DE9117117U1 - Break-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses - Google Patents
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Description
Bruchbeständige PolyurethancarbooatpolymerprothesenFracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses
Hintergrund und Beschreibung der Erfindung 5 Background and description of the invention 5
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen implantierbare Prothesen und dergleichen sowie Verfahren zur Herstellung oder Behandlung derselben, um im wesentlichen ein Reißen oder eine Haarrißbildung von diesen zu verhindern, wenn sie implantiert werden oder auf eine andere Art Zersetzungsbedingungen unterworfen werden. Eine medizinische Prothese oder dergleichen gemäß dieser Erfindung umfaßt eine polymere Polycarbonat-Urethan-Oberfläche, welche nicht reißt oder sich zersetzt, wenn sie für beträchtliche Zeitperioden einer Implantation unterworfen wird, während welcher andere Typen von Polyurethan-Oberflächen reißen oder sich zersetzen würden.The present invention relates generally to implantable prostheses and the like, and to methods of making or treating the same to substantially prevent cracking or crazing thereof when implanted or otherwise subjected to degradation conditions. A medical prosthesis or the like according to this invention comprises a polymeric polycarbonate urethane surface which will not crack or degrade when subjected to implantation for substantial periods of time during which other types of polyurethane surfaces would crack or degrade.
Mehrere biokompatible Materialien, welche für eine Verwendung beim Herstellen von implantierbaren medizinischen Vorrichtungen, die im weiten Sinne als implantierbaren Prothesen charakterisiert werden können, sehr geeignet sind, zeigen Eigenschaften, die bei solchen Vorrichtungen gefragt sind, die eine oder mehrere Eigenschaften von außergewöhnlicher Biokompatibilität, Extrudierbarkeit, Formbarkeit, guten Faserbildungseigenschaften, Zugfestigkeit, Elastizität, Haltbarkeit und dergleichen einschließen. Jedoch zeigen einige dieser ansonsten in hohem Maße wünschenswerten Materialien eine ernsthafte Schwäche, wenn sie in den menschlichen Körper implantiert werden oder in anderer Weise rauhen Umgebungen unterworfen werden, wobei sich eine solche Schwäche typischerweise durch die Entwicklung von stärkevermindernden und unsichtbaren Rissen manifestiert. Nach einer beträchtlichen Exposition, welche abhängig von den Materialien und den Implantationsbedingungen und dem Aussetzen an Körperflüssigkeiten und Zellen, wie sie z.B. während einer in vivo-Implantation und Verwendung angetrof-Several biocompatible materials which are highly suitable for use in making implantable medical devices, which can be broadly characterized as implantable prostheses, exhibit properties sought after in such devices, including one or more of exceptional biocompatibility, extrudability, moldability, good fiber-forming properties, tensile strength, elasticity, durability, and the like. However, some of these otherwise highly desirable materials exhibit serious weakness when implanted in the human body or otherwise subjected to harsh environments, such weakness typically manifesting itself by the development of strength-reducing and invisible cracks. After considerable exposure, which depends on the materials and the implantation conditions and exposure to body fluids and cells, such as those encountered during in vivo implantation and use,
.: ·' Säte H &Ggr;.: ·' Seeds H &Ggr;
[File:ANM\CO0399B1.doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation [File:ANM\CO0399B1.doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
fen werden, in der Größenordnung von einem Monat oder mehr oder kürzeren Zeitperioden liegen kann, tritt beispielsweise ein Rissigwerden oder Reißen der Oberfläche auf. Viele implantierbare Prothesen sollen von dauerhafter Natur sein und sollten während der Jahre der Implantation keine wesentliche Zersetzung oder Rißbildung entwickeln.For example, surface cracking or rupture occurs over a period of time that may be on the order of a month or more or shorter periods of time. Many implantable prostheses are intended to be permanent in nature and should not develop significant degradation or cracking during the years of implantation.
Verschiedene Theorien sind bei dem Versuch verbreitet worden, die Ursache dieses Reißphänomens zu definieren. Vorgeschlagene Mechanismen umfassen einen oxidativen Abbau, hydrolytische Instabilität, enzymatische Zerstörung, thermisches und mechanisches Versagen, immunochemische Mechanismen, eine Aufnahme von Lipiden und Kombinationen der oben angeführten. Frühere Versuche, ein Rissigwerden oder Reißen der Oberfläche bei der Implantation oder dergleichen zu kontrollieren, umfassen das Einarbeiten von Antioxidanzien in ein biokompatibles Polymer und Unterwerfen des biokompatiblen Polymers unter verschiedene unterschiedliche Temperbedingungen, welche typischerweise Versuche einschlossen, Spannungen innerhalb des Polymers durch die Anwendung von verschiedenen Erwärmungs- und Abkühlungsbedingungen zu entfernen. Versuche wie diese sind größtenteils nicht erfolgreich gewesen.Various theories have been advanced in an attempt to define the cause of this cracking phenomenon. Proposed mechanisms include oxidative degradation, hydrolytic instability, enzymatic destruction, thermal and mechanical failure, immunochemical mechanisms, lipid uptake, and combinations of the above. Previous attempts to control surface cracking or tearing at implantation or the like have included incorporating antioxidants into a biocompatible polymer and subjecting the biocompatible polymer to various different annealing conditions, which typically involved attempts to remove stresses within the polymer by applying various heating and cooling conditions. Attempts such as these have largely been unsuccessful.
Andere Behandlungsansätze sind verwendet oder versucht worden, um die strukturelle Stabilität von besonders wünschenswerten Materialien zu erhöhen. Umfaßt von den biokompatiblen Materialien, welche aus vielen Gesichtspunkten wünschenswert sind, welche aber eine !merkliche Tendenz zeigen mit der Zeit zu reißen oder sich zu zersetzen, sind die Polyurethan-Materialien und andere biokompatible Polymere, welche eine elastomere Natur aufweisen. Es ist besonders vorteilhaft, diese Materialtypen zur Herstellung von Produkten zu verwenden, bei welchen Nachgiebigkeit und/oder Flexibilität, hohe Zugfestigkeit und ausgezeichnete Ermüdungsdauer wünschenswerte Merkmale sein können. Ein grundlegender Ansatz, welcher früher ergriffen wurde, um dieseOther treatment approaches have been used or attempted to increase the structural stability of particularly desirable materials. Included among the biocompatible materials which are desirable from many points of view but which exhibit a noticeable tendency to crack or degrade over time are the polyurethane materials and other biocompatible polymers which are elastomeric in nature. It is particularly advantageous to use these types of materials to manufacture products in which compliance and/or flexibility, high tensile strength and excellent fatigue life may be desirable characteristics. A basic approach previously taken to achieve these
[File:ANM\C00399B1.doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpoiymerprothesen Corvita Corporation [File:ANM\C00399B1.doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
Materialien für eine Implantation und andere Anwendungen geeigneter zu machen, wo sich eine Zersetzung des Materials entwickeln kann, ist es gewesen, das Material mit sogenannten Rißverhinderungsmitteln zu behandeln. Beispielhafte Ansätze in dieser Beziehung findet man in den U.S.-Patenten Nr. 4,769,030, Nr. 4,851,009 und Nr. 4,882,148, auf deren Gegenstand hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Behandlungen machen natürlich zusätzliche Verfahren und Komponenten nötig, wodurch in gewisser Weise die Herstellu lungsverfahren verkompliziert werden, und es wäre vorteilhaft, wenn das Material, aus welchem das Produkt gefertigt wird, selbst die gewünschten Eigenschafen aufweisen würde. Es ist ebenfalls vorteilhaft für das Material, mit anderen Materialien kompatibel zu sein, welche allgemein in den medizinischen Bereichen verwendet werden, wie z.B. mit Klebstoffen, Oberflächenbeschichtungem und dergleichen.One way to make materials more suitable for implantation and other applications where degradation of the material may develop has been to treat the material with so-called crack inhibitors. Exemplary approaches in this regard can be found in U.S. Patents No. 4,769,030, No. 4,851,009, and No. 4,882,148, the subject matter of which is incorporated herein by reference. The treatments, of course, require additional processes and components, thereby somewhat complicating the manufacturing processes, and it would be advantageous if the material from which the product is made itself had the desired properties. It is also advantageous for the material to be compatible with other materials commonly used in the medical field, such as adhesives, surface coatings, and the like.
Ein in dieser Hinsicht besonders schwieriges Problem wird angetroffen, wenn versucht wird, Prothesen mit Verfahren zu bilden, welche die Extrusion oder das Spinnen von polymeren Fasern einschließen, wie sie z.B. beim Aufwickeln von faserbildenden Polymeren zu porösen Gefäßtransplantaten oder ähnlichen Produkten, wie sie beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. 4,475,972 beschrieben sind, auf dessen Gegenstand hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird, beteiligt sind. Solche Gefäßtransplantate oder dergleichen umfassen eine Vielzahl von Strängen, welche eine Größe mit einem ziemlich feinen Durchmesser aufweisen, so daß wenn sich nach der Implantation Risse entwickeln, sich diese Risse oft in der Form einer vollständigen Auflösung verschiedener Stränge der Vorrichtung manifestieren. Eine solche Stangauflösung kann in einem größeren Ausmaß nicht toleriert werden, und es besteht immer noch die Hoffnung, daß eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, welche erfolgreich auf einer im allgemeinen dauerhaften Basis implantiert oder installiert werden kann, wodurch die Vorrichtung für eine Reihe von Jahren brauchbar bleibt.A particularly difficult problem in this regard is encountered when attempting to form prostheses by processes involving the extrusion or spinning of polymeric fibers, such as those involved in winding fiber-forming polymers into porous vascular grafts or similar products, such as those described in U.S. Patent No. 4,475,972, the subject matter of which is incorporated herein by reference. Such vascular grafts or the like comprise a plurality of strands which are sized to have a fairly fine diameter, so that when cracks develop after implantation, these cracks often manifest themselves in the form of complete disintegration of various strands of the device. Such rod dissolution cannot be tolerated to any great extent and there is still hope that a device can be provided which can be successfully implanted or installed on a generally permanent basis, thereby keeping the device useful for a number of years.
[File:ANM\C00399B1.docJ Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyureihancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation[File:ANM\C00399B1.docJ Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
Zahlreiche polymere Strukturen wie z.B. Gefäßtransplantate, welche aus gesponnenen Fasern gefertigt wurden, scheinen,
insoweit wie ihre Lebensfähigkeit betroffen ist, sehr zufriedenstellende Leistungen zu bringen, wenn sie physischen
Belastungsbedingungen unterworfen werden, z.B. Bedingungen, welche jenen gleichen, die während oder nach einer
Implantation angetroffen werden, einschließlich Belastungen, die durch Nähte, andere Befestigungselemente und dergleichen
übertragen werden. Beispielsweise zeigen gewisse Polyurethanfasern, wenn sie unter in vitro-Bedingungen, wie
z.B. in Salzlösung bei Körpertemperaturen, einer konstanten Belastung unterworfen werden, kein Reißen, welches sichtbar
wird, wenn im wesentlichen dieselben aus Polyurethan gesponnenen Fasern in vivo-Bedingungen unterworfen werden.
Während dementsprechend viele Materialien, wie z.B. gewisse verschiedene Polyurethane, Polypropylene, Polymethylmethacrylate
und dergleichen, scheinbar überlegene medizinische Vorrichtungen oder Prothesen zur Verfügung stellen können,
wenn sie Belastungen unter in vitro-Bedingungen unterworfen werden, wird bei ihnen festgestellt, daß sie weniger als
zufriedenstellend sind, wenn sie im wesentlichen denselben Belastungstypen, aber unter in vivo-Bedingungen, unterworfen
werden.
25Many polymeric structures, such as vascular grafts, made from spun fibers appear to perform very satisfactorily, as far as their viability is concerned, when subjected to physical loading conditions, e.g., conditions similar to those encountered during or after implantation, including loads transmitted through sutures, other fasteners, and the like. For example, certain polyurethane fibers, when subjected to constant loading under in vitro conditions, such as in saline at body temperatures, do not exhibit the tearing that is evident when substantially the same polyurethane spun fibers are subjected to in vivo conditions. Accordingly, while many materials, such as certain various polyurethanes, polypropylenes, polymethylmethacrylates, and the like, may provide seemingly superior medical devices or prostheses when subjected to stresses under in vitro conditions, they are found to be less than satisfactory when subjected to essentially the same types of stresses but under in vivo conditions.
25
Demgemäß besteht ein Bedarf für ein Material, welches unter Implantations- oder in vivo-Bedingungen kein Rissigwerden oder Reißen der Oberfläche erfahren wird, und welches ansonsten als ein Material für medizinische Vorrichtungen oder Prothesen wünschenswert und vorteilhaft ist, welche das Reißphänomen selbst nach einer Implantation für Monate und Jahre, in vielen Fällen eine beträchtliche Anzahl von Jahren, erfolgreich verzögern, wenn nicht ausschließen müssen. Zusätzlich können andere Produkte, welche nicht notwendigerweise für eine medizinische Verwendung beabsichtigt sind, von ihrer Herstellung aus einem solchen nicht reißenden Material profitieren. Produkte in dieser Hinsicht könn-Accordingly, there is a need for a material which will not experience surface cracking or tearing under implantation or in vivo conditions, and which is otherwise desirable and advantageous as a material for medical devices or prostheses which must successfully delay, if not eliminate, the tearing phenomenon even after implantation for months and years, in many cases a significant number of years. In addition, other products not necessarily intended for medical use may benefit from being made from such a non-tearing material. Products in this regard may
*·.· : : .'Seile-ft-.·*·.· : : .'ropes-ft-.·
[File:ANM\C00399B1.doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation [File:ANM\C00399B1.doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
ten jene einschließen, welche rauhen Umweltbedinungen, wie
z.B. Bewitterung und dergleichen unterworfen werden. Beispielhafte medizinische Vorrichtungen oder Prothesen, für
welche ein solches nicht reißendes Material besonders vorteilhaft wäre, umfassen Gefäßtransplantate, nachgiebige
Nahtmaterialien, Brustimplantate, Herzklappensegel, Schrittmacherleitungsisolatoren, intraokulare Linsenschleifen
oder Haptics, Diaphragmen für künstliche Herzen, Schläuche für Infusionspumpen, künstliche Bänder, Kunsthaut,
Arzneimittel-Elutionsmatrizen, Gitter für Zellbeimpfungen und künstliche Organe, und dergleichen. Beispiele
für nicht-medizinische Anwendungen dieser Urethane umfassen Urethan für Dachisolatoren, Dichtungen für Abwassersysteme,
Industrieschläuche und dergleichen.
15include those subjected to harsh environmental conditions such as weathering and the like. Exemplary medical devices or prostheses for which such a non-rupturing material would be particularly advantageous include vascular grafts, compliant sutures, breast implants, heart valve leaflets, pacemaker lead insulators, intraocular lens loops or haptics, diaphragms for artificial hearts, tubing for infusion pumps, artificial ligaments, artificial skin, drug elution matrices, grids for cell seeding and artificial organs, and the like. Examples of non-medical applications of these urethanes include urethane for roof insulators, seals for sewage systems, industrial tubing and the like.
15
Zusammengefaßt erreicht die vorliegende Erfindung diese Zieltypen durch ein Zur-Verfügung-Stellen eines Polycarbonaturethan-Polymers als dem Material, aus welchem reißfeste Produkte gefertigt werden. Das Polycarbonaturethan-Polymer ist, selbst unter in vivo-Bedingungen, außergewöhnlich reißfest. Das polymere Grundgerüst weist sich wiederholende Urethan- und/oder Harnstoff-Gruppen auf, und das Polymer ist ein Reaktionsprodukt aus wenigstens einem Polycarbonatglycol mit terminalen Hydroxylgruppen und einem Diisocyanat mit terminalen Isocyanatgruppen. Ein Kettenverlängerungsmittel mit terminalen Hydroxyl- oder Amingruppen kann zugegeben werden oder nicht. Es ist besonders bevorzugt, daß die resultierende Härte des Polycarbonaturethans wenigstens so hart wie ca. Shore 7OA, vorzugsweise zwischen ca. Shore 8OA und Shore 75D ist.In summary, the present invention achieves these types of goals by providing a polycarbonate urethane polymer as the material from which tear-resistant products are made. The polycarbonate urethane polymer is exceptionally tear-resistant, even under in vivo conditions. The polymeric backbone has repeating urethane and/or urea groups, and the polymer is a reaction product of at least one polycarbonate glycol having terminal hydroxyl groups and a diisocyanate having terminal isocyanate groups. A chain extender having terminal hydroxyl or amine groups may or may not be added. It is particularly preferred that the resulting hardness of the polycarbonate urethane be at least as hard as about Shore 7OA, preferably between about Shore 8OA and Shore 75D.
Es ist demgemäß eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte reißfeste Vorrichtungen und Produkte
zur Verfügung zu stellen.
35It is accordingly a general object of the present invention to provide improved tear resistant devices and products.
35
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein polymeres Material und daraus gefertigte Produkte zur Verfügung zuIt is another object of this invention to provide a polymeric material and products made therefrom
*·: : : : S<jitei5:**·: : : : S<jitei5:*
IFile:ANM\CO0399B1.doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Potyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita CorporationIFile:ANM\CO0399B1.doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
stellen, welche selbst unter in vivo-Bedingungen besonders beständig gegenüber einer Zersetzung sind.which are particularly resistant to decomposition even under in vivo conditions.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Material eines Polyurethantyps zur Verfügung zu stellen, welches durch eine Spinndüse gesponnen oder durch und/oder in geeigneten Formvorrichtungen zu Produkten extrudiert werden kann, welche überlegene Reißfestigkeitseigenschaften zeigen.It is another object of the present invention to provide an improved polyurethane type material which can be spun through a spinneret or extruded through and/or in suitable forming equipment into products which exhibit superior tear resistance properties.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, verbesserte implantierbare Vorrichtungen und/oder Prothesen zur Verfügung zu stellen, welche eine außergewöhnliche Fähigkeit zeigen, die Bildung von Rissen und Strangauflösungen bei einer Implantation für beträchtliche Zeitperioden, wie z.B. jenen, die für im allgemeinen dauerhafte Impantationsvorgänge benötigt werden, zu verhindern.It is another object of this invention to provide improved implantable devices and/or prostheses which exhibit an exceptional ability to prevent the formation of cracks and cord dissolution upon implantation for substantial periods of time, such as those required for generally permanent implantation procedures.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gefäßtransplantat und dergleichen zur Verfügung zu stellen, welches aus gesponnenen Fasern eines PoIycarbonaturethan-Polymers gefertigt ist, und welches unter in vivo-Bedingungen bezogen auf die Entwicklung einer Rißbildung und Stangauflösung eine außergewöhnliche Stabilität zeigt.It is another object of the present invention to provide an improved vascular graft and the like made from spun fibers of a polycarbonate urethane polymer which exhibits exceptional stability under in vivo conditions with respect to the development of cracking and rod dissolution.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte extrudierte Vorrichtung oder ein Produkt zur Verfügung zu stellen, welches, selbst wenn es rauhen Uraweltbedingungen unterworfen wird, ungewöhnlich reißfest ist.It is another object of the present invention to provide an improved extruded device or product which is unusually tear resistant even when subjected to harsh environmental conditions.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte gegossene Polymerprodukte zur Verfügung zu stellen, die ein Polycarbonaturethan-Polymer einschließen, welches eine außergewöhnliche Reißfestigkeit zeigt.It is another object of the present invention to provide improved molded polymer products incorporating a polycarbonate urethane polymer which exhibits exceptional tear strength.
[Fi!e:ANM\CO0399B1 .doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation [Fi!e:ANM\CO0399B1 .doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch eine Erwägung der folgenden detaillierten Beschreibung klar verstanden werden.These and other objects, features and advantages of the present invention will be clearly understood by a consideration of the following detailed description.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Im Laufe dieser Beschreibung wird auf die angefügten Zeichnungen Bezug genommen, worin:In the course of this description, reference is made to the attached drawings in which:
Fig. 1 eine Mikrophotographie eines Abschnitts von einem Gefäßtransplantat, welches durch Spinnen eines Polyetherurethan-Polymers nicht gemäß dieser Erfindung gefertigt wurde, und nach subcutaner Implantation, Explantation und Reinigung ist;Figure 1 is a photomicrograph of a section of a vascular graft made by spinning a polyetherurethane polymer not in accordance with this invention, and after subcutaneous implantation, explantation and cleaning;
Fig. 2 eine Mikrophotographie eines Abschnitts aus einem gesponnenen Transplantat, welches aus einem Polycarbonaturethan-Polymer gefertigt wurde, nach subcutaner Implantation, Explantation und Reinigung ist; undFig. 2 is a photomicrograph of a section of a spun graft made from a polycarbonate urethane polymer after subcutaneous implantation, explantation and cleaning; and
Fig. 3 eine Mikrophotographie eines Abschnitts aus einem gesponnenen Transplantat, welches aus einem Polycarbonaturethan-Polymer gefertigt wurde, das gemäß der vorliegenden Erfindung formuliert wurde, ebenfalls nach subcutaner Implantation, Explantation und Reinigung ist.Figure 3 is a photomicrograph of a section of a spun graft made from a polycarbonate urethane polymer formulated according to the present invention, also after subcutaneous implantation, explantation and cleaning.
Allgemein bekannte Polyurethane schließen jene ein, die in den U.S.-Patenten Nr. 4,739,013 und Nr. 4,810,749 aufgeführt sind, auf deren Gegenstand hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird. Wie in diesen Patenten und anderswo diskutiert ist, umfaßt der Begriff Polyurethan eine Familie von Polymeren, die gewöhnlich drei Hauptbestandteile einschließen. Diese sind: ein Makroglycol, ein Diisocyanat und ein Kettenverlängerungsmittel. Sie werden allgemein als Polyurethane klassifiziert, weil ihr Grundgerüst Urethan-Commonly known polyurethanes include those listed in U.S. Patent Nos. 4,739,013 and 4,810,749, the subject matter of which is incorporated herein by reference. As discussed in these patents and elsewhere, the term polyurethane encompasses a family of polymers that usually include three major components. These are: a macroglycol, a diisocyanate, and a chain extender. They are generally classified as polyurethanes because their backbone is urethane.
[File:ANM\CO0399B1 .doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen Gorvita Corporation [File:ANM\CO0399B1 .doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Gorvita Corporation
gruppen und oft ebenfalls Harnstoffgruppen einschließt, wobei die Gruppen sich wiederholende Einheiten innerhalb des Polymergrundgerüstes sind.groups and often also urea groups, where the groups are repeating units within the polymer backbone.
Die Bildung eines typischen Polyurethans umfaßt ein Umsetzen einer -OH oder Hydroxylgruppe de;s Makroglycol-Bestandteils mit einer -NCO oder Isocyanatgruppe des Diisocyanat-Bestandteils. An einer weiteren Bindungsstelle reagiert eine andere terminale -NCO oder Isocyanatgruppe des Diisocyanat-Reaktanden mit einer terminalen Hydroxyl- (oder Amin)gruppe des Kettenverlängerungsmittels. Es dürfte klar sein, daß ein Polyurethan ebenfalls nur mit einem Makroglycol und Isocyanat synthetisiert werden kann; jedoch schließen typische Urethane, die kommerziell erhältlich sind, ein Kettenverlängerungsmittel ein.The formation of a typical polyurethane involves reacting an -OH or hydroxyl group of the macroglycol component with an -NCO or isocyanate group of the diisocyanate component. At another bonding site, another terminal -NCO or isocyanate group of the diisocyanate reactant reacts with a terminal hydroxyl (or amine) group of the chain extender. It should be understood that a polyurethane can also be synthesized with only a macroglycol and isocyanate; however, typical urethanes that are commercially available include a chain extender.
Die Polymerisation wird typischerweise in der Gegenwart eines geeigneten Lösungsmittels und unter geeigneten Reaktionsbedingungen durchgeführt werden, obwohl Reaktionen ohne Lösungsmittel durchgeführt werden könnten, insbesondere wenn das Polymer nicht zu Fasern extrudiert werden soll, sondern beispielsweise für andere Extrusions- und/oder Formverfahren zu Pellets oder dergleichen geformt werden soll, oder es zu Schäumen gefertigt werden soll.The polymerization will typically be carried out in the presence of a suitable solvent and under suitable reaction conditions, although reactions could be carried out without solvent, particularly if the polymer is not to be extruded into fibers, but is to be formed into pellets or the like for example for other extrusion and/or molding processes, or it is to be made into foams.
Mit besonderem Bezug auf den Makroglycol-Bestandteil von Polyurethanen, sind im allgemeinen derzeit drei Hauptfamilien von Makroglycolen kommerziell erhältlich. Dieses sind die Polyesterglycole, die Polyetherglycole und die Polycarbonatglycole. Ebenfalls erhältlich sind eine Familie von Makroglycolen, die aminterminiert und nicht hydroxylterminiert sind. Derzeit sind die Polyesterglycole weitaus die für Polyurethane am meisten verwendeten Makroglycole. Von diesen ist allgemein bekannt, daß sie für viele Anwendungen, wie z.B. Anwendungen bei medizinischen Langzeit-Implantationen, ungeeignet sind, aus dem hauptsächlichen Grund, daß Polyurethane dieses Typs im allgemeinen leichtWith particular reference to the macroglycol component of polyurethanes, in general there are currently three main families of macroglycols commercially available. These are the polyester glycols, the polyether glycols and the polycarbonate glycols. Also available are a family of macroglycols that are amine terminated and not hydroxyl terminated. Currently the polyester glycols are by far the most widely used macroglycols for polyurethanes. These are generally known to be unsuitable for many applications, such as long-term medical implantation applications, for the main reason that polyurethanes of this type are generally easily
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Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen ·Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses ·
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hydrolysiert werden, da ihre Esterbindungen leicht durch Wassermoleküle gespalten werden, welche natürlich bei zahlreichen
Anwendungen einschließlich verschiedener medizinischer Verwendungen anwesend wären.
5hydrolyzed because their ester bonds are easily cleaved by water molecules, which would naturally be present in numerous applications including various medicinal uses.
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Polyetherurethane hatten einen gewissen Erfolg und sie werden ziemlich verbreitet bei medizinischen Anwendungen verwendet. Es ist bekannt, daß Polyetherurethane durch Zellbestandteile und Metallionen zersetzt werden und die Beanspruchungen einer physiologischen Umgebung nicht überleben werden, was die Anwendung von Behandlungen auf diese nötig macht, um eine biologische Zersetzung zu verhindern. Dieses ist besonders dann richtig, wenn das Polyetherurethan zu Vorrichtungen mit dünnen oder feinen Strukturen oder Abschnitten verarbeitet wird. Polycarbonaturethane sind typischerweise teurer und schwer zu verarbeiten und werden derzeit nicht verbreitet verwendet. Andere Klassen von Polyurethanen konnten hergestellt werden, indem andere Makroglycole, wie z.B. ein Polyolefinglycol, ein Polyesteramidglycol, ein Polycaprolactonglycol, ein aminterminiertes Makroglycol oder ein Polyacrylatglycol verwendet wurden. Auf ähnliche Weise können Polyole, welche eine Funktionalität aufweisen, die größer als 2 ist, verwendet werden.Polyetherurethanes have had some success and are used quite widely in medical applications. Polyetherurethanes are known to be degraded by cellular components and metal ions and will not survive the stresses of a physiological environment, necessitating the application of treatments to them to prevent biological degradation. This is especially true when the polyetherurethane is processed into devices with thin or fine structures or sections. Polycarbonateurethanes are typically more expensive and difficult to process and are not currently widely used. Other classes of polyurethanes could be prepared using other macroglycols such as a polyolefin glycol, a polyesteramide glycol, a polycaprolactone glycol, an amine-terminated macroglycol or a polyacrylate glycol. Similarly, polyols having a functionality greater than 2 can be used.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Makroglycol ein Polycarbonatglycol. Ein Verfahren zur Herstellung von PoIycarbonatglycolen, welche lineare Polycarbonate mit terminalen Hydroxylgruppen sind, wird in dem U.S.-Patent Nr. 4,131,731 beschrieben, auf dessen Gegenstand hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird.According to the present invention, the macroglycol is a polycarbonate glycol. A process for preparing polycarbonate glycols, which are linear polycarbonates with terminal hydroxyl groups, is described in U.S. Patent No. 4,131,731, the subject matter of which is incorporated herein by reference.
Ein Polycarbonat-Bestandteil ist gekennzeichnet durch sichA polycarbonate component is characterized by
0
It0
It
wiederholende -0-C-O- Einheiten, und eine allgemeine Formel für ein Polycarbonat-Makroglycol ist wie folgtrepeating -0-C-O- units, and a general formula for a polycarbonate macroglycol is as follows
0 00 0
11 Ii 11 Ii
h R1 'Ohr- C-C-O- R-OB h R 1 'ear- CCO- R-OB
[File:ANM\CO0399B1.doc] Beschreibung, 26.10,95 Bruohbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation [File:ANM\CO0399B1.doc] Description, 10/26/95 Crush-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
wobei &khgr; von 2 bis 35 ist, y 0, 1 oder 2 ist, R entweder eine cycloaliphatische, aromatische oder aliphatische Gruppe mit ca. 4 bis ca. 40 Kohlenstoffatomen ist oder eine Alkoxygruppe mit ca. 2 bis ca. 20 Kohlenstoffatomen ist, und wobei R' ca. 2 bis ca. 4 lineare Kohlenstoff atome mit oder ohne zusätzliche Kohlenstoffseitengruppen aufweist.where x is from 2 to 35, y is 0, 1 or 2, R is either a cycloaliphatic, aromatic or aliphatic group having from about 4 to about 40 carbon atoms or an alkoxy group having from about 2 to about 20 carbon atoms, and where R' has from about 2 to about 4 linear carbon atoms with or without additional carbon pendant groups.
Beispiele von typischen aromatischem Polycarbonat-Makroglycolen umfassen jene, die von Phosgen und Bisphenol A abgeleitet sind oder durch Esteraustausch zwischen Bisphenol A und Diphenylcarbonat, wie z.B. (4,4'-Dihydroxydiphenyl-2,2'-propan), welches unten gezeigt ist, wobei &eegr; zwischen ca. 1 und ca. 12 liegt.Examples of typical aromatic polycarbonate macroglycols include those derived from phosgene and bisphenol A or by ester interchange between bisphenol A and diphenyl carbonate, such as (4,4'-dihydroxydiphenyl-2,2'-propane) shown below, where η is between about 1 and about 12.
H-(OH-(O
Typische aliphatische Polycarbonate werden gebildet, indem cycloaliphatische oder aliphatische Diole mit Alkylencarbonaten umgesetzt werden, wie durch die allgemeinen Reaktion unten gezeigt ist:Typical aliphatic polycarbonates are formed by reacting cycloaliphatic or aliphatic diols with alkylene carbonates as shown by the general reaction below:
HO-R-OSHO-R-OS
R'R'
wobei R cyclisch oder linear ist und zwischen ca. 1 und ca. 40 Kohlenstoffatomen aufweist und wobei R' linear ist und zwischen ca. 1 und ca. 4 Kohlenstoffatomen aufweist.wherein R is cyclic or linear and has between about 1 and about 40 carbon atoms and wherein R' is linear and has between about 1 and about 4 carbon atoms.
Typische Beispiele von aliphatischen Polycarbonatdiolen umfassen die Reaktionsprodukte aus 1,6-Hexandiol mit Ethylencarbonat, 1,4-Butandiol mit Propylencarbonat, 1,5-Pentandiol mit Ethylencarbonat, Cyclohexandimethanol mit Ethylencarbonat und dergleichen und Mischungen der oben aufgeführten, wie z.B. Diethylenglycol und Cyclohexandimethanol mit Ethylencarbonat.Typical examples of aliphatic polycarbonate diols include the reaction products of 1,6-hexanediol with ethylene carbonate, 1,4-butanediol with propylene carbonate, 1,5-pentanediol with ethylene carbonate, cyclohexanedimethanol with ethylene carbonate and the like and mixtures of the above, such as diethylene glycol and cyclohexanedimethanol with ethylene carbonate.
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Wenn gewünscht können Polycarbonate wie diese mit Bestandteilen wie z.B. gehinderten Polyestern, beispielsweise Phthalsäure, copolymerisiert werden, um Carbonat/Ester-Copolymer-Makroglycole zu bilden. Copolymere, welche auf diese Weise gebildet wurden, können vollständig aliphatisch, vollständig aromatisch oder gemischt aliphatisch und aromatisch sein. Die Polycarbonat-Makroglycole haben typischerweise ein Molekulargewicht zwischen ca. 200 und ca. 4000 Dalton.If desired, polycarbonates such as these can be copolymerized with components such as hindered polyesters, e.g., phthalic acid, to form carbonate/ester copolymer macroglycols. Copolymers formed in this manner can be fully aliphatic, fully aromatic, or mixed aliphatic and aromatic. The polycarbonate macroglycols typically have a molecular weight of between about 200 and about 4000 daltons.
Diisocyanat-Reaktanden gemäß dieser Erfindung haben die allgemeine Struktur OCN-R'-NCO, wobei R' ein Kohlenwasserstoff ist, welcher aromatische oder nicht-aromatische Strukturen, einschließlich aliphatischer und cycloaliphatischer Strukturen, einschießen kann. Beispielhafte Isocyanate umfassen das bevorzugte Methylendiisocyanat (MDI), oder 4,4-Methylenbisphenylisocyanat, oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und hydriertes Methylendiisocyanat (HMDI). Andere beispielhafte Isocyanate umfassen Hexamethylendiisocyanat und die Toluoldiisocyanate, wie z.B. 2,4-Toluoldiisocyanat und 2,6-Toluoldiisocyanat, 4,4'-ToIidindiisocyanat, m-Phenylendiisocyanat, 4-Chlor-l,3-phenylendiisocyanat, 4,4-Tetramethylendiisocyanat, 1/6-Hexamethylendiisocyanat, 1,10-Decamethylendiisocyanat, 1,4-Cyclohexylendiisocyanat, 4,4'-Methylen-bis(cyclohexylisocyanat), 1,4-Isophorondiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenylmethandiisocyanat, 1,5-Tetrahydronaphthalindiisocyanat, und Mischungen von solchen Isocyanaten. Ebenfalls eingeschlossen bei den Isocyanaten, welche auf diese Erfindung anwendbar sind, sind spezielle Isocyanate, welche sulfonierte Gruppen für eine verbessearte Hämokompatibilität und dergleichen enthalten.Diisocyanate reactants according to this invention have the general structure OCN-R'-NCO, where R' is a hydrocarbon which may include aromatic or non-aromatic structures, including aliphatic and cycloaliphatic structures. Exemplary isocyanates include the preferred methylene diisocyanate (MDI), or 4,4-methylenebisphenyl isocyanate, or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and hydrogenated methylene diisocyanate (HMDI). Other exemplary isocyanates include hexamethylene diisocyanate and the toluene diisocyanates such as 2,4-toluene diisocyanate and 2,6-toluene diisocyanate, 4,4'-tolidine diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, 4-chloro-1,3-phenylene diisocyanate, 4,4-tetramethylene diisocyanate, 1/6-hexamethylene diisocyanate, 1,10-decamethylene diisocyanate, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, 4,4'-methylene bis(cyclohexyl isocyanate), 1,4-isophorone diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 1,5-tetrahydronaphthalene diisocyanate, and mixtures of such isocyanates. Also included among the isocyanates applicable to this invention are special isocyanates containing sulfonated groups for improved hemocompatibility and the like.
Geeignete Kettenverlängerungsmittel, welche in die Polymerisation der Polycarbonaturethane eingeschlossen werden, sollten eine Funktionalität aufweisen, die gleich oder grö-Suitable chain extenders which are included in the polymerization of the polycarbonate urethanes should have a functionality equal to or greater than
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[File:ANM\CO0399B1.doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation [File:ANM\CO0399B1.doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
ßer als zwei ist. Ein bevorzugtes und gut bekanntes Kettenverlängerungsmittel ist 1,4-Butandiol. Allgemein gesagt sind die meisten Diole oder Diaraine, einschließlich der Ethylendiole, der Propylendiole, Ethylendiamin, 1,4-Butandiamin Methylen-Dianilin-Heteromolekülen, wie z.B. Ethanolamin, Reaktionsprodukten der Diisocyemate mit Wasser, einer Kombination der oben erwähnten, weiterer Makroglycole und dergleichen geeignet.is greater than two. A preferred and well-known chain extender is 1,4-butanediol. Generally speaking, most diols or diamines are suitable, including the ethylenediols, the propylenediols, ethylenediamine, 1,4-butanediamine, methylene-dianiline heteromolecules such as ethanolamine, reaction products of the diisocyanates with water, a combination of the above, other macroglycols, and the like.
Die Polycarbonaturethan-Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung sollten im wesentlichen frei von irgendwelchen wesentlichen Etherbindungen sein (d.h. wenn y 0, 1 oder 2 ist, wie in der oben stehenden allgemeinen Formel für ein Polycarbonat-Makroglycol angegeben), und man glaubt, daß Etherbindungen nicht mit Gehalten oberhalb von Verunreinigungs- oder Nebenreaktionskonzentrationen vorhanden sein sollten. Während man nicht durch eine bestimmte Theorie gebunden sein möchte glaubt man derzeit, daß Etherbindungen für einen großen Teil der Zersetzung verantwortlich sind, welche von Polymeren nicht gemäß der vorliegenden Erfindung erfahren wird, da Enzyme, welche typischerweise in vivo oder andernswo angetroffen werden, die Etherbindung angreifen. Eine Oxidation wird erfahren und lebende Zellen katalysieren möglicherweise die Zersetzung dieser anderen PoIy-5 mere.The polycarbonate urethane polymers according to the present invention should be substantially free of any substantial ether linkages (i.e., when y is 0, 1, or 2, as indicated in the general formula for a polycarbonate macroglycol above), and it is believed that ether linkages should not be present at levels above impurity or side reaction concentrations. While not wishing to be bound by any particular theory, it is currently believed that ether linkages are responsible for a large portion of the degradation experienced by polymers not according to the present invention because enzymes typically encountered in vivo or elsewhere attack the ether linkage. Oxidation will occur and living cells may catalyze the degradation of these other polymers.
Da minimale Mengen an Etherbindungen bei der Polycarbonaterzeugenden Reaktion unvermeidbar sind, und da diese Etherbindungen im Verdacht stehen, die biologische Zersetzung von Polyurethanen zu bewirken, sollte die Menge an Makroglycol minimiert werden, um dadurch die Anzahl an Etherbindungen in dem Polycarbonaturethan zu vermindern. Um die Gesamtzahl an Äquivalenten von terminalen Hydroxylgruppen ungefähr gleich mit der Gesamtzahl an Äquivalenten von terminalen Isocyanatgruppen zu halten, macht ein Minimieren des weichen Polycarbonatsegmentes ein proportionales Erhöhen des harten Kettenverlängerungsmittelssegmentes in demSince minimal amounts of ether bonds are unavoidable in the polycarbonate-forming reaction, and since these ether bonds are suspected of causing biological degradation of polyurethanes, the amount of macroglycol should be minimized to thereby reduce the number of ether bonds in the polycarbonate urethane. To keep the total number of equivalents of terminal hydroxyl groups approximately equal to the total number of equivalents of terminal isocyanate groups, minimizing the soft polycarbonate segment requires a proportional increase in the hard chain extender segment in the
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Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen . *Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses . *
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Drei-Komponenten-Polyurethansystera nötig. Daher sollte das Verhältnis von Äquivalenten des Kettenverlängerungsmittels zu Makroglycol so hoch wie möglich sein. Eine Folge des Erhöhens dieses Verhältnisses (d.h. Erhöhen der Menge an Kettenverlängerungsmittel bezogen auf Makroglycol) ist eine Erhöhung der Härte des Polyurethans. Typischerweise zeigen Polycarbonaturethane mit Härten, gemessen auf der Shore-Skala, von weniger als 7OA ein kleines Ausmaß an biologischer Zersetzung. Polycarbonaturethane mit Shore 75A und höher zeigen praktisch keine biologische Zersetzung.Three-component polyurethane systems are necessary. Therefore, the ratio of chain extender to macroglycol equivalents should be as high as possible. A consequence of increasing this ratio (i.e. increasing the amount of chain extender relative to macroglycol) is an increase in the hardness of the polyurethane. Typically, polycarbonate urethanes with hardnesses, measured on the Shore scale, of less than 7OA show a small amount of biodegradation. Polycarbonate urethanes with Shore 75A and higher show virtually no biodegradation.
Das Verhältnis von Äquivalenten des Kettenverlängerungsmittels zu Polycarbonat und die resultierende Härte ist eine komplexe Funktion, welche die chemische Natur der Bestandteile des Urethansystems und ihre relativen Proportionen einschließt. Jedoch ist die Härte im allgemeinen eine Funktion des Molekulargewichtes von sowohl Kettenverlängerungsmittel-Segment als auch Polycarbonatsegment und dem Verhältnis ihrer Äquivalente. Für auf 4,4'-Methylenbisphenyldiisocyanat (MDI) basierende Systeme werden typischerweise ein 1,4-Butandiol-Kettenverlängerungsmittel mit einem Molekulargewicht von 90 und ein Polycarbonaturethan mit einem Molekulargewicht von ungefähr 2000 ein Äquivalentverhältnis von wenigstens ca. 1,5 zu 1 und nicht größer als ca. 12 zu 1 benötigt, um Polymere zur Verfügung zu stellen, welche sich nicht biologisch zersetzen. Vorzugsweise sollte das Verhältnis mindestens ca. 2 zu 1 und weniger als ca. 6 zu 1 sein. Unter Verwendung eines Polycarbonatglycolsegmentes mit einem Molekulargewicht von ca. 1000, sollte für ein ähnliches System das bevorzugte Verhältnis mindestens ca. 1 zu 1 und nicht größer als ca. 3 zu 1 sein. Ein Polycarbonatglycol mit einem Molekulargewicht von ca. 500 würde ein Verhältnis in dem Bereich von ca. 1:2 bis ca. 1,5:1 benötigen. The ratio of equivalents of chain extender to polycarbonate and the resulting hardness is a complex function involving the chemical nature of the components of the urethane system and their relative proportions. However, hardness is generally a function of the molecular weight of both the chain extender segment and the polycarbonate segment and the ratio of their equivalents. For 4,4'-methylenebisphenyl diisocyanate (MDI) based systems, typically a 1,4-butanediol chain extender having a molecular weight of 90 and a polycarbonate urethane having a molecular weight of about 2000 are required in an equivalent ratio of at least about 1.5 to 1 and no greater than about 12 to 1 to provide polymers which do not biodegrade. Preferably, the ratio should be at least about 2 to 1 and less than about 6 to 1. Using a polycarbonate glycol segment with a molecular weight of about 1000, for a similar system the preferred ratio should be at least about 1 to 1 and no greater than about 3 to 1. A polycarbonate glycol with a molecular weight of about 500 would require a ratio in the range of about 1:2 to about 1.5:1.
Der untere Bereich des bevorzugten Verhältnisses von Kettenverlängerungsmittel zu Makroglycol ergibt typischerweiseThe lower range of the preferred ratio of chain extender to macroglycol typically yields
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* ü* ü
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Polyurethane mit einer Härte von Shore 8OA. Der obere Bereich an Verhältnissen ergibt typischerweise Polycarbonaturethane in der Größenordnung von Shore 75D. Die bevorzugten elastomeren und biostabilen Polycarbonaturethane für die meisten medizinischen Vorrichtungen würden eine Shore-Härte von ungefähr 85A aufweisen.Polyurethanes with a Shore hardness of 8OA. The upper range of ratios typically yields polycarbonate urethanes on the order of Shore 75D. The preferred elastomeric and biostable polycarbonate urethanes for most medical devices would have a Shore hardness of approximately 85A.
Allgemein gesprochen ist es wünschenswert, die Quervernetzung, die während der Polymerisation des Polycarbonaturethan-Polymers auftritt, in gewisser Weise zu steuern. Ein polymerisiertes Molekulargewicht zwischen ca. 80.000 und ca. 200.000 Dalton, beispielsweise in der Größenordnung von ca. 120.000 Dalton (solche Molekulargewichte werden durch eine Messung gemäß dem Polystyrol-Standard bestimmt), ist erwünscht, so daß das resultierende Polymer bei einem Feststoffgehalt von 43% eine Viskosität zwischen ca. 900.000 und ca. 1.800.000 Centipoise, typischerweise in der Größenordnung von ca. 1.000.000 Centipoise aufweisen wird. Die Quervernetzung kann gesteuert werden, indem eine isocyanatreiche Situation vermieden wird. Natürlich sollte die allgemeine Beziehung zwischen den Isocyanatgruppen und den gesamten Hydroxyl- (und/oder Amin)gruppen der Reaktanden in der Größenordnung von ungefähr 1 zu 1 liegen. Die Quervernetzung kann gesteuert werden, indem die Reaktionstemperatüren gesteuert werden und die molarem Verhältnisse in eine Richtung gelenkt (shading) werden, um sicher zu sein, daß die Reaktandencharge nicht isocyanatreich ist; wahlweise kann ein Terminationsreaktand, wie z.B. Ethanol, eingeschlossen werden, um überschüssige Isocyanatgruppen zu blockieren, welche zu einer Quervernetzung führen könnten, die größer ist als erwünscht.Generally speaking, it is desirable to have some control over the cross-linking that occurs during polymerization of the polycarbonate urethane polymer. A polymerized molecular weight of between about 80,000 and about 200,000 daltons, for example on the order of about 120,000 daltons (such molecular weights are determined by measurement according to the polystyrene standard) is desired, so that the resulting polymer at a solids content of 43% will have a viscosity of between about 900,000 and about 1,800,000 centipoise, typically on the order of about 1,000,000 centipoise. Cross-linking can be controlled by avoiding an isocyanate-rich situation. Of course, the general relationship between the isocyanate groups and the total hydroxyl (and/or amine) groups of the reactants should be on the order of approximately 1 to 1. Cross-linking can be controlled by controlling reaction temperatures and shading molar ratios to ensure that the reactant batch is not isocyanate-rich; optionally, a terminating reactant such as ethanol can be included to block excess isocyanate groups which could result in greater than desired cross-linking.
Was die Herstellung des Polycarbonaturethan-Polymers betrifft, können sie einstufig in einer Reaktandencharge umgesetzt werden, oder sie können in mehreren Stufen, vorzugsweise in zwei Stufen, mit oder ohne einen Katalysator und Wärme, umgesetzt werden. Andere Bestandteile, wie z.B.As for the preparation of the polycarbonate urethane polymer, they may be reacted in one step in a reactant batch, or they may be reacted in multiple steps, preferably in two steps, with or without a catalyst and heat. Other ingredients, such as
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Antioxidanzien, Extrusionsmittel und dergleichen können eingeschlossen werden, obwohl typischerweise eine Tendenz und Bevorzugung bestehen würde, solche zusätzlichen Bestandteile auszuschließen, wenn ein Polymer medizinischer Güte hergestellt wird.Antioxidants, extrusion agents and the like may be included, although typically there would be a tendency and preference to exclude such additional ingredients when preparing a medical grade polymer.
Zusätzlich können die Polycarbonaturethan-Polymere in geeigneten Lösungsmitteln, typischerweise polaren organischen
Lösungsmitteln, polymerisiert werden, um eine vollständige
und homogene Reaktion sicherzustellen. Die Lösungsmittel umfassen Dimethylacetamid, Dimethylformamid,
Dimethylsulfoxid, Toluol, Xylol, m-Pyrrol, Tetrahydrofuran,
Cyclohexanon, 2-Pyrrolidon, und dergleichen, oder Kombinationen
davon.
15Additionally, the polycarbonate urethane polymers can be polymerized in suitable solvents, typically polar organic solvents, to ensure complete and homogeneous reaction. The solvents include dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, toluene, xylene, m-pyrrole, tetrahydrofuran, cyclohexanone, 2-pyrrolidone, and the like, or combinations thereof.
15
Während keine Behandlung des Polycarbonaturethan-Polymerproduktes gemäß dieser Erfindung nötig ist, können, wenn erwünscht, geeignete Behandlungen durchgeführt werden. Beispielsweise können sie einer Behandlung mit einer rißverhindernden Zusammensetzung unterworfen werden, welche ein elastomeres Silikon, wie z.B. poly(Dimethylsiloxan) umfaßt, wie im Detail im US-Patent Nr. 4,851,009 beschrieben ist. Durch diese Behandlung gibt es eine Bindung zwischen dem Produktsubstrat und dem Silikonpolymer. Vorzugsweise werden Schritte unternommen, um dabei zu helfen, das Rißverhinderungsmittel in Zwischenräumen oder Wellungen der Vorrichtung oder des Produktes zu bringen, und Überschüsse sollten durch geeignete Mittel entfernt werden, um eine Verminderung der Porosität oder andere unerwünschte Ergebnisse aufgrund von Rückständen oder überschüssigem Behandlungsmaterial zu vermeiden. In ähnlicher Weise können sie an der Oberfläche mit Arzneimitteln gepfropft oder gekoppelt werden, wie z.B. Heparin, Steroiden, Antibiotika und dergleichen. Die Oberfläche kann durch Sulfonierung und dergleichen hämokompatibler gemacht werden.While no treatment of the polycarbonate urethane polymer product according to this invention is necessary, if desired, suitable treatments can be performed. For example, they can be subjected to treatment with a crack-inhibiting composition comprising an elastomeric silicone such as poly(dimethylsiloxane) as described in detail in U.S. Patent No. 4,851,009. Through this treatment, there is a bond between the product substrate and the silicone polymer. Preferably, steps are taken to help place the crack-inhibiting agent into interstices or corrugations of the device or product, and excess should be removed by suitable means to avoid reduction in porosity or other undesirable results due to residue or excess treatment material. Similarly, they can be grafted or coupled to the surface with drugs such as heparin, steroids, antibiotics, and the like. The surface can be made more hemocompatible by sulfonation and the like.
: : .."Seife-15-.·: : .."Soap-15-.·
[Fiie:ANM\C0039981.doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Poiyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation[Fiie:ANM\C0039981.doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
Ein spinnbares oder gießbares Polycarbonaturethan-Polymer wurde auf die folgende Weise hergestellt. Die folgenden Reaktanden wurden bei 8O0C unter konstantem Mischen und mit Dimethylacetamid in ein Gefäß gefüllt, um 1 kg eines Reaktionsproduktes mit 42,5% Feststoffen herzustellen: 83,5 Gramm Methylendiisocyanat, 332,4 Gramm Polycarbonatdiol (mit einem Molekulargewicht von 1989), 7,5 Gramm 1,4-Butandiol-Kettenverlängerungsmittel, 1,5 Gramm Wasser und 575 Gramm Dimethylacetamid. Die Reaktion wurde vier Stunden lang fortgesetzt, und das gebildete Polycarbonaturethan-Polymer hatte einen Shore-Härtewert von 60A. Das Verhältnis von Kettenverlängerungsmittel zu weichem Polycarbonatsegment betrug 1:1.A spinnable or castable polycarbonate urethane polymer was prepared in the following manner. The following reactants were charged to a vessel at 80 °C with constant mixing and dimethylacetamide to produce 1 kg of a reaction product containing 42.5% solids: 83.5 grams of methylene diisocyanate, 332.4 grams of polycarbonate diol (having a molecular weight of 1989), 7.5 grams of 1,4-butanediol chain extender, 1.5 grams of water, and 575 grams of dimethylacetamide. The reaction was continued for four hours and the polycarbonate urethane polymer formed had a Shore hardness of 60A. The ratio of chain extender to soft polycarbonate segment was 1:1.
Die resultierende dicke Lösung wurde, im allgemeinen gemäß der Lehre aus U.S.-Patent Nr. 4,475,972, auf dessen Gegenstand hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird, durch eine Spinndüse zu einem filamentösen Gefäßtransplantat gesponnen. Eine stärker verdünnte Lösung kann als ein Lösungsmittelgußsystem verwendet werden, wobei die Polymerlösung über eine geeignete Form gegossen wird, um Produkte, wie z.B. Brustimplantate und Herzklappensegel zu bilden.The resulting thick solution was spun through a spinneret into a filamentous vascular graft, generally in accordance with the teachings of U.S. Patent No. 4,475,972, the subject matter of which is incorporated herein by reference. A more dilute solution can be used as a solvent casting system, where the polymer solution is poured over a suitable mold to form products such as breast implants and heart valve leaflets.
Ein spinnbares oder gießbares Polycarbonaturethan wurde ähnlich zu dem in Beispiel 1 hergestellt; jedoch wurde das Verhältnis von Kettenverlängerungsmittel zu weichem PoIycarbonatsegment von 1:1 auf 2,5:1 erhöht. Das Polymer wurde bei einem Feststoffgehalt von 42,5% mit 122,5 Gramm MDI, 278,5 Gramm Polycarbonatdiol mit einem Molekulargewicht von 1989, 22,06 Gramm 1,4-Butandiol und 1,89 Gramm Wasser hergestellt. Das Lösungsmittel war Dimethylacetamid (575 Gramm). Gießbare Filme, welche aus dieser Formulierung hergestellt wurden, hatten eine Härte von Shore 8OA.A spinnable or castable polycarbonate urethane was prepared similarly to that in Example 1, except that the ratio of chain extender to soft polycarbonate segment was increased from 1:1 to 2.5:1. The polymer was prepared at 42.5% solids with 122.5 grams of MDI, 278.5 grams of 1989 molecular weight polycarbonate diol, 22.06 grams of 1,4-butanediol, and 1.89 grams of water. The solvent was dimethylacetamide (575 grams). Castable films prepared from this formulation had a Shore hardness of 8OA.
• · ·* Seile -&Pgr;6«··• · ·* Ropes -&Pgr;6«··
[File:ANM\C00399B1.doc] Beschreibung, 26,10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpoiymerprothesen Corvita Corporation [File:ANM\C00399B1.doc] Description, 26.10.95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
Ein spinnbares oder gießbares Polycarbonaturethan wurde ähnlich zu dem in Beispiel 1 und 2 hergestellt; jedoch wurde das Verhältnis von Kettenverlängerungsmittel zu weichem Polycarbonatsegment auf 4:1 erhöht. Das Polymer wurde bei einem Feststoffgehalt von 42,5% mit 156 Gramm MDI, 248 Gramm Polycarbonatdiol mit einem Moleikulargewicht von 1989, 45 Gramm 1,4-Butandiol und ohne Wasser hergestellt. Das Lösungsmittel war Dimethylacetamid (550 Gramm). Gießbare Filme, welche aus dieser Formulierung hergestellt wurden, hatten eine Härte von Shore 55D.A spinnable or castable polycarbonate urethane was prepared similarly to that in Examples 1 and 2; however, the ratio of chain extender to soft polycarbonate segment was increased to 4:1. The polymer was prepared at a solids content of 42.5% with 156 grams of MDI, 248 grams of 1989 molecular weight polycarbonate diol, 45 grams of 1,4-butanediol, and no water. The solvent was dimethylacetamide (550 grams). Castable films prepared from this formulation had a Shore hardness of 55D.
' Beispiel 4 ' Example 4
Ein extrudierbares Polycarbonatpolyurethan wurde hergestellt, indem ein Reaktionsgefäß bei 6O0C mit 283 Gramm MDI und 644 Gramm Polycarbonat mit einem Molekulargewicht von 1989 befüllt wurde. Nach ungefähr einer Stunde wurden 7 3 Gramm 1,4-Butandiol in die Reaktionskammer eingeführt und gründlich gemischt und einem Unterdruck unterworfen, um entstehende Blasen zu entfernen. Die Reaktion wurde fortgesetzt, bis eine Verfestigung auftrat. Die feste Platte wurde 24 Stunden lang bei HO0C getempert und dann pelletiert. Pellets, welche auf diese Weise gebildet werden, sind thermoplastisch, haben eine Härte von Shore 8OA und können bei 18O0C bis 22O0C zu einem Produkt, wie z.B. einer isolierenden Hülle für eine Schrittmacherleitung oder Fasern für textile Anwendungen extrudiert werden.An extrudable polycarbonate polyurethane was prepared by charging a reaction vessel at 6O 0 C with 283 grams of MDI and 644 grams of 1989 molecular weight polycarbonate. After approximately one hour, 73 grams of 1,4-butanediol were introduced into the reaction chamber and thoroughly mixed and subjected to a vacuum to remove any bubbles that formed. The reaction was continued until solidification occurred. The solid sheet was annealed at HO 0 C for 24 hours and then pelletized. Pellets formed in this manner are thermoplastic, have a Shore 8OA hardness, and can be extruded at 18O 0 C to 22O 0 C into a product such as an insulating sheath for a pacemaker lead or fibers for textile applications.
Ein spinnbares oder gießbares Polycarbonaturethan wurde ähnlich zu dem in Beispiel 1 mit einem Verhältnis von Kettenverlängerungsmittel zu weichem Polycarbonatsegment von 1:1, mit einem Polycarbonatdiol mit einem MolekulargewichtA spinnable or castable polycarbonate urethane was prepared similar to that in Example 1 with a ratio of chain extender to soft polycarbonate segment of 1:1, with a polycarbonate diol having a molecular weight
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[File:ANM\C00399B1,doc] Beschreibung, 26.10.95 * J[File:ANM\C00399B1,doc] Description, 26.10.95 * J
Bruchbeständige PolyurethancarbonatpolymerprothesenFracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses
Corvita CorporationCorvita Corporation
von 940 hergestellt. Das Polycarbonatdiol (276,5 Gramm) wurde mit 147 Gramm MDI in 550 Gramm DMA eine Stunde lang umgesetzt, dann wurde die Kette mit 26,5 Gramm 1,4-Butandiol verlängert. Gießbare Filme, welche auf die oben erwähnte Weise hergestellt wurden, hatten eine Shore-Härte von 80A.of 940. The polycarbonatediol (276.5 grams) was reacted with 147 grams of MDI in 550 grams of DMA for one hour, then the chain was extended with 26.5 grams of 1,4-butanediol. Castable films prepared in the above manner had a Shore hardness of 80A.
Gefäßtransplantate des filamentösen Typs wurden durch Spinnen auf eine rotierende Spindel in einer Weise gebildet, die allgemein in dem U.S.-Patent Nr. 4,474,972 beschrieben ist, um eine Mehrzahl von filamentösen Gefäßtransplantaten zu bilden. Die Transplantate wurden subcutan in ein Tier implantiert. Nach einer Periode der Implantation wurden die Transplantate explantiert, in einer Lösung von 10% Natriumhydroxid und 4% Natriumhypochlorat eine Stunde lang gereinigt und dann unter einem Rasterelektronenmikroskop auf einen Hinweis eines Faserbrechens oder Reißens hin untersucht. Filamentous-type vascular grafts were formed by spinning on a rotating spindle in a manner generally described in U.S. Patent No. 4,474,972 to form a plurality of filamentous vascular grafts. The grafts were implanted subcutaneously into an animal. After a period of implantation, the grafts were explanted, cleaned in a solution of 10% sodium hydroxide and 4% sodium hypochlorate for one hour, and then examined under a scanning electron microscope for evidence of fiber breakage or tearing.
Fig. 1 ist eine Mikrophotographie einer Rasterelektronenmikroskop-Reproduktion eines typischen unbehandelten filamentösen Gefäßtransplantates aus einem Shore 80A-Polyetherurethanpolymer, welches für nur vier Wochen implantiert war. Ein deutliches Reißen und Strangbrüche sind sichtbar, obwohl die Transplantate sogar Temperbedingungen unterworfen wurden, in einer Bemühung Risse und Brüche zu vermindern. Fig. 1 is a photomicrograph of a scanning electron microscope reproduction of a typical untreated filamentous vascular graft made of a Shore 80A polyetherurethane polymer, implanted for only four weeks. Significant tearing and strand breaks are visible, even though the grafts were subjected to annealing conditions in an effort to reduce tearing and breakage.
Filamentöse Gefäßtransplantate aus Polycarbonaturethan-Polymer wurden vor der Implantation durch das folgende Verfahren einer Zugbeanspruchung unterworfen. Ein einen Zoll langer Delrin-Dorn oder Stab wurde in ein Gefäßtransplantat plaziert und entgegengesetzte Enden des Transplantates wurden durch eine Instron-Maschine auf 7 0% der äußersten Zugfestigkeit oder Verlängerung des Polycarbonaturethanpoly-Polycarbonate urethane polymer filamentous vascular grafts were subjected to tensile stress prior to implantation by the following procedure. A one-inch long Delrin mandrel or rod was placed into a vascular graft and opposite ends of the graft were stretched by an Instron machine to 70% of the ultimate tensile strength or elongation of the polycarbonate urethane polymer.
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[File:ANM\C00399B1.doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation [File:ANM\C00399B1.doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
mers gestreckt. Die entgegengesetzten Enden wurden mit einschnürenden Nähten um den Dorn herum festgehalten, um den Streckungsgrad beizubehalten. Das Transplantat wurde von der Instron-Maschine entfernt und die Implantation wurde unter dieser gestreckten Bedingung durchgeführt. Fig. 2 ist eine Mikrophotographie der Rasterelektronenmikroskop-Reproduktion eines typischen filamentösen Gefäßtransplantates aus Polycarbonaturethan-Polymer, welches nach 4 Wochen explantiert wurde. Das bestimmte Polycarbonaturethan-Polymer wurde aus einer Reaktionscharge hergestellt, in welcher das Verhältnis an Polycarbonatdiol-Äc[uivalenten des weichen Segmentes zu Kettenverlängerungsmittel-Äquivalenten (Hydroxylgruppen) wie in Beispiel 1 1 zu 1 war, um ein polymeres Transplantat mit Shore 6OA herzustellen. Ein gewisses Reißen ist sichtbar.mers. The opposite ends were held in place with constricting sutures around the mandrel to maintain the degree of stretch. The graft was removed from the Instron machine and implantation was performed under this stretched condition. Fig. 2 is a photomicrograph of the scanning electron microscope reproduction of a typical polycarbonate urethane polymer filamentous vascular graft explanted after 4 weeks. The particular polycarbonate urethane polymer was prepared from a reaction batch in which the ratio of soft segment polycarbonate diol equivalents to chain extender equivalents (hydroxyl groups) was 1 to 1 as in Example 1 to produce a Shore 60A polymeric graft. Some tearing is visible.
Fig. 3 ist eine Mikrophotographie des Rasterelektronenmikroskop-Bildes, welches für ein explantiertes filamentöses Transplantat aus Polycarbonaturethan-Polymer mit Shore 8OA (gemäß Beispiel 2) typisch ist, das sechs Monate lang implantiert war. Ein Brechen der Fasern ist im wesentlichen nicht vorhanden und es kann kein Reißen der Oberfläche beobachtet werden. Hier betrug das Verhältnis von Kettenverlängerungsmittel-Äquivalenten zu Folycarbonat-Äquivalenten 2,5 zu 1. Befunde, die ähnlich zu diesem Beispiel 2-Ergebnis waren, wurden ebenfalls für Vorrichtungen erhalten, die mit den Polymeren aus Beispiel 3, Beispiel 4 und Beispiel 5 gefertigt wurden.Figure 3 is a photomicrograph of the scanning electron microscope image typical of an explanted Shore 8OA polycarbonate urethane polymer filamentous graft (as in Example 2) implanted for six months. Fiber breakage is essentially absent and no surface cracking can be observed. Here, the ratio of chain extender equivalents to polycarbonate equivalents was 2.5 to 1. Findings similar to this Example 2 result were also obtained for devices fabricated with the polymers of Example 3, Example 4 and Example 5.
Ein weicher Polycarbonatschaum wurde hergestellt, indem 192 Gramm Polycarbonatdiol mit einem Molekulargewicht von 1818 mit 119 Gramm MDI umgesetzt wurden. Die Reaktion wurde eine Stunde lang bei 600C fortgesetzt, wonach 14 Gramm 1,4-Butandiol und 1,17 Gramm Wasser zugegeben wurden. Die ReaktionA soft polycarbonate foam was prepared by reacting 192 grams of polycarbonatediol with a molecular weight of 1818 with 119 grams of MDI. The reaction was continued for one hour at 60 0 C, after which 14 grams of 1,4-butanediol and 1.17 grams of water were added. The reaction
'··· · ' »'Seile -'··· · ' »'Ropes -
[File.ANM\CO0399B1.doc] Beschreibung, 26.10.95 Bruchbeständige Polyurethancarbonatpolymerprothesen Corvita Corporation [File.ANM\CO0399B1.doc] Description, 10/26/95 Fracture-resistant polyurethane carbonate polymer prostheses Corvita Corporation
schritt fort, bis ein weicher, stabiler Schaum erzeugt wurde.continued until a soft, stable foam was produced.
Beispiel 8
5 Example 8
5
Ein harter Polycarbonatschaum wurde hergestellt, indem 151 Gramm Polycarbonatdiol mit einem Molekulargewicht von 1818 mit 119 Gramm MDI umgesetzt wurden. Die Reaktion wurde eine Stunde lang bei 6O0C fortgesetzt, wonach 21 Gramm 1,4-Butandiol und 2,52 Gramm Wasser zugecfeben wurden. Die Reaktion schritt fort, bis ein harter und haltbarer Schaum erzeugt wurde, wobei der Schaum für eine Verwendung als ein nicht-oxidierender Dachisolator geeignet ist.A rigid polycarbonate foam was prepared by reacting 151 grams of polycarbonatediol having a molecular weight of 1818 with 119 grams of MDI. The reaction was continued for one hour at 60 0 C, after which 21 grams of 1,4-butanediol and 2.52 grams of water were added. The reaction proceeded until a rigid and durable foam was produced, which foam is suitable for use as a non-oxidizing roof insulator.
Man wird verstehen, daß die Aus f ührungs formen der vorliegenden Erfindung, die beschrieben wurden, für einige der Anwendungen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichend sind. Zahlreiche Modifikationen können von Fachleuten gemacht werden, ohne den wahren Charakter und Rahmen der Erfindung zu verlassen.It will be understood that the embodiments of the present invention which have been described are illustrative of some of the applications of the principles of the present invention. Numerous modifications may be made by those skilled in the art without departing from the true spirit and scope of the invention.
-&Iacgr;&Ogr;-S-&Ogr;-S
Claims (1)
G9117117.2 - :- - ■ ■" - Corvita Corporation [File:ANM\C00399A2.docj Claims, 21. i 2.95
G9117117.2 - : - - ■ ■" - Corvita Corporation
5a polymeric backbone having repeating groups selected from the group consisting of urethane groups, urea groups, carbonate groups, and combinations thereof;
5
1014. The polycarbonate urethane polymer of claim 11, wherein the polycarbonate diol has a molecular weight on the order of about 2000 daltons and the ratio of equivalents is between about 2 to 1 and about 6 to 1.
10
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-
1991
- 1991-04-26 DE DE9117117U patent/DE9117117U1/en not_active Expired - Lifetime
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