カテーテルおよびその製造方法
【課題】柔軟性および操作性に優れたカテーテルの先端部位を開発する。
【解決手段】カテーテル１０は、３次元の網目構造を有するポリマーファイバーからなる中空管１２で構成され、中空管１２は、ヤング率および内径が一定であり、先端（遠位）１３になるほど外径が細くなり、壁厚が薄くなる構造を有する。
【解決手段】カテーテル１０は、３次元の網目構造を有するポリマーファイバーからなる中空管１２で構成され、中空管１２は、ヤング率および内径が一定であり、先端（遠位）１３になるほど外径が細くなり、壁厚が薄くなる構造を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管などに挿入して検査、治療に用いられる医療用のカテーテルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カテーテルと呼ばれる柔軟性を有する中空の管を経皮的に血管に通し、血管造影剤の注入や血栓の除去を行うカテーテル検査・治療が盛んになっている。特に、カテーテル治療は、従来の外科的手法に比べて、患者に与える身体的な負担が大幅に軽減されるとともに、経皮的血管内手術等において高い治療効果が認められていることから、今後より一層の発展が期待されている。
【０００３】
カテーテルは、血管のような複雑な経路を安全かつスムーズに通ることが要求される。カテーテルが複雑な経路を通過して、目的の部位に到達するためには、特に、カテーテルの先端部位の柔軟性および操作性の向上が重要となっている。
【０００４】
従来のカテーテルは、たとえば、特許文献１に示すように、金属メッシュなどの補強部材の周囲に高分子材料からなるチューブを被覆した構造を有する。
【特許文献１】特開２００２−２８２３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カテーテル検査・治療のさらなる高度化にともない、カテーテルをより複雑な形態の血管に挿入できるようにすることが求められており、カテーテル先端部位の柔軟性および操作性をより一層向上させることが急務となっている。また、柔軟性および操作性を備えたカテーテルの製造においては、所望の先端構造を有するカテーテルの設計および加工が容易であることが、製造コスト削減という点からも不可欠となっている。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、先端部位の柔軟性および操作性が向上したカテーテルの提供にある。また、本発明の他の目的は、先端部位の柔軟性および操作性が向上したカテーテルを容易に製造する方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、カテーテルである。当該カテーテルは、ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、中空管の内径が一定であり、中空管の外径が先端になるほど細くなっていることを特徴とする。上記態様において、中空管の外径が先端になるほど段階的に細くなっていてもよい。
【０００８】
この態様によれば、カテーテル先端部位の屈曲性が向上し、より複雑な形態の血管における操作性を高めることができる。
【０００９】
本発明の他の態様は、カテーテルである。当該カテーテルは、ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、中空管の内径および外径が先端になるほど細くなっていることを特徴とする。
【００１０】
この態様によれば、カテーテル先端部位の屈曲性が向上し、より複雑な形態の血管における操作性を高めることができる。
【００１１】
本発明のさらに他の態様は、カテーテルである。当該カテーテルは、ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、中空管のヤング率が先端になるほど小さくなっていることを特徴とする。この態様において、中空管のヤング率が先端になるほど段階的に小さくなっていてもよい。
【００１２】
この態様によれば、カテーテル先端部位の屈曲性が向上し、より複雑な形態の血管における操作性を高めることができる。
【００１３】
上述した各態様のカテーテルにおいて、ポリマーファイバーがエレクトロスピニングによって形成されていてもよい。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、カテーテルの製造方法である。当該カテーテルの製造方法は、ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一定の棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、射出口の軸上にあたるマンドレルの位置を、マンドレルの一方の端部を基点として段階的に短くしながら、エレクトロスピニングにより射出口から射出されたポリマーファイバーをマンドレルの周りに被覆させてポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とする。この態様によれば、柔軟性および操作性に優れたカテーテルの設計、加工を容易にし、カテーテル製造を簡便化することができる。
【００１５】
本発明のさらに他の態様は、カテーテルの製造方法である。当該カテーテルの製造方法は、ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一方の端部に向けて徐々に細くなっている棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、射出口の軸上にあたるマンドレルの位置を、マンドレルの一方の端部から他方の端部まで往復させながら、エレクトロスピニングにより射出口から射出されたポリマーファイバーをマンドレルの周りに被覆させてポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とする。この態様によれば、柔軟性および操作性に優れたカテーテルの設計、加工を容易にし、カテーテル製造を簡便化することができる。
【００１６】
本発明のさらに他の態様は、カテーテルの製造方法である。当該カテーテルの製造方法は、ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一定の棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、射出口の軸上にあたるマンドレルの位置を、マンドレルの一方の端部を基点とする領域から順にずらすとともに、各領域にエレクトロスピニングによって被覆されるポリマーファイバーのヤング率を段階的に増加あるいは減少させて、ポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とする。この態様によれば、柔軟性および操作性に優れたカテーテルの設計、加工を容易にし、カテーテル製造を簡便化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、カテーテルの先端部位の柔軟性および操作性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。本実施の形態のカテーテル１０は、３次元の網目構造を有するポリマーファイバーからなる中空管１２で構成されている。当該中空管１２は、ヤング率および内径が一定であり、先端（遠位）１３になるほど外径が細くなり、壁厚が薄くなる構造を有する。中空管１２の外径は、先端１３になるほど段階的に細くなってもよく、連続的に徐々に細くなっていてもよい。本実施の形態のカテーテルによれば、先端になるほど壁厚を薄くすることにより、先端１３になるほど柔軟性、屈曲性が高くなる。このため、より複雑な形態の血管における操作性が向上し、目的の部位にカテーテルを挿入することが容易となる。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。本実施の形態のカテーテル２０は、実施の形態１と同様に３次元の網目構造（メッシュ構造ともいう）を有するポリマーファイバーからなる中空管２２で構成されている。当該中空管２２は、ヤング率が一定であり、壁厚は一定のまま先端になるほど内径および外径が先端２３になるほど細くなっている。本実施の形態のカテーテルによれば、先端になるほど内径および外径を細くすることにより、先端２３になるほど柔軟性、屈曲性が高くなる。このため、より複雑な形態の血管における操作性が向上し、目的の部位にカテーテルを挿入することが容易となる。
【００２１】
（実施の形態３）
図３は、実施の形態３に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。本実施の形態のカテーテル３０は、実施の形態１と同様に３次元の網目構造を有するポリマーファイバーからなる中空管３２で構成されている。当該中空管３２は、内径および外径が一定であるが、ヤング率が先端３６になるほど小さくなっている。具体的には、中空管３２の領域を先端側から順に領域３３、領域３４および領域３５と区分けした場合に、領域３３のヤング率＜領域３４のヤング率＜領域３５のヤング率という関係が成り立っている。なお、本実施の形態では、中空管３２の領域が３つに区分されているが、区分数はこれに限られず、区分数は２、または４以上であってもよい。さらに、ヤング率は、先端３６になるほど連続的に徐々に小さくなっていてもよい。本実施の形態のカテーテルによれば、先端３６になるほどヤング率を小さくすることにより、先端３６になるほど柔軟性、屈曲性が高くなる。このため、より複雑な形態の血管における操作性が向上し、目的の部位にカテーテルを挿入することが容易となる。
【００２２】
上述した実施の形態１乃至３における中空管は、後述するエレクトロスピニングを応用した製造方法によって作製されることが好適である。これによれば、ポリマーファイバーが３次元の網目構造となり、柔軟性を備えつつ、血管内の走行に耐える強度を得ることができる。
【００２３】
上記実施の形態１乃至３に係るカテーテルを製造可能なカテーテル製造装置および製造方法について説明する。
【００２４】
（カテーテル製造装置）
図４は、カテーテル製造装置の概略構成を示す図である。カテーテル製造装置１００は、エレクトロスピニング法を用いてカテーテルを製造する装置である。カテーテル製造装置１００はマンドレル１１０、回転機構１２０、反復移動機構１３０、注射器１４０、直流電源１５０および制御部１６０を備える。
【００２５】
マンドレル１１０は、ステンレスなどの金属で構成された棒状の形態であり、導電性を有する。マンドレルの長さ、形状などは作製するカテーテルの内径に合わせて用意される。なお、マンドレル１１０は、棒状の絶縁体の表面に導電性フィルムを被覆した形態であってもよい。マンドレル１１０は、モータ、アクチュエータなどの回転機構１２０により所定の回転速度で軸の周りに回転可能である。また、マンドレル１１０は、モータ、アクチュエータなどの反復移動機構１３０により、軸方向に反復移動が可能になっている。
【００２６】
注射器１４０は、外筒１４２および内筒１４６を有する。外筒１４２は、柔軟性を有するポリマー（エラストマー）が溶解した溶液を収容可能である。溶液中の溶媒としては、たとえば、ヘキサフルオロイソプロピルアルコールを用いることがでる。また、柔軟性を有するポリマーとしては、ポリ（乳酸・カプロラクトン）共重合体、ポリウレタンなどを用いることができる。外筒１４２の先端には、外筒１４２の内部と連通する射出口１４３が設けられた金属製のニードル１４４が取り付けられている。ニードル１４４は、その軸方向がマンドレル１１０の軸方向に対して垂直になるように設置されている。
【００２７】
内筒１４６は、外筒１４２の中に挿入可能であり、内筒１４６を外筒１４２に押し込むことにより、外筒１４２に収容された溶液を射出口１４３からマンドレル１１０に向けて射出することができる。
【００２８】
なお、本例で用いられている注射器に代えて、溶液を収容可能なタンク、ポンプなどを用いて、所定量の液体を射出口が設けられたニードルに供給する構成としてもよい。
【００２９】
直流電源１５０の正極はニードル１４４に電気的に接続され、直流電源１５０の負極はマンドレル１１０に電気的に接続されている。直流電源１５０の電圧は、たとえば、５〜４０kＶである。これにより、ニードル１４４に電圧が印加され、内筒１４６を外筒１４２の中に押し込むことによりニードル１４４を通過する溶液が荷電される。
【００３０】
制御部１６０は、マンドレル１１０を所定の回転速度で回転させるように回転機構１２０を駆動する。また、制御部１６０は、マンドレル１１０を所定の範囲内で反復移動させるように、反復移動機構１３０を駆動する。また、制御部１６０は、直流電源１５０のオンオフ、電圧などを制御可能である。
【００３１】
制御部１６０を用いて、マンドレル１１０を所定の速度で回転させるとともに、マンドレル１１０を反復移動させ、ニードル１４４の軸線上に当たるマンドレル１１０の位置をずらしながら、ニードル１４４に所定の電圧を印加する。この状態で、内筒１４６を外筒１４２の中に押し込むことにより、射出口１４３の近傍で荷電された溶液で形成されたテーラーコーン１４７からポリマーファイバーがマンドレル１１０に向けて射出される。テーラーコーン１４７から射出されたポリマーファイバーがマンドレル１１０の周りに巻き取られ、３次元の網目構造を持つ被膜が形成される。マンドレル１１０をこの被膜から引き抜くことにより、所定の形状を備える中空管、すなわちカテーテルを作製することができる。
【００３２】
上述したカテーテル製造装置における特徴として以下が挙げられる。すなわち、（１）使用するマンドレルの外径、長さおよび形状、（２）印加電圧、射出時間、溶液濃度などのエレクトロスピニングにおける操作条件によって、作製するカテーテルの壁厚、長さ、形状、口径を自在に変えることが可能である。
【００３３】
図５は、上述したカテーテル製造装置１００を用いて実際に作製したチューブの電子顕微鏡写真（３０倍、２００倍、４０００倍）である。溶液は、ポリ（乳酸・カプロラクトン）共重合体（等モル組成）０．２５ｍｇをヘキサフルオロイソプロピルアルコール５ｍｌに溶解させたものを用いた。印加電圧は、３０ｋＶ、マンドレルの回転速度は、２００回転／分である。得られたチューブのファイバー径は、２．５μm、壁厚は２５０μmであった。図５から分かるように、チューブを形成するポリマーファイバーは、３次元の網目構造を持ち、チューブとしての強度および柔軟性を兼ね備えている。
【００３４】
カテーテルを構成する繊維のファイバー径を決定するパラメータとしては、図４の射出口１４３から射出される溶液の濃度Ｃ、マンドレル１１０と射出口１４３との間の距離である射出高Ｈ、ニードル１４４に印加される電圧Ｖ、および射出時間Ｔが挙げられる。これらのパラメータとカテーテルの壁厚との関係について、ポリ（乳酸・カプロラクトン）共重合体（等モル組成）を溶解した溶液を用いて調べた。溶媒として、ヘキサフルオロイソプロピルアルコールを用いた。
【００３５】
図６は、濃度Ｃとファイバー径との関係を示すグラフである。具体的には、射出高Ｈ、電圧Ｖおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３０ｃｍ、３０ｋＶ、３０分に固定し、濃度Ｃを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルを構成するファイバー径を電子顕微鏡を用いて観察および計測した。図６からわかるように、濃度Ｃが濃くなるにつれて、ファイバー径が線形的に増加することがわかった。
【００３６】
図７は、射出高Ｈとファイバー径との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、電圧Ｖおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｋＶ、３０分に固定し、射出高Ｈを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルを構成するファイバー径を電子顕微鏡を用いて観察および計測した。図７からわかるように、射出高Ｈが大きくなるにつれて、ファイバー径が線形的に増加することがわかった。
【００３７】
図８は、電圧Ｖとファイバー径との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｃｍ、３０分に固定し、射電圧Ｖを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルを構成するファイバー径を電子顕微鏡を用いて観察および計測した。図８からわかるように、電圧Ｖを変えてもファイバー径はほぼ一定、さらには、電圧Ｖが３０ｋＶになるとファイバー径が減少傾向となり、電圧Ｖがファイバー径に与える影響が少ないことがわかった。
【００３８】
図９は、射出時間Ｔとファイバー径との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび電圧Ｖを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｃｍ、３０ｋＶに固定し、射出時間Ｔを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルを構成するファイバー径を電子顕微鏡を用いて観察および計測した。図９からわかるように、射出時間Ｔを変えてもファイバー径はほとんど変化せず、射出時間Ｔがファイバー径に与える影響が少ないことがわかった。
【００３９】
以上、図６から図９に示した結果から、エレクトロスピニングにより生成されるファイバーの径は主に濃度Ｃおよび射出高Ｈに依存し、射出高Ｈが一定の条件下では、濃度Ｃを変えることにより、ファイバー径を所望の太さに制御できることがわかった。
【００４０】
次に、カテーテルの壁厚を決定するパラメータとしては、図４の射出口１４３から射出される溶液の濃度Ｃ、マンドレル１１０と射出口１４３との間の距離である射出高Ｈ、ニードル１４４に印加される電圧Ｖ、および射出時間Ｔが挙げられる。これらのパラメータとカテーテルの壁厚との関係について、ポリ（乳酸・カプロラクトン）共重合体（等モル組成）を溶解した溶液を用いて調べた。溶媒として、ヘキサフルオロイソプロピルアルコールを用いた。
【００４１】
図１０は、濃度Ｃとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。具体的には、射出高Ｈ、電圧Ｖおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３０ｃｍ、３０ｋＶ、３０分に固定し、濃度Ｃを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルの壁厚を計測した。図１０からわかるように、濃度Ｃが濃くなるにつれて、カテーテルの壁厚が線形的に増加することがわかった。
【００４２】
図１１は、射出高Ｈとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、電圧Ｖおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｋＶ、３０分に固定し、射出高Ｈを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルの壁厚を計測した。図１１からわかるように、射出高Ｈが大きくなるにつれて、カテーテルの壁厚は厚くなるが、射出高Ｈを大きくすると、増加割合がやや減少することがわかった。
【００４３】
図１２は、電圧Ｖとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｃｍ、３０分に固定し、電圧Ｖを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルの壁厚を計測した。図１２からわかるように、電圧Ｖを変えてもカテーテルの壁厚は一定であり、電圧Ｖがカテーテルの壁厚に与える影響が少ないことがわかった。
【００４４】
図１３は、射出時間Ｔとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび電圧Ｖを、それぞれ、３（ｗｔ％）、３０（ｃｍ）、３０（ｋＶ）に固定し、射出時間Ｔを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルの壁厚を計測した。図１３からわかるように、射出時間Ｔが長くなるにつれて、カテーテルの壁厚が線形的に増加することがわかった。
【００４５】
以上、図１０から図１３に示した結果から、カテーテルの壁厚は、主に、濃度Ｃ、射出高Ｈ、射出時間Ｔに依存し、射出高Ｈを一定にし、さらに、ファイバーの径が所定の太さになるように濃度Ｃを設定した条件下では、射出時間Ｔを変えることにより、カテーテルの壁厚を所定の厚さにすることができることがわかった。
【００４６】
（カテーテルの製造方法１）
実施の形態１に係るカテーテルの製造方法について以下で説明する。まず、図１４（Ａ）に示すように、ニードル１４４を通る軸線上に直交するマンドレル１１０を回転させながら図面左側の端部から図面右側の端部まで反復移動させ、エレクトロスピニングにより射出口１４３から射出されたファーバーがマンドレル全体に巻き取られるようにする。
【００４７】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、マンドレル１１０の反復移動部分を、図面左側の端部を基点とし、マンドレルの長さより短くする。この状態で、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。これにより、図面右側の先端部とその左側とで、壁厚が段階的に変わった構造が得られる。
【００４８】
次に、図１４（Ｃ）に示すように、マンドレル１１０の反復移動部分を、図面左側の端部を基点とし、図１４（Ｂ）に示した反復移動部分に比べて短くする。この状態で、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。これにより、図１４（Ｄ）に示すように、図面右側の先端部から壁厚が２段階で増加した構造が得られる。
【００４９】
以下、上述のように、マンドレル１１０の反復移動部分を、図面左側の端部を基点として徐々に短くしてエレクトロスピニングを行うことにより、先端部から所望の段階数だけ段階的に壁厚が増加したカテーテルを製造することができる。
【００５０】
なお、エレクトロスピニングにおけるマンドレルの反復移動部分の長さを徐々に減少させることにより、先端部分を基点として壁厚が連続的に増加したカテーテルを簡便かつ再現性よく製造することができる。
【００５１】
（カテーテルの製造方法２）
実施の形態２に係るカテーテルの製造方法について以下で説明する。実施の形態２に係るカテーテルの製造方法では、図１５に示すように、先端部にテーパを有するマンドレルが用いられる。たとえば、マンドレルの形状は、基部からテーパ部にかけての直径が３ｍｍであり、テーパ部において徐々に直径が小さくなり、先端部における直径が１ｍｍとする。このようなマンドレルを上記カテーテル製造装置に設置して、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。これにより、壁厚が一定で、かつ、カテーテルの先端部位がマンドレルのテーパ形状と同様に、先端になるにつれて細くなるカテーテルが得られる。
【００５２】
（カテーテルの製造方法３）
実施の形態３に係るカテーテルの製造方法について以下で説明する。まず、図１６（Ａ）に示すように、マンドレルの図面左１／３が露出するように、マンドレル１１０の周りに絶縁体２００ａを被覆する。絶縁体２００ａとしては、たとえば、紙、ポリマーフィルムなどを用いることができる。このマンドレル１１０を上述したカテーテル製造装置に設置し、たとえば、ヤング率が６．９ＭＰａのポリウレタンを溶解した溶液を用いて、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。当該エレクトロスピニングの後、図１６（Ａ）の矢印Ａの部分で、マンドレル１１０の周りに形成されたポリウレタン２１０ａを切断する。また、マンドレル１１０から絶縁体２００ａを取り外す。
【００５３】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、ポリウレタン２１０ａの図面右側１ｃｍ程度を残して、ポリウレタン２１０ａの周りに紙、ポリマーフィルムなどの絶縁体２００ｂを被覆する。また、マンドレル１１０の図面右側１／３に紙、ポリマーフィルムなどの絶縁体２００ｃを被覆する。この状態で、上述したカテーテル製造装置を用いて、たとえば、ヤング率が９０ＭＰａのポリウレタンを溶解した溶液を用いて、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。当該エレクトロスピニングの後、図１６（Ｂ）の矢印Ｂの部分で、マンドレル１１０の周りに形成されたポリウレタン２１０ｂを切断するとともに、絶縁体２００ｂを取り外す。また、図１６（Ｂ）の矢印Ｃの部分で、ポリウレタン２１０ｂを切断するとともに、絶縁体２００ｃを取り外す。
【００５４】
次に、図１６（Ｃ）に示すように、ポリウレタン２１０ｂの図面右側１ｃｍ程度を残して、ポリウレタン２１０ａ、ポリウレタン２１０ｂの周りに紙、ポリマーフィルムなどの絶縁体２００ｄを被覆する。この状態で、上述したカテーテル製造装置を用いて、たとえば、ヤング率が６３５ＭＰａのポリウレタンを溶解した溶液を用いて、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。当該エレクトロスピニングの後、図１６（Ｃ）の矢印Ｄの部分で、ポリウレタン２１０ｃを切断するとともに、絶縁体２００ｄを取り外す。
【００５５】
以上の工程により、図１６（Ｄ）に示すような、先端（図面左側）に近いほどヤング率が段階的に小さくなっているカテーテル３０が製造される。これにより、カテーテル３０は先端に近いほど屈曲性が高くなるので、血管内に挿入して用いた場合の走行操作性が向上し、より複雑な形態の血管にカテーテルを挿入することができる。
【００５６】
（実施例１）
上述したカテーテル製造方法１を用い、上述のように判明したカテーテルの壁厚と射出時間Ｔとの関係に基づいて先端になるにつれて壁厚が段階的に細くなったカテーテルを作製した。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび電圧Ｖを、それぞれ、３（ｗｔ％）、３０（ｃｍ）、３０（ｋＶ）に固定し、ニードルに対してマンドレルを反復移動させる領域ごとに射出時間Ｔを変えて、カテーテルを作製した。
【００５７】
図１７は、実施例１に係るカテーテル１０ａの形状を示す図である。実施例１のカテーテルの寸法およびヤング率を以下に示す。
【００５８】
長さ：１２ｃｍ
先端から１．５ｃｍの箇所における壁厚ｈ１：１１０μｍ
先端から４．５ｃｍの箇所におけるｈ２：１６０μｍ
先端から７．５ｃｍの箇所におけるｈ３：２４０μｍ
先端から１０．５ｃｍの箇所におけるｈ４：３６０μｍ
内径：２．５ｍｍ
ヤング率：２．９±０．８ＭＰａ
図１８（Ａ）は、実施例１に係るカテーテル１０ａを伸ばした状態を示す写真である。また、図１８（Ｂ）は、実施例１に係るカテーテル１０ａの先端部分を屈曲した状態を示す写真である。図１８（Ｂ）からわかるように、実施例１に係るカテーテル１０ａは、先端部分がしなやかに屈曲可能であることが確認された。
【００５９】
図１９は、作製したカテーテルの操作性を調べるために用いられた血管モデル３００である。当該血管モデル３００は、エポキシ樹脂を成形・加工することによって作製された。血管モデル３００の奥行、幅、高さは、それぞれ、は２１．５ｍｍ、４８ｍｍ、５２ｍｍである。血管モデル３００の内部に、血管を模した、内径５ｍｍの分岐路を有するＹ字状の管３１０が形成されている。図１９に示す血管モデルの下部から挿入した実施例１のカテーテルの基部を回転させることにより、カテーテルの先端を所望の分岐方向へ挿入可能であり、実施例１のカテーテルの操作性が高いことが確認された。
【００６０】
（実施例２）
上述したのカテーテル製造方法２で示した寸法のマンドレルを用いて、先端になるにつれて内径および外径が細くなったカテーテルを作製した。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈ、電圧Ｖ、射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｃｍ、３０ｋＶ、４５分とした。実施例２のカテーテルの寸法およびヤング率を以下に示す。
【００６１】
長さ：１２ｃｍ
壁厚：２４０μｍ
先端部における内径：０．９ｍｍ
先端から５ｃｍの箇所における内径：２．８ｍｍ
ヤング率：２．９±０．８ＭＰａ
図２０（Ａ）は、実施例２に係るカテーテル２０ａを伸ばした状態を示す写真である。カテーテル２０ａの横に、エレクトロンスピニングで用いたマンドレル４００が並置してある。また、図２０（Ｂ）は、実施例２に係るカテーテル２０ａの先端部分を屈曲した状態を示す写真である。図２０（Ｂ）からわかるように、実施例２に係るカテーテル２０ａは、先端部分がしなやかに屈曲可能であることが確認された。
【００６２】
実施例１と同様に、図１９に示した血管モデルを用いて、実施例２に係るカテーテルの操作性を確かめた。その結果、実施例２のカテーテルの先端を所望の分岐方向へ挿入可能であり、実施例２のカテーテルの操作性が高いことが確認された。
【００６３】
（実施例３）
上述したカテーテル製造方法３を用いて、先端になるほどヤング率が段階的に小さくなったカテーテルを作製した。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈ、および電圧Ｖを、それぞれ、５ｗｔ％、３０ｃｍ、３０ｋＶとした。また、壁厚を２００μｍで統一するために、後述する領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃにおける射出時間Ｔは、それぞれ、３５分、２０分、６０分とした。図２１（Ａ）は、実施例３に係るカテーテル３０ａを伸ばした状態を示す写真である。また、図２１（Ｂ）は、実施例３に係るカテーテル３０ａの先端部分を屈曲した状態を示す写真である。実施例３のカテーテル３０ａは、先端３９を基準として、０〜５．２ｃｍまでの領域Ａ、５．２〜９．８ｃｍまでの領域Ｂ、９．８〜１３ｃｍまでの領域Ｃごとにヤング率が異なり、領域Ａのヤング率＜領域Ｂのヤング率＜領域Ｃのヤング率となっている。実施例３のカテーテル３０ａの寸法およびヤング率を以下に示す。
【００６４】
長さ：１３ｃｍ
壁厚：２８０μｍ
内径：２．９５μｍ
領域Ａのヤング率：６．９ＭＰａ
領域Ｂのヤング率：９０ＭＰａ
領域Ｃのヤング率：６３５ＭＰａ
図２１（Ｂ）からわかるように、実施例３に係るカテーテルは、先端部分に近いほどヤング率が段階的に小さく、すなわち、ヤング率が段階的に小さくなることにより、先端部分がしなやかに屈曲可能であることが確認された。
【００６５】
実施例１と同様に、図１９に示した血管モデルを用いて、実施例３に係るカテーテル３０ａの操作性を確かめた。その結果、実施例３のカテーテル３０ａの先端を所望の分岐方向へ挿入可能であり、実施例３のカテーテルの操作性が高いことが確認された。
【００６６】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施の形態１に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。
【図２】実施の形態２に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。
【図３】実施の形態３に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。
【図４】カテーテル製造装置の概略構成を示す図である。
【図５】カテーテル製造装置を用いて実際に作製したカテーテルの電子顕微鏡写真（３０倍、２００倍、４０００倍）である。
【図６】濃度Ｃとファイバー径との関係を示すグラフである。
【図７】射出高Ｈとファイバー径との関係を示すグラフである。
【図８】電圧Ｖとファイバー径との関係を示すグラフである。
【図９】射出時間Ｔとファイバー径との関係を示すグラフである。
【図１０】濃度Ｃとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。
【図１１】射出高Ｈとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。
【図１２】電圧Ｖとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。
【図１３】射出時間Ｔとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。
【図１４】実施の形態１に係るカテーテルの製造方法を示す工程図である。
【図１５】実施の形態２に係るカテーテルの製造方法を示す図である。
【図１６】実施の形態３に係るカテーテルの製造方法を示す工程図である。
【図１７】実施例１に係るカテーテルの形状を示す図である。
【図１８】実施例１に係るカテーテルの写真である。
【図１９】カテーテルの操作性試験に用いた血管モデルである。
【図２０】実施例２に係るカテーテルの写真である。
【図２１】実施例３に係るカテーテルの写真である。
【符号の説明】
【００６８】
１０、２０、３０ カテーテル、１００ カテーテル製造装置、１１０ マンドレル、１２０ 回転機構、１３０ 反復移動機構、１４０ 注射器、１５０ 直流電源、１６０ 制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管などに挿入して検査、治療に用いられる医療用のカテーテルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カテーテルと呼ばれる柔軟性を有する中空の管を経皮的に血管に通し、血管造影剤の注入や血栓の除去を行うカテーテル検査・治療が盛んになっている。特に、カテーテル治療は、従来の外科的手法に比べて、患者に与える身体的な負担が大幅に軽減されるとともに、経皮的血管内手術等において高い治療効果が認められていることから、今後より一層の発展が期待されている。
【０００３】
カテーテルは、血管のような複雑な経路を安全かつスムーズに通ることが要求される。カテーテルが複雑な経路を通過して、目的の部位に到達するためには、特に、カテーテルの先端部位の柔軟性および操作性の向上が重要となっている。
【０００４】
従来のカテーテルは、たとえば、特許文献１に示すように、金属メッシュなどの補強部材の周囲に高分子材料からなるチューブを被覆した構造を有する。
【特許文献１】特開２００２−２８２３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カテーテル検査・治療のさらなる高度化にともない、カテーテルをより複雑な形態の血管に挿入できるようにすることが求められており、カテーテル先端部位の柔軟性および操作性をより一層向上させることが急務となっている。また、柔軟性および操作性を備えたカテーテルの製造においては、所望の先端構造を有するカテーテルの設計および加工が容易であることが、製造コスト削減という点からも不可欠となっている。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、先端部位の柔軟性および操作性が向上したカテーテルの提供にある。また、本発明の他の目的は、先端部位の柔軟性および操作性が向上したカテーテルを容易に製造する方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、カテーテルである。当該カテーテルは、ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、中空管の内径が一定であり、中空管の外径が先端になるほど細くなっていることを特徴とする。上記態様において、中空管の外径が先端になるほど段階的に細くなっていてもよい。
【０００８】
この態様によれば、カテーテル先端部位の屈曲性が向上し、より複雑な形態の血管における操作性を高めることができる。
【０００９】
本発明の他の態様は、カテーテルである。当該カテーテルは、ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、中空管の内径および外径が先端になるほど細くなっていることを特徴とする。
【００１０】
この態様によれば、カテーテル先端部位の屈曲性が向上し、より複雑な形態の血管における操作性を高めることができる。
【００１１】
本発明のさらに他の態様は、カテーテルである。当該カテーテルは、ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、中空管のヤング率が先端になるほど小さくなっていることを特徴とする。この態様において、中空管のヤング率が先端になるほど段階的に小さくなっていてもよい。
【００１２】
この態様によれば、カテーテル先端部位の屈曲性が向上し、より複雑な形態の血管における操作性を高めることができる。
【００１３】
上述した各態様のカテーテルにおいて、ポリマーファイバーがエレクトロスピニングによって形成されていてもよい。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、カテーテルの製造方法である。当該カテーテルの製造方法は、ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一定の棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、射出口の軸上にあたるマンドレルの位置を、マンドレルの一方の端部を基点として段階的に短くしながら、エレクトロスピニングにより射出口から射出されたポリマーファイバーをマンドレルの周りに被覆させてポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とする。この態様によれば、柔軟性および操作性に優れたカテーテルの設計、加工を容易にし、カテーテル製造を簡便化することができる。
【００１５】
本発明のさらに他の態様は、カテーテルの製造方法である。当該カテーテルの製造方法は、ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一方の端部に向けて徐々に細くなっている棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、射出口の軸上にあたるマンドレルの位置を、マンドレルの一方の端部から他方の端部まで往復させながら、エレクトロスピニングにより射出口から射出されたポリマーファイバーをマンドレルの周りに被覆させてポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とする。この態様によれば、柔軟性および操作性に優れたカテーテルの設計、加工を容易にし、カテーテル製造を簡便化することができる。
【００１６】
本発明のさらに他の態様は、カテーテルの製造方法である。当該カテーテルの製造方法は、ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一定の棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、射出口の軸上にあたるマンドレルの位置を、マンドレルの一方の端部を基点とする領域から順にずらすとともに、各領域にエレクトロスピニングによって被覆されるポリマーファイバーのヤング率を段階的に増加あるいは減少させて、ポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とする。この態様によれば、柔軟性および操作性に優れたカテーテルの設計、加工を容易にし、カテーテル製造を簡便化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、カテーテルの先端部位の柔軟性および操作性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。本実施の形態のカテーテル１０は、３次元の網目構造を有するポリマーファイバーからなる中空管１２で構成されている。当該中空管１２は、ヤング率および内径が一定であり、先端（遠位）１３になるほど外径が細くなり、壁厚が薄くなる構造を有する。中空管１２の外径は、先端１３になるほど段階的に細くなってもよく、連続的に徐々に細くなっていてもよい。本実施の形態のカテーテルによれば、先端になるほど壁厚を薄くすることにより、先端１３になるほど柔軟性、屈曲性が高くなる。このため、より複雑な形態の血管における操作性が向上し、目的の部位にカテーテルを挿入することが容易となる。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。本実施の形態のカテーテル２０は、実施の形態１と同様に３次元の網目構造（メッシュ構造ともいう）を有するポリマーファイバーからなる中空管２２で構成されている。当該中空管２２は、ヤング率が一定であり、壁厚は一定のまま先端になるほど内径および外径が先端２３になるほど細くなっている。本実施の形態のカテーテルによれば、先端になるほど内径および外径を細くすることにより、先端２３になるほど柔軟性、屈曲性が高くなる。このため、より複雑な形態の血管における操作性が向上し、目的の部位にカテーテルを挿入することが容易となる。
【００２１】
（実施の形態３）
図３は、実施の形態３に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。本実施の形態のカテーテル３０は、実施の形態１と同様に３次元の網目構造を有するポリマーファイバーからなる中空管３２で構成されている。当該中空管３２は、内径および外径が一定であるが、ヤング率が先端３６になるほど小さくなっている。具体的には、中空管３２の領域を先端側から順に領域３３、領域３４および領域３５と区分けした場合に、領域３３のヤング率＜領域３４のヤング率＜領域３５のヤング率という関係が成り立っている。なお、本実施の形態では、中空管３２の領域が３つに区分されているが、区分数はこれに限られず、区分数は２、または４以上であってもよい。さらに、ヤング率は、先端３６になるほど連続的に徐々に小さくなっていてもよい。本実施の形態のカテーテルによれば、先端３６になるほどヤング率を小さくすることにより、先端３６になるほど柔軟性、屈曲性が高くなる。このため、より複雑な形態の血管における操作性が向上し、目的の部位にカテーテルを挿入することが容易となる。
【００２２】
上述した実施の形態１乃至３における中空管は、後述するエレクトロスピニングを応用した製造方法によって作製されることが好適である。これによれば、ポリマーファイバーが３次元の網目構造となり、柔軟性を備えつつ、血管内の走行に耐える強度を得ることができる。
【００２３】
上記実施の形態１乃至３に係るカテーテルを製造可能なカテーテル製造装置および製造方法について説明する。
【００２４】
（カテーテル製造装置）
図４は、カテーテル製造装置の概略構成を示す図である。カテーテル製造装置１００は、エレクトロスピニング法を用いてカテーテルを製造する装置である。カテーテル製造装置１００はマンドレル１１０、回転機構１２０、反復移動機構１３０、注射器１４０、直流電源１５０および制御部１６０を備える。
【００２５】
マンドレル１１０は、ステンレスなどの金属で構成された棒状の形態であり、導電性を有する。マンドレルの長さ、形状などは作製するカテーテルの内径に合わせて用意される。なお、マンドレル１１０は、棒状の絶縁体の表面に導電性フィルムを被覆した形態であってもよい。マンドレル１１０は、モータ、アクチュエータなどの回転機構１２０により所定の回転速度で軸の周りに回転可能である。また、マンドレル１１０は、モータ、アクチュエータなどの反復移動機構１３０により、軸方向に反復移動が可能になっている。
【００２６】
注射器１４０は、外筒１４２および内筒１４６を有する。外筒１４２は、柔軟性を有するポリマー（エラストマー）が溶解した溶液を収容可能である。溶液中の溶媒としては、たとえば、ヘキサフルオロイソプロピルアルコールを用いることがでる。また、柔軟性を有するポリマーとしては、ポリ（乳酸・カプロラクトン）共重合体、ポリウレタンなどを用いることができる。外筒１４２の先端には、外筒１４２の内部と連通する射出口１４３が設けられた金属製のニードル１４４が取り付けられている。ニードル１４４は、その軸方向がマンドレル１１０の軸方向に対して垂直になるように設置されている。
【００２７】
内筒１４６は、外筒１４２の中に挿入可能であり、内筒１４６を外筒１４２に押し込むことにより、外筒１４２に収容された溶液を射出口１４３からマンドレル１１０に向けて射出することができる。
【００２８】
なお、本例で用いられている注射器に代えて、溶液を収容可能なタンク、ポンプなどを用いて、所定量の液体を射出口が設けられたニードルに供給する構成としてもよい。
【００２９】
直流電源１５０の正極はニードル１４４に電気的に接続され、直流電源１５０の負極はマンドレル１１０に電気的に接続されている。直流電源１５０の電圧は、たとえば、５〜４０kＶである。これにより、ニードル１４４に電圧が印加され、内筒１４６を外筒１４２の中に押し込むことによりニードル１４４を通過する溶液が荷電される。
【００３０】
制御部１６０は、マンドレル１１０を所定の回転速度で回転させるように回転機構１２０を駆動する。また、制御部１６０は、マンドレル１１０を所定の範囲内で反復移動させるように、反復移動機構１３０を駆動する。また、制御部１６０は、直流電源１５０のオンオフ、電圧などを制御可能である。
【００３１】
制御部１６０を用いて、マンドレル１１０を所定の速度で回転させるとともに、マンドレル１１０を反復移動させ、ニードル１４４の軸線上に当たるマンドレル１１０の位置をずらしながら、ニードル１４４に所定の電圧を印加する。この状態で、内筒１４６を外筒１４２の中に押し込むことにより、射出口１４３の近傍で荷電された溶液で形成されたテーラーコーン１４７からポリマーファイバーがマンドレル１１０に向けて射出される。テーラーコーン１４７から射出されたポリマーファイバーがマンドレル１１０の周りに巻き取られ、３次元の網目構造を持つ被膜が形成される。マンドレル１１０をこの被膜から引き抜くことにより、所定の形状を備える中空管、すなわちカテーテルを作製することができる。
【００３２】
上述したカテーテル製造装置における特徴として以下が挙げられる。すなわち、（１）使用するマンドレルの外径、長さおよび形状、（２）印加電圧、射出時間、溶液濃度などのエレクトロスピニングにおける操作条件によって、作製するカテーテルの壁厚、長さ、形状、口径を自在に変えることが可能である。
【００３３】
図５は、上述したカテーテル製造装置１００を用いて実際に作製したチューブの電子顕微鏡写真（３０倍、２００倍、４０００倍）である。溶液は、ポリ（乳酸・カプロラクトン）共重合体（等モル組成）０．２５ｍｇをヘキサフルオロイソプロピルアルコール５ｍｌに溶解させたものを用いた。印加電圧は、３０ｋＶ、マンドレルの回転速度は、２００回転／分である。得られたチューブのファイバー径は、２．５μm、壁厚は２５０μmであった。図５から分かるように、チューブを形成するポリマーファイバーは、３次元の網目構造を持ち、チューブとしての強度および柔軟性を兼ね備えている。
【００３４】
カテーテルを構成する繊維のファイバー径を決定するパラメータとしては、図４の射出口１４３から射出される溶液の濃度Ｃ、マンドレル１１０と射出口１４３との間の距離である射出高Ｈ、ニードル１４４に印加される電圧Ｖ、および射出時間Ｔが挙げられる。これらのパラメータとカテーテルの壁厚との関係について、ポリ（乳酸・カプロラクトン）共重合体（等モル組成）を溶解した溶液を用いて調べた。溶媒として、ヘキサフルオロイソプロピルアルコールを用いた。
【００３５】
図６は、濃度Ｃとファイバー径との関係を示すグラフである。具体的には、射出高Ｈ、電圧Ｖおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３０ｃｍ、３０ｋＶ、３０分に固定し、濃度Ｃを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルを構成するファイバー径を電子顕微鏡を用いて観察および計測した。図６からわかるように、濃度Ｃが濃くなるにつれて、ファイバー径が線形的に増加することがわかった。
【００３６】
図７は、射出高Ｈとファイバー径との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、電圧Ｖおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｋＶ、３０分に固定し、射出高Ｈを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルを構成するファイバー径を電子顕微鏡を用いて観察および計測した。図７からわかるように、射出高Ｈが大きくなるにつれて、ファイバー径が線形的に増加することがわかった。
【００３７】
図８は、電圧Ｖとファイバー径との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｃｍ、３０分に固定し、射電圧Ｖを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルを構成するファイバー径を電子顕微鏡を用いて観察および計測した。図８からわかるように、電圧Ｖを変えてもファイバー径はほぼ一定、さらには、電圧Ｖが３０ｋＶになるとファイバー径が減少傾向となり、電圧Ｖがファイバー径に与える影響が少ないことがわかった。
【００３８】
図９は、射出時間Ｔとファイバー径との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび電圧Ｖを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｃｍ、３０ｋＶに固定し、射出時間Ｔを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルを構成するファイバー径を電子顕微鏡を用いて観察および計測した。図９からわかるように、射出時間Ｔを変えてもファイバー径はほとんど変化せず、射出時間Ｔがファイバー径に与える影響が少ないことがわかった。
【００３９】
以上、図６から図９に示した結果から、エレクトロスピニングにより生成されるファイバーの径は主に濃度Ｃおよび射出高Ｈに依存し、射出高Ｈが一定の条件下では、濃度Ｃを変えることにより、ファイバー径を所望の太さに制御できることがわかった。
【００４０】
次に、カテーテルの壁厚を決定するパラメータとしては、図４の射出口１４３から射出される溶液の濃度Ｃ、マンドレル１１０と射出口１４３との間の距離である射出高Ｈ、ニードル１４４に印加される電圧Ｖ、および射出時間Ｔが挙げられる。これらのパラメータとカテーテルの壁厚との関係について、ポリ（乳酸・カプロラクトン）共重合体（等モル組成）を溶解した溶液を用いて調べた。溶媒として、ヘキサフルオロイソプロピルアルコールを用いた。
【００４１】
図１０は、濃度Ｃとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。具体的には、射出高Ｈ、電圧Ｖおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３０ｃｍ、３０ｋＶ、３０分に固定し、濃度Ｃを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルの壁厚を計測した。図１０からわかるように、濃度Ｃが濃くなるにつれて、カテーテルの壁厚が線形的に増加することがわかった。
【００４２】
図１１は、射出高Ｈとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、電圧Ｖおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｋＶ、３０分に固定し、射出高Ｈを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルの壁厚を計測した。図１１からわかるように、射出高Ｈが大きくなるにつれて、カテーテルの壁厚は厚くなるが、射出高Ｈを大きくすると、増加割合がやや減少することがわかった。
【００４３】
図１２は、電圧Ｖとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｃｍ、３０分に固定し、電圧Ｖを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルの壁厚を計測した。図１２からわかるように、電圧Ｖを変えてもカテーテルの壁厚は一定であり、電圧Ｖがカテーテルの壁厚に与える影響が少ないことがわかった。
【００４４】
図１３は、射出時間Ｔとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび電圧Ｖを、それぞれ、３（ｗｔ％）、３０（ｃｍ）、３０（ｋＶ）に固定し、射出時間Ｔを変えて、カテーテルを作製し、得られたカテーテルの壁厚を計測した。図１３からわかるように、射出時間Ｔが長くなるにつれて、カテーテルの壁厚が線形的に増加することがわかった。
【００４５】
以上、図１０から図１３に示した結果から、カテーテルの壁厚は、主に、濃度Ｃ、射出高Ｈ、射出時間Ｔに依存し、射出高Ｈを一定にし、さらに、ファイバーの径が所定の太さになるように濃度Ｃを設定した条件下では、射出時間Ｔを変えることにより、カテーテルの壁厚を所定の厚さにすることができることがわかった。
【００４６】
（カテーテルの製造方法１）
実施の形態１に係るカテーテルの製造方法について以下で説明する。まず、図１４（Ａ）に示すように、ニードル１４４を通る軸線上に直交するマンドレル１１０を回転させながら図面左側の端部から図面右側の端部まで反復移動させ、エレクトロスピニングにより射出口１４３から射出されたファーバーがマンドレル全体に巻き取られるようにする。
【００４７】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、マンドレル１１０の反復移動部分を、図面左側の端部を基点とし、マンドレルの長さより短くする。この状態で、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。これにより、図面右側の先端部とその左側とで、壁厚が段階的に変わった構造が得られる。
【００４８】
次に、図１４（Ｃ）に示すように、マンドレル１１０の反復移動部分を、図面左側の端部を基点とし、図１４（Ｂ）に示した反復移動部分に比べて短くする。この状態で、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。これにより、図１４（Ｄ）に示すように、図面右側の先端部から壁厚が２段階で増加した構造が得られる。
【００４９】
以下、上述のように、マンドレル１１０の反復移動部分を、図面左側の端部を基点として徐々に短くしてエレクトロスピニングを行うことにより、先端部から所望の段階数だけ段階的に壁厚が増加したカテーテルを製造することができる。
【００５０】
なお、エレクトロスピニングにおけるマンドレルの反復移動部分の長さを徐々に減少させることにより、先端部分を基点として壁厚が連続的に増加したカテーテルを簡便かつ再現性よく製造することができる。
【００５１】
（カテーテルの製造方法２）
実施の形態２に係るカテーテルの製造方法について以下で説明する。実施の形態２に係るカテーテルの製造方法では、図１５に示すように、先端部にテーパを有するマンドレルが用いられる。たとえば、マンドレルの形状は、基部からテーパ部にかけての直径が３ｍｍであり、テーパ部において徐々に直径が小さくなり、先端部における直径が１ｍｍとする。このようなマンドレルを上記カテーテル製造装置に設置して、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。これにより、壁厚が一定で、かつ、カテーテルの先端部位がマンドレルのテーパ形状と同様に、先端になるにつれて細くなるカテーテルが得られる。
【００５２】
（カテーテルの製造方法３）
実施の形態３に係るカテーテルの製造方法について以下で説明する。まず、図１６（Ａ）に示すように、マンドレルの図面左１／３が露出するように、マンドレル１１０の周りに絶縁体２００ａを被覆する。絶縁体２００ａとしては、たとえば、紙、ポリマーフィルムなどを用いることができる。このマンドレル１１０を上述したカテーテル製造装置に設置し、たとえば、ヤング率が６．９ＭＰａのポリウレタンを溶解した溶液を用いて、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。当該エレクトロスピニングの後、図１６（Ａ）の矢印Ａの部分で、マンドレル１１０の周りに形成されたポリウレタン２１０ａを切断する。また、マンドレル１１０から絶縁体２００ａを取り外す。
【００５３】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、ポリウレタン２１０ａの図面右側１ｃｍ程度を残して、ポリウレタン２１０ａの周りに紙、ポリマーフィルムなどの絶縁体２００ｂを被覆する。また、マンドレル１１０の図面右側１／３に紙、ポリマーフィルムなどの絶縁体２００ｃを被覆する。この状態で、上述したカテーテル製造装置を用いて、たとえば、ヤング率が９０ＭＰａのポリウレタンを溶解した溶液を用いて、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。当該エレクトロスピニングの後、図１６（Ｂ）の矢印Ｂの部分で、マンドレル１１０の周りに形成されたポリウレタン２１０ｂを切断するとともに、絶縁体２００ｂを取り外す。また、図１６（Ｂ）の矢印Ｃの部分で、ポリウレタン２１０ｂを切断するとともに、絶縁体２００ｃを取り外す。
【００５４】
次に、図１６（Ｃ）に示すように、ポリウレタン２１０ｂの図面右側１ｃｍ程度を残して、ポリウレタン２１０ａ、ポリウレタン２１０ｂの周りに紙、ポリマーフィルムなどの絶縁体２００ｄを被覆する。この状態で、上述したカテーテル製造装置を用いて、たとえば、ヤング率が６３５ＭＰａのポリウレタンを溶解した溶液を用いて、マンドレルを回転させながらエレクトロスピニングを行う。当該エレクトロスピニングの後、図１６（Ｃ）の矢印Ｄの部分で、ポリウレタン２１０ｃを切断するとともに、絶縁体２００ｄを取り外す。
【００５５】
以上の工程により、図１６（Ｄ）に示すような、先端（図面左側）に近いほどヤング率が段階的に小さくなっているカテーテル３０が製造される。これにより、カテーテル３０は先端に近いほど屈曲性が高くなるので、血管内に挿入して用いた場合の走行操作性が向上し、より複雑な形態の血管にカテーテルを挿入することができる。
【００５６】
（実施例１）
上述したカテーテル製造方法１を用い、上述のように判明したカテーテルの壁厚と射出時間Ｔとの関係に基づいて先端になるにつれて壁厚が段階的に細くなったカテーテルを作製した。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈおよび電圧Ｖを、それぞれ、３（ｗｔ％）、３０（ｃｍ）、３０（ｋＶ）に固定し、ニードルに対してマンドレルを反復移動させる領域ごとに射出時間Ｔを変えて、カテーテルを作製した。
【００５７】
図１７は、実施例１に係るカテーテル１０ａの形状を示す図である。実施例１のカテーテルの寸法およびヤング率を以下に示す。
【００５８】
長さ：１２ｃｍ
先端から１．５ｃｍの箇所における壁厚ｈ１：１１０μｍ
先端から４．５ｃｍの箇所におけるｈ２：１６０μｍ
先端から７．５ｃｍの箇所におけるｈ３：２４０μｍ
先端から１０．５ｃｍの箇所におけるｈ４：３６０μｍ
内径：２．５ｍｍ
ヤング率：２．９±０．８ＭＰａ
図１８（Ａ）は、実施例１に係るカテーテル１０ａを伸ばした状態を示す写真である。また、図１８（Ｂ）は、実施例１に係るカテーテル１０ａの先端部分を屈曲した状態を示す写真である。図１８（Ｂ）からわかるように、実施例１に係るカテーテル１０ａは、先端部分がしなやかに屈曲可能であることが確認された。
【００５９】
図１９は、作製したカテーテルの操作性を調べるために用いられた血管モデル３００である。当該血管モデル３００は、エポキシ樹脂を成形・加工することによって作製された。血管モデル３００の奥行、幅、高さは、それぞれ、は２１．５ｍｍ、４８ｍｍ、５２ｍｍである。血管モデル３００の内部に、血管を模した、内径５ｍｍの分岐路を有するＹ字状の管３１０が形成されている。図１９に示す血管モデルの下部から挿入した実施例１のカテーテルの基部を回転させることにより、カテーテルの先端を所望の分岐方向へ挿入可能であり、実施例１のカテーテルの操作性が高いことが確認された。
【００６０】
（実施例２）
上述したのカテーテル製造方法２で示した寸法のマンドレルを用いて、先端になるにつれて内径および外径が細くなったカテーテルを作製した。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈ、電圧Ｖ、射出時間Ｔを、それぞれ、３ｗｔ％、３０ｃｍ、３０ｋＶ、４５分とした。実施例２のカテーテルの寸法およびヤング率を以下に示す。
【００６１】
長さ：１２ｃｍ
壁厚：２４０μｍ
先端部における内径：０．９ｍｍ
先端から５ｃｍの箇所における内径：２．８ｍｍ
ヤング率：２．９±０．８ＭＰａ
図２０（Ａ）は、実施例２に係るカテーテル２０ａを伸ばした状態を示す写真である。カテーテル２０ａの横に、エレクトロンスピニングで用いたマンドレル４００が並置してある。また、図２０（Ｂ）は、実施例２に係るカテーテル２０ａの先端部分を屈曲した状態を示す写真である。図２０（Ｂ）からわかるように、実施例２に係るカテーテル２０ａは、先端部分がしなやかに屈曲可能であることが確認された。
【００６２】
実施例１と同様に、図１９に示した血管モデルを用いて、実施例２に係るカテーテルの操作性を確かめた。その結果、実施例２のカテーテルの先端を所望の分岐方向へ挿入可能であり、実施例２のカテーテルの操作性が高いことが確認された。
【００６３】
（実施例３）
上述したカテーテル製造方法３を用いて、先端になるほどヤング率が段階的に小さくなったカテーテルを作製した。具体的には、濃度Ｃ、射出高Ｈ、および電圧Ｖを、それぞれ、５ｗｔ％、３０ｃｍ、３０ｋＶとした。また、壁厚を２００μｍで統一するために、後述する領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃにおける射出時間Ｔは、それぞれ、３５分、２０分、６０分とした。図２１（Ａ）は、実施例３に係るカテーテル３０ａを伸ばした状態を示す写真である。また、図２１（Ｂ）は、実施例３に係るカテーテル３０ａの先端部分を屈曲した状態を示す写真である。実施例３のカテーテル３０ａは、先端３９を基準として、０〜５．２ｃｍまでの領域Ａ、５．２〜９．８ｃｍまでの領域Ｂ、９．８〜１３ｃｍまでの領域Ｃごとにヤング率が異なり、領域Ａのヤング率＜領域Ｂのヤング率＜領域Ｃのヤング率となっている。実施例３のカテーテル３０ａの寸法およびヤング率を以下に示す。
【００６４】
長さ：１３ｃｍ
壁厚：２８０μｍ
内径：２．９５μｍ
領域Ａのヤング率：６．９ＭＰａ
領域Ｂのヤング率：９０ＭＰａ
領域Ｃのヤング率：６３５ＭＰａ
図２１（Ｂ）からわかるように、実施例３に係るカテーテルは、先端部分に近いほどヤング率が段階的に小さく、すなわち、ヤング率が段階的に小さくなることにより、先端部分がしなやかに屈曲可能であることが確認された。
【００６５】
実施例１と同様に、図１９に示した血管モデルを用いて、実施例３に係るカテーテル３０ａの操作性を確かめた。その結果、実施例３のカテーテル３０ａの先端を所望の分岐方向へ挿入可能であり、実施例３のカテーテルの操作性が高いことが確認された。
【００６６】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施の形態１に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。
【図２】実施の形態２に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。
【図３】実施の形態３に係るカテーテルの構造を示す概略斜視図である。
【図４】カテーテル製造装置の概略構成を示す図である。
【図５】カテーテル製造装置を用いて実際に作製したカテーテルの電子顕微鏡写真（３０倍、２００倍、４０００倍）である。
【図６】濃度Ｃとファイバー径との関係を示すグラフである。
【図７】射出高Ｈとファイバー径との関係を示すグラフである。
【図８】電圧Ｖとファイバー径との関係を示すグラフである。
【図９】射出時間Ｔとファイバー径との関係を示すグラフである。
【図１０】濃度Ｃとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。
【図１１】射出高Ｈとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。
【図１２】電圧Ｖとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。
【図１３】射出時間Ｔとカテーテルの壁厚との関係を示すグラフである。
【図１４】実施の形態１に係るカテーテルの製造方法を示す工程図である。
【図１５】実施の形態２に係るカテーテルの製造方法を示す図である。
【図１６】実施の形態３に係るカテーテルの製造方法を示す工程図である。
【図１７】実施例１に係るカテーテルの形状を示す図である。
【図１８】実施例１に係るカテーテルの写真である。
【図１９】カテーテルの操作性試験に用いた血管モデルである。
【図２０】実施例２に係るカテーテルの写真である。
【図２１】実施例３に係るカテーテルの写真である。
【符号の説明】
【００６８】
１０、２０、３０ カテーテル、１００ カテーテル製造装置、１１０ マンドレル、１２０ 回転機構、１３０ 反復移動機構、１４０ 注射器、１５０ 直流電源、１６０ 制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、
前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、
前記中空管の内径が一定であり、前記中空管の外径が先端になるほど細くなっていることを特徴とするカテーテル。
【請求項２】
前記中空管の外径が先端になるほど段階的に細くなっていることを特徴とする請求項１に記載のカテーテル。
【請求項３】
ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、
前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、
前記中空管の内径および外径が先端になるほど細くなっていることを特徴とするカテーテル。
【請求項４】
ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、
前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、
前記中空管のヤング率が先端になるほど小さくなっていることを特徴とするカテーテル。
【請求項５】
前記中空管のヤング率が先端になるほど段階的に小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載のカテーテル。
【請求項６】
前記ポリマーファイバーがエレクトロスピニングによって形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカテーテル。
【請求項７】
ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一定の棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、
前記マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、前記マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、前記マンドレルの位置を、前記マンドレルの一方の端部を基点として段階的に短くしながら、エレクトロスピニングにより前記射出口から射出されたポリマーファイバーを前記マンドレルの周りに被覆させて前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とするカテーテルの製造方法。
【請求項８】
ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一方の端部に向けて徐々に細くなっている棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、
前記マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、前記マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、前記マンドレルの位置を、前記マンドレルの一方の端部から他方の端部まで往復させながら、エレクトロスピニングにより前記射出口から射出されたポリマーファイバーを前記マンドレルの周りに被覆させて前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とするカテーテルの製造方法。
【請求項９】
ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一定の棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、
前記マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、前記マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、前記マンドレルの位置を、前記マンドレルの一方の端部を基点とする領域から順にずらすとともに、各領域にエレクトロスピニングによって被覆されるポリマーファイバーのヤング率を段階的に増加あるいは減少させて、前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とするカテーテルの製造方法。
【請求項１】
ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、
前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、
前記中空管の内径が一定であり、前記中空管の外径が先端になるほど細くなっていることを特徴とするカテーテル。
【請求項２】
前記中空管の外径が先端になるほど段階的に細くなっていることを特徴とする請求項１に記載のカテーテル。
【請求項３】
ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、
前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、
前記中空管の内径および外径が先端になるほど細くなっていることを特徴とするカテーテル。
【請求項４】
ポリマーファイバーからなる中空管を備えたカテーテルであって、
前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造を有し、
前記中空管のヤング率が先端になるほど小さくなっていることを特徴とするカテーテル。
【請求項５】
前記中空管のヤング率が先端になるほど段階的に小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載のカテーテル。
【請求項６】
前記ポリマーファイバーがエレクトロスピニングによって形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカテーテル。
【請求項７】
ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一定の棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、
前記マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、前記マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、前記マンドレルの位置を、前記マンドレルの一方の端部を基点として段階的に短くしながら、エレクトロスピニングにより前記射出口から射出されたポリマーファイバーを前記マンドレルの周りに被覆させて前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とするカテーテルの製造方法。
【請求項８】
ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一方の端部に向けて徐々に細くなっている棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、
前記マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、前記マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、前記マンドレルの位置を、前記マンドレルの一方の端部から他方の端部まで往復させながら、エレクトロスピニングにより前記射出口から射出されたポリマーファイバーを前記マンドレルの周りに被覆させて前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とするカテーテルの製造方法。
【請求項９】
ポリマー溶液が収容された収容部に連通する射出口が設けられた射出部と外径が一定の棒状のマンドレルとの間に直流電圧を印加し、
前記マンドレルを軸の周りに回転させるとともに、前記マンドレルを軸方向に反復移動させることにより、前記マンドレルの位置を、前記マンドレルの一方の端部を基点とする領域から順にずらすとともに、各領域にエレクトロスピニングによって被覆されるポリマーファイバーのヤング率を段階的に増加あるいは減少させて、前記ポリマーファイバーが３次元の網目構造となった中空管を形成することを特徴とするカテーテルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１６】
【図１７】
【図３】
【図５】
【図１４】
【図１５】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１６】
【図１７】
【図３】
【図５】
【図１４】
【図１５】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００８−１２５６８３（Ｐ２００８−１２５６８３Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１２２８９（Ｐ２００６−３１２２８９）
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
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