(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維複合材料を含む人工心臓弁弁尖であって、前記繊維複合材料は、少なくとも部分的にポリマーマトリックスに組み込まれた複数のエレクトロスピニング繊維を含み、前記複数のエレクトロスピニング繊維が第１のポリイソブチレンウレタンコポリマーを含み、前記ポリマーマトリックスが第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーを含み、
前記第１のポリイソブチレンウレタンコポリマーは、ハードセグメント部分およびソフトセグメント部分を有し、かつ第１の所定平均重量パーセントのハードセグメント部分を有し、
前記第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーは、ハードセグメント部分およびソフトセグメント部分を有し、かつ第２の所定平均重量パーセントのハードセグメント部分を有し、
前記第１の所定平均重量パーセントが前記第２の所定平均重量パーセントより大きいことを特徴とする人工心臓弁弁尖。
【請求項２】
前記第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーが、約５５Ｄのデュロメータ硬さを有する、請求項１に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項３】
人工心臓弁の管状体に結合された少なくとも２つの人工心臓弁弁尖のうちの１つである、請求項１に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項４】
前記第１のポリイソブチレンウレタンコポリマーのハードセグメント部分および前記第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーのハードセグメント部分の各々がメチレンジイソシアネートおよびブタンジオールから作製されている、請求項１に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項５】
ソフトセグメント部分がポリイソブチレンジオールまたはポリイソブチレンジアミンの残留モノマーから作製されている、請求項１に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項６】
ソフトセグメント部分が少なくともポリエーテル、フッ素化ポリエーテル、フルオロポリマー、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、フッ素化ポリシロキサンまたはポリカーボネートをさらに含む、請求項１に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項７】
弁尖の表面上にヒドロゲルコーティングをさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項８】
前記ヒドロゲルコーティングがポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含む、請求項７に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項９】
前記複数のエレクトロスピニング繊維の第１の部分が第１の所定配向を有し、前記複数のエレクトロスピニング繊維の第２の部分が第２の所定配向を有し、前記第１の所定配向が前記第２の所定配向と異なる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項１０】
前記第１のポリイソブチレンウレタンコポリマーおよび前記第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーがそれぞれ約２：１のメチレンジイソシアネートおよびブタンジオールの比を使用して作製されている、請求項４に記載の人工心臓弁弁尖。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の人工心臓弁弁尖を作製する方法であって、
マンドレル上に前記複数のエレクトロスピニング繊維を配置するステップと、
前記マンドレル上に前記ポリマーマトリックスの層を配置するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維補強複合材料から作製された弁尖を有する人工心臓弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓弁が適切に機能していないとき、心臓機能は著しく損なわれている可能性がある。心臓弁機能不全のあり得る原因としては、弁の周囲の弁輪の拡張、心室拡張、および逸脱したまたはゆがんだ弁尖が挙げられる。心臓弁が適切に閉鎖することができない場合、心室内の血液が弁を通して逆流するかまたは後方に漏れる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
弁閉鎖不全は、大動脈弁等の罹患した弁を置換または修復することによって治療することができる。外科的な弁置換は、罹患弁を治療する１つの方法であるが、多くの患者には、他のより侵襲性の低い治療方法も可能である。経カテーテル大動脈弁置換術（ＴＡＶＲ：ｔｒａｎｓｃａｔｈｅｔｅｒ  ａｏｒｔｉｃ  ｖａｌｖｅ  ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）等、低侵襲治療方法は、一般に、罹患弁を植込み可能な人工心臓弁と置換するために、動脈通路または他の解剖学的経路を通して心臓内に送達される送達カテーテルの使用を含む。人工心臓弁は、罹患弁に対する治療法であり得るが、人工心臓弁の弁尖は、経時的にカルシウム沈着物を蓄積する可能性があり（石灰化と呼ばれる）、引裂き等、長期のデバイス不良を経験し得る。したがって、十分な長期の化学的安定性ならびに物理的特性および機械的特性を有する心臓弁を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書で提供される人工心臓弁は、適切な化学的特性、物理的特性および機械的特性を有する、患者の生存中に機能性を保持するように適合された構造を有することができる。さまざまな場合において、本明細書で提供される人工心臓弁は、繊維補強複合材料から作製された弁尖を含む。
【０００５】
例１では、人工心臓弁弁尖は、少なくとも部分的にポリマーマトリックスに組み込まれた複数のエレクトロスピニング繊維から構成された繊維複合材料を含む。人工心臓弁弁尖は、ポリマーマトリックスがポリイソブチレンウレタンコポリマーを含み、およびエレクトロスピニング繊維がポリウレタン、フルオロポリマー、ポリエステルまたはトリブロックポリマーを含むことによって特徴付けられ得る。
【０００６】
例２は、エレクトロスピニング繊維がポリイソブチレンウレタン（ＰＩＢ−ＰＵＲ）コポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリ（スチレン−イソブチレン−スチレン）（ＳＩＢＳ）トリブロックポリマーを含む、例１の人工心臓弁弁尖である。
【０００７】
例３は、複数のエレクトロスピニング繊維が、第１の所定平均重量パーセントのハードセグメント部分を有する第１のポリイソブチレンウレタンコポリマーを含み、およびポリマーマトリックスが、第２の所定平均重量パーセントのハードセグメント部分を有する第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーを含み、第１のポリイソブチレンウレタンコポリマーおよび第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーがそれぞれソフトセグメント部分を含み、ハードセグメント部分の第１の所定平均重量パーセントがハードセグメント部分の第２の所定平均重量パーセントより大きいことによって特徴付けられる、例１または２の人工心臓弁弁尖である。
【０００８】
例４は、ポリマーマトリックスが、約６０Ａ〜約５５Ｄのショア硬さまたは場合により約５５Ｄのデュロメータ硬さを有するポリイソブチレンウレタンコポリマーを含む、例１〜３のうちの１つの人工心臓弁弁尖である。いくつかの実施形態では、複数のエレクトロスピニング繊維は、２０ＭＰａ〜４５ＭＰａまたは場合により少なくとも４９ＭＰａの引張強度を有するポリマー材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックスは、２０ＭＰａ〜４５ＭＰａまたは場合により４４ＭＰａの引張強度を有することができる。
【０００９】
例５は、人工心臓弁の管状体に結合された少なくとも２つの人工心臓弁弁尖のうちの１つである、例１〜４のうちの１つの人工心臓弁弁尖である。
例６は、第１のハードセグメント部分および第２のハードセグメント部分がそれぞれメチレンジイソシアネートおよびブタンジオールから作製されている、例５の人工心臓弁弁尖である。
【００１０】
例７は、ソフトセグメント部分がポリイソブチレンジオールまたはポリイソブチレンジアミンのモノマーから作製されている、例５または６の人工心臓弁弁尖である。
例８は、ソフトセグメント部分が少なくともポリエーテル、フッ素化ポリエーテル、フルオロポリマー、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、フッ素化ポリシロキサンまたはポリカーボネートをさらに含む、例５〜７のうちの１つの人工心臓弁弁尖である。
【００１１】
例９は、第１のポリイソブチレンウレタンコポリマーが約４０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％の範囲の平均重量パーセントのハードセグメントと、約４０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％の平均重量パーセントのソフトセグメントとを含む、例５〜８のうちの１つの人工心臓弁弁尖である。
【００１２】
例１０は、第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーが約３０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％の範囲の平均重量パーセントのハードセグメントと、約６０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％の平均重量パーセントのソフトセグメントとを含む、例５〜８のうちの１つの人工心臓弁弁尖である。
【００１３】
例１１は、弁尖の表面上にヒドロゲルコーティングをさらに含む、例１〜１０のうちの１つの人工心臓弁弁尖である。
例１２は、ヒドロゲルコーティングがポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含む、例１１の人工心臓弁弁尖である。
【００１４】
例１３は、複数のエレクトロスピニング繊維の第１の部分が第１の所定配向を有し、および複数のエレクトロスピニング繊維の第２の部分が第２の所定配向を有し、第１の所定配向が第２の所定配向と異なる、例１〜１２のうちの１つの人工心臓弁弁尖である。
【００１５】
例１４は、ポリイソブチレンウレタンコポリマーがハードセグメント部分を含み、各ハードセグメント部分がメチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）およびブタンジオール（ＢＤ）から作製されており、好ましくは、ポリイソブチレンウレタンコポリマーが約１であるＭＤＩ／（ＢＤ＋ＳＳ）のモル比を使用して作製されている、例１〜１３のうちの１つの人工心臓弁弁尖である。
【００１６】
例１５は、例１〜１４のうちの１つの人工心臓弁弁尖を作製する方法であって、マンドレル上に複数のエレクトロスピニング繊維を配置するステップと、マンドレル上にポリマーマトリックスの層を配置するステップとを含む方法である。いくつかの実施形態では、ポリイソブチレンウレタンコポリマーの層を配置するステップは、ディップコーティングプロセス、圧縮成形プロセスまたは噴霧プロセスを用いることを含み得る。いくつかの実施形態では、例１５は、ポリエチレングリコールを含むヒドロゲルコーティングを塗布するステップをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルコーティングはヘパリンを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ヒトの解剖学的構造内における、本明細書で提供される例示的な人工心臓弁の図である。
【図２】図１の人工心臓弁の拡大図である。
【図３Ａ】複合材料から構成された本明細書で提供される例示的な弁尖の図であって、例示的な弁尖の平面図である。
【図３Ｂ】複合材料から構成された本明細書で提供される例示的な弁尖の図であって、例示的な弁尖の断面図である。
【図４】本明細書で提供される複合材料の概略図である。
【図５】本明細書で提供される別の例示的な弁尖の断面図である。
【図６】本明細書で提供されるポリイソブチレンウレタンコポリマー（ＰＩＢ−ＰＵＲ）に対する化学構造を提供する図である。
【図７】異なるハードセグメント含有量を有するＰＩＢ−ＰＵＲから構成された、本明細書で提供される複合材料の応力−歪み曲線である。
【図８】本明細書で提供される別の例示的な人工心臓弁の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、人体１０５の心臓１０２内における、本明細書で提供される人工心臓弁１００の図である。心臓は、４つの心臓弁、すなわち肺動脈弁、三尖弁、大動脈弁および僧帽弁を有する。心臓弁により、血液が心臓を通り、心臓に連結された主要血管、たとえば大動脈および肺動脈内に進むことができる。図１の人工心臓弁１００は、大動脈人工心臓弁であり、それは、送達デバイスまたはカテーテル１１０を用いて血管を通して外科的に植え込むかまたは送達することができる。送達カテーテル１１０は、経カテーテル大動脈弁置換術（ＴＡＶＲ）処置中、大腿部切開部、鎖骨下動脈切開部または大動脈切開部内に挿入することができる。送達カテーテル１１０は、挿入されると、人工心臓弁１００を解剖学的構造内の所望の位置まで送達し、所望の植込み部位において植込み可能な心臓弁１００を放出することができる。図１は、大動脈弁に取って代わる人工心臓弁１００を示すが、場合により、人工心臓弁１００は、別のタイプの心臓弁（たとえば、僧帽弁または三尖弁）の置換物であり得る。
【００１９】
図２は、図１の人工心臓弁１００の拡大図を示す。人工心臓弁１００は、実質的管状体１２０、３つの弁尖１４０、アンカー要素１６０および管状シール１８０を有する。管状体１２０は、環状空洞を有する、半径方向に拡張可能な部材、たとえば環状フレームまたはステントであり得る。図２に示すように、心臓弁１００は、環状空洞内で管状体１２０に結合された心臓弁弁尖１４０を有することができる。管状体１２０の環状空洞内に配置された３つのアンカー要素１６０は、それぞれ心臓弁弁尖１４０を管状体１２０に固定することができる。各アンカー要素１６０は、固定具によって管状体１２０に結合し、締付要素によって弁尖１４０に結合することができる。管状シール１８０は、管状体１２０の一部の周囲に配置することができる。特に、管状シール１８０は、弁尖の周囲で血流を制限するように管状体１２０の外面の周囲に配置された流出端部１０８を有することができる。管状シール１８０はまた、弁尖１４０の底縁に固定された流入端部１０６も有することができる。
【００２０】
人工心臓弁１００は、さまざまな材料から作製することができる。場合により、人工心臓弁１００の少なくとも一部、たとえば弁尖１４０、または管状体１２０の一部は、さまざまな合成材料から作製することができる。場合により、人工心臓弁１００は、完全に合成材料から作製することができる。人工心臓弁１００の合成材料としては、ポリマー材料、金属、セラミックおよびそれらの組合せを挙げることができる。場合により、人工心臓弁１００の合成材料としては、物理的特性、機械的特性、および化学的特性の少なくとも１つが異なる少なくとも２種の構成材料からなる複合材料を挙げることができる。
【００２１】
場合により、弁尖１４０の少なくとも一部は、動物、たとえばブタまたはウシから取得された組織から作製することができる。場合により、弁尖１４０は、たとえばウシ心膜またはブタ組織から部分的に作製することができる。
【００２２】
図３Ａは、本明細書に記載する例示的な人工心臓弁弁尖３００を示す。図示するように、弁尖３００は、本体部分３１０（弁尖の胴部領域と言うこともできる）と、本体部分３１０から外側に延在する２つのスリーブ部分３２０とを含むことができる。本体部分３１０は、湾曲した底縁３３０を有することができる。場合により、スリーブ部分は、図２のアンカー要素１６０等、心臓弁のアンカー要素に結合されるようなサイズおよび形状とすることができる。
【００２３】
使用時、本明細書で提供される人工心臓弁３００は、心臓に（たとえば、外科的にまたは経カテーテル送達を通して）植え込まれる。弁尖３００の縁部分は、閉鎖位置で互いに接合するように移動して、流体が閉鎖位置で人工心臓弁を越えて流れるのを実質的に制限する。弁尖３００の縁部分は、互いから離れて開放位置まで移動して、流体が人工心臓弁３００を越えて流れるのを可能にする。閉鎖位置と開放位置との間の弁尖３００の移動は、健康な本物の弁の血行力学的性能を実質的に近似することができる。
【００２４】
人工心臓弁が各心拍中に開閉する際、各弁尖３００は、開放位置と閉鎖位置との間で曲がる。弁尖３００に対する引張りおよび曲げひずみは、その位置に応じて変化する可能性がある。したがって、弁尖３００は、弁が開閉する際にさまざまな向き（または方向）に伸びることができる。各弁尖は、図３Ａに示すように、各心拍により半径方向の向きおよび周方向の向きの少なくとも一方に伸びることができる。弁尖３００はまた、半径方向の向きおよび周方向の向きに対して斜めの角度を有するさまざまな向きにも伸びることができる。使用中に人工弁尖がさまざまな向きに伸びることができるため、弁尖は、異方性の物理的特性および機械的特性を備えた材料から構成されることによって大いに利益を受けることができる。
【００２５】
図３Ｂは、本明細書で提供される例示的な弁尖３００の断面図を示す。図示するように、弁尖３００は、内層３６５および外層３７０を有する複合材料３６０から作製することができる。内層３６５は、ポリマーマトリックスの少なくとも一部内に組み込まれた複数の繊維を含むことができる。複合材料の繊維は、１種または複数種の繊維材料から構成することができる。ポリマーマトリックスは、内層３６５を通して個々の繊維間で間隙（または空間）を部分的にまたは完全に充填する相互侵入マトリックスとして内層に配置することができる。外層４６０は、１種または複数種のポリマーマトリックス材料から構成することができる。
【００２６】
図４は、本明細書で提供される複合材料４００の概略図を示す。図４に示すように、複合材料４００は、織マトリックスを形成するように規則正しいパターンで整列する繊維４１０から構成することができる。場合により、複合材料４００の繊維４１０は、不織マトリックスを形成するようにポリマーマトリックス４２０内でランダムに配向された個々の繊維４１０から構成することができる。場合により、複合材料４００は、エレクトロスピニング繊維から構成される。不織繊維マトリックスが等方性材料（すべての方向において同じ特性を有する）を提供することができ、一方で織繊維マトリックスが異方性材料（方向によって決まる特性を有する）をもたらすことができる。
【００２７】
依然として図４を参照すると、複合材料４００は、複合材料の少なくとも１つの層（または区画）において、または複合材料全体を通して、ポリマーマトリックス４２０内に組み込まれた繊維４１０を含むことができる。場合により、複合材料４００は、複数の繊維４１０とポリマーマトリックス４２０とから構成することができる。場合により、複合材料４００のいくつかの部分は繊維４１０を含むことができ、複合材料４００のいくつかの部分は繊維４１０を含まないようにし得る。場合により、複合材料４００のいくつかの部分はポリマーマトリックス４２０を含むことができ、複合材料４００のいくつかの部分はポリマーマトリックス４２０をまったく含まないようにし得る。場合により、複合材料４００は、ポリマーマトリックス４２０のポリマーと異なるポリマーまたはポリマーマトリックス４２０と同じポリマーを含むことができる追加のポリマー層を含むことができる。場合により、異なるポリマー層は、異なるポリマー繊維４１０および異なる繊維配置の少なくとも一方を含むことができる。場合により、複合材料４００は、マトリックス４２０内の繊維４１０の配置による可能性がある等方特性を有することができる。場合により、心臓弁弁尖は、製造を簡略化するために、複合構造４００全体を通して繊維４１０およびポリマーマトリックス４２０を有する複合材料４００を含むことができる。
【００２８】
弁尖の複合材料内の各繊維４１０は、所望の物理的特性および機械的特性の少なくとも一方をもたらす配向（または方向）を有することができる。場合により、繊維は、弁尖の縁、たとえば図３Ａに示すようなスリーブ３２０に沿った自由縁に対して１つの直線方向に伸びるように単一配向を有することができる。場合により、繊維は、弁尖の縁に対して平行な直線方向に伸びることができる。場合により、繊維は、弁尖の縁に対して角度をなして向けられる直線方向に伸びることができる。
【００２９】
依然として図４を参照すると、各繊維４１０は、任意選択的に、その方向を複数回または連続的に変更するように複数の配向を有することができる。場合により、たとえば、複数の配向を有する繊維４１０は、弁尖の縁に対して非直線状または湾曲形状を有することができる。場合により、繊維４１０は、弁尖が非応力状態にある間、非直線状または湾曲形状であり得るが、弁尖が応力状態にあるときには直線になることができる。場合により、繊維４１０は、湾曲形状から直線の形状に遷移して、弁尖が繊維配向に対して平行な方向により大きい伸びを有し、所望の異方特性をもたらすことができるようにし得る。場合により、繊維４１０は、図４に示すような湾曲または曲線形状等、非直線形状を有することができる。場合により、各繊維４１０は、振動、正弦曲線または波状パターン等、繰返しパターンを有することができる。たとえば、繊維４１０は、場合により、１つの波状部または複数の波状部を含むことができる。場合により、繊維４１０は、直線であるかまたは直線形状を有することができる。弁尖内の繊維４１０は、さまざまな場合において、弁尖材料の物理的特徴および機械的特徴の少なくとも一方を変更するように成形することができる。たとえば、場合により、正弦曲線繊維または他の湾曲形状は、直線の繊維を有する弁尖と比較して増大した弾性を有する弁尖をもたらすことができる。
【００３０】
場合により、単一の繊維４１０は、異なる形状を備えた異なる部分を有することができる。たとえば、繊維は、１つの区画に直線の部分を有し、別の区画に正弦曲線部分を有することができる。場合により、複合材料は１つ、２つ、３つ、４つまたは５つ以上の繊維の組を有することができ、各組は異なる形状またはパターンを有する。心臓弁弁尖は、弁尖に異方性の物理的特性および機械的特性の少なくとも一方を与える１つまたは複数の形状を有する繊維によって形成することができる。弁尖複合材料に１つまたは複数の配向を有する繊維を組み込むことにより、拍動する心臓の応力およびひずみに応答するように、複合材料の特性を方向的に適合させることができる。
【００３１】
心臓弁弁尖は、複数の繊維材料から形成して、弁尖に対して２種以上の別個の材料の物理的特性および機械的特性の少なくとも一方を与えることができる。異なる特性を備えた異なる材料を有する層を弁尖複合材料に組み込むことにより、複合材料の特性は必要に応じて適合され得る。本来の心臓弁の特性をよりよく模倣することにより、弁尖性能を最適にする異方性材料を形成するために複数の層が用いられ得る。
【００３２】
本明細書で提供される例示的な弁尖は、複数のエレクトロスピニング繊維材料から形成された繊維マトリックスを含むことができる。心臓弁弁尖はまた、複数の繊維材料から形成して、弁尖に対して２種以上の別個の材料の物理的特性および機械的特性を与えることができる。
【００３３】
場合により、複数の繊維が複合材料内の繊維の層を形成することができる。場合により、繊維の単一の層が２種以上の材料を含むことができる。場合により、複合材料は、繊維の複数の層、たとえば、繊維の２つ、３つ、４つまたは５つ以上の層を含むことができる。場合により、繊維の少なくとも１つの層は、同じ材料、たとえば第１のポリマーから作製することができる。場合により、繊維の異なる層は、異なる材料から作製することができ、たとえば、第１の層は第１のポリマーから作製され、第２の層は第２のポリマーから作製される。２つ以上の層があることにより、心臓弁において引裂きまたは他の同様の材料関連破損が発生するのを最小限にするかまたは防止することができる。
【００３４】
図５は、別の例示的な複合材料５００の断面図を示す。図５の複合材料５００は、複数の内層５１０、５２０および外層５３０を含む。内層は、最外内層５２０および最内内層５１０を含む。最外内層５２０は、第１の複数の繊維を含むことができ、最内内層５１０は、第２の複数の層を含むことができる。外層５３０は、ポリマーマトリックスから構成することができる。場合により、最外内層５２０の繊維の少なくとも一部は、最内内層５１０の一部において相互侵入することができる。外層５３０、たとえばポリマーマトリックスは、ポリマーマトリックス材料が最外内層５２０の個々の繊維間の空間を部分的にまたは完全に充填するように最外内層５２０と相互侵入することができる。場合により、外層５３０の材料、たとえばポリマーマトリックス材料は、最外内層５２０および最内内層５１０の両方と相互侵入することができる。
【００３５】
図５に示すように、複合材料は、１つまたは複数の内側繊維層を有することができる。場合により、複合材料は、外側繊維層を有することができる。外側繊維層は、複合材料に所望の表面改質を与えることができ、たとえば、より優れた粘着特性を促進し、石灰化をなくすかまたは低減させるように表面凹凸を与えることができる。外側繊維層は、場合により、薬剤または抗菌剤を配置するための多孔質面を与えることができる。
【００３６】
例示的な複合材料は、配向（繊維方向と呼ぶことも可能である）を有する繊維の組を含むことができ、その組の繊維の各々は同じ配向を有する。さまざまな場合において、弁尖の繊維の組は、必要に応じて特定の方向における引張りに抵抗するように配向することができる。場合により、繊維の１つの組または層は、ポリマーマトリックス内の繊維の別の組または層の配向と異なる配向を有することができる。場合により、たとえば、第１の複数の繊維は第１の配向を有することができ、第２の複数の繊維は第２の配向を有することができる。場合により、第１の配向は、第２の配向と異なる場合もあれば同じである場合もある。場合により、第１の配向および第２の配向は、概して互いに直交する。場合により、第１の配向および第２の配向は、概して互いに対して斜めである。場合により、複合材料は、繊維の１つ、２つ、３つ、４つ、または５つ以上の組を有することができ、各組は異なる配向を有する。心臓弁弁尖は、弁尖に異方性の物理的特性および機械的特性の少なくとも一方を与える複数の配向を含む繊維の組から形成することができる。１つまたは複数の配向を有する繊維を弁尖複合材料に組み込むことにより、拍動する心臓に関連する応力およびひずみに方向的に応答するように、複合材料の特性を適合させることができる。
【００３７】
本明細書に記載する弁尖の繊維は、医療デバイスおよびインプラントの少なくとも一方に好適なさまざまな材料から作製することができる。繊維は、生体安定性材料および生体適合性材料の少なくとも一方から作製することができる。生体安定性材料は、医療デバイスの耐用年数の間、劣化に対して耐性があり、発がん性問題に関連しない材料である。生体適合性材料は、生体組織に対して有害でない合成または天然材料である。概して、本明細書に記載する繊維は、ポリマー、金属（たとえば、チタン、ステンレス鋼、タンタル）、セラミック（ガラス繊維、アクリル樹脂）またはそれらの組合せから構成することができる。場合により、繊維は、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたはそれらの組合せから作製される。本明細書に示す繊維は、フルオロポリマー、ポリウレタンまたはブロックコポリマー等、さまざまなポリマー材料から作製することができる。本明細書に示す繊維に対して好適なポリマーは、限定されないが、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（たとえば、ＫＹＮＡＲ（登録商標）およびＳＯＬＥＦ（登録商標））、ポリ（フッ化ビニリデン−コ−ヘキサフルオロプロペン）（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）およびそれらの組合せを含む、フルオロポリマーから形成することができる。他の好適な繊維ポリマーとしては、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマー（たとえば、ＰＥＬＬＥＴＨＡＮＥ（登録商標））、ポリエーテル系ポリウレタン（たとえば、ＴＥＣＯＴＨＡＮＥ）、ポリカーボネート系ポリウレタン（たとえば、ＢＩＯＮＡＴＥおよびＣＨＲＯＮＯＦＬＥＸ）およびそれらの組合せ等のウレタン系ポリマーを挙げることができる。場合により、繊維に対して好適なポリマー材料の他の例としては、限定されないが、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド（たとえば、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、ＰＥＢＡＸ（登録商標）、ナイロン６およびナイロン１２）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリエーテルイミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリ−Ｎ−フェニルベンゾイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリフェニルキノキサリン（ＰＰＧ）、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＰＴＡ）、ポリスルホン、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のナフタレート系ポリマー繊維、ポリヒドロキノン−ジイミダゾピリジン（ＰＩＰＤまたはＭ５繊維としても知られる）ならびにそれらの組合せが挙げられる。場合により、繊維は、たとえば、ポリ（スチレン−イソブチレン−スチレン）（ＳＩＢＳ）トリブロックポリマーおよびポリイソブチレンウレタンコポリマー（ＰＩＢ−ＰＵＲ）等のブロックコポリマーから形成される。
【００３８】
図６は、本明細書に示す複合材料を構成するために使用されるポリイソブチレンウレタンコポリマー（ＰＩＢ−ＰＵＲ）の成分に対する化学構造を示す。図６に示すように、ＰＩＢ−ＰＵＲは、ソフトセグメント部分およびハードセグメント部分から構成される。ポリウレタンハードセグメント部分は、限定されないが、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、４，４’−メチレンジシクロヘキシルジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）およびヘキサメチレン（ＨＭＤＩ）を含むことができる。ポリウレタンソフトセグメント部分は、ポリイソブチレンマクロジオールまたはポリイソブチレンジアミンを含むことができる。場合により、好適なソフトセグメントは、ポリアルケン、ポリエーテル、フッ素化ポリエーテル、フルオロポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、フッ素化ポリシロキサンまたはポリカーボネートおよびそれらの誘導体を挙げることができる。ＰＩＢ−ＰＵＲおよびＰＩＢ−ＰＵＲ誘導体には、医療デバイスおよびインプラントに対して不活性、生体適合性、抗血栓性かつ抗石灰化材料を提供するという利点がある。
【００３９】
弁尖の複合材料の繊維は、場合により、液晶ポリマー（ＬＣＰ：ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ）から作製することができる。ＬＣＰは、高秩序の結晶構造の領域が内部に形成されていることにより半結晶特性を有する、特別な種類の芳香族ポリエステルまたはポリアミドコポリマーである。ＬＣＰは、概して化学的に不活性であり、高い耐クリープ性、高い弾性率および高い引張強度を有する材料である。ＬＣＰから作製される好適な繊維材料としては、限定されないが、ＶＥＣＴＲＡＮ（登録商標）等のサーモトロピックポリエステル、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＰＴＡ）およびポリ（フェニレンベンゾビスオキサゾール）（ＰＢＯ）ならびにそれらの組合せが挙げられる。他の好適なＬＣＰとしては、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、ＶＥＣＴＲＡＮ（登録商標）、ＮＯＭＥＸ（登録商標）およびＴＥＩＪＩＮＣＯＮＥＸ（登録商標）等のポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）、ＨＥＲＡＣＲＯＮ（登録商標）、ＴＥＣＨＮＯＲＡ（登録商標）、ＴＷＡＲＯＮ（登録商標）およびＺＹＬＯＮ（登録商標）を挙げることができる。場合により、ゲル紡糸超高分子量ポリエチレン（Ｄｙｎｅｅｍａ（登録商標）およびＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標））等の他の高性能繊維が利用され得る。ＬＣＰを使用する利益には、弁尖に対して、引張強度等、弁尖の機械的特性、または頑強性および耐久性等の性能特性を損なうことなく、任意選択的により薄くかつ小さい寸法、たとえば厚さまたは直径を与えることが含まれる。場合により、ＬＰＣ繊維の直径は、０．５マイクロメートル（すなわちμｍ）程度に小さくすることができる。場合により、ＬＣＰ繊維から構成される弁尖の厚さは、約５０μｍ〜約１００μｍの範囲とすることができる。
【００４０】
場合により、複合材料の個々の繊維は、繊維とポリマーマトリックスとの間の接合を促進するためにジャケット（たとえば、ポリマージャケット）内に封入され得る。場合により、たとえば、弁尖は、ポリマージャケット内に封入されたＬＣＰ繊維を含むことができる。
【００４１】
繊維は、少なくとも１マイクロメートル（１ミクロン）（すなわち、０．００００４インチ（０．００１０１６ｍｍ））の直径または平均径を有することができる。繊維は、場合により、約１マイクロメートル（１ミクロン）〜約１００マイクロメートル（１００ミクロン）（すなわち、約０．００００４インチ（０．００１０１６ｍｍ）〜約０．００４インチ（０．１０１６ｍｍ））の範囲（それらの間のすべての範囲および値を含む）であり得る。場合により、たとえば、好適な繊維径サイズは、約１マイクロメートル（１ミクロン）〜５マイクロメートル（５ミクロン）（すなわち、約０．００００４インチ（０．００１０１６ｍｍ）〜約０．０００２インチ（０．００５０８ｍｍ））、５マイクロメートル（５ミクロン）〜１０マイクロメートル（１０ミクロン）（すなわち、０．０００２インチ（０．００５０８ｍｍ）〜約０．０００４インチ（０．０１０１６ｍｍ））、１０マイクロメートル（１０ミクロン）〜２０マイクロメートル（２０ミクロン）（すなわち、０．０００４インチ（０．０１０１６ｍｍ）〜約０．０００８インチ（０．０２０３２ｍｍ））、２０マイクロメートル（２０ミクロン）〜５０マイクロメートル（５０ミクロン）（すなわち、０．０００８インチ（０．０２０３２ｍｍ）〜約０．００２０インチ（０．０５０８ｍｍ））および５０マイクロメートル（５０ミクロン）〜１００マイクロメートル（１００ミクロン）（すなわち、０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）〜約０．００４インチ（０．１０１６ｍｍ））の範囲を含むことができる。場合により、繊維は、約１マイクロメートル（１ミクロン）〜約１０マイクロメートル（１０ミクロン）（すなわち、０．０００４インチ（０．０１０１６ｍｍ）〜約０．００２０インチ（０．０５０８ｍｍ））の範囲（それらの間のすべての範囲および値を含む）の直径を有することができる。場合により、ポリマーから作製される繊維は、約５マイクロメートル（５ミクロン）〜約１００マイクロメートル（１００ミクロン）（すなわち、０．０００２インチ（０．００５０８ｍｍ）〜約０．００４０インチ（０．１０１６ｍｍ））、約１０マイクロメートル（１０ミクロン）〜約７５マイクロメートル（７５ミクロン）（すなわち、０．０００４インチ（０．０１０１６ｍｍ）〜約０．００３インチ（０．０７５ｍｍ））、約１０マイクロメートル（１０ミクロン）〜約５０マイクロメートル（５０ミクロン）（すなわち、０．０００４インチ（０．０１０１６ｍｍ）〜約０．００２０インチ（０．０５０８ｍｍ））、約２０マイクロメートル（２０ミクロン）〜約１００マイクロメートル（１００ミクロン）（すなわち、０．０００８インチ（０．０２０３２ｍｍ）〜約０．００４０インチ（０．１０１６ｍｍ））、約２５マイクロメートル（２５ミクロン）〜約２００マイクロメートル（２００ミクロン）（すなわち、０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）〜約０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ））または約２０マイクロメートル（２０ミクロン）〜約５０マイクロメートル（５０ミクロン）（すなわち、０．０００８インチ（０．０２０３２ｍｍ）〜約０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ））の範囲であり得る。場合により、ＬＣＰ繊維等の繊維５０５は、０．５マイクロメートル（０．５ミクロン）（すなわち、５００ナノメートル）〜５マイクロメートル（５ミクロン）（すなわち、約０．００００２インチ（０．０００５０８ｍｍ）〜約０．０００２０インチ（０．００５０８ｍｍ））の範囲であり得る。
【００４２】
場合により、繊維は、１マイクロメートル（１ミクロン）、すなわち１０００ナノメートル（ｎｍ）（すなわち、０．００００４インチ（０．００１０１６ｍｍ））未満の径または平均径を有することができる。場合により、繊維径または平均径は、１ｎｍ〜１０００ｎｍ（それらの間のすべての範囲および値を含む）の範囲であり得る。たとえば、繊維径は、約１ｎｍ〜１０ｎｍ、１０ｎｍ〜５０ｎｍ、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、１００ｎｍ〜５００ｎｍおよび５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であり得る。場合により、繊維径は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ（それらの間のすべての範囲および値を含む）の範囲であり得る。繊維径は、複合材料の物理的特性および機械的特性の少なくとも一方に著しく影響を与える可能性がある。場合により、特定の所望の物理的特性および機械的特性の少なくとも一方を有する複合材料を得るために好適な繊維径が用いられ得る。たとえば、例示的な複合材料の繊維径を増大させることにより、材料の引張強度を向上させることができる。
【００４３】
複合材料内の繊維重量パーセント等の繊維密度は変更され得る。場合により、複合材料内の繊維の重量パーセントは、概して約０．１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％（それらの間のすべての範囲および値を含む）の範囲であり得る。場合により、たとえば、繊維重量パーセントは、０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、０．５ｗｔ％〜１ｗｔ％、１ｗｔ％〜２ｗｔ％、２ｗｔ％〜３ｗｔ％、３ｗｔ％〜４ｗｔ％、４ｗｔ％〜５ｗｔ％、５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％、２０ｗｔ％〜３０ｗｔ％、３０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、０．５ｗｔ％〜３０ｗｔ％、１ｗｔ％〜２０ｗｔ％、２ｗｔ％〜１０ｗｔ％または３ｗｔ％〜５ｗｔ％の範囲であり得る。場合により、複合材料の繊維重量パーセントは、約１ｗｔ％〜約５ｗｔ％の範囲であり得る。繊維重量パーセントは、複合材料の物理的特性および機械的特性の少なくとも一方に著しく影響を与える可能性がある。場合により、弁尖材料の物理的特性および機械的特性の少なくとも一方をカスタマイズまたは調整するために好適な繊維重量パーセントが用いられ得る。
【００４４】
図３Ｂに戻ると、複合材料４６０のポリマーマトリックス４７０は、繊維マトリックス４６５内にかつそれに隣接して配置することができる。ポリマーマトリックス４７０は、繊維マトリックスと相互侵入することができ、たとえば、ポリマーマトリックス４７０の少なくとも一部は、繊維マトリックスを構成する個々の繊維間に形成された空間の間に配置することができる。ポリマーマトリックス４７０は、生体安定性および生体適合性の少なくとも一方を有するさまざまなポリマー材料から作製することができる。場合により、ポリマーマトリックスは、エラストマーポリマーから作製することができる。好適なポリマーマトリックス材料としては、限定されないが、ホモポリマー、コポリマーおよびターポリマーが挙げられ得る。ポリエーテル、ペルフルオロポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイソブチレン、ポリシロキサンまたはそれらの組合せ等、ソフトセグメントを含むポリウレタン等、さまざまなポリウレタンを用いて、ポリマーマトリックスを構成することができる。
【００４５】
場合により、たとえば、ポリ（スチレン−イソブチレン−スチレン）（ＳＩＢＳ）トリブロックポリマー等のブロックポリマーからポリマーマトリックス４７０を形成することができる。他の好適なエラストマー材料としては、限定されないが、シリコーン、ニトリルゴム、フルオロエラストマー、ポリオレフィンエラストマー、ラテックス型エラストマー、コラーゲン、エラスチン、セルロース、たんぱく質、炭水化物およびそれらの組合せから作製されるもの等、さまざまな天然エラストマーが挙げられる。
【００４６】
複合材料は、最終的な複合材料における結合強度、伸び特性および引張強度を向上等させるため、さまざまな材料ならびに繊維径および配向で作製することができる。場合により、本明細書に示す例示的な複合材料のエレクトロスピニング繊維は、２０ＭＰａ〜４５ＭＰａまたは場合により少なくとも４９ＭＰａの引張強度を有することができる。場合により、本明細書に示す複合材料の繊維は、約４５ＭＰａ〜５０ＭＰａ（すなわち７．１ｋｓｉ〜７．２５ｋｓｉ）、５０ＭＰａ〜１００ＭＰａ（すなわち６．５ｋｓｉ〜１４．５ｋｓｉ）、１００ＭＰａ〜２５０ＭＰａ（すなわち１４．５ｋｓｉ〜３６ｋｓｉ）、２５０ＭＰａ〜５００ＭＰａ（３６ｋｓｉ〜７３ｋｓｉ）、５００ＭＰａ〜１０００ＭＰａ（７３ｋｓｉ〜１４５ｋｓｉ）、１０００ＭＰａ〜２０００ＭＰａ（１４５ｋｓｉ〜２９０ｋｓｉ）、または２０００ＭＰａ（または２９０ｋｓｉ）を超える範囲の引張強度を有することができる。
【００４７】
場合により、本明細書に示すポリマーマトリックスのポリマーは、約２５ＭＰａ〜３０ＭＰａ（すなわち３．６ｋｓｉ〜４．４ｋｓｉ）、３０ＭＰａ〜４０ＭＰａ（すなわち４．４ｋｓｉ〜５．８ｋｓｉ）、４０ＭＰａ〜５０ＭＰａ（すなわち５．８ｋｓｉ〜７．３ｋｓｉ）、５０ＭＰａ〜６０ＭＰａ（すなわち７．３ｋｓｉ〜８．７ｋｓｉ）、６０ＭＰａ〜７０ＭＰａ（すなわち８．７ｋｓｉ〜１０ｋｓｉ）、または７０ＭＰａ（すなわち１０ｋｓｉ）を超える範囲の引張強度を有することができる。場合により、本明細書に示す例示的な複合材料のポリマーマトリックスは、２０ＭＰａ〜４５ＭＰａまたは場合により約４４ＭＰａの引張強度を有する。
【００４８】
場合により、本明細書に示す例示的な複合材料のポリマーマトリックスは、約５５Ｄのデュロメータ硬さまたは約６０Ａ〜約５５Ｄのショア硬さ（すなわち、約１８２キロポンド／平方インチ（ｋｓｉ）または１２５５メガパスカル（ＭＰａ）の極限引張強度）を有するポリイソブチレンウレタンコポリマーから作製することができる。
【００４９】
本明細書に示す例示的な弁尖複合材料は、本明細書に記載したＰＩＢ−ＰＵＲから構成された複数の繊維と、ＰＶＤＦ−ＨＦＰから構成されたポリマーマトリックスとを含む。ＰＩＢ−ＰＵＲ繊維マトリックスは、ポリマーマトリックスに対して化学的に不活性の骨格を提供し、ＰＶＤＦ−ＨＦＰは、生体安定性材料を提供する。
【００５０】
場合により、本明細書に示す弁尖は、ＰＶＤＦ−ＨＦＰから構成された複数の繊維と、本明細書に記載したＰＩＢ−ＰＵＲから構成されたポリマーマトリックスとを含むことができる。繊維は、不織または織繊維マトリックスを形成することができる。ＰＶＤＦ−ＨＦＰ繊維マトリックスは生体安定性骨格を提供し、ＰＩＢ−ＰＵＲポリマーマトリックスは、合成弁尖における石灰化を低減させるかまたはなくすための化学的に不活性の外面を提供する。
【００５１】
場合により、人工心臓弁弁尖は、ポリマーマトリックスに少なくとも部分的に組み込まれた複数のエレクトロスピニング繊維を含むことができる。複数の繊維は、第１の所定平均重量パーセントのハードセグメント部分を有する第１のポリイソブチレンウレタンコポリマー（ＰＩＢ−ＰＵＲ）を含むことができる。ポリマーマトリックスは、第２の所定平均重量パーセントのハードセグメント部分を有する第２のポリイソブチレンウレタンコポリマー（ＰＩＢ−ＰＵＲ）を含むことができる。第１のポリイソブチレンウレタンコポリマーおよび第２のポリイソブチレンウレタンコポリマーの物理的特性および機械的特性の少なくとも一方が異なるように、ハードセグメント部分の第１の所定平均重量パーセントをハードセグメント部分の第２の所定平均重量パーセントより大きくすることができる。
【００５２】
場合により、ポリイソブチレンウレタンコポリマー（ＰＩＢ−ＰＵＲ）は、約１０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の範囲のハードセグメント部分の平均重量パーセントを有することができる。場合により、高ハードセグメント含有量は、約６０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％の範囲の平均重量パーセントを含む。場合により、ハードセグメントの平均重量パーセントは、約６０ｗｔ％〜７０ｗｔ％である。場合により、ハードセグメント部分の平均重量パーセントは、約３０ｗｔ％〜４０ｗｔ％の量で存在する。場合により、ＰＩＢ−ＰＵＲのハードセグメントの平均重量パーセントは、約１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％、２０ｗｔ％〜３０ｗｔ％、３０ｗｔ％〜４０ｗｔ％、４０ｗｔ％〜４５ｗｔ％、４５ｗｔ％〜５０ｗｔ％、５０ｗｔ％〜５５ｗｔ％、５５ｗｔ％〜６０ｗｔ％、６０ｗｔ％〜６５ｗｔ％、６５ｗｔ％〜７０ｗｔ％、６５ｗｔ％〜７５ｗｔ％、７５ｗｔ％〜８０ｗｔ％、８０ｗｔ％〜８５ｗｔ％、８５ｗｔ％〜９０ｗｔ％、または９０ｗｔ％を超える量で存在することができる。
【００５３】
場合により、ポリイソブチレンウレタンコポリマー（ＰＩＢ−ＰＵＲ）は、約１０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の量で存在するソフトセグメント（ＳＳ：ｓｏｆｔ  ｓｅｇｍｅｎｔ）部分の平均重量パーセントを有することができる。場合により、ソフトセグメントの平均重量パーセントは、約４０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の量で存在する。場合により、ソフトセグメントは、約６０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の量で存在する。場合により、ソフトセグメントの平均重量パーセントは、約３０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％の範囲であり得る。場合により、ＰＩＢ−ＰＵＲのソフトセグメントは、４０ｗｔ％〜４５ｗｔ％、４５ｗｔ％〜５０ｗｔ％、５０ｗｔ％〜５５ｗｔ％、５５ｗｔ％〜６０ｗｔ％、６０ｗｔ％〜６５ｗｔ％、６５ｗｔ％〜７０ｗｔ％、６５ｗｔ％〜７５ｗｔ％、７５ｗｔ％〜８０ｗｔ％、８０ｗｔ％〜８５ｗｔ％、８５ｗｔ％〜９０ｗｔ％、または９０ｗｔ％を超える量で存在することができる。
【００５４】
場合により、ポリイソブチレンウレタンコポリマーは、約４０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％の範囲のハードセグメント部分の平均重量パーセントと、約４０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％のソフトセグメント部分の平均重量パーセントとを含む、高ハードセグメント含有量を有する。
【００５５】
場合により、低ハードセグメント含有量を有するポリイソブチレンウレタンコポリマーは、約３０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％の範囲のハードセグメント部分の平均重量パーセントと、約６０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％のソフトセグメント部分の平均重量パーセントとを含む。
【００５６】
図７は、ＰＩＢ−ＰＵＲのハードセグメント含有量を変更することによって可変機械的特性を達成し得ることを示す、ハードセグメント含有量が変化するＰＩＢ−ＰＵＲから構成された、本明細書に示す複合材料の推定された応力−ひずみ曲線を示す。図７に示すように、高ハードセグメント含有量を有するポリイソブチレンウレタンコポリマーは、低ハードセグメント含有量を有するポリイソブチレンウレタンコポリマーと異なる機械的特性を示す。より具体的には、高ハードセグメント含有量を有するポリイソブチレンウレタンコポリマーは、低ハードセグメント含有量を有するポリイソブチレンウレタンコポリマーより高い引張強度および低い伸びを示す。場合により、ＰＩＢ−ＰＵＲにおけるハードセグメント含有量の平均重量パーセントを低下させることにより、ＰＩＢ−ＰＵＲの引張強度は低下するが、弾性は増大する。
【００５７】
本明細書に示す例示的な複合材料は、ヒドロゲルコーティングを含むことができる。ヒドロゲルコーティングは、表面の親水性を増大させるという利益を提供することができる親水性ポリマー鎖のネットワークを含む。場合により、本明細書に示す複合材料は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）またはＰＥＧ誘導体、たとえば、場合により、キトサン−ＰＥＧ、チオール−ＰＥＧ、マレイミド−ＰＥＧ、アミノ−ＰＥＧ、アジド−ＰＥＧおよびカルボキシル−ＰＥＧを含むヒドロゲルコーティングを有することができる。複合材料に適用することができる他の好適な親水性材料としては、限定されないが、ポリ［Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）メタクリルアミド］（ＰＨＰＭＡ）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリエチレン／オリゴエチレン、ポリＨＥＭＡ、ポリテトラグリム、ヒアルロン酸、キトサンおよびそれらの誘導体が挙げられる。
【００５８】
本明細書に示す例示的な複合材料は、さまざまな場合において、複合材料内の有害な微生物の成長を阻害し、したがって、あり得る患者の感染のリスクを低減させる抗菌コーティングを含むことができる。場合により、抗菌コーティングは、複合材料に表面グラフト処理するかまたは共有結合させることができる。場合により、抗菌コーティングは、プラズマ重合コーティングであり得る。さまざまな場合において、例示的な抗菌コーティングは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含むことができる。場合により、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、グリコサミノグリカン（ヘパリン、ヒアルロン酸等）およびそれらの組合せ等の親水性ポリマーの表面コーティングに抗菌コーティングを共有結合させることができる。他の好適な抗菌コーティングとしては、限定されないが、グラフェン、金および銀の酸化物および塩類を挙げることができる。場合により、抗菌コーティングは、抗凝血剤、たとえば、ヘパリンおよびヘパリン誘導体の少なくとも１つを含むことができる。場合により、抗凝血剤は、クロピドグレル（ＰＬＡＶＩＸ（登録商標））、チクロピジン（ＴＩＣＬＩＤ（登録商標））およびプラスグレル（ＥＦＦＩＥＮＴ（登録商標））等のＰ２Ｙ１２タンパク質阻害剤を含むことができる。場合により、薬剤は、アブシキマブ、エプチフィバチドおよびチロフィバン等、糖タンパクＩＩｂ／ＩＩＩａ拮抗剤を含むことができる。他の好適な抗凝血剤としては、限定されないが、ビバリルジン（ＨＩＲＵＬＯＧ（商標））、デシルジン（ＨＩＲＵＤＩＮ（商標））、アルガトロバン等のトロンビン阻害剤、アウリントリカルボン酸、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、シロスタゾールおよびそれらの組合せを挙げることができる。
【００５９】
場合により、複合材料の外面は、１種または複数種の合成材料の石灰化の性質を低減させるように双性イオンポリマーを含むことができる。場合により、双性イオンポリマーは、双性イオン基（双性イオン種または双性イオン化合物と言うことも可能である）を含むバックボーンを含む。双性イオン基または双性イオン（双極性イオンまたは内塩とも言われる）は、負の電荷を帯びたイオン（陰イオン）および正の電荷を帯びたイオン（陽イオン）の両方を有する中性の電荷を帯びた化合物または分子である。場合により、双性イオンポリマーは、双性イオンペンダント基（側基とも言われる）を含むことができる。場合により、双性イオンポリマーは、１種または複数種のモノマーから形成することができ、そのモノマーは双性イオン基を含む。
【００６０】
場合により、複合材料はポリマーコーティングを有することができ、ポリマーコーティングは、約７．４のＰＨで水性環境、特に血液にさらされるとき、双性イオン基を含むモノマーの重合単位を含む。場合により、カルボン酸基、スルホン酸基またはホスホン酸基により、モノマーの双性イオン基を形成することができる。場合により、モノマーは、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、アクリルアミドまたはメタクリルアミドから構成された双性イオン基を含むことができる。場合により、双性イオン基の陽イオンは、脂肪族アミンもしくは芳香族アミン、アミジンまたはグアニジンによって形成することができる。場合により、双性イオン基の陽イオンは、第４級アミンであり得る。
【００６１】
場合により、双性イオン基の陽イオンおよび陰イオンは、モノマー単位の同じペンダント基の一部であり得る。場合により、ペンダント基は、Ｘ−（ＣＨ２）ｎ−Ｎ＋Ｒ２−（ＣＨ２）ｍ−ＹまたはＸ−（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−Ｐ（Ｏ−）−（ＣＨ２）ｍ−Ｚの構造式を有し、ここで、
Ｘは、モノマーの繰返し単位への共有結合点であり、
各Ｒは、Ｃ１〜Ｃ４アルキル、特にメチルから独立して選択され、
ｎおよびｍは、それぞれ１〜８の整数であり、
Ｙは、ＣＯＯ−、ＳＯ３−、Ｏ−ＳＯ３−、Ｏ−ＰＯ３−およびＰＯ３−から選択されるアニオン基であり、かつ、
Ｚは、脂肪族アミンもしくは芳香族アミン、アミジン、グアニジンまたは第４級アミンから導出されるカチオン基、特にＮＲ’３＋であり、各Ｒ’は、Ｃ１〜Ｃ４アルキル、特にメチルから独立して選択される。
【００６２】
双性イオンポリマーは、一般に、タンパク質吸着を一般に阻害する水飽和した面を生成することにより、体内に植え込まれる合成材料によって通常もたらされる生物学的反応を最小限にするかまたは阻止することができる。双性イオンポリマー面を用いる利点は、合成面の親水性、非特異的タンパク質吸着抵抗性および血小板接着抵抗性の少なくとも１つを増大させることを含む。
【００６３】
図８は、人工心臓弁８００の別の実施形態を示す。人工心臓弁８００は、実質的に円筒状の通路８１３を画定する基部８１２と、実質的に円筒状の通路８１３に沿って配置された複数のポリマー弁尖８１４とを含む。各ポリマー弁尖８１４は、基部８１２に結合されたそれぞれの根元部分８１６と、それぞれの縁部分８１８とを含み、縁部分８１８は、接合領域に沿って他のポリマー弁尖の縁部分と接合するように、根元部分８１６に対して移動可能である。場合により、心臓弁８００全体が本明細書に示す複合材料から作製され得る。場合により、心臓弁８００の一部、たとえば、心臓弁８００のポリマー弁尖８１４が本明細書に示す複合材料から作製され得る。場合により、ポリマー弁尖８１４は、本明細書に示す複数の繊維を含むことができる。場合により、複数の繊維８１４は、弁尖に多段弾性特性を与えるように複数の波状部を含むことができる。
【００６４】
基部８１２は、ポリマー層８２４内に配置されたフレーム８２２を含む。ポリマー層８２４は、本明細書に示す複合材料から構成することができる。場合により、ポリマー層８２４は複数の繊維８１４を含むことができ、各繊維は、任意選択的に複数の波状部を含む。ポリマー層８２４は、ポリマー弁尖８１４のそれぞれの根元部分８１６を基部８１２に固定する。ポリマー層８２４は、ポリマー弁尖８１４のそれぞれの根元部分８１６と実質的に連続する面を形成することができる。これにより、それぞれの根元部分８１６および基部８１２の接合部における応力集中の可能性を低減させることができる。さらにまたは別法として、ポリマー弁尖８１４の各々とフレーム８２２との間にポリマー層８２４を配置することができ、それにより、ポリマー層８２４は、（たとえば、植込み部位に存在するカルシウム沈着物上で人工心臓弁８００の偏心変形を通して発生する可能性があるように）フレーム８２２と不注意で接触することから、ポリマー弁尖８１４を保護する。
【００６５】
場合により、フレーム８２２は実質的に円筒状であり、それにより、基部８１２の外面は実質的に円筒状であり、フレーム８２２上に配置されたポリマー層８２４は実質的に円筒状の通路８１３を形成する。場合により、フレーム８２２は完全にポリマー層８２４内に配置され、ポリマー層８２４は弁８００の丸みを帯びた外面を形成する。場合により、フレーム８２２は、ポリマー層８２４内に部分的に配置される。場合により、ポリマー層８２４は、弁８００の実質的に平滑な内面および外面の少なくとも一方を形成するようにフレーム８２２に適用される。
【００６６】
製造方法
本明細書に示す方法は、１種または複数種の複合材料から作製された、本明細書に記載する人工心臓弁弁尖等の医療デバイスを形成するために使用され得る。特に、本明細書に示す方法は、多段弾性特性を有する、本明細書に記載する複合材料のうちの少なくとも１つを用いた弁尖を形成するために使用され得る。場合により、弁尖を形成する方法は、マンドレル上に第１のポリマー層を配置するステップを含む。場合により、弁尖を形成する方法は、複数の波状部を有する複数の繊維を、本明細書で考察する第１のポリマー層上に配置するステップを含む。場合により、弁尖を形成する方法は、本明細書で考察する複数の繊維上に第２のポリマー層を配置するステップを含む。
【００６７】
本明細書に示す複合材料を形成するためにさまざまな方法が用いられ得る。複合材料の少なくとも一部を形成する好適な方法としては、限定されないが、圧縮成形、押出成形、溶媒キャスト法、射出成形、エレクトロスピニング、フォーススピニング、メルトブローイングおよびそれらの組合せが挙げられる。複合材料から構成される部分を部分的にまたは完全に構築する他の方法の例としては、限定されないが、ディップコーティング、ロールコーティング、スプレーコーティング、フローコーティング、静電噴霧、プラズマ噴霧、スピンコーティング、カーテンコーティング、シルクスクリーンコーティングおよびそれらの組合せも挙げられる。場合により、本明細書に記載するプロセスを用いて、繊維およびポリマーマトリックスの少なくとも一方を形成することができる。場合により、整列した繊維または整列していない繊維から構成されたメッシュを組み込んだ補強弁尖を製作するために、本明細書に記載するプロセスを用いることができる。たとえば、場合により、ポリマーマトリックスを繊維内にかつその上に配置する圧縮型内に繊維を配置することにより、複合材料を構築することができる。
【００６８】
複合材料から構成されたシートまたは成形部品を製作するために圧縮成形が用いられ得る。圧縮成形プロセスは、予備成形された熱硬化性化合物などの予備成形されたポリマー材料を加熱された金型内に直接配置することにより、部品を形成するプロセスである。予備成形された熱硬化性化合物は、柔軟になって加熱された金型によって圧縮される際、金型の形状に従う。場合により、１つもしくは複数の予備成形された化合物および１つもしくは複数の繊維マトリックスの少なくとも一方を圧縮型内に挿入することにより、複合材料を作製することができる。
【００６９】
場合により、複合材料から構成された部品の少なくとも一部を形成するために押出成形および射出成形が用いられ得る。押出成形は、所望の断面を有するダイを通して材料を押すかまたは引くことにより、固定断面輪郭を備えた部品を形成するプロセスである。射出成形は、１つまたは複数の加熱された材料を金型キャビティに送り込み、キャビティの形状で材料を冷却するプロセスである。これらのプロセスのいずれかを用いて、繊維の層を組み込む前または組み込んだ後に複合材料基板を形成することができる。
【００７０】
溶媒キャスト法は、複合材料を形成するために用いることができる別のプロセスである。このプロセスは、有機溶媒にポリマー材料を溶解することと、金型内で溶媒をキャストすることと、溶媒を乾燥させて最終的な構造体を生成することとを含む。場合により、キャスト前に溶液に粒子または繊維等の第２の材料を追加して、ポリマー材料内に組み込まれた第２の材料から構成された複合構造体を形成することができる。場合により、第２の材料は、溶解可能な材料、たとえば、多孔性構造をもたらす溶解可能な塩であり得る。
【００７１】
複合材料から構成された弁尖の繊維を形成するためにさまざまな方法が採用され得る。いくつかの好適な方法の例としては、限定されないが、エレクトロスピニング、フォーススピニングおよびメルトブローイングプロセスを挙げることができる。エレクトロスピニング、フォーススピニングおよびメルトブローイングプロセスは、複合材料の繊維を形成するために用いることができる例示的なプロセスである。エレクトロスピニングは、電荷を用いて液体から繊維を生成するプロセスであり、フォーススピニングは、遠心力を用いて繊維を生成するプロセスである。メルトブローイングは、溶融した熱可塑性樹脂がダイを通って押し出された後、引き伸ばされて高速空気によって冷却され、長い微細な繊維を形成するプロセスである。エレクトロスピニングプロセスおよびメルトブローイングプロセスの両方を用いて、繊維を織繊維マトリックスまたは不織繊維マトリックスに形成することができる。場合により、１つまたは複数の装置によって同時に複数の繊維材料を形成することができる。
【００７２】
ポリマーマトリックス内に繊維を適切に接合するようにポリマーマトリックス内に繊維を組み込むため、さまざまな方法が用いられ得る。本明細書に記載する方法は、繊維の洗浄および表面改質の少なくとも一方を行い、ジャケット（たとえば、ポリマージャケット）内に繊維を封入し、弁尖のメッシュパターンに繊維を堆積させ、かつ繊維性マトリックスをポリマー溶液でコーティングするために使用され得る。
【００７３】
場合により、繊維は、ポリマーマトリックス上に堆積させる前に形成することができる。特に、予備成形された繊維を堆積させ、必要に応じて弁尖の形状でメッシュパターンに配向させることができる。物理的特性および機械的特性の少なくとも一方を最適化し、必要に応じて異なる方向において異なる程度の伸びを可能にするように繊維を配向することができる。場合により、繊維は、目標面、たとえば、ポリマーマトリックス面に直接堆積させることができる。本明細書に記載する方法を用いて目標面上に繊維を堆積させて、不織マトリックスまたは織繊維マトリックスを生成することができる。
【００７４】
任意選択的に、複合材料の個々の繊維は、接合を促進し、繊維がポリマーマトリックスから解放されるリスクを低減させるためにジャケット（たとえば、ポリマージャケット）内に封入され得る。場合により、個々の繊維は、スプレーコーティングまたはディップコーティング等の溶液プロセスを用いることにより、コンフォーマルコーティングを用いてポリマージャケット内に封入され得る。場合により、繊維とポリマージャケットとの間の共有結合を促進するように反応性プロセスを用いて、繊維封入を促進することができる。例示的な反応性プロセスは、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）のモノマーまたは低分子量オリゴマー等、ジイソシアネートのプライマ溶液を用いて繊維をコーティングし、繊維表面にジイソシアネートを硬化させ、ヒドロキシル末端オリゴマーまたはアミン末端オリゴマーの反応性層を、コーティングされた繊維の上に施すことを含むことができる。場合により、ヒドロキシル末端オリゴマーまたはアミン末端オリゴマーの反応性層は、ジイソシアネートコーティングを追加することなく繊維に施され得る。
【００７５】
繊維は、目標面上に堆積させる前にまたはその後にジャケット（たとえば、ポリマージャケット）内に封入され得る。後者の場合、繊維は、目標面上に形成されかつ必要に応じて配向されると、ポリマー溶液でコーティングすることができる。繊維に施されるポリマー溶液は、反応性ポリマー溶液または非反応性ポリマー溶液であり得る。結果として得られるポリマーコーティング繊維に存在する可能性のある残留溶剤は、適切な溶剤を用いること、複合材料を加熱すること、ろ過すること、および乾燥させることの少なくとも１つを行うことにより、最小限にするかまたは除去することができる。
【００７６】
親水性または石灰化特性等の特定の表面特徴を最適化するために、複合材料の少なくとも一部に対して表面処理が行われ得る。表面処理は、表面を洗浄すること、活性化すること、中和させること、および繊維マトリックス内の繊維配向を再整列させることの少なくとも１つを行うために用いられ得る。場合により、ヒドロゲルコーティング塗布等のコーティング塗布前またはその後に表面処理を利用することができる。場合により、表面処理は、材料表面とコーティングとの間の共有結合の改善を促進するように材料の表面特徴を変化させるように、コーティング塗布前に行うことができる。場合により、表面処理は、コーティングの特定の特性をさらに改善するように、コーティング塗布後に行うことができる。いくつかの例では、表面処理としては、限定されないが、プラズマ処理、コロナ処理、酸エッチングおよび真空プラズマ処理が挙げられる。
【００７７】
プラズマ処理は、イオン化した気体分子を用いてポリマー材料の表面特徴を変化させる表面改質プロセスである。プラズマ処理は、ポリマー材料から揮発性有機化合物を除去することができる。プラズマ処理を用いて、通常は容易に結合しないかまたは疎水性特徴を示すポリマー材料の表面を活性化することができる。場合により、プラズマ処理を用いて、複合材料、たとえば繊維マトリックスの表面を、別の材料、たとえばヒドロゲルが塗布される前に一時的に活性化することができる。プラズマ処理を用いて、ヒドロゲル等の材料とマトリックス材料との間の界面接着性を向上させることができる。たとえば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）コーティング塗布前に、本明細書に記載したＰＩＢ−ＰＵＲマトリックスにプラズマ処理を施すことができる。プラズマ処理は、表面からあり得る汚染物質を除去すること、必要に応じて表面トポロジを変更すること、および少なくとも２つの材料、たとえばコーティングと複合材料のマトリックスポリマーとの間の界面接着性を向上させることの少なくとも１つの利益を提供することができる。
【００７８】
場合により、繊維は、別のポリマー材料、たとえばポリマーマトリックスまたはポリマージャケットへの繊維の接着を促進するために洗浄および表面改質の少なくとも一方が行われ得る。繊維の洗浄および表面改質の少なくとも一方を行う好適な方法としては、本明細書に示したプロセス、たとえばプラズマ処理が挙げられる。繊維が目標面に追加される前またはその後、繊維に対して洗浄および表面改質プロセスを適用することができる。
【００７９】
本明細書に示す複合材料は、ディップコーティング、スプレーコーティング、ブラシコーティング、ローラコーティング等、既知のコーティング技法を用いて親水性コーティングおよび抗菌コーティングの少なくとも一方でコーティングされ得る。
【００８０】
本明細書では、複数の装置、システムおよび方法について記載した。しかしながら、本明細書に記載する主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更形態がなされ得ることが理解されるであろう。したがって、他の実施形態は以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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