用于涂覆表面的装置、系统和方法
【专利说明】用于涂覆表面的装置、系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 按照35U.S.C. § 119(e)，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。
[0003] 引言
[0004] 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。
[0005] 概述
[0006] 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。
[0007] 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 结构的至少〇. 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。
[0008] 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％。
[0009] 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l〇〇nm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l〇〇〇nm长度的纳米管。
[0010] 在一些实施方案中，所述至少一个纳米管的直径是至少lnm至1，OOOnrn，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l〇〇nm。在其它实施方案中，所述至少一个纳米管的 直径是在lnm至100nm范围内的直径。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。在一些实施方案中，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。
[0014] 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l〇°C至约50°C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°C。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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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
[0022] 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。
[0023] 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 个阴极接收开口；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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 附图简述
[0030] 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。
[0031] 图2示出图1中所示的实施方案的另一透视图。
[0032] 图3示出图1和2中所示的实施方案的透视图，其中阴极除去并且阳极插入器从 接收框架中除去。
[0033] 图4示出图3中所示的实施方案的另一透视图。
[0034] 图5示出根据本公开的涂覆装置的一个实施方案的透视图，其中五个阴极相对于 阳极和接收区域定位。
[0035] 图6示出图5的实施方案的另一透视图。
[0036] 图7示出图5和6中所示的实施方案的透视图，其中阴极除去。
[0037] 图8示出图7中所示的实施方案的另一透视图。
[0038] 图9示出被构造用于与图5-8中所示的涂覆装置一起使用的插入器。所述插入器 包括被适配用于固持待涂覆的结构的插入器臂。
[0039] 图10示出图9中所示的插入器，其与图7和8中所示的涂覆装置可滑动地接合， 其中阳极除去。
[0040] 图11示出根据本公开的涂覆系统的示例性实施方案，包括接收框架和插入器。图 A示出无其相应阴极和阳极的接收框架和插入器。图B示出具有与支架相接触定位的不锈 钢阳极的插入器。
[0041] 图12示出使用不同参数形成的1102纳米管涂覆的支架的扫描电子显微镜（SEM) 图像（左上-在30V和室温下阳极化30分钟）、（右上-在15V和室温下阳极化15分 钟）、（左下-在60V和50°C阳极化30分钟）和（右下-在80V和室温下阳极化20分 钟
[0042] 图13示出A)卷曲的和B)膨胀的支架的SEM图像。A)在从支架初始直径