JPH10506431A

JPH10506431A - 表面を改質するためのプラズマとγ線とを併用した照射重合方法

Info

Publication number: JPH10506431A
Application number: JP8520455A
Authority: JP
Inventors: ゴールドバーグ，ユージーン，ピー．; ヤヒアウイ，アリ; バーンズ，ジェームズ
Original assignee: University of Florida Research Foundation Inc
Current assignee: University of Florida Research Foundation Inc
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 1998-06-23
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: EP0799068A4; US5804263A; JP3050920B2; EP0799068A1; WO1996020023A1

Abstract

(57)【要約】表面を改質するためのプラズマとγ線とを併用した照射重合方法。(a)表面にグロー放電プラズマを照射して表面を活性化し、(b)この表面をエチレン性不飽和結合を有するモノマーまたはモノマーの混合物と接触させ、(3)エチレン性不飽和結合を有するモノマーの存在下で、活性化された表面にγ線または電子ビームを照射して表面上にグラフトポリマーの被膜を作る。

Description

【発明の詳細な説明】表面を改質するためのプラズマとγ線とを併用した照射重合方法発明の背景発明の属する技術分野本発明は、表面に所望の特性を与えるための表面改質方法に関するものである。従来技術製品を製造するための材料を選択する際、熟練工はしばしばジレンマに直面して困惑する。特定の材料は、目的とする用途における要求、例えば強度、重量、密度、構造、切削加工性、電磁特性等のほとんどを満足することができるが、その表面特性のために不安定になる場合がある。例えば眼内レンズ(IOL)等の眼科用インプラントを外科手術で移植する場合には、インプラントと内皮とが接触しないように十分注意しないと角膜内皮組織のかなりの部分が失われてしまうということが多くの研究で報告されている。大抵の眼科用インプラントは光学的特性に優れ、生物分解に対する抵抗力のある親水性のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）ポリマーで作られているが、ＰＭＭＡは偶然に接触しただけでもその表面が内皮細胞に付着し、付着したＰＭＭＡ表面を内皮細胞から離すと、内皮細胞がＰＭＭＡ表面に付着して引き剥がされてしまう。他の眼球組織、例えば虹彩も似たような付着作用によって損傷を受ける。ＰＭＭＡのＩＯＲに固有の深刻な欠点は、光彩や毛様体溝等の敏感な組織と長期に渡って摩擦接触する可能性に由来すること、さらに隔膜内皮と疎水性ポリマー表面、つまりＰＭＭＡとが例え短時間でも接触することによって内皮がかなりの損傷を受けるということは、多くの文献に記載されている。カッツ達の文献参照（Katz et al.，Trans．Am．Acad．Ophth.，vol.，83，p.204-212(1977)）。外科手術中にインプラント表面と敏感な組織表面、例えば光彩組織等とが全く接触しないようにすることは極めて難しいため、眼科手術では眼科用インプラントすなわちＰＭＭＰ表面を改質して、隔膜内皮に接触した時に損傷する傾向を減すための試みが行われている。眼科用インプラント表面と内皮組織細胞との間の付着力を小さくするために、これまではインプラント表面を各種の親水性ポリマー溶液や一時的に可溶性のある被覆剤、例えばメチルセルロースやポリビニルピロリドンで被覆してきた。この方法は組織を一時的には保護するが、完全に満足なものではない。すなわち、これらの被覆剤はインプラント表面に十分に付着しないで移植後に剥がれたり劣化したり、手術中または手術後に分解したり、手術後に合併症を引き起こす危険性があるため、外科手術を難しくする。さらに、このような被覆の厚さと均一性を制御することは困難である。各種の表面改質技術が提案され、そのうちいくつかは実用化されている。例えば、疎水性ポリマー表面上への親水性ポリマーのグラフト化を光重合[Oster et al.，J．polym．Sci.，vol．26，p.333(1957); Oster et al.，Ibid.，vol．34 ，p.67(1959); Tazuke et al.，J．Polym．Sci.，Polym．Lett． Edn．16，p．497(1978); およびOgiwara et al.，J．Appl．Plym．Sci.，Vol．2 3，p．2397(1979)]や放射線重合［Jansen et al.，J．Biomed．Mater．Res.，vo l．19，p．1085(1985); Boffa et al，J．Biomed．Mater．Res.，vol.11，p.317 (1977)］によって行われている。しかし、これらの方法にはいずれも大きな制限がある。すなわち、グラフト化反応が基材の外側表面層に限定されず、グラフト化反応時間が非常に長く、得られる被膜は一般に基材表面に物理的に吸着しているだけであり、さらには、グラフト化に必要な放射線の浸透力が比較的大きいため永久的な化学変化および構造変化、例えば架橋および分解が常に見られる[Muk herjee et al.，J．Macromol．Sci.-Rev．Macromol．Cheml Phys.，vol．C26(3) ，P．475(1986)]。ポリマー製眼科用インプラントの他に、種々の金属、セラミックおよびポリマーで作られた医療機器、装置およびインプラントについても表面改質を行うことによって非付着性で、組織に対する保護作用を有し、しかも血液に対する適合性に優れた親水性ポリマーをグラフトした表面にするのが有利である。本願と同時に出願した同時係属出願第号では、各種のポリマー機器や装置の表面を親水性ポリマーを用いて改質するための改良方法と材料が提案されている。しかし、ある種のポリマー基材すなわちフルオロカーボンポリマーや、金属、セラミック基材は現在使用可能な主要な方法であるγ照射重合によるグラフト化やグロー放電プラズマ重合で効率良く均一且つ接着力に優れた状態に表面改質することは極めて困難である。グロー放電プラズマ（ＧＤＰ）は、生物医学的ポリマーの表面改質を目的として詳細に検討されてきた[Yasuda，Plasma Polymerization，Academic Press，Inc.，(1985); kim et al．CRC Crit．Rev ．in Biocomp.，vol．１，P．229(1985); Ratner et al，in Trans．2nd Worl d Cong．Biomaterials，Washington，D.C．(1984)]。このＧＤＰは通常、ラジオ周波数の誘導またはＤＣ放電あるいはマイクロ波法によって行うことができ、基本的には２つの用途で利用されてきた。すなわち、1)プラズマ処理による表面エッチングおよび／または酸化と、2)プラズマ薄層重合および被覆である。ラジオ周波数電流によって誘導される誘導結合ＧＤＰ（ＲＦ−ＧＤＰ）は、高エネルギー磁場に気体または蒸気分子を通過させることによって生成したイオン化ガスの高エネルギー状態である。生成する活性化された化学種はＧＤＰ中に置かれた基材の表面に活性化された表面化学種、例えばラジカルまたはイオンラジカル等を発生させて表面を化学的に変化させるエネルギーを有する。これらのラジカル、その他の活性化された部位を空気に曝した時に酸素と結合して化学変化する部位や、各種ビニルモノマーと重合する部位を形成することもできる。さらに、プラズマ中に存在するモノマーを活性化して基材上の活性化された部位にグラフト重合させることもできる。ＧＤＰ条件下では、ベンゼン、トルエン、パーフルオロプロパン等のビニルモノマーでない比較的反応性の低い化合物でさえも十分に活性化されてポリマー形成反応をすることができる。疎水性ポリマー、例えばＦＥＰ（テフロン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＤＭＳＯ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等をプラズマ中で酸素と接触させた場合には、温度が比較的低く、暴露時間が短い場合でも、表面酸化によって親水性が増加することが実験によって示されている。多くのポリマーが、ＧＤＰ条件によって還元または酸化され、従って、それらの表面特性が変化することが知られている [Clark et al.，J．Polym．Sci.，Polym．Chem．Edn．21，p．837(1983)]。プラズマ処理による鎖の分断、消耗、架橋、酸化、その他の反応は、基材および実験条件に応じて、深さ50〜100 Å以上の深さまで進行する[Wu et al.，in P olymer Interphase and bdhesion，Chap．9，p.298，Marcel Dekker，New York1 982)]。 γ線照射重合単独の場合についても、疎水性ポリマーの表面グラフト化が詳細に研究されている[Boffa，上記; Hegazy et al.，J．Appl．Polym．Sci.，Vol． 26，p．3117(1981); Mukherjee et al.，J．Appl．Polym．Sci.，Vol．30，p．2 463(1985); Hoffman et al.，Arch Phys．Chem.，vol．22，p.362（1983）]。しかし、この方法は常に十分とはいえない。すなわち、先に述べた問題に加えて、基材とモノマーとにγ線を照射することによって基材へのグラフト化と一緒に溶液重合が起こる。グラフト化はγ線照射によって発生する励起された表面化学種、例えばラジカル等の力に依存し、この力は特定の基材にそのような活性化学種が生成するのに必要なエネルギーに依存する。従って、モノマー溶液に対してラジカル生成に必要な活性化エネルギーが高い基材はγ線照射重合によってグラフト化できず、その前に溶液重合およびゲル化がかなり進行してサンプルの除去および洗浄が不可能になる。米国特許第4,806,382 号には、ポリメチルメタクリレートで構成される眼科用インプラントと、その他の眼科用インプラントポリマーの表面をγ線照射グラフト重合によって被覆するための改良された効果的な方法が開示されている。いくつかのポリマー基材は、ある種のγ線照射グラフト重合条件の下で表面改質が可能であるが、金属やセラミック基材は表面改質が非常に難しい。なぜなら、γ線照射エネルギーが低く、これらの材料はモノマー分子に対して非透過性なため、表面重合グラフト化は不可能であり、結果的に不均一で非接着性の構造が生成するためである。本発明は、上記問題点を全て解決する新規な表面グラフト化方法を提供する。本発明方法は、グロー放電プラズマを用いた固体基材の予備的処理に続いて、重合可能なモノマーの存在下で低照射量のγ線照射または電子ビーム照射によってグラフト化を開始させるという組み合わせに基づくものである。このＧＤＰとγ線または電子ビーム照射によるグラフト重合との組み合わせは、全般的に見てポリマー基材に対して優れた方法であり、この方法はこれまで不可能であった金属やセラミック基材の表面をポリマーグラフト化により改質する上で非常に効果的な独特な方法である。プラズマ処理を他の処理と組み合わせてグラフト化を誘導する試みはわずかに報告されている[Bamford et al，Polymer.，Vol．2，P.277(1961); Bazkin et a l.，J．Bioeng.，vol.2，p.527(1978)]。一般に、これらの方法は熱処理によって表面の過酸化物をラジカルへと分解し、それによってグラフト重合を開始させるものである。しかし、135 ℃以上に加熱しなければならない場合もある［Bamf ord,上記］。この温度は多くのポリマーのガラス転移温度よりも高いので、そのような方法を表面グラフト化に使用することはできない。特に形状および寸法安定性が非常に重要であるアクリル製眼科用インプラント等の生物医学的装置に適用することはできない。 1971年に、Bradley およびFales は、合成繊維上にプラズマ誘導によってアクリル酸をグラフト共重合させる方法を報告している[Bradley et al.，Chemtech. ，p．232，April 1984]。このグラフト化はプラズマ処理された繊維上に存在する表面ラジカルによって誘導される。グラフト化収率は一般に比較的低く、それ以外のモノマーのグラフト化も試みられていない。これに対して、本発明によるＧＤＰ表面改質とγ線照射グラフト化による表面改質とを組み合わせた方法は、ポリマー、金属およびセラミック上に改良されたポリマーグラフト表面を調製するための新規な方法を提供するものである。本発明の目的は、上記問題点や欠点を解決した、多種多様な材料の表面特性を改質するための、広く適用可能な方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、表面改質された新規な製品を提供し、それによって、これまでなかった用途におけるそれら製品の効果的利用を可能にすることにある。発明の概要上記およびその他の目的は本発明によって実現される。本発明は、ＧＤＰに曝されて活性化部位を生成する材料表面を改質するための方法であって、下記(a) 〜(c)： (a) 材料表面を活性化および／または励起するのに必要なパワーを有するＧＤＰ、例えばＲＦ−ＧＤＰまたはマイクロ波ＧＤＰを必要な時間だけ表面に照射し、必要な場合には続いて表面を空気または酸素に曝すことによって表面上にパーオキシ基、ハイドロパーオキシ基またはその他の化学的に反応性のある原子または分子種を形成させ、 (b) エチレン性不飽和結合を有し、γ線または電子ビーム照射によって誘導された時にこのエチレン性不飽和結合を介して重合することが可能で且つＧＤＰ表面処理によって生じた表面の活性化学種と共有結合可能なモノマーまたはモノマー混合物の溶液に上記表面を曝し、 (c) 上記不飽和モノマー溶液の存在下で表面にγ線または電子ビームを照射して、γ線または電子ビーム照射とＧＤＰによって活性化された部位と、活性表面の酸素含有基またはそれらの組み合わせによって重合を開始させて表面に化学的にグラフトした改質層を形成する段階を含み、上記グラフト重合が下記(i)〜(iii)の条件で行われることを特徴とする方法を提案する： (i) 溶液のモノマー濃度が約0.1 〜50重量％で、 (ii) γ線または電子ビームの全照射量が約0.001 〜0.5 メガラドで、 (iii) γ線照射率は約10〜2500ラド／分、電子ビーム照射率は約10〜10⁸ラド／分にする。本発明はさらに、上記方法で得られた材料を少なくとも部分的に含む商業的な製品を提供する。図の簡単な説明図１〜８は本発明方法で処理した各種材料表面および比較例の他の表面のスペクトル分析結果を示す図。図９は本発明材料からなる一体型眼内レンズの平面図。図10は本発明材料で構成された繊維状触覚14（レンズとは別の基材で構成されていてもよい）を有する眼内レンズ12の平面図。図11は本発明材料で構成された角膜プロテーゼの平面図。図12はＲＦプラズマ発生装置の概略図。発明の詳細な説明本発明は、材料表面をＧＤＰで処理した後にγ線または電子ビーム照射によって重合を誘導し、それぞれの反応パラメータを注意深く制御しながら表面の改質することによって、材料のバルク特性またはその他の特性を損わずに、非常に広範囲の材料の表面を改質することができるという事実に基づいている。しかも、この方法は比較的操作が簡単で、非常に効率が良く、経済的である。本発明方法によって各種用途を有する製品を製造する上で非常に重要なバルク特性と表面特性とを併せ持つたこれまで知られていなかった材料が提供される。特定の疎水性ポリマー表面に親水性被膜を形成するには米国特許第4,806,382 号（この特許の開示内容は全て参考として本明細書に含まれる）に記載のγ線照射で誘導されるグラフト重合による被覆方法が適している。しかし、付着性および耐久性のある均一な表面を首尾よく作り、モノマーの溶液重合が過度に進行するのを防ぐためには条件を慎重に制御しなければならない。さらに、モノマーの拡散に対して比較的透過性が乏しく且つ比較的化学反応性に乏しい金属やセラミックに対してγ線照射によるグラフト重合のみを行った場合には、付着性および耐久性のある化学的に結合した均一な表面ポリマーグラフトを得ることは非常に難しい。当業者には、電子ビーム照射がグラフト重合を誘導することは理解されよう。従って、本発明方法を実施する際に、γ線照射の代わりにγ線照射と等価なエネルギーの電子ビーム照射を行うことができる。約５mA〜約100m A の電流で、約50KeV 〜約10MeV の範囲の電圧の電子ビームを使用することができる。電子ビームでグラフト重合を開始するには、γ線照射によるグラフト重合の場合よりはるかに高い照射率すなわち約10〜10⁸ラド／分またはそれ以上の照射率になるような条件を採用することができる。従って、本明細書では、『γ線照射によるグラフト重合』という用語は『電子ビーム照射によるグラフト重合』も含むものとして使用する。一方、本発明によるプラズマ／γ線併用方法は、ポリマー、金属およびセラミックの表面にポリマーをグラフトさせて均一なポリマーによる表面改質を実現すると同時に、溶液重合による複雑化を最小限に抑えた、非常に実用的且つ効果的な特殊な方法である。これは、プラズマ表面処理による活性化によってグラフト部位が誘導され、その後のγ線照射によってこのグラグト部位で表面グラフト重合が起こるという事実によるものである。従って、ポリマー基材上でγ線照射によるグラフト重合のみを行う場合に比べて、事前にプラズマによる活性化を行うことにより、グラフト化が進行し易く、緩やかな条件下でγ線照射によるグラフト化を行うことができ、深刻な溶液重合が起こることもない。さらに、表面グラフト重合を効果的に行うことの困難な金属やセラミックについても、最初にプラズマによる活性化を行うことによって表面にグラフト部位が生成し、続いて、これまで困難であったγ線照射によるグラフト重合を行うことができるようになる。 γ線照射または電子ビーム照射により表面上におけるモノマーのグラフト重合を誘導し、この表面上にグラフトポリマーによる最適な表面改質を生成する方法は、下記a)〜b)の特定の条件を組み合わせて水溶液中でグラフト重合を行うというものである： (a) モノマー濃度：約0.1 〜約50重量％ (b) 全γ線照射量または全電子ビーム照射量：約0.001 〜約0.5 メガラド (c) γ線照射量：約10〜約10⁸ラド／分最適条件はさらに下記(d)〜(g)の中の１つ以上の条件下で行うものである： (d) グラフト重合水溶液からフリーの酸素をほぼ完全に除去し、 (e) 表面グラフトの厚さを約100 Åから約150 μｍに保ち、 (f) グラフト重合溶液中にフリーラジカル捕捉剤を誘導し、 (g) ポリマー基材用の膨潤溶媒を使用するか、ポリマー基材をモノマー（単数または複数）溶液に長時間曝してモノマーを基材中に拡散させる。 γ線照射で誘導されるグラフト重合によって有効な表面改質を行うのに必要な本発明の改良方法の条件およびパラメータにはモノマー％、γ線照射量、照射率、重合前に基材にモノマーを侵入または膨潤させる時間および酸素（空気）の脱気が含まれる。最適プロセス条件には触媒、フリーラジカル捕捉剤、ポリマー膨潤溶媒および温度がさらに含まれる。溶液ポリマーの分子量とその分布、変換率（％）、残留モノマーの量、グラフトポリマーの厚さおよび表面特性等はプロセス条件が代わった時に大きく変化する結果に過ぎない。例えば、照射線量0.1 メガラドを照射し且つ10％のモノマーを用いた場合、ＰＭＭＡ上のＰＶＰに対する表面改質は高照射率で行ったと低照射率で行った場合で違ってくる。これは、低照射率（重合速度が遅い）によって分子量が大きくなる傾向があるためである。同様に、酸素を除去した脱気済みの反応媒体を使用することによってはるかに低い照射線量でより優れたグラフトが得られる。銅や鉄塩あるいは有機還元剤（例えばアスコルビン酸）等のフリーラジカル捕捉剤が存在していると、他のプロセスパラメータが大きな影響を受ける。一般に、モノマー濃度が大きいと、溶液ポリマーの分子量が小さくなり、溶液のゲル化が防止される。上記のプロセス条件およびパラメータをそれぞれ下記の範囲で変化させて、特定の表面に対して特に有効な特定の組み合わせとすることができる： (a) モノマー濃度親水性モノマー濃度を大きくするとグラフト溶液中のポリマー分子量が増大し、接触角（ＣＡ）が小さくなり、表面がより親水性になる。一般に、モノマー濃度は他のパラメータに応じて0.1 〜50％にするのが好ましい。例えば、0.1 ％以下では低照射率で高照射線量でも、グラフトは不十分になり、30〜40°以下のＣＡを得ることができない。20〜30％以上の高いモノマー濃度でゲル化させずにポリマー溶液を効果的にグラフトさせるには照射量を小さくし且つフリーラジカル捕捉剤を用いる必要がある。モノマー濃度を50％より高くすることも可能であるが、好ましくない。この場合にはフリーラジカル捕捉剤の濃度を大きくする必要があるが、フリーラジカル捕捉剤を使用することによってポリマーの分子量とモノマーの変換率とが低下する。 (b) 照射線量一般にγ線の全照射線量が増加するとポリマーの分子量が増大し、接触角は小さくなる。しかし、照射線量を増加させ、照射率を小さくし、モノマー濃度を増加させると、反応媒体の粘性が極めて大きくなってゲルを形成するため、洗浄で除去するのが非常に難しいという実用上の大きな問題がある（例えば、全照射線量が約0.25メガラド、ＮＶＰの濃度が10％、照射率が309 ラド／分）。 (c) 照射率一般に、γ線照射率を小さくすると溶液ポリマーの分子量が大きくなり、さらに低い照射率では接触角も減少傾向になる。 (d) 溶液ポリマーの分子量分子量の増加よ、グラフトのＣＡの低下と連動することが多い。しかし、分子量Ｍ_vが 5,000，000 以上の大きい溶液ポリマーまたはゲルは、洗浄の問題から一般にグラフト化には不適である。ラジカル阻害剤および特定のモノマーを用いて十分なグラフトと低い溶液ポリマー分子量を達成することができる。 (e) 脱気グラフト用溶液から吸引および／または不活性ガス（アルゴンパージ）で酸素を除去することは全照射線量を小さくするために重要である（実際のグラフトは 0.1メガラド未満の全照射線量で行う）。脱ガスはＭ_wとモノマーの変換率（％）に大きく影響する。 (ｆ) フリーラジカル捕捉剤一般には還元剤であるCu⁺、Fe⁺²アスコルビン酸等のフリーラジカル捕捉剤は溶液中でのラジカル重合を抑制することが知られている。従って、グラフト中に溶液がゲル化するのを遅らせるのに都合がよい（特に、γ線の照射線量が大きく、照射率が大きく、モノマーの濃度が大きいとき）。 (g) 膨潤溶媒およびモノマー予備浸漬グラフト用モノマー水溶液中で基材ポリマーの溶媒を用いると、γ線照射による重合の前および重合中のポリマーの膨潤とポリマー内へのモノマーの拡散が容易になる。モノマーが基材内に侵入するとグラフト被覆が厚くなってモノマーと表面の結合が促進される。ポリマー基材をモノマーまたはモノマー溶液に長時間曝すことは、γ線照射によるグラフト化の前にモノマーの拡散を促進する上で特に効果的である。例えば眼科用インプラントの表面がポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリシロキサン（ＰSi）の場合には同時係属出願である第07/592,479号および07/592,484号（いずれも1990年10月５日に提出されたもので、その開示は全て参考として本明細書に含まれる）に記載のように、表面を、モノマーまたは約５重量％〜約95重量％のモノマーを含む第１の水溶液中で、温度を約５℃〜約90℃で約0.5 〜約48時間あるいはそれ以上の時間予備浸漬するのが好ましい。 N-ビニルピロリドン（ＮＶＰ）、ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、ビニル置換ポリエーテル、例えばビニルポリエチレングリコール（ＶＰＥＧ）あるいはビニルポリプロピレングリコール（ＶＰＰＧ）、アクリルアミド（ＡＭ）、ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡ）、ヒドロキシプロピルアクリレートおよびその他反応性親水性モノマーも本発明方法によるγ線照射グラフト化にとって有効である。ＮＶＰとＨＥＭＡとの混合物を用いてＰ（ＮＶＰ−ＨＥＭＡ）のグラフト共重合被膜を作る場合には、混合物はモノマー混合物重量に対して約50重量％のＨＥＭＡを含有することができるしかし、ＨＥＭＡがゲル化の開始を促進させることから、ゲル化を防ぐためには、ＨＥＭＡを20〜30％以上にしてラジカル捕捉剤を使用し、モノマー濃度を低くするのが望ましい。本発明の実施に際しては、上記の条件でγ線または電子ビームを照射した時に上記表面上に好ましくは親水性のグラフト重合被膜を形成することの可能な任意のエチレン性不飽和モノマーを使用することができる。親水性モノマーは、イオン性モノマーを含むその他のモノマーと共重合させてもよいことは、当業者には理解されよう。親水性モノマーとイオン性モノマーとの混合物をそれらと重合させることもできる。例えば、ビニルスルホン酸またはビニルカルボン酸、例えばアクリル酸、クロトン酸またはメタクリル酸等を組み込んだグラフト共重合体により、非イオン性の表面改質を行うことができる。同様に、アミノ基含有モノマー、例えば、ビニルピリジン、アミノスチレンまたはアミノアクリレートあるいはアミノメチルアクリレート、例えばジメチルアミノエチルメタクリレートまたはジメチルアミノスチレンを組み込んだグラフト共重合体によってカチオン性の表面改質が得られる。イオン性モノマーの量は合計モノマー重量に対して約50重量％以下にすることができ、その際上記に述べた必須のプロセスパラメータが保持されることは理解されよう。本発明の方法は各種プラスチック、セラミックまたは金属材料より成る医療機器、装置、インプラントおよびコンタクトレンズ等に使用される。上記の条件でＧＤＰに曝した時に、活性化された表面化学種または表面部位、例えばイオンまたはラジカル等が生成し、これら化学種または部位が、上記条件下でのγ線または電子ビーム照射を受けて表面上でグラフト重合したポリマーまたはコポリマーと結合するような、任意の表面が本発明方法で改質可能であることは、当業者には理解されよう。さらに、場合によっては、ＧＤＰによって表面上に生じた活性部位を酸素と接触させて、γ 線または電子ビーム照射条件下での共有結合およびグラフト重合に適した化学的反応性を有する原子または分子種あるいは反応性部位、例えばパーオキシまたはヒドロパーオキシ基を形成させるのが有利なことは理解されよう。一種類以上のプラスチック、セラミックまたは金属材料部品によって構成される任意の機器、装置、インプラント等の表面を本発明によって改質し、該表面の組織接触特性を向上させることができる。本発明の親水性グラフトポリマー表面改質は、眼内レンズインプラント（前眼房、後眼房または水晶体）について有用であるが、例えば角膜インレー、角膜プロテーゼ、エピケラトファリア装置、緑内障シャント、レチナールステープル、胸膜バックル等、その他の眼科用インプラントの組織保護特性や生体適合性を改良する上でも非常に有効である。本発明方法でプラチック製の手術用機器やインプラント、例えばプローブ、開創器、組織や脈管の分離器、灌注器、吸引器、ファコエマルジフィケーションツール、スポンジ、鉗子、手袋、レンズグライド、ポジショニングツール、ピンセット、挿入用ツール、ステープル、縫合糸などを処理することができる。本発明方法で医療用装置、例えばハードおよびソフトコンタクトレンズ、静脈または静脈カテーテル、レーザーおよびバルーン脈管形成装置、血管や心臓用デバイス（チューブ、カテーテルバルーン、心室補助装置）、血液透析部品、血液酸素添加装置、尿管／泌尿器装置（フォーリーカテーテル、ステント、チューブおよびバルーン）、気管カテーテル（気管および気管切開用のチューブおよびカフス）、腸供給チューブ、創傷排膿チューブ、血液バッグおよび血液チュービングを処理することができる。本発明方法で改質されるインプラントには、例えば血管グラフト、軟質または硬質の組織人工器官（***、頭蓋／顔面、腱、関節）心臓弁および人工心臓等がある。これらの機器、装置、インプラント等を改質すると、これらの表面が改良されて血液との親和性が増し、手術中またはハンドリング時の組織の付着や損傷を減らすことができる。さらに、本発明方法により細胞の吸着が減少するため炎症が減り、軟質組織インプラントの場合の繊維質カプセルの形成が抑制され、心臓・血管装置や人工器官の場合の凝血を防ぐことができる。本発明方法はさらに、細菌の吸着が減るため感染の危険性が減り、関節継手や腱等の人工装具での表対面擦傷と摩擦を減少させる。ポリオレフィンおよびポリオレフィン／炭化水素ブロックポリマは医療用チューブ、カテーテル、血液バッグ、縫合糸などの材料として有用である。ＳＢＳ、ＥＰまたはＳＥ／ＢＳ型の共重合体は押出し成形や射出成形が可能なゴム特性を有する熱可塑性エラストマである。これらの材料を本発明方法で表面改質すると、これらポリマーの表面特性は通常の疎水性性から親水性へ変化する。フルオロカーボンポリマは生体適合性が良く不活性であるためカテーテル（例、静脈カテーテル）、人工血管用器官（例、血管グラフト）、被覆用医療装置、器具およびインプラントで広く利用されているが、本発明方法で表面特性は大幅に改良され、細胞や組織の吸着性が減り、血液との親和性が増加する。シリコンポリマーは医療用チューブやカテーテル、***用インプラント等の軟性組織インプラントで広く利用されている。本発明の親水性表面改質によって組織と細胞の擦傷や吸着が減り、軟質組織インプラントの主たる合併症である繊維質カプセルの形成を抑えることができる。同様に、ポリ塩化ビニルを表面改質することによって、親水性の高いビニルチューブやフィルム表面として、ポリ塩化ビニルで作られた血液チューブ、血液バッグ、カテーテル、その他医療装置の凝血性を抑え、生体適合性を高めることができる。ポリウレタンはペーサのリード、静脈カテーテル、腸供給チューブ、血管グラフトなどで用いられる。このポリウレタンも本発明方法で有効に改質されて親水性表面となり、生体適合性が向上する。上記の各プロセス条件およびパラメータは、本発明の表面改質された眼球部品用ポリマーを得るのに特に好ましい特定の組み合わせを実現するために上記範囲内で変えることができる。本発明によるプラズマ／γ線併用による表面改質方法および被膜は、ポリマー基材に比べて化学的に表面グラフトしにくい金属、セラミックまたはガラス機器あるいは装置に適用可能な独特な方法である。プロセス条件としていくつか有効範囲が存在する。『最適』な方法は基材の分子構造と所望の被膜の厚さとに依存する。一般に極端な溶液粘度やゲルが生じるような条件または表面に応力亀裂やひび割れが生じるような条件は避けるべきである。実施例に示したパーセントの値は、特に記載のない限り重量％を意味する。本発明が、ＧＤＰによって酸化または活性化することが可能であり、且つＧＤＰおよび／または活性化された表面を酸素と接触させることによって反応性部位を生成することの可能な任意の表面の処理に利用可能であることは、当業者には理解されよう。つまり、本発明方法は金属、ポリマーまたはセラミック材料に適用可能である。本発明によって処理可能な金属表面として典型的なものは、鉄、鉄合金および各種合金鋼、ニッケル、銅、コバルト、タンタルおよび広範囲の合金等である。適当なポリマー基材としてはポリアクリレートおよびメタクリレート（例、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート等）；ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン）；ＳＢＳ共重合体（スチレン−ブタジエン）、エチレン−プロピレン共重合体ＳＥ／ＢＳ（スチレン−エチレン／−ブタジエン−スチレン）ブロック共重合体、ポリカーボネート（ＰＣ）、フルオロカーボンポリマー（例、ポリビニリデンフルオライド−ＰＶＤＦ、ポリテトラフルオロエチレン−ＰＴＦＥ、ポリパーフルオロエチレンプロピレン−ＦＥＰ、ポリシロキサン）、ポリウレタンを含む各種脂肪族、芳香族ポリウレタンポリエステルまたはポリエーテルブロックコポリマー、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む各種ポリエステル、ポリカーボネート／ポリジメチルシロキサン共重合体（ＰＣ／ＰＤＭＳＯ）等がある。本発明では、各種組成を有する無機ガラスおよびセラミック、例えばシリカ、ソーダガラス、ボロシリケートガラス、ハイカルシウムおよびホスフェートガラス、石英等を処理することも可能である。本発明は特に、ポリマー、セラミックまたは金属製の生物医学的製品および上記材料を２種類以上含有する製品の製造に適している。例として、手術用機器やインプラント、例えばプローブ、開創器、組織や脈管の分離器、灌注器、吸引器、ファコエマルジフィケーションツール、スポンジ、鉗子、手袋、レンズグライド、ポジショニングツール、ピンセット、挿入用ツール、ステープル、縫合糸等を挙げることができ、これらの製品は全て本発明による処理が可能である。本発明方法では、医療用器具、例えばハードおよびソフトコンタクトレンズ、静脈または静脈カテーテル、レーザーおよびバルーン脈管形成装置、血管や心臓用デバイス（チューブ、カテーテル、バルーン）、心室補助装置、血液透析部品、血液酸素添加装置、尿管／泌尿器装置（フォーリーカテーテル、ステント、チューブおよびバルーン）、気管カテーテル（気管および気管切開用のチューブおよびカフス）、腸供給チューブ、創傷排膿チューブ、血液バッグおよび血液チュービングを処理することができる。本発明方法で改質されるインプラントには、例えば眼内レンズ、血管グラフト、軟質または硬質の組織人工器官（***、頭蓋／顔面、腱、関節）心臓弁および人工心臓等がある。ＧＤＰ処理、例えばＲＦ−ＧＤＰを利用した処理における条件は処理すべき表面に依存することは当業者には理解できよう。しかし、一般に、表面の活性化および酸化を行うには、約１〜約500 ｗまたはそれ以上のパワーで約１秒〜約30分以上表面をＲＦ−ＧＤＰに曝せば十分である。本発明を実施する際には、通常のＧＤＰ発生システム、例えばラジオ周波数（ＲＦ）、マイクロ波、またはＤＣ放電システムを使用することができる。γ線照射によるグラフト重合に先立って金属、セラミックまたはポリマー表面をＧＤＰで活性化する本発明の好ましい実施例を具体的に説明するために、ＲＦ−ＧＤＰを使用する。ＲＦ−ＧＤＰ処理は、通常、図12に参照番号100 で示したシステムを用いて行う。ＧＤＰを励起するためのパイレックス真空チャンバーリアクター部分の周囲には銅製コイル102 が巻付けられている。図示したシステムでは、定格値が500Wの13.56 MHz ＲＦ発生装置106（ＲＦプラズマプロダクツ社製ＨＦＳ5 0155型）を使用した。コイルとＲＦ発生装置とは、整合ネットワーク108（ＲＦプラズマプロダクツ社製ＡＭＮ-502型）および制御装置110 を用いて整合させる。このシステムは通常真空ポンプ（図示せず）によって10^-4Torrまたはそれ以下に減圧されており、入口112から導入されるアルゴン（またはその他任意のガス）を用いて確立されたグロー放電により、圧力は0.2Torr に上昇する。時間（数秒〜数分）およびパワー（１〜500 Ｗ）は容易に変えることができる。システムの温度は熱電対114 によってモニターする。活性化された表面を酸素、空気または水蒸気と接触させることによって表面にパーオキシおよび／またはヒドロパーオキシ基が生成し、その後のグラフト重合が容易になる。以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。実施例１この実施例はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳＯ）、ビフェノールポリカーボネート（ＰＣ）およびパーフルオロエチレン／プロピレン（ＦＥＰテフロン）のＲＦ−ＧＤＰによる表面処理と、ＲＦ−ＧＤＰで活性化したＰＭＭＡおよびＰＤＭＳＯ基材にN-ビニルピロリドン（ＮＶＰ）およびアクリルアミド（ＡＭ）をγ線照射によってグラフト重合させて親水性ポリマーグラフト表面を作る方法を具体的に説明する。基材を含むＲＦ−ＧＤＰシステムを約20ミクロンに減圧し、アルゴンを系に導入し、約200 ミクロンでＧＤＰを開始する。プラズマのパワーは10〜50Ｗとし、基材を10秒〜５分間ＧＤＰに曝してから減圧を解放し、空気に曝した。結果を表１にまとめて示す。表１は、空気と接触させた後の親水性に与えるパワーおよび時間の影響が示されており、この表面特性の変化は、ＧＤＰによる表面活性化とＧＤＰによる改質を表す。さらにＧＤＰ処理された表面を長時間（48時間）水に曝した後の表面の挙動を示した。50Ｗで90秒間暴露するというＲＦ−ＧＤＰ条件を用いて、ＰＭＭＡおよびＰＤＭＳＯ基材をＲＦ−ＧＤＰ処理し、次いでγ線照射によりＡＭおよびＮＶＰモノマーをグラフト重合させた。プラズマ処理後、基材を空気に曝し、10％モノマー水溶液に入れて、アルゴンパージを行って系から酸素を除去し、次いでコバルト-60 線源から約0.01メガラドの照射量で照射を行った。試料を水で十分に洗浄してホモポリマーおよび／または残留モノマーを除去した。図３は未処理ＰＭＭＡのＦＴＩＲ／ＡＴＲスペクトルであり、図４はポリアクリレート（ＰＡＭをＰＭＭＡにグラフトさせた典型的なＰＡＭ−ｇ−ＰＭＭＡのスペクトルを示す。1658および1615cm^-1にある強い吸収はそれぞれＰＭＡグラフト：の−Ｃ＝Ｏストレッチと−Ｎ−Ｈベンディングフリークエンシーに相当する。このサンプルのＸＰＳ（X-ray photoelectron spectroscopy）スペクトル（図５および表２）は、ＰＡＭの酸素含有率（15.7％）と窒素含有率（ 13％）に対するほぼ完璧な一致を示す。ＮＶＰを用いて0.01メガラドで照射を行った場合にも同様に効果的なグラフト化が達成された（図６）。図７および８はそれぞれ、ＰＡＭ−ｇ−ＰＤＭＳＯおよびＰＶＰ−ｇ−ＰＤＭＳＯのＦＴＩＲ／ＡＴＲスペクトルを示す。いずれの場合も、良好なグラフト化が得られることがわかる。カルボニルピークの相対強度は、ＡＭを用いた場合に幾分効果的なグラフト化が行われることを示しており、これはおそらくＡＭがＮＶＰに比べて高い反応性を有するためと思われる。ＰＭＭＡへのグラフト化についても同様の挙動が観察される。図１および２はそれぞれ、未処理のＰＤＭＳＯおよびアルゴンプラズマ処理されたＰＤＭＳＯのＸＰＳスペクトルを示す。グラフト化効率の大幅な向上を示すために、ＰＭＭＡとＰＤＭＳＯ基材とを用い、同じγ線照射によるグラフト化条件で、最初のＰＲ−ＧＤＰ活性化を行わずにコントロール実験を行った。これらのコントロールサンプルは、ＦＴＩＲ／ＡＴＲ分析とＸＰＳ分析によって示されるようにグラフト化を示す兆候がはるかに少ない。実施例２この実施例は、ＮＶＰを用いて上記プラズマ／γ線表面改質方法により各種基材に作られる非常に効果的な表面グラフトを示す。表３は化学的に不活性であるためにγ線グラフト化が困難な３種類の疎水性ポリマー、ステンレス鋼およびガラスについて測定した接触角を示す。プラズマ／γ線グラフト化方法は実施例１に記載のものと同一である。対照の基材と、10％のＮＶＰ水溶液中、93ラド／分で0.01メガラドまで照射を行った基材と比較した。プラズマ／γ線法を用いた全ての基材について接触角は大幅に減少した。ＧＤＰ処理無しでは、ＦＥＰテフロン、ＰＤＭＳＯ、ステンレス鋼またはガラスについて接触角に大きな変化は見られなかった。ＰＶＤＦもプラズマ／γ線によるグラフト化を行った場合には親水性が上昇したが、上昇幅は幾分小さかった。以上のデータより、プラズマ／γ線法は非常に優れた方法であって、化学的に安定でγ線によるグラフト化が困難なポリマー、金属およびガラス基材の表面グラフト化において特に有効であることが示される。実施例３プラズマ／γ線法を用いてＦＥＰおよびＰＰにＰＶＰをグフフト化する場合のプラズマガス（アルゴンまたは酸素）の影響を調べた（表４）ところ、アルゴンプラズマと酸素含有プラズマとの間にはほとんど差が無かった。２種類のγ照射率も比較した。γ線照射によるグラフト化単独の場合、照射率が高い方が効率が悪く、プラズマ予備処理による向上が示され、ＰＰに対してプラズマ／γ線プロセスを行った場合には14〜18％の接触角が得られたのに対して同じ条件でγグラフト化のみを行った場合には30〜41°であった。実施例４本発明のプラズマ／γ線照射法は、金属基材のポリマー表面改質において特徴的な効果を有し、従って、特に金属製の医療機器および装置すなわち金属製電子デバイス等の表面改質に有効である。金属表面の化学安定性に応じて、プラズマパワーを高くしたり（500 Ｗまたはそれ以上）またはプラズマ処理時間を長くする（30〜60分またはそれ以上）必要がある。この実施例では、ステンレス鋼上のＰＶＰグラフト化に対するＲＦ−ＧＤＰ条件の影響が示される。γ線照射によるグラフト化単独ではステンレス鋼表面の親水性に大きな変化は見られない。しかし、プラズマ／γ線照射グラフト法では、接触角が大幅に減少し、非常に親水性の高い表面改質が達成された。鉗子、開創器およびピンセット等の手術用機器は、本発明のプラズマ／γ線併用プロセスによって親水性グラフトポリマーを用いて容易に表面改質され、脆弱な組織（例えば眼、腹膜、心膜、卵管等）と接触する際の損傷、および手術操作中にインプラント（眼内、脈管および乳腺インプラント等）に与える損傷を減らした表面を作ることができる。例えば、鋼ピンセットは、プラズマ／γ線併用プロセスに従って150 W/2min．でアルゴンプラズマ処理を行ってから93ラド／分でＰＶＰをγ線照射グラフト化して表面改質される。得られる親水性表面改質は組織との接触状態が良くなり、手術操作中の外傷が少ない。鋼製の眼内レンズポジショニングツールは上記条件で表面改質されて、眼の組織と接触した時の損傷が軽減され、操作するプラスチックレンズインプラントに対する損傷も少なくなる。以下、各種基材上に各種モノマーをγ線照射重合によってグラフトさせて装置および機器の表面を親水性ポリマーで改質した例を示す。これらの実施例ではいずれも、γ線照射によるグラフト化を単独で行う代わりに本発明のプラズマ／γ 線照射プロセスを用いることにより、非常に優れた表面改質が示されている。以下のＧＤＰ処理とγ線照射によるグラフト化とを併用する方法では、はるかに緩やかな条件（0.001 〜0.01メガラドまたはそれ以下）で優れたグラフト効率が実現する。実施例５ＦＥＰ（テフロン）の静脈カテーテルポリマーを γ−ＰＶＰおよびγ−ＰＶＰ／ＨＥＭＡで親水性表面改質ＦＥＰ、テフロンは、静脈内カテーテル等の多くの医学デバイスで使用されているフッ化炭素ポリマである。このポリマは疎水性が強く、接触角が95°以上で、ウサギの角膜内皮を用いたインビトロ試験で約250mg／cm²の吸着力示し、30〜 50％の細胞を破壊するほど組織との接触で組織に強く吸着し、組織を損傷する。このＥＦＰテフロンフィルムの表面を以下の方法で改質して接触角が30〜40°以下、組織吸着力が約120 mg／cm²以下、組織損傷率が20％以下の親水性表面を形成した。ＦＥＰフィルムを25％のＮＶＰ水溶液に浸漬し、0.10と0.25メガラドの γ線を照射（酸素脱気を行わない）すると、接触角がそれぞれ33°、26°の親水性ＰＶＰグラフト表面ができる。内皮吸着力は後者のサンプルで45mg／cm²で、ＦＴＩＲ−ＡＴＲ表面分光法でＰＶＰ表面グラフトの存在が確認された。プラズマ／γ線照射併用プロセスでは、必要な照射線量ははるかに低く、時間も短く、より効率的である。本発明の材料および方法で親水性表面に改質したＦＥＰ静脈カテーテルは表面特性が向上し、痛みおよび挿入で加わる力が低下し、血管内皮の損傷が減り、血液との親和性が向上し、病原体の吸着と、それに起因する感染症の危険が減少した。中心静脈カテーテルおよび心臓カテーテルも本発明方法で表面改質することができる。その他のフッ化炭素ポリマー（例えばＰＴＦＥ）のカテーテルも本発明の親水性表面改質で同様に改良される。実施例６ γ線ＰＶＰ法による多孔性ＰＴＦＥ血管グラフト〔ゴアテックス（登録商標 Goretex^TM）〕の親水性表面改質多孔性ＰＴＦＥ血管グラフトをアセトン、アセトン−水−モノマ溶液に浸漬し、モノマー水溶液（通常は10％ＮＶＰ、５％アセトン、85％水）に浸漬した状態でγ線源を用いて全照射量0.02〜0.15メガラドを照射した。水で完全に洗浄後、ＰＴＦＥの特性を測定した。接触角は大幅に減少し（改質前の98°からＰＶＰ表面グラフトで約20°になる）、表面が親水性に改質されたことが分かる。表面がＰＶＰに改質されたことはＦＴＩＲ−ＡＴＲ表面分光法で分かる。フルオロカーボンポリマ基材の機械特性は親水ポリマのグラフト化に必要なごく低量のγ線照射では殆ど影響されない。電子顕微鏡で検査した結果、表面改質ではＰＴＦＥ血管グラフトの多孔構造には殆ど影響しないことが分かった。上記で得られた表面親水性が改質されたＰＴＦＥおよび多孔性血管グラフト材料は血液との親和性が改良される。この特性は径の小さい血管グラフトや、血液と接触するその他のインプラントおよび装置、例えば心臓弁、心室補助装置、人工心臓、血管カテーテル、ペーサのリードで特に重要である。実施例７ＦＥＰテフロン静脈カテーテル上へのＮＶＰ−ＨＥＭＡ共重合体のγ線照射によるグラフト化ＦＥＰテフロン上へのＮＶＰ−ＨＥＭＡ共重合体のγ線照射によるグラフト化はＮＶＰ：ＨＥＭＡ比が９：１および８：２の時に非常に効果的で、10％のモノマ溶液に 0.1メガラドの照射を行って非常に親水性の高い表面改質が得られる（接触角30°またはそれ以下）ことが分かる。ＮＶＰ：ＨＥＭＡ＝８：２でモノマ濃度を10％では、0.05メガラドの照射で接触角は30°以下となった。この方法では表面を親水性に改質した静脈カテーテルが容易に製造でき、このカテーテルは挿入時に加わる力と痛みを緩和し、感染症、静脈炎、凝血等の静脈カテーテルの合併症を引き起す危険性が少ない。実施例８ポリウレタンの表面改質ポリウレタン（ＰＵＲ）は医療用装置およびインプラントとして、特に静脈カテーテル、ペーサーリード、血管グラフトおよび人工心臓等の用途で重要なポリマーになってきている。ＰＵＲはシリコンやフルオロカーボンに比べてより親水性ではあるが、親水性グラフトポリマー、例えばγ線でＰＶＰを表面グラフトしたものに比べた場合には、組織吸着の大幅な低下、および低い組織損傷特性を示すことはない。本発明方法のγ線照射表面改質により、医療用装置およびインプラントとしての表面特性を改良することができる。例えば、硬度55デュロメータのポリウレタンポリエーテルブロックコポリマー [ペリタン(Pellthane)登録商標5363)]フィルムに酸素を脱気した10％ＮＶＰ水溶液中で 0.1メガラドのγ線を照射して表面の親水性を良くした。表面をＰＶＰで改質したＰＵＲでは変性前の接触角54°が28°まで低下する。インビトロ試験での内皮接触損傷試験では、平均60％以上であったＰＵＲの細胞損傷が親水性ＰＶＰで表面改質したものでは20％以下となった。硫酸バリウム等の添加物を含む一般に用いられている放射線不透過性ＰＶＰは生体適合性が乏しいので、このＰＵＲ表面特性の改良は特に重要である。例えば、12％の硫酸バリウムを含む典型的なＰＵＲ[ペルタン(Pellthane)]は内皮接触損傷が非常に高い（80％）が、親水性ポリマーで表面改質すると、その値は大幅に低下する（＜30％）。多くの医療用ポリマーではＸ線試験用にバリウムまたはビスマス等の放射線不透過性化合物（例、硫酸バリウム）を充填するのが一般的であるので、本発明の表面改質方法はこの種放射線不透過性ポリマー組成物に平滑で組織保護力に優れた生体適合性の高い表面を与える点で特に有用である。実施例９表面を親水性に改質したＰＭＭＡコンタクトレンズこの実施例では従来のハード（ＰＭＭＡ）コンタクトレンズの表面を親水性ポリマーで改質して得られる組織保護特性を説明する。この種のコンタクトレンズは一般に刺激性があって、表面が粗く、外部角膜上皮を傷付ける危険性がある。ＰＭＭＡコンタクトレンズをＮＶＰモノマー水溶液（通常は10％ＮＶＰ）に漬け、0.1 メガラドを照射してγ線グラフト重合で表面を改質する。得られた透明な親水性グラフト膜よってコンタクトレンズ表面は湿潤性（接触角＜30°）となり、上皮表面を吸着しなくなり、従って、上皮擦傷と刺激とが減少する。本発明方法を使用して各患者に合った厚さの表面改質膜を有するレンズを容易に製造することができる。実施例10 表面を親水性に改質したシリコンソフトコンタクトレンズシリコンコンタクトレンズは機械的柔軟性に優れ、酸素透過性が高いので、広く使用されているが、シリコンは通常は疎水性であるため湿潤性がなく、敏感な角膜上皮組織を吸着して擦傷させることがある。多くのシリコンコンタクトレンズは酸化プラズマ表面処理で湿潤性を高くしてこの問題点を最少に抑えている。しかし、この種の表面酸化は組織保護力に乏しく、水性媒質中では持続性がない。大抵の場合２〜３週間でシリコン表面から親水性が失われ、湿潤性が低下する。これに対して、本発明方法で作った親水性ポリマー表面グラフトは表面に永久に化学結合し、永久に優れた湿潤性を維持する。さらに、角膜上皮と接触した際に非吸着性、潤滑性、組織保護特性を示し、従って、ポリシロキサンの有する優れた光学特性、機械特性および酸素透過性特性を維持して、擦傷と刺激とを最少限にすることができる。市販のシリコンコンタクトレンズは、γ線照射によって表面が改質されている。一般に、10％のＮＶＰ−ＨＥＭＡ（10：１）水溶液中でシリコンコンタクトレンズに0.1 メガラドのγ線を照射し、接触角35°以下の親水性表面を得る。この表面は水性媒体中でより安定であり、角膜被覆組織に対する刺激がはるかに少ない。本発明のプラスマ／γ線法を用いることにより、はるかに緩やかなグラフト条件でより安定なグラフトを得ることができる。実施例11 表面を親水性に改質した器官内チューブおよびカフ器官内チューブおよび器官切開チューブは一般にシリコン、ポリウレタン、フルオロカーボンポリマーおよび塩化ポリビニルで作られている。これらの中空管デバイスに取付けるバルーンやカフスは挿管中に膨張されるもので、一般にはラテックスゴム、ビニルまたはシリコンポリマーで作られる。これらデバイスを使用する上での臨床上の大きな問題点は、気管の繊毛細胞が剥離し、カフによる圧力、刺激および吸着によって気管が深刻な損傷を受けるという点にある。術後感染は、気管チューブカフスによって損傷または剥離された気管内の領域に病原菌が付着して起きる。本発明方法によってチューブおよびカフスの表面を親水性ポリマーで改質することによって、これらデバイスを大幅に改良し、敏感な気管組織の接触による擦傷と吸着を最少限に抑えることができる。シリコンカフをγ線グラフト化法でＰＶＰ−ＰＨＥＭＡ（10：１）を用いて改質した。得られた親水性カフは組織への吸着が顕著に低下し、疎水性ポリシロキサンカフスと比べて気管への刺激および損傷が軽減した。同様に、ラテックスゴム製のカフをγ線グラフトＰＶＰで改質した。得られた親水性カフは、通常の疎水性ラテックスゴムカフに比べて敏感な気管組織への吸着が少なく、チューブ挿入時に気管に与える刺激も軽減された。実施例12 フォーリーカテーテル管とバルーン表面の親水性改質フォーリーカテーテルチューブとバルーンは尿道へのカテーテル法に使用されるもので、通常は実施例18に記載の気管内チューブおよびカフスと同様の疎水性ポリマで作られている。このデバイスによって起こる臨床上の合併症は、疎水性カテーテルの組織への吸着および表面の損傷と、病原菌、蛋白、ミネラルの表面付着に起因する組織刺激、感染および皮殻形成である。シリコンおよびフルオロカーボンポリマーはミネラル堆積および皮殻形成が起きにくい傾向にあるが、これを親水性ポリマーで表面改質することにより、組織刺激、感染および皮殻形成に対する抵抗性は強化される。シリコン製のフォーリーカテーテルを、γ線グラフト化によって、ＰＶＰ−ＰＨＥＭＡ（10：１）で改質した。得られた親水性表面改質を有するカテーテルは、改質前のシリコンよりも組織への吸着性が弱く、皮殻形成も減った。本発明の利点を有する別の例では、ラテックスゴムバルーンを付けたフォーリーカテーテルを実施例８の方法で表面改質した。その結果得られた親水性表面は感染を起し難く、皮殻形成の危険性も少なくなった。実施例13 手術用手袋およびスポンジの表面の親水性改質手術用のラテックスゴム手袋は疎水性表面特性を示し、敏感な組織表面に吸着し易いため、全ての手術において組織損傷を起し易い。組織損傷の結果、感染および手術に起因する癒着等の術後の合併症が増加する。手術用手袋の表面を親水性に改質することによってラテックスゴムの組織の吸着を減らし、手袋ーとの接触によって起きる手術中の組織損傷の危険性を少なくすることができる。ラテックスゴム手袋は親水性ＰＶＰをγ線照射でグラフトさせて表面を改質する。本発明方法で得られる手術用親水性ラテックス手袋は手術中に接触する敏感な組織、例えば腹膜、心膜等の吸着および損傷が少ない。プラズマ／γ 線照射法は、ラテックスが高いγ線量で分解し易いことから、ラテックスに対して有利である。手術中に使用される手術用スポンジおよびガーゼも組織吸着および擦傷によって組織を損傷する。スポンジおよびガーゼは通常木綿、ポリエステル、セルロース材料およびポリウレタン製である。これらの天然または人工ポリマは全て本発明方法および材料で親水性表面へ改質するのに適している。典型例では、木綿のガーゼスポンジをＮＶＰの10％水溶液を用いて照射量 0.1メガラドでＰＶＰをγ 線グラフトさせて表面改質する。これによってスポンジ表面は親水性になり、スポンジの構造および機能を変化させずに、手術操作中の組織への吸着を抑えることができる。実施例14 シリコン製***用人工装具表面の親水性改質 ***用人工装具は通常疎水性ポリシロキサン外皮や膜に空気、水またはシリコンゲルまたは液体を封入したものである。この種の軟質組織の人工装具での主要な合併症は組織とインプラントとの界面で起こる刺激および炎症であり、その結果、インプラントの周りに硬い繊維質の被膜が形成される。この繊維質の被膜は人工装具の生体適合性を著しく損い、ひどい場合には組織の壊死、インプラントの排除および消失につながることもある。本発明方法でシリコン表面の親水性を改質すると、インプラントによる組織の刺激および擦傷が減り、繊維質被膜形成を引き起こす危険性のある湿潤細胞の吸着が減少する。シリコンバッグ／シリコンゲルよりなる***用人工装具の表面を、0.1 メガラドのγ線照射により親水性ＰＶＰ−ＰＨＥＭＡをグラフトさせて親水性に改質した。得られた親水性の人工装具表面は普通のシリコンに比べて組織または細胞への吸着が弱いため、生体適合性が高く、周囲に硬質の繊維質被膜形成が起き難い。プラズマ／γ線照射法は、ポリシロキサンの表面改質にとって特に有利である。なぜなら、プラズマ処理によってシリコン表面が変化し、分子移動性が低下して、γ線照射量を0.05メガラドまたはそれ以下にした場合でもより安定なグラフト表面を得ることが可能になるからである。実施例15 炭素繊維強化ポリカーボネート製手術用機器表面の親水性改質各種の疎水性の構造ポリマーで作られたプラスチック手術用機器は高品質−低コストの使い捨て機器として次第に多く使用されるようになっている。この種のプラスチック複合材料は組織への吸着が強く、外傷を起し易い。本発明の親水性表面改質法によって組織保護特性が向上する。医療機器で利用されるプラスチック素材の中で繊維強化複合材料（剛性および機械的強度を与えるためのガラス、カーボンおよび硼素の繊維を含む）は最も重要なものである。眼科用インプラントを外科的に挿入するための炭素繊維強化ビスフェノール−Ａポリカーボネート製のマイクロサージャリー用ピンセットは、本発明によって大幅に改良される手術用機器の一例である。炭素繊維強化ポリカーボネート製機器は、γ線照射グラフト法を用いて、ＰＶＰで容易に表面改質することができる。得られた機器表面は脆い眼組織と接触した時の組織への吸着および損傷が少なく、表面改質したプラスチック器具はプラスチック製の眼科用インプラントの表面を傷つけたり損傷する危険が少ない。実施例16 眼科手術で使用されるシリコン製灌注／吸引（Ｉ／Ａ）具の表面親水性改質眼科手術では破片を取り除くために目に灌注溶液を注入し、液体を吸引する装置Ｉ／Ａを使用する。このＩ／Ａではシリコンチップを使用するのが一般的である。このＩ／Ａは目の前方および後方小室内で操作されるため、脆弱な組織と接触することになる。疎水性シリコンで作られた器具は組織と接触した際に組織をひどく損傷することがあり、眼科手術の成功を妨げる危険性がある。シリコンのＩ／ＡチップをＰＶＰおよびＰＶＰ−ＰＨＥＭＡで表面改質した。得られた親水性ポリマ表面は組織への吸着が少なく、手術中に敏感な組織と接触しても損傷の危険性は低い。実施例17 ポリウレタン人工心臓の親水性表面改質体外心臓補助装置および人工心臓装置等のインプラントは一般にセグメント化した繊維強化ポリエーテルポリウレタンで作られているが、この材料は凝血性が強いため、凝血合併症を起こすことがあり、そのため使用が大きく制限されている。この材料で作られた装置の表面を親水性ポリマグラフトで改質すると、血液細胞および血小板の吸着および活性化が低下し、フィブリノーゲンの吸収が弱くなり、凝血を起し難くなり、装置およびインプラントの使用時間を長くすることができる。ポリウレタンジャルビック７型人工心臓は実施例15 の方法でＰＶＰを用いて容易に表面改質される。この方法では装置全体をモノマー溶液に浸漬し、放射線を構造全体に浸透させるので、基材が均一に活性化され、制御下に表面のグラフト重合を開始させることができる。従って、人工心臓等の不均一で複雑な構造物の表面を均一に改質するのに特に適している。実施例18 ポリ塩化ビニルカテーテル表面の親水性改質ＰＶＣはカテーテル、血液チューブ、血液バッグ、その他多くの医療器具で広く使用されている。この樹脂の配合物は疎水性で、有害な組織吸着と細胞吸着を起こす。親水性表面改質は血液および組織適合性の向上の上で有用である。この樹脂の配合物は多量の可塑剤（ジオクチルフタレート）を含むことが多いので、 γ線グラフトによる表面改質の前に、適当な溶媒、例えばアセトン水溶液で洗浄して表面の可塑剤を抽出するのが好ましい。アセトン水溶液で洗浄した後、ＰＶＣの血管カテーテルを脱気した10％ＮＶＰ水溶液に浸漬して 0.1メガラドを照射して親水性ＰＶＰグラフトを形成する。このグラフトによって血管内皮と接触した時の内皮の損傷が少なくなり、改質前のＰＶＣと比べて凝血性が低くなる。プラズマ／γ線照射法は、この種の可塑化ポリマーにとって特に有効である。なぜなら、初めに行うプラズマ処理によって表面が変化し、分子の移動性が低下して、可塑剤の浸出が減少するからである。例えば、可塑化ポリビニルクロライドより成る血液バッグは、本発明の方法により、親水性ＰＶＰ、ＰＨＥＭＡまたはＰＶＰ−ＰＨＥＭＡを用いてより効果的に表面改質され、それによって血液適合性が向上し、有害な可塑剤が血液中に侵入する危険が減少する。γ線照射量は0.05メガラドまたはそれ以下で効果を発揮し、γ 線照射によるグラフト効率も強化される。実施例19 材料を組み合わせた医療用器具の親水性グラフト化本発明の一つは重要な特徴は一定のグラフト化条件を用いることによって複数の材料を組合せて作った医療器具の表面を改質することができるという点にある。従って、材料を組合せて作った医療器具を１段階のグラフト化操作で表面グラフト化して生体適合性の高い表面にすることができる。すなわち、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＵＲ、フルオロカーボン、ＰＰ、ＰＳｉ、その他のポリマーを組合せた材料を本発明条件下でグラフト化することができる。表17にはいくつかの材料の組合せと、本発明のプラズマ／γ線照射法によって大幅に改良可能なγ−ＰＶＰグラフトを得るための相互グラフト化条件を示してある。ＰＭＭＡ／ＰＰおよびＰＭＭＡ／ＰＶＤＦ脱気条件下の10％ＮＶＰ中で 157ラド／分で、0.05メガラドを照射してＰＭＭＡとＰＰとにγ線グラフト化した。この条件で、接触角はＰＭＭＡで20°、ＰＰで15°となり、これらは機械的に安定であった。脱気を行わない場合には、ＰＰ表面のグラフト化に酸素が悪影響を及ぼすため、類似の条件下ではＰＰがＰＭＭＡに効率良くグラフト化しない。ＰＶＤＦ表面のグラフト化の研究結果から、この場合も酸素脱気が重要であることが分かった。脱気を行った10％ＮＶＰ水溶液に 157ラド／分で、0.05メガラドを照射すると、ＰＭＭＡとＰＶＤＦとの両方に良好な親水性グラフトが得られた（表17を参照）。ＰＣ／ＰＰおよびＰＣ／ＰＶＤＦＰＣおよびＰＰのグラフト化をＮＶＰ溶液を脱気した後に類似のγ線照射条件下で行った。10％ＮＶＰ水溶液を使用して 157ラド／分、0.05メガラドで両方のポリマに効率良く親水性グラフト化され、接触角はそれぞれ19°および15°になった。ＰＶＤＦおよびＰＣはいずれも、ＰＣ／ＰＰおよびＰＭＭＡ／ＰＰの組み合わせがグラフトする条件、例えば157 ラド／分、0.05メガラド、10％脱気ＮＶＰという条件でグラフトする。ＰＶＤＦはＮＶＰ中で膨潤することから、あらかじめ膨潤時間を設けたγ線グラフト化の結果、ＰのＰＶＤＦへの結合性が向上する。従ってこの条件で、上記のような２種類以上のポリマーより成る装置に同時に親水性ポリマーをグラフトさせることができる。いずれも場合も、プラズマ／γ線併用プロセスによってγ線照射によるグラフト化が困難な基材の感受性が向上し、ポリマー同士もしくはポリマーと金属またはセラミック等の各種材料の組み合わせがはるかに単純化される。実施例20 本発実施例は、本発明によるγ線または電子ビーム重合方法では非常に低いγ 線量（0.005 メガラドまたはそれ未満）でモノマー水溶液濃度を低く（0.5 重量％またはそれ未満）にしても効率よくグラフト化が行えることを示す実施例である。上記実施例に記載の条件下で非常に低いγ線照射量（0.01および0.005 メガラド）で、低いＨＥＭＡモノマー濃度（0.5 〜2.0％）でＰＶＤＦ表面を改質した。結果は表18にまとめてある。表18に示す低い接触角の値が示すような親水性の高い表面グラフト膜に改質された。このような極端に低い照射量およびモノマー濃度でＰＶＤＦ上にＰＨＥＭＡが効率良くグラフト化したことはＸＰＳ分析でも確認された。この結果表面のフッ素がわずかであることが示され、この表面分析の結果はＰＨＥＭＡの組成に極めて近いものであった。照射量を 0.005メガラドまたはそれ未満とし、モノマー濃度を0.5 重量％またはそれ未満とした場合でも、非常に親水性の高いＰＨＥＭＡを得ることができた。比較としてのＰＶＤＦそのものは非常に疎水性が高く、接触角は85°より大きい。実施例21 以下、基材表面を第１のモノマー溶液に予備浸漬させてから第２のモノマー溶液中で該表面にモノマーをグラフト重合させる上記方法の改良点を示す。室温またはそれ以上の温度で基材をモノマーまたはモノマー水溶液に予備浸漬してこの基材にモノマーを含浸させる方法が、基材内へのモノマーの拡散を促進させて、厚さの厚い、より制御し易い優れた表面グラフト膜を形成する上で非常に簡単且つ有効な方法であることが見出された。この改良方法の実施条件は、例えば以下のようなものである。Ａ法：100 ％ＮＶＰに25℃または60℃で４〜24時間予備浸漬する。この方法は、ＰＤＭＳＯ、ＰＰ、ＰＶＤＦ、ポリエチレンおよびポリウレタンに使用した。しかし、100 ％ＮＶＰによってＰＭＭＡに応力亀裂および／またはひび割れが生じることがあるために、ＰＭＭＡについては好ましくない。Ｂ法：ＮＶＰの40％水溶液に25℃または60℃で４〜48時間予備浸漬する。この方法は、ＰＭＭＡ、ＰＤＭＳＯ、ＰＰ、ＰＶＤＦ、ポリエチレン、ポリウレタンおよびポリビニルクロライドに使用した。上記の結果は、γ線照射による重合の直前にモノマー予備浸漬を行うことによって表面改質効果が向上すること、つまり表面改質膜の重量が増加し、表面親水性が向上することを示している。Ｃ法：100 ％ＤＭＡＥＭＡ、100 ％ＮＶＰ、50％ＤＭＡＥＭＡ／50％ＮＶＰまたは50％ＤＭＡＥＭＡ水溶液に25°で２〜24時間浸漬する。予備浸漬後、試料（ポリマースラブおよびレンズ）を10％ＮＶＰ水溶液（減圧またはアルゴンにより脱気したもの）に移した。コバルト-60 線源を用い、室温で、合計0.15メガラトのγ線を照射した。照射率は 384ラド／分にした。照射直後、温水でサンプルを洗浄し、蒸留水を繰り返し交換しながら４日間洗浄した。水中で気泡の接触角を測定し、基材とグラフト表面の湿潤性を測定した。接触角は通常６個の気泡についてサンプルの両面で測定した。表７、表８から、γ線照射に先立ってモノマー予備浸漬を行った結果、予備浸漬を行わない場合に比べて％Ｗ_g、ＰＶＰグラフトの量および効率が上昇することが示される。表11に示すように、γ線照射重合による表面改質の直前に30％ＮＶＰ／ＳＳＡ（２：１）コモノマー溶液を用いて予備浸漬を行うと、グラフト効率が大きく向上し、親水性が大幅に上昇し、グラフト化％が上昇することが示される。

【手続補正書】【提出日】１９９７年８月１９日【補正内容】 (1) 明細書の第３頁第17〜18行目の「本願と・・・号では、」を『米国特許第 5 ,100,689号には』に補正する。 (2) 同第14頁第12行目の「同時継続出願・・・07/592,484号」を『米国特許第 5 ,108,776号および米国特許第 5,094,876号』に補正する。 (3) 同第41頁第20行目の「表17」を『表７』に補正する。 (4) 同第44頁第９行目の「表18」を『表８』に補正する。 (5) 同第46頁第６行目の表を下記の通りに補正する。 (6) 同第47頁第７行目の表を下記の通りに補正する。【手続補正書】【提出日】１９９７年１０月２１日【補正内容】 (1) 明細書の第13頁下から第５行目の「Fe⁺²アスコルビン酸」を『Fe⁺²、アスコルビン酸』に補正する。 (2) 明細書の第47頁下から第３行目の「表７、表８」を『表９、表10』に補正する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０８Ｆ 2/46 Ｃ０８Ｆ 2/46 291/00 291/00 Ｃ０８Ｊ 7/00 ３０２Ｃ０８Ｊ 7/00 ３０２ 7/04 7/04 Ｕ // Ａ６１Ｍ 25/00 ３０４Ａ６１Ｍ 25/00 ３０４ (72)発明者ヤヒアウイ，アリアメリカ合衆国 32611 フロリダゲインズヴィルエムエーイー 317 ユニヴァーシティオブフロリダディパートメントオブマテリアルズサイエンスアンドエンジニアリング (72)発明者バーンズ，ジェームズアメリカ合衆国 01746 マサチューセッツホリストンフィスクストリート 548

Claims

【特許請求の範囲】１．エチレン性不飽和結合を有するモノマーまたはモノマー混合物を、材料表面上でγ線照射によって重合させてこの表面に上記ポリマーの被膜を形成させることによって表面を改質する方法であって、下記(a)〜(c)： (a) 材料表面を活性化させるのに十分なパワーを備えたグロー放電プラズマ（ＧＤＰ）を必要な時間だけ表面に照射し、 (b) 上記表面を、γ線照射または電子ビームによって重合が誘導されるエチレン性不飽和結合を有するモノマーまたはモノマー混合物と接触させ、 (c) このエチレン性不飽和モノマー溶液の存在下で、活性化された表面にγ線または電子ビームを照射して重合を開始させて表面にポリマー被膜を形成させる段階を含む方法において、重合を下記(i)〜(iii)の条件で行うことを特徴とする方法： (i) 溶液のモノマー濃度を約0.１〜50重量％とし、 (ii) γ線または電子ビームの全照射量を約0.001〜0.5メガラドとし、 (iii) γ線照射率は約10〜2500ラド／分とし、電子ビーム照射率は約10〜10⁸ ラド／分にする。２．上記材料が金属、ポリマーまたはセラミックである請求項１に記載の方法。３．上記材料が疎水性で、重合被膜が親水性である請求項１に記載の方法。４．上記材料がＰＭＭＡ、ＰＰ、ＰＶＤＦ、ＰＤＭＳＯ、ＰＣ、ＰＣ／ＰＤＭＳＯ、ＰＥ、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＵＲまたはＰＵＲ／ＰＤＭＳＯである請求項２に記載の方法。５．上記材料が鉄、ステンレス鋼、タンタル、チタン、アルミニウム、銅、クロムまたはこれらの合金である請求項２に記載の方法。６．上記材料がガラス、セラミックまたは石英である請求項２に記載の方法。７．上記材料が生物医学用品である請求項１に記載の方法。８．生物医学用品がカテーテル、プロテーゼ用インプラント、手術用機器または医療装置である請求項７に記載の方法。９．ＧＤＰがＲＦ−、マイクロ波またはＤＣ放電によって発生される請求項１に記載の方法。 10．約１〜500 Ｗまたはそれ以上のパワーを有するＲＦ−ＧＤＰを表面に照射する請求項１に記載の方法。 11．約 0.1秒〜120 分間、表面にＲＦ−ＧＤＰを照射する請求項１に記載の方法。 12．γ線照射によって誘導される重合の前に、ＧＤＰ処理された表面を空気、水蒸気または酸素に曝す請求項１に記載の方法。 13．ＧＤＰ処理された表面を一種または複数のモノマーまたは５〜95重量％の濃度で一種または複数のモノマーを含む第１の水溶液に予備浸漬し、一種または複数の上記モノマーを含む第２の水溶液中でγ線または電子ビームによって重合する請求項１に記載の方法。 14．モノマーがＮＶＰ、ＨＥＭＡ、ＡＭ、ＤＭＡ、ＤＭＡＥＭＡ、ＡＡ、ＭＡＡ、ビニル置換基を有するポリエチレンまたはポリプロピレングリコール、ビニルピリジンまたはビニルスルホン酸である請求項１に記載の方法。 15．モノマーまたはモノマー混合物をγ線照射によってイオン性モノマーまたはそれらモノマーの混合物と共重合させ、溶液中の全モノマー濃度を約 0.1〜50重量％にする請求項１に記載の方法。 16．イオン性モノマーがビニルスルホン酸またはビニルカルボン酸である請求項 15に記載の方法。 17．ビニルスルホン酸がスチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸またはスルホアルキルアクリレートである請求項16に記載の方法。 18．ビニルカルボン酸がアクリル酸、メタクリル酸またはクロトン酸である請求項16に記載の方法。 19．イオン性モノマーがアミノ基を有するモノマーである請求項15に記載の方法。 20．アミノ基を有するモノマーがビニルピリジン、アミノスチレン、アミノアクリレートまたはアミノメタクリレートである請求項19に記載の方法。 21．酸素がほとんど存在しない状態でモノマーまたはモノマー混合物のγ線照射による重合を行う請求項１に記載の方法。 22．請求項１に記載の方法によって製造された材料。 23．請求項１に記載の方法によって得られる請求項22に記載の材料を少なくとも一部に用いて製造された物品。 24．生物医学用品である請求項23に記載の物品。 25．カテーテル、プロテーゼ用インプラントまたは手術用機器である請求項24に記載の物品。 26．電子機器、電子装置または電子部品である請求項23に記載の物品。