(57)【要約】  本発明は、ステントを形成するために、加工済み縁部表面に隣接する表面領域内で基材に対する損傷を最小限に抑えるレーザパラメータを用いてポリマー基材をレーザ加工することを含む。波長及びパルス幅がこの特有の応用例のために選択され、これらの波長及びパルス幅を制御し、縁部表面からの距離に伴う機械的特性の変動、バルク機械的特性、又はそれらの組合せの一因となる表面改変（レーザと材料との相互作用によって誘発されるボイド、ひび割れなど）を最小限に抑えることができる。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステントを形成するために基材をレーザ加工する方法であって、
薄壁のポリマー基材を用意するステップと、
前記壁を通って切削する、所定のパルス幅及び波長を有するレーザビームで、前記薄壁のポリマー基材をレーザ加工し、加工済み縁部表面を有する構造要素を形成するステップであり、前記レーザビームが、前記加工済み縁部表面に隣接する表面領域内で前記基材を、ごく小さな度合いで改変し、前記改変が、ボイド、ひび割れ、縁部表面からの距離に伴うポリマーの弾性率の変動、又はそれらの組合せを含む、ステップと、
前記ボイド又はひび割れが深さ２ミクロン以下で存在し、又は前記弾性率が４ミクロン以下で収束するように前記パルス幅及び波長を選択するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記ポリマーがＰＬＬＡ又はＰＬＧＡである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマーがＰＬＬＡであり、前記波長が５３２ｎｍであり、前記パルス幅が、１０ｐｓ以下、１ｐｓ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記繰返し率が８０〜１００ｋＨｚである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステントを形成するために基材をレーザ加工する方法であって、
薄壁のポリマー基材を用意するステップと、
レーザビームで前記薄壁のポリマー基材をレーザ加工して前記壁を通って切削し、加工済み縁部表面を有する構造要素を形成するステップと、
前記レーザビームのパルス幅及び波長を調整し、熱的な切除及び非熱的な切除から生じる、前記加工済み縁部表面に隣接する表面領域に対する損傷を最小限に抑えるステップと
を含み、
前記最小限に抑えられる損傷が、非熱的な切除から生じるひび割れ又はボイド、及び熱的な切除から生じる溶融で構成される、方法。
【請求項６】
前記ポリマーがＰＬＬＡであり、前記波長及び前記パルス幅が、緑色範囲内及び１〜１０ｐｓに調整される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザビームによって加工される前記基材のある領域で冷却ガスをさらに導く、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ステントを形成するために基材をレーザ加工する方法であって、
薄壁のＰＬＬＡポリマー基材を用意するステップと、
レーザビームで前記薄壁のＰＬＬＡポリマー基材をレーザ加工して前記壁を通って切削し、加工済み縁部表面を有する構造要素を形成するステップと
を含み、
前記レーザビームの前記パルス幅及び波長が緑色範囲内にあり、前記パルス幅が１〜１０ｐｓである、方法。
【請求項９】
前記レーザビームにより、ひび割れ又はボイドが前記加工済み縁部表面に隣接する表面領域内に形成され、前記ボイド又はひび割れの深さが５ミクロン以下である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザビームが、前記縁部表面からの距離に伴う前記ポリマーの弾性率の変動を引き起こし、前記弾性率が１０ミクロン未満の距離で収束する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
薄壁のＰＬＬＡポリマー基材を、構造要素を形成するように前記壁を通って切削するレーザビームでレーザ加工することによって形成された複数の、相互接続された構造要素を備え、
前記構造要素が、加工済み縁部表面に対応する側壁を有し、
前記側壁に隣接する表面領域が、前記レーザビームの、前記基材との相互作用によって引き起こされた損傷を有し、
前記損傷が、前記縁部表面から深さ２ミクロン以下までの表面領域内で分散されたボイド又はひび割れを含む、ポリマーステント本体。
【請求項１２】
前記損傷が、前記縁部表面からの距離に伴う前記ポリマーの弾性率の変動をさらに含み、前記弾性率が５ミクロン未満の距離で収束する、請求項１１に記載のポリマーステント本体。
【請求項１３】
前記損傷が、前記縁部表面からの距離に伴う前記ポリマーの弾性率の変動をさらに含み、前記弾性率が５ミクロン未満の距離で収束する、請求項１１に記載のポレマーステント本体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステントを形成するために管材料をレーザ加工することに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ステントなどデバイスのレーザ加工に関する。レーザ加工は、レーザと目標材料との相互作用を介して行われる材料の除去を指す。一般的に言えば、これらのプロセスは、レーザ穿孔、レーザ切削、及びレーザ溝削り、マーキング、若しくはスクライビングを含む。レーザ加工プロセスは、熱エネルギー又は光化学エネルギーの形態で、光子エネルギーを目標材料に移送する。材料は、溶融及び吹き飛ばしによって、又は直接的な気化／切除によって除去される。
【０００３】
基材がレーザ加工されるとき、エネルギーが基材に伝達される。その結果、切れ刃を越えた領域がそのエネルギーによって改変され、それによりこの領域内の特性が影響を受ける。一般に、特性の変化は、製造中のデバイスの適正な機能に対して不都合なものである。したがって、一般に、除去される材料を越えたエネルギー伝達を低減又は解消し、したがって改変の広がり、及び影響を受ける領域のサイズを低減又は解消することが望ましい。
【０００４】
レーザ加工のための多数の医療応用例の１つは、体の内腔内に実装されるように構成される半径方向拡張性の体内プロテーザの作製を含む。「体内プロテーザ」は、身体の内部に配置される人工デバイスに対応する。「内腔」は、血管など管状器官の空洞を指す。
【０００５】
ステントは、そのような体内プロテーザの例である。ステントは、一般に、円筒形のデバイスであり、血管、又は尿路及び総胆管など他の解剖学的内腔のある区域を開いた状態で保ち、場合によっては拡張するように機能する。ステントは、しばしば、血管におけるアテローム硬化性狭窄の治療で使用される。「狭窄」は、体の通路又は開口部が狭くなること、又はその直径の収縮を指す。そのような治療において、ステントは、体の血管を補強し、血管系内での血管形成術後の再狭窄を防止する。「再狭窄」は、血管又は心臓弁において、見かけ上成功したその治療（バルーン血管形成術によれば、ステント挿入術、又は弁形成）後、狭窄が再発することを指す。
【０００６】
ステントを用いた、罹患した部位又は病変の治療は、ステントの送達及び展開を共に必要とする。「送達」は、病変など、治療を必要とする血管内のある領域に、体の内腔を通ってステントを導入及び移送することを指す。「展開」は、治療領域にて内腔内でステントを拡張することを指す。ステントの送達及び展開は、カテーテルの一端周りでステントを位置決めし、カテーテルのその端部を、皮膚を通して体の内腔に挿入し、カテーテルを体の内腔内で所望の治療位置に進め、治療位置にてステントを拡張し、カテーテルを内腔から除去することによって行われる。
【０００７】
バルーン拡張性ステントの場合、ステントは、カテーテル上に配置されたバルーン周りに装着される。ステントの装着は、一般に、ステントをバルーン上に押し付ける、又は圧着することを必要とする。次いで、ステントは、バルーンを膨張させることによって拡張される。次いで、バルーンをしぼませ、カテーテルを引き抜くことができる。自己拡張ステントの場合、ステントは、伸縮可能なシース又はソックを介してカテーテルに固定されることがある。ステントが所望の体の位置にあるとき、シースを引き抜くことができ、それによりステントは自己拡張することができる。
【０００８】
ステントは、いくつかの機械的要件を満たすことができなければならない。まず、ステントは、血管の壁を支持するときステントに加わる構造荷重、すなわち半径方向圧縮力に耐えることができなければならない。したがって、ステントは、適切な半径方向強度及び剛性を有していなければならない。半径方向強度は、半径方向圧縮力に抗するステントの能力である。拡張された後で、ステントは、鼓動する心臓によって誘発される周期的な荷重を含めて、ステントを圧迫するようになり得る様々な力にもかかわらず、その有効寿命にわたってそのサイズ及び形状を適切に維持しなければならない。たとえば、半径方向に向かう力は、ステントを内向きに後退させがちなものとなり得る。一般に、後退を最小限に抑えることが望ましい。
【０００９】
さらに、ステントは、圧着、拡張、及び周期的な荷重を許容するのに十分な柔軟性を有していなければならない。ステントは、圧着、拡張、及び周期的な荷重中にステント性能が悪影響を受けないように、破壊に対して十分な抵抗力を有するべきである。
【００１０】
最後に、ステントは、どのような有害な血管応答をも誘発しないように、生体適合性でなければならない。
【００１１】
ステントの構造は、一般に、当技術分野においてしばしばストラット又はバーアームと呼ばれる相互接続構造要素のパターン又は網を含むスカフォルディングで構成される。スカフォルディングは、ワイヤ、管、又は円筒形に巻かれた材料のシートから形成することができる。スカフォルディングは、ステントを（圧着することができるように）半径方向に圧縮し、（展開することができるように）半径方向に拡張することができるように設計される。
【００１２】
ステントは、生分解性ポリマー材料を含めて、金属及びポリマーなど多数の材料で作られている。生分解性ステントは、たとえば血管の開通性を達成且つ維持するというその所期の機能、及び／又は薬物送達が達成されるまで、限られた期間の間、体内にステントが存在することが必要となり得る多数の治療応用例で望ましい。
【００１３】
ステントは、レーザ加工を使用して管又はシート上にパターンを形成することによって作製することができる。基本的なレーザと材料との相互作用は同様であるが、各種材料（金属、プラスチック、ガラス、セラミックスなど）の間にいくつかの側面、すなわち様々な吸収特性がある。所望の結果を生み出すために、これは適切な波長を選択する際に重要である。適切な波長が選択された後で、パルスエネルギーとパルス持続時間の組合せが、そのタイプの材料にとって最適なプロセス条件を規定する。ＰＬＬＡ及びＰＬＧＡのような生分解性ポリマーの特性は、レーザ加工からのものなど、エネルギー伝達に対して非常に敏感である傾向がある。レーザシステムを選択し、生分解性ステントのより速いレーザ加工を可能にし、それらの特性に対する悪影響を最小限に抑える処理パラメータを定義する助けとなるように、レーザパラメータ及びレーザと材料との相互作用を理解するには、多くの努力が必要とされる。
【発明の概要】
【００１４】
本発明の様々な実施形態は、ステントを形成するために基材をレーザ加工する方法であって、薄壁のポリマー基材を用意するステップと、基材の壁を通って切削することができる、あるパルス幅及び波長を有するレーザビームで、薄壁のポリマー基材をレーザ加工し、加工済み縁部表面を有する構造要素を形成するステップであり、レーザビームが、加工済み縁部表面に隣接する表面領域内で基材を、ごく小さな度合いで改変し、改変が、縁部表面からの距離に伴うポリマーの弾性率の変動の一因となるボイド、ひび割れ、又はそれらの組合せを含む、ステップと、ボイド又はひび割れが深さ２ミクロン以下で存在し、又は弾性率が４ミクロン以下で収束するようにパルス幅及び波長を選択するステップとを含む方法を含む。
【００１５】
本発明の追加の実施形態は、ステントを形成するために基材をレーザ加工する方法であって、薄壁のＰＬＬＡポリマー基材を用意するステップと、レーザビームで薄壁のＰＬＬＡポリマー基材をレーザ加工して壁を通って切削し、加工済み縁部表面を有する構造要素を形成するステップとを含み、レーザビームのパルス幅及び波長が緑色範囲内にあり、パルス幅が１〜１０ｐｓである、方法を含む。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態は、薄壁のＰＬＬＡポリマー基材を、構造要素を形成するように壁を通って切削するレーザビームでレーザ加工することによって形成された複数の、相互接続された構造要素を備え、構造要素が、加工済み縁部表面に対応する側壁を有し、側壁に隣接する表面領域が、レーザビームの、基材との相互作用によって引き起こされた損傷を有し、損傷が、縁部表面から深さ２ミクロン以下までの表面領域内で分散されたボイド又はひび割れを含む、ポリマーステント本体を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ステントの図である。
【図２】管をレーザ加工するための機械制御式システムの図である。
【図３】レーザビームが管と相互作用する領域の軸方向拡大図である。
【図４Ａ】基材をレーザ加工することによって形成されたストラット又は構造要素の一部分の図である。
【図４Ｂ】加工済み縁部表面に垂直なストラットの一部分の断面図である。
【図５】パルス幅と波長の組合せに関するレーザ加工済み縁部表面に隣接する表面領域のＳＥＭ画像である。
【図６】パルス幅と波長の組合せに関するレーザ加工済み縁部表面に隣接する表面領域のＳＥＭ画像である。
【図７】パルス幅と波長の組合せに関するレーザ加工済み縁部表面に隣接する表面領域のＳＥＭ画像である。
【図８】パルス幅と波長の組合せに関するレーザ加工済み縁部表面に隣接する表面領域のＳＥＭ画像である。
【図９】パルス幅と波長の組合せに関する弾性率対レーザ加工済み縁部の表面内への変位を示す図である。
【図１０】パルス幅と波長の組合せに関する弾性率対レーザ加工済み縁部の表面内への変位を示す図である。
【図１１】パルス幅と波長の組合せに関する弾性率対レーザ加工済み縁部の表面内への変位を示す図である。
【図１２】パルス幅と波長の組合せに関する弾性率対レーザ加工済み縁部の表面内への変位を示す図である。
【図１３】パルス幅と波長の組合せに関する弾性率対レーザ加工済み縁部の表面内への変位を示す図である。
【図１４】パルス幅と波長の様々な組合せで加工されたステントの側壁表面を示すＳＥＭ画像である。
【図１５】パルス幅と波長の様々な組合せで加工されたステントの側壁表面を示すＳＥＭ画像である。
【図１６】パルス幅と波長の様々な組合せで加工されたステントの側壁表面を示すＳＥＭ画像である。
【図１７】パルス幅と波長の様々な組合せで加工されたステントの側壁表面を示すＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態は、ステントを製造するためにポリマー基材をレーザ加工する方法に関する。より具体的には、これらの実施形態は、レーザシステムと、ポリマーに対するレーザの悪影響を低減又は解消し、ポリマー材料の表面特性及びバルク特性など、材料の機能的な特性の保存を最大化するパラメータとを選択及び実装することに関する。
【００１９】
一般に、ステントは、実装される体の内腔と適合する事実上どのような構造的パターンをも有することができる。典型的には、ステントは、周方向リング、及び長手方向に延びるストラット又はバーアームの相互接続構成要素のパターン又は網で構成される。一般に、ストラットはパターンをなして配置され、これらのパターンは、血管の内腔壁に接触するように、また血管開通性を維持するように設計される。
【００２０】
ステントの例示的な構造が図１に示されている。図１は、ストラット１２で構成されるステント１０を示す。ステント１０は、リンク用ストラット又はリンク１６によって接続された、相互接続された円筒形リング１４を有する。本明細書に開示されている実施形態は、ステントの作製、又は図１に示されているステントパターンに限定されない。これらの実施形態は、他のステントパターン及び他のデバイスに容易に適用可能である。パターンの構造の変型形態は、事実上無制限である。作製されるステント（圧着及び展開前）の外径は、０．２〜５．０ｍｍの間とすることができる。冠動脈用では、作製されるステントの直径は、２．５〜５ｍｍである。ステントの長さは、応用例に応じて約６〜１２ｍｍ以上の間とすることができる。
【００２１】
本実施形態は、特にポリマー基材をレーザ加工しステントを形成することに関するが、これらの方法は、金属及びセラミックス、並びにポリマー、金属、及びセラミックスの組合せで構成される複合材料など、他の材料に適用可能とすることができる。
【００２２】
ポリマーは、生体安定性、生体吸収性、生分解性、又は生体侵食性（ｂｉｏｅｒｏｄａｂｌｅ）とすることができる。生体安定性は、生分解性でないポリマーを指す。生分解性、生体吸収性、及び生体侵食性、並びに分解、侵食、及び吸収という用語は、交換可能に使用され、血液など体液にさらされたとき完全に侵食又は吸収されることが可能な、また身体によって徐々に再吸収、吸収、及び／又は解消され得るポリマーを指す。さらに、活性物質若しくは薬物、又は活性物質若しくは薬物を含む生分解性ポリマー担体でステントの表面をコーティングすることによって、薬物添加ステントを作製することができる。薬物コーティングは、典型的には、レーザ加工によって形成された後でステント本体又はスカフォルディングに付着される。このコーティングは、典型的には、スカフォルディングのストラットよりはるかに薄いものであり、たとえば、コーティングを厚さで１〜５ミクロンとすることができ、一方、ストラットは、典型的には、厚さで１００ミクロンより厚く、たとえば厚さ１４０〜１６０ミクロンである。
【００２３】
ステントなど実装可能な医療デバイスは、構造物又は基材をレーザ加工しデバイスを形成することによって作製することができる。材料が構造物の選択された領域から除去され、その結果、デバイスの構造が形成される。具体的には、薄壁の管状部材をレーザで加工することによって、ステントを作製することができる。管材料の選択された領域をレーザ加工によって除去し、所望のパターンを有するステントを得ることができる。具体的には、レーザビームを管材料の表面の上で走査することができ、又は管材料をビームの下で並進及び回転させることができ、管材料の壁全体にわたって延びるトレンチ又は切り溝が除去される。切り溝の始点と終点が一致したとき、切り溝によって囲まれた領域が落下する、又はアシストガスによって除去される。図２は、管をレーザ加工するための機械制御式システムの一部分の一実施形態を示す。図２では、管材料２００をレーザ２１２に対して位置決めするための機械制御式装置２０８の回転可能なコレット取付具２０４内に、管２００が配置される。機械符号化命令に従って、管２００は、やはり機械制御式であるレーザ２１２に対して回転及び軸方向移動される。レーザは、管材料から材料を選択的に除去し、パターンが管に切り込まれる。したがって、管は、仕上げ済みステントの個別のパターンに切削される。
【００２４】
図３は、管４１４と相互作用するレーザビーム４０８の拡大図を示す。レーザビーム４０８は、集束レンズ３３８によって管４１４上に集束される。管４１４は、一端で、制御された回転コレット３３７によって、また他端で任意選択の管支持ピン３３９によって支持される。同軸ガスジェットアセンブリ３４０が、ノズル３４４を通って脱出する低温ガスジェット又はストリーム３４２を導き、低温ガスジェット又はストリーム３４２は、ビームが基材を切削及び切除したとき加工済み表面を冷却する。また、ガスストリームは、切り溝から屑を除去し、ビーム付近の領域を冷却する助けとなる。ガス入口が、矢印３５４によって示されている。同軸ガスジェットノズル３４４が、集束ビーム３５２周りで心合わせされている。実施形態によっては、供給される冷却ガスの圧力は、３０ｐｓｉと１５０ｐｓｉの間である。冷却ガスの例示的な流量は、２ｓｃｆｈと１００ｓｃｆｈの間である。例示的な冷却ガス又はプロセスガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素、酸素、又はこれらのガスの混合物を含む。
【００２５】
ステントスカフォルディング応用例に適したものとすることができる生分解性ポリマーは、半結晶質ポリマーを含む。具体的には、これらのポリマーは、約３７℃であるヒトの体温より高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有するポリマーを含む。ポリマー基材は、それだけには限らないがポリ（Ｌ−ラクチド）（ＰＬＬＡ）、ポリマンデリド（ＰＭ）、ポリ（ＤＬ−ラクチド）（ＰＤＬＬＡ）、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、及びポリ（Ｌ−ラクチド−コ−グリコリド）（ＰＬＧＡ）を含めて、単一の生分解性ポリマー又は生分解性ポリマーの組合せから全体的又は部分的に製作することができる。ＰＬＧＡについては、Ｌ−ラクチド対グリコリドの様々なモル比、９０：１０、７５：２５、５０：５０、２５：７５、及び１０：９０などを含有するコポリマーを含む。
【００２６】
半径方向強度、及び破壊抵抗力又は破断伸びを含めて、ステントのいくつかの特性は、その機能を実施するのに不可欠である。たとえば、ステントが圧着及び展開されるとき、ステントは、局所的な領域において著しい応力／ひずみを受けるので、適切な破壊抵抗力が必要とされ、且つきわめて重要である。図１に示されているステントパターン又はクラウン１８内の曲りの内側又は凹形領域２０は、ステントが圧着されるとき高い圧縮応力及びひずみを受けるが、クラウン１８の外側又は凸形領域２２は、ステントが展開されるとき高い圧縮応力及びひずみを受ける。したがって、圧着及び展開中のステントは、非常にひび割れしやすい。そのようなひび割れは、半径方向強度の喪失、及び潜在的にステントの早期故障及び／又は重大故障に通じる可能性がある。したがって、ポリマーステントの機械的特性をレーザ加工プロセスを通して維持することができることが不可欠である。
【００２７】
所望の特性を有するステントを提供するために、プリフォーム、すなわち管材料に対して、そのレーザ処理前に、半径方向強度及び破壊抵抗力を高めるための追加のプロセスステップを導入することができる。たとえば、破壊靱性は、結晶領域のサイズを制御することによって、また半結晶質ポリマーについて最適な非晶質／結晶質比を最適化することによって大きく向上させることができ、半径方向強度もまた、フープ方向でのポリマー鎖優先配列によって向上することがわかる。これらの所望の微細構造特性は、ポリマーのＴｇより高い、ポリマーに対する加熱半径方向拡張ステップを介して調整することができる。たとえば、ＰＬＬＡについては、６５〜１２０℃の範囲が好ましい。反対に、レーザ切削中の基材に対する局所的な加熱は、所望の微細構造特性の改変、又は局所的な領域に対する損傷を引き起こすおそれがあり、これにより管の処理によってもたらされる利点が失われる、又は減少する可能性がある。
【００２８】
レーザビーム加工は、先進のエンジニアリング材料、厳しい要件、複雑な形状、及び独特のサイズの必要を満たすために、マイクロファブリケーション及びナノファブリケーションで使用される最先端の非接触タイプの加工技術の１つである。本発明は、ピコ秒（＝１０−１２）の範囲のパルス幅を有するレーザ（「ピコ秒」レーザ）、及びフェムト秒（＝１０−１５）の範囲のパルス幅を有するレーザに関する。「パルス幅」は、時間に対する光パルスの持続時間を指す。持続時間は、複数の方法で定義することができる。具体的には、パルス持続時間は、時間に対する光パワーの半値全幅（ＦＷＨＭ）として定義することができる。ピコ秒レーザ及びフェムト秒レーザは、周囲の材料に対する熱損傷を最小限にして正確な量の材料を除去するための特有の利点をもたらす。一般に、ピコ秒レーザは、約１０ｐｓ未満のパルス幅を有し、フェムト秒レーザは、１０ｆｓと８００ｆｓの間のパルス幅を有する。
【００２９】
レーザアブレーションに使用される２つの基礎的な機構は、光熱機構及び光化学機構であると考えられる。光熱機構では、材料は溶融及び気化によって切除され、一方、光化学機構では、光の光エネルギーを使用し、直接ポリマーの化学結合を破断する。基材の原子及び分子間の化学結合が破断されるとガス種が形成され、これらのガス種が基材から除去される。
【００３０】
基材からの材料のレーザによる切除は、熱機構、非熱機構、又は両者の組合せによって行われ得る。たとえば、より長いパルスのレーザは、主に熱機構により表面から材料を除去する。熱機構では、吸収されるレーザエネルギーにより、吸収部位で、またその近くで温度が上昇し、材料が従来の溶融又は気化によって除去される。この機構による加工の欠点は、未切削材料の熱損傷が発生することである。そのような損傷は、加工縁部での溶融と、材料のある領域又はゾーン内への熱拡散とを含み、これはそのゾーン内で基材の特性を改変し、切削品質問題を引き起こす。
【００３１】
フェムト秒パルス持続時間を有するレーザは、パルス持続時間が、数ピコ秒である典型的な熱化特性時間（すなわち、熱平衡を達成するための時間）より短いため、最近、材料を切除するために特に重要なものとなっている。熱拡散深さがごく小さいため、完全又はほぼ完全に非熱機構とみなされている。ピコ秒レーザは、大部分において非熱機構により材料を除去するが、一部の材料についてある程度の熱機構をも用い、これは基材に対して何らかの熱損傷を引き起こすのに十分なものである。
【００３２】
より具体的には、非熱機構は、材料除去を引き起こす、目標材料内での光絶縁破壊を伴う。材料の光絶縁破壊中には、非常に高い自由電子密度、すなわちプラズマが、多光子吸収及びなだれイオン化（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）などの機構により生成される。光絶縁破壊が起こると、目標材料格子で熱平衡を確立するには短すぎる時間尺度で、目標材料がその最初の固体状態から完全にイオン化されたプラズマに直接変換される。したがって、除去される領域を越えて熱伝導はほとんどない。その結果、レーザ加工済み表面から約１ミクロン越えて材料に対する熱応力又は熱衝撃はほとんどない。
【００３３】
しかし、従来技術では、非熱機構又は光化学機構が、ステント性能、特に破壊抵抗力に悪影響を及ぼす損傷を未切削基材に引き起こす可能性があるかどうかは知られていないと考えられる。具体的には、光絶縁破壊がレーザ加工済み縁部表面を越えて伝播又は浸透し、基材内で損傷を引き起こすことは明らかではない。また、そのような損傷がステント性能に影響を及ぼす特性に影響する可能性があるかどうかも知られていない。さらに、レーザビームの波長、パルスエネルギー、及びパルス幅など、ポリマー材料を切除する際のレーザパラメータの、そのような潜在的な損傷に対する既存の関係は未知である。
【００３４】
本発明者らは調査から、フェムト秒レーザを使用することによる非熱機構によってＰＬＬＡ材料をレーザ切除しても切削表面に対する熱損傷はほとんどないが、光化学作用は、レーザ加工済み縁部表面に隣接する表面領域下で損傷（ボイド及びひび割れ）を引き起こすという知見を得た。これらの損傷は、ステント性能を確実に低下させる。したがって、これは、破壊抵抗力などステントの特性に対する損傷を最小限にしてポリマーステントを作製するためにレーザシステム及びその処理パラメータを選択する際に重要である。
【００３５】
本発明の実施形態は、半径方向強度、破断伸び、又は破壊抵抗力など機械的特性が保存された状態でポリマーステントを製作するためにピコ秒パルスレーザに対するプロセスパラメータを定義することを含む。制御されるレーザパラメータは、レーザエネルギーのパルス幅及び波長を含む。レーザ加工におけるそのようなパラメータの使用は、熱機構及び非熱機構から生じる損傷を最小限に抑えることができる。さらに、実施形態は、損傷を最小限にしてＰＬＬＡ及びＰＬＧＡベースの基材を製作するために使用されるレーザ加工に対してレーザシステム及びそのパラメータを実装することを含む。
【００３６】
本発明者らは、光化学機構によって引き起こされる損傷の大きさ及び深さを、パルス幅及び波長などレーザパラメータによって制御することができると理解している。一般に、本発明者らは、ポリマーをレーザ加工する際、熱機構と非熱機構によって引き起こされる損傷間に兼ね合いがあると理解している。下記で論じるように、熱機構及び非熱機構（すなわち、光化学）は共に、基材に対して損傷を引き起こす。損傷の特徴は異なるが、共にステント性能に悪影響を及ぼす可能性がある。レーザパラメータ（たとえば、パルス幅及び波長）を調整し、光化学作用を低減することができるが、熱機構がいくらか増大する。
【００３７】
より短いレーザパルスによって引き起こされる損傷を例示するために、フェムト秒範囲及びピコ秒範囲のレーザシステムを使用することによって、ＰＬＬＡステントサンプルを製作した。ステントストラットのバルク（表面の下方）においてボイド形成を見ることができる。図４Ｂは、ボイドが切削縁部の表面領域にわたって分散されていることを示す。
【００３８】
切削縁部での高いレーザエネルギーが、内部の固体塊の一部を、ボイド又は気泡の形成を引き起こすある体積のガスに変換すると考えられる。ボイドは、切削縁部から所与の深さに延びる領域内で分散され、この深さを越えると消散する。そのようなボイドは、ステントストラットが応力を受けたとき破面形成を容易にし、したがって破壊抵抗力を低下させ、破断伸びを低下させることになる応力集中として働く可能性がある。ボイドに加えて、同じ領域内のひび割れもまた、これらのサンプル内で共通に観察される。
【００３９】
図４Ａは、基材をレーザ加工することによって形成されたストラット又は構造要素５００の一部分を示す。ストラット５００は、外部（ａｂｌｕｍｉｎａｌ）又は外部表面（たとえば管の外部表面を加工する前）と、レーザ加工済み縁部表面５０８とを有する。縁部表面５０８に垂直な基材内への深さが、矢印５１０によって示されている。図４Ｂは、Ａ−Ａに沿った加工済み縁部表面５００に垂直なストラット５００の一部分の断面５１２を示す。この断面によって示されているように、基材は、直径Ｄｖを有し、深さＤｐまで延在するボイド又は気泡５１６を有する。
【００４０】
さらに、ステントの表面材料に関する弾性率を（そのステントについての加工済み縁部表面からの距離の関数として）測定した。加工済み縁部表面からの距離の関数として弾性率の変動を観察した。図９に示されているように、変動は、距離が表面内へと増すにつれて小さくなり、レーザエネルギーによる影響を受けていないバージンポリマーの弾性率に収束する傾向がある。限界強さ、破断伸び、弾性係数、及び最大荷重を含めて、変質領域の機械的特性に関する追加の試験を実施し、これらの機械的な出力は、ボイド形成によって悪影響を受けていた。
【００４１】
ボイドのサイズ、及びボイドが存在する深さは、波長及びパルス幅などレーザパラメータに依存する。ボイドのサイズは、１ミクロン未満、１〜２ミクロン、２〜５ミクロン、又は５ミクロンを超えるものとなり得る。ひび割れ又はボイドは、２ミクロン以下、５、１０、１５、２０、又は３０ミクロンで存在することがある。一般に、ポリマーステントの機械的特性は、これらのボイド及びひび割れ形成によって影響を受けるが、その形成は、波長及びパルス幅などレーザパラメータを適正に選択することによって軽減することができる。
【００４２】
さらに、基材材料に対する熱損傷及び非熱損傷は、少なくとも２つの理由で所与のパルス幅についてのレーザエネルギーに依存する。第１に、レーザエネルギーの光学的浸透が、波長と共に変動する。第２に、吸収係数、より一般的にはレーザ処理されたポリマーによるレーザエネルギーの吸収の度合いが、波長と共に変動する。一般に、波長の所与の範囲で、吸収係数が低いほど、基材に対する熱影響が大きくなる。たとえば、ＰＬＬＡの吸収係数は、８００ｎｍでの無視できる値から増大し、約３００〜３２０ｎｍで最大に達する。したがって、波長が約８００ｎｍから約３００〜３２０ｎｍに低下するにつれて、光化学による除去が増大し、熱による除去が減少する。したがって、非熱的な切除又は熱的な切除の相対量もまた、レーザの波長に依存する。その理由は、ポリマー吸収係数がレーザの波長に対する依存性をもつからである。
【００４３】
したがって、非熱的／熱的な切除の相対量は、パルス幅及び波長のどちらにも依存する。さらに、光化学損傷及び熱損傷の度合いは共に、パルス幅に依存する。
【００４４】
上記に示されているように、本発明は、ステントの機械的特性を保存又は維持し、基材の未切削部分に対する損傷を低減する、又は最小限に抑えるために、パルス幅及び波長などパラメータを調整することを含む。この調整は、紫外（１０〜４００ｎｍ）と赤外（７００ｎｍ超）の間の１つ又は複数の波長、及び１つ又は複数のパルス幅を選択することを含むことができる。実施形態によっては、ポリマーがその波長でポリマーの最大吸光度より小さい吸収係数を有するように、波長が選択され、たとえばその吸光度は、最大吸光度の５〜１０％、１０〜２０％、２０〜４０％、４０〜６０％である。
【００４５】
実施形態によっては、パルス幅は、１つ又は複数の波長について、加工中に冷却のレベルが適切であっても、過剰な溶融を回避するように調整される。過剰な溶融は、溶融材料の厚さ０．２５ミクロン超、０．５ミクロン、又は１ミクロン超に対応することがある。
【００４６】
所与のパルス幅及び波長について、たとえばポリマー管材料の壁全体にわたって基材をビームが切削するように十分に高い流束量（パルス当たりのエネルギー／ビームのスポットサイズ）をもたらすために、平均レーザパワー又はパワー（パルス当たりのエネルギー×繰返し率）及び繰返し率が選択される。ビームスポットサイズは、概して１０〜２０ミクロンであるが、応用例に応じて１０ミクロン未満又は２０ミクロンを超える可能性がある。ポリマーをレーザ切削するためのパルスエネルギー及び流束量（１０ミクロンスポットサイズに基づく）は、それぞれ４〜２００μＪ及び０．５〜２００Ｊ／ｃｍ２とすることができる。ビームのパルス当たりの平均パワーは、０．５〜４Ｗ又は４Ｗ超とすることができる。より狭い範囲では、パワーは、０．５〜１Ｗ、１〜１．５Ｗ、１．５〜１．８Ｗ、１．８〜２Ｗ、２〜２．２Ｗ、２．２〜２．５Ｗ、２．５〜２．８Ｗ、２．８〜３Ｗ、３〜３．２Ｗ、３．２〜３．５Ｗ、３．５〜３．８Ｗ、３．８〜４Ｗとすることができる。１０ｐｓパルス幅レーザについては、繰返し率は、２５〜１００ｋＨｚ、２５〜５０ｋＨｚ、５０〜６０ｋＨｚ、６０〜８０ｋＨｚ、又は８０〜１００ｋＨｚとすることができる。
【００４７】
さらに、熱影響（たとえば、切削の表面での溶融）を低減する、又は最小限に抑えるために、また切削速度を最大にするために、繰返し率及び冷却ガス流量（たとえば、単位ＳＣＦＨ  Ｈｅ）が調整又は選択される。一般に、繰返し率と切削速度は正比例する。すなわち、繰返し率が速いほど、切削速度が速くなり、ステント当たりのプロセス時間が短くなる。しかし、繰返し率が増大するにつれて、熱影響は増大する傾向がある。冷却ガス流量を増大すると、増大した繰返し率からの熱影響を緩和することができ、より高い繰返し率、したがって切削速度を可能にする。したがって、繰返し率及び冷却ガス流は、許容可能な熱影響で最も速いプロセス時間を得るように選択される。
【００４８】
ピコ秒範囲、たとえば１〜１２ｐｓ以上でのレーザ加工は熱影響を引き起こすが、これらの熱影響は光化学作用より効果的に制御されるので、この範囲内で加工することが有利となり得る。上記に示されているように、熱影響は、基材が加工されるとき冷却ガスで基材を冷却することによって緩和することができる。
【００４９】
それに加えて、又はその代わりに、損傷を最小限に抑えることは、ボイドを含む、レーザ加工済み縁部に隣接する変質領域の厚さを最小限に抑えることに対応し得る。たとえば、この領域の厚さは、２ミクロン未満、５ミクロン、２０ミクロン未満、又は３０ミクロン未満とすることができる。ボイド領域は、１〜２ミクロン、２〜５ミクロン、２〜１０ミクロン、２〜２０ミクロン、又は５〜１０ミクロンとすることができる。それに加えて、又はその代わりに、損傷を最小限に抑えることは、損傷領域内の距離に伴う切削済みステントの弾性率変動を最小限に抑える助けとなり得る。これらのパラメータを調整し、損傷のないポリマーの弾性率に向かって速い弾性率の収束を達成することができる。弾性率は、加工済み縁部表面の４ミクロン未満、８ミクロン未満、又は２０ミクロン未満で収束してもよい。弾性率は、加工済み縁部表面の１〜４ミクロンの間、４〜８ミクロンの間、又は８〜２０ミクロンの間で収束してもよい。弾性率は、加工済み縁部表面から４ミクロン以下、８ミクロン以下、１５ミクロン以下、又は２０ミクロン以下で収束してもよい。
【００５０】
それに加えて、又はその代わりに、波長及びパルス幅を調整することによって、損傷領域の最も望ましい機械的特性、たとえば限界強さ、破断伸び、弾性係数、又は最大荷重に対するダメージを最小限に抑えることができる。最も望ましいことは、切削済みポリマー基材にそのレーザ加工前の同じ特性を維持させることである。
【００５１】
さらに、実施形態は、ＰＬＬＡ基材をレーザ加工しステントを製造する際に、レーザシステム及びパラメータを実装することを含む。そのような実施形態では、レーザ波長は、３９０〜８００ｎｍの可視光スペクトルにあるものとすることができる。実施形態によっては、レーザ波長は、緑色スペクトル又は４９６〜５７０ｎｍにあり、或いはより狭い範囲では、５３２ｎｍ又は５１５ｎｍである。実施形態によっては、パルス幅は、０．８ｐｓ以下、０．８〜１ｐｓ、１〜５ｐｓ、５〜１０ｐｓ、１０〜１２ｐｓ、１２〜１５ｐｓ、又は１５ｐｓ超とすることができる。実施例に開示されているように、本発明者らは、１０ｐｓレーザを用いて、波長５３２ｎｍ、繰返し率８０ｋＨｚでの切除により、より低いパルス幅と波長の他の組合せに比べて、ＰＬＬＡステントに対する損傷が最小限に抑えられることを実証した。緑色波長範囲内、又は特に５３２ｎｍでは、レーザビームの繰返し率は、２５〜１００ｋＨｚ、又はより狭い範囲では２５〜４０ｋＨｚ、４０〜８０ｋＨｚ、又は８０〜１００ｋＨｚとすることができる。表１は、本調査で使用されたレーザパラメータ範囲を提供する。
【表１】
2013528109.tif 000003
【００５２】
本明細書では、以下の定義が適用される。
【００５３】
別段指定のない限り、範囲はすべて、端点、及び端点内のどの値をも含む。
【００５４】
ステントの「半径方向強度」は、ステントが回復不能な変形を受ける圧力として定義される。
【００５５】
「応力」は、ある平面内の小面積を通って作用する力の場合のように、単位面積当たりの力を指す。応力は、垂直応力及びせん断応力と呼ばれる、平面に対してそれぞれ垂直及び平行な成分に分割することができる。真の応力は、力と面積が同時に測定される応力を指す。引張り試験及び圧縮試験に適用される従来の応力は、力を元のゲージ長で除したものである。
【００５６】
「最大荷重」又は極限荷重は、ある構造体が故障することなしに耐えることができる絶対最大荷重（力）である。
【００５７】
「強さ」は、ある材料が破壊前に耐える、ある軸に沿った最大応力を指す。限界強さは、試験中に加えられる最大荷重を元の断面積で除したものから計算される。
【００５８】
「弾性率」は、応力の成分の比率、又はある材料に加えられる単位面積当たりの力を、加えられた力に起因する、加えられた力の軸に沿ったひずみで除したものとして定義することができる。弾性率は、「応力−ひずみ曲線」の最初の傾きであり、したがってその曲線の直線フック（Ｈｏｏｋｅａｎ）領域によって決定される。たとえば、ある材料は、引張り弾性率と圧縮弾性率を共に有する。
【００５９】
「ひずみ」は、所与の応力又は荷重で、ある材料内に生じる伸び又は圧縮の量を指す。
【００６０】
「伸び」は、応力を受けたとき生じるある材料の長さの増大として定義することができる。一般に、元の長さの百分率として表される。
【００６１】
「破断伸び」は、あるサンプルが破断するときそのサンプルにかかるひずみである。通常、百分率として表される。
【００６２】
「ガラス転移温度」Ｔｇは、大気圧でポリマーの非晶質領域が脆性のガラス状態から固体の変形可能状態又は延性状態に変化する温度である。換言すれば、Ｔｇは、ポリマーの鎖におけるセグメント運動が開始される温度に対応する。所与のポリマーのＴｇは、加熱速度に対する依存性をもち、ポリマーの熱履歴によって影響を受ける可能性がある。さらに、ポリマーの化学構造が、移動性に影響を及ぼすことによってガラス転移に大きく影響を及ぼす。
【実施例】
【００６３】
下記の実施例及び実験データは、例示のためのものにすぎず、決して本発明を限定しないものとする。以下の実施例は、本発明を理解する助けとなるように提供されているが、本発明は、実施例の特定の材料又は手順に限定されないことを理解されたい。
【００６４】
以下の一組の実施例は、パルス幅及び波長の７つの異なるパラメータ組合せについてＰＬＬＡ管材料からステントをレーザ加工した結果について記載している。ＰＬＬＡ管材料は、１００％ＰＬＬＡ樹脂から押出し法より形成された。管材料の寸法、すなわち押出し寸法は、外径（ＯＤ）＝０．００６６インチ及び内径（ＩＤ）＝０．００２５インチである。押出しＰＬＬＡ管を、従来、たとえば参照により本明細書に組み込む米国特許出願公開第１２／５５４，５８９号に記載の方法に従って半径方向に拡張した。目標パーセント半径方向拡張（％ＲＥ）は４００％であった。ここで、％ＲＥは、１００％×（拡張された管の内径／管の元の内径−１）として変形される。
【００６５】
パルス幅及び波長の７つの異なるパラメータ組合せが表２にリストされている。
【表２】
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１カリフォルニア州フリーモントのＴｒｕｍｐｆ  Ｌａｓｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２ドイツ、カイザースラウテルンのＬｕｍｅｒａ  Ｌａｓｅｒ  ＧｍｂＨ
３Ｃｏｈｅｒｅｎｔ，Ｉｎｃ．、カリフォルニア州サンタクララ
４カリフォルニア州フリーモントのＩＭＲＡ
５カリフォルニア州ペタルマのＲａｙｄｉａｎｃｅ
【００６６】
これらの試験のための追加のレーザパラメータが表３に与えられている。速度は、基材の表面を横断するビームの並進速度である。パスは、切削パターンが繰り返される回数である。処理時間は、ステント全体を切削するために必要とされる時間である。ＣｏｈｅｒｅｎｔのＬｉｂｒａ（セット番号５）は、表３における８００ｎｍに対応する。ピコ（５３２ｎｍ）レーザは、セット番号２に対応する。表３におけるレーザは、固定波長レーザである。
【表３】
2013528109.tif 000005
【００６７】
加工済み縁部での表面領域の特性を、いくつかの試験技法を使用して評価した。技法、及びこれらの試験から得られた特性が表４にまとめられている。試験は、クライオウルトラミクロトーム、ナノインデンテーション、及び引張り試験を使用してサンプルに対して実施した。
【表４】
2013528109.tif 000006
【００６８】
クライオウルトラミクロトームは、顕微鏡検査のために超薄切片を切り取る技法を指す。加工済み縁部に垂直な加工済みステントの薄切片を切り取り、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で検査した。異なるセットについてボイド及びひび割れの深さ及びサイズを比較した。ナノインデンテーションを使用し、加工済み縁部からの距離の関数として基材の弾性率を測定した。引張り試験を使用し、加工済み縁部に沿って切り取った「犬の骨形」構造からの表面領域の機械的特性を測定した。
【００６９】
クライオウルトラミクロトームの結果
パルス幅及び波長の４つの組合せについてのクライオウルトラミクロトーム技法の結果の概要が表５に与えられており、図５〜８は、表５の各組合せについて加工済み表面に隣接する表面領域のＳＥＭ画像を示す。セット番号５については、顕著な光化学作用が、２０μｍの深さに延びる気泡によって示されている。セット番号４では、気泡の深さがセット番号５より著しく小さく、しかしセット番号４における気泡のサイズがより大きいので、セット番号５に比べて低い波長が光化学作用を緩和したように思われる。予想されたものとは反対に、浸透深さと波長が反比例するので、セット番号４について深さがより大きい。
【表５】
2013528109.tif 000007
【００７０】
セット番号１については、深さ３０μｍまでにひび割れが存在する。セット番号２は、４つのセットアップの中で損傷が最も少ない。気泡形成の深さ及びサイズは、すべての試験条件から最も低い。
【００７１】
ナノインデンテーション
パルス幅及び波長の５つの組合せを用いたナノインデンテーションの結果の概要が表６、及び図９〜１３に与えられている。図は、各組合せごとの１６サンプルについて弾性率対加工済み縁部の表面内への変位を示している。パルス幅１００ｆｓを用いた３つの組合せのうち、８００ｎｍサンプル（セット番号５）が最も速い収束を示している。１０ｐｓでの２つの組合せのうち、波長５３２ｎｍが、弾性率の収束が著しく速い。１００ｆｓ／８００ｎｍ及び１０ｐｓ／５３２ｎｍの結果の比較より、全体的な弾性率の最も速い収束は、１０ｐｓ／波長５３２ｎｍの組合せによってもたらされることがわかる。
【表６】
2013528109.tif 000008
【００７２】
引張り試験
加工済み縁部の表面領域の引張り試験を、１００ｐｓ／８００ｎｍ及び１０ｐｓ／５３２ｎｍのパルス幅／波長の組合せで加工されたサンプルについて実施した。試験は、従来の引張り試験機を使用して、レーザ加工済み基材の表面領域から作成された「犬の骨」形状のサンプルに対して実施した。１００ｆｓ／８００ｎｍサンプル及び１０ｐｓ／５３２ｎｍサンプルについての詳細が、それぞれ表７及び表８に与えられている。
【表７】
2013528109.tif 000009
【表８】
2013528109.tif 000010
【００７３】
表９は、引張り試験の結果をまとめたものである。最も注目すべき特性の違いは、破断伸びである。１０ｐｓ／５３２ｎｍサンプルは、１００ｆｓ／８００ｎｍサンプルより２．５倍を超える、又は約６０％大きい伸びがあった。したがって、前者のサンプルの方が、著しく高い破壊抵抗力を有する。
【表９】
2013528109.tif 000011
【００７４】
材料結果の概要
サンプルのセットについて材料結果の概要が表１０に提供されている。１０ｐｓ／５３２サンプルが最良の特性を有する。
【表１０】
2013528109.tif 000012
【００７５】
加工済み縁部の品質
加工済み縁部の品質を、側壁のＳＥＭ画像の観察を通して調査した。粗さの原因の１つは、気化した基材材料の再堆積である。図１４〜１７は、１００ｆｓ／８００ｎｍ、１００ｆｓ／４００ｎｍ、１０ｐｓ／３５５ｎｍ、及び１０ｐｓ／５３２ｎｍでそれぞれ加工されたステントの側壁を示すＳＥＭ画像を示している。１０ｐｓ／５３２ｎｍの組合せで加工された側壁が、最も滑らかな加工済み縁部を有する。
【００７６】
上記の例は、波長５３２ｎｍが切削速度の、熱影響及び光化学作用との最も良好なバランスをもたらすことを示している。この方法は、０と１の間で任意のＬ−ラクチド対グリコリドのモル比を有するポリ（Ｌ−ラクチド−コ−グリコリド）に適用することができる。また、レーザシステム及びその設定は、Ｔａ−Ｎｂ−Ｗ、及びＣｏ−Ｃｒ合金など、金属基材を切削するために適用することもできる。
【００７７】
本発明の特定の実施形態について示し述べたが、本発明から逸脱することなしにそのより広い態様において変更及び修正を加えることができることが、当業者には明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、それらの範囲内に、本発明の真の精神及び範囲内に入るそのような変更及び修正すべてを包含することになる。
【図１】
2013528109.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2013528109.tif 000016
【図４Ｂ】
2013528109.tif 000017
【図５】
2013528109.tif 000018
【図６】
2013528109.tif 000019
【図７】
2013528109.tif 000020
【図８】
2013528109.tif 000021
【図９】
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【図１０】
2013528109.tif 000023
【図１１】
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【図１２】
2013528109.tif 000025
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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