高耐久性心脏瓣膜的制作方法_3

文档序号:9619647阅读:来源:国知局
被消除,但是并 不是所有的瑕疵都可以被消除,并且在一些情况下,电解抛光可能产生额外的缺陷裂纹或 暴露之前被设置在物品的外表面下面的其他瑕疵。
[0058] 图4描绘了金属线框或支架的表面,其在图示实施例内具有一层坚硬的抗磨涂 料,例如粘合层或基层,和涂层。在一些实施例中,抗磨涂料覆盖金属框架的全部或几乎全 部的外表面。然而在其他实施例中,只有框架的一部分例如,零件、配件或子配件最容易疲 劳。
[0059] 抗磨涂料的一些实施例不包括粘合层,但是其他实施例包括局部粘合层,即只在 涂层的一部分下面的粘合层。在一些情况下,粘合层被涂层完全覆盖,然而在其他情况下, 至少部分粘合层仍然是暴露的。
[0060] 不受任何理论约束时,认为金属框架和涂料之间的热膨胀和刚度的差异可以产生 大压缩残余应力。该大残余应力降低了金属框架处的工作应力,却作用或显现在涂料表面 处,该大残余应力一般比基体处的工作应力强至少约3至4倍。
[0061 ] -种或多种真空沉积过程,例如,物理气相沉积(PVD)、低温电弧气相沉积 (LTAVD)和/或化学沉积(CVD),可以被用于将粘合层和涂层中的每个单独地施加到线框和 支架的外表面上,以降低或最小化过早失效并且增强疲劳寿命。术语"真空沉积过程"通常 指在降低的压力下执行的沉积过程。虽然该术语包括在真空下(即,基本上没有任何气体 压力)执行的过程,但是其还包括在低于大气压力的压力下存在一种或多种气体和/或等 离子体的情况下执行的过程。
[0062] 物理气相沉积(PVD)指用于通过将汽化形式的期望的膜材料冷凝到各个工件表 面上以沉积薄膜的各种真空沉积方法。涂覆方法可以涉及物理过程,诸如高温真空蒸发与 随后的冷凝,或等离子体溅射轰击,而不涉及在待被涂覆的表面处进行化学反应。
[0063]PVD的发展允许在相对较低的温度下施加气相沉积涂料。这种技术被称为低温电 弧气相沉积(LTAVD),这种技术的示例可以用于在低温甚至在接近环境温度下施加金属和 其他材料。待被涂覆的零件可以被放置在室内,并且围绕充当涂料的金属源的阴极旋转。所 述室被抽真空,并且可以在金属源上建立低压电弧。电弧可以使金属从金属源蒸发。
[0064] 所述室可以填充有惰性气体和反应气体的至少一种或惰性气体和反应气体的混 合物,诸如氩气、氦气和氮气,所述反应气体可以在金属源周围形成电弧产生的等离子体。 电弧蒸发的金属原子和反应气体分子可以在等离子体中离子化并且加速远离金属源。电 弧产生的等离子体是均匀的,因为电弧产生的等离子体可以产生具有高能量且大部分(> 95%)被电离的原子和分子通量。高能量可以引起在安装到围绕金属源旋转的一个或多个 夹具的工件上形成硬且黏着的涂料。偏压电源可以被用于将负电荷施加到零件,其进一步 增加冷凝原子的能量。
[0065] 化学气相沉积(CVD)是可以用于生产高纯度、高性能固体材料的化学过程。在典 型的CVD中,工件被暴露于一种或多种易挥发的前驱体(precursor),所述易挥发的前驱体 在基体表面上反应和/或分解以产生期望的层、薄膜或沉积物。任何易挥发副产品都可以 通过反应室的气流或净化来移除。
[0066] 在一个实施例中,LTAVD可以被利用以将粘合层和涂层施加到金属框架上。LTAVD的使用可以对线框和支架有利,因为当暴露于高温时,用于金属框架的一些金属(例如, Elgiloy?钴铬合金和镍钛诺)可以对高温敏感并且可以改变性质。特别地,较高的温度可 以导致框架失去韧度。镍钛诺框架也会在较高的温度下丧失其形状记忆。在将涂层沉积 到任意特定框架上的过程中可以使用的可接受温度将取决于以下因素,所述因素包括框架 的特定成分、框架的热经历和/或框架是否被机械或加工硬化。例如,在一些实施例中,粘 合层和/或涂层可以在大约150°c(大约300°F)或更低的温度下被施加,例如,在大约 145°C(大约296°F)的温度下。其他的框架可以经受的沉积温度达到大约595°C(大约 1100°F),而其他的框架在大约200°C(大约400°F)或更低温度下执行沉积。在一些情 况中,更低的温度与已经定形的镍钛诺框架一起使用。
[0067] 每层的沉积速率可以从每小时大约0. 7μm到大约1μm。涂层可以具有约为10μm或更薄的厚度、约为5μπ?或更薄的厚度或约为1μπ?或更薄的厚度。在一些实施例中,组合 后的粘合层和涂层总共可以具有约为10μπι或更薄的厚度、约5μπι或更薄的厚度或约ιμπι 或更薄的厚度。
[0068] 在真空室内通过LTAVD进行粘合层的沉积可以通过使用惰性气体例如氩气或氦 气来进行。在另一实施例中,通过不同的方法,例如电化学方法,将粘合层或基层的至少一 部分设置到框架上。可以在大约〇°C到大约KKTC例如在大约环境温度下进行粘合层的电 化学沉积的实施例。另外,然而粘合层和涂层被施加,每个均可以单独经受施加后处理或加 工,例如热加工和/或化学加工。化学加工包括将涂层与一种或多种活性化学物质接触,例 如气体、等离子体和/或液相活性物质。具体示例包括还原或氧化,其可以修改涂层的全部 或局部厚度。
[0069] 在金属框架被成形和/或被制作之后,但是在金属框架与生物组织组装以形成最 终的人工生物心脏瓣膜之前,粘合层和涂层可以被施加于金属框架。因为金属框架(例如, 线框或支架)具有三维的、圆形的或圆柱形的几何形状,所以通过使金属框架或金属源中 的任何一个或两者相对于彼此旋转和移动可以获得基层和涂层的均匀施加。在一个实施例 中,金属框架可以被耦接到室内的可移动支撑件上,其中室内可移动支撑件可以旋转并且 将金属框架的所有侧面基本暴露于等离子体,以便提供其上基层和涂层的均匀涂覆。支撑 件可以耦接到金属框架上经历最小量应力或力的区域。例如,对于图1中描述的线框,卷边 16或逐渐弯曲14通常经历最小量的应力,并且因此可以作为耦接到支撑件的理想位置。对 于图2中描述的支架20,该位置可以是支架的竖直支柱40或顶点42其中之一。
[0070] 不受任意理论约束时,认为粘合层可以促进框架和涂层之间的粘附,并且在一些 实施例中,可以包含任何合适的材料,这种材料比涂层更软并且更柔顺(compliant)。因此, 粘合层可以是薄层,例如,跟几个到几十个原子厚度一样薄。在一些情况下可以使用较厚的 粘合层。较薄的粘合层的示例具有从大约3A到大约30A的厚度,或从大约5A到大约15A 的厚度。粘合层的实施例高达约为〇. 1μπι(1〇〇Α)厚,例如,高达约为50A。粘合层可以包 含稳定的非活性元素金属,这种稳定的非活性元素金属包括一种或多种贵金属。粘合层的 元素金属可以是生物相容的或非生物相容的。例如,在涂层完全覆盖粘合层的实施例中, 粘合层中没有任一部分被暴露,因此,生物相容较不重要。因此,在这种情况下,包括沉积条 件、易于沉积、再现性、与涂层的兼容性、涂层的粘附力、全部耐磨涂层的耐久性以及对抗疲 劳的改进的因素可以优选考虑。粘合层的一些实施例包括多层不同的材料以便,例如,改进 底层金属框架和涂层之间的晶格匹配和/或封装较少的生物可相容金属。因此,粘合层可 以包括选自错、钛、错、铪、1凡、银、钽、络、钼、妈、舒、钴、铼、铱、钯、钼、铜、银和金的元素金属 中的任何一种或组合。
[0071] 涂层可以包括选自金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物的材料中的一种材料或 材料组合。在一个实施例中,金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物中的金属可以包含铝、 钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钌、钴、铼、铱、钯和铂中的一种或多种。涂层可以是具有随 机取向晶粒的多晶体。晶粒尺寸可以约为20nm或更小,或从约为10nm到约为15nm。另外
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