JP2006176784A - 架橋ポリエチレンを含有するポリマー組成物及びそれの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリマー組成物であって、(a)自由体積を有する、架橋ポリエチレン分子のマトリックスと、(b)スクアラン、脂肪酸、グリセリド、ポリイソプレノイド、コレステロール、コレステロールエステル、及びそれらの混合物から成る群から選ばれている少なくとも1種の非極性生体親和性脂質であって、前記マトリックスの前記自由体積の少なくとも一部分を満たしている非極性生体親和性脂質とを含有している、ポリマー組成物を提供する。更に、該ポリマー組成物の製法を提供する。
【選択図】 なし
Description
本発明は、架橋ポリエチレンを含有するポリマー組成物及びそれの製造方法に関する。
超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)は通常、人工股関節のような整形外科インプラントにおけるベアリング材料(bearing material)として用いられる。例えば、超高分子量ポリエチレンは、股関節の寛骨臼カップ(acetabular cup)のためのライナー(liner)として使用され、股関節において、該ライナーは、寛骨臼カップ内における大腿骨骨頭の咬交運動(articulating movement)を容易にするベアリング(bearing;支点)としての役割を果たす。
本発明は、ポリマー組成物であって、自由体積を有する、架橋ポリエチレン分子のマトリックスと、スクアラン、脂肪酸、グリセリド、ポリイソプレノイド、コレステロール、コレステロールエステル、及びそれらの混合物から成る群から選ばれている少なくとも1種の非極性生体親和性脂質であって、前記マトリックスの前記自由体積の少なくとも一部分を満たしている(fills) 少なくとも1種の非極性生体親和性脂質とを含有している、ポリマー組成物を提供する。
本発明は、架橋ポリエチレン分子のマトリックスを含有しているポリマー組成物を提供する。該ポリマー組成物中に存在するポリエチレン分子のマトリックスは、自由体積を有している。本明細書で用いる用語「自由体積(free volume)」とは、架橋ポリエチレン分子のマトリックスの中に存在するポリエチレン分子の間の隙間空間(interstitial spaces)によって形成される空体積(empty volume)をいう。このように、ポリマー組成物の自由体積は、典型的には個々のポリマー分子の運動を可能にする、該組成物中の空間(unoccupied space)である。
この実施例は、本発明の方法によるポリマー組成物の製造と、本発明のポリマー組成物の機械特性とを例示する。約5,000,000〜約6,000,000原子質量単位の分子量を有するGUR1050ラム押出し(ram-extruded)超高分子量ポリエチレンの3種の類似試料(ポリマー組成物1A〜1C)を、約5Mrad(50KGy)のγ線に曝露して、その中に含有されている超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部分を架橋させた(cross-link;交差結合させた)。それら試料は、次いで、該超高分子量ポリエチレンの融点より低い温度まで加熱して、その照射工程の間に該超高分子量ポリエチレンの中に作り出されるフリーラジカルのかなりの部分を消滅させた。ポリマー組成物1B及び1C(本発明)は、次いで、該ポリエチレンを膨潤させ、かつ、スクアランの少なくとも一部分をそれら試料の中に拡散させるのに十分な条件の下、該スクアラン中に浸漬させた。とりわけ、ポリマー組成物1Bは、約90℃の温度で約24時間の間、スクアラン中に浸漬させ、また、ポリマー組成物1Cは、約120℃の温度で約72時間の間、スクアランに浸漬させた。ポリマー組成物1A(比較)は、脂質に浸漬させなかった。
この実施例は、本発明の方法によるポリマー組成物の製造と、本発明のポリマー組成物の機械特性とを例示する。約5,000,000〜約6,000,000原子質量単位の分子量を有するGUR1050ラム押出し超高分子量ポリエチレンの3種の類似試料(ポリマー組成物2A〜2C)を、約5Mrad(50KGy)のγ線に曝露して、その中に含有されている超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部分を架橋させた。それら試料は、次いで、該超高分子量ポリエチレンの融点より低い温度まで加熱して、その照射工程の間に該超高分子量ポリエチレンの中に作り出されるフリーラジカルのかなりの部分を消滅させた。それらポリマー組成物は、次いで、約140℃の温度で約8時間の間、スクアレン中に浸漬させた。それらポリマー組成物は、次いで、それぞれ60℃、100℃及び115℃の温度で約24時間の間、真空炉で乾燥させた。
この実施例は、本発明の方法によるポリマー組成物の製造と、本発明のポリマー組成物の動的機械特性とを例示する。約5,000,000〜約6,000,000原子質量単位の分子量を有するGUR1050ラム押出し超高分子量ポリエチレンの2種の類似試料(ポリマー組成物3A及び3B)を、約5Mrad(50KGy)のγ線に曝露して、その中に含有されている超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部分を架橋させた。それら試料は、次いで、該超高分子量ポリエチレンの融点より低い温度まで加熱して、その照射工程の間に該超高分子量ポリエチレンの中に作り出されるフリーラジカルのかなりの部分を消滅させた。ポリマー組成物3B(本発明)は、次いで、約120℃の温度で約8時間の間、スクアレン中に浸漬させた。結果として得られた、ポリマー組成物3Bの脂質含有量は、該ポリマー組成物の全重量に基づき約2.9重量%であることが確認された。ポリマー組成物3A(比較)は、非極性生体親和性脂質に浸漬させなかった。
この実施例は、本発明の方法によるポリマー組成物の製造と、本発明のポリマー組成物の動的機械特性とを例示する。約5,000,000〜約6,000,000原子質量単位の分子量を有するGUR1050ラム押出し超高分子量ポリエチレンの4種の類似試料(ポリマー組成物4A〜4D)を、約5Mrad(50KGy)のγ線に曝露して、その中に含有されている超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部分を架橋させた。それら試料は、次いで、該超高分子量ポリエチレンの融点より低い温度まで加熱して、その照射工程の間に該超高分子量ポリエチレンの中に作り出されるフリーラジカルのかなりの部分を消滅させた。ポリマー組成物4B、4C及び4D(本発明)は、次いで、該ポリエチレンを膨潤させ、かつ、スクアランの少なくとも一部分をそれら試料の中に分散させるのに十分な条件の下、該スクアラン中に浸漬させた。とりわけ、ポリマー組成物4Bは、約90℃の温度で約24時間の間、スクアラン中に浸漬させ、ポリマー組成物4Cは、約100℃の温度で約72時間の間、スクアラン中に浸漬させ、また、ポリマー組成物4Dは、約120℃の温度で約72時間の間、スクアランに浸漬させた。ポリマー組成物4A(比較)は、非極性生体親和性脂質に浸漬させなかった。
割線係数プリフォームプリフォームプリフォームプリフォームプリフォームプリフォームプリフォームプリフォームプリフォームプリフォームプリフォーム
(1)ポリマー組成物であって、
(a)自由体積を有する、架橋ポリエチレン分子のマトリックスと、
(b)スクアラン、脂肪酸、グリセリド、ポリイソプレノイド、コレステロール、コレステロールエステル、及び、それらの混合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の非極性生体親和性脂質と、を含み、
前記少なくとも1種の非極性生体親和性脂質は、前記マトリックスの前記自由体積の少なくとも一部分を満たしている、を含有している、ポリマー組成物。
(2)実施態様1記載のポリマー組成物であって、
非極性生体親和性脂質はポリイソプレノイドである、ポリマー組成物。
(3)実施態様2記載のポリマー組成物であって、
前記非極性生体親和性脂質は、スクアラン、スクアレン、及び、それらの混合物から成る群から選ばれている、ポリマー組成物。
(4)実施態様1記載のポリマー組成物であって、
前記非極性生体親和性脂質は、前記ポリマー組成物の全重量に基づき該ポリマー組成物を1重量%〜60重量%含有している、ポリマー組成物。
(5)実施態様1記載のポリマー組成物であって、
前記組成物は、215MPa以下のヤング率(E)を有している、ポリマー組成物。
(6)実施態様1記載のポリマー組成物であって、
前記組成物は、20%伸び率における90MPa以下の割線係数(secant modulus)を有している、ポリマー組成物。
(7)実施態様1記載のポリマー組成物であって、
前記組成物は、550MPa以下の貯蔵弾性率(E’)を有している、ポリマー組成物。
(8)実施態様1記載のポリマー組成物であって、
前記組成物は、45MPa以下の損失弾性率(E”)を有している、ポリマー組成物。
(9)ポリマー組成物の製造方法であって、
(a)400,000原子質量単位以上の重量平均分子量を有する超高分子量ポリエチレンを含有するプリフォームを提供する工程と、
(b)スクアラン、脂肪酸、グリセリド、ポリイソプレノイド、コレステロール、コレステロールエステル、及びそれらの混合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の非極性生体親和性脂質を含有する溶液を提供する工程と、
(c)前記プリフォームの少なくとも一部分を前記溶液と接触させて、前記超高分子量ポリエチレンを膨潤させ、かつ前記非極性生体親和性脂質を該プリフォームの少なくとも一部分の中に拡散させる工程と、
(d)工程(c)において前記溶液と接触した前記プリフォームの少なくとも前記一部分に放射線を照射して、その中に含有される前記超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部分を架橋し、かつ、自由体積を有する架橋済みポリエチレン分子のマトリックスを含有するポリマー組成物を形成する工程であって、前記の少なくとも1種の生体親和性脂質が該マトリックスの該自由体積の少なくとも一部分を満たす工程と、
を包含する、製造方法。
(10)実施態様9記載の方法であって、
非極性生体親和性脂質はポリイソプレノイドである、方法。
(11)実施態様10記載の方法であって、
前記非極性生体親和性脂質は、スクアラン、スクアレン、及びそれらの混合物から成る群から選ぶ、方法。
(12)実施態様9記載の方法であって、
前記溶液は、工程(c)の間、80℃〜150℃の温度に維持する、方法。
(13)実施態様9記載の方法であって、
前記プリフォームは、工程(c)において、2時間以上の間、前記溶液と接触させる、方法。
(14)実施態様9記載の方法であって、
工程(c)において生成した前記プリフォーム又は工程(d)において生成した前記ポリマー組成物を乾燥して、過剰の非極性生体親和性脂質を除去し、かつ、所望の最終濃度の非極性生体親和性脂質を有するプリフォーム又はポリマー組成物を生じさせる工程を更に含有する、方法。
(15)ポリマー組成物の製造方法であって、
(a)400,000原子質量単位以上の重量平均分子量を有する超高分子量ポリエチレンを含有するプリフォームを提供する工程と、
(b)前記プリフォームの少なくとも一部分に放射線を照射して、その中に含有される前記超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部分を架橋し、かつ、自由体積を有する架橋済みポリエチレン分子のマトリックスを含有するポリマー組成物を形成する工程と、
(c)スクアラン、脂肪酸、グリセリド、ポリイソプレノイド、コレステロール、コレステロールエステル、及びそれらの混合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の非極性生体親和性脂質を含有する溶液を提供する工程と、
(d)前記プリフォームの少なくとも一部分を前記溶液と接触させて、前記超高分子量ポリエチレンを膨潤させ、かつ、前記非極性生体親和性脂質を前記マトリックスの前記自由体積の少なくとも一部分の中に拡散させる工程と
を包含する、製造方法。
(16)実施態様15記載の方法であって、
非極性生体親和性脂質はポリイソプレノイドである、方法。
(17)実施態様16記載の方法であって、
前記非極性生体親和性脂質は、スクアラン、スクアレン、及びそれらの混合物から成る群から選ぶ、方法。
(18)実施態様15記載の方法であって、
前記溶液は、工程(d)の間、80℃〜150℃の温度に維持する、方法。
(19)実施態様15記載の方法であって、
前記プリフォームは、2時間以上の間前記溶液と接触させる、方法。
(20)実施態様15記載の方法であって、
工程(d)において生成した前記ポリマー組成物を乾燥して、過剰の非極性生体親和性脂質を除去し、かつ、所望の最終濃度の非極性生体親和性脂質を有するポリマー組成物を生じさせる工程を更に含有する、方法。
Claims (10)
- ポリマー組成物であって、
(a)自由体積を有する、架橋ポリエチレン分子のマトリックスと、
(b)スクアラン、脂肪酸、グリセリド、ポリイソプレノイド、コレステロール、コレステロールエステル、及び、それらの混合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の非極性生体親和性脂質と、を含み、
前記少なくとも1種の非極性生体親和性脂質は、前記マトリックスの前記自由体積の少なくとも一部分を満たしている、を含有している、ポリマー組成物。 - 請求項1記載のポリマー組成物であって、
非極性生体親和性脂質はポリイソプレノイドである、ポリマー組成物。 - 請求項2記載のポリマー組成物であって、
前記非極性生体親和性脂質は、スクアラン、スクアレン、及び、それらの混合物から成る群から選ばれている、ポリマー組成物。 - 請求項1記載のポリマー組成物であって、
前記非極性生体親和性脂質は、前記ポリマー組成物の全重量に基づき該ポリマー組成物を1重量%〜60重量%含有している、ポリマー組成物。 - 請求項1記載のポリマー組成物であって、
前記組成物は、215MPa以下のヤング率(E)を有している、ポリマー組成物。 - 請求項1記載のポリマー組成物であって、
前記組成物は、20%伸び率における90MPa以下の割線係数(secant modulus)を有している、ポリマー組成物。 - 請求項1記載のポリマー組成物であって、
前記組成物は、550MPa以下の貯蔵弾性率(E’)を有している、ポリマー組成物。 - 請求項1記載のポリマー組成物であって、
前記組成物は、45MPa以下の損失弾性率(E”)を有している、ポリマー組成物。 - ポリマー組成物の製造方法であって、
(a)400,000原子質量単位以上の重量平均分子量を有する超高分子量ポリエチレンを含有するプリフォームを提供する工程と、
(b)スクアラン、脂肪酸、グリセリド、ポリイソプレノイド、コレステロール、コレステロールエステル、及び、それらの混合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の非極性生体親和性脂質を含有する溶液を提供する工程と、
(c)前記プリフォームの少なくとも一部分を前記溶液と接触させて、前記超高分子量ポリエチレンを膨潤させ、かつ、前記非極性生体親和性脂質を該プリフォームの少なくとも一部分の中に拡散させる工程と、
(d)工程(c)において前記溶液と接触した前記プリフォームの少なくとも前記一部分に放射線を照射して、その中に含有される前記超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部分を架橋し、かつ、自由体積を有する架橋済みポリエチレン分子のマトリックスを含有するポリマー組成物を形成する工程であって、前記の少なくとも1種の生体親和性脂質が該マトリックスの該自由体積の少なくとも一部分を満たす工程と、
を包含する、製造方法。 - ポリマー組成物の製造方法であって、
(a)400,000原子質量単位以上の重量平均分子量を有する超高分子量ポリエチレンを含有するプリフォームを提供する工程と、
(b)前記プリフォームの少なくとも一部分に放射線を照射して、その中に含有される前記超高分子量ポリエチレンの少なくとも一部分を架橋し、かつ、自由体積を有する架橋済みポリエチレン分子のマトリックスを含有するポリマー組成物を形成する工程と、
(c)スクアラン、脂肪酸、グリセリド、ポリイソプレノイド、コレステロール、コレステロールエステル、及び、それらの混合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の非極性生体親和性脂質を含有する溶液を提供する工程と、
(d)前記プリフォームの少なくとも一部分を前記溶液と接触させて、前記超高分子量ポリエチレンを膨潤させ、かつ、前記非極性生体親和性脂質を前記マトリックスの前記自由体積の少なくとも一部分の中に拡散させる工程と、
を包含する、製造方法。
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