(57)【要約】  ステントは、Ｆｅ−Ｘ−Ｙから本質的に成る鉄系合金を含み、式中、Ｘは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃ、およびＮから成る群から選択される少なくとも１つのオーステナイト安定化元素であり、Ｙは、ＡｕおよびＰｄから成る群から選択される少なくとも１つの腐食活性化剤種である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−Ｘ−Ｙから本質的に成る鉄系合金を含むステントであって、
式中、Ｘが、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃ、およびＮから成る群から選択される少なくとも１つのオーステナイト安定化元素であり、
Ｙが、ＡｕおよびＰｄから成る群から選択される少なくとも１つの腐食活性化剤種である、ステント。
【請求項２】
前記合金が、６４重量％のＦｅ、３５重量％のＭｎ、および１重量％のＡｕから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項３】
前記合金が、６４．５重量％のＦｅ、３５重量％のＭｎ、および０．５重量％のＰｄから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項４】
前記合金が、７０重量％のＦｅおよび３０重量％のＰｄから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項５】
前記合金が、６３重量％のＦｅ、３５重量％のＰｔ、および２重量％Ａｕから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項６】
前記合金が、６０重量％のＦｅ、３５重量％のＰｔ、および５重量％のＰｄから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項７】
前記合金が、６３重量％のＦｅ、３５重量％のＩｒ、および２重量％のＡｕから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項８】
前記合金が、６０重量％のＦｅ、３５重量％のＩｒ、および５重量％のＰｄから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項９】
前記合金が、５４．８重量％のＦｅ、４５重量％のＭｎ、および０．１８重量％のＡｕから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項１０】
前記合金が、５５．８重量％のＦｅ、４４重量％のＭｎ、および０．１８重量％のＡｕから本質的に成る、請求項１に記載のステント。
【請求項１１】
前記合金の処理中の結晶粒成長を制限するように構成される第二相粒子の１％未満の相割合をさらに含む、請求項１に記載のステント。
【請求項１２】
前記第二相粒子が、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、およびＶＮから成る群から選択される、請求項１１に記載のステント。
【請求項１３】
前記ステントが複数のストラットおよび複数の曲がり目をさらに備え、各曲がり目が一対の隣接したストラットを連結する、請求項１に記載のステント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年１０月２０日出願の米国仮特許出願第６１／５４９，７１２号の優先権の利益を主張するものであり、そのすべての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、生体吸収性ステント用の鉄系合金に関する。
【背景技術】
【０００３】
腐食により分解する生体吸収性金属が生体吸収性ステントの魅力的な材料の候補であるのは、生体吸収性金属が、以前からそのような用途に考慮されている典型的な高分子材料よりも本質的に硬くて丈夫であるためである。以前に評価された金属のうち、マグネシウム（Ｍｇ）がその良好な生体適合特性のため、一次合金化元素として典型的に選択されている。主にマグネシウム系合金の２つの課題は、１）それらの六方最密（「ＨＣＰ」）結晶構造が延性を低下させ、脆性破壊につながり得ること、２）それらの腐食が早すぎる可能性があるため、適切な治癒、内皮化、および周辺組織への組み込みが起こる前に、デバイスがその構造を失うことである。
【０００４】
鉄（Ｆｅ）系合金は、マグネシウム（Ｍｇ）系合金等の他の金属物質と比較して、優れた強度、延性、および耐食性を示す。さらに、Ｆｅ系の微細構造は、制御された熱処理を用いて調整でき、オーステナイト相およびマルテンサイト相を含む様々な相を生成する。Ｆｅ系合金は、ステント等の生分解性医療用インプラント用途に可能な代替物である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉄の課題の１つに、Ｍｇ系合金と比較して生物学的環境下での分解速度が遅いことが挙げられ、これは、表面上での不動態化酸化鉄層の形成に起因する。Ｆｅ系材料の腐食速度を増加させる１つの方法には、カソード第二相粒子の沈殿を用いることがあるが、Ｍｕｅｌｌｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，ＵＳ２００９／０１９８３２０  Ａ１によると、これは、すき間腐食および孔食をもたらし得る。埋め込み型デバイスが薄い断面を有する可能性が想定されるため、純鉄よりも速い速度で顕微鏡的に均一に腐食する鉄系合金が必要とされている。例えば、二相合金が直径約０．５〜５ミクロンのパラジウム（Ｐｄ）に富んだ第二相を有し、かつステントの構造成分が５０ミクロンの直径を有する場合、孔食部位は、１０％を超える断面の厚さを構成し得、ステントの構造成分の急速な破壊につながり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の一態様に従って、Ｆｅ−Ｘ−Ｙから本質的に成る鉄系合金を含むステントが提供され、式中、Ｘは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃ、およびＮから成る群から選択される少なくとも１つのオーステナイト安定化元素であり、Ｙは、ＡｕおよびＰｄから成る群から選択される少なくとも１つの腐食活性化剤種である。
【０００７】
一実施形態において、ステントは、６４重量％のＦｅ、３５重量％のＭｎ、および１重量％のＡｕから本質的に成る合金を含む。
【０００８】
一実施形態において、ステントは、６４．５重量％のＦｅ、３５重量％のＭｎ、および０．５重量％のＰｄから本質的に成る合金を含む。
【０００９】
一実施形態において、ステントは、７０重量％のＦｅおよび３０重量％のＰｄから本質的に成る合金を含む。
【００１０】
一実施形態において、ステントは、６３重量％のＦｅ、３５重量％のＰｔ、および２重量％Ａｕから本質的に成る合金を含む。
【００１１】
一実施形態において、ステントは、６０重量％のＦｅ、３５重量％のＰｔ、および５重量％のＰｄから本質的に成る合金を含む。
【００１２】
一実施形態において、ステントは、６３重量％のＦｅ、３５重量％のＩｒ、および２重量％のＡｕから本質的に成る合金を含む。
【００１３】
一実施形態において、ステントは、６０重量％のＦｅ、３５重量％のＩｒ、および５重量％のＰｄから本質的に成る合金を含む。
【００１４】
一実施形態において、ステントは、５４．８重量％のＦｅ、４５重量％のＭｎ、および０．１８重量％のＡｕから本質的に成る合金を含む。
【００１５】
一実施形態において、ステントは、５５．８重量％のＦｅ、４４重量％のＭｎ、および０．１８重量％のＡｕから本質的に成る合金を含む。
【００１６】
一実施形態において、ステントは、合金の処理中の結晶粒成長を制限するように構成される第二相粒子の１％未満の相割合をさらに含む。
【００１７】
一実施形態において、第二相粒子は、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、およびＶＮから成る群から選択される。
【００１８】
一実施形態において、ステントは、複数のストラットおよび複数の曲がり目をさらに備え、各曲がり目は、一対の隣接したストラットを連結する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に従うステントを示す。
【図２】Ｆｅに対する各元素の表面エネルギー（上の数字）およびポーリング電気陰性度（下の数字）を示す元素の周期表を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、複数のストラット１２および複数の頂部または曲げ部１４を含むステント１０を示し、各クラウンすなわち曲げ部１４が一対の隣接したストラット１２を連結している。ステント１０は、レーザ切断等の当技術分野で知られている方法によって管から形成され得る。ステント１０を形成するために使用される管は、本明細書に開示される本発明の実施形態に従って作製され得る。ステント１０は、例えばワイヤ等の少なくとも１つの細長い部材からも形成され得る。ステント１０は、ステントの骨組みを形成するために巻き付けられる連続した正弦曲線に成形される単一ワイヤから形成され得る。
【００２１】
体心立方（「ＢＣＣ」）マルテンサイト相を含有するＦｅ系材料は、強磁性であり、磁気共鳴試験（「ＭＲＩ」）スキャン等の試験に関連した課題のため、インプラント用途にあまり好適ではない。したがって、マトリックス相が医療用途に好適であるように常磁性にすることが望ましい。本発明の実施形態に従う合金は、冷間加工中の変換生成物としてＨＣＰ（エプシロン）のみを有する主に面心立方（「ＦＣＣ」）オーステナイトであり、それらのいずれも強磁性ではなく、ＭＲＩを妨害するこ曲げ部とは予想されない。ＦＣＣ相を安定化するか、または腐食を活性化する機能のために選択される元素は、生物学的に適合していなくてはならない。
【００２２】
開路電位（ＯＣＰ）等の腐食特性への合金化元素の影響を予測することができる腐食活性化モデルが開発されている。具体的には、このモデルは、どの合金化元素が母材を活性化するか、かつ合金化元素が母材を活性化するレベルを説明する。活性化モデルは、活性化剤要素が母材の表面上に分離し、かつその時点で活性化剤要素が表面を「不安定化」することによって腐食を促進すると想定する。表面分離部分は、表面エネルギーで捕捉され、より低い表面エネルギーを有する合金化元素が表面に分離する。「不安定化」態様は、ポーリング電気陰性度で捕捉され、より高い電気陰性度を有する合金化元素が電子密度をそれ自体に引き付け、母材の酸化（または腐食）をより容易にする。図２は、Ｆｅに対する各元素の表面エネルギー（上の数字）およびポーリング電気陰性度（下の数字）を示す元素周期表を示す。図２の影付きの元素は、鉄腐食活性化の両方の基準を満たす。Ｆｅの２つの好ましい非毒性およびＦｅ可溶性の活性化剤種が、図２に示されるように、ＰｄおよびＡｕであることが理解され得る。このモデルは、腐食活性化の開始が０．００６原子％の金で生じ、約０．０９原子％の金で飽和状態に達し、これを超えると腐食速度はさらに溶解された金とともには増加しないことを予測する。
【００２３】
ＦＣＣオーステナイト相を安定化するために、多数の元素が単独で、または組み合わせて利用され得る。元素選択の二次的考察は、生体適合性および放射線不透過性を含む。本発明の実施形態に従うオーステナイトを安定化する可能性のある合金化元素のリストには、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃ、およびＮが含まれる。３１６ステンレスと同様の機械的特性を有し、生物毒性の兆候がなく、かつ純Ｆｅと同様の腐食速度を有する６５重量％のＦｅおよび３５重量％のＭｎ（Ｆｅ−３５Ｍｎ）を有する合金が、Ｈｅｒｍａｗａｎ  ｅｔ  ａｌ．（“Ｆｅ−ＭＮ  ａｌｌｏｙｓ  ｆｏｒ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  ｓｔｅｎｔｓ：Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｅｌｌ  ｖｉａｂｉｌｉｔｙ  ｓｔｕｄｉｅｓ”，Ａｃｔａ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｉａ  ６，ｐｐ．１８５２−１８６０（２０１０））によって報告されている。
【００２４】
本発明の一実施形態に従って、腐食活性化剤種は、高温（約１０００〜１２００℃）での均質化中に完全なＦＣＣオーステナイト単相を得るのに十分低い濃度の合金に添加される。
【００２５】
本発明の実施形態に従う合金組成をＦｅ−Ｘ−Ｙと表現することができ、元素Ｘは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃ、およびＮから成る群から選択されるオーステナイト安定化元素であり、単独で、または処理中の強磁性ＢＣＣ相の形成を回避するのに十分高い濃度と組み合わせて選択され、元素Ｙは、ＡｕおよびＰｄから成るリストから選択される腐食活性化剤種であり、単独で、または固体ＦＣＣ溶液中に留まるのに十分低い濃度であるが、所望の速度で顕微鏡的に均一の腐食を活性化するのに十分高い濃度と組み合わせて選択される。表Ｉは、本発明の実施形態に従う例示の組成（すべての数字は重量％）を列記するが、決して限定するものと見なされるべきではない。
表Ｉ：Ｆｅ系合金
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【００２６】
言い換えると、本発明の実施形態に従う合金には、重量％で、Ｆｅ−３５Ｍｎ−１Ａｕ、Ｆｅ−３５Ｍｎ−０．５Ｐｄ、Ｆｅ−３０Ｐｄ、Ｆｅ−３５Ｐｔ−２Ａｕ、Ｆｅ−３５Ｐｔ−５Ｐｄ、Ｆｅ−３５Ｉｒ−２Ａｕ、Ｆｅ−３５Ｉｒ−５Ｐｄ、Ｆｅ−４５Ｍｎ−０．１８Ａｕ、およびＦｅ−４４Ｍｎ−０．１８Ａｕが含まれるが、これらに限定されず、Ｆｅの量が合金を平衡させるものである。
【００２７】
Ｆｅ−３４Ｍｎ−１Ａｕ（重量％）の例示の合金の予備調査は、溶解限度をわずかに上回り、１２００℃での均質化後も第二相粒子をもたらすことを示している。しかしながら、マトリックスは、この処理後も溶解された金含有量が依然として高い。実験室規模の腐食試験は、腐食挙動が模擬体液中で活性腐食を呈することを示す。
【００２８】
５５．８重量％のＦｅ、４４．０重量％のＭｎ、および０．１８重量％のＡｕの標的組成を有する実施例９に従う合金を融解し、押し出し、スエージ加工し、研磨して２つのサンプルロッドにし、各ロッドは、約０．１９０インチ（４．８ｍｍ）の直径および約３７インチ（９４ｃｍ）の長さを有した。このサンプルの組成は、５５．８重量％のＦｅ、４３．９重量％のＭｎ、０．２３重量％のＡｕ、３５ｐｐｍのＣ、２３０ｐｐｍのＯ、１０ｐｐｍ未満のＮ、６８ｐｐｍのＳ、５１ｐｐｍのＭｏ、２．４ｐｐｍのＳｉ、２．７ｐｐｍのＮｉ、２．５ｐｐｍのＣｕ、および１．２ｐｐｍのＰを含むと測定され、このサンプルが比較的低い不純物レベルを有したことを示した。
【００２９】
走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）による微細構造分析がこのサンプル上で完了し、明らかな単相結晶粒構造が存在しなかったことを示した。Ｍｎに富んだ粒子が検出され、わずかなＡｕシグナルが検出されたが、定量化されなかった。粒子の近くに腐食ピットも検出された。このサンプルが２５７ＶＨＮのヴィッカース硬度を有すると測定され、１２０ｋｓｉの最大引張強度および３１６ステンレス鋼と同様の機械的特性を有すると予測された。このサンプルをＸ線回折にも供した。Ｘ線回折分析の結果は、δフェライト（磁気相）の存在、ならびに溶解されていないＡｕ−Ｍｎ沈殿物を示唆した。
【００３０】
実施例９の合金の熱力学を予測した。５５．８重量％のＦｅ、４４．０重量％のＭｎ、および０．１８重量％のＡｕ合金は、約９００℃未満で二相領域内に存在すると予想される。Ｆｅに富んだＦＣＣおよびＭｎＡｕに富んだＦＣＣ相の両方を予測する。１１００℃での再均質化は、第二相粒子を再溶解することが可能であり得るが、この合金は、第二相粒子が存在する状態で、依然として実行可能であり得る。
【００３１】
実施例９の合金を均質化し、押し出し、スエージ加工し、再均質化した。ＳＥＭ分析を用いて、再均質化されたサンプルの相割合を推定した。結果は、再均質化されたサンプルの領域の約１％が第二相粒子であるが、腐食ピットが存在するため、粒子の数が多く見積もられたかもしれないことを示した。均質化後の微細構造分析は、著しい結晶粒成長が存在したことを示し、さもなければ結晶粒をピン止めして成長を阻止したであろう第二相粒子の溶解が成功したことを示唆した。均等に分布した小さい腐食スポットも観察された。再均質化したサンプルは、１１８ＶＨＮのヴィッカース硬度を有すると測定され、５５ｋｓｉの最大引張強度および３１６ステンレス鋼と同様の機械的特性を有すると予測された。
【００３２】
本発明の一実施形態に従って、合金は、結晶粒をピン止めして処理中の結晶粒成長を制限する第二相粒子の１％未満の相割合を含み得る。望ましくは、そのような化合物は、それらの電解腐食への影響を制限するほど高導電性ではない非金属化合物である。可能性のある相には、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、ＶＮ等が含まれるが、これらに限定されない。
【００３３】
特定の本発明の実施形態が上で説明されてきたが、本発明が説明された以外の方法でも実施され得ることが理解される。上の説明は例示的であって、限定することを意図しない。例えば、合金がステントを作製するために使用されるように説明されているが、他の医療デバイスも本発明の実施形態に従う合金を用いて製作され得ることを理解されたい。したがって、修正が以下に提示される特許請求の範囲から逸脱することなく記載されるように本発明に加えられ得ることは当業者に明らかである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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