고분자 재료 및 관상동맥 혈관성형술 장치

작성자: ERG Polymers LLC의 Eric R. George 박사

심혈관 질환은 전 세계적으로 연간 1,500만 명 이상의 사망을 초래합니다.1 관상동맥이나 말초동맥과 같은 혈관이 폐색되면 심장으로 가는 혈액의 흐름이 방해되어 심장마비(심근경색)를 일으키고 종종 사망에 이르게 됩니다. 좁아지거나 막힌 동맥을 넓히는 데 사용되는 최소 침습 혈관내 시술인 경피적 경피적 관상동맥성형술(PTCA)은 고분자 재료를 통해 다양한 방법으로 가능해졌습니다.

이 시리즈의 첫 번째 기사인 "의료 기기용 고분자 재료 소개"에서는 고분자 화학, 의료 기기에 사용하기 위한 주요 요구 사항, 의료 기기에서 고분자의 성공적인 활용을 위한 응용 환경에 대해 논의했습니다.

이 기사에서는 풍선 혈관성형술이라고도 알려진 PTCA에 중점을 둘 것입니다(이 절차의 전체 역사는 참고문헌 2~4 참조). PTCA는 1800년대 후반에 심혈관계 X-선 영상 촬영으로 가능해졌습니다.2 결국 오늘날의 현대적인 절차로 이어진 최초의 실험적 증거는 1964년 Dotter에 의해 관찰되었습니다. 장골 병변을 통과하는 진단 카테터가 동맥 플라크를 압축하여 동맥 경화증을 유발한다는 것입니다. 더 큰 동맥 내강. 1974년에 Gruentzig는 혈관 협착증의 확장을 위한 최초의 이중 풍선 카테터를 개발했습니다.3

고분자 물리학과 기계 공학 원리는 풍선 카테터 확장을 이해하는 데 크게 기여할 수 있습니다. 가이드 와이어, 가이드 및 풍선 카테터, 스텐트의 최적화는 계속해서 성공률 향상에 기여하고 있습니다. 모양, 크기, 강성, 유연성, 내부 및 외부 윤활성은 중요한 성공 요인입니다. 이 기사에서는 전자 지원 카테터 및 스텐트, 생체흡수성 및 3D 프린팅 스텐트와 같은 미래 지향적인 응용 분야와 다양한 구성 요소의 제어된 약물 방출에 대해 논의합니다.

가이드 와이어(GW), 가이드 카테터(GC), 풍선 카테터, 스텐트 및 약물 전달에서 폴리머의 역할을 순서대로 논의합니다. 여기 이미지에는 가이드 와이어와 풍선 카테터가 있습니다.

이미지 제공: Zeus.5

GW는 동맥 내강에 삽입되는 첫 번째 구성 요소이며 일반적으로 불소 중합체 및 실리콘과 같은 윤활성 저마찰 중합체로 코팅된 금속 와이어입니다.

PTCA의 GC는 일반적으로 대퇴 동맥에 삽입되도록 설계되었으며 관상 동맥 내강을 통과하는 데 필요한 모든 요구 사항을 갖추고 있습니다. 풍선 카테터와 스텐트는 GC를 통해 전달됩니다. 요구 사항에는 다층 복합재로서의 기능성, 생체 적합성, 내부 및 표면의 낮은 마찰/윤활성, 내부의 다른 구성 요소 전달을 위한 기계적 강인함 등이 포함됩니다. 여기 사진은 일반적인 가이드 카테터의 3층 구조입니다: 내부(회색) PTFE, 철망, 외부 재킷(파란색).

이미지 제공: Zeus.5

GC의 내부 윤활성은 먼저 GW를 통한 기능 전달을 포함합니다. 윤활성은 양면 상호작용의 함수입니다. 많은 GC 내부 루멘은 마찰이 가장 낮은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 만들어지지만, 주어진 GC 내부 루멘 표면에 적절하고 기능적인 윤활성을 갖도록 GW 폴리머 코팅(불소중합체, 폴리올레핀, 폴리아미드, 실리콘 등)을 맞춤화할 수 있습니다. . 내부 레이어는 PTFE 라이너로 계속 성공할 것이지만 폴리올레핀 및 기타 폴리머(PTFE와의 공중합체 포함)는 PTFE에 비해 우수한 기계적 특성과 함께 낮은 마찰을 나타낼 수 있습니다. 풍선 카테터와 스텐트가 장착된 풍선 카테터의 전달에도 유사한 논의가 적용될 수 있습니다.

GC는 동맥 내강을 더욱 효과적으로 통과하기 위해 근위부와 원위부에서 더 단단해집니다. 이는 유연성 구배를 갖는 GC를 통해 달성될 수 있습니다. 외부 레이어의 경우 폴리에테르 블록 아미드(PEBA) 및 올레핀 기반 TPE와 같은 열가소성 엘라스토머(TPE)를 다양한 모듈러스, 강도 및 표면 특성으로 가공하여 이러한 기능적 구배를 달성할 수 있습니다. 근위 말단의 경우 첫 번째 기사에서 논의한 엔지니어링 열가소성 수지와 같은 더 견고한 단독 중합체를 선택할 수 있습니다. 중간 메쉬는 소재뿐만 아니라 다양한 디자인이 가능합니다. 금속 메쉬는 기능적이며 스테인레스 스틸과 니켈 티타늄으로 큰 성공을 거두었습니다. Kevlar 섬유는 메쉬를 위한 견고한 옵션임이 입증되었습니다.