WO2002086203A1 - Dispositif et procede de fonte et de centrifugation - Google Patents

Description

明細書 溶融紡糸装置及び溶融紡糸方法 技術分野 本発明は、 生体内に植え込まれる医療用材料、 例えば生体の脈管に植え込まれ るステントを形成する生分解性ポリマー材料からなる糸を溶融紡糸する溶融紡糸 装置及び溶融紡糸方法に関する。 景技術 従来、 生体の脈管、 特に動脈などの血管に狭窄部が発生した場合に、 この狭窄 部にカテーテルの先端部近傍に取り付けたバルーンを揷入し、 このバルーンが拡 張されるることにより狭窄部を拡張して血流を確保する手術である絰皮的血管形 成術 （P T A ) が行われている。

ところで、 経皮的血管形成術を施しても、 狭窄を発生させた部分に高い確率で 再び狭窄が発生することが知られている。

このような再狭窄を防止するため、 経皮的血管形成術を施した部分に、 筒状を なすステントを植え込むことが行われている。 このステントは、 縮径された状態 で血管内に挿入され、 その後拡張されて血管内に植え込まれることにより、 血管 をその内部から支持し、 血管に再狭窄が発生することを防止しょうとするもので ある。 この種のステントして、 ステンレスや T i—Ni系合金などの金属により形成 したしたものが用いられている。

ところで、 経皮的血管形成術において、 血管内にステントを植え込む主たる目 的は、 急性冠閉塞の予防と再狭窄の頻度の減少にある。 急性冠閉塞と再狭窄は、 一定期間との関係のある現象であるため、 一時的な治療のみを要求するとの報告 もある。 したがって、 ステントは、 一定期間血管を内部から支持する機能を保持 していれば足り、 その後は異物として生体内に残留しない方が望ましい。 金属製のステントは、 一旦生体の血管内に植え込まれると永久的に存続するこ とにより、 ステント部位で再狭窄が発生したような場合、 再度の血管形成術の妨 げとなることが多い。 また、 ステントが植え込まれた部位は、 冠動脈バイパスの 施行も困難となる。 このように、 永久に存続する金属製のステントを生体内に植 え込むことは、 再治療に対して種々の妨げとなる。

このような金属製のステントが有する問題点を解決するため、 血管等の生体内 に植え込んだ後一定期間を経過することにより分解され、 その後生体に吸収され て消失する生分解性ポリマーを用いたステントが提案されている （特許 2 8 4 2 9 4 3号公報、 特開平 1 1— 5 7 0 1 8号公報） 。

特に、 本発明者は、 生分解性ポリマー製の糸を筒状に編んだ編み物からなるス テント （特許 2 8 4 2 9 4 3号公報） 、 生分解性ポリマー製の糸をジグザグ状に 折り曲げながら不織不編状態で筒状に卷き付けたステントを提案している。

このような生分解性ポリマー製の糸を用いることにより、 構造体として血管を 鬨存するに足る力学的特性を一定期間備えながら、 一定期間経過後に消失させる ことを可能とするステントを形成することができる。

生分解性ポリマー製の糸を用いたステントは、 容易に撓み変形させることがで きるので、 屈曲した血管内を容易に搬送して目的とする位置に植え込むことが可 能となる。

ところで、 高分子材料である生分解性ポリマー材料は、 分子量によって分解 - 吸収特性が異なり、 力学的な特性が異なる。 例えば、 ポリ乳酸 （PLLA) のような 生分解性ポリマー材料は、 溶融され熱分解されることにより、 分子量が低下する。 分子量の低下は、 熱分解の度合いのよって変化する。 したがって、 同一の生分解 性ポリマ一材料を溶融紡糸する際、 溶融するポリマー材料への加熱時間を不均一 にすると、 紡糸される糸の平均分子量が不均一となる。 平均分子量が不均一な糸 は、 分解 ·吸収特性、 や力学的な特性が部分的に異なってしまう。

このような平均分子量が不均一な糸を用いてステントを形成し、 血管などの脈 管に植え込んだとき、 ステント全体を均等に分解し吸収させることができない。 また、 この種の糸を用いたステントは、 糸自体に強度むらを有するため、 血管な ど脈管の内壁を均一な力で支持することができなくなるおそれがある。 発明の開示 そこで、 本発明の目的は、 均一な力学的な特性を有し、 強度のむらがなく、 均 一な分解 ·吸収特性を有する、 すなわち均一な平均分子量を有する糸を紡糸でき、 生分解性ステントに適した構成素材としての糸を紡糸することができる紡糸装置 及び紡糸方法を提供することにある。

本発明は、 生体内に植え込まれる医療用材料、 例えば生体の脈管に植え込ま れるステントを形成する生分解性ポリマー材料からなる糸を溶融紡糸する溶融紡 糸装置であり、 この紡糸装置は、 生分解性ポリマー材料が供給される垂直に設置 されたシリンダー内に、 このシリンダ一と同軸に回転駆動機構によって回転駆動 される周面に少なくとも一条の螺旋溝が形成されたスクリュ一を設け、 シリンダ 一内に供給されスクリューの回転によって溶融された生分解性ポリマ一材料をシ リンダ一の先端と同軸に取り付けられたノズルの吐出口から垂直方向に吐出させ て紡糸するようにしたものである。

この溶融紡糸装置は、 スクリューにより溶融した生分解性ポリマー材料を垂直 方向に送り出しながらノズルから垂直方向に吐出して紡糸を行うので、 シリンダ 一及ぴノズル内で溶融した生分解性ポリマ一材料の滞留ゃ不均一な渦流の発生を 防止し、 均一な平均分子量を有する糸が紡糸される。

さらに、 本発明に係る溶融紡糸装置は、 生分解性ポリマー材料を溶融する溶融 機構を構成するシリンダーの外周側に、 シリンダーの軸方向に並列して、 それそ れ独立して温度制御が可能となされた複数の加熱機構が設けられ、 シリンダ一に 投入された生分解性ポリマー材料の溶融状態の制御が行われる。

溶融された生分解性ポリマー材料を吐出するノズルは、 加熱機構により一定の 温度に制御される。 ノズルが温度制御されることにより、 ノズルから吐出される 溶融された生分解性ポリマー材料の温度を一定に制御することができる。

本発明は、 垂直に設置されたシリンダー内にこのシリンダ一と同軸に配設され、 回転駆動機構によって回転駆動される周面に一条の螺旋溝が設けられたスクリュ 一を備えた溶融機構によって生分解性ポリマー材料を溶融し、 この溶融された生 分解性ポリマー材料をシリンダ一と同軸に設けられたノズルの吐出口から垂直方 向に吐出して紡糸が行われる。

上述した、 溶融紡糸装置を用いた紡糸方法により、 均一な平均分子量を有する フィラメントが紡糸される。

本発明の更に他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下に説明 される実施例の説明から一層明らかにされるであろう。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明に係る溶融紡糸装置を示す側面図である。

図 2は、 溶融機構のシリンダー及びスクリューを示す断面図である。

図 3は、 シリンダ一の先端側に取り付けられる流通抵抗板を示す平面図である c 図 4は、 溶融機構の先端部に設けられる吐出部を示す断面図である。

図 5は、 ポリマー材料を溶融機構に供給するための供給部を示す断面図である _c 図 6は、 溶融機構を構成するシリンダ一内に配設されるスクリューを示す側面 図である。

図 7は、 溶融機構と吐出部との間に配設される供給制御機構を示す側面図であ る。

図 8は、 上記溶融機構を構成する一組の歯車を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明に係る溶融紡糸装置及びこの溶融紡糸装置を用いて生分解性ポリ マー材料を溶融紡糸する方法をさらに具体的に説明する。

本発明に係る溶融紡糸装置は、 図 1に示すように、 溶融紡糸機を垂直に設置し た縦型の形態を有する溶融紡糸装置である。

図 1に示す溶融紡糸装置は、 設置面に水平に設置されるベース板 2を有し、 こ のペース板 2に垂直に設置された支柱 3に支持部材 3 aを介して支持される溶融 紡糸機 1を備える。 溶融紡糸機 1は、 垂直に設置された支柱 3に平行に支持され た溶融機構 4と、 溶融機構 4によって溶融されたポリマー材料を吐出する吐出部 5と、 ポリマー材料を溶融機構 4に供給するための供給部 6と、 溶融機構 4を構 成するスクリュー 1 6を回転駆動する回転駆動機構 7とを備えている。

溶融紡糸機 1を構成する溶融機構 4は、 図 2に示すように、 円筒状に形成され たシリンダー 8を備える。 シリンダー 8内には、 このシリンダー 8と同軸にスク リュー 1 6が設けられている。 スクリュー 1 6は、 シリンダー 8内に投入された ポリマー材料を加圧し、 融解を促しながらシリンダー 8の先端部側に押し出して いく。

シリンダー 8の外周側には、 シリンダー 8の軸方向に並列して複数の加熱部 9 が配設されている。 これら加熱部 9は、 それそれ独立して制御され、 シリンダー 8の軸方向の温度を多段階に制御可能としている。

また、 シリンダー 8の先端側には、 溶融機構 4によって溶融されたポリマー材 料を吐出する吐出部 5をシリンダー 8に連結するための連結部材 2 1が取り付け られている。 連結部材 2 1はリング状に形成され、 その中央部には、 図 3に示す ように、 スクリュー 1 6の軸方向と平行に複数の貫通孔 2 2 aが穿設された流通 抵抗板 2 2が取り付けられている。 スクリュー 1 6の回転によってシリンダー 8 の先端から供給される溶融されたポリマ一材料は、 流通抵抗板 2 2を通過すると きに流通抵抗が付与されて加圧され、 シリンダ一 8の先端から吐出部 5側に押し 出される。

流通抵抗板 2 2に設けられる貫通孔 2 2 aは、 スクリュー 1 6の回転によって シリンダー 8の先端から供給される溶融されたポリマー材料の供給量や供給速度、 さらにはポリマー材料の粘性抵抗等に応じて適宜その孔径ゃ設けられる数が変更 される。

また、 流通抵抗板 2 2は、 スクリュー 1 6の回転によってシリンダー 8の先端 から供給される溶融されたポリマー材料に流通抵抗を付与し、 ポリマー材料を加 圧するものであれば、 いずれの形状であってもよい。

シリンダー 8の先端側に連結部材 2 1を介して取り付けられた吐出部 5は、 図 4に示すように、 シリンダー 8の先端側に取り付けられた連結部材 2 1に連結さ れるスプルーブヅシュ 1 1と、 スプループヅシュ 1 1の先端側に取り付けられた ノズル 1 0とを備える。 ノズル 1 0は、 取り付け部材 1 2を介してスプルーブヅ シュ 1 1の先端部に固定される。 なお、 ノズル 1 0と取り付け部材 1 2は、 一体 に形成したものであってもよい。

吐出部 5を構成するスプループヅシュ 1 1は、 シリンダー 8から供給される溶 融されたポリマー材料をノズル 1 0へ一定量ずつ安定した状態で供給するように 機能するものであって、 図 4に示すように、 中心部に流通路 1 l aがシリンダー 8と同軸になるように形成されている。 即ち、 流通路 1 1 aとシリンダー 8とは、 軸心 P iを一致させて垂直に配設されている。 流通路 1 1 aは、 垂直に配されたシ リンダ一 8側からノズル 1 0側に向かってゆるやかな先細り状に形成されること により、 シリンダー 8から供給される溶融したポリマー材料に滞留や渦流を生じ させることなく連続して一定量ずつ安定した状態でノズル 1 0に供給することを 可能とする。

そして、 ノズル 1 0には、 図 4に示すように、 スプルーブッシュ 1 1から供給 される溶融されたポリマー材料を吐出させる吐出口 1 0 aが形成されている。 こ の吐出口 1 0 aは、 紡糸する糸の直径を制御するものであって、 紡糸する糸の太 さに応じて適宜の径に形成される。 吐出口 1 0 aも、 流通路 1 1 aと同軸になる ように形成されている。 すなわち、 吐出口 1 0 a及び流通路 1 1 aは、 垂直とな されてシリンダー 8と同軸となるように設けられている。

なお、 ノズル 1 0は、 吐出口 1 0 aの径！^を異にするものを複数用意し、 適宜 交換することにより太さを異にする糸を紡糸することができる。

吐出部 5の外周側には、 吐出部 5の温度を制御する加熱部 1 3が設けられてい る。 この加熱部 1 3は、 吐出部 5の温度を制御することによってノズル 1 0から 吐出されるポリマー材料の温度を制御する。

溶融されるポリマー材料を溶融機構 4に供給する供給部 6は、 図 5に示すよう に、 ポリマー材料をシリンダ一 8に投入するためのホヅパー 1 4とシリンダー 8 への取り付け部 6 aを備えている。 取り付け部 6 aの外周側には、 供給部 6の温 度を制御するための温度制御部 1 5が設けられている。 この温度制御部 1 5は、 ホヅパー 1 4に投入されたポリマー材料を一定温度に制御するためのものであつ て、 加熱冷却手段から構成される。

ここで、 溶融機構 4を更に具体的に説明すると、 溶融機構 4は、 図 6に示すよ うに、 周面に一条の螺旋溝 1 7形成されたスクリュー 1 6がシリンダー 8内に同 軸に配設している。 スクリュー 1 6は、 基端部側を連結した回転駆動機構 7によ つて回転駆動される。 スクリュー 1 6が回転駆動されると、 螺旋溝 1 7の回転に よって、 シリンダー 8内に投入され加熱部 9の加熱によって溶融されたポリマ一 材料がシリンダー 8の先端側に送り出される。

ところで、 一般に用いられている溶融紡糸機で使用されているスクリユーに形 成される螺旋溝は、 スクリユーの直径とほぼ同等のピッチで形成されている。 本 発明に係る溶融紡糸装置に用いるスクリュー 1 6は、 螺旋溝 1 7をスクリユー 1 6の直径 S rの 1 / 2のピヅチ T pで形成している。 このように螺旋溝 1 Ίを形 成することにより、 投入されたポリマー材料のシリンダー 8内での滞留時間を長 くでき、 スクリュー 1 6の長さが短くとも加熱部 9によって十分に加温して確実 に溶融できる。 このようなスクリユー 1 6を用いることにより、 スクリュー 1 6 を短くでき、 その結果シリンダ一 8を含む溶融機構 4を小型化できる。

なお、 本発明に係る溶融紡糸装置は、 溶融機構 4と吐出部 5との間に、 吐出部 5へ供給される溶融状態にあるポリマー材料の供給量を制御する供給制御機構 1 8を設けるようにしてもよい。 この供給制御機構 1 8として、 例えば図 7に示す ようなものを用いることができる。 図 7に示す供給制御機構 1 8は、 溶融機構 4 から押し出され流通路 1 8 a中を流通する溶融状態にあるポリマー材料の圧力を 測定するための圧力検出手段 1 9と、 溶融されたポリマー材料を吐出部 5へ送り 出すための一組の歯車 2 0とを備える。 この供給制御機構 1 8は、 圧力検出手段 1 9によって流通路 1 8 a中を流通するポリマー材料の圧力を検出する。 この検 出出力により一組の歯車 2 0の回転を制御することにより、 流通路 1 8 a中を流 通するポリマー材料の圧力を一定にする。 流通路 1 8 a中を流通するポリマー材 料の圧力が一定となるように制御されることにより、 定量のポリマー材料を吐出 部 5に供給することができる。

なお、 供給制御機構 1 8の流通路 1 8 aが設けられる部分の外周側には、 加熱 部 2 3が設けられる流通路 1 8 a中を流通するポリマー材料の温度が所定の温度 となるように制御している。

次に、 本発明に係る溶融紡糸装置を用いた溶融紡糸方法を説明する。 本発明は、 生体内に植え込まれるステントを形成するために用いられる生分解 性ポリマー材料からなる糸を溶融紡糸するものである。 ここで用いられる溶融紡 糸されるポリマー材料には、 生分解性ポリマ一材料が用いられる。 生分解性ポリ マー材料としては、 ポリ乳酸 （P L A ) 、 ポリグリコール酸 （P G A ) 、 ポリグ ラクチン （ポリグリコ一ル酸一ポリ乳酸供重合体） 、 ポリジォキサノン、 ポリグ リコネート （トリメチレンカーボネートーグリコィ ド供重合体） 、 ポリ乳酸と ε —カプララクトンとの供重合体等が用いられる。

上述のようなポリマー材料を紡糸するには、 図 5に示すように、 供給部 6のホ ヅパー 1 4にペレツト状のポリマー材料 P pを投入する。 ホヅパー 1 4に投入さ れたポリマ一材料は、 溶融機構 4のシリンダー 8に供給される。

ところで、 ホヅパー 1 4に投入されたポリマー材料がシリンダー 8内で回転す るスクリュー 1 6に形成された螺旋溝 1 7内に速やかに供給されるためには、 固 形状態である必要がある。 すなわち、 シリンダー 8に供給されるポリマー材料は、 融点 （T m) 若しくは軟化点以下に制御される必要がある。 また、 シリンダー 8 に供給されたポリマ一材料は、 溶融機構 4での溶融時間を短縮するためには、 シ リンダ一 8に供給された後直ちに溶融される必要がある。 そこで、 供給部 6に設 けた温度制御部 1 5は、 ホッパー 1 4より投入されたポリマー材料を固形状態を 維持しながら直ちに溶融可能となる温度に制御する。

ホッパー 1 4を介してシリンダ一 8に供給されたポリマー材料は、 回転駆動機 構 7によって回転駆動されるスクリュー 1 6の螺旋溝 1 7内に導入され、 シリン ダー 8の外周部に設けられた加熱部 9によつて加熱されながらシリンダー 8の先 端側に押し出されていく。 この押し出し中のポリマー材料は、 複数の加熱部 9に よってポリマ一材料が変質しない温度である熱分解温度以下に制御される。 ポリ マー材料は、 熱分解温度以下の温度に制御されることにより、 変質されることな く溶融状態を維持してシリンダー 8の先端から確実に押し出される。

溶融状態を維持してシリンダー 8の先端部に押し出されたポリマー材料は、 流 通抵抗板 2 2にて流通抵抗が付与されることにより、 各々の貫通孔 2 2 aに均一 に加圧されて吐出部 5に供給される。

なお、 流通抵抗板 2 2に設けられる貫通孔 2 2 aは、 ポリマ一材料を滞留や及 び渦流を発生させないように垂直に形成されているため、 分子量分布を均一な状 態に維持して吐出部 5に送り出すことができる。

また、 溶融機構 4と吐出部 5との間に供給制御機構 1 8を設けた溶融紡糸装置 にあっては、 溶融機構 4のシリンダー 8から押し出された溶融されたポリマー材 料は、 供給制御機構 1 8によって圧力が一定に制御されることにより吐出部 5に 送り出される流量が制御され、 確実に一定流量で吐出部 5に送り出される。 なお、 供給制御機構 1 8に供給されたポリマー材料は、 供給制御機構 1 8の外 周部に設けられた加熱部 2 3によって加熱されることにより、 確実に溶融状態が 維持されて吐出部 5に送り出される。 この場合においても、 加熱部 2 3は、 ポリ マー材料を変質させないように熱分解温度以下に加温制御する。

溶融機構 4又は供給制御機構 1 8から吐出部 5に送り出された溶融状態にある ポリマー材料は、 加熱部 2 3によりスプル一ブッシュ 1 1内で熱分解温度以下に 加温される。 また、 吐出部 5は、 スプルーブッシュ 1 1からノズル 1 0間での流 路を垂直に形成しているため、 流通するポリマー材料に滞留や渦流を発生させる ことなく流通される。 このように、 溶融状態を維持したポリマ一材料は、 垂直な 流路を介してノズル 1 0に供給されるため、 分子量分布の均一状態を維持してノ ズル 1 0から吐出することができるので、 分子量分布を均一としたポリマー材料 製の糸を紡糸することができる。

なお、 ノズル 1 0には単一の吐出口 1 0 aが垂直方向に亘つて形成されている ので、 モノフィラメントを紡糸することができる。 産業上の利用可能性 上述したように、 本発明に係る溶融紡糸装置及び溶融紡糸方法は、 生分解性ポ リマ一材料の滞留ゃ不均一な過流の発生を防止し、 平均分子量が均一な糸を紡糸 することができる。 すなわち、 力学的な特性が均一で、 分解 ·吸収特性が均一な 生分解性ポリマ一材料の糸を紡糸することができ、 ここで紡糸される糸は、 生体 の脈管に挿入されて用いられるステントを形成するために用いて極めて有用であ る。

Claims

請求の範囲 l . 生体内に植え込まれるステントを形成する生分解性ポリマー材料からなる糸 を溶融紡糸する溶融紡糸装置において、

上記生分解性ポリマー材料が供給される垂直に設置されたシリンダ一と、 上記シリンダー内に上記シリンダ一と同軸に配設され、 回転駆動機構によって 回転駆動される周面に少なくとも一条の螺旋溝が設けられたスクリユーと、 上記シリンダ一の先端側に取り付けられ、 上記シリンダ一と同軸に吐出口が設 けられたノズルを備え、

上記シリンダー内に供給され、 上記スクリューの回転によって溶融された上記 生分解性ポリマ一材料を上記ノズルの吐出口から垂直方向に吐出させて紡糸する ことを特徴とする溶融紡糸装置。

2 . 上記ノズルには単一の吐出口が垂直方向に亘つて設けられ、 フィラメントを 紡糸することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の溶融紡糸装置。

3 . 上記シリンダーの外周側には、 上記シリンダーの軸方向に並列して複数の加 熱手段が設けられ、 上記加熱手段の加熱温度をそれそれ独立して制御するように したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の溶融紡糸装置。

4 . 上記ノズルの外周側には、 上記ノズルの温度を制御する加熱手段が設けられ ていることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の溶融紡糸装置。

5 . 上記スクリユーの周面に形成される螺旋溝は、 上記スクリユーの直径の 1 / 2より小さいピッチで形成されていることを特徴する請求の範囲第 1項記載の溶 融紡糸装置。

6 . 上記装置は、 更に上記シリンダーに生分解性ポリマー材料を投入するための 供給部を備えるとともに、 上記供給部に投入された生体分解性ポリマ一の温度を 制御する温度制御手段を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の溶融紡 糸装置。

7 . 生体内に植え込まれるステントを形成する生分解性ポリマー材料からなる糸 を溶融紡糸する溶融紡糸方法において、

垂直に設置されたシリンダー内に上記シリンダ一と同軸に配設され、 回転駆動 機構によって回転駆動される周面に一条の螺旋溝が設けられたスクリユーを備え た溶融機構によつて生分解性ポリマ一材料を溶融し、

上記溶融された生分解性ポリマ一材料を、 上記シリンダ一と同軸に設けられた ノズルの吐出口から垂直方向に吐出して紡糸を行うことを特徴とする溶融紡糸方 法。

8 . 上記溶融された生分解性ポリマー材料は、 上記ノズルに設けた単一の吐出口 から垂直方向に吐出され、 フィラメントとして紡糸されることを特徴とする請求 の範囲第 7項記載の溶融紡糸方法。

9 . 上記生分解性ポリマー材料は供給部にて、 融点以下の温度に加温されて上記 溶融機構に投入されて溶融されることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の溶融 紡糸方法。

1 0 . 上記生分解性ポリマー材料は、 ポリ乳酸 （P L A ) 、 ポリグリコール酸 ( P G A ) 、 ポリグラクチン （ポリグリコール酸一ポリ乳酸供重合体） 、 ポリジ ォキサノン、 ポリグリコネート （トリメチレンカーボネートーグリコィ ド供重合 体） 、 ポリ乳酸と £一カプララクトンとの供重合体のいずれか 1である請求の範 囲第 7項記載の溶融紡糸方法。