JP3233677B2 - 表面重合により表面改質された医療用具 - Google Patents

表面重合により表面改質された医療用具

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表面重合により表面改
質された材料に関し、特に、材料表面が優れた表面潤滑
性や生体適合性を持った医療用具に関するものである。
【0002】
【従来技術及び問題点】ブロックもしくはグラフト共重
合体を含む表面改質層を形成させる方法としては、ブロ
ックもしくはグラフト共重合体をコ−トする方法が一般
的である。例えば、 Journal of biomedical materials
Reseaech. Vol.20., 919-927 (1986)には、基材表面に
親水性高分子鎖と疎水性高分子鎖とからなるブロック共
重合体をコ−トすることにより、優れた血液適合性を有
する表面を作製することが記載されている。しかしなが
らこの方法では、ブロック共重合体の溶解する溶媒が限
られるため、コ−トできる基材も限られていた。例え
ば、該溶媒で容易に劣化する基材や濡性の悪い基材(該
溶媒との接触核が大きくなる溶媒)などにはコ−トする
ことが困難であった。
【0003】表面重合による表面改質層を形成させる方
法としては、プラズマ、オゾン、電子線、γ線などを利
用して、重合開始可能なラジカルを生成させて表面グラ
フト重合する方法が開示されている(特開平2−263
845、特開昭59−152913、USP44078
46、USP3826678)。しかしながら、これら
は主鎖に重合開始基を有する高分子化合物を材料表面に
存在させていないため、重合開始可能なラジカルは、基
材上などに生成されるラジカルに限定され、その結果、
基材によって生成ラジカル量やラジカル安定性が異な
り、グラフト重合されにくい材料も多く存在していた。
例をあげると、ポリプロピレンのように第3級炭素に結
合する水素のように脱水素されやすい材料では表面グラ
フト重合されやすく、ポリフェニレンスルフィド、ポリ
スチレン、ナイロンなどの脱水素されにくい高分子材
料、ステンレスやアルミニウムなどの金属、セラミック
スなどへはグラフト重合されにくかった。また、基材に
よっては、表面グラフト重合するものの高出力のプラズ
マや長時間のプラズマ前重合などが必要となり、そのた
め薄い材料や特殊形状の材料では、変形したり微小クラ
ックが生成することがあり、実用上支障が生じていた。
【0004】特開平2−229839には、プラズマ表
面グラフト重合法により2種の単量体を別々に供給して
ブロック共重合体を含む表面改質層を形成させる方法が
記載されているが、この方法においても、基材によって
生成ラジカル量やラジカル安定性が異なるため、グラフ
ト重合されにくい材料も存在していた。
【0005】従来、重合開始基を有する高分子化合物も
しくはプレポリマ−を用いて行う表面改質法としては、
単量体の側鎖にアジド基、アゾ基、パ−オキサイド基な
どの重合開始基を有する高分子化合物を感光性高分子と
して材料表面にコ−トし、UVなどで光硬化する方法が
一般的であり(例えば、講談社サイエンティフィク、機
能性高分子シリ−ズより「感光性高分子」)、感光性高
分子を予め基材表面に存在させた後、単量体ガスを接触
させて後重合するようなプロセスは検討されていなかっ
た。特に、医療材料表面の創製を目的とし、主鎖に重合
開始基を有する高分子化合物を利用してブロック共重合
体を含む表面改質層を形成させることは検討されていな
かった。
【0006】一方、主鎖に重合開始基を有する高分子化
合物は、ポリメリックパ−オキサイド(Polymer, vol.3
2, p19-28 [1991]) やマクロアゾ化合物( 高分子論文
集、 vol.47, No.4, 321-329[1990 )として公知であり、
ブロック共重合体の合成などに使用されている。ポリメ
リックパ−オキサイドなどを利用して合成されたブロッ
ク共重合体は、溶媒コ−ト法として高分子材料の表面改
質などに使用されているが、溶媒や基材の制約のため、
形状や機能が特殊な医療材料等への応用には限界があっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、優れた表面潤滑性や生体適合性を有するブロック共
重合体を含む表面改質層が、強固かつ均一に形成された
材料または医療用具を提供することにある。
【0008】
【課題を解決しようとする手段】主鎖にパーオキサイド
基を有するポリメトキシエチルアクリレートまたはポリ
メチルメタクリレートを予め基材表面に存在させ、ラジ
カル重合可能な単量体を気相で供給して該基材表面で重
合させることにより、該基材表面にブロック共重合体が
生成されていることを特徴とする表面改質された医療用
材料により達成される。
【0009】本発明は、また、低温プラズマを照射後ま
たは照射時にラジカル重合可能な単量体を気相で供給し
て材料表面で重合したことを特徴とする表面改質された
材料を示すものである。本発明は、さらに、表面重合に
より、親水性高分子と疎水性高分子の共重合体を含む表
面改質層が形成されることを特徴とする表面改質された
材料であり、また、表面重合により、水溶性高分子鎖を
不溶化した共重合体を含む表面改質層が形成されること
を特徴とする表面改質された材料を示すものである。
【0010】以下、本発明を詳細に説明する。本発明
の、主鎖にパーオキサイド基を有するポリメトキシエチ
ルアクリレートまたはポリメチルメタクリレート(高分
子重合開始剤)とは、ラジカル重合開始基を主鎖に有す
る高分子重合開始剤である。ポリメトキシエチルアクリ
レートまたはポリメチルメタクリレートの主鎖に存在す
るパーオキサイド基は、熱、光(紫外線、真空紫外線、
レ−ザ−など)、プラズマ、電子線、還元性物質(レド
ックス系)などにより分解して末端にラジカルを生じる
こととなり、該ラジカルを重合開始点として単量体を重
合させることによりブロック共重合体が生成することと
なる。重合可能な単量体が存在しない場合は、ラジカル
同士の反応による架橋反応や基材との反応によるグラフ
ト反応による表面改質層が形成されることとなる。
【0011】予め主鎖に主鎖にパーオキサイド基を有す
るポリメトキシエチルアクリレートまたはポリメチルメ
タクリレートを材料表面に存在させる方法としては、ブ
レンド法やコ−ト法が考えられるが、好ましくは表面に
多く保持させることができるコ−ト法である。基材とな
る材料は、高分子材料、セラミックス、金属など特に限
定されない。
【0012】高分子重合開始剤は、平均分子量として
5,000以上、好ましくは10,000以上である。
分子量が小さく分子内に存在する重合開始基の数が多い
場合は、高分子重合開始剤を形成する高分子の鎖長が短
くなるため、期待される効果、例えば基材との接着効
果、相分離効果、溶出防止効果などが十分発現できなく
なるからである。
【0013】本発明で用いられる重合性単量体として
は、ラジカル重合可能な不飽和結合を有するアクリル系
やメタクリル系、アクリルアミド系、ビニル系の単量体
を例示できる。
【0014】本発明の表面重合法によると、前述のよう
にブロック共重合体が基材表面に形成されることとなる
が、ブロック共重合以外にもホモポリマ−やグラフト共
重合体やその架橋体、添加剤、フィラ−などが表面に存
在していてもよい。
【0015】表面重合は、高分子重合開始剤が溶出しな
い条件で行われることが必要であるため、気相で供給さ
れた単量体を基材表面で重合する方法で行う。この方法
は、溶媒を用いないため操作性に優れクリ−ンな方法と
なる。例えば、酸素を除去した雰囲気下で、加熱、光照
射(紫外線、真空紫外線、レ−ザ−など)、プラズマ照
射、電子線照射などによりで高分子重合開始剤を開裂て
ラジカルを生成させ、続いて減圧下で単量体を供給して
重合させることができる。プラズマ処理により重合開始
する方法だと、重合終了まで一連の真空プロセスで表面
改質できるため操作性に優れており好ましい。プラズマ
処理とは、「低温プラズマ」「非平衡プラズマ」と呼ば
れる放電現象を利用して材料表面を処理する方法であ
る。100mmHg以下の低圧ガスに高周波電界、マイ
クロ波電界、あるいは直流電界を印加して低温プラズマ
を発生させ、このプラズマガス流やプラズマ雰囲気、あ
るいはプラズマにより発生した活性種や真空紫外光を材
料表面に接触させることにより表面処理を行う方法であ
る。
【0016】本発明の製造方法に従うと前述のようにブ
ロック共重合体が材料表面で合成されることとなるが、
医療用具などの生体組織や血液と接して使用される材料
としては、親水性〜疎水性の高分子よりなるブロック共
重合体を含むことが好ましい。一般に疎水性高分子の場
合は血小板粘着〜活性化、また高親水性をしめす高分子
の場合は血液と in vivoで長時間接触させると血小板寿
命が短くなることが知られている。親水性−疎水性のブ
ロック共重合体の場合、適度な親水性表面とすることや
適度な相分離構造を形成させることによって、血液適合
性を向上させることが可能となる。
【0017】また、材料表面を親水化することは、例え
ば、コンタクトレンズなどでは体液との濡性が向上する
ことにより装用感が向上したり、生体埋入材料のように
材料と細胞や組織との接着性が向上することにより細菌
感染が減少するなど、医療用具に付加価値を与えること
となる。一般に親水性高分子は疎水性高分子と相溶性が
悪いため、疎水性の高分子材料上に均一にコ−トするこ
とは困難であるが、本発明の方法によれば、疎水性の高
分子重合開始剤に親水性単量体を表面重合することによ
り容易に親水性表面を形成させることが可能となる。
【0018】また、カテ−テルなどの医療用具において
は、血管や組織への挿入を容易にし組織を傷つけないた
め表面潤滑性を付与することが望ましい。表面潤滑性を
付与する方法としては、水溶性高分子を不溶化して材料
表面に吸水性のゲル層を形成させる方法が優れている。
本発明の方法によれば、水溶性高分子と水不溶性高分子
との共重合体を含む材料表面を形成させることにより、
容易に表面潤滑性を付与した医療用具を提供できること
となる。吸水性のゲル化層とは水を吸収してゲル化する
表面であり、水溶性高分子を表面に保持させることによ
り作製できる。水溶性ポリマ−としては、(メタ)アク
リル酸や(メタ)アクリル系単量体、アクリルアミド系
単量体、マレイン酸系単量体などを主な構成成分とする
水溶性高分子やセルロ−ス誘導体などの多糖類を好適に
例示できる。
【0019】本発明は、生物の体液・組織と接して使用
される医療用具であることを特徴とするが、生体組織に
対して刺激の少ないメトキシエチルアクリレ−トなどの
アルコキシアルキルアクリレ−ト類を主成分とする高分
子を含む表面改質層が形成されていることが好ましい。
医療用具としては、フィルム状、糸状、チュ−ブ状等、
多孔質状等 形状・用途は特に限定されないが、カテ−
テル類(カテ−テル、バル−ンカテ−テルのバル−ン、
カテ−テルのガイドワイヤ−なども含む)、創傷被覆
材、人工血管、血液や体液の保存容器、生体内埋入に埋
入する医療用具(ポ−ト部など)等を好適に例示でき
る。
【0020】
【実施例】以下に、実施例をあげて本発明をさらに具体
的に説明する。
【0021】実施例1〜5 アジピン酸2塩化物72.3g中に50℃でトリエチレ
ングリコ−ル29.7gを滴下した後、50℃で3時間
塩酸を減圧除去して得られたオリゴエステル22.5g
にメチルエチルケトン4.5gを加え、水酸化ナトリウ
ム5g,31%過酸化水素6.93g,界面活性剤ジオ
クチルホスフェ−ト0.44g、水120gよりなる溶
液中に滴下し−5℃で20分反応させた。得られた生成
物は、水洗、メタノ−ル洗浄を繰り返した後、乾燥させ
て分子内に複数のパ−オキサイド基を有する重縮合ポリ
マ−ATPPOを得た。続いて、ATTPOを重合開始
剤として0.5g,メトキシエチルアクリレ−ト(ME
A)9.5g,溶媒としてDMF30gを混ぜ、65℃
24時間、減圧下で重合した後、ジエチルエ−テルで再
沈して、分子内にパ−オキサイド基を有するPMEAを
得た。
【0022】このようにして得られたPMEAを0.5
wt%メタノ−ル溶液として、ポリスチレン、ポリエチ
レン、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリフェニレンサ
ルファイト、ナイロン610のシ−トにコ−トした。コ
−ティングされた各シ−トに、アルゴン中0.2Torrで
50W,10秒間プラズマを照射したのち、N,N−ジ
メチルアクリルアミド(DMAA)をガス状で供給し、
0.8Torr, 3分間、表面重合を行った。表面重合後
は、60度1時間減圧下で過熱した後、水洗して試料と
した。
【0023】いづれのシ−トも、水に浸漬させると表面
が膨潤〜ゲル化し潤滑性が増加していた。このことは、
これらの表面改質された材料は、組織への物理的ダメ−
ジを軽減することを示唆している。
【0024】比較例1〜5 分子内にパ−オキサイド基を有するPMEAをコ−トし
なかった他は実施例1〜5と同様にしてDMAAを表面
重合した。得られたシ−トの表面潤滑性は低く、実施例
1〜5と比べて明らかな差があった。
【0025】実施例6、比較例6 ATTPOを重合開始剤として0.5g,メチルメタク
リレ−ト(MMA)9.5g,溶媒としてDMF30g
を混ぜ、65℃24時間、減圧下で重合した後、ジエチ
ルエ−テルで再沈して、分子内にパ−オキサイド基を有
するPMMAを得た。このようにして得られたPMMA
を0.5wt%メタノ−ル溶液として、PMMAを主成
分とするアクリルシ−トにコ−トした。 コ−ティング
したアクリルシ−トに、アルゴン中0.2Torrで50
W,10秒間プラズマを照射したのち、メトキシエチル
アクリレ−ト(MEA)をガス状で供給し、0.8Tor
r、3分間、表面重合を行った。表面重合後は、60
℃、1時間減圧下で過熱した後、メタノ−ルで洗浄して
試料とした。(実施例6)
【0026】メトキシエチルアクリレ−トで表面重合し
たアクリルシ−トの血液適合性を調べるために、多血小
板血漿と30分接触させた後の粘着血小板数を調べたと
ころ、表面重合したシ−ト表面にはほとんど血小板は粘
着していなかった。一方、基材として用いたアクリルシ
−ト(比較例6)には多数の血小板が粘着していた。
【0027】
【発明の効果】本発明は、主鎖にパーオキサイド基を有
するポリメトキシエチルアクリレートまたはポリメチル
メタクリレートを予め基材表面に存在させ、ラジカル重
合可能な単量体を材料表面で重合させることにより、優
れた表面潤滑性や生体適合性を有するブロック共重合体
を含む表面改質層が、強固かつ均一に形成された材料ま
たは医療用具を提供することができる。
【0028】また、低温プラズマを照射後または照射時
にラジカル重合可能な単量体を気相で供給して材料表面
で重合し、さらに表面重合により、親水性高分子と疎水
性高分子の共重合体を含む表面改質層または水溶性高分
子鎖を不溶化した共重合体を含む表面改質層が形成され
ることにより、より好適な材料または医療用具を提供す
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61L 15/00 - 33/18 CA(STN) WPI(DIALOG)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主鎖にパーオキサイ基を有するポリメト
    キシエチルアクリレートまたはポリメチルメタクリレー
    トを予め基材表面に存在させ、ラジカル重合可能な単量
    体を気相で供給して該基材表面で重合させることによ
    り、該基材表面にブロック共重合体が生成されているこ
    とを特徴とする表面改質された医療用材料。
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