JP2002509010A

JP2002509010A - 医用インプラントの表面改変

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Publication number: JP2002509010A
Application number: JP2000540011A
Authority: JP
Inventors: ディー．リードースク; ナグラスアートゥール; チャクラヴァルティプラモド; エム．マジャハドアントニー
Original assignee: エテックスコーポレイション
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2002-03-26
Also published as: US6033582A; EP1047563A4; AU737469B2; US6464889B1; CA2307612A1; AU4120299A; EP1047563A1; WO1999036276A1

Abstract

(57)【要約】表面上に、約０．３〜約２０μｍ未満の深さのランダムな、一様でないレリーフパターンを有する不規則にエッチングされた金属性医用インプラントデバイスを提供する。この蝕刻のミクロ形態及び個々の寸法特性により規定されるランダムな、不規則な表面は、表面をチャンバー内で反応性プラズマにさらし、該反応性プラズマは、その表面との反応生成物を生成し、それにより、表面をエッチングし、該反応生成物又はその複合体は、チャンバー内の圧力より低い蒸気圧を有し；エッチングプロセス中ダイナミックマスキング剤を供給し；そして反応生成物を取り出すことにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野この発明は、様々な材料(例えば、金属、ポリマー及びセラミック)で作られた
製品例えば医用インプラントデバイス(例えば、血管移植片、整形外科用プロテーゼ及び心臓弁)の表面改変の方法に関するものである。特に、この発明は、被覆材料の接着及び／又は組織の医用インプラントデバイス表面との相互作用を増
大させ及び最適化させる望ましい表面特性を得るためのインプラントデバイスの
表面処理に関係する。

【０００２】発明の背景身体の病気の部分又は傷害を受けた部分は、最適には、生体自身の組織で修復
され又は置換される。内科医と外科医は、日常的に、組織、臓器又は骨を、精緻
且つ複雑な医学的手順によって置換している。適当なドナー組織は、一般に、レ
シピエント自身の身体(自家移植片)；二次ドナー(同種異系移植片)；又は幾つか
の場合には、他の種のドナー(異種移植片)の何れかから獲得される。組織の移植
は、コストがかかり、有意の失敗率、病気の伝播の増大する危険及び不十分なド
ナー組織の供給に悩まされている。それ故、これらの現在の移植の問題に答えて
、組織工学技術により加工された人工的な合成の医用インプラントデバイスの利
用が、重要な主題となっている。

【０００３】インプラントデバイスは、幾つかの場合には、ドナーからの移植片の代替物と
して利用することができるが、それらは、インプラントの身体との不適合性及び
適当に機能できないことのために、余りにしばしば望ましくない結果を生じる。
例えば、ポリマー製の血管移植片の内壁表面は、通常、細胞被覆又は他の生物活
性な被覆の血管内壁表面に沿っての望ましくない移動を完全に阻止するだけ十分
に接着性ではない。血管移植片の合成の表面に対する細胞接着の欠如は、血栓症
、過形成及び他の内科的／外科的処置における合併症の危険を増大させる情況を
引き起こす。血管移植片は、血栓を生じない表面を必要とする。血管インプラン
トの材料は、その血管内面に対する血小板の最小の応答を与える生体適合性の表
面を有しなければならず；同時に、血管壁−血液界面において、望ましくない乱
流及び渦形成を排除し又は減じる正しい流体力学を有しなければならない。他の
型のインプラントにおいては、そのインプラントを覆う望ましくない繊維成長を
生じ得る。このインプラントは、その後、拒絶及び他の医学的合併症の増大した
危険を有するであろう。従って、テフロン等の生体適合性被覆のインプラント表
面への適用に努力が向けられてきた。

【０００４】インプラントデバイスを作成する材料(例えば、金属及びポリマー)は、しばし
ば、最適機能性(例えば、生体適合性材料、細胞被覆又は宿主組織を接着させること)へと導く表面条件を有して製造されず；それらは、所望の組織又は被覆材料に対する粘着性を増大させるように表面を物理的に増大させるある形態の調整
及び／又は前処理を必要とする。

【０００５】表面処理のための慣用の方法には、物理的、化学的又は電気化学的技術が含ま
れる。物理的技術による表面改変は、研磨用具を用いて達成することができ、例
えばマクロ孔質表面を生じるサンドブラスト又はやはりマクロ細孔を生じるフラ
イス盤等の装置を用いる機械加工において見出されるが、高価な操作を必要とす
る。表面の熱処理は、金属を焼き鈍し、焼き入れ又は伸ばす別の物理的方法であ
る。表面の伝統的な金属化学的改変は、酸エッチング、「酸洗い」及び電気化学
的不動態化等のプロセスにおける湿式法を用いる。化学的に処理された表面は、
典型的には、化学プロセスの望ましくない副生物の存在(例えば、表面上に残っている水素化物層)の故に、細胞成長表面用途に望ましくはない。ポリマーの化学的な表面改変は、一般に、水性及び／又は有機溶媒での洗浄手順を含み；幾つ
かの機械加工技術並びに熱処理も又、ポリマー表面を改変するために用いられて
きた。

【０００６】電気化学的改変には、ニッケル、銅、クロム、チタン、貴金属及び／又は他の
一般に用いられるめっき用金属及び金属化合物等の材料の電気めっきが含まれる
。他の表面処理には、慣用の被覆技術(即ち、吹付け塗装、浸漬被覆等)並びに蒸
着及びプラズマグラフト技術が含まれる。

【０００７】伝統的な表面処理及び仕上げの技術の包括的説明は、A Guide to Metal and P lastic Finishing (Maroney, Marion L.; 1991), Handbook of Semiconductor E lectrodeposition (Applied Physics, 5)(Pandey, R.K.等；1996), Surface Fin ishing Systems: Metal and Non-Metal Finishing Handbook-Guide (Rudzki, Ge
orge J.; 1984)及びMaterials and Processes for Surface and Interface Engi neering (NATO Asi Series. Series E, Applied Sciences, 115, Pauleau, Ives
(編)；1995)(参考として本明細書中に援用する)に見出すことができる。

【０００８】種々の技術例えば冶金学、超小型電子技術及びバイオテクノロジーのための材
料を処理するために低温プラズマが用いられてきた。プラズマの応用には、固体
表面の処理、フィルムのめっき、表面改変及び／又は表面層のドライエッチング
が含まれる。

【０００９】プラズマは、イオン化エネルギーより高い十分量のエネルギーが気体原子及び
／又は分子に加えられたときに生じ、イオン化を引き起こし、次いで、遊離の電
子、光子、フリーラジカル及びイオン種を生成する。しばしば物質の第４の状態
として言及されるが、プラズマは、物質の他の状態と同じ型の相変化[例えば、固体から液体(融解)、気体から液体(凝縮)又は固体から気体(昇華)]を示さない。気体(又は蒸気)の励起されてない電気的に安定な状態からイオン化されたプラ
ズマ状態への遷移は、明確な相変化ではなくて連続的プロセスを通して起きる傾
向がある。低温プラズマを形成するために気体に供給される励起エネルギーは、
放電、直流、ラジオ周波、マイクロ波又は他の形態の電磁放射に起源を発するも
のであってよい。

【００１０】プラズマは、次のパラメーターを特徴とする：中性粒子の密度、電子及びイオ
ンの密度、エネルギー分布及びイオン化の程度(荷電化学種密度の擬似計量に用いられる)。

【００１１】多くの材料の表面特性を改変するためのプラズマ技術が知られている。表面改
変された材料の特別の応用は、超小型回路と医用インプラントデバイス技術の両
方について記載されてきた。プラズマドライエッチング処理は、半導体及びマイ
クロエレクトロニクス産業において日常的に用いられている。これらの産業は、
一般に、プラズマドライエッチング技術を利用するが、該技術においては、マス
クされてない領域が比較的高い電力対表面積比、超低圧及び清潔な条件(外来性分子の不在を生じる)を用いるクリーンエッチ(蝕刻)にかけられる。これらの条件を用いて、滑らかな、最小限度の欠点の平面を生成する。更には、超小型回路
のエッチングは、正確で確定された蝕刻パターンを必要とし、それ故、プラズマ
ドライエッチング処理においてスタティックマスキング技術を用いる。

【００１２】 Surface Interface Anal.8:243(1986)中でOehrlein等は、マイクロエレクトロ
ニクス産業で認められるシリコン面上の粗面仕上の機構を研究している。Oehrle
inは、８０ｎｍ〜３３０ｎｍで表面の特徴を報告している。たとえOehrleinが表
面の粗さの源としての不揮発性表面残留物の故に不均一なエッチ比を示唆してい
ても、粗さのスケールは、医用インプラント応用において望ましいと考えられる
ものよりずっと小さい。これは、選択した標的及び用いたガスの故に、用いたエ
ッチ時間が、３００ｎｍより深い蝕刻深さを生ずるのに不十分であったためであ
る。その上、Oehrleinは、３００ｎｍより深い蝕刻は望ましくないと教示してい
る。

【００１３】医用インプラント産業において、材料のプラズマ処理の利用は、一般に、表面
形態に有意の注意を払わずに表面調整に限られてきた。ＲＦプラズマによるイン
プラントその他のデバイスのための表面改変の記載及び詳述は、次の出典中に見
出すことができ、本明細書中に参考として援用する：米国特許第３，８１４，９
８３号；４，９２９，３１９号；４，９４８，６２８号；５，０５５，３１６号
；５，０８０，９２４号；５，０８４，１５１号；５，２１７，７４３号；５，
２２９，１７２号；５，２４６，４５１号；５，２６０，０９３号；５，２６２
，０９７号；５，３６４，６６２号；５，４５１，４２８号；５，４７６，５０
９号；及び５，５４３，０１９号。

【００１４】多くのプラズマ処理技術(特に、ポリマー用の技術)は、低温プラズマを利用し
てプラズマ誘導された重合によって表面を活性化し及び／又はＲＦプラズマ処理
を利用して表面ポリマー結合を切断する。この作用はイオン及びフリーラジカル
を生成し、これは、米国特許第５，０８０，９２４号(参考として、本明細書中に援用する)に記載されたように、その後のＲＦプラズマ誘導された重合及び基材表面へのモノマーのグラフトに好適な条件を設定する。他の応用において、米
国特許第５，２６０，０９３号(参考として本明細書中に援用する)に記載されて
いるように、ＲＦプラズマグラフトによる高分子の生体適合性材料の眼内レンズ
への類似の共有結合が上首尾に達成され、顕微鏡的に滑らかな面が作られた。

【００１５】次いで、これらの医用デバイスが、無機の、高分子の及び／又は生物学的被覆
を加えてそのデバイス表面中への細胞内殖を可能にするのに必要な適当な粗さ、
多孔性及び嵩(texture)を有するように、インプラント基材表面を改変する必要がある。

【００１６】発明の詳しい説明本発明は、一様でないくぼみ及び多孔性を示す変化した形態を有する粗くした
表面(これらのすべては、材料のインプラント表面への確実で且つ機能的な接着に必要な特徴である)を提供することを意図している。プラズマエッチングは、ダイナミックマスキング機能と共に、この発明の不規則に粗い面を生成する。適
当なプラズマ気体及びプラズマ操作条件のこの発明の方法の利用は、医用インプ
ラントデバイス基材表面を特有の形態でエッチングすることができる。

【００１７】この発明のプロセスは、不活性気体と反応性気体の特殊な組合せを利用する手
順の特殊な配列に基づいている(処理すべき材料次第である)。これらの気体は、
プラズマを生成することができなければならない。ＲＦプラズマは、適当に生成
(好ましくは、ダイナミックマスキングプロセスと共に生成)されたときは、医用
インプラントデバイスの加工で利用すべき材料の表面をエッチングする。インプ
ラントの表面は、表面形態を増大させるような仕方で改変され、それにより、そ
れを、特殊な表面構成(例えば、同じ基材密度を示しながら増大した表面積対底面積比)を必要とする応用において一層好適にする。これは、更に、生体適合性材料での改善された被覆のための望ましい接着特性を生じるであろう適当な粗さ
及び嵩をそして／又は適当な生理的応答を体内で促進するであろう設定条件を与
える。

【００１８】この発明は、ラジオ周波(ＲＦ)生成された低温プラズマを反応チャンバー中に
維持される不活性気体及び／又は反応性気体の存在下で利用して物品例えば人体
への移植用にデザインされた医用デバイスの表面を改変し及び微細彫刻する。こ
の発明の方法は、表面改変効果を、プラズマ粒子のドライ、化学エッチング作用
によって達成する。エッチングは、反応性プラズマ種と試料表面との間の化学反
応により起きて反応生成物を生成し、それは、システムから揮発性反応生成物と
して取り出され又は他の剤(例えば、水蒸気)と複合体化される。幾らかの場合に
は、プラズマ粒子は、少なくとも一の表面分子の表面からの物理的放出を引き起
こすことができ(スパッタリングとしても知られる)；その幾らかは、その表面上
に固体として異なる物理的構成で再付着し得る。

【００１９】この発明の一具体例において、不活性気体例えばヘリウム又はアルゴンを反応
性気体と混合する場合には、不活性気体と反応性気体の間の相対的濃度を調節し
てエッチング速度を制御する手段を与えることができる。

【００２０】本発明の好適具体例においては、反応性プラズマエッチングプロセスを用いて
物品の表面を、生じる粗さ、多孔度及び嵩が被覆用途に最適のものとなるように
改変する。他の具体例においては、この発明を用いて、粗い面の形態を生成して
細胞内殖活性及びその面への接着を増大させる。

【００２１】一般に、エッチングすべき物品は、金属、セラミック、ポリマー及び／又は天
然の固体表面を有する材料の一つ又は組合せよりなる。この発明の方法は、液体
又は気体物品には適用できない。

【００２２】この発明の表面エッチング法の好適具体例は、生成されたプラズマ(そのプラズマを低圧で維持することができ且つそのプラズマの流量を変えることのできる
チャンバーに収容されている)を利用する。

【００２３】この発明の方法は、物品表面をプラズマにさらし、該プラズマは、活性なエッ
チング種よりなり、幾らかの具体例においては、「一様でないエッチ速度」及び
「一様でないスパッタ速度」をそれぞれ達成するスパッタリングイオンよりなる
。

【００２４】一般に、この発明の方法は、低い電力対表面積、ラジオ周波生成されたプラズ
マ(高電力レベルと比べて比較的低真空で操作する)及び一般に半導体産業で用い
られる超低圧を利用する。この発明の方法のプラズマは、頻繁に、夾雑分子又は
外来性分子の利用を採用する(該分子は、標的と反応性であってもなくてもよいが、それは又、幾らかの場合には、標的とプラズマとの統合された相互作用を促
進する)。これらの外来種は、反応チャンバー壁の残基、弱い真空条件及び残留大気物質に由来する。プラズマ夾雑物には、水蒸気、二酸化炭素、塵／微粒子、
及び／又は標的ホルダー材料からのスパッタイオン、チャンバー壁又は特定のス
パッタリング標的(実施例４に記載の通り)が含まれ得る。

【００２５】エッチングプロセス中の外来種の存在は、不規則なエッチングを生じる。この
不規則なエッチングは、プラズマ場内のランダムな局所的揺らぎのためか又は外
来種による標的表面の適用したプラズマからの変化しやすいランダムなマスキン
グのためであり得る。このプロセスは、ここでは、この分野で知られるスタティ
ックマスキングプロセスに対してダイナミックマスキングと呼ぶ。外来種により
引き起こされるのと同様の効果は、エッチングされるべき標的表面内の不純物の
存在によっても引き起こされ得る。この不純物の存在による不規則なエッチング
も又、用語ダイナミックマスキングに包含されるとも考えられる。

【００２６】プラズマ．本発明において、標的材料がさらされるプラズマの強さ及び質は、
時間的空間的に変化し、好ましくは少なくとも１〜約２０μｍのレリーフ深さ、
約１〜３μｍの表面空洞直径及び約４〜１２０細孔／μｍ²の範囲の細孔密度を有する表面についての寸法(即ち、深さ及び幅)及び形態(即ち、幾何学的形状及び細孔密度)的変量により特性表示されるランダム化され不規則にエッチングされた表面を生成する。このプラズマを確立するために、低いバックグラウンド圧
力及び比較的低い電力対表面積レベルを用いる。更に、この発明の方法のプラズ
マエッチングプロセスは、比較的低圧(例えば、１０^-4トル〜約１０トル)で用い
られる反応チャンバー環境中で見出されることが予想される外来種(例えば、水蒸気、二酸化炭素、炭化水素、微粒子等)の存在により促進されるダイナミックマスキングを特徴とする。

【００２７】好適具体例において、本発明は、ラジオ周波(ＲＦ)生成されるプラズマを利用
するが、別法(例えば、マイクロ波又は直流)によっても、低温プラズマは生成さ
れ得る。この発明の好適な低圧低温プラズマは、１０ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ(最も好ましくは、１３．５６ＭＨｚ)のラジオ周波により；約０．０１〜０．２０トルの圧力で、約１０〜２００標準立方センチメートル／分(ｓｃｃｍ)の範囲のガ
ス流、典型的には３００〜６００°ケルビンのガス温度、約１０〜５００電子ボ
ルト(ｅＶ)の範囲のイオンエネルギー(ポテンシャル)、及び約０．０５〜１ワッ
ト(Ｗ)／ｃｍ²のＲＦ電力密度を用いて生成される。

【００２８】殆どの具体例において、希ガスを用いてプラズマを冷却して安定化し、反応性
ガスを用いて活性な化学エッチングプロセスを達成する。多くの具体例において
、アルゴン又はヘリウムが、好適な不活性な希ガスである。反応性ガスを用いて
標的表面と反応する化学種を造る(反応性ガスの種類は、エッチングされるべき材料に依る)。反応性ガスの適当な選択は、揮発性反応生成物がこの反応性ガスプラズマ種と標的材料の間の反応(表面に再付着することができ且つ／又は反応チャンバーの真空システムにより表面から運び去られ得る種を造り出す)において造られることを要求する。

【００２９】材料のエッチングに用いられる有用な反応性ガスは、低温プラズマ、ドライエ
ッチングプロセスの分野で十分に熟達した者のレパートリーから選択することが
できる。特に、半導体産業において、回路基板及び電子部品の規則的エッチング
及び／又は洗浄のために用いられてきたプラズマガスの組合せ。適当な手引きは
、Handbook of Plasma Processsing Technology(Rossnagel, Stephen M.,Cuomo,
Jerome J.,Westwood,William D.,(編)；Noyes Publications,Westwood,New Jer
sey,1090)及びCold Plasmas in Materials Fabrication(Crill,Alfred; IEEE Pr
ess,Piscataway,New Jersey;1993)(参考として本明細書中に援用する)中に見出すことができる。一般に、特定の材料表面の候補の揮発性反応生成物は同定され
るであろうし、ＲＦプラズマで用いられる反応性ガスは、揮発性の種を形成する
潜在能力に基づいて選択されるであろう。

【００３０】プラズマガスと基材との適当な一致が知られていないような場合には、本発明
の利用は、エッチング実行可能性の研究を必要とする。試験は、プラズマ反応生
成物の揮発性、それらの再付着特性、表面形態変化の種類及びエッチング反応を
引き起こすために用いるプラズマシステムのパラメーターの測定が可能であるよ
うな仕方で行うべきである。

【００３１】実行可能性試験を行う場合には、次のステップが示唆される：(１)エッチング
すべき材料を化学的に同定し；(２)エッチングされる材料から生成し得る候補の
揮発性反応生成物の蒸気圧を測定し；(３)揮発性反応生成物を生成するであろう
反応のシナリオを工夫し；(４)標的材料との相互作用によりこれらの反応生成物
を生成し得る反応性プラズマガスを同定し；そして(５)選択した反応性プラズマ
ガスを用いる適当な反応チャンバー、適当なラジオ周波及びＲＦ電力レベル、電
力レベル、真空レベル、流量及び濃度並びにエッチング時間よりなる反応性エッ
チングシステムを確立する。

【００３２】このプラズマにおいて用いられる反応性及び不活性ガスに加えて、幾つかの好
適具体例においては、水素ガスを加えて酸素原子を標的表面から除去し又はエッ
チ速度を遅らせる。更に別の好適具体例においては、酸素をプラズマに導入して
エッチ速度を加速する。幾つかの具体例においては、Ｏ₂を用いて有害なエッチング反応副生物を揮発性種に酸化し又は望ましくない残留有機種をプラズマアシ
ングとして知られる技術により除去することができる。

【００３３】利用可能なプラズマガス情報に基づくエッチングシステムの例として、チタン
をヘリウム又はアルゴン等の希ガス中で多くのハリドガス(例えば、ＢＣｌ₃、Ｈ
Ｃｌ、ＣＦ₄、ＮＦ₃及び／又はＳＦ₆)の組合せを用いてエッチングすることがで
きる。幾つかのプロセスにおいては、酸素をプラズマガスに加えてハリド種のチ
タンとの反応性を増大させることができるが、他方、他のシナリオは水素をプラ
ズマに加えて遊離のハロゲンラジカルの濃度を水素原子と結合させることにより
減じ(例えば、Ｈ₂＋２{Ｆ・}→２ＨＦ)、これは更に、エッチングプロセスを減速
させることができる。希ガスは、プラズマ中の反応性ガスを安定化させ、冷却し
そして希釈する作用をするが、他方、ハロゲンベースのガスは化学的に反応性の
エッチング種を生成する。幾つかの具体例においては、不活性ガス例えばアルゴ
ン又はヘリウムは、液体反応物中を通過して泡立たせる場合にキャリアーガスと
して作用する。

【００３４】実施例１は、チタンを処理するためのガスの特定の組合せの利用を説明する。
この例においては、アルゴンは、幾らかのスパッタリング作用を、チタン表面に
与える(該チタンは、その表面にチタンフィラメントとして再付着する)が、ＢＣ
ｌ₃が主たる反応物であり、純粋チタン金属表面を化学的にエッチングして希ガスプラズマのみにより生成し得るものより深い蝕刻を生成する。ＢＣｌ₃は又、遊離の塩素ラジカル(Ｃｌ・)を、エッチングプロセスに導入し、これも又チタン表面と反応する。このエッチング作用は、増大された表面形態を造り、それは、
この発明の方法を他の応用に関して有用なものとする。

【００３５】ポリマーの表面処理の場合には、水蒸気が反応性ガスを構成し、アルゴンがプ
ラズマ安定化／冷却ガスを構成する。ポリ(Ｌ−乳酸)(ＰＬＬＡ)のエッチングに
ついての特定の操作の詳細は、実施例２に見出すことができる。水分子が、プラ
ズマ中で解離されて、活性化部分(例えば、ＯＨ・及びＨ・ラジカル及び／又は他の帯電した種等)を形成する。これらの種は、ポリマーの結合を切断し且つ／又はポリマー表面の有機化合物と反応して一層粗く且つ多孔性の形態を創造する。

【００３６】表面改変．前に述べたように、半導体産業は、日常的に、ドライエッチングプ
ロセスのためにプラズマ技術を用いている。エッチングは、回路基板、シリコン
ウエハー及び半導体デバイスの製造において用いられる。蝕刻された表面形態又
はレリーフパターンは、蝕刻の相対的振幅即ち深さ；即ち、深さの測定点におけ
るこの表面の接平面を基準とした蝕刻の深さにより特性表示され得る。電気的接
続用に特別にデザインされた蝕刻パターンは、スタティックマスキング技術、清
浄なエッチング環境及びプラズマ操作パラメーターを用いて注意深く制御される
。半導体産業で用いられているエッチングプロセスは、本質的に滑らかな平面及
び／又は一様な深さの回路蝕刻パターンを生成する蝕刻を必要とする。一般に回
路パターン蝕刻深さは、約１ミクロンから約１５ミクロンまで及ぶ。蝕刻された
面が最適条件につき平面変化のない可能な限り滑らかであることを意図している
が、典型的には、１００ナノメートルより小さい平面欠陥(又は、レリーフの広さ)を有することに注意することは重要である。従って、半導体産業の表面レリーフの広さは、結果的に、少なくとも医用インプラント表面に望まれるものより
低い等級のオーダーの表面蝕刻深さを有する。

【００３７】本発明は、低温プラズマを利用して、金属及びポリマー製の医用インプラント
デバイスの表面を蝕刻し及び改変して、不規則に分布する１００ｎｍより大きい
(好ましくは、１〜２０μｍの範囲内の)平面欠陥を有する蝕刻された面を生成す
る。好適具体例において、この発明の方法は、浅い及び／又は深い(それぞれ、１μｍより僅かに浅いものから５μｍまで及び５μｍより深くて２０μｍ以下) 不規則な、ランダムな蝕刻深さを生じるであろう(蝕刻の最も深い点に対する特定の面上の位置における表面の接平面から測定)。実際の形態及び表面蝕刻深さは用いるＲＦプラズマガスの種類、プラズマ操作パラメーター及びインプラント
基材次第である。

【００３８】金属基材(例えば、チタン)について、この発明の方法により造られた表面形態
は、フィラメント状要素からなっているようである。これらのフィラメントは、
表面から外に向かって伸びる、丸い、平らな又はリボン様の外観を有する伸長さ
れた形状として定義される。ここで用いるフィラメント状のフィラメントは、説
明のための用語としてのみであり、形態の発達又は生成の機構に関して影響を及
ぼさない。個々のフィラメントは、最終的なチタン表面改変において、遊離のも
の、融合した又は凝集したものであってよい。融合した又は凝集したフィラメン
ト状のサブ構造は、インプラントデバイス用の表面の適当な形態を与える。この
フィラメント状形態を特徴付ける増大した微孔質及び粗い面は、増大したデバイ
ス表面積に対応し；それにより、化学的に生物活性な被覆(例えば、ヒドロキシアパタイト)の適用のための一層適当な接着面又は宿主組織との改善された物理的相互作用を与えて医用インプラントを固定し及び／又は細胞内殖を促進する。
金属表面微小突起の好適な寸法は、凡そ１μｍより僅かに小さい長さから２０μ
ｍまでである。チタン表面のエッチングに関する更なる手引きは、同時係属中の
米国特許出願第０８／７８６，８６９号中に見出すことができる(参考として本明細書中に援用する)。

【００３９】ポリマー材料も又、この発明の方法によりエッチングすることができる。蝕刻
されたポリマー表面形態は、金属を用いて生成したものと類似しているが、一層
繊維状の編み込まれた形態のようである。この表面構成も又、細胞内殖又は改善
された生物活性な被覆接着の促進に有利な表面を提供する。好適具体例において
、このポリマー表面に蝕刻された編み込まれ又は融合したヘッド−シリア(head-
cilia)パターンは、１μｍより僅かに小さいものから最大で１５μｍまで及び、
これらのミクロストランド間の分離距離は、０．２〜５μｍに及ぶ。

【００４０】図１、２及び３は、この発明により生成されたポリマー表面の形態の例を示し
ている。図１は、この発明の方法のナイロンのエッチングの結果を示している。
残りの２つの図は、ポリ(Ｌ−乳酸)[ＰＬＬＡ]についての本発明のエッチング手
順の２つの変法の結果を与える。図２は、プラズマのみによるＰＬＬＡ片のエッ
チングプロセスの結果を示し、他方、図３は、ダイナミックマスキングプロセス
の部分としてのリン酸カルシウムの導入を伴うＰＬＬＡ片の結果の表面を示して
いる。

【００４１】エッチングパラメーター．この発明は、特異的パラメーターを利用して所望の
表面トポロジーを創造する。この発明の方法の操作パラメーターは、標的材料の
選択したプラズマガスとの反応性並びに標的部材の寸法、密度、表面積及び陥凹
面及び内面へのプラズマの利用容易性に依存している。好適具体例において、本
発明は、非局所的熱力学的平衡(非−ＬＴＥ)プラズマ又は低温プラズマを利用す
る。低温プラズマは、１０⁴〜１０⁵Ｋ(１〜１０ｅＶ)の高い電子温度を示すが、
他方、このプラズマガスは、高くて３００℃であり或いは室温程にも低温であり
得る。それらの非平衡特性の故に、低温プラズマは、殆どのガスと低温で物理的
及び化学的反応を引き起こす能力を有している。この特性は、熱的に不安定であ
る材料例えば多くのポリマーに関して特に有利であるが、低温プラズマは又、一
層高い融点の材料に用いて類似の表面改変を達成することもできる。

【００４２】反応性ガスと標的材料との間の反応速度は、エッチ速度及び作製に要する時間
量及び３００〜５００ｎｍより深い蝕刻に影響する。半導体技術は、多くの公知
の反応性ガス／標的材料の組合せの反応速度に対する手引きを与える。エッチ時
間及び／又は反応速度を測定するのに手引きが必要とされる環境においては、５
〜３０分の初期蝕刻が試みられよう。次いで、標的を、エッチングの程度につい
て顕微鏡検査(例えば、捜査電子顕微鏡検査)により調べることができる。或は、
エッチング後の標的の重量をエッチング前の重量と比較することができる。この
初期の評価に続いて、エッチング速度を、典型的には、反応性ガス濃度又は電力
レベルを変えることにより変えることができる。プラズマ内の反応性ガスの増大
した相対的濃度は、一層速いエッチング速度及び一層短い処理時間内での一層深
い蝕刻へと導く。逆に、一層低い反応性ガスの相対的濃度は、一層遅いエッチン
グ速度を生じる。反応性ガスを用いない場合、即ち、すべてのプラズマが不活性
ガスで生成される場合には、反応性イオンエッチング機構は停止し、表面改変は
プラズマスパッタリング効果の結果として起きる。

【００４３】ＲＦ発生機操作手順．好適具体例において、通常のＲＦは、１３．５６ＭＨＺ
である。この発明の他の具体例においては、２７．１２ＭＨｚ又は４０．６８Ｍ
Ｈｚの一層高い高調波を用いてプラズマを生成することができる。一般に、一層
高いラジオ周波(最大で１００ＭＨｚ)は、イオンボンバードメント活性を増し、
より一層のダイナミックマスキング活性の生成に助力するであろうが、一層低い
ラジオ周波は、典型的には、一層一様なプラズマの維持に用いられる。この発明
の方法は又、変調されたラジオ周波をも組み込むことができる。ラジオ周波は、
典型的には、別の周波数用に特別にデザインされた他のＲＦ発生機を用いること
により変化される。前に述べたように、周波数の変化は、伝統的ＲＦプラズマと
僅かに異なる方法で表面を改変するであろうイオン種電荷密度の変化等のプラズ
マ特性の変化を生じ得る。

【００４４】この発明の好適具体例において、ＲＦ電力は、２５〜１０００ワット(Ｗ)であ
ってよい。この発明の一層好適な具体例においては、７５〜２５０Ｗに及ぶワッ
ト数を用いる。本発明の更に別の具体例においては、ＲＦ電力レベルの調節を用
いてエッチング特性を改変することができる。プラズマに供給されるラジオ周波
エネルギー量の手動での及び／又はプログラムされた迅速な及び／又はゆっくり
した変更は、実施例４に記載したように行われる。一般に、ＲＦ電力を、初期レ
ベル(例えば、１００ワット)に設定し、その後、最初の電力設定から、特定の間
隔で、エッチング期間の過程の間、例えば２５％増大させ、減少させる。電力の
変更は、表面を蝕刻するプラズマの能力を達成するであろうし、表面を微細彫刻
するその能力を増大し又は減少することができる。

【００４５】幾つかの好適具体例においては、この発明の方法は、プラズマの発生に用いる
ラジオ周波の位相のずれを組み込むことができる。ＲＦの位相のずれは、プラズ
マに、慣用の、非荷電ラジオ周波相プラズマエッチングプロセスと異なる方法で
の蝕刻を引き起こすことができる。ＲＦ相の手動の及び／若しくはプログラムさ
れた、迅速な及び／若しくはゆっくりした、又は大きい及び／若しくは小さい変
更を用いて、更なる表面改変効果を創造する。これらの相のずれは、このプロセ
スで用いるプラズマガスの種類に依って、エッチング種の衝突及び反応性を変え
ることができる。従って、この発明の方法のもっと慣用的な利用とは異なる形態
の変化が起こり得る。

【００４６】試料構成．好適具体例において、エッチングすべきサンプルの寸法、形状、反
応チャンバー内での位置決め、プラズマ内での位置決め、及び電気的接続(即ち、バイアス電圧)は、エッチングプロセスをもたらし、ついには、表面形態をもたらす。エッチングプロセスをもたらす装置のデザイン及び操作条件の変数には
、反応チャンバーの寸法、チャンバー内に導入されるガスの容積、利用可能なＲ
Ｆ発生機及び電力、標的冷却の必要性並びにプラズマ特性が含まれ得る。プラズ
マドライエッチング技術の熟達者は、前述の論理的例に関して試料構成戦術を適
応させるのに彼らの技術知識に頼ることができるであろう。ある好適具体例にお
いて、ポリマーの又は金属の試料をプラズマの中央に置き、更に別の具体例にお
いてはＲＦ発生機に電気的に接続し又はＤＣバイアスを加える。

【００４７】この発明の方法は、試料の加熱を組み込むことができる。加熱方法は、下記を
含むことができる：一定温度での加熱；温度が勾配をなして(増進段階的に)増加
する加熱；又は漸増する温度での加熱。この反応性エッチング機構に関して、加
熱は、プラズマに必要な活性化エネルギーを低下させる。従って、試料表面を加
熱することは、エッチング速度を増し、それにより、その表面の一層深い、一層
ランダムな粗さを生成する。

【００４８】この発明の方法は、エッチングされるべき標的デバイスの冷却を組み込むこと
ができる。好適具体例において、冷却用デバイス例えば液体窒素コールドフィン
ガー、固体状態のクーラープローブ又は冷凍コイルを標的デバイスに、プラズマ
エッチング作用を妨げないように取り付けることができる。冷却手順は変えるこ
とができ、一定温度の冷却；温度が勾配をなして(増進段階的に)低下する冷却；
又は漸減する温度での冷却を含んでよい。デバイス表面の冷却は、プラズマ粒子
の速度論を達成し、エッチング速度を遅くして、アミノ酸の付着を容易にするタ
ンタル表面へのアミンのプラズマ重合等の特殊な応用に必要な一層良好な表面の
粗さへ導く傾向がある。好適具体例において、サンプル製品をこのプロセスの操
作温度付近で溶融させたときには、ある形態のサンプル冷却が必要である。

【００４９】超音波変換器をこの標的に取り付けて、超音波を直接デバイスに伝達すること
ができる。その結果その表面で生じる超高速物理的振動は、加熱、冷却及び／又
はバイアス変更と比較して種々の形態を造ることができる。この手順の正確な機
構は、完全には理解されていない。デバイスの細かい振動がその表面のプラズマ
種密度の変化を引き起こし、それにより、デバイスが交互的な速い又は遅いエッ
チング速度でエッチングされるということが推測されている。エッチング速度の
変化は、材料の表面への再付着速度を変え、それは又、形態の変化をも引き起こ
す。

【００５０】複数及び／又は連続的エッチング．この発明は、インプラント基材の単純な、
初期エッチングに限られない。任意の医用インプラントデバイス表面に用いられ
{ベース基材表面又は任意の後続の発明の方法で処理された面(即ち、被覆され、
予備エッチングされ又はグラフトされた面)の何れかに適用される}或は製造プロ
セスにおける複数及び／又は連続的表面調整ステップに用いられることは、この
発明の意図するところである。

【００５１】材料．一般に、エッチングされるべき面は、金属、ポリマー、セラミック又は
これらの材料の組合せから製造する。このエッチングプロセスにより造られる所
望の表面形態は、意図する用途に適当なものであるべきである(例えば、被覆適用のための粘着性を改善し又は組織相互作用を改善する)。プラズマパラメーターは、適当な揮発性種を生成するようにエッチングされる材料にマッチしなけれ
ばならない。この発明の方法の表面形態変化は、主として、表面原子／分子と励
起されたプラズマ種との間の化学的相互作用によりもたらされ、該プラズマ種は
標的表面から容易に除去される(即ち、真空中で揮発される)反応生成物を生成す
る。重要性は一層低いが、プラズマ粒子が外側原子及び／又は分子層を叩く(これは、分子を表面から放出させ又は飛び出させる)ことの結果として、この面の幾らかの物理的ボンバードメントがあってもよい。このスパッタリング効果は、
主たるエッチング機構ではないが、やはり本発明により具体化される。スパッタ
リングは、未反応最上層(例えば、殆どの金属表面で見出される典型的な酸化物層)の除去における他の有用な具体例でもある。更には、幾つかの反応生成物は、この面上に再付着することができ、ダイナミックマスキングプロセスに寄与し
得る異なる物理的構成を形成するが、他方、残りは排気プラズマガスと共に運び
去られる。

【００５２】反応性ガスと混合された不活性ガスプラズマにさらされたときに、標的材料表
面は、主として、その表面の分子と反応性ガスの励起イオン又はフリーラジカル
との間で起きる化学反応により改変される。このプラズマにおける不活性ガスと
反応性ガスの正しい組合せ及び濃度並びに適当な標的材料を用いることにより、
それらを真空システム経由で反応チャバーから蒸気として除去するだけ十分に低
い蒸気圧を用いて、標的表面上への再付着なしで反応生成物を生成することがで
きる。化学エッチング機構は、金属標的表面から酸化物又は他の潜在的マスキン
グ化合物を除去する場合に必要である。マスクは、スパッターエッチング、反応
性イオンエッチング及び再付着を可能にするように標的表面から除去される。マ
スキング効果は、セラミック及びポリマー表面については一層重要でないが、そ
れらは、所望の表面形態の達成を試みる際に問題を引き起こし得る。マスキング
効果事象に関する更なる情報は、同時係属中の米国特許出願第０８／７８６，８
６９号(参考として本明細書中に援用する)に与えられている。

【００５３】チタン金属及び幾らかのチタン合金も又、この発明の方法により表面処理する
ことができる。チタンと融合してチタン合金を形成することのできる金属には、
次のものが含まれる：アルミニウム、モリブデン、マグネシウム、鉄、バナジウ
ム及びジルコニウム(ジルカロイ)；これらの金属／チタンの組合せに由来する合
金は、この発明の方法についての適当な標的である。希ガス及びハリドガスを用
いて、チタン及びその合金の表面形態を改変することができる。幾つかのチタン
合金に対する幾つかの適当な反応性プラズマガスには、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃及び他の
ハリド含有ガス(容易に蒸気化合物を形成する)が含まれる。プラズマエッチング
は、揮発性種であり(即ち、それらは、表面温度において、反応チャバーの圧力より大きい蒸気圧を有する)且つシステムから除去される反応生成物を造る；ＴｉＣｌ₄は、室温で約１０ｍｍＨｇの蒸気圧を有するかかる揮発性種の一つである。好適具体例において、このチャバーは、ほぼ室温において、約０．００５〜
１トルの真空であり、標的部材の典型的表面温度は、約２５〜１００℃である。

【００５４】貴金属をこの発明の方法で処理して、チタン又は他の金属と同様のエッチング
結果及び表面形態を得ることができる。貴金属には、金、白金、銀、パラジウム
及びこれらの合金が含まれる。好適具体例において、金をエッチングするのに用
いられる適当なプラズマは、ＣＣｌ₂Ｆ₂及びＡｒを安定剤及び冷却剤として含み
、１００〜５００ワットのＲＦ電力レベルで０．０３〜０．１トルの圧力範囲内
で１０〜９０ｓｃｃｍの範囲の流量を有する。

【００５５】合金鉄も又、この発明の方法によりエッチングすることができ；合金鉄基材に
は、アルニコ(Ｃｕ及び／又はＴｉ添加物を伴うＡｌ、Ｎｉ及びＣｏ)、ステンレ
ス鋼、炭素鋼、クロム鋼、コバルト鋼、タングステン鋼、ハステロイ及びヘイン
ズステライト２５アロイが含まれる。この後者の合金ヘインズステライト２５の
インプラントデバイスとしての利用は、米国特許第５，０８４，１５１号に記載
されており、参考として本明細書中に援用する。

【００５６】この発明の方法によりエッチングすることのできる他の金属基材は、タンタル
である。タンタル(Ｔａ)は、重い、灰色の、非常に固い金属であり、純粋な場合
には、細いワイヤにまで引き延ばすことができる程に十分に延性である。この金
属は、体液に対して完全に免疫性であり、身体における刺激効果は報告されたこ
とがない(これが、タンタルが興味深いものであり且つ医用インプラントの製造のための優れた基材であると考えられる理由である)。幾つかの具体例において、タンタルを、ＣＦ₄／Ｏ₂、ＳＦ₆／Ｏ₂又はＮＦ₃／Ｈ₂よりなるプラズマにより
、実施例２に与えた操作条件を用いてエッチングすることができる。

【００５７】この発明の方法を用いてエッチングすることのできる他の金属及び金属様材料
には、アルミニウム、ホウ素、炭素、黒鉛及びタングステンが含まれる。アルミ
ニウムと共に用いられる好適なプラズマエッチングガスの例には、塩素含有ガス
例えばＣＣｌ₄、ＢＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄及びＣＨＣｌ₃並びに臭素化ガス例えばＨＢ
ｒ、Ｂｒ₂及びＢＢｒ₃が含まれる。アルミニウムは、ＡｌＣｌ₃が室温で非常に揮発性であるので、これらのガスを用いて容易にエッチングされる。ＡｌＢｒ₃ も又揮発性である(但し、本発明のプラズマに使用する真空の範囲内で、約９０ ℃の温度で)が、Ａｌ標的の幾らかの更なる加熱を要する。

【００５８】本発明は又、ポリマー材料から製造されたデバイスにも適用可能であり、それ
により、その後の金属又は他の化学化合物、生物学的化合物、ラミネートのコー
ティング又はポリマーコーティングのためのポリマー表面を調製する。これらの
コーティングは、ＲＦプラズマにより、適当な操作パラメーターを用いて、更に
は面を変えて、更にエッチングすることができる。生物医学的応用において有用
である潜在的ポリマー材料の広い配列が存在する。説明及び参考文献は、Princi ples of Tissue Engineering (Lanza, R.P.,Langer,R及びChick,W.L.; Academic
Press, Austin, 1996)及びCold Plasma in Materials Fabrication(Grill,Alfr
ed; IEEE Press, Princeton,ニュージャージー、1994)中に見出すことができる(
参考として本明細書中に援用する)。ポリマー用のダイナミックマスキングは、低真空(＞０．１トル)及び／又は外来種を与えるスパッタリングプロセスの利用
により与えられる。

【００５９】ポリマーのクリーンエッチングの３段階の機構は、Hartney等(J.Vac.Sci.Tech
nology.,B7:1(1989))により記載されており、参考として本明細書中に援用する。クリーンエッチングとは、この用語をここで用いる場合には、清浄で規則的な
エッチングをされた面を本発明の面の粗さなしで生成することを求めるエッチン
グプロセスを意味する。かかるプロセスは、典型的には、高真空(例えば、０．０１トル未満)下で且つ最少の標的材料不純物、スパッタードイオン若しくは他の材料又はダイナミックマスキングプロセスに寄与するプロセスの非存在下で行
われる。第一に、プラズマ中でＯ₂を用いる場合、それらの酸素原子は、水素原子をポリマーから除去し且つその面を断片化し、その表面上に活性化された種を
残す。第２に、分子状酸素と今活性化された表面種との間の更なる反応は、前駆
体揮発性反応生成物を形成する。最後に、第３段階において、プラズマイオンボ
ンバードメントは、揮発性部分を除去し、それらは、その後、その面から運び去
れて、最後には、反応チャンバーから真空システムを介して除去され、それによ
り、このエッチングプロセスが完了する。一般に、殆どのポリマーのエッチング
は、Ｏ₂、Ｏ₂／ＣＦ₄又は水蒸気を反応性ガスとして用いて行うことができる。他の具体例においては、塩素含有ガス、Ｈ₂、Ａｒ＋Ｏ₂、ＳＦ₆＋Ｏ₂及びＨ₂Ｏを用いてポリマーをエッチングする。この最後の化合物、水を、アルゴンと共に
用いて、ポリマーのポリ(Ｌ−乳酸)をエッチングした(実施例３に記載の通り)。
ダイナミックマスキングを、用いた真空条件により行った。

【００６０】下記は、本発明に用いることのできるポリマー及び医用インプラントデバイス
の製造において利用することのできるポリマーの幾つかを同定する。新規なポリ
マーが、日常的に発明されており、商業的利用のために売り出されている。それ
故に、以下で引用されるポリマーは、必ずしも、すべての現在又は将来のポリマ
ーを用いるこの発明の方法の可能な利用のすべてを構成するものではなく、広い
例として与えられる。

【００６１】ポリ(Ｌ−乳酸)[ＰＬＬＡ]、ポリ(グリコール酸)[ＰＧＡ]及びポリ(ラクチド −コグリコリド)[ＰＬＧＡ]。ＰＬＬＡ、ＰＧＡ及びＰＬＧＡは、希ガスＲＦプラズマ及び水蒸気(約２５〜５０℃の温度)を用いて、好ましくは約０．１〜１ト
ルのチャンバー圧にてエッチングすることのできる生物分解性ポリマーである。
これらのポリマー材料をエッチングする場合、ＲＦ電力レベルは、約１０〜２０
０ワット；好ましくは約５０〜１５０ワットにすべきである。これらのポリマー
をエッチングするのに用いられる実行可能なプラズマの幾つかは、ヘリウム及び
アルゴンを反応性ガス例えば水蒸気、酸素又は水素と共に含む。反応性ガスプラ
ズマの他の具体例には、ハロゲン化炭化水素例えば四塩化炭素、パークロロフル
オロカーボン(フレオン)若しくはクロロホルム；又は無機ハリドガス例えばフッ
素若しくは塩素が含まれ得る。この発明は、適当な生物活性な材料で容易に被覆
することのできる微孔性の繊維性の面を造ることができる(図１、２及び３参照)
。

【００６２】ポリエチレン[ＰＥ]．ＰＥは、この発明の方法によりエッチングするのに適し
たポリマーである。好適具体例において、高密度ポリエチレン(ＨＤＰＥ)の面を
エッチングするための条件は、Ｈｅプラズマ、Ｆ₂／Ｈｅプラズマ又はＣＦ₄／Ｈ
ｅプラズマの利用(２５〜１００℃の操作温度及び０．００５〜０．２０トルの範囲の圧力)を必要とする。ＲＦ電力レベルは、約１０〜２００ワットであるべきである。

【００６３】ポリプロピレン[ＰＰ]．この発明の方法の好適具体例において、イソ−ポリプ
ロピレンの表面をＨｅ、Ｆ２／Ｈｅ又はＣＦ４／Ｈｅガスの組合せから生成され
たＲＦプラズマを用いて、２５〜１００℃の操作温度及び０．００５〜０．２０
トルの範囲の圧力にてエッチングすることができる。ＲＦ電力レベルは、約１０
〜２００ワットであるべきである。

【００６４】ポリウレタン[ＰＥＵ]．この発明の方法の特定の具体例において、ＰＥＵも又
、水蒸気と混合された希ガスよりなるプラズマを用いて、低圧(０．００５〜０．２０トル)で室温近辺(２０〜３０℃)でエッチングすることができる。ＲＦ電力レベルは、約１０〜２００ワットであるべきである。

【００６５】インプラントデバイス用に用いられる又は潜在的に用いることのできる他のポ
リマー材料には次のものが含まれる：ポリスルホン[ＰＳｕ]、ポリ(テトラフルオロエチレン)[ＰＴＦＥ](例えば、ＧＯＲＴＥＸＲ)、ポリ(メチルメタクリレー
ト)[ｐＭＭＡ]、ポリ(２−ヒドロキシエチルメタクリレート)[ｐＨＥＭＡ]、ポリアクリロニトリル[ＰＡＮ]、ポリアミド、ポリ(ビニルクロリド)[ＰＶＣ]、ポ
リ(エチレン−コ−ビニルアセテート)、ポリスチレン[ＰＳ]、ポリ(ビニルピロリドン)[ＰＶＰ]、ポリ(アクリロニトリル)／ポリ(ビニルクロリド)[Ｐ(ＡＮ／ＶＣ)]、ポリアセタール樹脂(例えば、医用等級ＤＥＬＲＩＮ(登録商標))及び／
又はポリエステル樹脂(例えば、医用等級ＤＡＣＲＯＮ(登録商標)−ポリエチレンテレフタレート)。

【００６６】セラミックスは、典型的には、それらの固さ及び脆性特性並びにそれらの均一
酸化物としての化学的性質の故に、エッチングされない。幾らかのセラミック材
料は、適当な反応性ガス(例えば、酸素及びフッ素)よりなるプラズマを用いて化
学的にエッチングすることができるが、金属のように再付着を受けない。

【００６７】二次処理．本発明により予め改変してある表面を、更に改変して特殊な用途に
対するそれらの性能を改善することができる。機械技術例えば伝統的な機械加工
(即ち、スコーリング、ブラッシング等)及び／又はミリングを用いてこの発明の
表面を更に変えることができる。幾つかの具体例において、金属粉末(大きい及び／又は小さい粒子サイズ)を、予めエッチングした面にプラズマ溶射してそれにマクロ研磨形態を付与することができる。一度二次処理を表面に適用しておけ
ば、この発明の方法を再度用いて表面構成を更に改変することができる。

【００６８】更なる表面処理プロセスを、予めこの発明により調整したデバイスに適用する
ことができる。これらの随意のエッチ後手順は、次の一般的に用いられる表面コ
ーティング／処理方法の幾つか又は組合せを含むことができるが、これらに限ら
れない：予め被覆し及び／又はエッチングしたデバイス表面への液状塗料又は乾
燥塗料塗布、めっき、蒸着、陽極処理、表面重合及び再エッチング。エッチ後操
作を用いて所望の形態に表面を調製し又は表面を何らの構成も有しない滑らかな
ものとすることができる。

【００６９】固定化した人工的被覆を医用デバイスに適用して生体適合性を増大させること
ができる。多くの場合に、これらの被覆は、インプラント基材表面に満足に接着
しない。固定化された人工の生物活性な被覆の調製において用いられる現存する
技術は、一度適用された場合に、被覆がしばしば移動性となってインプラント表
面からほぐれるという点において問題を含んでいる。更に、不適当な被覆プロセ
スは、所望の生体材料の十分に密な、一様な被覆域を与えず、又は被覆が適当に
接着しなかったインプラント表面上にはギャップが生じ得る。現在のインプラン
トデバイス表面被覆技術の幾つかは、プラズマグラフティング、プラズマ重合、
浸漬被覆及びスパッター被覆を包含する。

【００７０】前に述べたように、この発明の方法は、医用インプラント表面を、その基材の
接着特性を改善することにより増大させ、これは更に、生体適合性ポリマー材料
の一層優れた被覆一様性及び厚みを与える(この発明は、表面のミクロ形態的構成を粗くして変化させるので)。用いることのできる固定化されたポリマー被覆の幾つかは、次のものを包含する：ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、
ポリエーテル、ポリエステル、ポリスチレン、ポリビニルクロリド、ポリプロピ
レン、ポリイソプレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリカー
ボネート、ポリアルキルイミン(次の架橋剤と共に用いる：グルタルアルデヒド、グリオキサル、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、アジパアルデヒド又
はジアルデヒド澱粉)。米国特許第５，４１５，９３８号及び米国特許第５，４１５，９３８号(参考として本明細書中に援用する)は、医用インプラントデバイ
スをポリマー被覆するために用いられる存在する技術の幾つかを同定している。

【００７１】発熱炭素材料(グラファイトを除く)は、医用インプラントを含む様々なデバイ
ス基材上に、イオンビーム生成された炭素エアゾルを用いる真空蒸気スパッタリ
ングにより付着されてきた。これらの炭素被覆の表面は、この発明の方法により
更にエッチングしてその後被覆することができる。これらのプロセスの一つの記
載は、米国特許第５，０８４，１５１号に見出すことができる(参考として、本明細書中に援用する)。

【００７２】アミノプロピルシランをシリカ表面に被覆し、リン脂質のアシル鎖と共有結合
した場合には、定着膜を与えることができる。この技術は、立体的に有用なシリ
カ表面とリン脂質との間の「スペーサーアーム」を与える。これらの型のプロセ
スの幾つかの説明は、Markovich等(Anal.Chem.,63:185(1991))により記載されて
おり、米国特許第５，２１７，７４３号(参考として本明細書中に援用する)にも
見出すことができる。Ｓｉ−Ｈも又、シリコンゴムの表面に重合させることがで
き、やはり米国特許第５，３６４，６６２号(参考として本明細書中に援用する)
中に見ることができる。

【００７３】化学的改変．インプラントデバイス表面を、この発明を適用した後に、化学的
に改変することができる。化学的改変には、プラズマ反応による表面重合；スプ
レー、浸漬又は低温蒸着によるポリマー塗布；酸エッチング；電気めっき；及び
／又は不動態化が含まれ得る。

【００７４】金属及びポリマー材料用の化学的浸漬技術は、一般に、金属仕上げ及びポリマ
ー被覆産業において用いられている。これらの化学的浸漬技術は又、医用インプ
ラントデバイスにも、適宜、適用することができる。化学的浸漬プロセスの技術
は公知であり、適当な手引きは、A Guide to Metal and Plastic Finishing(Mar
oney, Marion L.; 1991)、Basic Metal Finishing(Von Frauenhofer,J.A.;1976)
、及びSurface Finishing Systems: Metal and Non-Metal Finishing Handbook- Guide (Ruazki,George J.;1984)(参考として本明細書中に援用する)中に見出すこ
とができる。

【００７５】慣用の金属及びポリマー表面処理プロセスは、更に、この発明の処理された医
用インプラントデバイス表面を改変することができる。金属及びポリマー材料に
ついての技術は、一般に、金属仕上げ及びポリマー被覆産業において用いられて
いる。更に、これらのオプションは、次のものの一つ又は組合せを包含すること
ができる：酸浸漬、酸洗い、不動態化、及びニッケル、銅、クロム、チタン、貴
金属及び／又は他の普通に用いられるめっき用金属及び金属化合物の電気めっき
。化学的エッチング、電気めっき及び不動態化による表面調整の技術の説明は、
広すぎてこの出願の部分として含めることはできないが、この技術の適当な作業
知識は、Techniques in Electrochemistry,Corrosion,and Metal Finishing: A Handbook (Kuhn,Anselm T.;1988)、Electroplating Engineering Handbook(Durne
y,Lawrence J.(編);1984)、及びPractical Electroplating Handbook(Parthasar
adthy,N.;1989)(参考として本明細書中に援用する)中に見出すことができる。こ
の発明の方法は又、新規に被覆された表面に上首尾に適用して、更に微細彫刻し
及び／又は他の被覆及び／若しくは表面予備処理プロセスを追加することもでき
るということには注意すべきである。

【００７６】エッチ後の生体適合性被覆．この発明の方法は、医用インプラントデバイス表
面等の表面への嵩(texture)の適用及び表面微細彫刻を容易にする。適当な嵩を適用することができ、これは、被覆と組織の連結及び／又は固着を与える。前に
述べたように、本発明は、特に、骨成長刺激(ＢＧＳ)型被覆材料(例えば、非晶質リン酸カルシウム、結晶性の乏しいヒドロキシアパタイト[α−ＢＳＭ(商標)]
等)を整形外科用プロテーゼへの適用のために固定するのに有益である。インプラント表面の増大の結果としてのこれらのＢＧＳ被覆の改善された固定は、成長
及び相互作用における骨の増大された安定性へと導く(同時に、移植されたプロテーゼの優れた生体適合性を示す)。同様に、この発明は又、様々な生物学的及び／又は化学的種の被覆を用いて、多数の他の医用インプラントデバイスについ
ても用いることができる。下記は、この発明の、発明により処理されたインプラ
ントデバイス表面についての更なる利用の一部の列挙である。

【００７７】生体適合性表面の適用．ポリマー医用インプラントデバイスに対するこの発明
の利用は、その表面を改変して、該医用デバイス表面上に重合体モノマーをグラ
フトし又は他の種を共有結合させる能力を増大させることができる(かかるデバイスは、細胞結合及び組織結合に対して一層有利となる)。生体適合性表面の適用に関する幾らかの方法及び他の方法に対する言及は、「Surface Modification
of Polymers for Medical Applications」Y.Ikada,Biomaterials 15(10):725(1
994年８月)に記載されている(参考として本明細書中に援用する)。幾つかの生物
ベースの生体適合性の医用インプラントデバイス被覆は、次のものを包含する：
細胞接着表面−被覆、内皮細胞、官能基、及び／又は成長促進性因子／媒体。こ
の最後のカテゴリーの細胞成長促進物質は、次の物質の幾つかを包含することが
できる：アミン群(潜在的に造られてＲＦＮＨ₃プラズマにより表面に結合された
もの)、アミノ酸、炭水化物、糖、アルコール、キレート及び／又はリガンド群、酵素、触媒、ホルモン、レクチン薬剤、蛋白質、ペプチド、抗生物質、ビタミ
ン、抗体、抗原、核酸、並びにＤＮＡ及び／又はＲＮＡ断片。一般に、これらの
物質は、浸漬被覆により又はゲルとして湿式塗布して濡れたままにし又は乾燥さ
せることができる。

【００７８】この発明の方法の医用インプラントデバイスに対する適用．この発明の目的は
、医用インプラントの表面を改変(例えば、生物又は化学的性質の生体適合性の表面を生成)して、そのインプラントの意図された機能に適合した最適の組織相互作用を与えることである(変化させた表面トポロジー及び／又は嵩の結果として)。医用インプラントデバイスの製造に用いる材料は、型成形し、機械加工し、流延し又は編まれた、織られた若しくは組まれた材料から二次加工することが
できる。更に、インプラントデバイスをデザインして製造する場合に考慮すべき
更なる因子がある。特に、生体適合性被覆が、被覆を適用する方法が移植される
デバイスの機能及び種類に依存し得るという点において、イン・ビトロ又はイン
・ビボで適用される(され得る)かどうかを確認しなければならない。

【００７９】殆どの内科的及び外科的手順について、ポリマー製のインプラントの表面は、
生体適合性であり且つ機能的でなければならない。ポリマー材料のＲＦプラズマ
予備処理は、適当な基材状態を促進して血栓形成条件を打ち消すような仕方で表
面を整えるであろう(特異的生体適合性被覆の付加又はエッチング若しくは平滑化プロセスそれ自体により)。この後者の場合は、嵩を必要としない場合に重要である。治療手順の性質及び細胞を付着させた場合の潜在的な医療上の合併症の
故に接着を必要としない滑らかな表面の創造は、本発明の予備的性質の他の具体
例である。

【００８０】例として、人工血管は、その壁に沿っての血流がその壁に粘着しないような低
い壁剪断応力比を必要とし且つ壁に対する血小板の粘着を排除し又は血栓形成の
危険のない点へ最少化するような適当な壁表面トポロジー及び化学組成が存在す
る。この発明の方法のエッチングプロセスの初期の利用は、未処理の基材と比較
して改善された血流剪断比条件を示し且つ一層優れた血栓形成抵抗性を生じ得る
生物活性な被覆の適用に必要な増大された接着表面特性を造る。

【００８１】この発明の方法の好適具体例において、プラズマエッチングは、インプラント
デバイスの基材のミクロ表面形態を物理的に改変して増大させ、それにより、適
当な細胞固定形態を与えることができる。しかしながら、幾つかの材料について
は、嵩の面への適用に加えて、適当な調整をも適用して細胞の付着及び／又は成
長並びに分化を促進しなければならない。嵩高加工された面は、成長マトリクス
又は成分の適用により、細胞付着のために更に調整することができる。適当な調
整用材料には、マトリゲル、コラーゲン、フィブロネクチン又はラミニンが含ま
れる。好適具体例においては、ポリ(Ｌ−リジン)又はポリ(Ｌ−オルニチン)を、
浸漬被覆及び乾燥により適用することができる。この調整ステップに続いて、細
胞を、イン・ビトロ又はイン・シトゥーで加える。心臓血管インプラント(例えば、シャント又は弁)の場合には、内皮細胞が好適な細胞型である。細胞は、初代単離細胞又は樹立された細胞株としてインプラントに加えることができる。

【００８２】下記は、本発明の利用から利益を受け得るであろう幾らかの医用インプラント
デバイスの部分的列挙を与える。下記の医用デバイスの例は、必ずしもこの発明
の方法の利用から利益を受け得るであろうすべてのデバイスを構成するものでは
ない。

【００８３】人工臓器及び臓器修復用インプラント．この発明は、足場及び／又はマトリク
スの調製において用いられる基材の表面に適用することができる(該足場及びマトリクスは、続いて、病気の若しくは障害のある臓器のための外科用インプラン
トの製造に用いられ又は完全な人工臓器を成長させるために用いられる)。これらのインプラント又は人工臓器のための出発材料は、一般に、生体適合性であり
、しばしば身体により再吸収され、適当な構造的完全性及び支持を与え、そして
この発明の条件に耐えることができるべきである。様々な材料(例えば、管状、繊維状、フィラメント状の及び織られたポリマー、並びに天然材料等。但し、こ
れらに限られない)が、足場応用において用いられてきた。足場作成に適した他の出発材料構成には、織られ若しくは編まれた部材、ミクロ若しくはナノ球(即ち、フラーレン)、ミクロ若しくはナノチューブ、くもの巣様構成又は泡／スポンジ様形態が含まれる。これらの材料の何れでも本発明の方法によりエッチング
することができる。一度インプラント基材表面を嵩高加工して接着特性を増大さ
せれば、適当な細胞成長のための物質及びプロセスをこれらの増大させた表面に
イン・ビトロ又はイン・シトゥーで加えることができる。

【００８４】心臓血管、血管及び付随的インプラントデバイス．適当な表面の心臓血管又は
血管インプラントへの適用を用いて、身体に移植することになっている医用デバ
イスの生体適合性を改善することができる。インプラントの表面が血液、他の体
液及び／又は組織と相互作用する場合には、この発明の表面ミクロ彫刻技術(心臓血管インプラントのエッチング後の化学的及び／又は生物学的被覆と組み合わ
せて用いる)は、血栓、凝集及び最終的には塞栓の形成を阻止するのに有用である。下記は、この発明を用いて表面を調整することのできる心臓血管及び血管医
用インプラントデバイスの部分的列挙である。アテローム性動脈硬化の結果とし
ての冠状動脈の封鎖(心筋への血流がプラークによって減じ又は止められている)
の状態においては、冠状動脈バイパス手術が血流を回復するために用いられる。
この危険な情況を治療するための一般的手順は、静脈の一部を脚から取り出すこ
とである。冠状動脈は、血管の詰まった領域を迂回して、大動脈から心臓に付い
ている冠状動脈の端まで供与された静脈を取り付けることによりバイパスされる
。人工血管インプラントは、時には、自家移植片の代わりに用いられてきたが、
適当な血流及び／又は非血栓形成特性の維持において、自家供与血管程には成功
していない。この情況は、多くの因子の結果であり、かかる因子の幾つかには、
血液の不自然な流体力学から生じるプラークの加速された形成並びに血小板及び
他の凝固物質の凝集を受けやすい部位を確立する内壁の裂け目及び連続的な生体
適合性被覆の欠如が含まれる。本発明を用いて人工冠状動脈の内面及び／又は外
面を改変して、バイパスインプラントの一層生体適合性の機能性を生じるプロセ
スを増進させることができる。特に、一度適当なミクロ彫刻(０．５〜１５μｍの蝕刻)がこの発明の方法により達成されたならば、生体適合性の被覆例えばテフロン、ポリウレタン又はポリ(アクリロニトリル／ビニルクロリド)[Ｐ(ＡＮ／
ＶＣ)]、生体適合性コポリマーを適用して、血栓形成抵抗性を示す、滑らかな、
高度に安定な被覆を造ることができる。或は、成長促進性の中間面例えばコラー
ゲン又はポリ−リジンのエッチング後適用を追加して、内皮細胞の高度に効率的
な接着を促進し且つそれらの移動又は剥離の可能性を減じることができる。

【００８５】血管の傷害又は血栓症の起きた他の状況においては、身体の別の領域への及び
別の領域からの血流が損なわれる。血管移植片は、その血管を修復する一つの方
法である。これらのダメージを受けた血管を修復する一般的手順は、静脈の一部
を身体の他の領域から取り出し、ダメージを受けた血管を外科的に除去した後に
この「ドナー」血管をダメージを受けた血管に移植することである。バイパス手
順を用いる場合、合成の血管インプラントは、適当な血流及び／又は非血栓形成
特性の維持において成功してはいない。前に記載したように、本発明を用いて、
最初に、人工血管の内面及び／又は外面を調整して被覆プロセスを増進し、その
血管移植片の現存する人工インプラントと比較して増大された生体適合性及び機
能性を生じるであろう。

【００８６】心臓弁の修復又は置換に対する２つのアプローチがある：(１)組織の利用又は
(２)機械的デバイス及びプロテーゼの利用。組織弁は、機械的弁より一層有利で
あるが、同じ耐久性を有さず、移植後１５年より長持ちすることは希である。自
家移植組織弁についての失敗率は、石灰性の変質(その移植物の身体との非適合性の結果)に関係する。材料による心臓弁の型及び組織培養の限界の両方により他の合併症が起こり得る。

【００８７】組織工学を用いて、現存する心臓弁修復及び置換技術を改善・増強させること
ができる。心臓弁を修復・製造するために用いられる材料は、改善された生体適
合性を、本発明による表面調整及び適当な生物活性被覆により増強され得る。

【００８８】好適な心臓弁は、組織プロテーゼである。何故ならば、それらは、静かであり
、乱流を誘導せず、抗凝血薬での終生の治療を必要とせず、そして、失敗が、機
械的弁プロテーゼを用いた場合のように突然ではなくゆっくりとしたプロセスで
あるからである。人工の機械的弁は、それらの組成(金属、ポリマー又は他の合成材料)の結果として、一層容易に石灰化して免疫系応答を誘導する傾向がある。これらの材料の表面を改変して、生体適合性被覆及び／又は細胞若しくは組織
について一層接着性にするための本発明の利用は、適当に用いるならば、石灰化
合併症を最少にすることができる。

【００８９】血液酸素付加器は、この発明の方法を用いて、膜を横切るガスの拡散を改善す
ることのできる行程の一例である。血液酸素付加用インプラントデバイスを用い
て、酸素を肺組織を利用せずに、血流に移行させることができる。それらは、典
型的には、血液の血清及び他の成分が血流の外へ出ることを防ぎつつ、気体酸素
分子を血流中に拡散させるポリマー膜の層を用いて製造される。

【００９０】好適具体例において、ポリマー膜材料の表面を、この発明の方法を用いて改変
して、膜を横切るガスの拡散速度を増大させる物質で被覆される膜の能力を増大
させることのできる形態を造り、それにより、血液中への酸素輸送を改善するこ
とができる。適当な拡散促進は、当分野の実務家には公知であり、パーフルオロ
カーボン及び酸素(貯蔵・輸送分子)を包含する。

【００９１】カテーテル．カテーテル型デバイスの表面も又、この発明の方法により処理し
、その後、適当な生体適合性材料で被覆することができる。生体適合性材料の被
覆と混合された機能性の種を有するカテーテルは、このデバイス及び手順並びに
それらの長期利用と関係する医療上の危険を減じ、それにより、全体的な医療上
及び看護の費用を減じるであろう。

【００９２】冠状動脈の閉塞を除去する方法は、非常に細いカテーテルデバイスを用い、典
型的には、それを大腿動脈から挿入して閉塞した冠状動脈の部位に導く。一度適
所に達すれば、バルーンデバイスをインプレースカテーテルを通して挿入し、動
脈閉塞の内側で膨張させてその動脈の通路を広げ、それにより、心筋への血流を
改善する。血管形成用カテーテルの幾つかの改良が、米国特許第５，２５４，３
７２号に記載されたように為されてきたが、直接的危険及び処置後の危険を最小
にする更なる仕事が必要とされている。本発明を用いて、このデバイスのカテー
テル部分の表面及びバルーンを調整して、それらが、塞栓及び更なる動脈壁のダ
メージの危険を小さくする助けとなるであろう抗凝血薬及び抗炎症剤等の生体適
合性材料で被覆され得るようにすることができる。

【００９３】尿路カテーテルは、患者が外傷性障害、病気又は手術処置の結果排尿できない
状況において、自由な排尿を確保するために尿道を通して膀胱に挿入される。こ
れらのデバイスは、典型的には、直線的カテーテルを用いる場合には最長で８時
間わたって又は膀胱内でふくらますバルーン付きのカテーテルを用いる場合には
数日から数週間にわたって置かれる。両タイプのカテーテル共、尿路感染及び組
織炎症を引き起こし得る。この発明の利用は、この手順に関係する感染及び／又
は他の医療上の合併症を最少にする適当な生体適合性材料被覆の安定性を増大さ
せる表面の増大を与えることができる。

【００９４】中心静脈カテーテルデバイスは、抗生物質、血液及び化学療法剤の長期間の静
脈内送達に用いられるカテーテルの他のカテゴリーを代表する。それらは、典型
的には、頸部又は胴上部の大きい静脈(例えば、頸静脈)に挿入されそして心臓の
心房に挿入される。現在、それらの長期使用は、血栓形成の危険を増して挿入部
位の炎症又は感染を引き起こし得るし、潜在的に、心臓の悪化のおそれがある。
この発明は、生体適合性材料被覆に適した面が造られるように内面及び／又は外
面の増大を準備する手段を提供する。

【００９５】シャントは、長期間の透析治療を必要とする腎臓病患者において用いられる。
シャントは、典型的には、透析システムへの容易な接続の故に腕又は脚にされる
。これらのデバイスについても中心静脈カテーテルと同様の問題及び危険が存在
する。この発明を用いて、血栓症、静脈炎症又は更なる外科処置のおそれを最少
にする生体適合性被覆を適用するためにこれらの医用デバイスの内面及び外面を
増大させることができる。

【００９６】静脈内溶液送達システムは、一般的に用いられるＩＶ溶液を、手の甲又はもっ
と腕の上部で静脈に挿入された針を通して送達するデバイスである。これらの針
は、短時間(即ち、４又は５日間)置かれるためのものであるが、やはり、組織及
び静脈の炎症を引き起こし得る。

【００９７】正中線長さＩＶのカテーテルも又、ＩＶ溶液の送達に用いられる(最長据え付け時間２週間)。それらは、上腕又は脚の大きい静脈に、最小長さ６インチだけ挿入する。この発明は、ＩＶの針及びカテーテルの内面及び外面を増大させて、
一層長い据え付け期間を可能にし且つ医療上の合併症及び費用を最小にする生体
適合性被覆の適用のための面を準備することができる。

【００９８】電極．神経、心臓及び他の幾つかの処置において、電極の生組織中への移植が
、組織に電気的刺激を与えるために必要とされる。かかる刺激においては、組織
及び血管に取り囲まれたインプラントデバイスが、一層生体適合性であればある
程、その処置に関係した危険(即ち、組織の拒絶、感染、ペースメーカーの電子装置部分の不調等)は、一層小さくなる。本発明を用いて、生体適合性の付属物を増大させることができる。

【００９９】インプラントワイヤの絶縁．この発明を用いて、生体適合性の絶縁材料(即ち、ポリマー)を添付し、塗布して、移植した電極及びリード線を外装で覆い、それにより、医療上の合併症(即ち、組織の拒絶、感染、ペースメーカーの電子装置部分の不調等)の危険を低くすることができる。好適具体例において、この発明を用いて、表面をエッチングして適当な絶縁性の生体適合性被覆をインプラン
トワイヤ上に塗布することができる。

【０１００】他の医用デバイス．この発明の方法は、縫合糸、外科用ステープル及び外科的
移植片、メッシュ、スクリーン及びパッチに適用することができる(適用可能で且つ適当な医療処置に従う場合)。かかる外科用デバイスは、ヘルニア及び大動脈瘤手術に用いることができる。繊細な骨の構造が外傷を受けた耳の症例で用い
られる耳科用プロテーゼ。再建手術及び骨修復用の歯科用プロテーゼも又、この
発明の方法及びその後の被覆プロセスの利用から利益を受けよう。

【０１０１】実施例１−チタン．チタン(Ｔｉ)は、医用インプラントデバイスの製造のための優れた基材である
。特に、整形外科及び歯科用プロテーゼは、しばしば、チタン金属で作られる。

【０１０２】市販の純チタン金属の小プレートを先ず種々の有機溶媒及び蒸留水すすぎを用
いて一連の超音波処理により予備洗浄し、次いで、オーブン中で乾燥させ、プラ
ズマ反応チャンバー中に置き、その後、５×１０^-5トルまで排気した。酸素プラ
ズマを５分間にわたって生成させてチャンバー内に存在し得た残留有機物質を除
去した。Ｏ₂プラズマ条件は、次の通りである：Ｏ₂圧０．０２トル及びＲＦ電力
レベル１５０ワット。チャンバー温度を、このプロセス中、約２５℃(室温)に維
持した。

【０１０３】反応性エッチングプロセスの２つのステージを次の順序で行った：(１)初期酸
化物ブレークスルー手順を行って金属標的上の前の洗浄ステップでの酸化物構造
を除去し、(２)反応性イオンエッチングステップを行った。

【０１０４】この酸化物ブレークスルーステップは、２０標準立方センチメートル／分(ｓｃｃｍ)のＢＣｌ₃、１０ｓｃｃｍのＣｌ₂及び３０ｓｃｃｍのＨｅの混合物をチャンバー圧力０．０５トルで用いた。ＲＦは、３００ボルトのプラズマと金属標
的セットとの間の外装ボルテージを用いて、ボルテージモードにて操作した(最初は、ＲＦ電力レベルを２００ワットに設定した)。ブレークスルーは、３０秒間にわたって起きた。

【０１０５】反応性ガスの混合比を、エッチングステップのために変化させた：ＢＣｌ₃流量を１５ｓｃｃｍに減じ、Ｃｌ₂を１０ｓｃｃｍに増し且つＨｅを３０ｓｃｃｍに維持した。チャンバー圧力を０．０４トルに再設定した。ＲＦ電力供給源を電
力モードに切り替え、最初は、１００ワットに設定した(外装ボルテージは、２５０ボルトに設定)。反応性エッチングを、全部で６０分間にわたって行った。

【０１０６】エッチング期間の終わりに、ＲＦ発生機電の電力を止めて、チャンバーを５×
１０^-5トルまで排気した。最後の酸素プラズマ洗浄ステップを行って、如何なる
残留表面炭化水素夾雑物をも除去した。この最後のステップの条件は、次の通り
であった：Ｏ₂圧力２００トル、Ｏ₂流量３０ｓｃｃｍ及びＲＦ電力レベル１５０
ワット。この最後のＯ₂洗浄は、１５分間続けたが、その時点でプラズマを止め、チャンバーを通気孔を開いて標準大気条件とし且つエッチングされた部材を超
音波技術により洗浄した。

【０１０７】図４は、この方法により生成した表面の走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)写真である
。

【０１０８】実施例２−タンタル．４ｃｍ長のＴａワイヤ(直径０．１０ｍｍ)を、種々の有機溶媒及び蒸留水すす
ぎを用いて一連の超音波処理により予備洗浄し、その後、オーブン中で乾燥させ
てプラズマ反応チャンバー内に置き、続いて５×１０^-5トルまで排気する。酸素
プラズマを５分間にわたって生成させてチャンバー内に存在し得た残留有機物質
を除去する。Ｏ₂プラズマ条件は、次の通りである：Ｏ₂圧力２００トル及びＲＦ
電力レベル１５０ワット。チャンバー温度を、このプロセス中、約２５℃(室温)
に維持する。

【０１０９】初期酸化物ブレークスルー手順を行って、前の洗浄ステップでの金属標的上の
酸化物構造を除去し、その後、反応性イオンエッチングステップを行う。この酸
化物ブレークスルーステップは、２０標準立方センチメートル／分(ｓｃｃｍ)の
ＣＦ₄、１０ｓｃｃｍのＦ₂及び３０ｓｃｃｍのＡｒの混合物を０．０５トルのチ
ャンバー圧力で用いる。ＲＦ発生機は、プラズマと金属標的との間の外装ボルテ
ージ３００Ｖを用いてボルテージモードで操作する(ＲＦ電力レベルは、最初は、２００ワットに設定)。ブレークスルーは、３０秒間にわたって起きる。

【０１１０】反応性ガスの混合比をエッチングステップ用に変える：ＢＣｌ₃流量を１５ｓｃｃｍまで減じ、Ｃｌ₂を１０ｓｃｃｍまで増し且つＨｅを３０ｓｃｃｍに維持する。チャンバー圧力を０．０４トルまで低下させる。ＲＦ電力源を電力モード
に切り替え、最初は１００Ｗに設定する(外装ボルテージは２５０Ｖに設定)。反
応性エッチングを全部で６０分間にわたって続ける。

【０１１１】エッチング期間の終わりに、ＲＦ発生機の電力を止めて、チャンバーを５×１
０^-5トルまで排気する。最後の酸素プラズマ洗浄ステップを行って、如何なる残
留の表面炭化水素夾雑物をも除去する。この最後のステップの条件は、次の通り
である：Ｏ₂圧力２００トル、Ｏ₂流量３０ｓｃｃｍ、及びＲＦ電力レベル１５０
ワット。最後のＯ₂洗浄を１５分間続けたが、その時点でプラズマを止め、チャンバーを排気口を開いて標準大気条件とし且つエッチングされた部材を超音波処
理により洗浄する。

【０１１２】実施例３−ポリ(Ｌ−乳酸)のヘリウム対アルゴンプラズマエッチング．この実施例に関しては、ポリ(Ｌ−乳酸)[ＰＬＬＡ]縫合糸(直径０．０５ｍｍ)
材料を少量の水蒸気を用いるヘリウム及びアルゴンプラズマにかけた。ＰＬＬＡ
縫合糸材料を、反応性種を生成するための凡そ１５ｍＬの蒸留水貯蔵器を有する
プラズマ反応チャンバー内に置いた。このチャンバーを５×１０^-5トルまで排気
し、Ａｒを約５０ｓｃｃｍの流量で導入し、０．０５０トルのチャンバー圧力を
確立した。ＲＦ電力源を電力モードに切り替えて８０ワットに設定した。反応性
エッチングを、約２５℃(室温)の操作温度で、全部で７５分間にわたって続け、
その時点で、電力を止めてチャンバーを５×１０^-6トルまで排気した。このチャ
ンバーを、標準大気条件と平衡化させ、エッチングされたＰＬＬＡ材料を取り出
し、続いて、ＳＥＭを用いて調べた。第二の実験においては、ＰＬＬＡ縫合糸の
第二の試料をエッチングするのに同じ手順を用いるが、但し、プラズマにおいて
Ａｒではなくヘリウム(Ｈｅ)を用いる。

【０１１３】Ａｒ／Ｈ₂Ｏプラズマエッチングの前及び後においてＰＬＬＡの電子顕微鏡検査は、未処理のＰＬＬＡの元の滑らかな面がエッチングされて、金属エッチング
に特徴的なフィラメント状その他のミクロ形態よりむしろ繊維状の緩いミクロの
織られたパターンを生じることを示した。この織られたパターンの多孔性の開口
部は、幅が０．２５〜５μｍ、長さが０．５〜１０μｍに及んだ(約０．１〜１ μｍの直径のＰＬＬＡのストランドの場合)。細孔の深さは、０．１〜１５μｍであった；細孔密度は、０．２〜１５細孔／μｍ²に及んだ。

【０１１４】実施例４−リン酸カルシウムのスパッタリングを用いるＰＬＬＡのエッチング．ＰＬＬＡを、Ａｒ／Ｈ₂Ｏプラズマを用いて実施例３に記載したようにエッチングする(同時に、リン酸カルシウムのスパッタリング標的を用いる)。

【０１１５】リン酸カルシウムのスパッタリングを同時に用いてエッチングしたＰＬＬＡ試
料のＳＥＭ検査は、その表面が実施例３のＰＬＬＡ試料と同様にエッチングされ
ているが、ＰＬＬＡ表面積当たりの明らかに増大した量のエッチング領域を有す
ることを示した。その織られたパターンの多孔性の開口部は、幅が０．２〜８μ
ｍで、長さが０．５〜１２μｍに及んだ(約０．１〜１μｍの直径のＰＬＬＡのストランドの場合)。細孔の深さは、０．１〜１５μｍであり；細孔密度は、０．２〜１５細孔／μｍ²に及んだ。

【０１１６】実施例５−プラズマ電力の調節．この実施例は、この発明の方法のエッチングプロセスが、ＲＦ発生機への入力
エネルギーを個別の手動での変更により一定の間隔でゆっくりと変えること、及
びその電力を各間隔の後に元のレベルに戻すことにより、如何にして付加的表面
形態を造るように変えられることができるのかを示す。電力調節に用いることの
できる一つのアプローチは、適当な間隔で、最初のＲＦワット数を連続的に一層
高く(１０分の間隔で＋２５％)増加させて行い(最大で通常のワット数の１００％超過まで)、このワット数を予め特定した期間(５分間)維持し、その時点でワット数を元の操作条件に戻すことである。金属標的部材(タンタルワイヤ)を、種
々の有機溶媒及び蒸留水すすぎを用いて一連の超音波処理ステップにより予備洗
浄してからオーブンで乾燥させ、プラズマ反応チャンバー中に置き、その後、５
×１０^-5トルまで排気する。この排気ステップの後に、酸素プラズマを５分間に
わたって発生させてチャンバー内の如何なる残留有機物質をも除去する。Ｏ₂プラズマ条件は、次の通りである：Ｏ₂圧力２００トル及びＲＦ電力レベル１５０ワット。チャンバー温度は、このプロセス中約２５℃(室温)に維持する。

【０１１７】初期酸化物ブレークスルー手順を行って、Ｔａ標的上の前の洗浄ステップの酸
化物構造を除去し、その後、反応性イオンエッチングステップを行う。この酸化
物ブレークスルーステップは、２０標準立方センチメートル／分(ｓｃｃｍ)のＢ
Ｃｌ₃、１０ｓｃｃｍのＣｌ₂及び３０ｓｃｃｍのＨｅの混合物をチャンバー圧力
０．０５トルで用いる。ＲＦ発生機は、３００Ｖに設定したプラズマと金属標的
との間の外装ボルテージを用いてボルテージモードで操作する(ＲＦ電力レベルは最初２００ワットに設定)。ブレークスルーを３０秒間起こす。

【０１１８】反応性エッチングステップにおいて、この反応性ガスの混合比を変える：ＢＣ
ｌ₃流量を１５ｓｃｃｍに減じ、Ｃｌ₂を１０ｓｃｃｍに増し且つＨｅを３０ｓｃ
ｃｍに維持する。チャンバー圧力を０．０４トルに低下させる。ＲＦ電力源を電
力モードに切り替え、最初は１００ワットに設定する(２５０Ｖの外装ボルテージ設定の場合)。反応性エッチングを全部で７０分間続ける。

【０１１９】エッチング中、ＲＦ電力を繰り返し変化させる。最初の１００ワットのＲＦ電
力レベルを１０分後に１２５ワットまで高めて５分間維持する。エッチングプロ
セスへの１５分において、ＲＦ電力を元の１００ワットの設定に１０分間戻し、
その時点でＲＦ電力を７５ワットに５分間低下させる。最初の１００ワットのＲ
Ｆ電力を再度設定して１０分間維持した後、もう一サイクル上記のようにＲＦ電
力の調節を行う。エッチングの最後の１０分間のＲＦ電力設定を元の１００ワッ
トレベルに戻す。

【０１２０】エッチングプロセスの最後に、電力を止め、チャンバーをもう一度５×１０^-5 トルまで排気する。最後の酸素プラズマエッチングステップを行って、如何なる
残留表面炭化水素夾雑物をも除去する。この最後のステップの条件は、次の通り
である：Ｏ₂圧力２００トル、Ｏ₂流量３０ｓｃｃｍ及びＲＦ電力レベル１５０ワ
ット。最後のＯ₂洗浄を１５分間続け、その時点においてプラズマを止めてチャンバーを通気口を開いて標準大気条件とし、エッチングされた部材を超音波技術
により洗浄する。

【０１２１】実施例６−アミノ基のポリマー表面への適用．アミンは、米国特許第５，０８０，９２４号に記載のように、ＰＭＭＡ等のポ
リマー基材表面へ共有結合によりグラフトされてきた。この実施例は、アミン基
のプラズマ誘導されたグラフトを、Ｎ₂／ＮＨ₃プラズマにより、予めこの発明の
方法によりエッチングされた生体適合性コポリマーのポリ(アクリロニトリル／ビニルクロリド)[Ｐ(ＡＮ／ＶＣ)]のプレート面上に上首尾に行うことができることを示す。

【０１２２】生体適合性コポリマーＰ(ＡＮ／ＶＣ)の小片をこの発明の方法により予備調整
する。このＰ(ＡＮ／ＶＣ)を、反応性種を生成するための１５ｍＬの蒸留水の貯
蔵器を有するプラズマ反応チャンバー内に置く。このチャンバーを５×１０^-5ト
ルまで排気する。アルゴンを約１５ｓｃｃｍの流量で導入し、Ｏ₂を３０ｓｃｃｍで導入して０．０５トルのチャンバー圧力を確立する。ＲＦ電力源を電力モー
ドに切り替え、５０ワットに設定する。反応性エッチングを、約２５℃(室温)の
操作温度で、全部で３０分間続け、その時点で電力を止めてチャンバーを５×１
０^-5トルまで排気する。このチャンバーを、標準大気条件に平衡化させた。この
エッチングされた標的製品は、容易に、アミン基をミクロ彫刻された粗いＰ(ＡＮ／ＶＣ)面上にグラフトして有する。

【０１２３】１５ｓｃｃｍのＮ₂、３０ｓｃｃｍのＮＨ₃及び３０ｓｃｃｍのＡｒの混合物を
チャンバー内に導入し；全圧０．５トルを確立する。ＲＦ電力源を電力モードに
切り替え、１００ワットに設定する。アミン被覆プロセスを、約２５℃(室温)の
操作温度で、全部で６０分間続け、その時点で電力を止めてチャンバーを５×１
０^-5トルまで排気する。このチャンバーを標準大気条件に平衡化させ、被覆され
たＰ(ＡＮ／ＶＣ)試料を試験のために取り出す。

【０１２４】このエッチングされたアミングラフトされたＰ(ＡＮ／ＶＣ)表面を、続いて、
ＳＥＭを用いて検査して表面形態を測定する。又、この表面を、アミノ基の存在
について半定量的に試験する。

【０１２５】実施例７−薄いポリマー及び薄い金属のポリ(Ｌ−リジン)被覆．ポリ(アミノ酸)は、実行可能な生物活性な被覆材料である。それらは、典型的
に、小さいペプチド、薬物と結合することのできる部位を提供するアミノ酸の大
きい選択から作られ、他の基との架橋を促進するので、表面被覆として用いるこ
とができる。

【０１２６】この実施例に関して、この発明の方法を２つの材料に適用する：一つは、ポリ
(Ｌ−乳酸)の薄いフィルム(２平方ｃｍ、１ｍｍ厚)、他は、チタンのホイル(２平方ｃｍ、１ｍｍ厚)。エッチングを、実施例１及び３に記載したように行う。

【０１２７】エッチングされた試料を滅菌し、ポリ(Ｌ−リジン)の無菌の０．５モル溶液に
無菌的に浸し、無菌的に風乾する。これらのエッチングされたポリ(Ｌ−リジン)
試料を、次いで、繊維芽細胞と内皮細胞を有する組織培養中に入れる。

【０１２８】実施例８−血管プロテーゼ．本発明は、血管プロテーゼの製造技術に関する、特に、現在、基材の結果とし
て、血栓症及び血管感染の傾向を有する小さい直径の合成の冠状動脈に関する追
加のオプションを提供することができる。

【０１２９】何れの利用可能な被覆(即ち、グルタルアルデヒド重合した蛋白質、アルミ似る無又は他の物質)の処理も受けていない市販のダクロン(登録商標)血管シャントを本発明によりエッチングする。このプロテーゼは、コポリマーポリエチレン
テレフタレートから作られており、長さ１０ｍｍで、幅３．５ｍｍである。

【０１３０】この合成のシャントを、反応性種を生成するための約１５ｍＬの蒸留水貯蔵器
を有する反応チャンバー内に置く。このチャンバーを５×１０^-5トルまで排気し
、アルゴンを約１５ｓｃｃｍの流量で導入し、酸素を３０ｓｃｃｍで導入し、チ
ャンバー圧力０．０５トルを確立する。ＲＦ電力源を電力モードに切り替えて、
１００ワットに設定する。反応性エッチングを、約２５℃(室温)の操作温度で、
全部で１５分間続け、その時点で電力を停止してチャンバーを５×１０^-5トルま
で排気した。このチャンバーを通気口を開いて標準大気条件とし、次いで、エッ
チングされたダクロン(登録商標)血管シャントを、実施例６に記載のように、プ
ラズマグラフト技術によりアミノ基で被覆する。

【０１３１】次いで、このシャントをチャンバーから取り出し、７０％エタノールで滅菌し
、実施例７に記載した手順に従って、無菌的に、ポリ(Ｌ−リジン)の０．５モル
の無菌溶液中に置く。このシャントをポリ(Ｌ−リジン)溶液で完全に飽和させた
後に、このインプラントデバイスに、イン・ビトロで、組織培養培地中の繊維芽
細胞と内皮細胞を載せる。適当な細胞生長期間の経過後に、これらの細胞は、使
用可能と認められ、次いで、このシャントを通常のバイパス外科手順により身体
に移植する。

【０１３２】この発明の他の具体例は、この明細書の考察から当業者には明らかとなるであ
ろうが、実施例は、単に説明のためのものであり、この発明の真の範囲及び精神
は、請求の範囲に示されている。

【図面の簡単な説明】

この発明を、図面を参照して説明するが、これらは、説明だけを目的としてお
り、この発明を制限するものではない。

【図１】この発明の方法により不規則な面を生成するようにプラズマ処理されたナイロ
ン表面の写真である。

【図２】この発明の方法により不規則な面を生成するようにプラズマ処理されたポリ( Ｌ−乳酸)表面の写真である。

【図３】この発明の方法により不規則な面を生成するようにスパッタリング剤の存在下
でプラズマ処理されたポリ(Ｌ−乳酸)表面の写真である。

【図４】この発明の方法により生成されたチタン表面の走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)写真
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者プラモドチャクラヴァルティアメリカ合衆国 02174 マサチューセッツ、アーリントン、オリエントアベニュー 97 (72)発明者アントニーエム．マジャハドアメリカ合衆国 02138 マサチューセッツ、ケンブリッジ、ウエアストリート９エイナンバー９Ｆターム(参考） 4C081 AC03 BA13 CA021 CA041 CA051 CA081 CA091 CA101 CA161 CA211 CA281 CG04 CG07 CG08 EA05 EA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蝕刻形態及び個々の寸法特性により規定されるランダムな、
不規則な表面の製造方法であって、チャンバー内で表面を反応性プラズマにさら
し、該反応性プラズマはその表面との反応生成物を生成し、それにより、その表
面をエッチングし、該反応生成物又はその複合体がこのチャンバー内の圧力より
低い蒸気圧を有し；エッチングプロセス中ダイナミックマスキング剤を供給し；
そして、反応生成物を取り出すことを含む、上記の製造方法。
【請求項２】スパッタリング効果を生じることのできるプラズマ種も生成
される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】スパッターされたイオンの再付着を更に含む、請求項２に記
載の方法。
【請求項４】スパッターされた標的材料の再付着を更に含む、請求項２に
記載の方法。
【請求項５】特定のスパッターされた標的材料がリン酸カルシウムの形態
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】表面が、金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】表面が、タンタル、金、白金、銀、パラジウム、鉄、合金鉄
、ステンレス鋼、炭素鋼、クロム鋼、コバルト鋼、タングステン鋼、アルミニウ
ム、ホウ素、カーボングラファイト、タングステン及びその合金よりなる群から
選択する金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】表面が、ポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】反応性プラズマが、水蒸気を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】ポリマーポリ(Ｌ−乳酸)[ＰＬＬＡ]、ポリ(グリコール酸)
[ＰＧＡ]、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリ
(テトラフルオロエチレン)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリ
ル、ポリアミド、ポリ(ビニルクロリド)、ポリアセタール及びポリエステル樹脂
を含む、請求項４又は８に記載の方法。
【請求項１１】チャンバー圧力が、０．０１〜約１トルの範囲である、請
求項１に記載の方法。
【請求項１２】プラズマ電力レベルを、一定の間隔にわたって調節する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】プラズマ電力レベルが、１３．５６ＭＨｚのラジオ周波及
びその高調波である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】試料材料を、等温的に又は漸進的に冷却する、請求項１に
記載の方法。
【請求項１５】試料材料を、等温的に又は漸進的に加熱する、請求項１に
記載の方法。
【請求項１６】表面を現場で超音波処理する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】表面上に、約０．３μｍから約２０μｍ未満の深さのラン
ダムな、一様でないレリーフパターンを有する不規則にエッチングされたポリマ
ー材料のインプラントデバイス。
【請求項１８】表面上に、約０．３μｍから約２０μｍ未満の深さのラン
ダムな、一様でないレリーフパターンを有する不規則にエッチングされた金属製
の医用インプラントデバイス。
【請求項１９】生体適合性の被覆を医用インプラントデバイスに付着させ
てある、請求項１７又は１８に記載の医用インプラント。
【請求項２０】生細胞を医用インプラントデバイスに付着させてある、請
求項１７又は１８に記載の医用インプラント。