生物相容性和血液相容性材料以及过滤器制造技术

一种适合血液过滤应用的生物相容性和血液相容性材料以及过滤器。生物相容性和血液相容性是通过对现有陶瓷衬底的改性来实现的，其中热解碳层被涂覆到过滤器上。

Biocompatibility and blood compatibility materials and filters

A biocompatibility and blood compatibility material and filter suitable for blood filtration application. Biocompatibility and blood compatibility are achieved by modifying existing ceramic substrates, in which pyrolytic carbon layer is coated on the filter.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物相容性和血液相容性材料以及过滤器相关申请的交叉引用本申请要求2016年7月14日提交的且标题为“BLOODFILTRATIONSYSTEMFORIMPLANTABLEANDCLINICALAPPLICATION”的序列号为62/362,556的美国临时专利申请(代理人案号14172-701.100)和2016年7月14日提交的且标题为“BIOCOMPATIBLEANDHEMOCOMPATIBLEMATERIALANDFILTER”的序列号为62/362,560的美国临时专利申请(代理人案号14172-702.100)的权益，以上每个申请通过引用以其整体并入本文。通过引用并入在本说明书中提到的所有出版物和专利申请通过引用并入本文，其通过引用并入本文的程度就如同每个单独的出版物或专利申请被具体地且单独地指明通过引用并入一样。领域本申请涉及被改性以具有增强的生物相容性和血液动力学特性的材料，用于血液或生物流体过滤和透析应用。本申请涉及一种医疗装置，其提供血液过滤以治疗疾病，例如终末期肾病。该系统使用血液过滤和血液透析进行治疗。该系统包括血液过滤器、其外壳、经由皮肤的端口和皮下端口、外部控制部件、外部泵和流体储存器。本专利技术涉及肾衰竭的治疗和人类肾脏的替换背景人类肾脏每天处理大约180升血液，并且以尿液形式过滤出大约2升废物和多余的水。肾脏通过清除血浆中的废气产物和过量的水来调节血液的组成。慢性肾脏病(CKD)是指在几个月到几年的时间里肾功能的丧失。肾功能的丧失还会影响身体的其他部位，并导致诸如心力衰竭等疾病。没有治愈CKD的方法，但存在可用的治疗方法。治疗方法设法减缓疾病的发展，然而，最终完全肾衰竭(终末期肾病)仍可能发生在许多患者身上。肾替代疗法旨在通过移植捐赠的肾脏来替代肾脏，透析。血液透析和腹膜透析(PD)涉及为支持肾功能而进行的长期体外替代疗法。大多数终末期肾病患者使用常规血液透析作为肾替代疗法。用于终末期肾病的常规血液透析模拟肾脏的过滤功能。透析过程通常每周进行三次，每次三到五小时。透析的目的是通过从患者血液中去除废溶质和多余的液体来模拟肾脏的功能。接受透析的患者血液中含有高浓度的废溶质。他们的血液与溶质缺乏性透析液一起暴露于半透膜。溶质通过扩散穿过膜被去除，流体通过压力驱动超滤被去除。血液一旦被净化，就被送回病人体内。尽管血液透析能很好地从血流中去除小分子，但目前还没有建立提供选择性地去除或保留大分子的方法。透析溶液(称为透析液)也必须小心地控制，以确保其浓度足以确保扩散发生穿过与血液接触的膜。每4小时的透析时间使用大约120升的透析液。器官移植也是一个困难的选择，因为捐赠者有限，且患者需要服用免疫抑制剂药物，免疫抑制剂药物必须得服用且具有高的组织排斥性风险。用于肾脏替代工作的可穿戴装置使用与透析机相似的技术，为患者提供更大的灵活性和自由。类似于透析过程，诸如在专利：EP2281591B1中描述的装置，使用透析液，该透析液被泵送穿过半透膜，以允许分子扩散出血液。然而，这种方法使患者在腰部周围携带一个大装置，并且是不舒服的。目前没有使用可植入的机械肾脏，但是有许多其他专利，诸如第7540963B2号美国专利，该专利使用硅纳米过滤器和生物反应器，生物反应器包含嵌入在显微支架中的人类肾小管细胞。硅纳米过滤器使用超滤从血液中过滤出毒素、盐和一些小分子以及水，且生物反应器使用再吸收系统，该再吸收系统将水返回血液以控制血容量。陶瓷材料被定义为由金属和非金属组成的无机非金属固体。普通陶瓷具有二元组成，如金属或金属氧化物、氮化物和碳化物。根据陶瓷的组成，材料性能可能会有很大的不同，但是一般来说，大多数陶瓷都很坚固且易碎，表现出高的热及电不传导性，并且是化学上惰性的。陶瓷材料在包括过滤技术的许多领域都已发现新的应用。某些陶瓷材料具有多孔微结构，其中孔延伸穿过陶瓷的结构。这些结构可能千差万别，且包括泡沫、蜂窝、纤维、空心球和互连杆。多孔微结构允许在超滤(>100kD)到微滤(<100kD)之间的分离和过滤应用。陶瓷材料的调查研究也显示出良好的生物相容性性能，使其成为一种很有前景的用于人体植入物的材料。然而，陶瓷材料被证明具有较差的血液相容性。因此，对于其中陶瓷材料具有直接血液接触的应用而言，临床陶瓷装置可能会带来高的血栓形成风险。因此，需要改进以使陶瓷材料适于在接触血液的装置中使用，特别是用于过滤和分离血液成分。这些改进也将有助于血液或其他体液的透析功能。本公开的概述在一些方面中，提供了一种材料。该材料包括：具有外表面的陶瓷衬底，孔从该外表面延伸到所述衬底中；以及表面层上的涂层，该涂层包括可渗透到衬底中的热解碳连续层。在一些实施方案中，涂层具有约5nm至50μm的厚度。陶瓷衬底可以是陶瓷管过滤器。管过滤器可以包括一个或更多个通道。陶瓷衬底可以是陶瓷盘过滤器。在一些实施方案中，所述衬底由选自由铝、硅、硼、钛、锆的氮化物、碳化物或氧化物或其混合物组成的组的陶瓷材料形成。过滤分子的临界值(cutoff)可以是大约30Da到200000Da。该涂层可以提供比未改性的陶瓷衬底材料更大的生物相容性和血液相容性。在一些实施方案中，该材料适于并构造成用于在部件中使用或集成在壳体内，或用于定位成过滤人类或动物的血液，作为可植入的或外部的血液过滤系统或临床的或床边的血液过滤系统的改进操作的一部分。这种材料的宽度可以是约1mm到10cm，且长度可以是约5mm到50cm。在一些方面，提供了一种制造方法。该方法包括：提供一种管过滤器，该管过滤器包括具有外表面的陶瓷衬底，孔从该外表面延伸到该衬底中；将管过滤器安装在两个安装盘之间以形成安装的过滤器组件；将安装的过滤器组件放置在石英反应器中；以及在陶瓷衬底上热解单层含碳材料。在一些实施方案中，该方法包括将石英反应器放置在管式炉中。在一些实施方案中，安装盘包括盘，该盘包含内座，该内座被构造成安置陶瓷管过滤器的端部；和多个孔口，其构造成允许气体通过。内座可以包括穿过盘的孔口。热解可在约700℃至1200℃之间的温度下进行。在一些实施方案中，至少40％的孔在热解期间和之后保持开放。热解涂层本身可以是多孔的。在一些方面中，提供了一种血液过滤装置。该装置包括外部壳体；穿过壳体的入口端口，该入口端口被构造成接收流体；出口端口，其穿过所述壳体以从装置移除流；壳体内部的至少一个超滤陶瓷膜；动脉入口室，其构造成连接到患者的动脉和入口端口；静脉出口室，其构造成连接到患者的静脉和出口端口；以及在壳体的每一端上的帽，该帽被构造成密封该装置并将血液的流动均匀地分配到两个超滤陶瓷膜。壳体可以包括生物相容性材料。在一些实施方案中，壳体包括钛、不锈钢和PEEK中的至少一种。患者的动脉可以是髂动脉。患者的静脉可以是髂静脉。在一些实施方案中，超滤陶瓷膜中的至少一个包括管过滤器。超滤陶瓷膜中的至少一个可以包括一个管过滤器。在一些实施方案中，超滤陶瓷膜中的至少一个包括一个或更多个通道。该装置可以包括连接到每个通道的生物相容性管道。在一些实施方案中，动脉入口室和静脉出口室中的至少一个包括血管移植物。帽中的至少一个可以包括倒钩。该装置可以包括定位在帽附近的密封板。在一些实施方案中，该装置包括构造成与经由皮肤的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料，包括：陶瓷衬底，所述陶瓷衬底具有外表面，孔从所述外表面延伸到所述衬底中；以及在所述表面层上的涂层，所述涂层包括能够渗透到所述衬底中的热解碳连续层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.14 US 62/362,556;2016.07.14 US 62/362,5601.一种材料，包括：陶瓷衬底，所述陶瓷衬底具有外表面，孔从所述外表面延伸到所述衬底中；以及在所述表面层上的涂层，所述涂层包括能够渗透到所述衬底中的热解碳连续层。2.根据权利要求1所述的材料，其中所述涂层具有约5nm至50μm的厚度。3.根据权利要求1或2所述的材料，其中所述陶瓷衬底是陶瓷管过滤器。4.根据权利要求3所述的材料，其中所述管过滤器包括一个或更多个通道。5.根据权利要求1或2所述的材料，其中所述陶瓷衬底是陶瓷盘过滤器。6.根据权利要求1-5中任一项所述的材料，其中所述衬底由选自由铝、硅、硼、钛、锆的氮化物、碳化物或氧化物或其混合物组成的组的陶瓷材料形成。7.根据权利要求1-6中任一项所述的材料，其中过滤分子的临界值约为30Da至200000Da。8.根据权利要求1-7中任一项所述的材料，其中所述涂层提供比未改性的陶瓷衬底材料更大的生物相容性和血液相容性。9.根据权利要求1-8中任一项所述的材料，所述材料适于和被构造成在部件中使用或集成于壳体内，或定位成过滤人类或动物血液，作为能植入的或外部的血液过滤系统或临床的或床边的血液过滤系统的改进操作的一部分。10.根据权利要求1-9中任一项所述的材料，其中所述材料的宽度约为1mm至10cm，且长度约为5mm至50cm。11.一种制造过滤器的方法，包括：提供管过滤器，所述管过滤器包括具有外表面的陶瓷衬底，孔从所述外表面延伸到所述衬底中；将所述管过滤器安装在两个安装盘之间以形成安装的过滤器组件；将所述安装的过滤器组件放置在石英反应器中；以及在所述陶瓷衬底上热解单层含碳材料。12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述石英反应器放置在管式炉中。13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述安装盘包括盘，该盘包括：内座，所述内座构造成安置所述陶瓷管过滤器的端部；以及多个孔口，其被构造成允许气体通过。14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中，所述内座包括穿过所述盘的孔口。15.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其中所述热解发生在约700℃至1200℃之间的温度下。16.根据权利要求11-15中任一项所述的方法，其中至少40％的所述孔在所述热解期间和所述热解之后保持打开。17.根据权利要求11-16中任一项所述的方法，其中所述热解涂覆层本身是多孔的。18.一种血液过滤装置，包括：外部壳体；穿过所述壳体的入口端口，所述入口端口被构造成接收流体；出口端口，所述出口端口穿过所述壳体以从所述装置中移除流；至少一个超滤陶瓷膜，其处于所述壳体内部；动脉入口室，其被构造成连结到患者的动脉和所述入口端口；静脉出口室，其被构造成连结到患者的静脉和所述出口端口；以及所述壳体的每一端上的帽，所述帽被构造成密封所述装置并将血液流动均匀地分配到两个超滤陶瓷膜。19.根据权利要求18所述的装置，其中所述壳体包括生物相容性材料。20.根据权利要求18所述的装置，其中所述壳体包括钛、不锈钢以及PEEK中的至少一种。21.根据权利要求18-20中任一项所述的装置，其中患者的动脉是髂动脉。22.根据权利要求18-21所述的装置，其中患者的静脉是髂静脉。23.根据权利要求18-22中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·蒙东卡，拉曼·M·萨德，莫泰扎·艾哈迈迪，泰穆尔·汗，
申请(专利权)人：奇德尼实验室公司，
类型：发明
国别省市：美国,US