JP2002272835A - 水溶液合成により表面に直接酸化チタン層を形成した血液適合性酸化チタン被覆材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被被覆材料（基材）の材質および被被覆材料
（基材）の形状や表面構造の複雑さに関係なく、常温に
おいて、該基材の表面に酸化チタン層（または被膜）が
形成され、かつ該酸化チタン層はそのままで血液適合性
を発現する、酸化チタン層が形成された血液適合性材料
の提供 【解決手段】 被被覆材料（基材）をチタンを含む水溶
性化合物と該化合物から酸化チタンを生成させる試薬を
存在させた水溶液、特にチタンを含む水溶性化合物とし
てフルオロチタン錯化合物を含む水溶液中にフッ化物イ
オン補足剤の存在させた水溶液に浸漬し、前記被被覆材
料（基材）表面に酸化チタン薄膜を形成させることによ
り製造された血液適合性材料。更に、前記方法によって
形成された酸化チタン薄膜を温水で処理した、血液適合
性を改善した血液適合性材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、そのままで血液適
合性を有する酸化チタン層を種々の形状の被被覆材料
（以下、基材と表現する場合もある。）表面に形成した
血液適合性材料に関する。特に、電気絶縁材料、耐熱性
の小さな有機プラスチック材料などからなる被被覆材料
表面に中間層を介することなく直接、１００℃以下の低
温において血液適合性酸化チタン層を形成したことを特
徴とするそのままでも血液適合性が高い医療用材料とし
て有用な血液適合性酸化チタン層を表面に形成した血液
適合性材料に関する。そのままでもとは、酸化チタン層
を形成した後に、血液適合性付与のための、熱処理、化
学的処理などを要することなく、という意味である。

【０００２】

【従来の技術】今日までに、人工臓器などに用いる血液
適合性材料のひとつとしてチタン金属やチタン合金が知
られている。チタン金属やその合金が高い血液適合性を
示す理由としては、その表面に酸化チタン層が存在する
ためであると考えられている。一方、成型の容易さや種
々の力学的性質を有することから、各種の高分子材料が
人工血管や人工心臓などに用いられているが、該材料の
表面はそのままでは血液と接触した場合において、血液
適合性がないか、または、血液適合性が極めて小さい。
従来このような基材表面に血液適合性酸化チタン層をコ
ーティングする方法としては、基材表面に液状のチタニ
アゲルまたはゾルをコーティングし、乾燥後、加熱処理
してチタニアゲルを基材に結合させる方法（ゾルーゲル
法）がある。しかし、この方法では、表面に血液適合性
の酸化チタン層を形成するためには、５００℃以上の温
度で加熱する必要があり、基材を構成する材料に耐熱性
が要求され、耐熱性の低い、有機プラスチック材料など
を基材として利用できないという不都合があった。ま
た、金属やセラミックス材料などの耐熱性が高い基材を
用いた場合でも、基材と酸化チタン膜との熱膨張係数の
差により該血液適合性材料の加熱冷却過程においてコー
ティング層にひび割れが発生し易いという問題もあっ
た。

【０００３】本発明者等は、光触媒活性を有する酸化チ
タンの層を基材表面に形成する方法として、１００℃よ
り低い温度で、かつ基材（被被覆材料）を構成する材質
として、耐熱性や絶縁性など熱的および電気的特性に関
わりなく、また、表面形状の複雑性などに関わりなく、
該層が形成できる方法を提案している。〔米国特許第
６，０６６，３５９号明細書（２０００、５月２３日特
許）、国際出願公開番号ＷＯ９８／１１０２０（再公表
特許）（平成１０年３月１９日）〕。しかしながら、該
酸化チタン層がそのままで、インプラント材などとして
充分な血液適合性をもつ表面特性を持つことについては
全く認識していない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基材の材質
および基材の形状や表面構造の複雑さに関係なく、常温
において、該基材の表面に酸化チタン層（または被膜）
が形成され、かつ該酸化チタン層はそのままで血液適合
性を発現する、酸化チタン層が形成された血液適合性材
料を提供することである。そのために、色々な酸化チタ
ン層を形成する方法と該層の血液適合性特性とを検討す
る中で、前記本発明者らが提案した、低温（１００℃以
下）において酸化チタン膜を形成する方法を応用して形
成した酸化チタン膜が、驚くべきことに、従来の血液適
合性化処理を要することなく血液適合性を呈することを
見出し、更に、加水分解などにより酸化チタン層を形成
できるチタンを含む水溶性化合物を用いても前記と同様
の血液適合性を持つ酸化チタン層を形成できることを見
出し、前記本発明の課題を解決した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には、
チタンを含む水溶性化合物と該化合物から酸化チタンを
生成させる試薬を存在させた水溶液に、被被覆材料（基
材）を入れて、該被被覆材料表面に血液適合性を持つ酸
化チタン層を形成したものであることを特徴とする血液
適合性酸化チタン層を形成した血液適合性材料である。
好ましくは、チタンを含む水溶性化合物がフルオロチタ
ン錯体化合物であり、酸化チタンを生成させる試薬がフ
ッ素イオン捕捉剤であること、チタンを含む水溶性化合
物が四フッ化チタンであり、酸化チタンを生成させる試
薬が溶液のｐＨを調整するものであること、またはチタ
ンを含む水溶性化合物オキソ硫酸チタンであり加水分解
により酸化チタンを生成させたものであること、を特徴
とする前記血液適合性酸化チタン層を形成した血液適合
性材料である。より好ましくは、フルオロチタン錯化合
物の濃度が１×１０^−５〜１ｍｏｌ／Ｌであることを特
徴とする前記基材表面に血液適合性酸化チタン層を形成
した血液適合性材料であり、更に好ましくは、フッ素イ
オン捕捉材を１×１０^−２ｍｏｌ／Ｌ以上添加すること
を特徴とする前記基材表面に血液適合性酸化チタン層を
形成した血液適合性材料である。基材材料としては、本
発明の血液適合性材料の製造方法によれば、色々の用途
に適した材料を適宜選択できる。特に生体材料として
は、使用される部位により、また血液適合性をよくする
材料、例えば、多孔質（不織布、紙、結束繊維などでも
よい）のものなどが好ましい。本発明において、有機高
分子（ポリマー）材料が基材の構成材料として利用可能
となったことは、用途を多様化できる点で顕著な効果と
いえる。

【０００６】

【本発明の実施の態様】本発明をより詳細に説明する。 Ａ、本発明の血液適合性材料の製造において使用される
チタンを含む水溶性化合物としては、前記のフルオロチ
タン錯体化合物、四フッ化チタン、およびオキシ硫酸チ
タンなどを好ましいものとして挙げることができる。フ
ルオロチタン錯化合物を含有する水溶液は、酸化チタン
をフッ化水素酸に溶解させることで調製することができ
る。また、フルオロチタン錯化合物は、チタンの水酸化
物もしくはオキシ水酸化物を、二フッ化水素アンモニウ
ム、またはニフッ化水素ナトリウムのような二フッ化水
素アルカリ金属の水溶液に溶解させても合成することも
できる。

【０００７】Ｂ、酸化チタン層を形成するのに用いるフ
ルオロチタン錯体化合物を含有する水溶液は、金属量と
して、通常１×１０^−９〜１ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは通
常１×１０^−５〜１ｍｏｌ／Ｌの濃度の水溶液として調
製して用いられる。フルオロチタン錯体化合物濃度が１
０ｍｏｌ／Ｌより高くなると経済性の点で好ましくな
い。ここに、水溶液とは、錯化合物を合成するために用
いた過剰のフッ化水素を含む水溶液であってもよい。ま
た、アルコールなどの液体を５０体積％以下まで含む水
溶液であってもよい。

【０００８】Ｃ、本発明において、フルオロチタン錯体
化合物を含有する水溶液に種結晶を存在させることによ
り、酸化チタン層を形成する酸化チタンを安定相として
得ることができる。種結晶は０．００１〜１０μｍの範
囲、好ましくは０．００１〜１μｍ程度の微小なものが
よく、その添加量は、析出させる酸化チタンの量等を勘
案して適宜決定できる。種結晶の粒子径や添加量を選ぶ
ことで、析出速度を制御することもできる。必要により
析出途中で種結晶を補充することもできる。種結晶を添
加する際に、超音波分散をすると均一な膜の形成に効果
がある。

【０００９】Ｄ、本発明で用いられるフッ化物イオン捕
捉剤は、フルオロチタン錯体化合物を含む水溶液からフ
ッ素イオンを捕捉して酸化チタン系被覆層を析出させる
ことができるものであれば良い。一般に、フッ化物イオ
ン捕捉剤には、液相内に溶解させて用いる均一系と、固
形物である不均一系とがある。目的に応じて、これら両
者の一方を用いても、併用しても差し支えない。ｐＨ調
製材料としては、種々の酸およびアルカリ化合物を使用
できる。

【００１０】Ｅ、１、均一系フッ化物イオン捕捉剤は、
フッ化水素と反応して安定なフルオロチタン錯体化合物
および／またはフッ化物を形成することにより、酸化チ
タンを析出させるようにフッ素イオンの平衡を移動させ
るものである。オルトホウ酸、メタホウ酸などのホウ酸
のほか：塩化アルミニウム、水酸化ナトリウム、アンモ
ニア水などが例示される。このような捕捉剤は、通常、
水溶液の形で用いられるが、粉末の形で添加して、系中
に溶解させてもよい。このような捕捉剤の添加は、１回
に、または数回に分けて間欠的に行ってもよく、制御さ
れた供給速度、たとえば一定の速度で連続的に行っても
よい。均一系フッ化イオン捕捉剤は、１×１０^−３ｍｏ
ｌ／Ｌ以上、好ましくは１×１０^−２ｍｏｌ／Ｌ以上添
加する。 ２、不均一系フッ化物イオン捕捉剤としては、アルミニ
ウム、チタン、鉄、ニッケル、マグネシウム、銅、亜鉛
などの金属、ガラスなどのセラミックス、およびケイ
素、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アルミニウム、
二酸化ケイ素、酸化マグネシウムなどの化合物が例示さ
れる。このような固形物を水溶液に添加または挿入する
と、固形物近傍のＦ⁻が消費されて、その濃度が減少す
るので、その部分の化学平衡がシフトして、酸化チタン
が析出する。このような固形物を用いると、その添加ま
たは挿入する方法と反応条件により、水溶液に浸漬した
基材表面の全体に酸化チタンを析出させることも、その
析出を選択された局部、すなわち該固形物の存在する近
傍に限定することも可能である。あるいは、均一系と不
均一系のフッ化物イオン捕捉剤を併用することにより、
基材表面の析出物薄膜を部分的に厚くすることもでき
る。

【００１１】Ｆ、本発明により得られる血液適合性酸化
チタン層は主として酸化チタンからなるが、若干のフッ
素を含有してもかまわない。

【００１２】Ｇ、基材としては、金属、ガラス、セラミ
ックス、有機高分子などいかなる材質も可能である。ま
た、その形状も板状、棒状、繊維状（湿式または乾式不
織布、繊維束などを含む）、粒状など複雑な形状を初め
とする如何なる形状のものも可能である。 １、例えば、ステンレス鋼、コバルトクロム合金、チタ
ン金属やチタン合金、アルミナ、ジルコニア、カーボン
など高い機械的強度を示し、しかも生体内で化学的に安
定な材料上に血液適合性酸化チタン層をコーティングし
たものは、事項臓器の可動部などに用いることが有用で
ある。 ２、有機高分子は軽量なインプラントとして有用であ
る。有機高分子としては、シリコーン、ポリ塩化ビニル
（ＰＶＣ）、ポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ）ポリ
カーボネート、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ），ポ
リプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロ
ン６，ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウ
レタン（ＰＵＲ）等が用いられる。 ３、基材の材質は単一でもかまわないし、複数の材質を
組み合わせた複合材であってもかまわない。

【００１３】Ｈ、基材をフルオロチタン錯化合物の水溶
液に浸漬する時期は。フッ化物イオン捕捉剤を添加ない
し挿入する前でも、同時でも、後でも差し支えない。た
だし、系によって侵されるおそれのある基材を用いる場
合は、溶液の組成、反応条件、および浸漬する時期に注
意する必要がある。反応温度は、系が水溶液を維持する
範囲で任意に設定できるが、１０〜８０℃の範囲が好ま
しい。反応時間は１時間以上が好ましく、基材全体への
均一な血液適合性の付与の点からは４時間以上がさらに
好ましい。また、基材をフルオロチタン錯化合物の水溶
液に浸漬し、酸化チタン薄膜の製膜を行った後、４０℃
〜１００℃の温水中に酸化チタンを浸漬すると、酸化チ
タンの結晶性が高くなり、血液適合性が向上する。本発
明を用いて、血液適合性酸化チタン層を形成する前に、
基材上にフォトリソグラフィなどの方法でレジスト膜を
形成し、酸化チタン層が形成される部位を制限すること
もできる。また、表面の浄化のために処理、例えば、酸
などによる化学的処理、超音波、ジェット流などによる
物理的処理、サンドブラストなどの機械的処理およびこ
れらを結合した処理をすることもできる。

【００１４】Ｉ、このようにして、１００℃以下の低温
で基材表面に血液適合性酸化チタン層を形成できる。但
し、基材の熱的変質を生じない条件で、必要に応じて加
熱工程を設けてもよい。

【００１５】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に
説明する。本発明はこの実施例のみに限定されないこと
は云うまでもない。 実施例１ 蒸留水中にアンモニウムヘキサフルオロチタネートを溶
解させ、次いで酸化ホウ素を添加し素早く攪拌して得た
処理液を、内径１２．３ｍｍ、長さ７５ｍｍのガラス試
験管中に流し込み、４０℃で２４時間保持した。保持
後、処理液流しだし、蒸留水で洗浄後室温で１時間乾燥
し、ガラス試験管内に酸化チタンの薄膜を形成した。処
理液中のアンモニウムヘキサフルオロチタネートの濃度
は、１×１０^−１０、１×１０^−８、１×１０^−６、１
×１０^−４、１×１０^−２、１ｍｏｌ／Ｌ，酸化ホウ素
の濃度は１×１０^−３、１×１０^−２、１×１０^−１、
３×１０^−１ｍｏｌ／Ｌとした。処理後のガラス試験管
に、健常人の新鮮血液２ｍＬを速やかに注入し、３７℃
恒温漕中にて血液凝固時間を測定するリーホワイト法に
て、血液凝固時間による血液適合性を評価した。血液凝
固試験の評価結果は表１に示した通りである。

【００１６】

【表１】

【００１７】実施例２ 蒸留水中に１×１０^−１ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように
アンモニウムヘキサフルオロチタネートを溶解させ、次
いで３×１０^−１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように酸化ホ
ウ素を添加し素早く攪拌して得た処理液を、内径１２．
３ｍｍ、長さ７５ｍｍのガラス試験管中に流し込み、４
０℃で２４時間保持した。保持後、処理液流しだし、蒸
留水で洗浄後室温で１時間乾燥し、ガラス試験管内に酸
化チタンの薄膜を形成した。その後８０℃の温水中に６
時間浸漬した。処理後のガラス試験管に、健常人の新鮮
血液２ｍＬを速やかに注入し、３７℃恒温漕中にて血液
凝固時間を測定するリーホワイト法にて、血液凝固時間
による血液適合性を評価した結果、血液凝固時間は９５
分であった。

【００１８】比較例 処理を施していない実施例１と同じガラス試験管中に健
常人の新鮮血液２ｍＬを速やかに注入し、３７℃恒温漕
中にて血液凝固時間を測定するリーホワイト法にて、血
液凝固時間による血液適合性を評価した結果、血液凝固
時間は１３分であった。

【００１９】実施例と比較例を比較することにより、本
発明による血液適合性材料は、無処理のガラスの２〜６
倍の血液凝固時間の遅延を示し、血液適合性に優れた表
面特性を有することがわかった。さらに、酸化チタン形
成後に温水で処理することによって血液凝固時間がさら
に遅延することがわかった。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、被被覆材料（基材）の
材質および被被覆材料（基材）の形状や表面構造の複雑
さに関係なく、常温において酸化チタン層（または被
覆）が形成され、かつ該酸化チタン層はそのままで血液
適合性をもつ医療用材料を提供できるという優れた作用
効果をもたらす。また、生体に対する血液適合性は医療
用材料を扱う部材としての有用性が推測され、例えば、
本発明の血液適合性材料は、カテーテルや、人工血管、
人工心臓などを構成する材料としての有用性が考えられ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C081 AB13 AB32 AB34 AC08 BA02 BC01 BC02 CA021 CA041 CA081 CA161 CA211 CA231 CA271 CA281 CF121 CF131 CF142 CF151 CF161 CG02 CG03 CG04 CG05

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタンを含む水溶性の化合物と該化合物
   から酸化チタンを生成させる試薬を存在させた水溶液
   に、被被覆材料を入れて、該被被覆材料表面に血液適合
   性を持つ酸化チタン層を形成したものであることを特徴
   とする血液適合性酸化チタン層を形成した血液適合性材
   料。
2. 【請求項２】 チタンを含む水溶性の化合物がフルオロ
   チタン錯体化合物であり、酸化チタンを生成させる試薬
   が少なくともフッ素イオン捕捉剤であることを特徴とす
   る請求項１に記載の血液適合性酸化チタン層を形成した
   血液適合性材料。
3. 【請求項３】 フルオロチタン錯化合物の濃度が１×１
   ０^−５〜１ｍｏｌ／Ｌであることを特徴とする請求項２
   に記載の被被覆材料表面に血液適合性酸化チタン層を形
   成した血液適合性材料。
4. 【請求項４】 フッ素イオン補足剤を１×１０^−２ｍｏ
   ｌ／Ｌ以上添加することを特徴とする請求項３に記載の
   被被覆材料表面に血液適合性酸化チタン層を形成した血
   液適合性材料。
5. 【請求項５】 チタンを含む水溶性の化合物が四フッ化
   チタンであり、酸化チタンを生成させる試薬が溶液のｐ
   Ｈを調整するものであることを特徴とする請求項１に記
   載の血液適合性酸化チタン層を形成した血液適合性材
   料。
6. 【請求項６】 チタンを含む水溶性の化合物がオキソ硫
   酸チタンであり加水分解により酸化チタンを生成させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の血液適合性酸化チタ
   ン層を形成した血液適合性材料。
7. 【請求項７】 被被覆材料が金属からなることを特徴と
   する請求項１〜６のいずれかに記載の被被覆材料表面に
   血液適合性酸化チタン層を形成した血液適合性材料。
8. 【請求項８】 金属が金属チタン、チタン合金、ステン
   レス鋼、コバルトクロム合金からなる群から選択される
   ものであることを特徴とする請求項７に記載の被被覆材
   料表面に血液適合性酸化チタン層を形成した生活活性材
   料。
9. 【請求項９】 被被覆材料が有機高分子からなることを
   特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の被被覆材料
   表面に血液適合性酸化チタン層を形成した血液適合性材
   料。
10. 【請求項１０】 有機高分子がシリコーン、ポリ塩化ビ
    ニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
    Ｔ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリプロピ
    レン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン６、ポ
    リメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン
    （ＰＵＲ）からなる群から選択されることを特徴とする
    請求項９に記載の被被覆材料表面に血液適合性酸化チタ
    ン層を形成した血液適合性材料。
11. 【請求項１１】 被被覆材料がセラミックスまたはガラ
    スからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに
    記載の被被覆材料表面に血液適合性酸化チタン層を形成
    した血液適合性材料。
12. 【請求項１２】 セラミックスがアルミナ、ジルコニア
    またはカーボンからなることを特徴とする請求項１１に
    記載の被被覆材料表面に血液適合性酸化チタン層を形成
    した血液適合性材料。