JP2003530972A - 抗菌生体吸収性材料 - Google Patents
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Abstract
Description
生体吸収性材料に関し、その製造方法及び感染を制御するためのその使用に関す
る。
材料には以下のものを含む多くの医療用途が存在する: (1)傷口閉止体;例えば、縫合糸、ステープル、接着体を含む (2)組織修復;例えば、ヘルニア修復用メッシュを含む (3)人工器官;例えば、骨内部固定体、ガイド付き骨再生の物理的障壁を含む (4)組織エンジニアリング;例えば、血管、皮膚、骨、軟骨及び肝臓を含む (5)制御されたドラッグデリバリーシステム;例えば、マイクロカプセル、及
びイオン交換樹脂を含む。
減少させ、硬いワイヤが永久に保持されることによる炎症反応の誘導を減少させ
る;硬いワイヤの除去が不要である;並びに、整形外科的移植物の場合は、治療
中の骨へストレスを徐々に伝えるので骨の完全な再生をもたらす等の利点を有す
る。
第5423859号は医療デバイス用の生体吸収性材料がそこから製造できるか
もしれない生体吸収性又は生分解性の樹脂のリストを例示している。一般に、生
体吸収性材料は生体吸収性合成ポリマー、天然由来ポリマー又はそれらの組み合
わせであり、例えば、 (1)生体吸収性合成ポリマー;例えば、ポリグリコール酸、グリコライド、乳
酸、ラクタイド、ジオキサノン、トリメチレンカーボネート等のポリマー等のポ
リエステル又はポリアセトン;ポリ無水物、ポリエステルアミド、ポリオルトエ
ステル、ポリフォスファゼン;並びに、これらの共重合体、及び、関連ポリマー
又はモノマーの共重合体、 (2)天然由来ポリマー: (a)アルブミン、フィブリン、コラーゲン又はエラスチン等のタンパク質、 (b)キトサン、アルギネート又はヒアルロン酸等の多糖類、 及び (3)生合成ポリマー:3−ヒドロキシ酪酸重合体等 がある。
の困難な感染源となり得る。このような感染はしばしばデバイスの不全を招き、
その除去及び高価な抗菌処理を必要とする。
又はその塩を当該材料に含入することに集中していた。しかし、そのような試み
は、通常、限られた即効性の抗菌作用のみを提供し、抗菌剤の長時間にわたる利
用性すなわち溶解性は制限されていた。そこで、生体吸収性材料が載置されてい
る間にわたって抗菌効果が長時間継続するような抗菌作用を有することが求めら
れていた。長時間とは数時間から数日、数週間又は数年にわたることもある。
、例えば、VidalとRedmondの国際特許出願公開WO92/13491;三菱レイ
ヨン(株)の特開昭60−21912号公報;及び、Sawyerの米国特許第416
7045号が挙げられる。しかし、これらのいずれも生体吸収性材料上の金属被
覆の使用についての具体的な教示内容を含んでいない。そのような用途において
は、望まない免疫反応及び/又は毒効果を引き起こすので、金属被覆が大きな金
属粒子を体内に放出又は残留させることがない点が重要である。
せず、生体吸収性材料の消失時に体内に大きな金属粒子を放出又は残留させない
、生体吸収性材料用の抗菌被覆が求められている。
属と結合した生体吸収性基体を備えた生体吸収性材料であって、アルコール又は
水性電解液と接触すると、少なくとも1つの抗菌性金属の原子、イオン、分子又
はクラスターを抗菌効果を提供するのに十分な濃度で放出する、生体吸収性材料
を提供する。1以上の抗菌性金属は生体吸収性材料の生体吸収に干渉せず、生体
吸収性材料の消失後24時間で測定された場合に2μmより大きい粒子を残留さ
せない。最も好ましくは、生体吸収性材料の消失後24時間で測定された場合に
、被覆又は粉体からの粒子はサブミクロン、すなわち約1μm未満である。この
ように、粒子は有害な免疫反応又は毒作用を回避する大きさとされている。その
ような抗菌性金属は連続又は不連続被覆、粉体、又は生体吸収性粉体上の被覆の
形態である。
満であり、また、非常に微細に粒状化されており、好ましくは100nm、より
好ましくは40nm、及び最も好ましくは20nmの粒状化サイズ(結晶サイズ
)を有している。抗菌性被覆は、完全に結晶性であるが、原子異常を生成された
抗菌性金属から構成されており、好ましくは、 (a)SCE(標準カロメル電極)に対する0.15MのNa2CO3中での約2
25mV、より好ましくは約250mV、より大きい残留電位による証拠づけら
れる高酸素含量; (b)被覆中の不連続性 のいずれか又は両方を有する。
サイズを有する粉体の形態であってもよく、また、好ましくは100nm、より
好ましくは40nm、及び最も好ましくは20nmの粒状化サイズ(結晶サイズ
)を有していても良い。そのような粉体は、粉体化された生体適合性及び生体吸
収性基体上の、好ましくは上記の厚みの被覆として;ナノ結晶被覆として(粉体
に変換される);又は、原子異常を付与するために低温処理された抗菌性金属の
粉体として、調製される。
、或いは、医療デバイス又はその一部である生体吸収性基体を用いて提供される
。1以上の抗菌性金属の被覆又は粉体は、特定の条件下で、必要に応じて抗菌性
金属を複合材料として、物理蒸着すること;或いは、抗菌性金属が粉体形状の場
合は、抗菌性金属を含む抗菌性材料を原子異常を維持する条件で低温処理するこ
と、によって形成される。十分な酸素が被覆又は粉体中に取り込まれて、分離中
の抗菌性金属の粒子は、有害な免疫反応及び毒効果を回避するように、好ましく
は2μm未満、より好ましくは1μm未満の大きさとなる。
(すなわち、抗菌性金属種を放出する)任意のアルコール又は水性電解液を含む
。この用語は、アルコール、生理食塩水、水、ゲル、流体、溶媒、及び、生体流
体(血液、尿又は唾液等)及び生体組織(皮膚、金属又は骨)を含む水含有組織
を含む。
該抗菌性金属の「種」)が、材料が接触するアルコール又は電解液中に放出され
、当該材料の近傍で菌(又は他の微生物)の成長を阻害するのに十分な濃度とな
ることを意味する。抗菌効果を測定する最も通常の方法は、前記材料を菌の生成
した表面上に載置した場合に形成される阻害ゾーン(ZOI)を測定することで
ある。比較的小さいか又は0のZOI(1mm未満)は有用な抗菌効果がないこ
とを示しており、比較的大きなZOI(5mmより大きい)は非常に有用な抗菌
効果を示している。ZOIテストのある方法が後述する実施例に示されている。
ある。好ましい抗菌性金属はAg、Au、Pt、Pd、Ir(すなわち貴金属)
、Sn、Cu、Sb、Bi及びZnであり、Agが最も好ましい。
孔、転移等の線欠陥、格子間原子、アモルファス領域、結晶及び副結晶境界等を
含む。原子異常は表面のトポグラフィーに異常を引き起こし、ナノメートルのス
ケールの構造において不均一を引き起こす。
体適合性であり、特定の用途にもよるが、数時間〜数年にわたり生体吸収可能な
材料である。
消失を意味しており、分散したポリマー分子の分解を伴っても伴わなくてもよい
。
発生しないことを意味する。
グ、グラインディング、ハンマーでの粉砕、乳鉢と乳棒での粉砕、又は圧縮等に
より機械的な処理を受けることを示す。これは、処理中に、付与された原子異常
が前記材料中で維持されるように行われる。
味を制限するが)、表面上での、又は、材料により形成されるマトリックス中で
の、原子及び/又は分子の拡散を意味する。
生体吸収性基体と結合した被覆又は粉体の形態の抗菌性金属の崩壊を意味する。
大寸法の大きさを意味する。
硫化物、ハロゲン化物または水和物等の化合物のいずれかの形態にある1又は2
以上の金属を含む。
つの寸法が約100nm、より好ましくは50nm、最も好ましくは25nm未
満である。この用語は、抗菌性金属の被覆、粉体又はフレークの結晶格子中の粒
サイズ又は結晶に適用され、粉体で使用される場合の材料の粒サイズを制限しな
い。
形成されたバルクの金属材料、合金又は化合物において通常みられる結晶状態を
意味する。そのような材料は、空隙、粒界及び誤配置等の原子欠陥はわずかな低
濃度でしか含まない。
る粒子の最大寸法のサイズを意味する。
を含む。
中継続する、抗菌性金属の原子、分子、イオン又はクラスターの放出を定義する
ために使用され、そのような金属種の放出は、抗菌効果を達成するには低すぎる
速度及び濃度でそのような種を放出するバルク金属、及び、アルコール又は電解
液との接触の際に銀イオンを殆ど即座にしかし非連続的に放出する硝酸銀のよう
な抗菌性金属の高水溶性塩からは区別される。
吸収性ポリマーを含む。例えば、Koyfmanらの米国特許第5423859は医療
デバイス用の生体吸収性材料を製造しうる生体吸収性又は生体分解性樹脂の例が
挙げられている。生体吸収性材料は合成型生体吸収性ポリマー或いは天然由来ポ
リマーに及ぶ。典型的なものは下記のとおりである。 (1)合成型生体吸収性ポリマー:例えば、ポリグリコール酸、グリコライド、
乳酸、ラクタイド、ジオキサノン、トリメチレンカーボネート等のポリエステル
又はポリアセトン;ポリ無水物、ポリエステルアミド、ポリオルトエステル、ポ
リフォスファゼン、並びに、これらの共重合体、及び、関連ポリマー又はモノマ
ーの共重合体 (2)天然由来ポリマー: (a)タンパク質;アルブミン、フィブリン、コラーゲン、エラスチン (b)多糖類;キトサン、アルギネート、ヒアルロン酸 (3)生合成ポリマー:3−ヒドロキシ酪酸重合体等のポリエステル 生体吸収性材料は、用途によるが、粉体、シート又は繊維形態で使用されても
よい。
在する。これらに制限される訳ではないが、それには以下のものが含まれる。 (1)傷口閉止体;例えば、縫合糸、ステープル、接着体を含む (2)組織修復;例えば、ヘルニア修復用メッシュを含む (3)人工器官;例えば、骨内部固定体、ガイド付き骨再生の物理的障壁を含む (4)組織エンジニアリング;例えば、血管、皮膚、骨、軟骨及び肝臓を含む (5)制御されたドラッグデリバリーシステム;例えば、マイクロカプセル、及
びイオン交換樹脂 (6)傷被覆体又は充填剤;例えば、アルギネート包帯及びキトサン粉体を含む
。
は下記の方法により形成される。被覆は1以上の層として適用されるが、最も好
ましくは、900nm、より好ましくは500nm未満の厚みの単薄層の不連続
被覆として適用され、それは100nm、より好ましくは40nm、最も好まし
くは20nm未満の粒子サイズ(すなわち、被覆自体中の結晶サイズ)を有して
いる。
出願公開WO98/41095、WO95/13704及びWO93/2309
2に記載される原子異常を伴って形成される。更に、好ましくは、後述する実施
例5に記載の手法で測定された場合に0.15MのNa2CO3中のSCEに対す
る正残留電位が225mV、より好ましくは250mVより高い、と定義される
高酸素含量を伴って被覆が形成される。高酸素含量は物理真空蒸着中の作用ガス
雰囲気に酸素を導入することによって達成される。好ましくは、酸素に対する不
活性作用ガス(好ましくはアルゴン)の比は約4:96未満である。
の側から繊維又は粉体を被覆する;不連続となるほど被覆を薄くする;多孔繊維
性材料上に被覆して不連続とする;基体又はカソードをマスクする;連続性被覆
をエッチングする;等の多くの技術によって不連続とすることができる。
覆によって残される粒子サイズが約2μm、より好ましくは1μmのサイズとな
ることを保証することが見出された。
を発揮する。物理真空蒸着技術における原子異常の生成は上記のBurrellらのP
CT出願に記載されているが、概要は以下のとおりである。
術によって堆積される。物理蒸着技術は周知であり、一般には、基体表面に原子
が1つずつ金属蒸気から堆積する。真空又はアークを使うものには、気化、スパ
ッタリング、マグネトロンスパッタリング及びイオンプレーティングがある。前
記堆積は、被覆中に上記の原子異常を形成するように行われる。原子異常を生成
することのできる様々な条件は有用である。多くの薄膜堆積の目的は欠陥のない
滑らかな高密度のフィルムを形成することなので、これらの条件は一般に薄膜堆
積技術では回避すべきものとして教えられている(例えば、J.A.Thornton, J. V
ac. Sci. Technol., Vol 11, (4) 666-670、及び、Deposition Technologies fo
r Films and Coatings, Noyes Publications, N.J. 170-237 (1982)の「Coating
Deposition by Sputtering」を参照)。堆積工程中に原子異常を生成するため
に使用される好ましい条件は以下のものを含む。 − 低い基体温度。すなわち、金属融点(ケルビン単位)に対する基体温度の比
が約0.5、より好ましくは約0.35、最も好ましくは約0.3未満とするよ
うに、被覆される表面の温度を維持すること。 そして、任意に、以下の一方又は両方 − 通常の作用ガス(又は雰囲気)圧力より高い圧力。すなわち、真空蒸着につ
いては: 電子ビーム又はアーク蒸着では0.1mTより高いこと;ガス散乱蒸
着(圧力プレーティング)又は反応アーク蒸着では20mTより高いこと、スパ
ッタリングについては:75mTより高いこと、マグネトロンスパッタリングで
は:10mTより高いこと、そして、イオンプレーティングでは:約200mT
より高いこと。 − 被覆される表面への被覆フラックスの入射角を約75゜、好ましくは約30
゜未満に維持すること。
ているものであり、抗菌効果を有するものである。生体吸収性材料にとっては、
金属も生体適合性でなければならない。好ましい金属には、Ag、Au、Pt、
Pd及びIrといった貴金属、並びに、Sn、Cu、Sb、Bi及びZn、或い
は、これらの金属又は他の金属との合金又は化合物が含まれる。最も好ましいの
は、Ag又はAu、或いは、これらの金属の1以上の合金又は化合物である。特
に好ましいのはAgである。
出するために必要な厚みを超えない。この好ましい厚みの範囲内で、被覆中の特
定の金属(溶解性及び耐摩耗性が変わる)によって、並びに、被覆中の原子異常
の程度(すなわち被覆の溶解性)によって、厚みは変化する。意図する用途にお
けるデバイスの柔軟性又は寸法許容度に影響を与えないように、厚みは十分に薄
くされる。
に達成され、金属イオン、原子、分子又はクラスターが放出される。抗菌効果を
生成するために必要な金属種の濃度は金属によって異なる。一般に、抗菌効果は
血漿、血清又は尿などの体液中の銀被覆で達成され、そこでは約0.5〜10μ
g/モル未満の銀種濃度である。金属の抗菌効果の証拠は生物学的テストで実証
することができる。局在化した抗菌効果は阻害テスト(実施例1参照)のゾーン
で実証され、抗菌性金属の持続放出はログリダクション(log reduction)(実
施例2及び4参照)により例証される。
成する能力は、組成、構造、溶解性及び厚み等の被覆の特徴、並びに、デバイス
が使用される環境の性質を含む多くの要素を必要とする。原子異常のレベルが大
きくなると、時間当たりに放出される金属種の量が増大する。例えば、T/Tm
<0.5のマグネトロンスパッタリングで堆積された銀金属膜、及び、約7mTo
rrの作用ガス圧は約1/3の銀イオンを放出するが、類似の条件で(ただし、3
0mTorr)堆積された膜は10日にわたって放出する。中間の条件(例えば、低
圧、低入射角等)で生成された膜は、バイオアッセイで決定されるように、これ
らの中間のAg放出値を示す。したがって、これは、金属被覆からの放出をコン
トロールする方法を提供する。徐放性被覆は異常の程度を低くすることで製造さ
れ、一方で速放性被覆は異常の程度を大きくすることで製造される。
。厚みに関しては、これはほぼ直線的な関係であり、厚みが2倍になれば、時間
もほぼ2倍長くなる。
よっても可能である。例えば、堆積時間の50%では作用ガス圧が低く(例えば
15mTorr)残りの時間では高い(例えば30mTorr)条件のマグネトロンスパ
ッタリングにより堆積した被覆では、最初は金属イオンの放出が速く、その後、
ゆっくりとした放出が長く持続する。このタイプの被覆は、抗菌効果が直ぐに必
要で、その後、何週間に亘って金属イオン濃度を維持するゆっくりとした放出速
度が必要とされる尿カテーテル等のデバイスに非常に有効である。
使用される基体温度は、被覆のアニーリング又は再結晶が起こる程低温とされる
べきではない。この許容ΔT、すなわち蒸着時の基体温度と使用時の最終温度と
の差は金属によって異なる。最も好ましいAg及びAuでは、好ましい基体温度
は−20℃〜200℃であり、より好ましくは−10℃〜100℃である。
む金属マトリックス中に1以上の抗菌性金属を含む材料であって、該異なる物質
の包含が結晶格子中に原子異常を生成するもの、を調製することによって達成す
ることができる。
時又は連続堆積であり、当該生体適合金属はTa、Ti、Nb、Zn、V、Hf
、Mo、Si、Al及びこれらの金属の合金、或いは、他の金属元素、典型的に
は他の遷移金属から選択される。そのような不活性金属は抗菌性金属とは異なる
原子径を有しており、それが堆積中に原子異常を生成させる。この種の合金は原
子拡散を減少させて異常構造を安定化するのにも役立つことができる。抗菌性金
属及び不活性金属のそれぞれのターゲットを複数載置した薄膜堆積装置が好まし
くは利用される。層が連続的に堆積する場合は、不活性金属の層は不連続である
べきであり、例えば、抗菌性金属マトリックス中の島のようにあるべきである。
不活性金属に対する抗菌性金属の最終比は約0.2より大きくあるべきである。
最も好ましい不活性金属はTi、Ta、Zn及びNbである。1以上の抗菌性金
属の酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、ホウ素化物、ハロゲン化物又は水素化物
、及び/又は、所望の原子異を達成するための1以上の不活性金属、から抗菌性
被覆を形成することも可能である。
術によって形成することができ、反応した材料が抗菌性金属の薄層に含入される
。反応した材料とは、抗菌性金属及び/又は不活性金属の酸化物、窒化物、炭化
物、ホウ素化物、硫化物、ハロゲン化物又は水素化物であり、適当な反応体又は
それを含む気体(例えば、酸素、水、窒素、水素、ホウ素、硫黄、ハロゲン)の
堆積室への注入によりその場で形成される。これらの気体の原子又は分子は金属
膜中に吸収又はトラップされて原子異常を生成することができる。反応体は共堆
積物のために堆積中に連続的に供給されてもよく、連続堆積物のために間欠的に
供給されてもよい。反応生成物に対する抗菌性金属の最終比は約0.2より大き
いべきである。空気、酸素、窒素及び水素が特に好ましい反応体である。
、低入射角の条件を伴って/伴わずに、使用することができる。1以上のこれら
の条件は被覆中に生成する原子異常の量を維持し向上させるために好ましい。
である。純粋金属、合金、或いは、金属酸化物又は金属塩等の化合物としての粉
体は、原子異常を付与する蒸着、機械処理又は圧縮により後述するように形成す
ることができる。機械的に付与される異常は、低温(すなわち、材料の再結晶温
度未満の温度)の条件下で行われ、アニーリング又は再結晶が発生しないように
される。
収性粉体を含むことができる(実施例4では、キトサン粉体が銀で被覆されてい
る)。
3/23092及びWO95/13074(両者ともBurrellら)又は他の公知
の技術によって、幾つかの方法で調製することができる。一般に、ナノ結晶粉体
は、粉体化されたキチン等の生体適合性又は生体吸収性物質への、好ましくは上
記の厚さのナノ結晶性被覆として調製され;或いは、コールドフィンガー又はシ
リコンウェハーなどの基体へのナノ結晶性被覆として調製され、被覆は次にナノ
結晶性粉体を形成するように擦り落とされる。
冷間加工されてもよく、材料中の原子異常が保持されるように、材料の再結晶温
度未満の温度で、材料はミリング、グラインディング、ハンマリング、乳鉢及び
乳棒、又は圧縮等により機械的に処理される(Burrellらの国際特許公開WO9
3/23092及びWO95/13704)。原子異常、ひいては抗菌効果を維
持するために、ナノ結晶粉体はガンマ線照射により下記に示すように滅菌されて
もよい。
は内部に取り入れられることができる。例えば、ナノ結晶粉体は被覆体として生
体吸収性基体表面に積層されてもよく;生体吸収性基体の繊維ないに機械的に混
合されてもよく;或いは、物理的なブローイングにより生体吸収性基体中に含浸
されてもよい。生体吸収性基体に含浸されるナノ結晶粉体の量は所望の配合範囲
を達成するために適宜調整することができる。もしくは、ナノ結晶粉体は、生体
適合性基体、医療デバイス又は医療デバイスの部品、或いは、その被覆体の製造
に使用される材料として、使用されるポリマー性、セラミックス性、金属性マト
リックス又は他のマトリックス中に取り込まれてもよい。
ルコール又は水性電解液と接触するときに発揮され、抗菌性金属イオン、原子、
分子又はクラスターが放出される。
吸収性材料は、好ましくは、原子異常をアニールにより解消して有用な抗菌効果
を減少又は無効としうる過度の熱エネルギーを与えることなく滅菌される。Burr
ellらの国際特許出願WO95/13704に記載されるように、ガンマ線照射
が包帯等の滅菌に好ましい。
る包装体中に封入される。ポリエステル製の封切り可能なポーチが好ましい。封
入された生体吸収性・抗菌性材料の保存時間は1年以上である。
性化される。もし生体吸収性材料が電解液への曝露のない用途で使用される場合
には、被覆を活性化して抗菌性金属種を放出させるために、生理食塩水又は70
%エタノールの数滴により当該材料を湿すことができる。包帯では、生体吸収性
材料は接着フィルム等の閉口又は半閉口層と共に位置するようにすることができ
、これにより、包帯を湿潤的な環境に維持することができる。
料はSherwood Medical社(St. Louis, MO, USA)のDEXON(登録商標)II BI-CO
LOR(ポリカプロレートで被覆されたポリグリコール酸の撚糸)であった。
グにより被覆層が形成された。 ターゲット 99.99% Ag ターゲットサイズ 20.3cm 直径 作用ガス 96/4 wt% Ar/O2 作用ガス圧 40mTorr 電力 0.11kW 基体温度 20℃ ベース圧 4.0×10-6Torr アノード/カソード距離 100mm スパッタリング時間/膜厚 16分/500nm 電圧 360V
合糸表面の2/3のみをカバーする不連続被覆が達成された。この被覆方法は、
(実施例5の如く、Na2CO3中のSCEに対して)225mVより大きい開路
電位、並びに、X線回折テストによって確認されたように20nm未満の結晶サ
イズを与えた。
効果を実証すべく、ゾーン阻害試験が行われた。ミュラー‐ヒントン寒天がペト
リ皿中に注入された。寒天プレートは表面を予め乾燥され、次に、Pseudomonas
Aeruginosa ATCC 27317及びStaphylococcus aureus ATCC 25923のかたまりを植
え付けられた。植え付け後直ぐに被覆された縫合糸の一部(1インチ長)が寒天
プレートの中央に載置された。ペトリ皿は37℃で24時間インキュベートされ
、阻害ゾーン(ZOI)がその後測定された。結果は、Pseudomonas Aeruginosa
とStaphylococcus aureusのそれぞれについて平均ZOI(3回のサンプル)が
9.0mm及び7.6mmであった。縫合糸自体の非常に小さいゾーン直径(0
.38mm)を考えると、これらの阻害ゾーンは顕著なものであった。
強度試験が行われた。縫合糸は10インチ長のセグメントに切断され、上記のス
パッタリング条件で銀の被覆が行われた。被覆された縫合糸と被覆されていない
縫合糸がリン酸緩衝食塩水(PBS、pH7.2)中の50%の牛胎児血清(Gi
bco/BRL, Life Technologies社、Ontario, Canada)を含むビーカー中に置かれ
た。ビーカーは37℃でインキュベートされた。1、2及び4日目に、サンプル
を取り出し、Instron Series IX AUtomated Material Testing System 1.04(Sa
mple rate: 10.00 pts/sec, crosshead speed: 0.500 in/min, humidity: 50%,
temperature 73F)を用いて引張強度をテストした。引張残留率(%=処理縫合
糸の破断強度/非被覆縫合糸の破断強度 × 100)が計算された。結果を表
1に示す。 表1 PBS−子牛血清処理縫合糸の引張残留率
いることから、銀被覆は縫合糸の生体吸収性を妨害しなかったことがわかる。
、Princeton, NJ, USA)がナノ結晶銀で被覆された。
グにより被覆層が形成された。 ターゲット 99.99% Ag ターゲットサイズ 20.3cm 直径 作用ガス 96/4 wt% Ar/O2 作用ガス圧 40mTorr 電力 0.11kW 基体温度 20℃ ベース圧 4.0×10-6Torr アノード/カソード距離 100mm スパッタリング時間/膜厚 30分/800nm 電圧 360V
が行われた。被覆されたアルギネート包帯が1インチ四方の片に切断された。一
晩培養したPseudomonas aeruginosa ATCC 27317が5mlのTryptic Soy Broth(T
SB)中に植え付けられ、懸濁液が0.5のMcFarland turbilityに達するまで37
℃でインキュベートされた。0.5mlの微生物懸濁液が包帯片上に植え付けら
れ、37℃で2時間インキュベートされた。包帯を4.5mlのSTS(0.8
5%の塩化ナトリウム、1%のTween(登録商標)20、及び0.4%のチオグリ
コール酸ナトリウム)溶液中で撹拌することにより、包帯中に生存している微生
物が回収された。溶液中の微生物はプレートカウンティングにより数えられ、ロ
グリダクション(log reduction)が計算された。結果は、試験された銀被覆ア
ルギネート包帯は2時間のテスト期間中に6.2のログリダクションを引き起こ
したことを示した。これにより、銀被覆アルギネート包帯の優れた微生物殺傷力
が実証された。
の片)が試験前に秤量された。次に、包帯は30mlの牛胎児血清(Gibco/BRL,
Life Technologies社、Ontario, Canada)を含むペトリ皿に載置され、3日間
インキュベートされた。包帯は60℃のオーブン中で一晩乾燥され、再度秤量さ
れた。皿内で分解が視認されたものの、後の重量の方が前の重量よりも高かった
。これは、包帯が多くの水を吸収してゲルを形成したからであった。この理由に
より、相対重量が計算された。結果は、非被覆のKaltostat包帯と、銀被覆され
た包帯とのそれぞれについて1.69±0.18及び1.74±0.12であっ
た。この差異は統計的に有意ではなかった。
, UK)から購入された。
理された。下記の条件下で織物を被覆するためにWestaim Biomedical TMRCユニ
ットが使用された。 ターゲット 99.99% Ag ターゲットサイズ 15.24cm×152.4cm 作用ガス 80/20wt% Ar/O2 ベース被覆 作用ガス 100/0wt% Ar/O2 トップ被覆 作用ガス圧 40mTorr 全電流 1回目及び2回目の処理は81A 3回目及び4回目の処理は17A ベース圧 5.0×10-6Torr ウェブ速度 230mm/分 ベース被覆 673mm/分 トップ被覆 電圧 430V ベース被覆 300V トップ被覆
き起こした。下記のテストでは、インビトロでの生体分解の指標として、粘度の
増大を監視した。銀被覆アルギネート包帯と非被覆コントロールアルギネート包
帯が2”×2”ピースに切断された。各包帯の4ピース(全部で16平方インチ
)はは80mlのリン酸緩衝食塩水を含むビーカー中に載置された。ビーカーは
揺動インキュベーター中で37℃±1℃、そして、120±5rpmで48±2
時間インキュベートされた。10秒間激しく撹拌後、溶液は取り出されて粘度分
析された。使用された測定システムは、0〜2500l/sの専断速度範囲での
Z1 DINであった。
専断速度、Y軸に粘度をとるチャートとして報告・観察された。溶液粘度が10
00l/sの専断速度後に安定化する傾向があるので1400、1600、18
00l/sの3つの粘度が溶液の粘度を得るために平均化された。このデータは
、銀被覆アルギネート包帯が3.1cPの平均粘度を生成する一方で、コントロ
ールのアルギネート包帯も3.0cPの平均粘度を生成することを示した。これ
らの結果は、両方のアルギネート包帯が非常に類似した分解速度を有しており、
したがって、銀被覆がアルギネート材料の分解に有意な影響を与えないことを示
している。
ムにより分解され、体内に吸収されることができる。幾つかの研究はキトサンが
ラットや犬等の小動物で傷の回復を促進することを示している(Shigemasa Y. e
t al., Biotechnology and Genetic Engineering Reviews 1995; 13:383-420)
。被覆に使用された材料は微細なクリーム色のキトサン粉体であり、ICN Biomed
icals社(Aurora, Ohio, USA)から購入された。
。 ターゲット 99.99% Ag ターゲットサイズ 20.3cm 直径 作用ガス 80/20 wt% Ar/O2 作用ガス圧 30mTorr 電力 0.2kW 基体温度 20℃ ベース圧 6.0×10-6Torr アノード/カソード距離 100mm スパッタリング時間/膜厚 10分 電圧 409V
400〜500nm厚と評価された。一方の面のみが処理された。
帯に使用されたテストと類似していた。銀被覆されたキトサン粉体試料が0.3
mlのTBS中で育成したPseudomonas aeruginosa (107セル/ml)と混合
され、37℃で30分又は2時間インキュベートされた。銀活性は2.7mlの
STS溶液を添加することにより停止された。標準的なプレートカウント技術に
より生存微生物数が決定された。結果は、30分と2時間の両者の場合に、銀被
覆されたキトサン粉体が生存微生物を検出不可能な数まで減少させたことを示し
た。
ス基板上に調製された。スパッタリング条件は下記表2に記載のとおりである。
この条件は実施例1及び2のものと類似していたが、表2のように、作用ガス中
の酸素含量を変えた。純粋な銀の比較被覆も調製(すなわち100%Arのスパ
ッタリング)された。スパッタされたフィルムは次に結晶サイズを決定するため
に、並びに、Ag2O(111)に沿って酸化銀を評価するために、Ag(11
1)線に沿って銀を測定して、X線回折により分析された。また、このフィルム
は残留電位又は開路電位(OCP)を決定するために電気化学的に試験された。
後者の試験はフィルム中の高酸素含量を確認するために行われた。残留電位には
2つの方法で求められた。一方は0.15MのKOH溶液中での15分間の測定
であり、他方は0.15MのNa2CO3溶液中での20分間の測定であった。両
者とも、飽和カロメル電極(SCE)に対するものであった。結果を表3に示す
。
のである。全ての刊行物はここに参照として組み込まれるが、それは個々の刊行
物が具体的に且つ個々に示される場合にそれがここに参照として組み込まれるこ
とを意味している。
求の範囲に定義された本発明の精神の範囲から離れない限り、明確性及び理解の
ために、所定の変更及び修正が行われてもよいことが理解されるべきであろう。
Claims (60)
- 【請求項1】 生体吸収性材料であって 生体吸収性基体、及び、 前記生体吸収性基体と結合した、十分な原子異常を特徴とする結晶形態の1以
上の抗菌性金属 を含み、 前記材料がアルコール又は水性電解液と接触すると、局在化された抗菌効果を
提供するのに十分な濃度で少なくとも1つの抗菌性金属の原子、イオン、分子又
はクラスターを放出し、 分離中に形成される1以上の前記抗菌性金属の粒子が、有害な免疫反応又は毒
性を回避する大きさとなるように、1以上の前記抗菌性金属が前記生体吸収性基
体と結合している、 生体吸収性材料。 - 【請求項2】 前記生体吸収性基体と結合した1以上の前記抗菌性金属が連
続又は不連続の被覆、或いは、粉体の形態である、請求項1記載の生体吸収性材
料。 - 【請求項3】 前記生体吸収性基体と結合した1以上の前記抗菌性金属が粉
体上の被覆の形態である、請求項1記載の生体吸収性材料。 - 【請求項4】 1以上の前記抗菌性金属が、分離中に形成される1以上の前
記抗菌性金属の粒子が2μm未満のサイズを有するように、十分な高酸素含量を
伴って、及び/又は不連続被覆として形成される、請求項2記載の生体吸収性材
料。 - 【請求項5】 前記粒子が1μm未満のサイズを有する、請求項4記載の生
体吸収性材料。 - 【請求項6】 1以上の前記抗菌性金属が900nm未満の厚みを有する被
覆の形態で提供される、請求項2記載の生体吸収性材料。 - 【請求項7】 1以上の前記抗菌性金属が500nm未満の厚みを有する被
覆の形態で提供される、請求項6記載の生体吸収性材料。 - 【請求項8】 1以上の前記抗菌性金属が100μm未満の粒サイズを有す
る粉体の形態で提供される、請求項2記載の生体吸収性材料。 - 【請求項9】 1以上の前記抗菌性金属が40μm未満の粒サイズを有する
粉体の形態で提供される、請求項8記載の生体吸収性材料。 - 【請求項10】1以上の前記抗菌性金属が当該抗菌性金属の原子、イオン、
分子又はクラスターの持続放出を提供するのに十分な原子異常を伴うナノ結晶被
覆又は粉体の形態である、請求項2記載の生体吸収性材料。 - 【請求項11】前記ナノ結晶被覆又は粉体が100nm未満の結晶サイズを
有する、請求項10記載の生体吸収性材料。 - 【請求項12】前記ナノ結晶被覆又は粉体が40nm未満の粒サイズを有す
る、請求項10記載の生体吸収性材料。 - 【請求項13】前記ナノ結晶被覆又は粉体が20nm未満の粒サイズを有す
る、請求項10記載の生体吸収性材料。 - 【請求項14】1以上の前記抗菌性金属がAg、Au、Pt、Pd、Ir、
Sn、Cu、Sb、Bi、Zn又はこれらの合金又は化合物からなる群から選択
される、請求項13記載の生体吸収性材料。 - 【請求項15】1以上の前記抗菌性金属がAg又はAu、或いは、これらの
合金又は化合物からなる群から選択される、請求項11記載の生体吸収性材料。 - 【請求項16】前記抗菌性金属が銀、或いは、その合金又は化合物である、
請求項11記載の生体吸収性材料。 - 【請求項17】前記被覆又は粉体が、吸収、捕捉又は反応した酸素の原子又
は分子を含む、請求項14記載の生体吸収性材料。 - 【請求項18】分離中の1以上の前記抗菌性金属の粒子が2μm未満のサイ
ズを有するように十分な酸素が前記被覆又は粉体に包含されている、請求項17
記載の生体吸収性材料。 - 【請求項19】分離中の1以上の前記抗菌性金属の粒子が1μm未満のサイ
ズを有するように十分な酸素が前記被覆又は粉体に包含されている、請求項17
記載の生体吸収性材料。 - 【請求項20】1以上の前記抗菌性金属が銀、或いは、その合金又は化合物
であり、前記被覆又は粉体が、その溶融温度に対するその再結晶化温度の比がK
(Trec/Tm)として0.33未満である、請求項18記載の生体吸収性材料
。 - 【請求項21】前記比が0.3未満である、請求項20記載の生体吸収性材
料。 - 【請求項22】前記再結晶化温度が約140℃未満である、請求項21記載
の生体吸収性材料。 - 【請求項23】前記被覆が、標準カロメル電解液に対して、0.15MのN
a2CO3又は0.15MのKOHにおいて測定した場合に、正の残留電位を有す
る、請求項20記載の生体吸収性材料。 - 【請求項24】前記正の残留電位が、0.15MのNa2CO3において、2
25mVより高い、請求項23記載の生体吸収性材料。 - 【請求項25】前記正の残留電位が、0.15MのNa2CO3において、2
50mVより高い、請求項23記載の生体吸収性材料。 - 【請求項26】前記生体吸収性基体が、 (a)ポリグリコール酸、グリコライド、乳酸、ラクタイド、ジオキサノン、ト
リメチレンカーボネートのポリマーからなる群から選択されるポリエステル又は
ポリアセトン、ポリ無水物、ポリエステルアミド、ポリオルセオエステル、ポリ
フォスファゼンの重合体、並びに、これらの共重合体、及び、関連ポリマー又は
モノマーの共重合体; (b)アルブミン、フィブリン、コラーゲン又はエラスチンからなる群から選択
されたタンパク質; (c)キトサン、アルギネート又はヒアルロン酸からなる群から選択された多糖
類;又は (d)3−ヒドロキシ酪酸重合体を含む生合成ポリマー から選択される生体吸収性ポリマーから形成される、請求項23記載の生体吸収
性材料。 - 【請求項27】前記生体吸収性基体が、傷口閉止体;縫合糸;ステープル;
接着体;メッシュ;人工器官;制御されたドラッグデリバリーシステム;傷被覆
体;及び充填剤から選択される医療デバイス又はその一部である、請求項23記
載の生体吸収性材料。 - 【請求項28】前記生体吸収性基体が1以上の前記抗菌性金属のコーティン
グで被覆された、又は、1以上の前記抗菌性金属の粉体が含入されたアルギネー
ト包帯である、請求項23記載の生体吸収性材料。 - 【請求項29】前記生体吸収性基体が1以上の前記抗菌性金属のコーティン
グで被覆されたキトサン粉体である、請求項23記載の生体吸収性材料。 - 【請求項30】生体吸収性材料の製造方法であって、 生体吸収性基体を準備する工程;及び 前記生体吸収性基体と1以上の抗菌性金属を、該金属が該基体と結合して残留
するように接触させる工程 を含み、 1以上の前記抗菌性金属は、原子異常の維持のために拡散を制限する処理条件
下で原子異常を生成することによって形成されており、 前記原子異常は、前記材料がアルコール又は水性電解液と接触すると、局在化
された抗菌効果を提供するのに十分な濃度で少なくとも1つの抗菌性金属の原子
、イオン、分子又はクラスターを放出する程度に十分であり、 分離中に形成される1以上の前記抗菌性金属の粒子が有害な免疫反応又は毒性
を回避する大きさとなるように、1以上の前記抗菌性金属が前記生体吸収性基体
と結合する、 生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項31】前記生体吸収性基体が、該基体上に被覆を形成することによ
って、或いは、該基体上又は基体中に粉体を含入することによって、1以上の前
記抗菌性金属と接触し、該基体と結合する抗菌性金属は連続又は不連続被覆、或
いは、粉体として形成される、請求項30記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項32】前記生体吸収性基体と結合した1以上の前記抗菌性金属が粉
体上の被覆の形態である、請求項30記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項33】1以上の前記抗菌性金属が、分離中に形成される1以上の前
記抗菌性金属の粒子が2μm未満のサイズを有するように、十分な高酸素含量を
伴って、及び/又は、不連続被覆として形成される、請求項31記載の生体吸収
性材料の製造方法。 - 【請求項34】前記粒子が1μm未満のサイズを有する、請求項33記載の
生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項35】1以上の前記抗菌性金属が900nm未満の厚みを有する被
覆の形態で提供される、請求項31記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項36】1以上の前記抗菌性金属が500nm未満の厚みを有する被
覆の形態で提供される、請求項35記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項37】1以上の前記抗菌性金属が100μm未満の粒サイズを有す
る粉体の形態で提供される、請求項31記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項38】1以上の前記抗菌性金属が40μm未満の粒サイズを有する
粉体の形態で提供される、請求項37記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項39】1以上の前記抗菌性金属が当該抗菌性金属の原子、イオン、
分子又はクラスターの持続放出を提供するのに十分な原子異常を伴うナノ結晶被
覆又は粉体として形成される、請求項31記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項40】1以上の前記抗菌性金属が100nm未満の結晶サイズを有
するナノ結晶被覆又は粉体として形成される、請求項39記載の生体吸収性材料
の製造方法。 - 【請求項41】1以上の前記抗菌性金属が40nm未満の粒サイズを有する
ナノ結晶被覆又は粉体として形成される、請求項40記載の生体吸収性材料の製
造方法。 - 【請求項42】1以上の前記抗菌性金属が20nm未満の粒サイズを有する
ナノ結晶被覆又は粉体として形成される、請求項41記載の生体吸収性材料の製
造方法。 - 【請求項43】1以上の前記抗菌性金属がAg、Au、Pt、Pd、Ir、
Sn、Cu、Sb、Bi、Zn又はこれらの合金又は化合物からなる群から選択
される、請求項40記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項44】1以上の前記抗菌性金属の少なくとも1つがAg又はAu、
或いは、これらの合金又は化合物である、請求項40記載の生体吸収性材料の製
造方法。 - 【請求項45】前記抗菌性金属が銀、或いは、その合金又は化合物である、
請求項40記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項46】1以上の前記抗菌性金属の被覆又は粉体が (A)真空蒸着、スパッタリング、マグネトロンスパッタリング又はイオンプレ
ーティングから選択される物理蒸着であって (a)蒸着される1以上の前記抗菌性金属又は金属化合物のケルビン度での融
点に対する被覆される前記基体のケルビン度での温度の比を0.5未満に維持す
る; (b)被覆される表面の被覆フラックスの入射角を75゜未満に維持する;及
び (c)蒸着技術によって、周囲又は作用ガス圧を (i)電子ビーム又はアーク蒸着であれば0.01mTより大きく (ii)ガススパッタリング又は反応アーク蒸着であれば20mTより大きく (iii)スパッタリングであれば75mTより大きく (iv)マグネトロンスパッタリングであれば10mTより大きく (v)イオンプレーティングであれば200mTより大きく 維持する の1つ以上の条件下で行われる物理蒸着: 又は (B)抗菌性金属とは異なる物質の原子又は分子を備える結晶マトリックスであ
って、該原子又は分子がマトリックス中で原子異常を生成している結晶マトリッ
クス中の抗菌性金属の真空蒸着により、共、連続又は反応蒸着によって1以上の
前記抗菌性金属を含む金属複合物として抗菌性材料を形成すること: 又は (C)抗菌性金属が粉体の形態の場合は、抗菌性材料が原子異常を維持するよう
に再結晶化温度未満での温度で1以上の前記抗菌性金属を含む抗菌性材料を低温
処理すること のいずれかによって形成される、請求項43記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項47】前記抗菌性金属が前記の工程(A)及び/又は(B)の条件
下で被覆として形成され、蒸着中の作用ガス雰囲気中に含まれていた酸素の吸収
された、捕捉された又は反応した原子又は分子を含み、該被覆が前記生体吸収性
基体上に直接形成されるか、或いは、粉体に変換される被覆として形成される請
求項46記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項48】作用ガスの酸素に対する比が約96:4又はそれ未満である
、請求項47記載の生体吸収材料の製造方法。 - 【請求項49】分離中の1以上の前記抗菌性金属の粒子が2μm未満のサイ
ズを有するように十分な酸素が前記被覆又は粉体に包含される、請求項47記載
の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項50】分離中の1以上の前記抗菌性金属の粒子が1μm未満のサイ
ズを有する、請求項49記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項51】1以上の前記抗菌性金属が銀、或いは、その合金又は化合物
であり、前記被覆又は粉体が、その溶融温度に対するその再結晶化温度の比がK
(Trec/Tm)として0.33未満である、請求項49記載の生体吸収性材料の
製造方法。 - 【請求項52】前記比が0.3未満である、請求項51記載の生体吸収性材
料の製造方法。 - 【請求項53】前記再結晶化温度が約140℃未満である、請求項52記載
の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項54】前記被覆が、標準カロメル電解液に対して、0.15MのN
a2CO3又は0.15MのKOHにおいて測定した場合に、正の残留電位を有す
る、請求項51記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項55】前記正の残留電位が、0.15MのNa2CO3において、2
25mVより高い、請求項54記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項56】前記正の残留電位が、0.15MのNa2CO3において、2
50mVより高い、請求項54記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項57】前記生体吸収性基体が、 (a)ポリグリコール酸、グリコライド、乳酸、ラクタイド、ジオキサノン、ト
リメチレンカーボネートからなる群から選択されるポリエステル又はポリアセト
ン、ポリ無水物、ポリエステルアミド、ポリオルセオエステル、ポリフォスファ
ゼンの重合体、並びに、これらの共重合体、及び、関連ポリマー又はモノマーの
共重合体; (b)アルブミン、フィブリン、コラーゲン又はエラスチンからなる群から選択
されたタンパク質; (c)キトサン、アルギネート又はヒアルロン酸からなる群から選択された多糖
類;又は (d)3−ヒドロキシ酪酸重合体を含む生合成ポリマー から選択される生体吸収性ポリマーから形成される、請求項54記載の生体吸収
性材料の製造方法。 - 【請求項58】前記生体吸収性基体が、傷口閉止体;縫合糸;ステープル;
接着体;メッシュ;人工器官;制御されたドラッグデリバリーシステム;傷被覆
体;及びフィルターから選択される医療デバイス又はその一部である、請求項5
4記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項59】前記生体吸収性基体が1以上の前記抗菌性金属のコーティン
グで被覆された、又は、1以上の前記抗菌性金属の粉体が含入されたアルギネー
ト包帯である、請求項54記載の生体吸収性材料の製造方法。 - 【請求項60】前記生体吸収性基体が1以上の前記抗菌性金属のコーティン
グで被覆されたキトサン粉体である、請求項54記載の生体吸収性材料の製造方
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