JP2018531695A - マイクロ構造表面を備える低垂直力牽引装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、その全内容が参照により本明細書に援用される2015年10月5日に出願された米国特許仮出願第62/237,448号の利益を主張するものである。
疎水性表面は、面内移動に対する抵抗が低い表面という結果となる(低付着性)。水は、高接触角ヒステリシスの表面上よりも、低接触角ヒステリシスの表面上の方がより容易に移動可能であり、したがって、接触角ヒステリシスの大きさを、物質の移動に要するエネルギーの量と同等であると見なすことができる。
疎水性ポリマーの大量生産が経済的に実施可能となるように、テンプレートを用いて繰り返しインプリントされた超疎水性表面が開示されている。米国特許出願公開第20030147932号には、防汚性を有するセルフクリーニング又はハス効果表面が開示されている。米国特許出願公開第20060029808号には、水に1週間浸漬された後でも超疎水性を維持することができるコーティングが開示されている。米国特許出願公開第20080015298号には、超疎水性コーティング組成物が開示されている。米国特許出願公開第20080241512号には、超親水性表面特性、又は超疎水性表面特性、又はそのような特性の組み合わせを任意の表面の様々な場所に提供するために材料の層を堆積させる方法が開示されている。米国特許出願公開第20090011222号には、様々なシステム用途のための超疎水性保護コーティングとしてハス効果材料を適用する方法、さらにはハス効果コーティングを製造/作製する方法が開示されている。米国特許出願公開第20090076430号には、通気性を有し得る材料を含み、第一の表面、及び第一の表面に接着された複数の超疎水性粒子を有する包帯が開示されている。この材料は、第一の表面の反対側に親水性である第二の表面を有し得る。米国特許出願公開第20090227164号には、不織材料がマイクロ及びナノ範囲のスポンジ状メッシュ構造でコーティングされる超疎水性コーティングが開示されている。米国特許出願公開第20100112286号には、人工的に構造化された超疎水性表面上の液滴状態の制御及び切り替えが開示されている。米国特許出願公開第20100021692号には、マルチスケール(階層状)超疎水性表面の製造方法が提供され、開示されている。この方法は、ポリマー表面を、フラクタル状又は疑似フラクタル状に3つのサイズスケールでテクスチャ化することを含み、最も低いスケールがナノスケールであり、最も高いスケールがマイクロスケールである。米国特許出願公開第20100028604号には、基材及び基材の少なくとも1つの表面上に堆積された階層状表面構造を備える超疎水性構造が開示されており、階層状表面構造は、基材の少なくとも1つの表面上に間隔を空けた幾何学的パターンで配置された複数のマイクロ凹凸部を備えるマイクロ構造を有する。米国特許出願公開第20110077172号には、材料の局所的堆積の方法が開示されており、盛り上がった表面構造を備える超疎水性基材を含む。
つ以上の単一アームリトラクターを一緒に結合する際に用いられてもよい。これらの追加の固定機能部としては、限定されないが、プライヤー又は鉗子などのロック式グラスパーが挙げられ得る。
得る。第二の可膨張性チャンバーは、通常は、牽引装置の主の可膨張性チャンバーが膨張され、牽引装置がその所望される牽引効果を発生させた後に膨張される。そのような追加の可膨張性チャンバーは、主の可膨張性チャンバーよりも小さく、力も弱い。追加のチャンバーの膨張だけでは、臓器の所望される牽引を得るのに充分な力が必ずしも発生されない。しかし、膨張した追加のチャンバーは、より強力な主の可膨張性チャンバーによって牽引された物体を、その牽引位置に維持するのには充分な力を提供する。追加の可膨張性チャンバーは、したがって、主のチャンバーの気嚢に穴を開けてしまうことによって主の可膨張性チャンバーの牽引効果が破壊された後、治療すべき物体へのアクセスを提供するために、牽引装置の牽引効果を維持することができる。
図1は、本発明に従う牽引装置の第一の実施形態100の縦断面図である。この種類の牽引装置は、その機械的及び幾何学的態様に本質的に固定されており、I型牽引装置と称される。牽引装置は、その平坦状態で示されるが、装置は、牽引すべき物体の表面に追随させることができる充分な柔軟性を有することは理解される。牽引装置100は、第一の
側102及び第二の側104を備える。牽引装置100は、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はポリウレタンなどの比較的非弾性で堅いプラスチックフィルムから作られる。好ましい材料は、ポリエチレンとナイロンとのコンポジットである。牽引装置100の厚さは、典型的には、0.5から5mmである。表面テクスチャ106は、大スケール構造108、中スケール構造110、及びマイクロスケール構造112を備える。マイクロスケール構造112は、中スケール構造110上に重ね合わされ、この組み合わせは、大スケール構造108上に重ね合わされる。大スケール構造108は、100から1000ミクロンの特徴的な寸法を有する。中スケール構造110は、25から100ミクロンの特徴的な寸法を有する。マイクロスケール構造112は、1から25ミクロンの特徴的な寸法を有する。
II型牽引装置の基本的実施形態は、単一の膨張チャンバーを含む。別の選択肢としての実施形態では、単一チャンバーは、複数のサブチャンバーに分割されていてもよい。サブチャンバーは、互いに隔離されており、それによって、牽引装置の使用中にサブチャンバーの1つ以上に誤って穴が開いてしまった場合に、牽引装置のすべてが収縮してしまうことが回避され得る。各サブチャンバーは、それ自体の追加の膨張チューブを備えていてよい。別の選択肢として、各サブチャンバーは、逆止弁を通して膨張マニホールドに接続されていてもよい。マニホールドの配置では、治療手技の終了後に身体から牽引装置を取り外すための準備として、各サブチャンバーが個々に収縮されることが必要である。これらのサブチャンバーの主たる利点は、相互連結されていても、又は分離されていても、膨張下で好ましい幾何学的形状が定められることである。
吸引の態様
本発明のさらなる態様によると、本発明に従う牽引装置は、牽引装置が液体の存在する
空洞部に配置される場合、牽引装置の最下部に管状吸引部分が装備されていてよい。図3は、吸引機能部が取り付けられたI型装置を示す。本発明のこの態様の吸引部分は、I型及びII型牽引装置に用いられ得る。牽引が空洞環境に適用される場合、灌流が多くの場合用いられる。灌流は、細片を除去するために用いられる。外科手術用途の場合、細片は、血液及び凝固成分から成る。この流体は、牽引装置によって作り出された体内の空洞部の底に貯留し、除去することが必要である。吸引部分302は、マイクロ構造リトラクター300と一体的である。牽引装置300の底部は、吸引ライン302に接続され、治療手技中にそのような流体を除去し、蓄積された流体が空洞部に存在しない状態を維持する。示される例では、吸引部分302は、牽引装置の最下部の端に取り付けられた管状の付属物である。吸引部分は、牽引装置の主要本体にとって好ましい材料であるポリエチレンナイロンコンポジットから作られていてよい。この材料は、充分な弾性を有するため、それから作られた管状構造は、低真空下でもその開口した断面を維持することができる。吸引部分302の一方の端は、閉じられ、他方の端は、牽引装置が挿入されているものと同じ切開部を通して身体から出るように牽引装置の側部を伸びている薄壁ポリエチレンチューブ304と接続されている。吸引は、孔306を通して手術部位に供給される。
テープ状マイクロ構造リトラクターアーム内に湾曲部が形成されてもよい。例えば、湾曲部は、弛緩状態の場合にアームがそれ自体に対して少なくとも1回曲がるように、リトラクターの長さよりも非常に小さい曲率半径を有していてよい。リトラクターに囲まれた物体が曲率半径よりも大きい場合、予め形成された曲率半径が、用いられる材料の剛性と共に、垂直力を決定する。ほとんどの場合、垂直力は、物体の直径対リトラクターの曲率半径の比に比例する。
ケール内でのより高いフラクタル次元は、基材に複数のピッチ配置を適用することによって実現され得る。凸部及び凹部は、局所的なピッチに関連して局所的なスケールとされ得る。したがって、ピッチは、あるスケール構造内で変動してよい。より高いフラクタル次元構造の実用的な実現では、ピッチの変動は、数式によって表すことが可能であり得るものであり、例えば、ピッチの正弦波変動であり、これは、自然表面の模倣に有用である。
する表面との間のその疎水性にあるからである。本発明のテキスタイルの付着性を最適化するにあたって、超疎水性は、数ある興味深いテクスチャ制御機構の1つの態様に過ぎず、この文脈では、接触角は、接触角ヒステリシスほど重要ではない。
corners)を配置することによって高められる。ある実施形態では、これは、凹部の内側に突出し、そこで繋がっている追加の対の隣接する凹部壁を作り出すことによって実現される。ある実施形態では、これは、第一の階層の凹部の規則的なアレイを設計することによって実現される(例:三角形、四角形、五角形、又は六角形の形状、規則的又は不規則的;さらには、直線セグメントによって概略的に定められる多角形の形状)。
面シートは、柔軟であるが流体ではない状態まで加熱され、反転イメージを型押しする中スケールのテクスチャを有する二重ローラーを通される。このプロセスが、複数回繰り返されてもよい。中スケールのテクスチャは、小スケールのテクスチャよりも大きく、したがって、中スケールテクスチャの型押しは、小スケールのテクスチャを折り曲げ、それによって、リソグラフィ又はキャスティングの方法では通常は成し得ないインボリュートな構造が可能となる。
窪み、750ミクロンのピッチ、及び約240から500ミクロンの深さを有するように配置される。基材のこの配置は、疎水性/親水性接触混合物との付着性Wenzel−Cassie状態を促進することを意図している。図8及び9を参照すると、第二セットのテクスチャフィーチャ814及び914が、基材810及び910の表面に配置される。1つの実施形態では、第二セットのテクスチャフィーチャ814は、それぞれ、基材810及び910の第一セットのテクスチャフィーチャ812及び912上に成形される。本明細書において以下に詳細に記載されるように、好ましい実施形態では、基材810又は910は、圧縮成形されたポリマー材料であり、この場合、第一及び第二セットのテクスチャフィーチャ812、814、及び912、914は、単一の成形工程の過程で、それぞれ、基材810及び910上に形成される。第一及び第二セットのテクスチャフィーチャ812、814は、協同的に表面積を増加させ、基材810及び910の付着性、摩擦、親水性、及び疎水性のうちの少なくとも1つに影響を与える。好ましくは、基材810を形成する圧縮成形ポリマー材料は、耐環境性ポリマーである。1つの実施形態では、基材810又は910は、ポリエチレンナイロンコポリマーを含む。例示される実施形態では、第二セットのマイクロ構造814又は914は、マイクロ構造突起、及びマイクロ構造窪み、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される。図6の例示される実施形態では、第二セットのテクスチャフィーチャ614は、基材610の中へ下向きに伸びるマイクロ構造窪みを備える。
に沿う。
4が、それぞれ、第二セットのテクスチャフィーチャ1014及び1114の側部表面上に配置されてよい。第四セットのテクスチャフィーチャ1024及び1124は、縦溝1016、1116、及びリブ1018、1118、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される。例示される実施形態では、縦溝(1016、1116)及びリブ(1018、1118)は、前記第二セットのテクスチャフィーチャ(1014、1114)を成す各マイクロ構造の外側周囲上の側部表面の高さに沿って垂直に伸びる。第四セットのテクスチャフィーチャは、好ましくは、約1ミクロンから約10ミクロンの範囲内のサイズから選択される寸法を含む。好ましくは、第四セットのテクスチャフィーチャ1024及び1124は、前記第一、第二、及び第三セットのテクスチャフィーチャと同時に、基材1010及び1110へ圧縮成形される。
ィーチャ(1014、1114)に、側部表面に沿って伸びる「縦溝」又は「リブ」のフィーチャを追加した。第四セットのテクスチャフィーチャ(1024、1124)を定めるこれらの縦溝及びリブのフィーチャは、バラ花弁のより小さいヘア状のマイクロ構造を模倣して、疎水性をさらに高めるものである。したがって、前記第一、第二、第三、及び第四セットのテクスチャフィーチャの各マイクロ構造は、それぞれのピッチ、高さ/深さ、及び直径を有し、液体で覆われた表面に対して適用された場合に、液体が、完全に濡れたWenzel状態で少なくとも前記第一及び第二セットのテクスチャフィーチャの間を透過して、基材と隣接する表面との間の付着性を高めるように配置される。好ましくは、第一セットのテクスチャフィーチャの正弦波形は、液体で覆われた表面に対して押し付けられた場合に、圧力の基材全体への分布を促進する丸みを帯びたピーク部を含む。
ロータスI型
図12は、本発明の第三の実施形態に従う混成ロータスI型牽引装置の透視図である。装置1200は、バラ型テクスチャ側1210及びハス型テクスチャ側1212を備える。バラ型テクスチャ1210は、水滴1214の幾何学的形状によって特徴付けられ、水滴1214は、超疎水性表面に特徴的である球形状1216を取る。水滴1214は、吸われた幾何学的形状1218によって表面1210上に固定される。ハス型テクスチャ1
212は、水滴1220の幾何学的形状によって特徴付けられ、その形状は、フィーチャ1518に類似して、吸われた構造のない球形状である。水滴1220は、表面1212に対して耐付着性を有し、表面から容易に転がり落ちる。
図13は、本発明の第四の実施形態に従う波形II型牽引装置の側面図である。マニュアルで作動されるI型のバージョンも可能であることは理解されたい。装置1300は、2つの構成1310及び1312であり得る。構成1310は、バラ型テクスチャ構成であり、構成1312は、ハス型テクスチャ構成である。したがって、構成1610である場合、装置1300は付着性であり、構成1312である場合、滑らせての移動が容易である。波形状態1310である装置1300は、第一の構造1314及び第二の構造1316を有する。加圧されると、膨張部材1320は、装置1600を方向1318へ動かして、構成1312へ変形させる。
図14は、本発明の第五の実施形態に従う面積が変化するII型牽引装置の透視図である。装置1400は、表面テクスチャ1314を有し、2つの構成1310及び1312であり得る。構成1310は、平らな表面と接触する最大表面積を有する平坦構成であり、構成1612は、最小表面積である膨張した構成である。したがって、構成1310である場合、装置1300は、付着性であり、構成1312では、滑らせての移動がより容易である。加圧されると、膨張部材1316は、装置1300を構成1312へと変形させる。
図15は、本発明の第六の実施形態に従う面積が変化する混成I型牽引装置1500の側面図であり、この場合、テクスチャ領域1514は変化しない。装置1500は、2つの双安定構成1510及び1512を呈する。構成1510では、バラ花弁型テクスチャ1514が、装置1500が付着することになる別の表面に対して提示される唯一の表面である。構成1510での接触表面積は、1514の面積の合計である。領域1516は、平滑であり、構成1512の面積は、構成1510の面積よりも大きい。構成1512の面積は、1514及び1516の面積の合計である。構成1512は、構成1510を方向1518に引くことによって実現される。
図16は、本発明の第七の実施形態に従う挟み付ける動きをするII型牽引装置1600の透視図である。装置1600は、弛緩した形状適合可能な状態1610、及び強固に挟んでいる状態1612を有する。状態1610から状態1612への変形は、膨張手段1616によって実現される。フィーチャ1614は、バラ花弁型付着性表面を含む。
dressing)にリトラクター1701を固定することができる。リトラクター1701の遠位側端部1707は、超疎水性表面1019を有する。超疎水性表面の詳細な例は、上記で示され、記載される。所望に応じて、リトラクターは、チューブ1715を介して加圧することができる中空セクション1713を有する膨張部材1711を備えていてもよい。示されるように、中空セクション1713が膨張されると、リトラクターは、剛性となり、方向1717に沿って直線状となる。所望に応じて、リトラクターは、組織接触側1721から内部吸引容積部1723へのスループットを提供する一連の孔1719を有する吸引ブラダー(suction bladder)を備えていてもよい。吸引ブラダーは、組織接触側1721及び外部側1725を備える。外部側1725は、タブ1726を有していて
よく、外科医は、タブに支持糸(stay line)を縫い合わせてよく、又はタブを掴むことによって組織表面に対してリトラクター1を位置決定してもよい。吸引ブラダーに取り付けられた吸引チューブ1727は、吸引を提供し、組織液1729を吸引ブラダー中に吸い込む。所望に応じて、リトラクター1は、幅1731が直線状であり、長さ1733が曲率半径1735で湾曲するように、予め形成された形状を有していてもよい。所望に応じて、リトラクター1701は、波形37である組織接触表面1721を有する。波形の頻度1739は、膨張部材1711によって調節することができ、それによって、膨張の上昇が、頻度1739を減少させ、長さ1733を増加させる。
Claims (16)
- Wenzel−Cassie表面、Cassie−Baxter表面、又はこれらの表面の組み合わせのうちの少なくとも1つを備える超疎水性表面を有する少なくとも1つのアームを備えるマイクロ構造リトラクターであって、濡れた表面上に置かれた場合、前記マイクロ構造リトラクターを前記濡れた表面に沿って移動させるのに必要とされるせん断力が、印加される垂直力を超える、マイクロ構造リトラクター。
- 膨張部材をさらに備え、前記膨張部材は、前記マイクロ構造リトラクターに調節可能な剛性を提供する、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記マイクロ構造リトラクターの使用中に流体を除去するための吸引部材が取り付けられている、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記リトラクターが、幅と称される短い方の寸法、及び長さと称される長い方の寸法を有し、前記リトラクターが、固有の曲率で予め形成することが可能であるフレキシブルな材料を含み、前記幅が、本質的に曲率ゼロを有し、及び前記長さの寸法における曲率半径が、前記長さよりも小さい、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記リトラクターが、前記リトラクターが濡れた表面に置かれた場合に、前記マイクロ構造表面の一部分のみが前記濡れた表面と接触するような方向に波形とされており、前記波形は、前記濡れた表面と接触する前記マイクロ構造リトラクターの前記表面の量を変化させるように、前記マイクロ構造リトラクターの持続性の変形によって調節可能である、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記波形が、可逆的に変形可能であり、前記リトラクターが、膨張した場合に前記波形の頻度が可逆的に変化するように、膨張部材をさらに備え、前記膨張部材が、膨張体積が制御可能であるように、バルブをさらに備える、請求項5に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 膨張した場合に、前記マイクロ構造リトラクターを可逆的に補強する追加の膨張部材が組み込まれている、請求項6に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 第一の波形状態が、濡れた表面と接触した場合に、Wenzel−Cassie状態であり、第二の波形状態が、濡れた表面と接触した場合に、Cassie−Baxter状態である、請求項5に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 一方の側が、Wenzel−Cassieマイクロテクスチャ表面を備え、他方の側が、Cassie−Baxterマイクロテクスチャ状態を備える、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 第一のアームが、Wenzel−Cassie表面を備える少なくとも1つの表面を有し、第二のアームが、Cassie−Baxter表面を備える少なくとも1つの表面を有する、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記少なくとも1つのアームが、少なくとも1つのバラ模倣表面を備える、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記少なくとも1つのアームが、少なくとも1つのハス模倣表面を備える、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記アームの少なくとも一部分が、超疎水性表面を備える、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記アームの少なくとも一部分が、超疎水性表面を備える、請求項5に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記リトラクターの少なくとも一部分が、濡れた表面と接触した場合に5度を超える接触角ヒステリシスを有する表面を備える、請求項1に記載のマイクロ構造リトラクター。
- 前記リトラクターの少なくとも一部分が、濡れた表面と接触した場合に5度を超える接触角ヒステリシスを有する表面を備える、請求項5に記載のマイクロ構造リトラクター。
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