ES2325675T3

ES2325675T3 - Dispositivos medicos con materiales compuestos de metal/polimero.

Info

Publication number: ES2325675T3
Application number: ES00967397T
Authority: ES
Inventors: Matthew F. Ogle; Matthew S. Reimink; Richard F. Schroeder
Original assignee: ST JUDE MEDICAL; St Jude Medical LLC
Current assignee: ST JUDE MEDICAL; St Jude Medical LLC
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2009-09-14
Anticipated expiration: 2020-08-15
Also published as: DE60042022D1; EP1207916A1; EP1207916B1; ATE428454T1; US6322588B1; WO2001012246A1

Abstract

Un dispositivo médico implantable, percutáneo o cutáneo, que comprende un sustrato que tiene un recubrimiento metálico biocompatible sobre al menos una parte de su superficie con un espesor medio mayor de 3 mim, en el que el sustrato comprende un polímero en el que el recubrimiento metálico comprende un metal con memoria.

Description

Dispositivos médicos con materiales compuestos de metal/polímero.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a dispositivos médicos adecuados para contactar con los fluidos corporales de un paciente, incluyendo un sustrato polimérico recubierto con metal.

Diversos dispositivos médicos se diseñan particularmente para contactar con los fluidos corporales de un paciente. La duración de este contacto puede ser relativamente corta, como es típico con los instrumentos quirúrgicos o puede ser a largo plazo como es típico con las válvulas cardiacas protésicas implantadas en el cuerpo de un receptor y otras prótesis implantadas. Algunos artículos tales como catéteres pueden tener un contacto a corto plazo o de duración plazo relativamente larga.

Las prótesis, es decir, los artículos protésicos se usan para reparar o sustituir órganos dañados o enfermos, tejidos y otras estructuras en seres humanos y animales. Las prótesis generalmente deben ser biocompatibles, ya que se implantan típicamente durante períodos de tiempo prolongados. Los ejemplos de prótesis incluyen, sin limitación, corazones protésicos, válvulas cardiacas protésicas, materiales para reparación de ligamentos, materiales para reparación y sustitución de vasos, dilatadores y parches quirúrgicos.

Los médicos usan diversas prótesis para corregir problemas asociados con el sistema cardiovascular, especialmente el corazón. Por ejemplo, la capacidad para sustituir o reparar válvulas cardiacas enfermas con dispositivos protésicos ha proporcionado a los cirujanos un método para tratar las deficiencias en las válvulas cardiacas debidos a enfermedad y defectos congénitos. Un procedimiento típico implica la retirada de la válvula nativa y la sustitución quirúrgica con una válvula mecánica o bioprotésica, es decir, basada en tejido. Otra técnica usa un anillo de anuloplastia para proporcionar soporte estructural al anillo natural de la válvula nativa.

Muchos dispositivos médicos biocompatibles y/o sus componentes tienen requisitos significativos con respecto a sus propiedades mecánicas y físicas. Por ejemplo, los dispositivos médicos a menudo tienen un tamaño limitado. Al mismo tiempo, los dispositivos y/o sus componentes pueden someterse a los requisitos mecánicos demandados, tales como resistencia mecánica y requisitos de desgaste a largo plazo. De esta manera, hay restricciones significativas impuestas sobre el diseño de muchos dispositivos médicos y/o sus componentes.

Como un ejemplo particular, los dilatadores de válvula cardiaca se usan para soportar componentes tisulares dentro de una válvula cardiaca bioprotésica. Los dilatadores de la válvula cardiaca se han producido a partir de polímeros tales como poliacetales, por ejemplo Delrin® y Celcon® o metales tales como titanio o una aleación de cobalto-cromo-níquel, por ejemplo Elgiloy®. Se sabe que los dilatadores de la válvula cardiaca polimérica fallan debido a fatiga y deformación permanente. Adicionalmente, los dilatadores de válvula cardiaca poliméricos necesitan ser relativamente voluminosos para soportar una carga repetida durante la vida útil de la válvula protésica.

En contraste, los dilatadores hechos de metales elásticos tales como Elgiloy®, presentan mejores propiedades mecánicas tales como solidez y resistencia a fatiga y pueden tener una sección transversal más pequeña que la correspondiente a los dilatadores poliméricos. Los dilatadores de válvula cardiaca metálica, sin embargo, generalmente deben mantener una geometría suficientemente simple y típicamente consisten en una forma de cable sencilla. A medida que la geometría del dilatador metálico se hace más compleja, hay necesariamente más juntas metálicas que pueden debilitar la estructura. También, los dilatadores metálicos pueden requerir soldadura o embutición durante su fabricación, lo que puede debilitar al dilatador. Estas observaciones respecto a propiedades y construcción de dilatadores de válvula cardiaca pueden aplicarse también a otros dispositivos médicos y sus componentes.

La solicitud PCT Nº WO 93/23092 describe la aplicación de recubrimientos metálicos anti-microbianos finos a dispositivos médicos. Los recubrimientos no interfieren con las tolerancias dimensionales o la flexibilidad del dispositivo para su utilidad pretendida.

La solicitud PCT Nº WO 95/1863 describe el tratamiento superficial de un catéter con un metal anti-microbiano.

La solicitud PCT Nº WO 00/45724 es la técnica anterior no publicada que describe un tornillo óseo que tiene un recubrimiento de plata metálica.

Sumario de la invención

La invención se refiere a un dispositivo médico implantable, percutáneo o cutáneo, que comprende un sustrato que tiene un recubrimiento de metal biocompatible sobre al menos parte de su superficie con un espesor medio mayor de 3 \mum, en el que el sustrato comprende un polímero y en el que el recubrimiento metálico comprende un metal con memoria.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva fragmentada de un orifico de una válvula cardiaca mecánica.

La Figura 2 es una vista lateral de un implante dental con un recubrimiento metálico de la invención.

La Figura 3 es una vista lateral fragmentada de un catéter.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Los dispositivos médicos mejorados pueden producirse usando los materiales compuestos metal/polímero descritos en este documento. En particular, las ventajas respecto a la resistencia del metal pueden combinarse con la versatilidad de los componentes poliméricos aplicando un recubrimiento metálico relativamente grueso sobre un sustrato polimérico. El recubrimiento metálico preferiblemente es suficientemente grueso de manera que las propiedades mecánicas, tales como resistencia mecánica, durabilidad y elasticidad del material compuesto metal/polímero se ven influidas significativamente por el metal. Además, el material compuesto metal/polímero es capaz de incorporar un complejo u otras características estructurales deseadas en los sustratos poliméricos. De esta manera, el material compuesto metal/polímero combina las ventajas de ambos componentes metálicos y componentes poliméricos de una manera sinérgica para llegar a los componentes implantables mejorados.

El sustrato polimérico del material compuesto metal/polímero generalmente incluye muchas de las características estructurales deseadas del compuesto, teniendo en cuenta la modificación estructural potencial, si la hubiera, que acompaña a la aplicación del recubrimiento. En particular, el sustrato polimérico puede formarse con una geometría relativamente compleja. El recubrimiento metálico puede cubrir todo o una parte del sustrato polimérico. Si el sustrato polimérico está completamente cubierto con metal, el polímero generalmente no tiene por qué ser biocompatible.

Preferiblemente, el recubrimiento metálico se aplica a un espesor suficiente para proporcionar las propiedades mecánicas deseadas al material compuesto. Al menos una parte del recubrimiento metálico tiene un espesor normal a la superficie del polímero. El recubrimiento metálico puede aplicarse uniformemente sobre el sustrato o una parte del sustrato, o el recubrimiento metálico puede aplicarse con propiedades variables tales como espesor, composición, textura y porosidad a diferentes regiones sobre el sustrato. En general, el metal confiere resistencia estructural al material compuesto. Además, pueden usarse metales con diversos grados de elasticidad para conferir un grado deseado de rigidez al material compuesto. Por ejemplo, un metal especialmente elástico o con memoria, tal como Nitinol®, una aleación níquel-titanio, puede usarse para proporcionar un material compuesto con una elasticidad particularmente grande.

Además, la aplicación del metal puede proporcionar alteraciones relativamente minoritarias en la estructura/geome-
tría del material compuesto resultante en comparación con la estructura/geometría del sustrato polimérico subyacente. Por ejemplo, la deposición del metal puede cubrir pequeñas características estructurales en el sustrato. Como alternativa, la deposición selectiva del metal sobre el sustrato puede dar como resultado la formación de la estructura sobre el material compuesto. De esta manera, el proceso de recubrimiento puede usarse para ajustar los aspectos geométricos del material compuesto sin alterar la geometría del sustrato polimérico. La capacidad para hacer variaciones minoritarias en la geometría del material compuesto sin alterar el molde del sustrato polimérico puede ser una ventaja de procesado significativa.

Los enfoques adecuados para la aplicación del recubrimiento metálico pueden depender de las propiedades de los materiales en el material compuesto. En particular, el sustrato polimérico preferiblemente se forma a partir de un polímero adecuado que puede soportar, sin experimentar una modificación drástica, las condiciones de procesado usadas para la aplicación del recubrimiento metálico. Los métodos preferidos para la aplicación del recubrimiento metálico incluyen enfoques de deposición en fase vapor y enfoques basados en solución, como se describirá posteriormente.

En las realizaciones preferidas, el recubrimiento metálico se aplica en forma de un recubrimiento relativamente grueso, de manera que las propiedades mecánicas del material compuesto se determinan significativamente por el recubrimiento metálico. El recubrimiento metálico tiene un espesor medio mayor de 3 \mum. La aplicación del recubrimiento metálico relativamente grueso para influir en las propiedades mecánicas del material compuesto pueden distinguirse de la aplicación de recubrimientos metálicos finos únicamente en la influencia sobre las propiedades superficiales del producto recubierto sin influir significativamente en las propiedades mecánicas.

Dispositivos Médicos

Los artículos biocompatibles pertinentes incluyen todos los dispositivos médicos que contactan con fluidos corporales. Estos artículos pueden organizarse en líneas generales en tres grupos: dispositivos implantados, dispositivos percutáneos y dispositivos cutáneos. Los dispositivos implantados incluyen ampliamente artículos que están totalmente implantados en un paciente, es decir, son completamente internos. Los dispositivos percutáneos incluyen artículos que penetran en la piel, extendiéndose de esta manera desde el exterior del cuerpo hacia el cuerpo. Los dispositivos cutáneos se usan superficialmente, por ejemplo, en una membrana húmeda tal como dentro de la boca de un
paciente.

Los dispositivos implantados incluyen, sin limitación, prótesis tales como marcapasos, conductores eléctricos tales como conductores para marcapasos, desfibriladores, corazones artificiales, dispositivos de ayuda ventricular, prótesis de reconstrucción anatómica tales como implantes mamarios, válvulas cardiacas artificiales, dilatadores de válvulas cardiacas, parches pericárdicos, parches quirúrgicos, dilatadores coronarios, injertos vasculares, dilatadores vasculares y estructurales, derivaciones vasculares o cardiovasculares, conductos biológicos, tampones, sutura, anillos de anuloplastia, dilatadores, grapas, injertos en válvulas, injertos dérmicos para curado de heridas, implantes espinales ortopédicos, pernos ortopédicos, dispositivos intrauterinos (DIU ), dilatadores urinarios, placas para reconstrucción maxilofacial, implantes dentales, lentes intraoculares, pinzas, cables externos, huesos, piel, ligamentos, tendones y combinaciones de los mismos.

Los dispositivos percutáneos incluyen, sin limitación, catéteres de diversos tipos, cánulas, tubos de drenaje tales como tubos pectorales, instrumentos quirúrgicos tales como fórceps, dilatadores, agujas y guantes y manguitos para catéter. Los catéteres pueden usarse para acceder a diversos sistemas corporales tales como el sistema vascular, el tracto gastrointestinal o el sistema urinario.

Los dispositivos cutáneos incluyen, sin limitación, vendajes para quemaduras, vendajes para heridas y soporte dental tal como puentes y componentes correctores. Estos artículos biocompatibles pueden hacerse a partir de los materiales biocompatibles descritos a continuación.

Aunque los materiales compuestos recubiertos con metal pueden usarse en cualquiera de los dispositivos médicos descritos anteriormente, unos pocos dispositivos médicos son de particular interés. Dichos dispositivos de particular interés incluyen, por ejemplo, prótesis de válvula cardiaca, dilatadores de válvula cardiaca, valvas de válvula cardiaca, dilatadores vasculares, dilatadores urinarios, anillos de anuloplastia, componentes de válvula cardiaca mecánicos, componentes de marcapasos, catéteres, conductores eléctricos, dispositivos de asistencia al ventrículo izquierdo y componentes ortopédicos.

Materiales en el material compuesto metal/polímero

Los materiales compuestos metal/polímero incluyen un sustrato polimérico y un recubrimiento metálico. El sustrato puede incluir otros materiales tales como metales y cerámicos. Generalmente, al menos una parte significativa del sustrato a cubrir con el recubrimiento metálico se forma a partir de uno o más polímeros. En las realizaciones preferidas el sustrato está hecho únicamente de uno o más polímeros orgánicos.

Los metales para inclusión como recubrimiento en el material compuesto son biocompatibles. En otras palabras, los metales son adecuados para contactar con los fluidos corporales o tejidos de un paciente. Una clase de metales biocompatibles son esencialmente inertes y estables en contacto con el torrente circulatorio del paciente. Dichos materiales inertes incluyen, por ejemplo, titanio, cobalto, acero inoxidable, níquel, aleaciones de hierro, aleaciones de cobalto tales como Elgiloy®, una aleación de cobalto-cromo-níquel y MP35N, una aleación de níquel-cobalto-cromo-molibdeno y Nitinol®, una aleación de níquel-titanio.

Otros metales pueden oxidarse para disolverse a velocidades lentas para proporcionar una respuesta biológica deseable. Por ejemplo, aluminio, manganeso, hierro y otros metales pueden formar lentamente iones metálicos polivalentes (Al^{+3}, Mn^{+2} y Fe^{+3}) que pueden inhibir la calcificación de sustratos implantados en contacto con fluidos corporales o tejidos de un paciente. El uso de metales anti-calcificación en dispositivos médicos generalmente se describe adicionalmente en la Patente de Estados Unidos Nº 6.24.635 de cesión común y en trámite junto con la presente, presentada el 2 de febrero de 1998 titulada "CALIFICATION-RESISTANT MEDICAL ARTICLES", y que se incorpora a este documento por referencia.

Además, se sabe que otros metales tales como plata, oro, platino, paladio, iridio, cobre, estaño, antimonio, bismuto y cinc tienen propiedades anti-microbianas. De esta manera, los materiales compuestos pueden formarse a partir de estos metales anti-microbianos para inhibir posibles infecciones asociadas con el uso del dispositivo médico. El uso de un metal anti-calcificación en un dispositivo médico generalmente se describe adicionalmente en la patente de Estados Unidos presentada conjuntamente y en trámite junto con la presente con Nº 6.268.782, presentada el 31 de agosto de 1998 titulada "Medical Article With Adhered Antimicrobial Metal", que se incorpora a este documento como referencia.

Los recubrimientos magnetizables pueden formarse a partir de metales y aleaciones adecuados, tales como cobalto, aleaciones de cobalto y aleaciones de hierro. El recubrimiento magnetizable puede depositarse en presencia de un campo magnético para orientar el campo magnético del recubrimiento o puede ponerse en un campo magnético fuerte para orientar el campo magnético del recubrimiento después de que se forme. Un recubrimiento magnetizado puede usarse para terapia magnética, tal como un marcador magnético o para su interacción con un dispositivo electrónico implantable.

Los polímeros adecuados son estables con respecto a los procesos de deposición de metales. De esta manera, la selección de un polímero deseable generalmente depende de la selección del proceso de deposición. Dependiendo del proceso que se use para formar el recubrimiento, puede usarse uno o más polímeros apropiados en la formación del sustrato. Un sustrato polimérico puede fabricarse a partir de polímeros sintéticos así como polímeros biológicos purificados. Los polímeros sintéticos apropiados incluyen, sin limitación, poliamidas (por ejemplo, nylon), poliéster, poliestirenos, poliacrilatos, polímeros de vinilo (por ejemplo polietileno, politetrafluoroetileno, polipropileno y cloruro de polivinilo), policarbonatos, poliuretanos, poli dimetil siloxanos, acetatos de celulosa, metacrilatos de polimetilo, poliéter éter cetonas, acetatos de etilenvinilo, polisulfonas, nitrocelulosas copolímeros similares y mezclas de los mismos.

Pueden usarse también polímeros sintéticos bioreabsorbibles tales como dextrano, hidroxietil almidón, derivados de gelatina, polivinilpirrolidona, alcohol polivinílico, poli [N-(2-hidroxipropil) metacrilamida], poli (hidroxiácidos), poli (épsilon-caprolactona), ácido poliláctico, ácido poliglicólico, (ácido poli dimetil glicólico), poli (hidroxi butirato) y copolímeros similares.

Basándose en las propiedades deseables y en la experiencia en el campo de dispositivos médicos, los polímeros preferidos incluyen, por ejemplo, poliéter éter cetonas, acetales, poliamidas (por ejemplo nylon), poliuretanos, politetrafluoroetileno, tereftalato de poliéster, policarbonatos, polisulfona, y polímeros reabsorbibles (por ejemplo, ácido poliláctico y ácido poliglicólico) y copolímeros y mezclas de los mismos.

Los polímeros apropiados incluyen también polímeros biológicos. Los polímeros biológicos pueden ser de origen natural o producirse in vitro por fermentación y similares. Los polímeros biológicos adecuados incluyen, sin limitación colágeno, elastina, seda, queratina, gelatina, poliaminoácidos, suturas de cat gut, polisacáridos (por ejemplo celulosa y almidón) y mezclas de los mismos. Los polímeros biológicos generalmente son bioreabsorbibles. Los polímeros biológicos purificados pueden formarse apropiadamente en un sustrato polimérico.

Los sustratos poliméricos pueden prepararse por cualquier variedad de enfoques incluyendo métodos de procesamiento de polímeros convencionales. Los enfoques preferidos incluyen, por ejemplo, moldeo por inyección, que es adecuado para la producción de componentes poliméricos con características estructurales significativas y enfoques de prototipo rápido, tales como moldeo por inyección con reacción y estéreo-litografía. Como el recubrimiento mecánico contribuye con una resistencia mecánica significativa, optimizar la resistencia mecánica del sustrato polimérico puede no ser crítico. Se puede dar una textura al sustrato o puede hacerse poroso por abrasión física o alteración química para facilitar la incorporación del recubrimiento metálico.

Un ejemplo de una realización preferida de una prótesis para válvula cardiaca mecánica formada a partir de materiales compuestos descritos en este documento se muestra en la Figura 1. En la vista fragmentada de la Figura 1, la prótesis de válvula cardiaca 100 incluye un sustrato 102, que es visible en los dos extremos fragmentados. El sustrato 102 se cubre con un recubrimiento 104.

El sustrato y el recubrimiento correspondiente incluyen diversos elementos de la estructura. En primer lugar, la parte externa del anillo que forma la prótesis incluye dos rebordes 106,108. Los rebordes 106,108 proporcionan resistencia mecánica y estabilidad y generalmente pueden retener el mecanismo de rotación de una válvula cardiaca. La estructura de reborde se forma en el sustrato 102 y se construye sobre el mismo por recubrimiento 104. Un contorno 110 se localiza cerca de la parte inferior de la válvula 100 para mejorar las propiedades hidrodinámicas de la válvula 100. Además, la parte expandida 112 incluye una abertura 114 para una articulación de tipo mariposa. Una descripción de las articulaciones de tipo mariposa en la construcción de una válvula cardiaca mecánica bivalva se describen adicionalmente en la Patente de Estados Unidos en trámite junto con la presente y de cesión común Nº 6.391.053, de Brendzel, titulada "Prosthetic Heart Valve With Increased Valve Lumen", que se incorpora a este documento por referencia.

La Figura 2 muestra un implante dental 150. El implante dental 150 incluye una punta afilada 152, una sección de cuerpo anillada 154, donde los anillos ayudan a asegurar el implante, y una sección superior 156 para asegurar un implante dental. En las realizaciones preferidas, el implante dental 150 incluye un recubrimiento metálico que cubre totalmente un sustrato polimérico. La estructura de la punta 152 y la sección superior 156 preferiblemente está formada contorneando el sustrato. Los anillos en la sección de cuerpo 154 pueden formarse por deposición selectiva del recubrimiento metálico.

Haciendo referencia a la Figura 3, se muestra un catéter 160. El catéter 160 incluye extremos proximales 162, 164, el árbol 166, el balón 168 y una punta 170. Si se desea, la punta 170 y/o el árbol 166 pueden formarse para incluir un recubrimiento metálico, como se describe en este documento. Si el árbol 166 está recubierto con metal, el metal puede seleccionarse para proporcionar resistencia mecánica sin disminuir la flexibilidad por debajo de los valores deseados.

El espesor del recubrimiento metálico se mide a lo largo de la superficie normal (perpendicular) al sustrato polimérico. Si el metal penetra en la superficie del polímero de manera que la interfaz no queda bien definida, el espesor normal a la superficie del polímero se determina mediante un espesor de polímero medio aproximado sobre un área pequeña pero finita de la interfaz polímero/metal. La medición del espesor de metal no dependerá significativamente del enfoque exacto para determinar la normal a la superficie del polímero. Para la mayoría de aplicaciones, el espesor de metal medio generalmente es mayor de 3 \mum, preferiblemente mayor de 10 \mum, más preferiblemente de 10 \mum a 1000 \mum.

Como se ha observado anteriormente, todo o una parte del sustrato puede cubrirse con un recubrimiento metálico. En algunas realizaciones, el metal se aplica en un recubrimiento aproximadamente uniforme sobre la sección pertinente o toda la superficie del sustrato. En algunas realizaciones preferidas, un recubrimiento uniforme es identificable como un recubrimiento en el que el espesor en todos los puntos a lo largo del sustrato varía menos de aproximadamente un 20% y, más preferiblemente, menos de aproximadamente un 10% respecto al espesor de recubrimiento medio. Por supuesto, si el recubrimiento metálico no cubre todo el sustrato, el borde del recubrimiento forma una discontinuidad aproximada. La presencia de un borde no se considera que contribuya a un recubrimiento no uniforme a menos que la pendiente en el reborde se extienda sobre una distancia observable macroscópicamente. En otras palabras, un recubrimiento puede ser uniforme en una parte del sustrato si los bordes del recubrimiento aparecen visiblemente afilados.

Como alternativa, el metal puede aplicarse en un recubrimiento no uniforme de manera que el espesor del recubrimiento metálico varía en las diferentes regiones del sustrato. En algunas realizaciones, puede ser deseable que el espesor de recubrimiento máximo sea mayor que un factor de 350 más grueso respecto al espesor de recubrimiento mínimo o, como alternativa, un factor de 10 o más mayor que el espesor de recubrimiento medio. Un intervalo intermedio de espesor de variación del espesor del recubrimiento incluye un recubrimiento que en todos los puntos varía menos de aproximadamente el 25 por ciento a aproximadamente el 250 respecto al espesor de recubrimiento medio. La aplicación de un recubrimiento no uniforme puede conseguir diversos objetivos incluyendo simplificar la deposición, añadir estabilidad mecánica a los puntos o localizaciones con tensión y/o alterar la geometría del componente/dispositivo. En particular, el recubrimiento metálico puede ser más grueso en las partes del sustrato que se espera que se sometan a una alta tensión. De forma similar, el espesor puede variarse de manera que las propiedades mecánicas se adapten de forma más próxima a la estructura nativa. Por ejemplo, la elasticidad de un dilatador o injerto puede ajustarse para adaptarse razonablemente cerca de las propiedades del tejido nativo ya que un menor desajuste de elasticidad da como resultado una menor turbulencia y otras anomalías de comportamiento.

Adicionalmente, la composición del recubrimiento metálico puede tener una composición uniforme o la composición puede variar en las diferentes regiones del recubrimiento. Por ejemplo, las regiones de una tensión particular pueden tener una composición del recubrimiento metálico particular mientras que otras partes del recubrimiento metálico pueden formarse a partir de otros metales o una combinación de metales. De forma similar, el recubrimiento metálico puede tener capas de metal con diferentes composiciones. Las composiciones metálicas no uniformes y/o estratificadas pueden introducirse mediante enfoques de deposición basados en solución o basados en fase vapor, como se describe adicionalmente a continuación. La textura puede incorporarse en el recubrimiento metálico durante la deposición enmascarando la superficie con una composición que puede retirarse posteriormente. Al recubrimiento metálico se le puede dar textura y/o hacerlo poroso por abrasión física, ataque químico, bombardeo de electrones o de otra manera tratando la superficie después de la formación del recubrimiento para promover una respuesta deseada en el hospedador.

Aplicación del Recubrimiento Metálico

El recubrimiento metálico se aplica sobre toda o una parte de un sustrato polimérico. Los enfoques adecuados para aplicar el recubrimiento metálico incluyen enfoques basados en fase vapor y enfoques basados en solución. Los enfoques de recubrimiento preferidos incluyen métodos de deposición en fase vapor tales como bombardeo por erosión superficial y deposición con haz de iones. El proceso de recubrimiento preferiblemente forma una conexión íntima entre el sustrato y el metal, de manera que el metal no puede separarse fácilmente del sustrato, si pudiera hacerlo. En particular, en algunas realizaciones, el metal penetra en la superficie del polímero para formar un enlace íntimo entre el metal y el polímero.

Los procesos para aplicar el recubrimiento metálico pueden clasificarse ampliamente como enfoques basados en solución o enfoques basados en fase vapor. Puede usarse una combinación de enfoques basados en solución y enfoques basados en fase vapor en la formación de un recubrimiento metálico. Los enfoques basados en solución adecuados incluyen, por ejemplo deposición electroquímica (es decir, electrometalizado), reducción química, moldeo e inmersión. Los métodos de deposición en fase vapor adecuados incluyen, por ejemplo, deposición en fase vapor, deposición de plasma metálico, deposición de haz de iones, bombardeo por erosión superficial, bombardeo por erosión superficial con magnetrón y otros enfoques similares. Las técnicas de deposición en fase vapor generalmente requieren diversos grados de vacío, es decir, baja presión.

Para efectuar la deposición electroquímica, el material biocompatible debe hacerse eléctricamente conductor. De esta manera, si el material no es inherentemente eléctricamente conductor, el material puede tratarse superficialmente con grafito o similares para hacer al material eléctricamente conductor. La deposición electroquímica implica la aplicación de una tensión para electrometalizar el metal elemental en contacto con el material biocompatible. El sustrato polimérico con cualquier función de recubrimiento conductor requerida funciona como un cátodo. La tensión requerida depende de la contra-reacción y las concentraciones de los iones en solución. La selección de la composición de metal en solución influye en la eficacia del proceso de metalizado. El electrometalizado generalmente se realiza con una solución acuosa de un compuesto soluble en agua del metal deseado.

La reducción química se realiza poniendo el sustrato polimérico en una solución que contiene una sal del metal deseado. Un agente químico reductor se añade a la solución para reducir el metal ionizado a metal elemental en presencia del sustrato. Por ejemplo, el sustrato puede ponerse en contacto con una solución que incluye una composición de metal anti-microbiano. El compuesto metálico generalmente es relativamente soluble en el disolvente que se está usando. Los compuestos de plata adecuados incluyen, por ejemplo, nitrato de plata. Generalmente, la solución es relativamente concentrada de manera que el proceso transcurre a una velocidad razonable. Después se añade un agente reductor a la solución. El metal correspondiente se deposita entonces, tras la reducción sobre el sustrato, en forma de metal elemental. Los agentes de reducción adecuados incluyen, por ejemplo, aldehídos, borohidruro sódico, H_{2} y CO para reducir los diversos metales. Los agentes reductores gaseosos pueden burbujearse a través de la solución. En particular, se sabe que los aldehídos reducen los iones plata a plata elemental. El compuesto de plata tradicional para la reducción con aldehídos es hidróxido de plata amoniacal (Ag(NH_{3})_{2}OH), "reactivo de Tollen". Los aldehídos pueden suministrarse en forma de compuestos de aldehído multifuncionales parcialmente no reaccionados, tales como agentes de reticulación. De forma similar, una solución de cloruro de paladio puede reducirse para formar paladio metálico usando hidrógeno o monóxido de carbono (CO) que puede burbujearse en la solución. El cobre elemental puede precipitarse a partir de soluciones de cobre por adición de partículas de aluminio, hierro o cinc.

Los enfoques de deposición en fase vapor pueden ser procesos a temperatura relativamente baja que puedan realizarse con sustratos sensibles a temperatura. La deposición en fase vapor generalmente implica la formación un vapor metálico a una baja presión usando un mecanismo térmico o de colisión. La deposición en fase vapor puede implicar simplemente dirigir el metal vaporizado hacia el sustrato polimérico a metalizar.

El bombardeo por erosión superficial implica el bombardeo de una superficie metálica con iones de un gas inerte. Las colisiones de los iones de gas inerte erosionan o desalojan los átomos y/o iones del metal en el estado vapor. De esta manera, el bombardeo por erosión superficial es una alternativa a la evaporación térmica para obtener átomos del metal en el estado vapor. El bombardeo por erosión superficial es un proceso usado a menudo para la deposición de metal en fase vapor. Los iones de gas inerte pueden dirigirse a la fuente de la superficie de la fuente metálica con suficiente energía dependiendo de la energía de disociación para desplazar un átomo desde la fuente metálica. Si se desea, los átomos bombardeados pueden ionizarse mediante un haz de electrones o similar para producir iones metálicos que puedan dirigirse con campos electromagnéticos hacia el sustrato.

La deposición en fase vapor preferiblemente se realiza usando deposición asistida con haz de iones (IBAD) a alto vacío como se describe, por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos Nº 5.474.797 de Sioshansi et al., que se incorpora a este documento por referencia. IBAD implica un evaporador que forma un vapor del metal deseado. El vapor de metálico se suministra al sustrato con la ayuda de un chorro de iones formado por uno o más gases.

Para los enfoques de deposición en fase vapor, el sustrato puede girarse para exponer las diferentes partes del sustrato al vapor metálico. Si el sustrato se gira para exponer uniformemente las diferentes partes del sustrato al vapor metálico, se forma un recubrimiento uniforme de metal. Como alternativa, puede formarse un recubrimiento no uniforme por exposición no uniforme correspondiente de la superficie del sustrato al vapor metálico. Similarmente, la composición del vapor metálico puede alterarse para producir una composición de metal no uniforme sobre diferentes partes del sustrato o dentro de diferentes capas a lo largo del sustrato. Similarmente, con enfoques basados en solución/líquido, diferentes partes pueden exponerse a la solución/líquido durante el mismo o diferentes períodos de tiempo para producir un recubrimiento metálico no uniforme, recubriendo el espesor y/o la composición
metálica.

Aunque el recubrimiento metálico puede usarse para preparar cambios relativamente minoritarios en la geometría global del componente/dispositivo, el sustrato polimérico generalmente incorpora las características principales del material compuesto final. En particular, el metal puede aplicarse no uniformemente con enfoques en fase vapor o en fase solución para crear desviaciones de la geometría del material compuesto resultante. Estas desviaciones, por ejemplo, pueden implicar abultamientos, proyecciones y similares que pueden producirse por aplicación de metal adicional en localizaciones específicas en el sustrato.

Después de la deposición del recubrimiento metálico, las propiedades superficiales del recubrimiento metálico pueden alterarse. En particular, el recubrimiento puede pulirse, atacarse químicamente, magnetizarse, oxidarse o modificarse de otra manera para alterar las características superficiales.

Propiedades del Material Compuesto Metal/Polímero

El material compuesto metal/polímero resultante preferiblemente incluye un recubrimiento metálico de suficiente espesor de manera que el material compuesto resultante tenga los niveles deseados de resistencia mecánica. El recubrimiento metálico puede dar como resultado unas propiedades mecánicas mejoradas. Para la mayoría de aplicaciones médicas, el componente generalmente tiene una resistencia a fatiga alta y una baja deformación permanente. La deformación permanente se refiere a deformación permanente por fatiga con el paso del tiempo como resultado de una aplicación de una carga sobre el elemento. De esta manera, un elemento preferiblemente no se deforma significativamente permanentemente con el paso del tiempo. Para dilatadores de válvulas cardiacas, el componente dilatador debe ser capaz de soportar 600 millones de ciclos en un ensayador de desgaste acelerado sin fallar y con una baja deformación permanente.

Materiales Biocompatibles

Los dispositivos médicos de interés incluyen al menos un componente que comprende los materiales compuestos metal/polímero descritos en este documento. Las partes de los dispositivos médicos que se diseñan para contactar con los fluidos o tejidos corporales de un paciente pueden incluir materiales biocompatibles adicionales, tales como tejido o polímeros no recubiertos, polímeros con recubrimientos metálicos finos, metales y cerámicos dentro del mismo componente como el material compuesto metal/polímero o en componentes diferentes. Estos posibles materiales biocompatibles adicionales se describen en esta sección.

Los materiales biocompatibles apropiados pueden formarse a partir de materiales naturales, materiales sintéticos o combinaciones de los mismos. Un material natural, es decir, biológico, para usar en la invención incluye tejido vivo relativamente intacto, tejido descelularizado y tejido recelularizado. Estos tejidos pueden obtenerse, por ejemplo, a partir de válvulas cardiacas naturales, partes de válvulas cardiacas naturales tales como raíces, paredes y valvas aórticas, tejidos pericárdicos, tales como parches pericárdicos, tejidos conectivos, injertos de revascularización, tendones, ligamentos, parches cutáneos, vasos sanguíneos, cartílago, duramadre, piel, hueso, fascia, submucosa, tejidos umbilicales y similares.

Los tejidos naturales proceden de una especie animal seleccionada, típicamente un mamífero tal como un ser humano, bovino, porcino, foca, equino, canino o canguro. Estos tejidos naturales generalmente incluyen un material que contiene colágeno. El tejido natural típicamente, aunque no necesariamente, es tejido blando. Los materiales tisulares son particularmente útiles para la formación de prótesis de válvula cardiaca para tejido. El tejido puede ser un tejido vivo, tejido descelularizado o tejido recelularizado. Los enfoques de descelularización se describen, por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos Nº 5.855.620, que se incorpora a este documento por referencia y en las solicitudes PCT publicadas WO 96/32905 y WO 96/03093, incorporándose ambas a este documento por referencia.

Los tejidos pueden fijarse por reticulación. La fijación proporciona estabilización mecánica, por ejemplo, evitando la degradación enzimática del tejido. El glutaraldehído o formaldehído se usa típicamente para la fijación, aunque pueden usarse otros fijadores tales como otros aldehídos difuncionales, epóxidos y genipina y derivados de los mismos. Los tejidos pueden usarse en forma reticulada o no reticulada, dependiendo del tipo de tejido, el uso y otros factores. Generalmente, si se usa tejido de xenoinjerto, el tejido se reticula y/o descelulariza. Los materiales sintéticos pertinentes incluyen, por ejemplo, polímeros y cerámicos. Los cerámicos apropiados incluyen, sin limitación, hidroxiapatita, alúmina y carbono pirolítico. Los cerámicos pueden recubrirse con un polímero, proteína u otro compuesto antes de usarlo como un sustrato, si se desea. Los materiales sintéticos apropiados incluyen hidrogeles y otros materiales sintéticos que no pueden soportar deshidratación severa. Los materiales biocompatibles pueden fabricarse a partir de polímeros sintéticos así como polímeros biológicos purificados. Los polímeros sintéticos adecuados se han descrito en la sección anterior. Estos materiales poliméricos sintéticos pueden tejerse o tricotarse en una malla para formar una matriz o estructura similar. Como alternativa, los materiales poliméricos sintéticos pueden moldearse o colarse en las formas apropiadas.

Los polímeros biológicos pueden ser de origen natural o producirse in vitro por fermentación y similares. Los polímeros biológicos purificados pueden formarse apropiadamente en un sustrato por técnicas tales como tejido, tricotado, moldeado, extrusión, alineamiento celular y alineamiento magnético. Para una descripción de los alineamientos magnéticos véase, por ejemplo, R. T. Tranquillo et al., Biomaterials 17:349-357 (1996). Los polímeros biológicos adecuados incluyen, sin limitación colágeno, elastina, seda, queratina, gelatina, poliaminoácidos, suturas de cat gut (tripa de gato), polisacáridos (por ejemplo, celulosa y almidón) y copolímeros de los mismos.

Terminación del Dispositivo Médico, Almacenamiento, Envasado, Distribución y Uso

El sustrato recubierto con metal puede formar un dispositivo médico completo por sí mismo o el sustrato de recubierto con metal puede incorporarse con otros componentes biocompatibles en un dispositivo médico antes o después de la formación del recubrimiento. Por ejemplo, un material compuesto metal/polímero que forma un dilatador de válvula cardiaca puede incorporarse en una prótesis de válvula cardiaca de tejido antes del almacenamiento y/o distribución de las prótesis resultantes. Aunque en principio el recubrimiento puede realizarse después de la formación de dispositivo médico de múltiples componentes, el recubrimiento de un solo componente dentro del dispositivo médico generalmente se realizaría antes del ensamblaje de los componentes para evitar la interferencia durante el proceso de recubrimiento con otros componentes.

El material compuesto puede almacenarse apropiadamente antes de o después de la formación en un dispositivo médico. Generalmente, el material compuesto puede almacenarse en un entorno estéril y seco. Si los componentes del dispositivo médico requieren humedad para mantener su integridad, tal como componentes tisulares, el dispositivo médico con el material compuesto metal/polímero puede almacenarse en un entorno estéril y húmedo. El entorno húmedo, puede mantenerse con o sin sumergir el dispositivo médico en un líquido estéril, tal como glutaraldehído acuoso.

Para su distribución, los dispositivos médicos se ponen en recipientes sellados y estériles. A los recipientes se les puede poner fecha, de manera que la fecha refleja el tiempo de almacenamiento aconsejable máximo, si los componentes del dispositivo médico no van a almacenarse indefinidamente. Los recipientes se envasan junto con instrucciones para el uso apropiado y/o implante de los dispositivos médicos y junto con otras etiquetas apropiadas y/o requeridas. Los recipientes se distribuyen a los profesionales sanitarios para usarlos en procedimientos médicos apropiados tales como implante de una prótesis y similares.

Las realizaciones descritas anteriormente pretenden ser ilustrativas y no limitantes. Otras realizaciones alternativas están dentro de las reivindicaciones.

Claims

1. Un dispositivo médico implantable, percutáneo o cutáneo, que comprende un sustrato que tiene un recubrimiento metálico biocompatible sobre al menos una parte de su superficie con un espesor medio mayor de 3 \mum, en el que el sustrato comprende un polímero en el que el recubrimiento metálico comprende un metal con memoria.

2. El dispositivo médico de la reivindicación 1 en el que el recubrimiento metálico comprende una aleación de níquel-titanio.

3. El dispositivo médico de la reivindicación 1 en el que el recubrimiento metálico tiene un espesor medio mayor de 10 \mum.

4. El dispositivo médico de la reivindicación 1 en el que el recubrimiento metálico tiene un espesor medio de
10 \mum a 1000 \mum.

5. El dispositivo médico de la reivindicación 1 en el que el espesor del recubrimiento metálico en todos los puntos varía menos del 10% respecto al espesor del recubrimiento medio.

6. El dispositivo médico de la reivindicación 1 en el que el sustrato polimérico comprende un polímero seleccionado entre el grupo que consiste en poliéter éter cetonas, acetales, poliamidas, poli uretanos, politetrafluoroetileno, tereftalato de poliéster, policarbonatos, polisulfona, polímeros reabsorbibles y copolímeros y mezclas de los mismos.

7. El dispositivo médico de la reivindicación 1 en el que el dispositivo médico se selecciona entre el grupo que consiste en una prótesis de válvula cardiaca, catéteres, anillos de anuloplastia, dilatadores de válvula cardiaca, valvas de válvula cardiaca, dilatadores vasculares, dilatadores urinarios, componentes cardíacos mecánicos, componentes de marcapasos, conductores eléctricos, dispositivos de asistencia al ventrículo izquierdo y componentes ortopédicos.

8. El dispositivo médico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el espesor del recubrimiento en algún punto varía en un factor de diez o más respecto al espesor medio del recubrimiento.

9. El dispositivo médico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el espesor del recubrimiento metálico en todos los puntos varía menos del 25 al 250% respecto al espesor medio del recubrimiento.