电纺医疗装置和制造电纺医疗装置的方法

摘要

一种形成电纺人工瓣膜的方法包括使用可旋转且可角度调节的人工瓣膜模具。将所述人工瓣膜模具设定为第一角度。以第一旋转速度旋转所述人工瓣膜模具，并且将电纺纤维的第一层沉积在所述人工瓣膜模具上。停止所述人工瓣膜模具并且将框架定位在所述第一层上。将所述人工瓣膜模具设定为第二角度。以第二速度旋转所述人工瓣膜模具，并且将电纺纤维的第二层沉积在所述第一层的外表面和所述框架的外表面上。

说明书

本非临时专利申请要求于2018年7月23日提交的题为“电纺医疗装置和制造电纺医疗装置的方法(Electrospun Medical Devices and Methods of Making ElectrospunMedical Devices)”的美国临时专利申请序列号62/702,122的提交日的权益，所述申请通过引用并入本文。

背景技术

存在利用诸如人工瓣膜的医疗装置的多种医疗处理。如本文所用，术语“人工瓣膜”旨在涵盖适于替换患病或受损的身体瓣膜例如但不限于包括主动脉瓣、二尖瓣、肺动脉瓣和三尖瓣的心脏瓣膜的医疗装置。这些人工瓣膜通常包括支架状框架，也称为支架框架、支架或框架。人工瓣膜容纳在支架状框架内并且与其联接。支架状框架为人工瓣膜提供结构支撑，并且当人工瓣膜在受损或患病的天然瓣膜的位置处原位展开时允许人工瓣膜的锚固。此外，支架状框架允许人工瓣膜卷曲或径向压缩以用于经由经导管输送系统输送。如本文所用，术语“支架状框架”、“支架框架”、“支架”和“框架”旨在涵盖适于临时或永久植入身体管腔例如但不限于天然心脏瓣膜、动脉和静脉内的医疗装置。

人工瓣膜已经通过各种方法制造，包括使用动物组织(即牛或猪瓣膜)。以单调乏味且耗时的工艺用手将动物组织缝制或缝合到框架。在这样的工艺中，大部分动物组织被丢弃和浪费。因此，此类方法可能是费力的、昂贵的和耗时的。

因此，希望用生物相容的人造材料制造诸如人工瓣膜的医疗装置，以提高产量、降低成本和缩短制造时间。

发明内容

本文的实施例涉及一种使用电纺工艺制造电纺人工瓣膜的方法。人工瓣膜模具以第一角度设定。人工瓣膜模具以第一旋转速度旋转，并且第一多个电纺纤维的第一层沉积到人工瓣膜模具的外表面上。当第一层已经沉积到人工瓣膜模具上时，人工瓣膜模具的旋转停止。框架被定位在第一层上或者第一层的径向外侧。当框架定位在第一层的径向外侧时，人工瓣膜模具被设定为第二角度，并且然后以第二旋转速度旋转。第二多个电纺纤维的第二层沉积在旋转框架的外表面和第一层的外表面上。当第二层已经沉积在框架的外表面和第一层的外表面上时，人工瓣膜模具的旋转停止。将电纺人工瓣膜从人工瓣膜模具中移除。然后可以进一步加工人工瓣膜模具。

本文的实施例还涉及一种电纺人工瓣膜，所述电纺人工瓣膜具有径向膨胀配置、径向压缩配置以及从流入端延伸到流出端的管腔。电纺人工瓣膜进一步包括第一层。第一层由第一多个电纺纤维形成，并且包括多个小叶，这些小叶被配置成允许在一个方向上流动以调节通过电纺人工瓣膜的管腔的流动。第一层在电纺工艺中形成在可旋转且角度可调节的人工瓣膜模具上。

本文的实施例进一步涉及一种用于形成电纺人工瓣膜的系统。所述系统包括收集组合件和电纺组合件。收集组合件包括可旋转且角度可调节的人工瓣膜模具。电纺组合件被配置成将多个电纺纤维沉积到人工瓣膜模具上以形成电纺人工瓣膜。

附图说明

从以下对如附图所图示的本文的实施例的描述中，所公开的实施例的前述和其它特征和优点将是显而易见的。结合在本文并且形成本说明书的一部分的附图进一步用于解释本公开的原理，并且使相关领域的技术人员能够制造和使用所公开的实施例。这些图没有按比例绘制。

图1描绘了示出根据本文实施例的制造电纺人工瓣膜的方法中的步骤的流程图。

图2描绘了用于与根据本文实施例的图1的方法一起使用的系统的图示。

图3描绘了根据本文实施例的图2的系统的人工瓣膜模具的透视性图示。

图3A描绘了根据本文实施例的具有可分离部件的人工瓣膜模具的透视性图示。

图3B示出了图3A的人工瓣膜模具的部件。

图3C描绘了根据本文另一实施例的图2的系统的人工瓣膜模具的透视性图示，其中人工瓣膜模具包括多个可加热的第一区段。

图4描绘了根据本文实施例的图2的系统的收集组合件的图示。

图5描绘了图1的方法中的步骤，其中人工瓣膜模具的第一角度被调节。

图6描绘了图1的方法中的步骤，其中电纺人工瓣膜的第一层沉积在人工瓣膜模具上。

图7描绘了电纺人工瓣膜的第一层的透视性图示。

图8描绘了图1的方法中的步骤，其中框架定位在第一层的外表面上。

图9描绘了定位在电纺人工瓣膜的第一层上的框架的透视性图示。

图10描绘了图1的方法中的步骤，其中电纺人工瓣膜的第二层沉积在框架的外表面和第一层的外表面上。

图11A描绘了设置在框架和第一层上的第二层的透视性图示。

图11B描绘了设置在框架和第一层上的具有厚度增加的区域的替代第二层的透视性图示。

图11C描绘了包括具有波纹配置的抗PVL层的替代第二层的局部前视图。

图11D描绘了包括具有降落伞配置的抗PVL层的替代第二层的局部前视图。

图11E描绘了包括具有蓬松配置的抗PVL层的替代第二层的局部前视图。

图12描绘了图1的方法中的步骤，其中第二层通过根据本文实施例的感应加热联接至第一层。

图13描绘了进一步加工后的电纺人工瓣膜。

图14描绘了示出根据本文另一实施例的制造电纺人工瓣膜的方法中的步骤的流程图。

图15描绘了图14的方法中的步骤，其中粘结溶剂施加至根据本文实施例的电纺人工瓣膜的第一层和框架的外表面。

图16描绘了图14的方法中的步骤，其中第二多个电纺纤维的第二层沉积在框架的外表面和第一层的外表面上。

图17描绘了用图14的方法形成的电纺人工瓣膜的透视性图示。

图18描绘了进一步加工后的电纺人工瓣膜。

图19描绘了示出根据本文另一实施例的制造电纺人工瓣膜的方法中的步骤的流程图。

图20描绘了图19的方法中的步骤，其中前体电纺人工瓣膜的选定部分被结晶。

图21描绘了进一步加工后的电纺人工瓣膜。

具体实施方式

现在参考附图描述本公开的具体实施例，其中相似的附图标记表示相同或功能类似的元件。

以下具体实施方式在本质上仅是示范性的并且不旨在限制本技术或本技术的应用和用途。尽管本文实施例的描述是在人工瓣膜的情况下进行的，但是本技术也可以用于其它装置。此外，无意受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示理论的约束。

在本文的实施例中，描述了在电纺工艺中由电纺纤维制造医疗装置例如人工瓣膜的方法。在所述人工瓣膜的制造中使用电纺纤维减少或消除了在许多当前的人工瓣膜的生产中使用动物组织的昂贵和耗时。更具体地，利用当前的动物组织设计，在制造工艺期间浪费了大部分动物组织。此外，用动物组织制造人工瓣膜是单调乏味的，需要技术人员手动将动物组织缝合到生物相容的结构例如支架状框架上。因此，当前制造动物组织设计的人工瓣膜的方法昂贵且耗时。此外，手工或手动缝合产生的产量低于所需产量。根据本文的实施例在本文中描述的方法和人工瓣膜利用一层或多层电纺纤维，当电纺纤维以瓣膜的所需形状沉积在瓣膜模具上时，电纺纤维减少浪费。此外，在一些实施例中，不需要缝合。此外，在电纺人工瓣膜的制造中使用电纺纤维和电纺工艺允许更精确地控制电纺人工瓣膜的材料特性。因此，本文所述的方法导致降低的制造成本、减少的制造时间和提高的制造产量。

图1是示出了根据本文实施例的用于制造医疗装置例如电纺人工瓣膜的方法100的流程图。参考图1描述的方法是用于利用“电纺工艺”制造医疗装置的方法。术语“电纺工艺”是指如下所述的其中带电聚合物射流形成收集在接地模具上的电纺纤维的工艺。收集的电纺纤维具有在亚微米至微米范围内的直径。如本文所用，术语“直径(diameter)”和“直径(diameters)”不必指圆形轮廓，而是通常用于指电纺纤维的横截面尺寸。电纺纤维是极其生物相容的，并且形成促进组织原位向内生长的多孔微纤维结构。此外，在实施例中，电纺纤维可以是可生物降解的，从而产生组织工程化电纺人工瓣膜，其中电纺纤维随时间降解并且由新的组织向内生长代替。换句话说，电纺人工瓣膜被植入，但是随着时间的推移，植入的电纺人工瓣膜会变成组织瓣膜。在本文的实施例中，电纺纤维由如下所述的聚合物形成。

图2示出了用于与图1的方法一起使用的系统201的实施例。系统201包括收集组合件203和电纺组合件205。系统201被配置成形成根据本文实施例的电纺人工瓣膜。

在图2所图示的实施例中，收集组合件203包括人工瓣膜模具207、马达209、托架211和基部213。图3示出了人工瓣膜模具207的实施例。人工瓣膜模具207包括第一端215，与第一端215相对的第二端217，模具基部240，以及三个节段242A、242B和242C(一起称为节段242)。人工瓣膜模具207包括外表面219。外表面219具有所需电纺人工瓣膜的形状或几何形状。可以选择人工瓣膜模具207的形状以改善完成的电纺人工瓣膜的流体动力学特性。每个节段242成形为在其上形成电纺人工瓣膜的对应小叶。因此，虽然在图3中图示的人工瓣膜模具207具有三个节段242A、242B、242C，但这是作为实例而且并非限制。在替代实施例中，人工瓣膜模具207可以包括更多或更少的节段242，以对应于电纺人工瓣膜的特定应用所需的小叶的数量。此外，虽然人工瓣膜模具207被图示为单个单元，但这也是作为实例而且并非限制。人工瓣膜模具207可以由单独的组件形成，使得模具基部240和节段242A、242B和242C中的每一个分离并联接在一起以形成人工瓣膜模具207。将节段242A、242B和242C联接至模具基部240的方法可以包括但不限于粘合剂、熔融、焊接、机械连接和摩擦配合联接。此外，节段242A、242B、242C和模具基部240可以彼此分离，使得沉积在其上的电纺人工瓣膜可以更容易地从人工瓣膜模具移除。

在图3的实施例中，模具基部240包括中心开口(未示出，但类似于图3B所示的中心开口447)，用于安装在马达209的轴上。螺纹孔248从模具基部的外圆周表面到中心开口横向地或径向地设置。设定螺钉269被设置成穿过螺纹孔248到达中心开口，以将模具基部240并且因此人工瓣膜模具207联接至马达209。虽然在图3中以特定形状图示了设定螺钉269，但这是作为实例而且并非限制，并且设定螺钉269可以具有适合于本文所述目的的其它形状。此外，使用设定螺钉269将人工瓣膜模具207联接至马达209并不意味着限制，并且人工瓣膜模具207可以通过任何合适的方法例如但不限于粘合剂、熔融、焊接、机械联接或其它合适的方法联接至马达209。

在图3的实施例中，人工瓣膜模具207进一步包括三(3)个通道244A、244B、244C(在本文中统称为“通道244”)。通道244在其上形成的前体电纺人工瓣膜中形成对应的通道。如下所述，通道244被配置成便于容易地分离电纺人工瓣膜的小叶以产生用于打开和关闭小叶的自由边缘。在图3所示的实施例中，通道244形成单个连续通道。然而，这不是必需的。此外，在其它实施例中，可以省略通道244。

如上所述，人工瓣膜模具207的节段242A、242B、242C可以彼此分离并且与模具基部240分离。在图3A和图3B中示出的包括模具基部440和节段442的人工瓣膜模具407的特定实施例中，每个节段442包括小叶部分443和茎部445。因此，节段442A、442B、442C分别包括小叶部分443A、443B、443C和茎部445A、445B、445C。模具基部440包括茎部开口441A、441B、441C，这些茎部开口的尺寸和形状被设定成容纳茎部445A、445B、445C中的相应的一个，以将对应的节段442A、442B、442C安置在其中。基部440还包括螺纹开口449A、449B、449C，每个开口从模具基部440的圆周外表面横向地或径向地延伸到茎部开口441A、441B、441C中的对应的一个。每个节段442A、442B、442C的对应的茎部445A、445B、445C放置在基部440的对应的茎部开口441A、441B、441C中，并且设定螺钉471A、471B、471C插入对应的螺纹开口449A、449B、449C中，以将节段442A、442B、442C固定到模具基部440。虽然在图3A和图3B中以特定形状图示了设定螺钉471A、471B、471C，但这是作为实例而且并非限制。设定螺钉471A、471B、471C可以各自具有适合于本文所述目的的其它形状。可以利用其它方式将节段442A、442B、442C可移除地固定到模具基部440。模具基部440还包括中心开口447，中心开口447的尺寸和形状被设定成适于装配到马达209的轴上。模具基部440进一步包括螺纹开口448，螺纹开口448从基部440的外圆柱形表面横向地或径向地延伸到中心开口447。设定螺钉469穿过螺纹开口448延伸到中心开口447，以将瓣膜模具407固定到马达209。设定螺钉469类似于前面参考图3描述的设定螺钉269，并不意味着限制，并且可以利用其它方式将瓣膜模具407固定到马达209。

瓣膜模具407已经具体参考可分离节段442进行了描述。然而，本文所述的瓣膜模具的特征或其它实施例例如瓣膜模具207、507可以与瓣膜模具407一起使用。例如，并且不作为限制，瓣膜模具407可以包括通道，例如相对于瓣膜模具207描述的通道244。此外，瓣膜模具407的部分可以如下面相对于瓣膜模具507所述被加热。

图3C图示了根据本文另一实施例的人工瓣膜模具507。人工瓣膜模具507类似于上述人工瓣膜模具207。因此，相对于所述实施例未具体描述的人工瓣膜模具507的细节如相对于人工瓣膜模具207和/或人工瓣膜模具407所描述。在人工瓣膜模具507中，人工瓣膜模具507的多个加热部分546A、546B、546C、546D、546E和546F(在本文中统称为“加热部分546”)被加热。人工瓣膜模具507的加热部分546被配置成熔化设置在其上的电纺人工瓣膜的对应的选定部分。人工瓣膜模具507的加热部分546的温度被精确地控制。例如，并且不作为限制，人工瓣膜模具507的加热部分546可以被加热到60℃至160℃范围内的温度。瓣膜模具507的区域可以被加热，其中希望使沉积在其上的电纺纤维结晶以提高强度，但不使瓣膜模具507的区域结晶，其中希望使沉积在其上的电纺纤维保持其多孔微纤维以在电纺人工瓣膜展开时促进组织向内生长。因此，在图3C所示的一个特定实施例中，人工瓣膜模具507的加热部分546对应于形成在人工瓣膜模具507上的电纺人工瓣膜的自由边缘和接合处。瓣膜模具507的加热部分546A、546B、546C是形成电纺人工瓣膜的小叶的自由边缘的区域，并且加热部分546D、546E、546F是瓣膜模具507的形成电纺人工瓣膜的接合处的区域。人工瓣膜的自由边缘和接合处在使用期间承受高应力，使得在这些区域中增加的强度将是理想的，而小叶的主体将不结晶以保持电纺纤维的多孔微纤维结构。然而，这并不意味着限制，并且人工瓣膜模具507的其它区域可以以任何组合被加热。

在非限制性实例中，人工瓣膜模具507的加热部分546在人工瓣膜模具507以高速旋转时经由来自马达209(在图2中可见)的热传导而被精确和可控地加热。在用于控制来自马达209的热量的非限制性实例中，人工瓣膜模具507可以使用绝缘材料和导电材料的组合来形成。因此，在使用时，人工瓣膜模具507的导电区域由于来自马达209的热量而变热，而人工瓣膜模具507的绝缘区域保持冷却。在另一个非限制性实例中，目标加热元件可以联接至人工瓣膜模具507的加热部分546以加热加热部分546，而没有加热元件的区域将不被加热。或者，人工瓣膜模具507的加热部分546可以通过其它方法加热，包括但不限于对流、辐射或适合于本文所述目的的任何其它方法。

图3C的人工瓣膜模具507已经相对于加热部分546进行了描述。因此，人工瓣膜模具507的未描述的部分可以包括来自人工瓣膜模具207或人工瓣膜模具407的实施例的特征和替代方案。例如，并且不作为限制，人工瓣膜模具507可以包括如相对于人工瓣膜模具407所述的可分离部分。此外，本文所述的人工瓣膜模具中的任何一个可以包括如相对于人工瓣膜模具507所述的加热部分。

人工瓣膜模具207、407、507被配置成可旋转和角度可调节。为方便起见，当描述人工瓣膜模具与系统201的其它部件的相互作用时，将参考人工瓣膜模具207。然而，此类参考并不意味着限制，使得瓣膜模具207、407、507中的任何一个可以与系统201一起使用。在图2至图4的实施例中，人工瓣膜模具207可经由马达209旋转，并且可经由托架211调节角度，如下所述。人工瓣膜模具207进一步被配置成用作导电衬底，来自电纺组合件205的多个电纺纤维263被收集到所述导电衬底上，如下所述。在实施例中，人工瓣膜模具207是金属的并且由诸如但不限于不锈钢、铝、钴铬和钛的材料形成。人工瓣膜模具207可以通过诸如但不限于3D打印、铸造、机加工或任何其它合适的方法的方法形成。

图4示出了系统203的马达209，马达209包括第一端221、与第一端221相对的第二端223和外表面225。马达209的第一端221联接至人工瓣膜模具207的第二端217。马达209被配置成旋转人工瓣膜模具207，以允许来自电纺组合件205的电纺纤维263到人工瓣膜模具207的外表面219上的所需沉积和分布。马达209可以是适合于本文所述目的的任何设计，并且能够以所需的旋转速度例如并且不作为限制以在每分钟转数(RPM)为0至1,000的范围内的速度旋转联接的人工瓣膜模具207。在一实施例中，马达209可以是使用可编程步进马达放大器精确控制的步进马达。或者，在另一实施例中，马达209可以是使用传感器和伺服控制器控制的伺服马达。

马达209可以包括在外表面225上的绝缘材料227，如图4所示。绝缘材料227被配置成最小化由马达209产生的电场的影响，所述影响可能干扰在图1的方法中电纺纤维263到人工瓣膜模具207上的沉积。绝缘材料227的非限制性实例包括橡胶、纸、聚氯乙烯、清漆、硅酮和树脂。绝缘材料227可以通过诸如但不限于粘合剂、机械联接或任何其它合适的联接方法的方法联接至马达209的外表面225。

托架211包括第一部分229和第二部分231，如图4所图示。第一部分229包括第一端233和第二端235，第一端233联接至马达209的第二端223，第二端235在枢转接头241处可枢转地联接至第二部分231的第一端237。第二部分231进一步包括第二端239，第二端239联接至基部213。托架211被配置成使得第一部分能够相对于第二部分231进行角度调节，从而能够将马达209和旋转的人工瓣膜模具207调节到角度θ，以在如下所述的电纺工艺中将电纺纤维263均匀地分布到旋转的人工瓣膜模具207上。托架211包括第一或解锁配置以及第二或锁定配置，在第一或解锁配置中的角度θ可以被调节，在第二或锁定配置中的角度θ是静止的、固定的或锁定的。因此，当托架211处于解锁配置时，第一部分229可围绕枢转接头241枢转，并且相对于第二部分231移动或枢转。当托架211处于锁定配置时，第一部分229不能围绕枢转接头241枢转，并且不能相对于第二部分231移动或枢转。因此，枢转接头241可经由锁定机构243锁定，使得托架211可以在解锁配置和锁定配置之间转变。各种类型的锁定机构243可以用在枢转点241处，锁定机构243的非限制性实例包括螺旋或螺纹螺钉、凸轮锁或任何其它合适的锁定机构。在非限制性实例中，当托架211处于第一配置时，第一部分229可围绕枢转点241枢转，使得第一部分229的角度θ，并且更精确地是人工瓣膜模具207的第一纵向轴线LA1可以相对于延伸穿过枢转点241并平行于收集基部213的第二纵向轴线LA2在0°至180°的范围内调节，如图4所图示。

虽然在图2和图4中以特定形状图示了托架211，但这是作为实例而且并非限制。托架211以及第一部分229和第二部分231的形状可以是允许如前所述调节角度θ的任何合适的设计。此外，托架211可以由诸如但不限于铝、不锈钢或塑料的任何合适的材料形成。

如图4的实施例所图示，收集组合件203进一步包括基部213。基部213被配置成提供稳定的平台，托架211的第二部分231的第二端239联接至所述平台上，并且因此马达209和人工瓣膜模具207有效地安装至所述平台。在一实施例中，托架211可以以相对于三个平面X1、Y1和Z1的各种取向和位置安装至基部213，以使得人工瓣膜模具207能够相对于电纺组合件205进行所需的定位。人工瓣膜模具207的适当定位和操纵使得多个电纺纤维263能够均匀地分布或沉积到人工瓣膜模具207上。托架211的第二部分231可以通过诸如但不限于粘合剂、螺钉、机械联接或适合于本文所述目的的任何其它方法的方法联接至基部213的第一表面245。基部213可以由任何合适的材料形成，基部213的材料的非限制性实例包括塑料、铝和木材。在实施例中，基部213可以是具有用于将托架211安装在不同位置处的多个开口的试验板，如本领域技术人员所理解的。在另一实施例中，基部213可以是可移动的XYZ工作台。虽然在图2中以矩形和平面形状图示了基部213，但这是作为实例而且并非限制。基部213可以具有其它形状，包括但不限于圆形形状、椭圆形状或任何其它合适的形状。

再参考图2，现在将描述电纺组合件205。电纺组合件205是适合于本文所述目的的简化的示范性实施例。电纺组合件205包括针头247、注射器249、聚合物溶液251、注射器泵253和电源255。针头247包括第一端257和第二端259。针头247的第二端259联接至注射器249的第一端261。聚合物溶液251设置在注射器249和针头247内。在实施例中，聚合物溶液251包括聚合物和溶剂。聚合物可以是任何合适的聚合物，例如但不限于聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLLA)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚氨酯(PU)、诸如聚乳酸-聚己内酯-聚乳酸(PLLA-PCL-PLLA)的嵌段共聚物，以及诸如聚己内酯/聚乳酸(PCL/PLLA)的聚合物共混物。溶剂可以是任何合适的溶剂，溶剂的非限制性实例包括氯仿、二甲基甲酰胺(DMF)和乙酸。在非限制性实例中，聚合物溶液251为15％重量的聚合物。注射器泵255被配置成可控制地从针头247的第一端257释放聚合物溶液251。虽然电纺工艺被描述为利用聚合物溶液251，聚合物溶液251是聚合物和溶剂的组合，但这是作为实例而且并非限制。在替代实施例中，电纺工艺可以包括熔融纺丝，其中聚合物在从针头247喷射之前被加热至液态。电源255经由第一连接265电联接至针头247，并且进一步经由第二连接267电联接至收集组合件203的人工瓣膜模具205。在实施例中，电源255被配置成向针头247供应第一电力以对从针头247分配的聚合物溶液251充电。电源255进一步被配置成在人工瓣膜模具205上施加第二电力。第一电力和第二电力可以各自被选择为控制聚合物溶液251对瓣膜模具205的吸引，从而优化电纺纤维263在其上的均匀分布，如下所述。例如，并且不作为限制，针头247上的第一电力可以是-10kV，并且人工瓣膜模具205上的第二电力可以是0kv或接地的。第一连接265和第二连接267可以是适合于本文所述目的的任何电导体。例如，并且不作为限制，第一连接265和第二连接267中的每一个可以是铜线。虽然第二连接267被示出为设置在收集组合件203的外部，但是应当理解，第二连接267可以设置在收集组合件203的部分内。

现在将参考图2描述系统201生成多个电纺纤维263的操作。注射器泵253控制从针头247的第一端259释放聚合物溶液251。电源255感应在针头247的第一端257处的聚合物溶液251上的电荷。当感应电荷克服聚合物溶液251在针头247的第一端257处的表面张力时，聚合物溶液251的射流或流被喷射。聚合物溶液251的射流通过由电源255产生的电场的加速导致聚合物溶液251的射流伸长和变薄。由电源255产生的电场进一步使聚合物溶液251的溶剂蒸发，从而产生多个电纺纤维263。

图5至图13图示了根据本文实施例的制造电纺人工瓣膜的方法的步骤。如上所述，参考瓣膜模具207仅仅是为了方便，并不意味着限制。本文所述的瓣膜模具中的任何一个都可以用于所述方法中。在第一步骤102中，使用系统，例如图2的系统201，系统201包括电纺组合件205和收集组合件203。收集组合件203包括可旋转且角度可调节的人工瓣膜模具207。在图5、图6、图8和图10中，仅图示了电纺组合件205的针头247，为清楚起见省略了电纺组合件205的其余部分。

参考图5，在下一步骤104中，人工瓣膜模具207相对于电纺组合件205定位在所需的位置和角度处。更具体地，如下所述，将人工瓣膜模具207调节到第一角度θ1并且将其定位在基部213上的所需位置处，以使第一多个电纺纤维263A能够均匀分布到收集组合件203的人工瓣膜模具207上。人工瓣膜模具207的第一角度θ1的调节通过操纵锁定机构243以将托架211从第二或锁定配置转变到第一或解锁配置来实现。当托架211处于解锁配置时，人工瓣膜模具207、马达209和托架211的第一部分229围绕枢转接头241枢转，以将人工瓣膜模具207定位在第一角度θ1处。当人工瓣膜模具207处于第一角度θ1时，操纵锁定机构243以将托架211从解锁配置转变到锁定配置。

在下一步骤106中，当人工瓣膜模具207处于所需位置和第一角度θ1时，接合马达209以在由图5中的箭头582所图示的第一方向上旋转人工瓣膜模具207。人工瓣膜模具207以第一旋转速度RV1旋转。选择第一旋转速度RV1以允许第一多个电纺纤维263A均匀地分布到人工瓣膜模具207的外表面219上。

如图6所图示，当人工瓣膜模具207根据需要定位和旋转时，在下一步骤108中，电纺组合件205被接合以将第一多个电纺纤维263A沉积到人工瓣膜模具207上。第一多个电纺纤维263A形成电纺人工瓣膜350的第一层376。更具体地，电纺组合件205从针头247产生聚合物溶液251的电荷射流。如先前相对于图2的系统201所述，聚合物溶液251的带电射流伸长以形成第一多个电纺纤维263A，第一多个电纺纤维263A沉积、分布或收集在旋转的人工瓣膜模具207的外表面219上。换句话说，第一多个电纺纤维263A以均匀分布的方式收集在人工瓣膜模具207上，以形成第一层376，如图7中最佳地图示。电纺人工瓣膜350的第一层376也可以称为瓣膜层或小叶层。

随着第一层376沉积在人工瓣膜模具207上，在下一步骤110中，将收集组合件203的马达209脱离接合，从而停止人工瓣膜模具207和收集在其上的第一层376的旋转。

在图8所图示的下一步骤112中，将框架378定位在第一层376的外圆周表面396上。换句话说，框架378在第一层376上滑动或滑移，使得第一层376设置在框架378的管腔382内。框架378通常为管状结构，并且包括管腔382，管腔382从第一或流入端386延伸到第二或流出端384。框架378的管腔382被配置成并且尺寸被设定成容纳电纺人工瓣膜350的第一层376。在实施例中，框架378进一步包括多个单元388，多个单元388由多个支柱390形成，例如如图9所示。在实施例中，框架378自膨胀以从径向压缩配置返回到径向膨胀配置。框架378可以由多种材料形成，包括但不限于不锈钢、镍钛合金(例如，NITINOL)或其它合适的材料。本文所用的“自膨胀”是指具有恢复到径向膨胀配置的机械记忆的结构。可以使用本领域中理解的技术将机械记忆赋予形成378的结构。虽然示出的框架378具有多个相等尺寸的单元388，但这是作为实例而且并非限制。在替代实施例中，框架378的单元388可以具有多种尺寸并且可以以任何合适的图案分布。

接下来参考图10，在框架378围绕第一层376适当地定位的情况下，在下一步骤114中，人工瓣膜模具207再次定位在相对于电纺组合件205的所需位置和角度处。更具体地，如下所述，将人工瓣膜模具207调节到第二角度θ2，并且将托架211定位在基部213上的所需位置和取向处，以使得第二多个电纺纤维263B能够均匀地分布。人工瓣膜模具207的第二角度θ2的调节如先前相对于步骤104所述的那样实现。在本文的实施例中，第二角度θ2可以与第一角度θ1相同，或者可以是不同的角度。角度θ1和θ2被设定为使得第一层376和第二层380能够均匀地分布到人工瓣膜模具207上。

当将人工瓣膜模具207调节到第二角度θ2时，在下一步骤118中，接合马达209以使包括第一层376和框架378的人工瓣膜模具207在由箭头582所图示的第一方向上以第二旋转速度RV2旋转。如先前参考步骤106和图5所述，选择第二旋转速度RV2以使得第二多个电纺纤维263B能够均匀地分布。虽然步骤118被描述为在第一方向上旋转人工瓣膜模具207，但这是作为实例而且并非限制。应当理解，步骤118可以可选地在与第一方向相反的第二方向上旋转人工瓣膜模具207。此外，虽然本文所述的方法100具有第一旋转速度RV1和第二旋转速度RV2，但是第一旋转速度和第二旋转速度可以是相等的速度，或者它们可以各自是不同的速度。

在包括第一层376和框架378的人工瓣膜模具207根据需要定位和旋转的情况下，在下一步骤120中，使电纺组合件205接合。如先前在步骤108中相对于第一层376所述，电纺组合件205的接合形成第二多个电纺纤维263B，第二多个电纺纤维263B沉积在第一层376的外表面392和框架378的外表面394上以形成电纺人工瓣膜350的第二层380。第二层380也可以称为裙部或抗PVL(抗瓣膜旁渗漏)层。第二层380可以沿着人工瓣膜350的长度具有均匀的直径(图11A)，或者可以被限定为相对于第二层380′的其它区域厚度增加的区域383(图11B)。厚度增加的区域或抗PVL层383可以根据需要定位在沿着第二层380′的任何区域处。人工瓣膜350′在其它方面与人工瓣膜350相同并且以相同的方式制造。在一个实例中，层383的孔尺寸在2至20μm的范围内，这被认为导致层383不允许血液流过层383，因为大多数血细胞约为10微米。可以想象，一些血液可能通过，但是由于活性凝血，这将仅发生大约1至30分钟，这对于大多数经导管的人工瓣膜通常是容许的。

抗PVL层383可以被纺制以具有各种配置。图11C描绘了人工瓣膜450，人工瓣膜450包括替代第二层480，替代第二层480具有厚度增加的层或区域483，厚度增加的层或区域483具有包括一个或多个脊485的波纹配置。图11D描绘了人工瓣膜550，人工瓣膜550包括替代第二层580，替代第二层580具有厚度增加的层或区域483，厚度增加的层或区域483具有降落伞配置。图11E描绘了人工瓣膜650，人工瓣膜650包括替代第二层680，替代第二层680具有厚度增加的层或区域683，厚度增加的层或区域683具有蓬松配置，其中多个区段685相对于支架框架的单元向外延伸。应当注意，人工瓣膜450、550、650可以以其它方式类似地配置，并且以本文所公开的相对于其它实施例的方式中的任何一个制造。

例如，层383可以被纺制成包括多个褶或者可以是例如降落伞式层。在一些实施例中，厚度增加的层383由与人工瓣膜350的其它电纺组件(例如，第二层380)相同的材料制成。或者，厚度增加的层383可以由不同的材料制成。厚度增加的层383可以由可生物降解的材料制成，例如聚己内酯或聚乳酸(PLLA)或它们的共聚物。层383也可以由生物稳定的聚合物制成，例如聚氨酯等。具有抗PVL层383的人工瓣膜的一个优点是抗PVL层383可以直接电纺在框架378的外表面上，而不必使用单调乏味的缝合工艺。电纺抗PVL层383的另一个优点是层383的微孔结构，这将促进层383周围的组织生长以提供永久和持久的密封。

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在第二层380形成在第一层376和框架378上的情况下，在下一步骤126中，将收集组合件203的马达209脱离接合，以停止人工瓣膜模具207的旋转。在方法100中的这一点处，在步骤128中可以将电纺人工瓣膜350从瓣膜模具207移除。如上所述，瓣膜模具407与可分离节段442和模具基部440一起使用使得所述步骤更容易。然而，也可以使用不可分离的瓣膜模具207和507。在方法100中的所述步骤处，第二层380设置在框架378和第一层376上，并且框架378设置在电纺人工瓣膜350的第一层376上，或者更准确地说是周向围绕电纺人工瓣膜350的第一层376，如图11A所图示。

在方法100中的这一点处，电纺人工瓣膜350可以进行到进一步加工电纺人工瓣膜350的步骤134，这将在下面更详细地描述。然而，在方法100的一些实施例中，可能希望确保第一层376和第二层378彼此充分粘合并且充分粘合到框架378，使得不发生层的分层。因此，任选地，可以执行第一层376和第二层378以及框架378的进一步粘结。

图12图示了在方法100的实施例中的任选步骤130的特定实施例，以进一步联接、粘结或粘合第一层376和第二层380以及框架378。在图12所示的步骤130的实施例中，用感应加热器1295加热框架378。如本文所用，“感应加热器”用于描述一种系统，所述系统被配置成通过涡流通过物体中产生的热量的磁感应来加热导电物体(即框架378)。更具体地，包括第一层376、框架378和第二层380的电纺人工瓣膜350被放置在磁场1297内，磁场1297由感应加热器1295的线圈1298产生。感应加热器1295将框架378加热到所需温度，以允许第一层376和第二层380分别在邻近框架378的支柱390的区域中熔化。控制感应加热器1295以将框架378加热到正好高于第一层376和第二层380的熔点的温度。例如，并且不作为限制，框架378被加热到60℃至160℃范围内的温度。当框架378被加热到高于第一层376和第二层380的熔化温度的温度时，第一层376和第二层380在邻近框架378的支柱390处熔化或流动。

当第一层376和第二层380在邻近框架378的支柱390处已经熔化时，在下一步骤132中，关闭感应加热器1295，并且将第一层376、框架378和第二层380从感应加热器1295移除。一旦从感应加热器1295移除，框架378冷却，并且第一层376和第二层380在邻近框架378的支柱390处的熔化部分冷却并凝固，以进一步将第一层376和第二层380彼此粘结并且围绕框架378的支柱390粘结。第一层376和第二层380的联接提供了第一层376和第二层380之间的改进的层间强度。改进的层间强度防止了电纺人工瓣膜350的第一层376和第二层380的分层。因为感应加热加热框架378的支柱390，所以在单元中与支柱390隔开的第一层376和第二层380的区域不熔化。因此，邻近框架378的支柱390的有限熔化区域不会牺牲促进组织原位向内生长的第一层376和第二层380的整体多孔结构。

尽管本文已经描述了感应加热器1295以用热的方法改进第一层376和第二层380之间的粘合，但是在替代实施例中，可以使用其它热源来改进第一层376和第二层380之间的粘合。例如，并且不作为限制，可以使用激光器或其它合适的热装置。此外，可以在框架378上使用联接或粘合促进剂以促进第一层376和/或第二层380与框架378的联接并防止分层。在一个实例中，粘合促进剂是气相沉积聚(对亚二甲苯基)(“聚对二甲苯”)聚合物。聚对二甲苯被气相沉积以共价粘结至框架。然后其它聚合物或分子可以共价粘结至聚对二甲苯粘合促进剂。以这种方式，粘合促进剂形成了用于将功能材料粘合到金属框架的桥。相信聚对二甲苯粘合促进剂提供了对框架的更强、更牢固的粘合。

在下一步骤134中，执行进一步的加工以完成电纺人工瓣膜350。例如，并且不作为限制，进一步的加工可以包括但不限于去除多余的材料，例如基部部分381(图11A所示)和分离小叶358、360、362。在实施例中，激光切割器(未示出)可以用于去除多余的材料以及分离小叶358、360、362。在瓣膜模具207包括上述通道244的特定实施例中，激光或其它切割器可以沿着形成在人工瓣膜350中的对应通道切割以将小叶358、360、362彼此分离。

最终的电纺人工瓣膜350在图13中示出。电纺人工瓣膜350包括流入端352、与流入端352相对的流出端354，以及从流入端352延伸到流出端354的管腔356。电纺人工瓣膜350进一步包括用于输送的径向收缩配置，以及如图13所示的当展开时的径向膨胀配置。在实施例中，人工瓣膜350被配置为人工心脏瓣膜，所述人工心脏瓣膜被配置成替换受损或患病的天然心脏瓣膜。在实施例中，人工瓣膜350自膨胀以从径向压缩配置返回到径向膨胀配置。在图13的实施例中，三(3)个小叶358、360和362邻近电纺人工瓣膜350的流出端354形成。邻接的小叶对在它们的侧端处彼此附接以形成接合处364、366、368，其中小叶的自由边缘370、372、374形成接合边缘。小叶358、360、362被配置成允许在一个方向上从流入端352到流出端354的流动，以调节通过电纺人工瓣膜350的管腔356的流动。虽然电纺人工瓣膜350已经被描述为自膨胀，但是替代地，电纺人工瓣膜350可以是球囊可膨胀的。

如上所述，电纺人工瓣膜350包括第一或瓣膜层376、第二或裙部层380，以及设置在第一层376和第二层380之间的框架378。第二层380被配置成用作瓣膜旁渗漏(PVL)裙部，当电纺人工瓣膜350处于径向膨胀配置并且在所需处理位置处展开时，允许与周围组织紧密密封。使用第二层380作为瓣膜旁渗漏(PVL)裙部减少或消除了将瓣膜层376缝合到框架378的需要。

虽然电纺人工瓣膜350在本文中被描述并且在图13中被图示为具有第一层376、第二层380和框架378，并且进一步具有设置在第一层376和第二层380之间的框架378，但这是作为实例而且并非限制。在本文的替代实施例中，电纺人工瓣膜350可以包括以任何组合的第一层376、框架378和/或第二层380，并且可以包括更多或更少的层。此外，虽然电纺人工瓣膜350在本文中被描述为具有三(3)个小叶358、360、362，但这也是作为实例而且并非限制，并且更多或更少的小叶可以用本文所述的电纺人工瓣膜的实施例来形成。

图14是示出了根据本文另一实施例的用于制造医疗装置例如电纺人工瓣膜1550的方法1400的流程图。方法1400类似于图1的方法100，除了将电纺人工瓣膜1550的第一层1876联接至第二层1880的步骤不同。因此，图14的方法1400的步骤1402、1404、1406、1408、1410、1412和1414类似于先前相对于图1的方法100描述的步骤102、104、106、108、110、112和114。因此，这里将不重复方法1400的步骤1402、1404、1406、1408、1410、1412和1414的详细描述，并且上面关于方法100和电纺人工瓣膜350的描述适用于并结合到方法1400和电纺人工瓣膜1850。因此，电纺人工瓣膜1550包括第一或瓣膜层1576、第二或裙部层1580，以及设置在第一层1576和第二层1580之间的框架1578。上面参考图1至图13描述的各种细节和替代方案同样适用于方法1400和电纺人工瓣膜1550。

因此，在框架1578已经围绕第一层1576在步骤1412结束时适当地定位并且已经设定了第二角度θ2之后，在下一步骤1416中，将粘结溶剂1599(和/或本文所公开的其它粘合促进剂)施加至第一层1576的外表面1592和框架1578的外表面1594，步骤1416的图示实例在图15中图示。粘结溶剂1599被配置成控制或增加第一层1576的粘性，以在第二层1580(在图16中图示)如下所述被收集或分布在其上时将第二层1580联接、粘结或粘合到第一层1576。换句话说，粘结溶剂1599被配置成增加第一层1576和第二层1580之间的粘合性。更具体地，施加粘结溶剂1599润湿并由此增加第一层1576的粘性，使得当在其上分布或收集第二层1580时，第二层1580和第一层1576可以流动，由此在整个第一层1576和第二层1580上彼此联接。粘结溶剂1599可以是任何合适的溶剂，包括但不限于氯仿、二甲基甲酰胺(DMF)或乙酸。粘结溶剂1599可以与聚合物溶液251中使用的溶剂相同，或者可以具有比聚合物溶液251中使用的溶剂更低的挥发性。此外，粘结溶剂1599可以是聚合物溶液251的稀释的低粘度配方，以进一步促进第一层1576和第二层1580之间的粘合，如下所述。例如，并且不作为限制，粘结溶剂1599可以是2％重量的聚合物。或者，可以使用粘合剂例如但不限于氰基丙烯酸辛酯(OCA)或液体硅酮来代替粘结溶剂1599。

可以通过各种技术将粘结溶剂1599施加至第一层1576的外表面1592和框架1578的外表面1594，这些技术的非限制性实例包括雾化器、喷枪、声波喷雾器、蒸气活化、电喷雾或任何其它合适的施加技术。在图15的实施例中，用声波喷雾器1589将粘结溶剂1599喷涂到第一层1576和框架1578上。本文所用的“声波喷雾器”旨在描述一种喷涂工艺，其中利用超声传感器将精确量的材料(即粘结溶剂1599)喷涂到第一层1576和框架1578上以控制第一层1576的粘性。或者，粘结溶剂1599可以仅施加至第一层1594的外表面1592。

当粘结溶剂1599已经分布到第一层1576和框架1578上时，在下一步骤1418中接合马达209。马达209使包括第一层1576和框架1578的人工瓣膜模具207在由图16中的箭头1682所图示的第一方向上以所需的第二旋转速度RV2旋转。选择第二旋转速度RV2以使得第二多个电纺纤维263B能够均匀地分布到第一层1576的外表面1592和框架1578的外表面1594上，如先前参考步骤106和图6所述。

在图16所图示的下一步骤1420中，在包括第一层1576和框架1578的人工瓣膜模具207根据需要定位和旋转的情况下，接合电纺组合件205，并且将第二层1580收集并分别分布在第一层1576和框架1578的旋转的外表面1592、1594上。当第二层1580分布到第一层1576上时，第一层1576的粘性允许第二层1580流动并与第一层1576联接。

在第二层1580分布到第一层1576和框架1578上的情况下，在下一步骤1426中，将收集组合件203的马达209脱离接合，步骤1426、1428和1434类似于上面参考图1描述的步骤126、128和134。因此，本文将不重复这些细节和变化，并且将其结合到图14的方法中。在步骤1428之后和步骤1434之前的电纺人工瓣膜1450在图16中示出。在步骤1434之后的电纺人工瓣膜1450在图17中示出。可以看出，至少电纺人工瓣膜1450的小叶已经被分离，如上面相对于方法100的步骤134所述。

图19是示出了图21的用于制造医疗装置例如电纺人工瓣膜2050的方法1900的流程图。图19的方法1900的步骤1902、1904、1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918、1920、1926、1928和1934类似于先前相对于图14的方法1400描述的步骤1402、1404、1406、1408、1410、1412、1414、1416、1418、1420、1426、1428和1434。因此，这里将不重复步骤1902、1904、1906、1908、1910、1912、1914、1916、1918、1920、1926、1928和1934的详细描述。因此，电纺人工瓣膜2050在电纺工艺中形成，并且然后在步骤1934中加工。然而，图19的方法1900包括附加步骤1922和1924，以提高电纺人工瓣膜2050的选定部分2083的结构强度。

拾取步骤1920之后，在下一步骤1922中，在第二层2080设置在电纺人工瓣膜2050的框架2078和第一层2076上的情况下，加热人工瓣膜模具507(图3C)的加热部分546(图3C)，以熔化第一层2076和第二层2080的对应的选定部分2083A、2083B、2083C、2083D、2083E和2083F(在本文中统称为“选定部分2083”)。精确地控制人工瓣膜模具507的第一部分546的温度，以仅熔化选定部分2083中的第一层2076和第二层2080。一旦熔化，在下一步骤1924中，人工瓣膜模具507的第一部分246被冷却以结晶电纺人工瓣膜2050的选定部分2083，从而提高电纺人工瓣膜2050在结晶的选定部分2083中的强度。尽管上述步骤1922和1924是在第二层2080沉积在第一层2076和框架2078上之后发生的，但是步骤1922可以与将第二层2080沉积在第一层2076和框架2078上的步骤1920同时执行。因此，当正在沉积第二层2080时，瓣膜模具507的加热部分546使第一层2076和第二层2080结晶以提高这些区域的强度。然后执行步骤1926、1928和1934以形成图20(在步骤1934之前)和图21(在步骤1934之后)所示的电纺人工瓣膜2050。

在图21的电纺人工瓣膜2050的实施例中，小叶2058、2060和2062的自由边缘2070、2072、2074和对应的接合处2064、2066、2068被加热并结晶。因此，结晶的自由边缘2170、2172、2174和对应的接合处2164、2166、2168表现出改进的强度。然而，结晶降低了在结晶区域中的电纺人工瓣膜2050的电纺纤维263的多孔性，这不利地影响组织向内生长。虽然希望在整个人工瓣膜2050上保持电纺纤维的多孔性以促进组织向内生长，但是可以牺牲电纺人工瓣膜2050的有限部分以改善电纺人工瓣膜2050的整体机械性能以确保生理生存力。换句话说，电纺人工瓣膜2050的选定部分可以被熔化，并且然后被结晶，以在所需的位置处提供改进的结构强度，同时使电纺人工瓣膜2050的促进组织原位向内生长的整个多孔结构的损失最小化。

尽管步骤1922、1924已经被描述为提高电纺人工瓣膜2150的小叶2058、2060、2062的结晶的自由边缘2070、2072、2074和接合处2064、2066、2068的强度，但这也是作为实例而且并非限制，并且在替代实施例中，可以以任何组合选择性地熔化和结晶电纺人工瓣膜2050的其它部分。

虽然上面已经描述了根据本公开的各种实施例，但是应当理解，它们仅作为图示和实例而且并非限制来呈现。相关领域的技术人员将清楚，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本公开的广度和范围不应受任何上述示范性实施例的限制，而仅应根据所附权利要求及其等同物来限定。还应当理解，本文讨论的每个实施例的每个特征以及本文引用的每个参考的每个特征可以与任何其它实施例的特征组合使用。