DE10050305A1

DE10050305A1 - Verfahren zur Herstellung von dünnen membranartigen Bauteilen

Info

Publication number: DE10050305A1
Application number: DE10050305A
Authority: DE
Inventors: Josef Jansen; Rudolf F J Mees; Sebastian Willeke
Original assignee: Adiam Life Science AG
Current assignee: Adiam Life Science AG
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2002-04-11
Also published as: CA2423275A1; MXPA03002314A; CN1449266A; CN1209076C; BR0114349A; JP2004510548A; WO2002030334A1; US20030183982A1; EP1333779A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dünnen membranartigen Bauteilen, insbesondere von Segeln für Herzklappen, oder zur Herstellung einer aus mehreren Lagen bestehenden Membran oder einer dünnen Oberflächenbeschichtung aus einem Polymer, wobei auf einen Grundkörper die einzelnen Schichten unter Bildung eines festen Verbundes mit dem Grundkörper hergestellt werden oder die membranartigen Bauteile auf einem Trägerwerkzeug aufgetragen werden, wovon die membranartigen Bauteile anschließend abgelöst (getrennt) werden. DOLLAR A Um eine definierte Dickenverteilung der dünnen Membranen bzw. Folien erzielen zu können, wird vorgeschlagen, daß einzelne Tropfen einer Polymerlösung oder Tropfen aus viskosen polymerisierenden Mehrkomponentensystemen punktförmig, in einer Reihe linienförmig, raupenförmig oder flächig auf den Grundkörper oder einem Trägerwerkzeug aufgetragen, der Auftrag getrocknet und das Auftragen der Tropfen und die anschließende Trocknung so oft wiederholt werden, bis der gewünschte formgerechte dreidimensionale Polymerkörper gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dün nen membranartigen Bauteilen, insbesondere von Segeln für Herzklappen, oder zur Herstellung einer aus mehreren Lagen bestehenden Membran oder einer dünnen Oberflächenbeschichtung aus einem Polymer, wobei auf einen Grundkörper die einzelnen Schichten unter Bildung eines festen Verbundes mit dem Grund körper hergestellt werden oder die membranartigen Bauteile auf einem Trägerwerkzeug aufgetragen werden, wovon die membranar tigen Bauteile anschließend abgelöst (getrennt) werden.

Anwendbar ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei der Herstellung von flexiblen Herzklappenprothesen mit einer definierten Dickenverteilung der einzelnen Bauteile, die reproduzierbar hergestellt werden kann.

In der EP 0 114 025 B1 wird ausgeführt, daß Herzklappensegel durch ein- oder mehrmaliges Eintauchen eines entsprechend geformten Kernes in eine Polyurethanlösung herstellbar sind. Die Segel, die anschließend nach Auftrennen der freien Segel ränder von dem Kern abgelöst werden, müssen an einem Stützge häuse befestigt werden, was beispielsweise durch Kleben erfol gen kann. Beim Ankleben ergeben sich jedoch zwangsläufig an den Übergängen zwischen den Klappensegeln und dem Klappenge häuse Klebstoffrückstände und damit Unebenheiten, die zur Ablagerung von zellulären Blutbestandteilen mit nachfolgender Kalzifizierung führen können. Als Alternative hierzu wird in der EP 0 114 025 B1 beschrieben, daß mittels eines zweiteili gen Kernkörpers erst die Klappensegel durch Tauchen in eine Polymerlösung ausgebildet werden können und anschließend - nach Einsetzen eines anderen Kernteiles - eine Art Klappengehäuse hergestellt wird, und zwar ebenfalls durch einen oder mehrere Tauchvorgänge, wobei sich bei diesem Vorgang die Übergänge der Klappensegel mit dem Gehäuse verbinden. Dieses Verfahren wird jedoch als relativ aufwendig bezeichnet, weil sehr genau abgestimmte Teilkerne verwendet werden müssen, wobei Schichtdickenunterschiede auftreten können, die dann zu unregelmäßigen Beanspruchungen führen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird in der EP 0 114 025 B1 vorgeschlagen, einen Kernkörper (aus Edelstahl oder aus Kunst stoff) mit entsprechend den zu bildenden Klappensegeln ausge bildeten Formflächen in eine erste Polymerlösung mit einer Viskosität im Bereich von 24 Pa.s bis 192 Pa.s anzusenken, und zwar mit einer sehr geringen Absenkgeschwindigkeit, die ver hindert, daß dabei Blasen oder dergleichen entstehen und Inho mogenitäten in dem sich auf dem Kern bildenden Polymer. Nach vollständigem Tauchen wird der Kernkörper mit darauf befindli chem Film aus der Lösung herausgezogen und getrocknet. Dieser Vorgang kann je nach gewünschter Schichtdicke mehrfach wieder holt werden. In einer zweiten Polymerlösung mit niedrigerer Viskosität im Bereich von 1,5 Pa.s bis 2 Pa.s wird das vorgefer tigte Klappengehäuse so in der Lösung gehalten, daß durch untenliegende Ausströmöffnungen die Lösung aus dem Klappenge häuseinneren ausströmen kann. Der mit den Segeln überzogene Kernkörper wird in diese zweite Polymerlösung eingetaucht und in den in dieser Lösung gehaltenen Klappenring eingeführt. Nach kurzzeitigem Verweilen der Teile in der Lösung wird der Kernkörper mit dem Klappengehäuse aus der Lösung entfernt und getrocknet. Abschließend wird die derart gefertigte Herzklappe von dem Kernkörper abgezogen. Die so gefertigte Herzklappe besteht somit aus einem Stützgehäuse, an dem mehrere Segel befestigt sind. Eine solche Herzklappe, die noch mit einem Nahtring versehen wird, ist zum Einsetzen in ein menschliches Gefäß geeignet. Grundsätzlich, und wie beispielsweise in der WO 97/49356 erwähnt, sind solche Konstruktionen auch bei Kon duit-Klappenimplantaten verwendbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzu geben, mit dem definierte Mengen von Polymerlösungen oder vis kosen, polymerisierenden Mehrkomponentensystemen auf einem Kern oder einer bereits geschaffenen Oberfläche, die z. B. durch ein Tauch-Taumel-Verfahren oder durch Spritzgießen her gestellt worden ist, aufzutragen.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Ver fahren gelöst, nach dem einzelne Tropfen einer Polymerlösung oder Tropfen aus viskosen, polymerisierenden Mehrkomponenten systemen punktförmig, in eine Reihe linienförmig, raupenförmig oder flächig auf dem Grundkörper oder einem Trägerwerkzeug aufgetragen, der Auftrag getrocknet und das Auftragen der Tropfen und die anschließende Trocknung so oft wiederholt wer den, bis der gewünschte formgerechte, dreidimensionale Polymer körper gebildet ist.

Der entscheidende Vorteil gegenüber bekannten Verfahren in der Kunststoffverarbeitung liegt darin, daß eine definierte Dickenverteilung der dünnen Membranen bzw. Folien eingestellt und reproduzierbar hergestellt werden kann. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß auf einer beliebig geformten Unterlage, wie beispielsweise der Fläche eines Werkzeuges, einzelne Tropfen eines flüssigen Polymers, vorzugsweise von Polymeren, die sich in organischen Lösungsmitteln lösen, abge legt werden. Zum Ablegen der Tropfen wird ein Dosierwerkzeug verwendet, daß mittels einer exakten Positioniereinrichtung im Abstand von dem Werkzeug entlanggeführt wird, wobei mittels einer Triggerung die Tropfen an bestimmten, vorher definierten Punkten der Werkzeuges abgelegt werden. Die Tropfen können nebeneinander abgesetzt werden, so daß sie in Berührung kom men, um in der Summe einen kontinuierlichen (ggf. auch flüssi gen) Polymerfilm zu bekommen. Auf diese Art und Weise kann durch mehrere oder viele Schichten sukzessive eine definierte Dickenverteilung der gewünschten Folie aufgebaut werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ebenso möglich, die einzelnen Tropfen auf dem Werkzeug derart abzulegen, daß diese Tropfen nebeneinander liegen und sich nicht berühren. Nach dem Abtrocknen der einzelnen. Tropfen werden dann werden Tropfen sukzessive in die noch unbenetzten freien Zwischenräume abge legt, so daß auf diese Weise rasterförmig mehrere Bereiche erzeugt werden, die schließlich den gewünschten Film einer definierten Dickenverteilung bilden. Vorzugsweise werden die einzelnen Tröpfchen in einer mit einem Spucken vergleichbaren Vorgang aufgetragen. Alternativ ist jedoch ein Aufsprühen mög lich, wobei der von dem Dosiersystem geförderte Volumenstrom aus reproduzierbaren Einzeltropfen eines definierten Volumens oder einer definierten Masse besteht. Ebenso ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, über eine zustellbare Achse für eine Dosierspitze die Tropfen einzeln auf dem zu benetzenden Untergrund abzulegen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beim Auftragen unterschiedliche Polymerlösungen verwendet werden, womit mehrschichtige Poly merfilme erzeugt werden, die einen sandwichartigen Aufbau haben. Dieser Aufbau kann dergestalt sein, daß beispielsweise ein Herzklappensegel eine relativ harte und/oder biegedehnfe ste Kernschicht besitzt, die von weicheren, biegeelastischeren Werkstoffen umgeben sind. Ggf. können die freien Herzklappen segelränder, die beim Schließen der Segel aneinanderliegen, als verdickte Dichtlippe ausgebildet sein. Bevorzugte Elasti zitätsmodule für eine solche Klappensegeloberflächenschicht liegen im Bereich von 4 N/mm² bis 40 N/mm², demgegenüber der Kernwerkstoff ein Elastizitätsmodul von 40 N/mm² bis 200 N/mm² besitzt. In entsprechender Weise kann auch das Stützgehäuse einer Herzklappe, an dem die Segel befestigt sind, einen rela tiv härteren Kernbereich besitzen, dessen Elastizitätsmodul beispielsweise im Bereich von 200 N/mm² bis 1000 N/mm² liegt. Dieser Kernbereich ist durch ein oder mehrere Schichten eines weicheren Polymermateriales überzogen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich selbstverständlich mit den bereits eingangs erwähnten Herstellverfahren durch Tauchen oder Spritzgießen kombinieren, wobei in solchen Fällen das Dosierverfahren zur Oberflächenglättung der Segel durch entsprechenden gezielten Auftrag einzelner Tröpfchen und/oder zum Ankleben der Segel an ein vorhandenes Stützgehäuse verwen det wird, das ggf. gezielt mit einer Oberflächenbeschichtung aus einem gewünschten bioverträglichen Polymer versehen wird. In der Oberflächenbeschichtung können ggf. auch Zusatzstoffe wie Fasern, vorzugsweise mit einer gezielten Orientierung, oder Füllstoffe eingebracht werden.

Vorzugsweise wird das Verfahren zur Herstellung einer aus einem Stützkörper und hiermit verbundenen Segeln bestehenden, künstlichen Herzklappe verwendet, wobei auf einem Trägerwerk zeug mit vorderseitig ausgebildeten Formflächen, die der Gestalt der Segel entsprechen, zunächst durch sukzessiven Tropfenauftrag mit zwischenzeitigem Trocknen die Segel aufge tragen und anschließend in entsprechender Weise zumindest Teile bzw. Schichten des Stützkörpers angeformt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nach Aus bildung eines Teiles des Stützkörpers über den angeformten Stützkörperringteil ein Metallring, vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung, übergeschoben und anschließend durch Umschließen bzw. Überziehen des Metallringes und des Stützkörperringteiles der Stützkörper dimensionsgerecht fer tiggestellt.

Bevorzugt werden bei dem Schichtaufbau jeweils einzelne Tröpf chen verwendet, deren Größe (vor dem Auftrag) einen Durchmes ser von 0,2 mm bis 1 mm und/oder ein Volumen von 34 µl bis 4,2 µl besitzt. Bevorzugt ist der Flächendurchmesser der auf getragenen, d. h. der abgelegten Tröpfchen 0,25 mm bis 2,5 mm. Als vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, wenn die Viskosität der zum Auftrag verwendeten Polymerlösung, aus der die Tropfen bestehen, zwischen 1 mPa.s und 50 Pa.s liegt. Als Polymerlösung kommt ein in DMAC gelöstes Polyurethan in Betracht, das vor zugsweise in Konzentrationen von 1% bis 15% vorliegt.

Der Beschichtungsvorgang nach der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise bei Temperaturen von 15°C bis 40°C und/oder in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.

Erfindungsgemäß ist auch eine Kombination des nach dem Stand der Technik bekannten Tauchverfahrens mit dem den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Dosierverfahren möglich, indem z. B. eine erste dünne Schicht durch Eintauchen eines Werkzeuges in eine Polymerlösung mit anschließendem Abtrocknen hergestellt wird. Auf die derart hergestellte Schicht wird gezielt eine weitere Lage durch sukzessiven Tröpfchenauftrag hergestellt, wonach die hergestellte Schicht abermals durch einen Tauchvorgang mit einer weiteren Lage überzogen wird. Gegebenenfalls kann dieser Vorgang so oft wiederholt werden, bis der hergestellte Körper die gewünschte Dicke erreicht hat. Insbe sondere kann durch den erfindungsgemäßen tröpfchenweisen Auf trag gezielt eine Dickenverteilung eingestellt werden, bei spielsweise, indem Segel mit einer verdickten Dichtlippe an den freien Segelrändern erzeugt werden.

Zwar kann mit dem nach dem Stand der Technik bekannten Tauch verfahren durch Wechsel des Bades, in den der Körper einge taucht wird, ebenfalls eine mehrschichtige Folie (aus unter schiedlichen) Polymer-Stoffen hergestellt werden; jedoch besitzt der tröpfchenweise Auftrag über ein entsprechendes Dosierwerkzeug bzw. durch sukzessives gesteuertes Auftragen den Vorteil, daß beliebige, gewünschte Schichtdickenverteilun gen herstellbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch zum Fügen von einzelnen Bauteilen verwenden, wobei gegen über dem herkömmlichen Kleben der Vorteil gegeben ist, daß die Klebestellen die gewünschte Geometrie erhalten. Dies ist ins besondere bei der Herstellung von Herzklappenprothesen wesent lich, um eine physiologisch optimale Gestaltung auszubilden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von dünnen, membranartigen Bau teilen, insbesondere von Segeln für Herzklappen, oder zur Herstellung einer aus mehreren Lagen bestehenden Membran oder einer dünnen Oberflächenbeschichtung aus einem Poly mer, wobei auf einen Grundkörper die einzelnen Schichten unter Bildung eines festen Verbundes mit dem Grundkörper hergestellt werden oder die membranartigen Bauteile auf einem Trägerwerkzeug aufgetragen werden, wovon die mem branartigen Bauteile anschließend abgelöst (getrennt) wer den, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Tropfen einer Polymerlösung oder Tropfen aus viskosen, polymerisierenden Mehrkomponentensystemen punkt förmig, in einer Reihe linienförmig, raupenförmig oder flächig auf dem Grundkörper oder einem Trägerwerkzeug auf getragen, der Auftrag getrocknet und das Auftragen der Tropfen und die anschließende Trocknung so oft wiederholt werden, bis der gewünschte, formgerechte, 3-dimensionale Polymerkörper gebildet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Tropfen derart nebeneinander in einem Abstand aufgetragen werden, daß sie einen kontinuierlichen Poly merfilm bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftragen von mehrschichtigen Polymerfilmen unterschiedliche Polymerlösungen verwendet werden, um einen sandwichartigen Polymerfilm zu erzeugen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbeschichtung auf einem durch Spritzgießen oder durch ein Tauchverfahren herge stellten Basiskörper aufgetragen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zum Kleben zweier Teile oder zur Oberflächenglättung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Oberflächenbeschichtung Zusatz stoffe wie Fasern, vorzugsweise mit einer gezielten Orien tierung oder Füllstoffe eingebracht werden.

7. Verfahren zur Herstellung einer aus einem Stützkörper und hiermit verbundenen Segeln bestehenden, künstlichen Herz klappe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß auf einem Trägerwerkzeug mit vorderseitig ausgebildeten Formflächen, die der Gestalt der Segel ent sprechen, zunächst durch sukzessiven Tropfenauftrag mit zwischenzeitigem Trocknen die Segel aufgetragen und anschließend in entsprechender Weise zumindest Teile bzw. Schichten des Stützkörpers angeformt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausbildung eines Teils des Stützkörpers über den angeformten Stützkörperringteil ein Metallring, vorzugs weise aus Titan oder einer Titanlegierung, übergeschoben und anschließend durch Umschließen bzw. Überziehen des Metallrings und des Stützkörperringteils der Stützkörper dimensionsgerecht fertiggestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der einzelnen Tröpfchen (vor dem Auftrag) einen Durchmesser von 0,2 mm bis 1 mm und/oder ein Volumen von 34 µl bis 4,2 µl besitzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächendurchmesser der aufgetrage nen Tröpfchen 0,25 mm bis 2,5 mm beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der zum Auftrag verwen deten Polymerlösung 1 mPa.s bis 50 Pa.s beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Lösung als Polyurethan in DMAC gelöst besteht, vorzugsweise in Konzentrationen von 1% bis 15%.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerlösung tröpfchenweise bei Temperaturen von 15°C bis 40°C und/oder in einer Stick stoffatmosphäre aufgetragen wird.