用于涂覆表面的裝置、系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于涂覆表面的裝置、系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 按照35U.S.C. § 119(e)，本申請要求2012年12月3日提交的美國臨時(shí)申請序列 號(hào)61/723, 773的提交日期的優(yōu)先權(quán)，所述申請的公開內(nèi)容以引用的方式整體并入本文。
[0003] 引言
[0004] 涂層和其它表面改性用于向各種裝置（包括例如可植入醫(yī)療裝置）提供有益特 征，如減少的磨損和改進(jìn)的生物相容性。金屬氧化物是用于各種應(yīng)用中的多功能材料，包 括例如用于光學(xué)涂層和作為用于骨植入物的生物相容性涂層。因此，新的涂覆技術(shù)和裝置 (尤其是具有金屬氧化物涂層適用性的那些）可預(yù)期積極地影響各種重要的技術(shù)，包括例 如醫(yī)療裝置制造。
[0005] 概述
[0006] 本公開提供通過陽極化反應(yīng)在表面（特別是三維表面）的涂覆和/或改性中具有 適用性的裝置、系統(tǒng)和方法。例如，所公開的裝置、系統(tǒng)和方法適用于在各種裝置（包括例 如，醫(yī)療裝置）上通過陽極化形成微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)層，例如金屬氧化物微結(jié)構(gòu)或納米結(jié) 構(gòu)層。還提供用一個(gè)或多個(gè)微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)層改性的裝置。
[0007] 本公開的某些非限制性方面包括一種在結(jié)構(gòu)的表面上形成金屬氧化物納米管的 方法，所述方法包括將包括金屬的結(jié)構(gòu)相對于一個(gè)或多個(gè)陰極定位，其中所述金屬是所述 結(jié)構(gòu)的至少〇. 1重量％并且所述結(jié)構(gòu)與陽極相接觸；將所述結(jié)構(gòu)和所述一個(gè)或多個(gè)陰極至 少部分地浸入電解質(zhì)溶液中；并且在所述陽極與所述一個(gè)或多個(gè)陰極之間施加電能持續(xù)足 以在所述結(jié)構(gòu)的表面上形成至少一個(gè)金屬氧化物納米管的一段時(shí)間。
[0008] 在一些實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)陰極包括至少三個(gè)陰極，并且其中所述至少 三個(gè)陰極圍繞所定位的結(jié)構(gòu)定位。在某些實(shí)施方案中，包括金屬的結(jié)構(gòu)被定位在距離所述 至少三個(gè)陰極中的每個(gè)的相等距離處。在其它實(shí)施方案中，在所述陽極與所述一個(gè)或多個(gè) 陰極之間施加電能的步驟包括施加基本上恒定的電壓或基本上恒定的電流持續(xù)所述時(shí)間 段。在一些實(shí)施方案中，所述納米管包括金屬的氧化物，如包括鋁、鈮、鉭、鈦、鎢、鋯或其混 合物的氧化物的金屬氧化物。在某些實(shí)施方案中，所述金屬氧化物包括鈦的氧化物。在某 些實(shí)施方案中，金屬是所述結(jié)構(gòu)的至少10重量％，包括所述結(jié)構(gòu)的至少20重量％，和所述 結(jié)構(gòu)的至少50重量％。
[0009] 在一些實(shí)施方案中，所述時(shí)間段足以在所述結(jié)構(gòu)的表面上形成至少一個(gè)具有至少 10nm長度的納米管。在其它實(shí)施方案中，所述時(shí)間段足以在所述結(jié)構(gòu)的表面上形成至少一 個(gè)具有至少l〇〇nm長度的納米管。在其它實(shí)施方案中，所述時(shí)間段足以在所述結(jié)構(gòu)的表面 上形成至少一個(gè)具有至少l〇〇〇nm長度的納米管。
[0010] 在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)納米管的直徑是至少lnm至1，OOOnrn，包括10nm 至200nm。在其它實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)納米管的直徑是至少10nm。在其它實(shí)施方案 中，所述至少一個(gè)納米管的直徑是至少l〇〇nm。在其它實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)納米管的 直徑是在lnm至100nm范圍內(nèi)的直徑。
[0011] 在一些實(shí)施方案中，在所述陽極與所述一個(gè)或多個(gè)陰極之間施加電能的步驟包括 施加基本上恒定的電壓持續(xù)所述時(shí)間段。在某些實(shí)施方案中，基本上恒定的電壓是在約1 毫伏至100千伏范圍、包括約10伏至150伏范圍內(nèi)的基本上恒定的電壓。
[0012] 在一些實(shí)施方案中，在所述陽極與所述一個(gè)或多個(gè)陰極之間施加電能的步驟包括 施加基本上恒定的電流持續(xù)所述時(shí)間段。在某些實(shí)施方案中，基本上恒定的電流是在約1 毫微微安至約100千安培范圍內(nèi)的基本上恒定的電流。
[0013] 在一些實(shí)施方案中，所述電解質(zhì)溶液包括鋁、鈮、鉭、鈦、鎢、鋯或其混合物的化合 物。在一些實(shí)施方案中，所述結(jié)構(gòu)包括醫(yī)療裝置或其一部分，包括支架、傳感器、動(dòng)靜脈分流 器、起搏器或其組合。
[0014] 在一些實(shí)施方案中，所述方法包括將電解質(zhì)溶液維持在基本上恒定的溫度下，包 括在所述電解質(zhì)溶液的冰點(diǎn)以上和所述電解質(zhì)溶液的沸點(diǎn)以下的（如約l〇°C至約50°C范 圍內(nèi)的）基本上恒定的溫度。在某些實(shí)施方案中，基本上恒定的溫度是約25°C。在一些實(shí) 施方案中，所述時(shí)間段是5秒至5天范圍內(nèi)的時(shí)間，包括10分鐘至60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間。
[0015] 在一些實(shí)施方案中，所述結(jié)構(gòu)在浸入電解質(zhì)溶液中之前進(jìn)行電拋光。在一些實(shí)施 方案中，所述一個(gè)或多個(gè)陰極包括鋁、鈮、鉭、鈦、鎢、鋯或其合金。在其它實(shí)施方案中，所述 一個(gè)或多個(gè)陰極包括石墨。
[0016] 本公開的其它方面包括一種涂覆系統(tǒng)，所述涂覆系統(tǒng)包括接收框架，所述接收框 架包括陽極接收區(qū)域和在所述接收框架中圍繞所述陽極接收區(qū)域定位的一個(gè)或多個(gè)陰極； 以及包括陽極的陽極插入器，其中所述接收框架可拆卸地接收所述陽極插入器并且將所述 陽極定位在所述陽極接收區(qū)域中。在一些實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)陰極包括至少三個(gè) 陰極，并且其中所述至少三個(gè)陰極圍繞所述結(jié)構(gòu)徑向地定位。在其它實(shí)施方案中，所述至少 三個(gè)陰極定位在與所述結(jié)構(gòu)相等距離處。
[0017] 在一些實(shí)施方案中，所述陽極插入器包括一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括與陽極相接觸 定位的導(dǎo)電表面。在一些實(shí)施方案中，所述接收框架通過滑動(dòng)配合接合可拆卸地接收所述 陽極插入器。在一些實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)陰極包括相對于陽極接收區(qū)域定位的4 至10個(gè)陰極，包括相對于陽極接收區(qū)域定位的5個(gè)陰極。
[0018] 在一些實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)陰極包括鉑、鈦、釩、石墨或金。在一些實(shí)施方 案中，所述一個(gè)或多個(gè)陰極包括鉑絲。
[0019] 在一些實(shí)施方案中，當(dāng)定位于陽極接收區(qū)域中時(shí)，所述陽極平行于所述至少三個(gè) 陰極定位。在一些實(shí)施方案中，所述陽極插入器包括一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括與所述陽極相 接觸定位的導(dǎo)電表面，并且其中包括所述導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)平行于所述至少三個(gè)陰極定位。 在一些實(shí)施方案中，包括所述導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)包括鈦。在一些實(shí)施方案中，所述陽極將包括 導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)固持在適當(dāng)位置并且使包括導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)電連接至電源。在一些實(shí)施方 案中，所述陽極包括石墨、不銹鋼或貴金屬如鉑。
[0020] 在一些實(shí)施方案中，包括導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)包括醫(yī)療裝置或其一部分，如支架。在一 些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括溫度受控的容器，其中所述接收框架定位在所述溫度受控 的容器中。在某些實(shí)施方案中，所述溫度受控的容器包括帶夾套的燒杯。在某些實(shí)施方案 中，所述接收框架具有小于所述帶夾套的燒杯的內(nèi)徑的外徑。
[0021] 本公開的另一方面包括一種涂覆系統(tǒng)，所述涂覆系統(tǒng)包括接收框架，所述接收框 架包括陽極、接收區(qū)域和在所述接收框架中圍繞所述陽極和所定位的接收區(qū)域定位的一個(gè) 或多個(gè)陰極；以及包括插入器臂的插入器，其中所述接收框架可拆卸地接收所述插入器，從 而將所述插入器臂定位在所述接收區(qū)域中
[0022] 在一些實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)陰極包括至少三個(gè)陰極，并且其中所述至少 三個(gè)陰極相對于所述結(jié)構(gòu)定位。在某些實(shí)施方案中，所述至少三個(gè)陰極定位在與所述結(jié)構(gòu) 相等距離處。在一些實(shí)施方案中，所述插入器包括一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電表面，所述 結(jié)構(gòu)由所述插入器臂固持。
[0023] 本公開的另一方面包括涂覆裝置，所述涂覆裝置包括第一板，所述第一板限定陽 極接收開口和相對于所述陽極接收開口定位的至少三個(gè)陰極接收開口；第二板，所述第二 板與所述第一板相對定位并且包括至少三個(gè)陰極接收開口；多個(gè)支撐件，所述支撐件使所 述第一板和第二板分離；在所述第一板與第二板之間的接收區(qū)域；至少三個(gè)陰極，所述至 少三個(gè)陰極延伸穿過所述第一板的至少三個(gè)陰極接收開口并且進(jìn)入所述第二板的至少三 個(gè)陰極接收開口；以及陽極，所述陽極延伸穿過所述陽極接收開口并且在包括導(dǎo)電表面的 結(jié)構(gòu)定位于所述接收區(qū)域中時(shí)接觸包括所述導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)。
[0024] 在一些實(shí)施方案中，所述涂覆裝置還包括具有導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電表面與 所述陽極相接觸定位于所述接收區(qū)域中。在一些實(shí)施方案中，所述至少三個(gè)陰極包括相對 于所述接收區(qū)域定位的4至10個(gè)陰極，包括至少5個(gè)陰極。在一些實(shí)施方案中，所述至少 三個(gè)陰極包括鉑、鈦、釩、石墨或金。在一些實(shí)施方案中，所述至少三個(gè)陰極包括鉑絲。在一 些實(shí)施方案中，所述陽極平行于所述至少三個(gè)陰極定位。
[0025] 在一些實(shí)施方案中，所述涂覆裝置包括一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括與所述陽極相接 觸定位的導(dǎo)電表面，并且其中包括所述導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)平行于所述至少三個(gè)陰極定位。在 某些實(shí)施方案中，包括所述導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)包括鈦。
[0026] 在一些實(shí)施方案中，所述陽極將包括導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)固持在適當(dāng)位置并且使包括 導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)電連接至電源。在某些實(shí)施方案中，所述陽極包括不銹鋼、石墨或貴金屬， 如鉑。在一些實(shí)施方案中，包括導(dǎo)電表面的結(jié)構(gòu)是醫(yī)療裝置或其一部分，如支架。
[0027] 本公開的另一方面包括一種涂覆系統(tǒng)，所述涂覆系統(tǒng)包括上述涂覆裝置和溫度受 控的容器，其中所述涂覆裝置定位于所述溫度受控的容器中。在一些實(shí)施方案中，所述溫度 受控的容器包括帶夾套的燒杯。在一些實(shí)施方案中，所述涂覆裝置具有小于所述帶夾套的 燒杯的內(nèi)徑的外徑。
[0028] 本公開的另一方面包括一種涂覆系統(tǒng)，所述涂覆系統(tǒng)包括上述涂覆裝置和插入 器，所述插入器包括插入器臂，其中所述涂覆裝置可拆卸地接收所述插入器，并且從而將所 述插入器臂定位于接收區(qū)域中。在一些實(shí)施方案中，所述插入器包括一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包 括導(dǎo)電表面，所述結(jié)構(gòu)由所述插入器臂固持。在一些實(shí)施方案中，所述陽極插入器包括限定 切口部分的底座并且所述插入器臂從所述切口部分延伸，其中所述切口部分通過滑動(dòng)配合 接合可釋放地接合所述涂覆裝置的外表面，并且所述臂在所述插入器和所述涂覆裝置接合 時(shí)將包括導(dǎo)電表面（當(dāng)存在時(shí)）的結(jié)構(gòu)定位于所述涂覆裝置的接收區(qū)域中。
[0029] 附圖簡述
[0030] 圖1示出根據(jù)本公開的涂覆系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖，其中陽極插入器被定 位于接收框架中。五個(gè)陰極被示出相對于陽極接收區(qū)域定位于接收框架中。
[0031] 圖2示出圖1中所示的實(shí)施方案的另一透視圖。
[0032] 圖3示出圖1和2中所示的實(shí)施方案的透視圖，其中陰極除去并且陽極插入器從 接收框架中除去。
[0033] 圖4示出圖3中所示的實(shí)施方案的另一透視圖。
[0034] 圖5示出根據(jù)本公開的涂覆裝置的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖，其中五個(gè)陰極相對于 陽極和接收區(qū)域定位。
[0035] 圖6示出圖5的實(shí)施方案的另一透視圖。
[0036] 圖7示出圖5和6中所示的實(shí)施方案的透視圖，其中陰極除去。
[0037] 圖8示出圖7中所示的實(shí)施方案的另一透視圖。
[0038] 圖9示出被構(gòu)造用于與圖5-8中所示的涂覆裝置一起使用的插入器。所述插入器 包括被適配用于固持待涂覆的結(jié)構(gòu)的插入器臂。
[0039] 圖10示出圖9中所示的插入器，其與圖7和8中所示的涂覆裝置可滑動(dòng)地接合， 其中陽極除去。
[0040] 圖11示出根據(jù)本公開的涂覆系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案，包括接收框架和插入器。圖 A示出無其相應(yīng)陰極和陽極的接收框架和插入器。圖B示出具有與支架相接觸定位的不銹 鋼陽極的插入器。
[0041] 圖12示出使用不同參數(shù)形成的1102納米管涂覆的支架的掃描電子顯微鏡（SEM) 圖像（左上-在30V和室溫下陽極化30分鐘）、（右上-在15V和室溫下陽極化15分 鐘）、（左下-在60V和50°C陽極化30分鐘）和（右下-在80V和室溫下陽極化20分 鐘
[0042] 圖13示出A)卷曲的和B)膨脹的支架的SEM圖像。A)在從支架初始直徑