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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine wasserlösliche
Gleitbeschichtung für
ein medizinisches Instrument wie eine Katheterbaugruppe.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Katheter
werden verwendet bei chirurgischen Eingriffen zum Einsetzen in Blutgefäße, die
Harnröhre oder
Gänge des
Körpers
während
solcher Verfahren wie der Koronarangioplastie, dem Einbringen und
Platzieren von Stents zum Öffnen
verschlossener oder blockierter Blutgefäße, für urologische und reproduktionsmedizinische
Operationen und zum Einbringen biologisch kompatibler Flüssigkeiten,
beispielsweise einer röntgenpositiven
Flüssigkeit
für Röntgenkontrastuntersuchungen,
an bestimmte Stellen im Körper.
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Je
nach beteiligtem Verfahren können
Katheter von einer von mehreren unterschiedlichen Arten sein, einschließlich einer
Over-the-Wire-, einer Single-Operator-Exchange- oder einer Fixed-Wire-Katheterbaugruppe.
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Over-the-Wire-Katheter
können
beispielsweise bei der Koronarangioplastie als Führungskatheter verwendet werden.
Der Führungskatheter
stellt den Zugang zu dem Bereich bereit, in dem die Stenose oder
Blockade zu finden sein kann, und bietet dem Behandlungskatheter
Halt, der häufig
ein Ballonaufweitungssystem enthält,
in dem ein Aufweitungsballon an eine verengte Stelle in einer Arterie
befördert
und zum Vermindern der Stenose verwendet wird.
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Während des
Einsatzes wird der Führungskatheter über einem
Führungsdraht
durch eine zuvor platzierte Einführhülse eingeführt und
durch ein Blutgefäß zum Ort
einer Stenose vorgeschoben.
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Andere
Verfahren können
das Einführen
anderer medizinischer Instrumente an genau bestimmten Stellen des
Körpers
beinhalten, einschließlich
der Einbringung von Stents, Stentgrafts, Prothesen, Vena-Cava-Filtern,
anderen dehnbaren medizinischen Instrumenten und so weiter.
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Während dieser
Verfahren müssen
die Katheter in der Lage sein, auf für den Patienten möglichst
atraumatische Weise gewundene Wege durch Blutgefäße zur Stenose zu durchqueren.
Es ist deshalb wünschenswert,
die Einführung
durch den Patienten derart zu gestalten, dass Einführzeit und
Beschwerden möglichst
weit eingeschränkt
werden.
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Ein
häufiges
Problem, das bei Katheterbaugruppen auftritt, ist die Reibung oder
Adhäsion
zwischen verschiedenen Teilen, die während des medizinischen Eingriffs
in regelmäßigen Abständen miteinander
in Kontakt kommen. Reibung kann beispielsweise zwischen dem Führungskatheter
und dem Führungsdraht,
zwischen der Einführhülse und
dem Führungskatheter
oder zum Beispiel zwischen dem Führungskatheter
und dem Ballonkatheter auftreten und kann das Einführen schwieriger
gestalten, bewirken, dass der Katheter nicht mehr richtig platziert
ist und zu Beschwerden für
den Patienten oder Schäden
am Gefäßsystem
führen.
Es ist daher wünschenswert,
die Gleitreibung zwischen den unterschiedlichen Teilen der Katheterbaugruppen
zu vermindern.
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Die
Werkstoffe, aus denen Katheter hergestellt sind, sind üblicherweise
von polymerer oder metallischer Beschaffenheit und sind im Allgemeinen
von Natur aus nicht glatt. Wenn sich diese nicht glatten Werkstoffe
berühren,
entsteht Reibung. Hersteller von medizinischen Instrumenten haben
verschiedene Verfahren zum Herabsetzen des Reibungskoeffizienten
zwischen diesen Flächen
eingesetzt.
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Es
wurden hydrophobe Beschichtungen verwendet, um medizinische Instrumente
gleitfähig
zu machen, einschließlich
Gleitmittel auf Silikonbasis, Glycerin oder Olivenöl. Es ist
bekannt, dass sich diese Beschichtungen abwaschen, wenn sie einer
wässrigen
Umgebung ausgesetzt sind, sie ihre anfängliche Gleitfähigkeit
schnell verlieren und es ihnen an Abriebfestigkeit mangelt. Es ist
auch bekannt, dass Restmengen Silikon eine Entzündungsreaktion bei Patienten
hervorrufen. Der Verlust der Gleitfähigkeit kann Beschwerden beim
Einführen
in einen Patienten und Schäden
an Blutgefäßen und
Geweben aufgrund von Reibungskräften während des
Einführens
oder Entfernens der Vorrichtung bewirken. Beispiele für Gleitmittel
auf Silikonbasis umfassen Polysiloxane und modifizierte Polysiloxane.
Sie enthalten häufig
eine polare Gruppe, die eine Aminoalkyl- oder Carboxyalkyl-Endgruppe
sein kann. In der
US-Patentschrift
5,084,315 (Karimi et al.), erteilt am 28. Januar 1992,
werden die Probleme mit dem Wandern und der Bildung von Kügelchen
erörtert.
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In
der
US-Patentschrift 5,266,359 (Spielvogel),
erteilt am 30. November 1993, ist eine Gleitmittelzusammensetzung
für ein
medizinisches Instrument beschrieben, die eine Emulsion aus einem
nicht vernetzenden Polysiloxan, einem grenzflächenaktiven Stoff und Wasser
enthält.
Die grenzflächenaktiven
Stoffe sind Copolymere aus Polysiloxan und Polyoxyethylen, die reaktionsfähig sind
und im vernetzten Zustand an der Oberfläche haften bleiben. Auch wenn
Spielvogel ein Auftragungsverfahren lehrt, bei dem keine Lösungsmittel
verwendet werden, bleiben die Probleme, die mit Gleitmitteln auf
Silikonbasis zusammenhängen,
bestehen.
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In
der
US-Patentschrift 5,272,012 (Opolski),
erteilt am 21. Dezember 1993, ist ein Verfahren zum Versehen einer
medizinischen Vorrichtung mit einer schützenden Gleitbeschichtung beschrieben,
das das Bereitstellen einer Beschichtungslösung umfasst, die eine schützende Verbindung
wie ein Urethan, einen Gleitzusatzstoff wie ein Siloxan und gegebenenfalls
ein Vernetzungsmittel für
die schützende
Verbindung wie polyfunktionales Aziridin enthält, Auftragen der Lösung auf
eine Fläche
einer medizinischen Vorrichtung und Hartwerdenlassen der Beschichtung.
Die schützende
Verbindung bindet den Gleitzusatzstoff derart, dass Bereiche des
Gleitzusatzstoffs in der entstandenen Schicht freiliegen. Die Beschichtungslösung kann
auch ein Vernetzungsmittel enthalten. Die schützende Verbindung bindet den
Gleitzusatzstoff derart, dass Bereiche des Gleitzusatzstoffs in
der entstandenen Schicht freiliegen. Die Beschichtungslösung kann
auch ein Vernetzungsmittel enthalten. Die schützende Verbindung weist vorzugsweise
funktionelle Einheiten auf, die dazu in der Lage sind, mit anderen
Einheiten in der schützenden
Verbindung und mit Einheiten, die aus dem medizinischen Instrument
abgeleitet sind, zu vernetzen.
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Ein
weiteres Verfahren zum Herabsetzen des Reibungskoeffizienten ist
die zusätzliche
Verwendung einer Schicht aus einem reibungsarmen Werkstoff wie Polytetrafluorethylen,
nachfolgend PTFE und allgemein bekannt unter der Handelsbezeichnung
Teflon
®.
PTFE kann beispielsweise als innere Schicht eines Katheterinnenhohlraums
verwendet werden, um zum Beispiel die Reibung zwischen dem Führungskatheter
und dem Behandlungskatheter herabzusetzen. Das Problem bei der Verwendung
dieser inneren Schicht aus PTFE ist, dass sie einen separaten Extrusionsvorgang
erfordert und auch geätzt
werden muss. Die Adhäsion
ist im Allgemeinen ebenfalls ein Problem auch zwischen dem PTFE
und dem polymeren Kathetermaterial. Die
US-Patentschrift 5,647,846 (Berg et
al.) hat diese Aufgaben durch die Verwendung einer geometrisch gestalteten
Innenfläche
der inneren Schicht eines Führungskatheters
gelöst
und eine geringe Reibung durch die Geometrie statt durch die Verwendung
eines glatten Polymers erreicht, wodurch die Notwendigkeit des glatten
Polymers entfällt.
Berg et al. erörtern
jedoch die Herstellung der inneren Schicht aus einem glatten Polymer
wie PTFE oder alternativ das Beschichten der Innenfläche mit
einem Gleitmittel wie Silikon.
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Es
sind auch hydrophile Verbindungen verwendet worden, um medizinische
Instrumente gleitfähig
zu machen. Derartige Verbindungen sind biokompatibel oder blutkompatibel
und werden leichter aus dem Körper ausgeschieden
und neigen weniger dazu, Gewebe zu reizen. Aufgrund der Hydrophilie
ist es jedoch auch schwieriger, diese Beschichtungen während des
gesamten Verfahrens auf der Oberfläche des medizinischen Instruments
zu halten. In der
US-Patentschrift 5,509,899 (Fan
et al.), erteilt am 23. April 1996, ist eine Gleitbeschichtung für einen
medizinischen Ballon und einen Katheter beschrieben, wobei der Ballon
fest gewickelt und verdreht und fest zusammengelegt ist, sodass
der Ballon, wenn sie zum Einführen
in den Körper
einander berühren,
zwischen aneinandergrenzenden Flächen
keine Verbindungen und keine Adhäsion
aufweist. Basis des Ballons ist eine durchgehende Polymerfläche, die
von einer zusammengelegten, eingewickelten Anordnung aus, bei der
sich die Flächen
berühren,
ausgedehnt werden kann. Beispiele für diese Polymerwerkstoffe umfassen
Nylon, Selar
®,
Polyethylenterephthalat, Polyethylen oder ähnliche Werkstoffe. Diese Werkstoffe
können
ein ausgezeichnetes Ausgangsmaterial für Ballons darstellen, sind
jedoch nicht unbedingt ausreichend glatt, um an sich verwendet zu
werden. Deshalb ist auf der Polymerfläche eine biokompatible Hydrogel-Gleitbeschichtung
angeordnet und eine dünne
blutkompatible Gleitbeschichtung ist auf der Hydrogelschicht angeordnet
und haftet daran, um zu verhindern, dass aneinandergrenzende Flächen der
zusammengelegten Polymerflächen
während
des Füllens
aneinander haften und um auch das Ablösen der Hydrogelschicht und/oder das
Reißen
des Ballons zu verhindern. Die blutkompatible Schicht ist Polyethylenglykol,
Methoxypolyethylenglykol oder Mischungen daraus mit einer Molekülmasse zwischen
ungefähr
100 und 20.000 Gramm je Mol.
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In
der
US-Patentschrift 5,849,368 (Hostettler
et al.), erteilt am 15. Dezember 1998, ist ein Verfahren beschrieben,
mit dem die Oberflächen
von polymeren Kunststoff- oder Gummiwerkstoffen, die von Natur aus nicht
polar oder nur wenig polar sind, polar oder polarer und hydrophil
werden, sodass aminhaltige funktionelle Gruppen und schließlich eine haltbare,
fest haftende, glatte Polyurethan- oder Polyurethan-Harnstoff-Hydrogelschicht
anschließend
auf die Polymeroberfläche
aufgebracht werden können.
Das Verfahren umfasst die zweifache Plasmabehandlung eines polymeren
Kunststoff- oder Gummiträgermaterials,
sodass Amin- und Aminogruppen an der Trägeroberfläche fixiert werden, damit sie
hydrophiler und reaktionsfreudiger gegenüber den Isocyanat-Endgruppen
der Polyurethan- oder
Polyurethan/Harnstoff-Präpolymere
wird.
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Obwohl
in jedem dieser Verfahren eine Möglichkeit
beschrieben ist, wie der Reibungskoeffizient herabgesetzt werden
kann, besteht weiterhin Bedarf an einer einfachen, leicht aufzutragenden
Schicht, die glatt und biokompatibel ist und gut an der Oberfläche der
Vorrichtung hält.
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Die
zugrunde liegende Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer
hydrophilen Gleitmittelbeschichtung für medizinische Instrumente
und insbesondere für
Katheterbaugruppen, um von Natur aus nicht glatte Oberflächen glatt
zu machen, und ein Verfahren zum Beschichten derartiger Vorrichtungen,
das das Beschichten der Innenfläche
eines röhrenförmigen Elements
des medizinischen Instruments umfasst.
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WO 99/38545 A offenbart
eine sehr glatte Beschichtung, die unter Verwendung einer Grundierungszwischenschicht
auf Polyisocyanat-Basis zwischen dem Trägermaterial und der Gleitbeschichtung
fest an einem medizinischen Instrument haftet.
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Die
technische Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt,
ist die Bereitstellung einer sehr glatten Beschichtung, die unter
Verwendung einer alternativen Grundierungszusammensetzung fest an einem
medizinischen Instrument haftet.
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Diese
Aufgabe wird von den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 13 gelöst, und
dem Hinzufügen von
Polytetrafluorethylenschichten.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Beschichtung zum Gleitfähigmachen eines medizinischen
Instruments. Die Beschichtung umfasst eine Grundierungszusammensetzung
zur Vorbehandlung und eine hydrophile Gleitbeschichtung. Die Grundierungsverbindung
umfasst Substituenten, die dazu in der Lage sind, an der Oberfläche des
medizinischen Instruments zu haften oder zu binden und den Halt
des hydrophilen Gleitmittels an der Oberfläche zu verbessern. Ein derartiger
Mechanismus, durch den die Grundierungsverbindung das hydrophile
Polymer halten kann, ist die kovalente Bindung oder Wasserstoffbrückenbindung.
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Diese
Erfindung betrifft weiterhin ein medizinisches Instrument, das mindestens
ein röhrenförmiges Element
umfasst, das eine Innenfläche
und eine Außenfläche aufweist.
Die Innenfläche
des röhrenförmigen Elements
wird zumindest gelegentlich mit mindestens einer zweiten Fläche in Kontakt
gebracht. Das röhrenförmige Element
umfasst ferner eine hydrophile Beschichtung, die auf der Innenfläche angeordnet
ist. Die hydrophile Beschichtung ist vorhanden, um die Innenfläche des
röhrenförmigen Elements
und die zweite Fläche daran
zu hindern, aneinander zu haften und verringert die Reibung, die
durch die Bewegung zwischen den beiden Flächen verursacht wird. Das Innere
wird zuerst mit der Grundierungszusammensetzung vorbehandelt.
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Das
röhrenförmige Element
umfasst vorzugsweise mindestens ein thermoplastisches Polymer und
die zweite Fläche
umfasst vorzugsweise ein Metall.
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Die
hydrophile Beschichtung kann auf die Innenfläche der Röhre durch Einspritzen oder
Koextrusion aufgebracht werden.
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Ein
Beispiel für
ein medizinisches Instrument ist eine Katheterbaugruppe, die mindestens
eine Polymerhülse
umfasst, die eine Innenfläche
und eine Außenfläche aufweist.
Die Innenfläche
der ersten Polymerhülse
wird zumindest gelegentlich mit mindestens einer zweiten Fläche in Kontakt
gebracht und umfasst eine wasserlösliche Beschichtung, die auf
der Innenfläche
der Polymerhülse
angeordnet ist. Die hydrophile Beschichtung ist vorhanden, um die
Innenfläche
und die zweite Fläche
daran zu hindern, aneinander zu haften.
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Die
Polymerhülse
umfasst mindestens einen thermoplastischen Polymerwerkstoff. Die
zweite Fläche, mit
der die Innenfläche
der Polymerhülse
in Kontakt kommt, kann ein. Polymerwerkstoff oder ein Metall sein.
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Die
Innenfläche
der Polymerhülse
kann zuerst mit einer Grundierung mit einer vernetzbaren Zusammensetzung
beschichtet werden, die ohne weiteres benetzbar ist. Dies verbessert
die Gleichmäßigkeit
und Lagerstabilität
der Gleitbeschichtung. Die wasserlösliche Gleitbeschichtung kann
ferner Vitamin E umfassen, das als Antioxidationsmittel dient, um
die Lagerstabilität
der Beschichtung weiter zu verbessern.
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Ein
weiteres Beispiel für
ein medizinisches Instrument ist eine Stententfaltungskatheterbaugruppe,
die mindestens ein röhrenförmiges Element
zum Halten und Freisetzen eines Stents aufweist. Das röhrenförmige Element
kann eine zurückziehbare
Hülse sein
oder kann mindestens eine Stenthaltehülle sein. Eine hydrophile Gleitbeschichtung
ist auf der Innenfläche
des röhrenförmigen Elements
angeordnet, um die Stentfreisetzung durch Herabsetzen des Reibungskoeffizienten
zwischen dem röhrenförmigen Element
und dem Stent zu erleichtern.
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Die
Gleitbeschichtung der vorliegenden Erfindung sorgt für eine bessere
Gleitfähigkeit,
beseitigt Wanderungsprobleme, die mit Gleitmitteln auf Ölbasis zusammenhängen, und
schließt
Gewebereaktionen und -reizungen aus, die mit Silikongleitmitteln
auf Ölbasis
zusammenhängen.
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Aufgrund
der ausgezeichneten Gleitfähigkeit
kann des Weiteren der Durchmesser der Außenhülse eines medizinischen Instruments
verringert werden, wodurch sich die Leistung verbessert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
die Verminderung der Reibungskraft aufgrund der Drahtbewegung, die
bei Beispiel 1 unter Verwendung des Gleitbeschichtungsverfahrens
der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
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2 veranschaulicht
die Verminderung der Reibungskraft aufgrund der Drahtbewegung, die
bei Beispiel 2 unter Verwendung des Gleitbeschichtungsverfahrens
der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
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3 zeigt
ganz allgemein ein röhrenförmiges Element,
auf dessen Innenfläche
die hydrophile Beschichtung der vorliegenden Erfindung aufgebracht
ist.
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4 zeigt
eine Seitenansicht einer Katheterhülseneinführvorrichtung mit einer hydrophilen
Beschichtung auf der Innenfläche
der röhrenförmigen Hülse der
Katheterhülseneinführvorrichtung.
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5 zeigt
eine Seitenansicht eines medizinischen Instruments, das verwendet
wird, um ein sich schnell drehendes Schneidwerkzeug in ein Gefäß zu bringen,
um anormale Ablagerungen zu entfernen, bei dem die hydrophile Gleitbeschichtung
der vorliegenden Erfindung auf der Innenfläche des Führungskatheters angeordnet
ist.
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6 zeigt
eine Seitenansicht einer Over-the-Wire-Kathetervorrichtung, die
insbesondere als Aufweitungskatheter für einen füllbaren Ballon ausgestaltet
ist, bei der die Gleitbeschichtung der vorliegenden Erfindung auf
der Innenfläche
des Führungsdrahthohlraums
angeordnet ist.
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7 zeigt
eine Rapid-Exchange-Ausführungsform
einer Ballonkathetervorrichtung, deren Aufbau der Kathetervorrichtung ähnelt, die
in 6 dargestellt ist.
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8 zeigt
eine Seitenansicht eines Stenteinbringungskatheters, bei dem ein
füllbarer
Ballon zum Freisetzen des Stents verwendet wird. Die Gleitbeschichtung
der vorliegenden Erfindung ist auf der Innenfläche der Stenthaltehüllen angeordnet.
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9 zeigt
eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Stenteinbringungskatheters
mit einem eingelegten Stent in der vollständig entfalteten Position.
Dieser konkrete Stenteinbringungskatheter weist zurückziehbare
Hülsen
auf.
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10 zeigt
eine Seitenansicht einer Rapid-Exchange-Ausführungsform eines Stents, deren
Anordnung sehr der ähnelt,
die in 9 dargestellt ist.
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11 veranschaulicht
einen röhrenförmigen,
flexiblen, selbstausdehnenden Stent, der in seinem unausgedehnten
Zustand dargestellt ist.
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12 veranschaulicht
einen röhrenförmigen,
flexiblen, mit einem Ballon ausdehnbaren Stent, der in seinem unausgedehnten
Zustand dargestellt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGEN DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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3 veranschaulicht
ganz allgemein bei 10 ein röhrenförmiges Element, das in einem
medizinischen Instrument verwendet werden kann. Das röhrenförmige Element
umfasst eine Außenfläche 12 und
eine Innenfläche 14,
wobei die Innenfläche
einen Hohlraum 16 bildet. Der Hohlraum kann beispielsweise
ein Führungsdrahthohlraum
für einen
Katheter sein, der verwendet wird bei chirurgischen Eingriffen wie
der Koronarangioplastie, dem Einbringen und Platzieren von Stents
zum Öffnen
verschlossener oder blockierter Blutgefäße, für urologische und reproduktionsmedizinische
Operationen und zum Einbringen biologisch kompatibler Flüssigkeiten,
beispielsweise einer röntgenpositiven
Flüssigkeit
für Röntgenkontrastuntersuchungen,
an bestimmte Stellen im Körper.
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Eine
wasserlösliche
Gleitbeschichtung 11 ist auf der Innenfläche 14 des
röhrenförmigen Elements 10 angeordnet.
Die Beschichtung setzt den Reibungskoeffizienten zwischen dem röhrenförmigen Element
und jeder Fläche
herab, mit der es in Kontakt kommt, und die zueinander in einer
Bewegungs- oder Verschiebebeziehung stehen. Das röhrenförmige Element
kann beispielsweise aus einem Polymerwerkstoff bestehen, der von
Natur aus nicht glatt ist. Das röhrenförmige Element
kann jede Art von Katheter bilden, einschließlich Ballonkatheter und Stenteinbringungskatheter,
zurückziehbare
Hülsen
oder Stenthaltehüllen
für Stenteinbringungskatheter,
Führungsdrahthohlräume, Zugdrahthohlräume und
so weiter.
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4 veranschaulicht
ganz allgemein bei 100 eine Kathetereinführvorrichtung
mit einer röhrenförmigen Hülse 120 und
einem Hub 140, der am proximalen Ende 150 der
röhrenförmigen Hülse 120 befestigt
ist. Es sind eine abzweigende Röhre 200 und
eine Befestigungsmuffe 210 vorgesehen, um unter anderem
Verbindungen zur physiologischen Kochsalzlösung oder Medikamenten und
den Zugang zu anderen medizinischen Verfahren zu ermöglichen.
Es ist ein Führungsdraht 220 dargestellt,
wie er häufig
mit solchen Vorrichtungen wie Ballonangioplastiekathetern verwendet
wird. Bei 180 ist eine Aufweitereinheit dargestellt. Die
hydrophile Beschichtung 110 ist auf der Innenfläche der röhrenförmigen Hülse 120 angeordnet
zum Einsetzen und Führen eines
Katheters in lebendes Gewebe.
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Zuerst
kann ein Kerndraht durch eine Hohlnadel, die durch die Haut hindurch
im Hohlraum des gewünschten
Blutgefäßes platziert
wird, eingeführt
werden. Die Kathetereinführvorrichtung,
die die röhrenförmige Hülse 120 umfasst,
und eine abnehmbare hohle Führungsstab-
oder Aufweitereinheit 180 können gemeinsam über dem
Kerndraht in das Gefäß vorgeschoben
werden. Der Kerndraht und die Aufweitereinheit werden dann entfernt
und nur die röhrenförmige Hülse 120 der
Kathetereinführvorrichtung
bleibt im Gefäß. Anschließend kann
für eine
Angioplastie oder zu jedem anderen gewünschten Zweck ein Katheter
durch die röhrenförmige Hülse 120 in
eine Arterie vorgeschoben werden.
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Die
röhrenförmige Hülse 120 kann
deshalb mit einem Kerndraht 220, der Aufweitereinheit und
dem Katheter 180 in Kontakt kommen. Die hydrophile Beschichtung 110 auf
der Innenfläche
der röhrenförmigen Hülse 120 vermindert
die Reibung zwischen der röhrenförmigen Hülse und
der medizinischen Vorrichtung, mit der sie in Kontakt kommt. Diese
röhrenförmigen Hülsen können verwendet
werden, um medizinische Instrumente wie Kathetereinbringungsvorrichtungen
für Aufweitungsballons,
Stents, Stentgrafts, Prothesen, Vena-Cava-Filter oder andere derartige
Vorrichtungen zur gewünschten
Stelle zu lenken.
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Die
Katheterhülseneinführvorrichtung 100 ist
kennzeichnend für
derzeitige im Handel erhältliche
Einführvorrichtungen,
jedoch können
viele Abänderungen
vorgenommen werden. Das proximale Ende 150 der Hülse 120 kann
beispielsweise aus einem steifen Material hergestellt sein, während das
distale Ende 160 der Hülse 120 beispielsweise
für eine
bessere Kontrolle außerhalb
des Körpers
durch den Arzt aus einem flexiblen Material hergestellt sein kann.
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Einführvorrichtungen
sind im Fachgebiet bekannt und es ist eine große Anzahl von verschiedenen Ausführungsformen
derartiger Vorrichtungen vorhanden, auf die die vorliegende Erfindung
Anwendung finden würde.
Einführvorrichtungen
sind in der
US-Patentschrift 5,066,285 ,
erteilt am 19. November 1991 (Hillstead), und in der
US-Patentschrift
5,466,230 , erteilt am 14. November 1995 (Davila) dargestellt.
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5 veranschaulicht
ganz allgemein bei 5 eine Ausführungsform eines medizinischen
Instruments, das verwendet wird, um ein sich schnell drehendes Schneidwerkzeug
in ein Gefäß zu bringen,
um anormale Ablagerungen zu entfernen. Das Schneidwerkzeug 1 ist
am Ende einer flexiblen Antriebswelle befestigt, die das Drehmoment
von einer Drehmoment erzeugenden Vorrichtung 4, beispielsweise
einem Elektro- oder Druckluftmotor, überträgt. Die Antriebswelle 2 ist über den
größten Teil
ihrer Länge
von einem Führungskatheter
umgeben.
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Eine
weitere Ausführungsform,
bei der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, befindet sich
in einer chirurgischen Schneidvorrichtung, die in der
US-Patentschrift 5,651,781 , erteilt
am 29. Juli 1997 (Grace), dargestellt ist. Die Außenhülse bei
Grace nimmt eine chirurgische Schneidvorrichtung einschließlich eines
hohlen walzenförmigen
Messerelements auf. Das Messer kann ausgefahren und eingezogen werden.
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Um
für einen
reibungsarmen Durchgang für
die Drehbewegung zwischen der Antriebswelle
2 und dem Führungskatheter
3 zu
sorgen, kann die Innenfläche
des Führungskatheters
3 mit
der Gleitbeschichtung der vorliegenden Erfindung
15 beschichtet
werden. Derartige Vorrichtungen sind ausführlich in der
US-Patentschrift 4,445,509 , erteilt
am 1. Mai 1984, und in der
US-Patentschrift
4,990,134 , erteilt am 5. Feb. 1991, (beide Auth) beschrieben.
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Die
Beschichtungen der vorliegenden Erfindung können sowohl in Over-the-Wire-Katheter
(OTW) als auch in Rapid-Exchange-(RX) oder Single-Operator-Katheter
integriert werden. Diese Arten des Katheterautbaus werden auch bei
Stententfaltungskathetern verwendet.
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6 veranschaulicht
ganz allgemein bei 6 eine Over-the-Wire-Kathetervorrichtung,
die insbesondere als Aufweitungskatheter für einen füllbaren Ballon 50 ausgestaltet
ist, wobei die Vorrichtung ein Verteilersystem umfasst, das ganz
allgemein mit 30 bezeichnet ist. Der Verteiler 30 kann
ferner einen Luer-Füllanschluss 40 umfassen.
Der Führungsdraht 35 verläuft durch
den Führungsdrahthohlraum 45,
der auf der Innenfläche
mit der Gleitbeschichtung der vorliegenden Erfindung 105 beschichtet
ist, um die Reibungskraft aufgrund der Drahtbewegung zu vermindern,
wodurch sich die Verschiebebeziehung zwischen dem Führungsdraht 35 und
der Innenfläche
des Führungsdrahthohlraums 45 verbessert.
Der Führungsdrahthohlraum 45 umgibt
den Führungsdraht 35,
der bei der Navigation des Katheters 6 durch das entsprechende
Gefäß behilflich ist.
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7 veranschaulicht
ganz allgemein bei 7 eine Rapid-Exchange-Ausführungsform
einer Ballonkathetervorrichtung, deren Aufbau der Kathetervorrichtung ähnelt, die
in 6 dargestellt ist. Die Innenfläche des Führungsdrahthohlraums 70,
einschließlich
der Öffnung 80 des
Führungsdrahthohlraums,
ist mit der Gleitbeschichtung der vorliegenden Erfindung 95 beschichtet,
um die Reibung aufgrund der Drahtbewegung zu vermindern, wenn ein
Führungsdraht
in die Öffnung 80 eingeführt und
durch den Führungsdrahthohlraum 70 vorgeschoben
wird.
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Die
Beschichtungen der vorliegenden Erfindung können auch in Stententfaltungskathetersystemen sowie
in Angioplastie-Ballonkathetern verwendet werden. Im Fall eines
Stententfaltungskathetersystems können Ballons zum Ausdehnen
des Stents verwendet werden, sobald er sich in der Position zum
Entfalten befindet, oder der Stent kann selbstausdehnend sein. Es
können
zurückziehbare
Hülsen
verwendet werden, wobei die Hülse über dem
Stent bewegt wird, sobald er sich an der richtigen Stelle befindet.
Die zurückziehbare
Hülse kann
sowohl dazu dienen, den Stent zu schützen, als auch dazu, ihn daran
zu hindern, sich vorzeitig auszudehnen. Sobald die Hülse zurückgezogen
ist, kann sich der Stent ausdehnen. Die Beschichtungen der vorliegenden
Erfindung können
beispielsweise auch als Beschichtung auf der Innenfläche der
zurückziehbaren
Hülse verwendet
werden.
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Stententfaltungskathetervorrichtungen
einschließlich
der, die eine zurückziebare
Hülse aufweisen, sind
in der
US-Patentschrift 5,534,007 (St.
Germain et al.) beschrieben, die am 9. Juli 1996 erteilt wurde.
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8 zeigt
ganz allgemein bei 8 eine Seitenansicht einer Stenteinbringungskatheterbaugruppe.
Bei dieser Ausführungsform
weist der Katheter 8 einen ausdehnbaren Abschnitt oder
Ballon 65 auf. Um den Ballon 65 herum ist ein
Stent 75 angeordnet. Der Stent 75 kann jede Art
von Stent sein, der von einem Stenteinbringungskatheter eingebracht
werden kann, und kann selbstausdehnend oder mit einem Ballon ausdehnbar
sein. Bei dieser Ausführungsform
ist der Stent 75 mit einem Ballon ausdehnbar.
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Am
Katheter ist ein Paar der Stenthaltehüllen 66 und 68 befestigt.
Die Hüllen
enthalten jeweils einen ersten Abschnitt a und einen zweiten Abschnitt
b. Wenn sich der Ballon 65 in einem nicht gefüllten Zustand befindet,
liegen die ersten Hüllenabschnitte
a über
den Enden des Ballons 65 sowie den Enden des Stents 75 und
halten den Stent an der richtigen Stelle. Ungeachtet des gefüllten oder
nicht gefüllten
Zustands des Ballons 65 sind die zweiten Hüllenabschnitte
b fest am Katheter 8 angebracht. Wenn der Ballon 65 gefüllt wird, löst sich
der Stent 75 von den Hüllenabschnitten 66a und 68a.
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Die
Stenthaltehüllen 66 und 68 können aus
vielen verschiedenen Polymerwerkstoffen hergestellt sein. Diese
Polymerwerkstoffe sind üblicherweise
von Natur aus nicht glatt. Der Stent 75 ist üblicherweise
aus Metall, beispielsweise Edelstahl, oder zum Beispiel einer Metalllegierung
aus Nickel und Titan. Zum Herabsetzen des Reibungskoeffizienten
und Verbessern der Verschiebebeziehung zwischen den Haltehüllen 66 und 68 und dem
Stent 75 ist die Gleitbeschichtung der vorliegenden Erfindung 115 auf
der Innenfläche
des Paars der Hüllen 66 und 68 angeordnet.
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9 zeigt
ganz allgemein bei 400 eine Kathetereinbringungsvorrichtung
mit einem selbstausdehnenden Stent 335 in vollständig entfalteter
Position. Die Vorrichtung umfasst ganz allgemein ein proximales Äußeres 410,
das durch eine flexible Röhre
gekennzeichnet ist, die einen Zugdrahthohlraum und gegebenenfalls einen
Führungsdrahthohlraum 315 enthält. Das Äußere 410 kann
aus einem Polymerwerkstoff wie Polyethylen hoher Dichte (HDPE) oder
Surlyn® bestehen.
Der Führungsdrahthohlraum 315 umgibt
vorzugsweise einen Führungsdraht 320,
der bei der Navigation des Katheters 305 durch das entsprechende
Gefäß behilflich
ist. Der Führungsdrahthohlraum 315 kann
aus einer flexiblen, jedoch nicht zusammendrückbaren Konstruktion wie einem
polymergekapselten Geflecht oder einer polymergekapselten Spirale
bestehen. Die Gleitbeschichtung 325 der vorliegenden Erfindung
kann auf der Innenfläche
des Führungsdrahthohlraums 315 angeordnet
sein, um den Reibungskoeffizienten zwischen dem Führungsdraht 320 und
dem Führungsdrahthohlraum 315 herabzusetzen.
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Diese
Kathetereinbringungsvorrichtung weist eine distale Hülse 340 auf,
die den Stent 335 bedeckt, wenn er eingelegt ist. 9 veranschaulicht
die distale Hülse 340 im
vollständig
zurückgezogenen
Zustand und die zusammenfaltbare Hülse 350 befindet sich
in ihrem zusammengedrückten
Zustand, wodurch der Stent 335 freigesetzt wird, damit
er sich an der Gefäßwand 465 selbst
ausdehnen kann. Die hydrophile Beschichtung 325 ist auf
der Innenfläche
der zurückziehbaren
Hülse 340 angeordnet,
um den Reibungskoeffizienten zwischen der zurückziehbaren Hülse 340 und
dem Stent 335 herabzusetzen.
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Des
Weiteren ist die zurückziehbare
distale Hülse 340,
die den eingelegten Stent 335 bedeckt und aufnimmt und
den selbstausdehnenden Stent 335 in seiner schmaleren Einbringungsanordnung
hält, mit
einem Rückziehelement 445 verbunden.
Das Rückziehelement 445 kann
ein Stab, ein Draht, eine Röhre,
die auch dazu verwendet werden kann, Flüssigkeiten zu befördern, ein
Rückziehdraht,
Führungsdraht
oder Ähnliches sein.
Das Rückziehelement 445,
z. B. ein Zugdraht, verläuft
längs im
proximalen Äußeren 410,
gegebenenfalls durch einen Rückziehelementhohlraum
(nicht dargestellt), beispielsweise eine Röhre aus HDPE, Nylon oder Polyetherblockamid
(Pebax®).
Bei einer konkreteren Ausführungsform
verläuft
der Rückziehelementhohlraum längs durch
das proximale Äußere 410 und
nimmt den Rückziehdraht 445 auf.
Auf der Innenfläche
des Rückziehelementhohlraums
kann zum Herabsetzen des Reibungskoeffizienten zwischen dem Rückziehdraht 445 und
dem Rückziehelementhohlraum
die Gleitbeschichtung der vorliegenden Erfindung angeordnet sein.
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10 veranschaulicht
eine Rapid-Exchange-Ausführungsform
einer Kathetereinbringungsvorrichtung, deren Aufbau dem ähnelt, der
in 9 zu finden ist.
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11 veranschaulicht
einen röhrenförmigen,
flexiblen, selbstausdehnenden Stent, der in 11 im unausgedehnten
Zustand dargestellt ist. Der selbstausdehnende Stent, der in 11 dargestellt
ist, kann mit jedem der Stenteinbringungskatheter verwendet werden,
die in 9 oder 10 dargestellt
sind. Die zurückziehbare
Hülse 340 wird
mit dem Rückziehdraht 445 zurückgezogen,
um den Stent freizusetzen. Wie in den 9 und 10 dargestellt
ist, ist die Gleitbeschichtung 325 der vorliegenden Erfindung
auf der Innenfläche der
zurückziehbaren
Hülse 340 angeordnet,
um den Reibungskoeffizienten zwischen der zurückziehbaren Hülse 340 und
dem Stent für
eine gleichmäßige, einfache
Freisetzung herabzusetzen. Diese Stents sind ausführlich in
der US-Patentanmeldung 09/122,431 beschrieben.
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12 veranschaulicht
einen mit einem Ballon ausdehnbaren Stent, der mit dem Ballon, wie
er in
8 dargestellt ist, verwendet werden kann. Wie
in
8 dargestellt ist, ist die Gleitbeschichtung der
vorliegenden Erfindung
115 auf der Innenfläche des
Paars der Hüllen
66 und
68 angeordnet,
um den Reibungskoeffizienten zwischen den Stenthaltehüllen
66 und
68 und
dem Stent für
eine einfachere und gleichmäßigere Freisetzung
des Stents herabzusetzen. Diese Art von Stent ist ausführlich in
der
US-Patentschrift 5,843,120 beschrieben.
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Kathetervorrichtungen
wie die, die in
9 und
10 dargestellt
sind, sind ausführlicher
detailliert in der
US-Patentschrift
5,534,007 (St. Germain et al.), erteilt am 9. Juli 1996,
erörtert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die hydrophile Gleitbeschichtung 115 eine
Carbonsäure
oder ein Alkohol, die bzw. der aus einem nicht hydrophilen Polymerwerkstoff
umgewandelt wurde, der beispielsweise Ester- oder Amidgruppen aufweist,
die hydrolysiert werden können.
Polymaleinsäureanhydrid
kann ebenfalls zu einer Carbonsäure
hydrolysiert werden. In dieser Ausführungsform wird der Polymerwerkstoff,
der die Beschichtung bildet, gleichzeitig gemeinsam mit dem Polymerwerkstoff
extrudiert, der zum Bilden der Hüllen 66 und 68 verwendet
wird. Die Hüllen
können
aus verschiedenen organischen hochpolymeren Werkstoffen wie Polyamid,
Polyester, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyacrylat, Polymethacrylat,
Polyacrylnitril, Polyacrylamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan,
Polyvinylacetat, Silikonharzen, Polytetrafluorethylen (PTFE) und
Copolymeren und Mischungen daraus bestehen. Das Ergebnis ist eine
zweischichtige röhrenförmige Konstruktion,
bei der die innere Schicht hydrophobes Polyester oder Polyamid ist
und die äußere Schicht
ein Polymerwerkstoff ist, der jeder zuvor aufgeführte Werkstoff sein kann, sowie
viele andere.
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Die
innere Schicht aus hydrophobem Polyester oder Polyamid wird anschließend entweder
durch eine Säure-
oder Basekatalyse zu einer Carbonsäure oder einem Alkohol hydrolysiert.
Das Ergebnis ist eine Schicht einer hydrophilen Gleitbeschichtung.
Die Hüllen
werden anschließend
aus dem röhrenförmigen Element
herausgeschnitten, woraus sich ein Schichtaufbau aus einer hydrophilen
Beschichtung auf der Innenfläche
und einem hydrophoben Polymerwerkstoff auf der Außenseite
ergibt.
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Die
Beschichtungen der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um die
Entfaltung jeglicher Stents, Stentgrafts, Prothesen oder Vena-Cava-Filter
oder anderer solcher ausdehnbarer medizinischer Instrumente zu verbessern,
indem die Innenfläche
der Polymerhülse
beschichtet wird, um die Reibung zwischen der Hülse und dem Stent zu verringern.
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Es
gibt eine gewaltige Anzahl von Abwandlungen von im Handel erhältlichen
Kathetervorrichtungen und die betreffenden Erfinder glauben, dass
das Beschichtungsverfahren, das hier beschrieben ist, in jeder dieser
Vorrichtung eingesetzt werden kann.
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Es
gibt verschiedene Arten von hydrophilen Polymeren, die für die vorliegende
Erfindung von Nutzen sein können,
einschließlich
sowohl nicht reaktionsfähige
als auch reaktionsfähige.
Die Hydrophilie kann auch durch die Reaktion von Polymeren in Gegenwart
von Wasser erreicht werden, die dann wasserlösliche Einheiten bilden. Die
hydrophilen Gleitmittel, die hier verwertbar sind, umfassen Polyalkylenglykole,
Alkoxy-Polyalkylenglykole, Copolymere aus Methylvinylether und Maleinsäure, Polyvinylpyrrolidon,
Polyacrylamid einschließlich
Poly-N-Alkylacrylamid, Polyacrylsäure, Polysaccharid, Polyvinylalkohol,
Polyethylenimin, Polyamiden, Methylcellulose, Carboxymethylcellulose,
Polyvinylsulfonsäure,
Heparin, Dextran, modifiziertes Dextran, Chondroitinsulfat, Lecithin
und so weiter. Die Polymere weisen üblicherweise eine Kettenstruktur
auf, sind unvernetzt und wasserlöslich
mit einer hydrophilen Gruppe wie -OH, -CONH2,
-COOH, -NH2, -COO-, -SO3,
-NR3+ + und so weiter,
wobei R ein Alkyl oder Wasserstoff ist.
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Es
können
auch Abkömmlinge
dieser Polymere verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie, selbst wenn
sie nicht wasserlöslich
sind, dennoch einen Aufbau aufweisen, der hydratisiert werden kann
oder in Wasser dispergierbar ist. Beispiele umfassen veresterte
Polymere, Salze, Amide, Anhydride, Halogenide, Ether, Hydrolysate,
Acetale, Formaldehydacetale, Alkylalkohole, quaternäre Polymere,
Diazoverbindungen, Hydrazide, Sulfonate, Nitrate und Innenkomplexe,
die durch Kondensations-, Additions-, Substitutions-, Oxidations- oder
Reduktionsreaktionen der zuvor erwähnten wasserlöslichen
Polymere erhalten werden. Ebenfalls verwertbar sind Polymere, die
mit Stoffen vernetzt sind, die mehr als eine reaktive funktionelle
Gruppe aufweisen, zum Beispiel Diazonium-, Azid-, Isocyanat-, Säurechlorid-,
Säureanhydrid-,
Iminocarbonat-, Amino-, Carboxyl-, Epoxy-, Hydroxyl- und Aldehydgruppen.
Weitere Polymere umfassen die, die mit Vinyl-, Acrylsäure-, Methacrylsäure-, Dienverbindungen
und so weiter copolymerisiert sind.
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Eine
bevorzugte Klasse von hydrophilen Gleitmitteln sind Polyalkylenglykole
oder Alkoxy-Polyalkylenglykole,
die die folgende allgemeine Formel aufweisen:
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R1
und R2 können
dasselbe oder unterschiedlich sein und können H oder eine Alkylgruppe
mit 1 bis ungefähr
6 Kohlenstoffatomen sein; x reicht von 2 bis ungefähr 500 und
y reicht von 0 bis ungefähr
100.
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Die
Polyalkylenglykole und Alkoxy-Polyalkylenglykole können ebenfalls
funktionelle Gruppen wie zum Beispiel die Hydroxylgruppe, Schwefel,
Stickstoff oder Sauerstoff enthalten.
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In
einer konkreteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind die wasserlöslichen
Gleitmittel Copolymere aus Polyalkylenglykolen oder Alkoxy-Polyalkylenglykolen.
Konkrete Beispiele für solche
Copolymere umfassen das Tensid Pluronic® 31R1,
ein Polyoxypropylen/Polyoxyethylen-Blockcopolymer von BASF Corp.
in Mount Olive, New Jersey, USA, und Cremophor® EL
35, ein ethoxyliertes Rizinusöl (PEG
35 Castor Oil) oder Polyoxyethylenglycerol-Triricino von BASF Corp.
in Wyandotte, Michigan, USA.
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Alternativ
können
die Gleitbeschichtungen aus hydrophoben Verbindungen hergestellt
werden, die zum Beispiel durch eine chemische Reaktion wie die Hydrolyse
in eine glatte hydrophile Verbindung umgewandelt werden können. Die
Umwandlung kann stattfinden, sobald der Beschichtungsvorgang abgeschlossen
ist. Beispiele für
derartige Verbindungen umfassen die Verbindungen, die Ester- oder
Amidseitengruppen aufweisen, beispielsweise Ester wie Polyacrylate,
Polymethacrylate, Polyvinylester, Polymaleinsäureester, Polyfumarsäureester,
Polyamide, Polyacrylamide und Copolymere und Terpolymere daraus
und so weiter. Die Polyacrylsäure-,
Polymethacrylsäure-
oder Polymaleinsäureester
sowie die Polyamide oder Polyacrylamide können durch Hydrolyse in Carbonsäuren umgewandelt
werden. Die Hydrolyse kann basisch oder sauer sein und es kann Wärme zugeführt werden,
um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Ester werden reversibel
in der Gegenwart einer Säure
oder irreversibel in der Gegenwart einer Base hydrolysiert. Die
Verwendung eines großen Überschusses
an Wasser in der säurekatalysierten
Reaktion begünstigt
die Hydrolyse. Vinylester können
ebenfalls unter Verwendung eines Alkalimetallhydroxids durch Verseifung
in einen Alkohol umgewandelt werden, wodurch der Alkohol und das
Metallsalz der Säure
entsteht. Während
die meisten dieser Materialien hydrophob sind, sind einige hydrophil
und können
ebenfalls hydrolysiert werden.
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Die
folgenden Reaktionsabläufe
veranschaulichen diese Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung:
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R,
R1, R2 und R3 können
jeweils unabhängig
Wasserstoff oder ein Alkyl mit ein bis vier Kohlenstoffatomen sein
und n ist eine ganze Zahl. Die Spanne der Molekülmasse für diese Polymere ist groß und kann
von etwa 800 bis etwa 400.000 g/Mol reichen. Die Molekülmasse reicht
vorzugsweise von ungefähr
1000 bis ungefähr
20.000 g/Mol.
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Der
Hauptvorteil der Verwendung eines wasserlöslichen Gleitmittels besteht
darin, dass es sich schnell im Blutstrom auflöst und innerhalb eines kurzen
Zeitraums aus dem Körper
befördert
wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Entzündung und Restenose verringert
wird. Im Gegensatz dazu ist bekannt, dass Gleitmittel auf Silikonbasis
Gewebereaktionen, Reizungen und Entzündungen bei Patienten hervorrufen.
Des Weiteren zeigen die wasserlöslichen
Gleitmittel der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Gleitfähigkeit und
Verringerung der Reibung. Gleitmittel auf Ölbasis wie Silikone, Glycerin
oder Olivenöl
neigen dazu, Kügelchen
zu bilden und von der beschichteten Fläche zu wandern, wodurch die
Vorteile des Gleitmittels geschmälert
werden, was zu einer Oberfläche
führen
kann, die keine so hohe Gleitfähigkeit
und Verringerung der Reibung aufweist. Darüber hinaus kann das Gleitmittel
dann in den Blutstrom gelangen, wo es weniger kompatibel ist als
die wasserlöslichen
Gleitmittel, was zur Reizung des Gewebes führt.
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Als
Träger
des Gleitmittels können
verschiedene Lösungsmittel
und ihre Mischungen verwendet werden. Die Lösungsmittel sind vorzugsweise
polar und umfassen Alkohole, Glykole, Wasser und so weiter. Konkrete
Beispiele umfassen Ethanol, Methanol, Isopropylalkohol (IPA), Stearylalkohol,
Ethylenglykol, Propylenglykol, Glycerin, Wasser, Methylethylketon
(MEK) und so weiter. Isopropanol und Mischungen aus Isopropanol mit
anderen Lösungsmitteln
sind jedoch bevorzugt.
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Die
Gleitbeschichtung kann auch Vitamin E enthalten, das als Antioxidationsmittel
dient. Dies verbessert die Langzeitstabilität der Beschichtung durch Verminderung
der Zersetzung, was eine längere
Lagerstabilität
ermöglicht.
Es ist wichtig, dass die Gleitfähigkeit
des medizinischen Instruments über
einen ausgedehnten Zeitraum besteht, damit eingeplant wird, dass
diese Vorrichtungen möglicherweise über einen
gewissen Zeitraum nicht verwendet werden. Vitamin E wird als Flüssigkeit
verkauft und weist an sich eingeschränkte Gleiteigenschaften auf
und verbessert die Gesamtgleitfähigkeit
der Beschichtung nicht. Vitamin E kann von Sigma erstanden werden.
Es besitzt vorzugsweise eine Reinheit von 95% oder mehr.
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Die
Polymeroberfläche,
die mit den wasserlöslichen
Gleitmitteln der vorliegenden Erfindung beschichtet werden soll,
wird vorzugsweise mit einer vernetzbaren Grundierungszusammensetzung
grundiert. Die hydrophile Beschichtung ist verhältnismäßig gut löslich in Körperflüssigkeiten und kann leicht
von der Oberfläche abgewaschen
oder abgespült
werden. Das vorzeitige Ablösen
der hydrophilen Beschichtung von der Oberfläche der Vorrichtung kann zu
einer ungenügenden
Gleitfähigkeit
führen.
Es ist daher wünschenswert,
die hydrophile Beschichtung über
einen gewissen Zeitraum auf der Oberfläche zu halten. Die Grundierung
dient dazu, die Adhäsion
der hydrophilen Beschichtung an der Oberfläche der Vorrichtung zu begünstigen,
wodurch die vorzeitige Entfernung der Gleitbeschichtung verhindert
wird.
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Die
vernetzbare Grundierung ist im Allgemeinen von hydrophober Natur,
weist jedoch einige Substituenten auf, die daran befestigt sind,
die es gegenüber
einem hydrophilen Polymer anziehend machen. Es wird vermutet, dass
das hydrophile Polymer über
die Wasserstoffbrückenbindung
haften bleibt. Alle Gruppen, die an der Wasserstoffbrückenbindung
mit dem hydrophilen Polymer teilhaben, verbessern deshalb den Halt
an der Oberfläche
des medizinischen Instruments.
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Die
vernetzbaren Verbindungen umfassen jene, die eine hydrophile Funktionalität aufweisen,
beispielsweise Amin-, Amid-, Carboxyl-, Hydroxyl-, Thiol-, Phosphor-
und so weiter. Die reaktionsfähige
Grundierung ist derart ausgerichtet, dass diese funktionellen Gruppen
einen Mechanismus bereitstellen, mit dem die wasserlösliche Gleitbeschichtung
besser an der zu schmierenden Oberfläche haften kann, wodurch die
wasserlösliche
Gleitbeschichtung daran gehindert wird, sich unmittelbar oder in
jedem Falle vorzeitig beispielsweise unter dem Einfluss von Körperflüssigkeiten
abzuwaschen.
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Vernetzbare
chemische Verbindungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, umfassen Titanat- und Zirkonat-Kopplungsmittel, zum Beispiel
Isopropyltriisostearoyltitanat und Neopentyldiallyloxytrineodecanoylzirkonat.
Beide sind in flüssiger
Form erhältlich.
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Diese
vernetzbaren Mittel werden häufig
in einer Lösung
mit Heptan und seinen Mischungen geliefert, das ein bevorzugtes
Lösungsmittel
ist. Diese Mittel können
allein in Lösung
gebracht werden und dann vor dem Aufbringen der hydrophilen Beschichtung
auf das medizinische Instrument aufgebracht werden oder sie können unter
Verwendung einer Hilfslösungsmittelmischung
mit der hydrophilen Beschichtung in Lösung gebracht werden und daher
entfällt
ein Schritt im Beschichtungsverfahren.
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Die
Gleitbeschichtungen der vorliegenden Erfindung können auf jedem medizinischen
Instrument verwendet werden, bei dem es wünschenswert ist, die Flächenreibung
oder Adhäsion
zwischen zwei Flächen
zu vermindern, unabhängig
davon, ob es Polymer- an Polymerfläche oder Polymer- an Metallfläche ist.
Derartige medizinische Instrumente umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf,
Over-the-Wire-Katheter, Single-Operator-Exchange- oder Rapid-Exchange-Katheter,
Fixed-Wire-Katheter, Venen- oder Over-the-Needle-Katheter, Einführhülsen, Rotablator
®,
nicht-invasive chirurgische Schneidvorrichtungen, Nadeln, Messer,
Kanülen,
jede Stententfaltungsvorrichtung und so weiter. Katheter können zum
Befördern
medizinischer Instrumente wie einem Stent, Stentgraft, einer Prothese
oder einem Vena-Cava-Filter zu einer bestimmten Stelle in einem
Hohlraum des Körpers
verwendet werden. Derartige eingebrachte Vorrichtungen können ausdehnbare
oder selbstausdehnbare Vorrichtungen sein. Over-the-Wire-Katheter
und Rapid-Exchange-Katheter
sind ausführlich
in der
US-Patentschrift 5,534,007 (St.
Germain et al.) erörtert,
die am 9. Juli 1996 erteilt wurde.
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Auch
wenn es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist, dass die Innenfläche eines
röhrenförmigen Elements
beschichtet wird, ist die vorliegende Erfindung auf jeder Fläche von Nutzen,
bei der es erwünscht ist,
die Reibung zwischen dieser Fläche
und einer weiteren, zweiten Fläche
zu verringern.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Beschichtung auf einer Katheterbaugruppe
verwendet, bei der üblicherweise
ein erstes röhrenförmiges Element
oder eine Außenhülse vorhanden
ist, die einen Hohlraum bildet, in dem weitere röhrenförmige Elemente oder Metalldrähte aufgenommen
sein können.
Die Außenhülse besteht
aus einem distalen Abschnitt und einem proximalen Abschnitt. Das röhrenförmige Element
ist üblicherweise
ein thermoplastischer Polymerwerkstoff, der zu einem Formartikel
wie einer hohlen Röhre
geformt werden kann. Diese Werkstoffe können umfassen, sind jedoch
nicht beschränkt auf,
Ethylen-Homopolymere, -Copolymere und -Terpolymere, Propylen-Homopolymere,
-Copolymere und -Terpolymere, Polyester, Polyamide, Polyurethane,
Vinyl-Copolymere, Blockcopolymere und so weiter. In der vorliegenden
Erfindung können
zum Beispiel Werkstoffe wie Nylon, Selar®, Polyether-Polyester-Blockcopolymere (d.
h. Hytrel®),
Pebax®,
Surlyn®,
Polyethylenterephthalat, Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid,
Polyurethane, Polyetherurethane, Polyesterurethane, Polyurethan-Harnstoffe,
Polyurethan-Siloxan-Blockcopolymere, Polyethylen, Polypropylen oder
andere ähnliche
extrudierbare thermoplastische Polymerwerkstoffe oder Verbundstoffe
daraus verwendet werden. Ein Katheter kann üblicherweise ein proximales
Ende und ein distales Ende aufweisen, von denen jedes aus einem
anderen Werkstoff besteht. Es können
daher zwei getrennte Hülsen
sein, die aneinander befestigt sind. Das proximale Ende der röhrenförmigen Hülse besteht üblicherweise aus
einem flexibleren Werkstoff als das distale Ende. Es kann jedoch
die gesamte Hülse,
sowohl das proximale als auch das distale Ende, aus einem Werkstoff
bestehen, wodurch eine durchgängige
Hülse entsteht.
Derartige Werkstoffe sind üblicherweise
von Natur aus nicht glatt.
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Der
Hohlraum der Außenhülse kann
weitere röhrenförmige Elemente
umfassen, die dazu dienen können,
Flüssigkeiten
zu befördern,
Führungsdrähte oder
Rückziehdrähte zu schützen, oder
der Hohlraum kann die Führungsdrähte oder
Rückziehdrähte selbst
enthalten. Sowohl während
des Absetzens des medizinischen Instruments als auch während des
Zurückziehens
ist es erforderlich, die Adhäsion
oder Reibung zu vermindern, die zwischen den Werkstoffen herrschen
kann. Wie in der
US-Patentschrift
5,534,007 erörtert
ist, kann die Außenhülse eine
flexible Röhre
sein, die einen Zugdrahthohlraum und einen Führungsdrahthohlraum enthält. Die
Außenhülse besteht
aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) oder Surlyn
®. Die Außenhülse kann
gegebenenfalls einen wahlweisen Führungsdrahthohlraum umgeben,
der aus einer flexiblen, jedoch nicht zusammendrückbaren Konstruktion wie einem
polymergekapselten Geflecht oder einer polymergekapselten Spirale hergestellt
ist, das bzw. die aus Edelstahl oder Nitinol bestehen kann, eingehüllt in einem
Polymer wie einem Polyimid, HDPE, Teflon oder Polyurethan. Die Gleitbeschichtung
der vorliegenden Erfindung kann sowohl auf der Innenfläche der
Außenhülse aufgebracht
sein, um die Adhäsion
und Reibung zwischen dem Führungsdrahthohlraum
und der Innenfläche
der Außenhülse zu verringern,
als auch auf der Innenfläche
des Führungsdrahthohlraums,
um die Reibung zwischen der Innenfläche des Führungsdrahthohlraums und dem
Führungsdraht
selbst zu verringern.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gleitet ein röhrenförmiges Element, das eine Innenfläche und
eine Außenfläche aufweist
und aus einem thermoplastischen Polymerwerkstoff besteht, über einem
Metalldraht. Die Innenfläche
des röhrenförmigen Elements
ist mit der Gleitbeschichtung der vorliegenden Erfindung beschichtet,
um die Adhäsion
und Reibung zwischen dem Polymerwerkstoff und dem Metall zu verringern,
wenn der Metalldraht durch die Polymerröhre bewegt wird. Mit der hydrophilen Gleitbeschichtung
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verminderung der
Kraft für
die Reibung durch die Drahtbewegung von bis zu 65%, vorzugsweise
mindestens etwa 30% und bevorzugter mindestens etwa 50% zu erreichen.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung der Beschichtung der vorliegenden
Erfindung ist, dass der Radius der röhrenförmigen Elemente verringert
werden kann, wodurch sich das Profil des Katheters verkleinert und die
Eigenschaften beim Folgen des gewünschten Weges verbessern.
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Die
Oberfläche
des röhrenförmigen Elements
kann mit der reaktionsfähigen
Verbindung mit hydrophober und hydrophiler Funktionalität daran
grundiert oder vorbehandelt werden, einschließlich jener Verbindungen, die
Gruppen wie Amin-, Amid-, Carboxyl-, Hydroxyl- und so weiter aufweisen. Diese Gruppen
sind an der Oberfläche
vorhanden, um die wasserlösliche
Gleitbeschichtung derart zu „binden", dass die Beschichtung sich
nicht von der Oberfläche
des Gegenstands abwäscht.
Diese reaktionsfähige
Grundierung bietet eine gleichmäßige benetzbare
Fläche,
die das Anhaften der Gleitbeschichtung entlang der gestreckten Innenfläche der
Röhre erleichtert.
Die reaktionsfähige
Verbindung kann ein Silan- oder
Silikonoligomer sein, das auf der röhrenförmigen Oberfläche nach
dem Auftragen und Trocknen eine vernetzte Schicht bildet. Ein Verfahren zum
Behandeln Grundieren oder Behandeln der Innenfläche eines röhrenförmigen Elements umfasst ein
Spülverfahren,
gemäß dem eine
Lösung
der Gleitbeschichtung über
eine Spritze mit einer Öffnung
der Röhre
verbunden wird und die Lösung
dadurch eingespritzt wird und durch die gesamte Röhre läuft. Die
Silikonverbindung ist in einem Lösungsmittel
gelöst,
vorzugsweise Heptan oder Ähnliches
in einer Konzentration von ungefähr
0,1% bis ungefähr
10% der vernetzbaren Verbindung, vorzugsweise in einer Massenkonzentration
von ungefähr
0,2% bis ungefähr
5%. Die überschüssige Lösung, die
im röhrenförmigen Element
eingeschlossen ist, wird mit Luftdruck oder Stickstoff bei 1 bis
2 Atmosphären
entfernt. Die Vernetzungsreaktion wird anschließend mit Wärme bei Temperaturen von ungefähr 30°C bis ungefähr 80°C, vorzugsweise
von ungefähr
40°C bis
ungefähr
65°C und
noch bevorzugter bei Temperaturen von ungefähr 45°C bis ungefähr 55°C durchgeführt.
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Die
Gleitbeschichtung wird hergestellt, indem eine Lösung aus dem wasserlöslichen
Gleitmittel in Lösungsmittel
in einer Konzentration von ungefähr
1% bis ungefähr
30% des Gleitmittels hergestellt wird. Ein Antioxidationsmittel
kann in einer Menge von ungefähr
0,01% bis ungefähr
1,0% und vorzugsweise ungefähr 0,1%
bis ungefähr
0,5% zugegeben werden. Ein bevorzugtes Lösungsmittel in ein Alkohol
wie Isopropanol, Methanol oder Ethanol. Die Gleitbeschichtung kann
dann unter Verwendung eines Spülverfahrens
aufgebracht werden. Eine Spritze kann mit einer Öffnung des röhrenförmigen Elements
verbunden werden, die Lösung über eine
Spritze oder Ähnliches
eingespritzt werden, bis etwa 3 ml durch die Röhre fließen. Die geschmierte Röhre wird
unter Verwendung von Luftdruck oder Stickstoff bei 1 bis 2 Atmosphären über mindestens
10 Minuten gereinigt, wodurch überschüssige Lösung entfernt
wird.
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Alternativ
kann die Gleitbeschichtung gemeinsam mit dem Werkstoff extrudiert
werden, aus dem das röhrenförmige Element
hergestellt ist, beispielsweise Polyethylen, Pebax®, Polyesterelastomer
und so weiter, wodurch auf diese Weise eine Beschichtung entsteht.
Es ist bevorzugt, dass die Gleitbeschichtung auf der Innenfläche der
nun zweischichtigen Röhre
koextrudiert ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein hydrophober Ester auf die Innenseite
des röhrenförmigen Elements
koextrudiert. Der Ester wird anschließend unter Verwendung einer Säure oder
Base und Wärme
hydrolysiert, damit die hydrophile Gleitbeschichtung auf der Innenfläche des
röhrenförmigen Elements
entsteht.
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BEISPIELE
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Die
folgenden Beispiele verwenden als Alternative zu den Titanaten und
Zirkonaten der vorliegenden Erfindung vernetzbare Silikone als Grundierung.
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Grundierung 1 (vergleichend)
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Eine
Lösung
einer vernetzbaren Silikongrundierung wurde hergestellt, indem 0,5g
Silastic® MDX4
von Dow Corning Chemicals in Midland, Michigan, USA, in ungefähr 99,7
Millilitern Heptan in einer 100-ml-Säule (Massenkonzentration 0,5%)
gelöst
wurden. Silastic® MDX4 wird in einem Pseudocumol-Isopropanol-Gemisch mit
einer Konzentration von 50% gekauft. Heptan wurde bei Aldrich chemicals
in wasserfreier Form mit einer Reinheit von > 99% und einem Wassergehalt von < 0,005% gekauft.
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Grundierung 2 (vergleichend)
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Eine
Lösung
einer vernetzbaren Silikongrundierung wurde hergestellt, indem etwa
0,2 g MDX4 in Heptan gelöst
wurden. MDX4 wurde in eine 100-ml-Säule mit einer Kappe eingewogen
und Heptan wird bis zu einer Gesamtmenge von 100 ml zugegeben (Massenkonzentration
ungefähr
0,2%).
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In
jedem Beispiel wurde die Innenfläche
eines Katheters unter Verwendung eines Spülverfahrens mit dem MDX4 behandelt.
Eine 20-ml-Glasspritze, die 10 ml MDX4-Lösung enthielt, wurde mit der Öffnung des Katheters
verbunden und 3 ml Lösung
wird eingespritzt und durch den gesamten Katheter fließen gelassen. Die
Spritze wurde anschließend
zu der anderen Öffnung
bewegt. Der behandelte Katheter wurde anschließend mit Luftdruck oder Stickstoff
bei 1 bis 2 Atmosphären über länger als
10 Minuten gereinigt, um die überschüssige Lösung, die
im Katheter eingeschlossen ist, zu entfernen. Der gereinigte Katheter
wurde anschließend
in einem Ofen mindestens 4 Stunden lang bei 55°C erwärmt, damit die Vernetzungsreaktion
erfolgt.
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Grundierung 3 (vergleichend)
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Eine
Massenkonzentration von MDX4 zu Heptan von 3% wurde wie zuvor hergestellt.
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Gleitbeschichtung 1
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Eine
Gleitmittellösung
wurde hergestellt, indem 20 g Pluronic® 31R1,
ein Polyoxypropylen-Polyoxyethylen-Blockcopolymer
von BASF, und 0,02g Vitamin E von Sigma in Isopropanol (IPA) gelöst wurden,
bis eine Gesamtmenge von 100 ml erreicht wird, was eine Massenkonzentration
von 20% zur Folge hat. IPA kann bei Aldrich Chemicals mit einer
Reinheit von > 99%
und einem Wassergehalt von < 0,005%
gekauft werden.
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Gleitbeschichtung 2
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Eine
10%-ige Gleitmittellösung
wurde hergestellt, indem 10g Pluronic® 31R1,
0,02g Vitamin E in IPA gelöst
wurden, bis die Gesamtmenge 100 ml beträgt.
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Gleitbeschichtung 3
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Eine
20%-ige Lösung
von Cremophor® EL
35, ethoxyliertem Rizinusöl
von BASF Corp., wurde hergestellt, indem 20 g Cremophor® und
0,02g Vitamin E in IPA gelöst
wurden, bis die Gesamtmenge 100 ml beträgt.
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Gleitbeschichtung 4
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Eine
20%-ige Lösung
von Cremophor® EL
35, ethoxyliertem Rizinusöl
von BASF Corp., wurde hergestellt, indem 20 g Cremophor® und
0,02g Vitamin E in IPA gelöst
wurden, bis die Gesamtmenge 100 ml beträgt.
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Die
Innenfläche
eines Katheters wurde unter Verwendung des Spülverfahrens geschmiert, indem
eine 20-ml-Glasspritze, die etwa 10 ml Gleitmittellösung enthielt,
mit der Öffnung
des Katheters verbunden, die Gleitmittellösung eingespritzt und durch
die Spitze befördert
wurde, bis 3 ml Lösung
aufgebraucht waren. Der Katheter wurde anschließend mit Luftdruck oder gasförmigem Stickstoff
bei etwa 1 bis 2 Atmosphären über länger als
10 Minuten gereinigt, um überschüssige Lösung, die
im Katheter eingeschlossen ist, zu entfernen. Der Katheter wird
anschließend
etwa 1 bis 2 Stunden lang auf ungefähr 55°C erwärmt und über Nacht bei Umgebungstemperatur
konditioniert, um die vollständige
Trocknung des Katheters zu gewährleisten.
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Gleitbeschichtung 5
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Es
wurde eine 40%-ige Lösung
von Pluronic® 31R,
einem Polyoxypropylen-Polyoxyethylen-Blockcopolymer von BASF, in Isopropanol
hergestellt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Ein
Ballonkatheter aus Polyethylen hoher Dichte mit einem Hohlraum mit
einem Innendurchmesser von 0,0167'' (0,0424
cm) wurde mit der Grundierung 1 vorbehandelt, gefolgt von der vorstehenden
Gleitbeschichtung 3. Unter Verwendung einer Spritze wurde der Hohlraum
anschließend
mit 3 ml Kochsalzlösung
unter Verwendung einer Spritze gespült. Ein Edelstahldraht mit
einem Außendurchmesser
von 0,0162'' (0,0411 cm) wurde
eingeführt
und die Drahtbewegungskraft unter Verwendung einer rechnergesteuerten
Kraftprüfmaschine
mit einer besonderen Halterung gemessen, um die gewundene Form des
Koronargefäßes nachzubilden.
Der Draht wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,25 mm/s über mindestens
300 mm gezogen. Die Prüfung
erfolgte bei Umgebungstemperatur. Die erforderliche Kraft zum Ziehen
des Drahts durch den Katheterhohlraum wurde am Prüfkörper und
an einem Kontrollkatheter gemessen, der keine hydrophile Beschichtung aufwies.
Die erforderliche Kraft an der unbeschichteten Probe betrug 250
g, während
die am beschichteten Katheter 85 g betrug. Es wurde eine Kraftverminderung
von 65% festgestellt.
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1 veranschaulicht
die erforderliche Kraft für
den unbeschichteten Kontrollkatheter und für Beispiel 1.
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Vergleichsbeispiel 2
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Ein
Ballonkatheter aus Polyethylen hoher Dichte mit einem Hohlraum mit
einem Innendurchmesser von 0,0169'' (0,0429
cm) wurde mit der Grundierung 2 vorbehandelt, gefolgt von der Gleitbeschichtung
1. Es folgte dasselbe Verfahren unter Verwendung desselben Drahtdurchmessers
wie bei Beispiel 1. Der unbeschichtete Katheter wies eine Drahtbewegungskraft
von 60 g auf, während
der beschichtete Katheter eine Drahtbewegungskraft von 30 g aufwies.
Es wurde eine Kraftverminderung von 50% erreicht.
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2 veranschaulicht
die erforderliche Kraft für
den unbeschichteten Kontrollkatheter und für Beispiel 2.
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Vergleichsbeispiel 3
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Eine
Polyethylenröhre
mit einer Länge
von 75 mm, einem Innendurchmesser von 1,27 mm, einem Außendurchmesser
von 1,31 mm und einer Wandstärke
von 0,2 mm wurde zuerst mit der Grundierung 3 beschichtet. Die Röhre wurde
dann in einem Ofen 2 Stunden lang bei 55°C getrocknet. Die Röhre wurde
anschließend
beim zweiten Mal mit der Gleitbeschichtung 5 beschichtet und mehr
als 2 Stunden lang in einem Ofen bei 55°C getrocknet, um die vollständige Trocknung
zu gewährleisten.
Ein Edelstahlstab mit einer Länge von
75 mm und einem Durchmesser von 1,27 mm wurde in die beschichtete
Polyethylenröhre
bis zu einer Länge
von 25 mm eingeführt.
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Es
wurde eine Kontrollprobe hergestellt, indem eine Polyethylenröhre wie
zuvor beschrieben mit der Grundierung 3 und anschließend einer
6%-igen Konzentration des Silikongleitmittels DC 360 beschichtet
wurde. Auch in diese Röhre
wurde ein Edelstahlstab eingeführt.
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Mit
beiden Prüfkörpern wurde
ein Zugtest unter Verwendung eines Instron Force Tested durchgeführt, um
die Kraft in Gramm zu messen, die erforderlich ist, um den Edelstahlstab
aus der Polyethylenröhre
zu entfernen. Die Probe mit dem Gleitmittel DC 360 wies eine Zugkraft
von 1,58 lb (~720 g) auf, während
die Probe mit der Gleitbeschichtung 5 eine geringere Zugkraft von
1,04 lb (~470 g) aufwies, was die besseren Eigenschaften der Beschichtung
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.