涂覆组织扩张器

摘要

本发明提供了包括具有非膨胀状态和膨胀状态的自膨胀芯(12)和围绕所述芯(12)的涂层(14)的组织扩张器(10)，其中，所述芯(12)包括具有较高的第一(平均)密度D的中心部分(16)和较低的第二(平均)密度d的外围部分(18)、所述中心部分(16)和所述外围部分(18)之间的边界(19)的压制材料，以及其中，所述涂层(14)包括通过所述涂层(14)的多个第一和/或第二孔(20,22)。本发明还提供了制作组织扩张器(10)的方法。该结构使得允许水可控地进入可扩张芯(12)，这允许控制扩张之前的延时和一旦开始的扩张速率。

权利要求

1.一种组织扩张器(10)，包括具有非膨胀状态和膨胀状态的自膨胀芯(12)和围绕所述芯(12)的涂层(14)，其特征在于，所述芯(12)包括具有较高的第一平均密度D的中心部分(16)和较低的第二平均密度d的周边部分(18)、所述中心部分(16)和所述周边部分(18)之间的边界(19)的压制材料，以及其中，所述涂层(14)包括通过所述涂层(14)的多个第一孔和/或第二孔(20、22)。

2.根据权利要求1所述的组织扩张器(10)，包括与所述边界(19)径向间隔并且径向向内的一个或多个第一孔(20)。

3.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，包括位于所述边界(19)上的多个第二孔(22)。

4.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，包括与所述边界(19)径向间隔并且径向向内的多个第三孔(24)。

5.根据权利要求2所述的组织扩张器(10)，其中，所述第一孔(20)围绕所述组织扩张器(10)的中心轴X周向地间隔。

6.根据权利要求3所述的组织扩张器(10)，其中，所述第二孔(22)围绕所述组织扩张器(10)的中心轴X周向地间隔。

7.根据权利要求4所述的组织扩张器(10)，其中，所述第三孔(24)围绕所述组织扩张器(10)的中心轴X周向地间隔。

8.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，其中，所述芯包括上表面和下表面，以及其中，通过所述涂层(14)的多个第一孔和第二孔(20,22)邻近所述上表面和下表面中的每一个。

9.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，包括在所述第一孔(20)的一个或多个孔内的用于控制进水速率的半透水屏障材料。

10.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，包括在所述第二孔(22)的一个或多个孔内的用于控制进水速率的半透水屏障材料。

11.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，其中，所述芯(12)包括第一边缘(12a)，以及其中，所述涂层(14)在邻近所述第一边缘(12a)处相比其他部分具有更大的厚度(T)。

12.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，其中，所述芯(12)包括具有第一曲率半径R的第一边缘(12a)，以及其中，所述涂层(14)具有邻近所述第一边缘(12a)并且具有小于所述第一曲率半径R的曲率半径r的第二边缘(14a)。

13.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，其中，所述芯(12)包括自膨胀聚合物。

14.根据权利要求1或2所述的组织扩张器(10)，其中，所述涂层(14)包括不透水涂层。

15.制作根据权利要求1-14中任一项所述的组织扩张器(10)的方法，包括如下步骤：a)选择自膨胀亲水芯材料；

b)将所述选择的材料形成为给定高度H和宽度W；

c)使用足以克服滑动摩擦的力来压制所述芯材料，减小其高度H同时增大其宽度W；

d)压制中心部分(16)至较高的第一平均密度D和压制周边部分(18)至较低的第二平均密度d，并产生所述中心部分(16)和所述周边部分(18)之间的边界(19)；

e)使用涂层(14)涂覆所述芯(12)；以及

f)提供通过所述涂层(14)的多个第一孔和/或第二孔(20,22)；

其中，从如下公式确定克服滑动摩擦所需的力F：

F＝2k exp(2μ/h(b/2-x))；以及

从如下公式确定克服粘着摩擦所需的力：

其中：F＝力，μ＝摩擦，k＝剪切屈服应力，h＝高度，b/2＝半径以及x＝与中心的距离。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括如下步骤：

a.在步骤(a)和(b)之间，部分地水化所述自膨胀亲水芯材料；以及b.在步骤(b)和(c)之间给所述自膨胀亲水芯材料脱水。

17.根据权利要求15或16所述的方法，包括形成具有第一曲率半径为R的第一边缘(12a)的芯材料和通过围绕芯(12)模塑所述涂层(14)将所述涂层(14)涂覆至芯(12)的步骤。

18.根据权利要求15或16所述的方法，包括形成具有邻近芯的第一边缘(12a)并具有小于芯(12)的第一边缘(12a)的第一曲率半径R的曲率半径r的第二边缘(14a)的涂层材料的步骤。

19.根据权利要求15或16所述的方法，包括提供以不透水涂层的形式的涂层(14)的步骤。

20.根据权利要求15或16所述的方法，还包括在通过所述涂层(14)的一个或多个所述第一孔和/或第二孔(20,22)内提供半透水涂层的步骤。

说明书

涂覆组织扩张器

技术领域

[0001] 本发明涉及可扩张的部件，特别但非排他地涉及被称为组织扩张器的部件。这种扩张器可以被医生、兽医和牙科人员使用以在矫正性或增补性手术之前产生患者组织的扩张并通常具有受控速率的扩张并且也可以被配置为具有延时的扩张能力。

背景技术

[0002] 当前，组织扩张器是再造整形外科的关键部件并且用于例如先天畸形和后天缺陷的治疗。

[0003] EP10776126描述了一种已知形式的组织扩张器，并且从其可以理解，它们通常包含变干之后压缩的材料，这种材料在再水化时将扩张以重新获取压缩过程中的任何高度损失。通过给可扩张材料涂覆生物可降解涂层来控制扩张速率，在插入患者时，生物可降解涂层在暴露至水分时会降解然后允许水分进入可扩张的脱水材料从而将其水化并使其扩张。一种替代方法是使得可扩张材料成为生物可降解材料和可扩张材料的互穿网络，这两者相互结合提供延时和扩张。可以由多种材料形成可扩张材料，但是新型水凝胶(一种分散介质是水的凝胶)特别地用于这种应用。这种扩张器通常被称为“自膨胀组织扩张器”。

[0004] 虽然上述结构能够对延时和扩张速率提供一定程度的控制，但是发现还需要进一步的控制以提供合格产品。此外，期望能够提供如下结构：其中，延时和实际上的扩张速率可以很容易地改变以适应特别的或个性化需求而不必改变基本构造或芯制作方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种组织扩张器，其改进了已知的组织扩张器并且能够对延时或者扩张速率中的一个或另一个提供至少一定程度的控制，并且也可以更容易地改变以适应延时和扩张速率的不同需求。

[0006] 因此，根据本发明的第一方面，提供了一种组织扩张器，包括具有非膨胀状态和膨胀状态的自膨胀芯和围绕所述芯的涂层，其中，所述芯包括具有较高的第一(平均)密度D的中心部分和较低的第二(平均)密度d的周边部分、所述中心部分和所述周边部分之间的边界的压制材料，以及其中，所述涂层包括通过所述涂层的多个第一孔和/或第二孔。

[0007] 优选地，结构包括与所述边界径向间隔并且径向向内的一个或多个第一孔。

[0008] 另外地或可替代地，结构可以包括位于所述边界上的多个第二孔。

[0009] 另外地或可替代地，结构可以包括与所述边界径向间隔并且径向向内的多个第三孔。

[0010] 有益地，所述第一孔围绕所述组织扩张器的中心轴X周向地间隔。

[0011] 有益地，所述第二孔围绕所述组织扩张器的中心轴X周向地间隔。

[0012] 有益地，所述第三孔围绕所述组织扩张器的中心轴X周向地间隔。

[0013] 优选地，所述可扩张芯包括上表面和下表面，以及其中，通过所述涂层的多个所述孔邻近所述上表面和下表面中的一个或多个。

[0014] 有益地，结构包括在所述孔的一个或多个内的半透水屏障材料。所述屏障材料可以用于控制进水速率。

[0015] 有益地，所述芯包括边缘或角，以及其中，所述涂层在邻近所述边缘处相比其他部分具有更大的厚度。

[0016] 在优选结构中，所述芯包括具有曲率半径R的第一边缘，以及其中，所述涂层具有邻近所述第一边缘并且具有小于所述第一曲率半径R的曲率半径r的第二边缘。

[0017] 优选地，所述芯包括自膨胀聚合物，但是也可以使用其他自膨胀材料。

[0018] 根据本发明的第二方面，提供了用于制作组织扩张器的方法，包括如下步骤：

[0019] a)选择自膨胀亲水芯材料；

[0020] b)将所述选择的材料形成为给定高度H和宽度W；

[0021] c)使所述芯材料变干；

[0022] d)通过减小高度H同时增大宽度W来压制所述芯材料，从而产生压制的芯，其具有较高的第一(平均)密度D的内区域和较低的第二(平均)密度d的周边区域、所述中心区域和所述周边区域之间的边界；

[0023] e)使用涂层涂覆所述芯；以及

[0024] f)提供通过所述涂层的多个孔。

[0025] 优选地，所述方法包括形成具有曲率半径为R的边缘的芯材料和通过围绕芯模塑所述涂层将所述涂层涂覆至芯的步骤。

[0026] 有益地，所述方法包括形成具有邻近芯的边缘并具有小于芯的边缘的曲率半径R的曲率半径r的边缘的涂层材料的步骤。

[0027] 优选地，所述方法包括提供以不透水涂层的形式的涂层的步骤。

[0028] 有益地，所述方法还包括提供通过所述涂层的一个或多个孔的步骤。

附图说明

[0029] 现在更特别地参照附图通过示例描述本发明，其中：

[0030] 图1是预成型的可扩张材料的棒的图示；

[0031] 图2是在干燥步骤之前，较短长度的图1所示的材料的视图；

[0032] 图3是执行干燥或者脱水步骤之后图2的材料的视图；

[0033] 图4是压制装置的图示并且示出压制之前和之后图3的材料的形状；

[0034] 图5是示出通过与图4相关的压制方法产生的压制芯的特性的绘图；

[0035] 图6是本发明的压制芯的截面视图并且示出其中心部分和周边部分之间的屏障的位置；

[0036] 图7是被涂覆涂层并且被提供通过它的孔时图6的芯的平面视图；

[0037] 图8是图7的结构的截面视图；以及

[0038] 图9是图8的角部分的详细的截面视图并且示出芯的角的半径R和涂层的角的半径r之间的差异。

具体实施方式

[0039] 本发明可以采用自膨胀聚合物凝胶。本发明的自膨胀聚合物网络可以基于能够吸收水但不会溶解的亲水聚合物网络。通过聚合物上的官能团(例如羟基、羧基或酰胺官能团)提供亲水特性。优选地，自膨胀聚合物网络包含至少一个包含-COOH、>C＝0、-OH或-NH2基的单体。抗溶解性是结构性交联、结晶区或缠结存在的结果。这种材料典型地被称为“水凝胶”。水凝胶包含两种成分，即数量恒定的聚合物网络(即凝胶)和可变的水成分。在无水状态(插入之前)，材料通常被称为干凝胶。无水材料是吸湿的并且从其本地环境吸收/吸附水以将网络水化。自膨胀聚合物网络可以膨胀至它的干质量的很多倍。典型地，处于平衡状态时，水相占自膨胀聚合物网络的总质量的90％或更多，优选95％或更多。通过水分子扩散至聚合物网络中来驱动自膨胀聚合物网络的扩张，该扩散源于渗透和聚合物与水分子之间的相互作用，从而当聚合物被引入来自体内的组织流体的水环境中时，减小系统的吉布斯(Gibbs)自由能。当用于聚合物类和溶剂之间的混合的驱动力被源于聚合物网络的弹性的网络中的链的恢复力平衡时，自膨胀聚合物网络接近它的平衡状态。虽然有许多可以使用的自膨胀聚合物，但水凝胶最适合于医疗应用。优选地，水凝胶包含提供其亲水特性的聚合物上的官能团(例如羟基、羧基或酰胺官能团或其他)。通过将水分子扩散至聚合物网络中驱动上述自膨胀聚合物的扩张，这源于渗透和聚合物与水分子之间的相互作用，从而当聚合物被引入例如当插入人体或动物体内时可以经历的水环境中时，减小系统的吉布斯自由能。当用于任意聚合物类和任意溶剂之间的混合的驱动力被源于聚合物网络本身的弹性的网络的链的恢复力平衡时，自膨胀聚合物网络接近它的平衡状态。

[0040] 图1至3示出可以用于制作本发明的产品的第一制作方法，其中，部分水化的自膨胀聚合物凝胶被形成为预定的形状1，从其切割部分1a以形成首先由图2示出的较短的部分12或芯。图2的芯12的高度H被选择为在发生扩张之后，足够提供成品扩张器所需的高度H4。
因此，希望高度H可以变化以适应不同的需求。自膨胀聚合物是亲水的并因此能够吸收水而不会溶解，并且这是有利于本发明的特性。

[0041] 然后使图2的芯12变干以从其移除预水化的水分并产生图3的部件，图3的部件处于针对压缩形成图6-8更具体地示出的成形的芯12所要求的状态。可以理解，部分预水化步骤将使得切割成期望的形状更容易，但是如果可以利用机器将脱水的初始材料1简单地切割成期望的长度，就可以省略该步骤。这也允许省略图2和3之间的脱水步骤。

[0042] 图4示意性地示出芯12的压缩，由此可以理解干的未压制的芯12位于两个压缩构件40、42之间，压缩构件40、42具有相对的表面44、46并且在操作中优选地通过隔层13避免与芯12的直接接触，隔层13例如为一层硅胶或其他这种合适的惰性材料的形式。分别在48、50处示意性地示出的加热器和压缩柱塞用于加热和压缩芯，如下文详细描述的。通过对芯施加热和压力来进行压缩(典型地在一个方向或平面上施加以减小高度H)，从而提供主要在压缩方向上的后续各向异性扩张。挤压和在聚合物的玻璃转变温度(T[g])附近或之上的加热的结合使得分子链重新对齐。明显地，加热应当低于聚合物的降解温度。可以在平的表面之间形成芯12，在这种情况下，压制产生大体圆锭形状的部件，或者，它可以被形成在图4的52处以点的形式示出的模具中。

[0043] 压缩步骤减小了芯的高度H，同时增大了宽度W，如图4所示。高度H的减小对应于在C使用中芯被再水化时高度H的增加，并因此，预压缩芯12的初始高度H和压缩的高度H可以根据需要调整，从而确保实现期望的扩张。在扩张过程中，宽度W将减小而高度H将增大。压缩步骤本身将芯12置于多个力下，包括箭头A和R示意性示出的轴向力和径向力。轴向力A是用于减小高度H的力并且与压缩的程度直接相关，而径向力R具有依赖于芯材料和相对表面
44、46的交界处的摩擦特性的部分。实质上，摩擦的程度(μF)越大，压缩芯12所需的径向力R的部分越大。

[0044] 已经发现，上面讨论的压缩方法将特殊性能传递给压制的芯12。在本发明中利用这些性能并参照图5和6详细描述。图5是示出在跨越芯的多个径向位置处诱导的芯12的两个性能的绘图，可以通过改变轴向压缩负荷和上面讨论的界面处的摩擦程度μ来改变性能。图5的绘图示出粘着摩擦FST和滑动摩擦FSL跨越芯的变化，其中，粘着摩擦FST的大小依赖于在箭头F的方向施加的轴向负荷，而滑动摩擦FSL与界面处的摩擦系数μ有关。粘着摩擦FST从芯12的中心处的最大值线性变化至其外周边12a处的最小值。滑动摩擦FSL从芯12的中心处的最大值非线性变化至其外周边12a处的最小值。

[0045] 从如下公式确定克服滑动摩擦所需的力：

[0046] F＝2k exp(2μ/h(b/2-x))

[0047] 从如下公式确定克服粘着摩擦所需的力：

[0048]

[0049] 其中：F＝力，μ＝摩擦，k＝剪切屈服应力，h＝高度，b/2＝半径，以及x＝与中心的距离。

[0050] 如图5所示，摩擦的幅度具有交叉点CR并且该交叉点限定本文所述的芯12本身的中心部分16和周边部分18之间的边界19。滑动摩擦和粘着摩擦的幅度之间的相互关系使得中心部分16具有相比周边部分18更高的(平均)硬度和密度，并且边界19已经被发现是水化之后任意后续扩张的起始点。本发明利用了该理解以产生自膨胀组织扩张器10，其中，成品中可以设计扩张的可控延时并且自膨胀组织扩张器可以被定制以设置插入水化介质之后延时的程度和扩张的速率。

[0051] 现在参照图7至9，其更详细地示出成品，并且从其中可以理解，厚度为T的外涂层14被施加至图6的芯，从而提供水浸渍的屏障。这一层可以包含硅胶，因为硅胶可以随着芯
12扩张，但是也可以使用例如聚氨酯的其他材料。实质上，涂层14必须抵抗水通过它的通路，但是必须足够柔软以适应芯扩张时形状和尺寸的后续改变。优选地，涂层包括防水材料。可以在涂层14中提供多个孔20、22、24，孔20、22、24延伸通过涂层14并且延伸至芯12本身的上表面和下表面中的一个或另一个或两者。这些孔20、22、24提供水到达芯12所通过的通道，该通道可以被插入半透水屏障材料以控制进水速率。半透水屏障材料的性质可以在成品之间变化以提供更有针对性的产品，其中流体吸收的速率可以被预定或者它们可以根据需要被设置为在成品之间恒定。芯12的扩张从屏障19处开始，因此，可以通过改变任意孔
20、24与屏障19的距离ZA、ZB来改变插入和扩张之间的延时。在操作时，水穿透孔然后流向屏障19需要一定的时间，因此，距离ZA、ZB越大，扩张的延时越大。明显地，孔可以与中心区域和/或周边区域关联地布置，并且如果期望扩张具有零延时，甚至可以被直接置于屏障19之上，如孔22所示。孔20、22、24的尺寸和/或数量可以改变以使得一旦开始扩张，扩张速率可以增大或减小。

[0052] 基于上述，可以理解，本发明能够根据需要通过改变孔的位置、数量和尺寸以及通过插入或去除预定渗透率的栓塞来改变孔的渗透率来控制扩张之前的延时和一旦开始之后扩张的速率。此外，外科医生能够通过简单地填充孔或者移除已经插入的栓塞在插入之前修改成品来改变扩张速率。此外，如果需要，外科医生也能够增加孔的数量和/或所增加的孔的位置。也可以理解，涂层14与芯12密切接触确保通过芯的任意流体以受控的方式被引导至屏障区域19，从而确保扩张发生之前延时的一致性。

[0053] 图7提供图7的组织扩张器10的截面视图并示出与芯本身的上表面和下表面流体联通的多个孔。在两侧提供孔尽管并非必要的，但将有助于确保在两侧均衡地发生扩张并且也可以确保更快速和更彻底的扩张。孔可以均匀或非均匀地间隔并且可以围绕芯的中心轴X以周向间隔方式设置。在某些结构中，中心孔可以被提供在轴X上，其可以单独地使用，或者与其他孔结合使用。

[0054] 图8示出关于扩张器10的角的细节，并且从其可以理解，芯12的压缩将产生具有曲率半径为R的角14a、14b、14c、14d的锭形部件。已经发现，当用浸泡涂覆技术施加涂层14时，在角处的涂层14将比期望的更薄，并且在这些位置可能发生涂层14的早期断裂。为了解决该问题，本发明提出一种结构，其中，涂层被施加以使得在角处具有更厚的涂层厚度T。可以通过在包含压缩芯12的模具中注射模塑涂层实现该结构，模具具有确定的形状，其具有邻近芯的角12a-12d的角，该角的半径r小于半径R。然后，模具半径可以转化成在角14a-14d处的小于半径R的涂层半径r，因此在角处产生增加的局部厚度T。在关键的角位置处的额外的厚度确保扩张过程中的前期断裂大致消除。在图4的52处示意性示出的模具结构中压缩的芯材料12可能出现类似的问题。存在如下替代方案，修改植入物12的角以使得与其相关的半径R足够大以允许沉积的涂层厚度足以使芯任意扩张而没有断裂。一种可选的涂覆方法可以包括浸渍涂覆，只要角12a-12d处的涂层的厚度在任意后续扩张步骤中足以保持涂层的完整性。如果使用浸渍，相比参照图8和9所讨论的模塑结构中所需要的，角具有更大的曲率半径R。

[0055] 本发明也提供了制作上述组织扩张器10的方法，包括首先选择水化的自膨胀亲水芯材料然后通过例如从其长度切割而将所述选择的材料形成为给定高度H和宽度W的步骤。然后，使切割长度变干以去除尽可能多的水分，这将使材料的高度H和宽度W收缩，这在下面的压制步骤之前是必须的。然后，芯12在例如图4的压缩构件42、44之间被压制，从而减小其高度H同时增大宽度W以借助于压制过程产生锭形的压制的芯12，压制的芯12将具有较高的第一(平均)硬度/密度HD的内区域和较低的第二(平均)硬度/密度hd的周边区域18、所述中心区域16和所述周边区域18之间的边界19。

[0056] 压制过程本身是可控制的，因为压制速率、温度和摩擦程度可以被控制。压缩速率依赖于所使用的材料和其玻璃转化温度以及挤压过程中承受加热程度。压缩芯12和压缩构件42、44之间的摩擦程度也是重要的并且可以通过应用硅胶片13的隔层来控制。片的滑动特性帮助减小当芯被向外径向地挤压时存在的滑动摩擦μF，并且摩擦的改变将影响图5的斜率的曲线。因此，可以理解，可以改变图5的滑动摩擦曲线和粘着摩擦曲线彼此的交叉点，并且因为该交叉点界定屏障19，所以可以限定任意形成的芯中的屏障19的位置。这是重要的，因为能够限定屏障19的位置允许改变扩张起始点的位置，因为扩张从屏障部分19本身发生。同样，能够控制屏障部分19的位置并且确保其在设置位置允许相对于屏障部分19精确地定位任意孔20、22、24，从而在发生扩张之前精确地设置延时。

[0057] 下一步包括涂覆芯12，防护涂层被设计为控制水进入芯12。虽然可以使用多种涂层14，但是已经发现，由于硅胶层13具有较好的柔性，适应芯12的期望的扩张并且能够适应期望位置处的孔20、22的形成，因此硅胶层13可以用于本发明。虽然可以通过浸渍涂覆施加涂层14，但是本申请人已经意识到浸渍涂覆通常会引起芯的边缘12a-12d处的涂层变薄，这是不希望的，因为在扩张过程中，较薄的涂层会断裂，这会产生不可控方式的水渗透以及芯12的比期望的更快和不可控的扩张。为了克服该问题，本发明包括形成具有曲率半径为R的边缘的芯材料12和通过围绕芯12模塑所述涂层14将所述涂层14涂覆至芯12的步骤以及形成具有邻近芯的边缘12a并且曲率半径r小于芯12的边缘的曲率半径R的边缘14a的涂层材料14的步骤。然后，如上所述的多个孔20、22、24被提供通过所述涂层14。涂层14优选地以防水涂层的形式，并且孔20、22、24可以在涂覆过程中形成。

[0058] 上述制作方法提供可扩张的植入物，其可以用于医学或其他过程并且可以具有扩张之前的延时和开始时扩张的可控速率。本领域技术人员可以理解，通过发生在体内的聚合物网络(例如干凝胶)的水化以形成完全膨胀的聚合物网络(例如水凝胶)来提供膨胀的压力。自膨胀聚合物网络优选地为干凝胶/水凝胶，即当网络在体内吸收水时从干凝胶变为水凝胶。自膨胀聚合物网络可以优选地产生高达200kPa1-50kPa/cm2，以及更优选地2-20kPa/cm2的膨胀压力。绝对膨胀压力可以高达100kPa，以及优选地至少30kPa。