯1施加一个径向膨胀的外力的同时，可以对原始管坯1施加一个沿轴向的拉伸力，从而使管材实现沿着径向和轴向的双向取向。在上述的加工步骤④中，处理系统冷却时的温度优选低于原始管坯1的材料的玻璃化转变温度20°C或更多。本发明的有益技术效果如下所述根据本发明的技术方法制备成的支架的径向支撑力可以达到IOOKPa以上，支架扩张后的回弹率可以控制在5%以内，支架在扩张过程中不容易出现断裂。这样，在支架植入人体后，支架在病变位置处可以有效地支撑血管，且撑开后不易发生断裂、回缩和移位。 此外，这种方法只是涉及将支架的加工制备方法进行创新，而不改变支架的原材料，因而对支架的生物安全性没有任何影响。CN 102429749 A
说明书
5/6页以下采用具体参数描述本发明的加工方法的两个实例。实例一本实例一中选取的支架本体的材料是生物可降解的高分子材料聚乳酸。通过挤出的方法，将聚乳酸挤出成外径1mm、壁厚0. 35mm的管坯。将此管坯放入内径为3mm的不锈钢套管中。聚乳酸管坯的一端封闭，另一端与高压气路相接。然后，将包括管坯和套管的整个系统都加热到80°C，向管坯中充入压强为200PSI (磅/平方英寸)(即1. 379MPa)的高压氮气，同时将管坯轴向拉伸10mm，管坯在高温、高压下膨胀、拉伸成外径3mm、壁厚0. 15mm的管材。将系统迅速冷却到室温，然后卸掉高压，将管材从外套模具、即不锈钢套管中小心地取出。然后，通过激光切割，把管材切割成图4所示的支架。将制备完成的支架压握在合适的球囊上，在压握后支架的直径为1.4mm。然后， 在37°C的生理盐水中把支架用球囊扩张的方式扩张到3. 0mm。扩张过程中支架未发生断裂。球囊回撤后，测量支架的回弹率为4%。测量扩张后的支架的支撑力，得到支撑力为 115-120KPao将用同样方法制备的支架压握到合适的球囊上，然后输送到血管的狭窄部位，充盈球囊以扩张支架，从而撑开狭窄的血管，撑开过程中未观察到支架的断裂。球囊回抽后， 血管造影观察到血管仍然被支架撑开，整个手术过程中未发生支架塌陷的不良事件。2年后通过血管内超声进行临床随访时已看不到支架，这说明支架主体材料完全降解，植入支架的病变部位没有出现再狭窄现象和炎症反应。实例二本实例二中选取的支架本体的材料是生物可降解的高分子材料聚乳酸-羟基乙酸的共聚物。通过注塑的方法，将聚乳酸-羟基乙酸共聚物注塑成外径1. 5mm、壁厚0. 4mm 的管坯。将此管坯放入内径为2. 5mm的不锈钢套管中。同时，在管坯内部放入一个弹性管， 例如由聚酰胺管或者聚醚嵌段酰胺管材形成的弹性管，其中，弹性管的一端封闭，另一端与高压气路相接。然后，将包括套管、管坯和弹性管的整个系统都加热到113°C，在弹性管内通入480PSI (即3.3096MPa)的高压气体，同时拉伸弹性管。弹性管发生膨胀的同时使管坯扩张开，管坯在高温和弹性管的扩张压力下膨胀成外径2. 5mm、壁厚0. 2mm的管材。将系统迅速冷却到15°C，卸掉高压，然后将里面的弹性管抽走，把管材小心地从外套模具、即不锈钢套管中取出。通过激光切割，把管材切割成螺旋型的支架。将制备完成的支架压握在合适的球囊上，在压握后支架的直径为1. 5mm。然后，在 37°C的生理盐水中，把支架用球囊扩张的方式扩张到2. 8mm。扩张过程中支架未发生断裂。 球囊回撤后，测量支架的回弹率为3%。测量扩张后的支架的支撑力，得到支撑力为120KPa
左右ο将用同样方法制备的支架通过球囊输送系统输送到血管的狭窄部位，然后用球囊扩张的方式撑开支架，从而支撑狭窄的血管。手术过程中未观察到支架的断裂。球囊回抽后，血管造影观察到血管仍然被支架撑开。整个手术过程中未发生支架塌陷的不良事件。 18个月后通过血管内超声进行临床随访时已看不到支架，这说明支架主体材料完全降解， 植入支架的病变部位没有出现再狭窄现象和炎症反应。以上所述仅是本申请的一些具体实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明原理和发明构思的前提下，还可以对上述实施例进行各种组合或做出若干改进和变型，这些组合、改进和变型也应视为落在本申请的保护范围和发明构思之内。
权利要求
1.一种生物可降解支架的加工方法，包括如下步骤步骤1)提供由生物可降解原材料制备的原始管坯，该原始管坯具有预定外径和预定壁厚；步骤2)对所述原始管坯施加压力，以制备成型管材，其中，对所述原始管坯进行吹塑，以使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向进行高度取向，或者使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向和管坯轴向方向进行双轴取向；以及步骤幻将所述成型管材制备成所述生物可降解支架。
2.根据权利要求1所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于 所述步骤2~)包括如下步骤步骤a)将所述原始管坯放入导热性好而且不易变形的管状模具中，该管状模具的内径大于所述原始管坯的所述预定外径；步骤b)将所述原始管坯和所述管状模具加热到一系统加热温度，并对所述原始管坯的内部施加扩张外力，以使得所述原始管坯在所述系统加热温度下且在所述扩张外力作用下扩张膨胀，并且所述原始管坯扩张后的管材外径等于所述管状模具的内径；以及步骤c)在保持所述扩张外力的情况下，使所述原始管坯和所述管状模具迅速冷却到一系统冷却温度，然后撤除所述扩张外力，将经过冷却处理之后的管坯从所述管状模具中取出，从而得到所述成型管材。
3.根据权利要求1或2所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于所述原始管坯的外径和所述成型管材的外径的比例在1 1.5到1 5之间，且所述原始管坯的壁厚和所述成型管材的壁厚的比例在1.5 1到5 1之间。
4.根据权利要求2所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于在所述步骤b)中，所述系统加热温度高于所述原始管坯的材料的玻璃化转变温度，且低于所述原始管坯的材料的熔融温度或粘流温度。
5.根据权利要求2所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于在所述步骤b)中，在保持所述系统加热温度的同时，使所述扩张外力保持一段预定时间。
6.根据权利要求2所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于在所述步骤b)中，在对所述原始管坯的内部施加所述扩张外力的过程中，在对所述原始管坯施加沿管坯径向方向的外力的同时，还对所述原始管坯施加沿管坯轴向方向的拉伸力，以使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向和管坯轴向方向进行双轴取向。
7.根据权利要求2所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于在所述步骤c)中，所述系统冷却温度比所述原始管坯的材料的玻璃化转变温度低 20°C或更多。
8.根据权利要求2所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于在所述步骤b)中，通过对所述原始管坯的内部吹入高压气体，来施加所述扩张外力。
9.根据权利要求1或2所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于 在所述步骤1)中，通过挤出方法或注塑方法来制备所述原始管坯。
10.根据权利要求1或2所述的生物可降解支架的加工方法，其特征在于在所述步骤幻中，通过激光切割方法将所述成型管材制备成所述生物可降解支架。
全文摘要
本发明提供了一种新的生物可降解支架的加工方法，其包括如下步骤步骤1)提供由生物可降解原材料制备的原始管坯，该原始管坯具有预定外径和预定壁厚；步骤2)对所述原始管坯施加压力，以制备成型管材，其中，对所述原始管坯进行吹塑，以使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向进行高度取向，或者使得所述原始管坯的材料沿管坯径向方向和管坯轴向方向进行双轴取向；以及步骤3)将所述成型管材制备成生物可降解支架。根据本发明的加工方法可以有效提高支架的径向支撑力，且经过径向取向处理之后的材料的韧性会大大增加，因而可以有效降低支架的回弹和扩张过程中的断裂现象。
文档编号A61F2/82GK102429749SQ20111021914
公开日2012年5月2日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者孟娟, 石秀凤, 罗七一, 陈宝爱 申请人:微创医疗器械(上海)有限公司