JP2012525926A - Uhmwpeにおける複数の添加剤のブレンドによる相乗効果 - Google Patents
Uhmwpeにおける複数の添加剤のブレンドによる相乗効果 Download PDFInfo
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- C08J2323/06—Polyethene
Abstract
Description
本願は、2009年5月4日出願の米国特許仮出願第61/175,308号の優先権を主張するものであり、この出願全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
別段定義されない限り、本明細書で使用する技術用語および科学用語を含むあらゆる用語は、本発明が属する分野の技術者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本発明の目的では、以下の用語は、別段指定されない限り下記の意味を有する。
rb=混成UHMWPEにおける添加剤bの相対濃度、
rn=混成UHMWPEにおける添加剤nの相対濃度
(ra+rb+...+rn=1)、
OITa=UHMWPEにおける添加剤aのみの酸化誘導時間(OIT)、
OITb=UHMWPEにおける添加剤bのみの酸化誘導時間(OIT)、
OITn=UHMWPEにおける添加剤nのみの酸化誘導時間(OIT)、および
OITa、b、...n=UHMWPEにおける添加剤a、b、...nの酸化誘導時間(OIT)ならば、
付加的相互作用:OITa、b、...n=ra(OITa)+rb(OITb)+...+rn(OITn) (1)
相乗的相互作用:OITa、b、...n>ra(OITa)+rb(OITb)+...+rn(OITn) (2)
拮抗的相互作用:OITa、b、...n<ra(OITa)+rb(OITb)+...+rn(OITn) (3)である。
rb=混成UHMWPEにおける添加剤bの相対濃度
(ra+rb=1)、
Ca=UHMWPEにおける添加剤aのみの質量濃度、
Cb=UHMWPEにおける添加剤bのみの質量濃度、
OIT(Ca)=UHMWPE中濃度Caにおける添加剤aのみの酸化誘導時間(OIT)、
OIT(Cb)=UHMWPE中濃度Cbにおける添加剤bのみの酸化誘導時間(OIT)、
OIT(Ca’、Cb’)=UHMWPE中濃度Ca’における添加剤aの酸化誘導時間(OIT)およびUHMWPE中濃度Cb’における添加剤bの酸化誘導時間(OIT)
(Ca’<Ca、Cb’<CbかつCa’+Cb’=Ca=Cb)ならば、
OIT(Ca’、Cb’)≧ra[OIT(Ca)]+rb[OIT(Cb)] (4)である。
(1)両方の添加剤が、一緒になって反応して、安定化においてより効率的な新しい種をもたらすこと、
(2)「第2の」添加剤が「第1の」添加剤またはその副生成物と反応して、第1の添加剤を再生し、または有害な効果を阻害すること、ならびに
(3)両方の添加剤が、ラジカル鎖の酸化および動力学的効果のみから生じる相乗作用の結果による異なるレベルで作用すること。
(実施例1)
ここで図1を参照すると、ステップ1は、本願および必要な性能/特性に基づく、出発材料として使用されるポリマー樹脂または粉末の選択を示す。例えば、ポリマー樹脂は、GUR1050またはGUR1020超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、Teflon、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、熱可塑性のエラストマー等であってよい。ステップ2では、この選択されたポリマー樹脂を、遊星、リボン、タンブル、垂直、回転、プラウ(plow)、円柱またはナイフ型ブレンドなどの標準のブレンド/混合技術を用いて周囲条件下でブレンドすることによって、少なくとも2つの相乗的添加剤と混成する。特定の場合には、低分子量画分のポリマーを使用して、抗酸化添加剤の均一な分布を達成することができる。低分子量画分によって、抗酸化剤を拡散させ、したがって均一に分散させることができる低融点の構成成分が得られる。一例として、低分子量画分のポリエチレンは、出発樹脂としての超高分子量ポリエチレンとブレンドすることができる。ステップ3では、圧縮成形、ラム押出、射出成形などの標準技術を介して、ブレンドを強化してプリフォームにする。ステップ4では、標準の熱処理を実施して、強化中に発生する残留応力を緩和する。例えば、残留応力の緩和のための一般的な強化後の熱処理は、強化した材料をオーブンまたは適切な液体浴中で104℃以上に加熱し、その浸漬温度を保持し、材料を1時間あたり6℃未満の速度でゆっくり冷却することを含む。あるいは、熱処理は、抵抗加熱素子を用いて加熱される対流型の加熱オーブンを使用して実施することができる。あるいは、真空加熱を使用することができる。ステップ5では、最終的な移植片の所望の架橋レベルに応じて決定を行う。最終的な移植片が高度に架橋されることを企図しない場合、ステップ6は、所望の整形外科用構成要素を最終的な形状に機械加工することを含む。ステップ7では、移植片を、2.5〜4.0Mrad(25〜40kGy)の標準の線量を用いてγ放射線によって滅菌する。最終的な移植片が高度に架橋されることを企図する場合、ステップ8に記載の通り、空気中で5〜20Mrad(50〜200kGy)の範囲の線量を用いて、γ放射または電子線放射によって空気中でプリフォームを照射する。ステップ9では、最終的な移植片を、高度に架橋された
プリフォーム材料から機械加工する。ステップ10では、高度に架橋された移植片にとって望ましい滅菌方法に関する決定を行う。ステップ11では、移植片を、放射線を使用せずにガス滅菌によって滅菌する。ステップ12では、最終的な移植片を、2.5〜4.0Mrad(25〜40kGy)の標準の線量範囲を用いてγ放射線によって滅菌する。
純粋なGUR1020 UHMWPE樹脂を、以下のものと混成した。
・材料A-500ppm(0.05wt.%)の名目上の濃度のdl-α-トコフェロール(ビタミンEまたはVit E)、
・材料B-500ppm(0.05wt.%)の名目上の濃度の精製クルクミンまたはジフェルロイルメタン(HPLCによって97.7%)、
・材料C-それぞれ250ppm(0.025wt.%)の名目上の濃度のdl-α-トコフェロールおよび精製クルクミン。
OITMix=0.5(OITa+OITb) (5)
ただし、OITMixは、混合物のOITであり、
OITaは、UHMWPEにおける物質aのOITであり、
OITbは、UHMWPEにおける物質bのOITである。
純粋なGUR1020 UHMWPE樹脂を、以下のものとブレンドした。
・材料A-500ppm(0.05wt.%)の名目上の濃度のdl-α-トコフェロール(ビタミンEまたはVit E)、
・材料F-それぞれ300ppm(0.03wt.%)の名目上の濃度のdl-α-トコフェロールおよび非抗酸化剤である多価アルコールのジペンタエリスリトール(DPE)。
純粋なGUR1020 UHMWPE樹脂を、以下のものとブレンドした。
・材料B-500ppm(0.05wt.%)の名目上の濃度の精製クルクミンまたはジフェルロイルメタン(HPLCによって97.7%)、
・材料G-それぞれ300ppm(0.03wt.%)の名目上の濃度の精製クルクミンまたはジフェルロイルメタン(HPLCによって97.7%)および非抗酸化剤である多価アルコールのジペンタエリスリトール(DPE)。
優先出願(本願が優先権を主張し、出願の全体が参照によって本明細書に組み込まれる、2009年5月4日出願の米国特許仮出願第61/175,308号)を除き、本明細書で言及した特許、特許出願および刊行物は、本発明が関連する分野の技術者のレベルを示すものである。これらの文書はまた、本発明の時点において本発明が関連する分野の技術者に公知であったものを、厳密には非限定的な方法で例示することを企図する。これらの文書は、いかなる方法でもここに記載の本発明を制限することを企図しない。
(参考文献)
Claims (36)
- (i)UHMWPE樹脂を得るステップと、(ii)前記UHMWPE樹脂を、第1の量の第1の添加剤および第2の量の第2の添加剤の両方と混成するステップであって、前記第1および前記第2の添加剤は異なる添加剤である、ステップと、(iii)前記第1および第2の添加剤と混成されたUHMWPEを強化するステップと、(iv)前記強化されたUHMWPEを架橋して耐酸化性UHMWPEを作成するステップであって、前記第1および第2の添加剤は前記架橋されたUHMWPEの耐酸化性を相乗的に増大させる、ステップとを含む、医療用プロテーゼにおいて使用するための架橋された耐酸化性UHMWPEを調製する方法。
- ステップ(i)において得られた前記UHMWPE樹脂が、ステップ(iv)における架橋を含むその後のステップの前に既に架橋されている、請求項1に記載の方法。
- 前記架橋が、照射架橋および化学的架橋からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記架橋が照射架橋である、請求項1に記載の方法。
- ステップ(ii)でUHMWPEと混成される前記第1の添加剤の量が、UHMWPEの相対量に対して約50ppm〜約5,000ppmであり、ステップ(ii)でUHMWPEと混成される前記第2の添加剤の量が、UHMWPEの相対量に対して約50ppm〜約5,000ppmである、請求項1に記載の方法。
- ステップ(ii)でUHMWPEと混成される前記第1の添加剤の量が、UHMWPEの相対量に対して約0.005%〜約0.5%であり、ステップ(ii)でUHMWPEと混成される前記第2の添加剤の量が、UHMWPEの相対量に対して約0.005%〜約0.5%である、請求項1に記載の方法。
- 前記架橋の線量が約1.5MRad〜約30MRadである、請求項4に記載の方法。
- 前記混成、強化および架橋されたUHMWPEを、医療用プロテーゼのための軸受構成要素に機械加工するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記混成、強化、架橋および機械加工されたUHMWPE軸受構成要素の架橋密度が、約0.03mol/dm3〜約0.50mol/dm3である、請求項8に記載の方法。
- 前記第1の添加剤が、フェノール性抗酸化剤およびヒンダードアミンからなる群から選択され、前記第2の添加剤が、亜リン酸添加剤、多価アルコール、フェノール性抗酸化剤、ヒンダードアミン、カロテノイド、アミノ酸系添加剤、チオ共力剤および抗酸化剤からなる群から選択される、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の添加剤のフェノール性抗酸化剤が、トコフェロール、トコトリエノール、クルクミノイド、フラボノイド、フェニルプロパノイドおよび合成フェノール性抗酸化剤からなる群から選択され、前記第1の添加剤のヒンダードアミン抗酸化剤が、chimassorb 944、chimassorb 119 FL、cyasorb UV 3346、tinuvin 144、tinuvin 765、tinuvin 770 DFからなる群から選択され、前記第2の添加剤の亜リン酸添加剤が、ホスフィット、ホスホニットおよびホスフィンからなる群から選択され、前記第2の添加剤の多価アルコールが、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトールおよびトリメチロールプロパンエトキシレートからなる群から選択され、前記第2の添加剤のフェノール性抗酸化剤が、トコフェロール、トコトリエノール、クルクミノイド、フラボノイド、フェニルプロパノイド合成抗酸化剤およびベンゾキノールからなる群から選択され、前記第2の添加剤のヒンダードアミンが、chimassorb 944、chimassorb 119 FL、cyasorb UV 3346、tinuvin 144、tinuvin 765、tinuvin 770 DFからなる群から選択され、前記第2の添加剤のカロテノイドが、β-カロテン、リコペン、ルテイン、ゼアキサンチン、エキネノンおよびゼアキサンチンからなる群から選択され、前記第2の添加剤のアミノ酸系添加剤が、グルタチオン、システイン、チロシンおよびトリプトファンからなる群から選択され、前記第2の添加剤のチオ共力剤が、チオジプロピオン酸ジステアリル、irganox PS 800およびirganox PS 802からなる群から選択され、前記第2の添加剤の抗酸化剤が、パルミチン酸アスコルビル、アスコルベートおよびリポ酸からなる群から選択される、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の添加剤のトコフェロールが、dl-α-トコフェロール、α-トコフェロール、δ-トコフェロール、γ-トコフェロールおよびβ-トコフェロールからなる群から選択され、前記第1の添加剤のトコトリエノールが、α-トコトリエノール、β-トコトリエノール、γ-トコトリエノールおよびδ-トコトリエノールからなる群から選択され、前記第1の添加剤のクルクミノイドが、クルクミン、デメトキシクルクミン、ビスデメトキシクルクミン、テトラヒドロクルクミン、ヘキサヒドロクルクミン、クルクミン硫酸塩、クルクミン-グルクロニド、ヘキサヒドロクルクミンおよびシクロクルクミンからなる群から選択され、前記第1の添加剤のフラボノイドが、ナリンゲニン、ケルセチン、ヘスペリチン、ルテオリン、カテキン、アントシアニンからなる群から選択され、前記第1の添加剤のフェニルプロパノイドが、オイゲノールであり、前記第1の添加剤の合成フェノール性抗酸化剤が、irganox 1010、irganox 1076、irganox 245、ブチル化ヒドロキシトルエンおよびブチル化ヒドロキシアニソールからなる群から選択され、前記第2の添加剤のホスフィットが、ultranox U626、hostanox PAR24、irgafos 168、Weston 619およびirgafox 126からなる群から選択され、前記第2の添加剤のホスホネートが、sandostab P-EPQであり、前記第2の添加剤のホスフィンが、pepfineであり、前記第2の添加剤のトコフェロールが、dl-α-トコフェロール、α-トコフェロール、δ-トコフェロール、γ-トコフェロールおよびβ-トコフェロールからなる群から選択され、前記第2の添加剤のトコトリエノールが、α-トコトリエノール、β-トコトリエノール、γ-トコトリエノールおよびδ-トコトリエノールからなる群から選択され、前記第2の添加剤のクルクミノイドが、クルクミン、デメトキシクルクミン、ビスデメトキシクルクミン、テトラヒドロクルクミン、ヘキサヒドロクルクミン、クルクミン硫酸塩、クルクミン-グルクロニド、ヘキサヒドロクルクミンおよびシクロクルクミンからなる群から選択され、前記第2の添加剤のフラボノイドが、ナリンゲニン、ケルセチン、ヘスペリチン、ルテオリン、カテキンおよびアントシアニンからなる群から選択され、前記第1の添加剤の合成抗酸化剤が、irganox 1010、irganox 1076、irganox 245、ブチル化ヒドロキシトルエンおよびブチル化ヒドロキシアニソールからなる群から選択され、前記第2の添加剤のベンゾキノールが、ユビキノールおよび補酵素Q10からなる群から選択される、請求項11に記載の方法。
- 前記第1の添加剤のカテキンが、没食子酸エピガロカテキン、エピガロカテキン、没食子酸エピカテキンおよびエピカテキンからなる群から選択され、前記第1の添加剤のアントシアニンが、シアニジン、デルフィニジン、マルビジン、ペオニジン、ペツニジンおよびペラルゴニジンからなる群から選択され、前記第2の添加剤のカテキンが、没食子酸エピガロカテキン、エピガロカテキン、没食子酸エピカテキンおよびエピカテキンからなる群から選択され、前記第2の添加剤のアントシアニンが、シアニジン、デルフィニジン、マルビジン、ペオニジン、ペツニジンおよびペラルゴニジンからなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
- 前記第1の添加剤がフェノール性抗酸化剤であり、前記第2の添加剤がクルクミノイドである、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の添加剤がdl-α-トコフェロールであり、前記第2の添加剤がクルクミンである、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の添加剤であるdl-α-トコフェロールが、ステップ(ii)においてUHMWPEの相対量に対して約250ppmでUHMWPEと混成され、前記第2の添加剤であるクルクミンが、ステップ(ii)においてUHMWPEの相対量に対して約250ppmでUHMWPEと混成され、ステップ(iv)の前記架橋が、線量約10MRadの照射によって行われる、請求項15に記載の方法。
- 前記第1の添加剤がdl-α-トコフェロールであり、前記第2の添加剤がジペンタエリスリトールである、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の添加剤であるdl-α-トコフェロールが、ステップ(ii)においてUHMWPEの相対量に対して約300ppmでUHMWPEと混成され、前記第2の添加剤であるクルクミンが、ステップ(ii)においてUHMWPEの相対量に対して約300ppmでUHMWPEと混成され、ステップ(iv)の前記架橋が、線量約10MRadの照射によって行われる、請求項17に記載の方法。
- 前記第1の添加剤がクルクミンであり、前記第2の添加剤がジペンタエリスリトールである、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の添加剤であるクルクミンが、ステップ(ii)においてUHMWPEの相対量に対して約300ppmでUHMWPEと混成され、前記第2の添加剤であるジペンタエリスリトールが、ステップ(ii)においてUHMWPEの相対量に対して約300ppmでUHMWPEと混成され、ステップ(iv)の前記架橋が、線量約10MRadの照射によって行われる、請求項19に記載の方法。
- 請求項1から9のいずれかの方法によって製造された架橋UHMWPEを含む軸受構成要素を含む、医療用プロテーゼ。
- 前記第1の添加剤がフェノール性抗酸化剤およびヒンダードアミンからなる群から選択され、前記第2の添加剤が、亜リン酸添加剤、多価アルコール、フェノール性抗酸化剤、ヒンダードアミン、カロテノイド、アミノ酸系添加剤、チオ共力剤および抗酸化剤からなる群から選択される、請求項21に記載の医療用プロテーゼ。
- 前記第1の添加剤のフェノール性抗酸化剤が、トコフェロール、トコトリエノール、クルクミノイド、フラボノイド、フェニルプロパノイドおよび合成フェノール性抗酸化剤からなる群から選択され、前記第1の添加剤のヒンダードアミン抗酸化剤が、chimassorb 944、chimassorb 119 FL、cyasorb UV 3346、tinuvin 144、tinuvin 765、tinuvin 770 DFからなる群から選択され、前記第2の添加剤の亜リン酸添加剤が、ホスフィット、ホスホニットおよびホスフィンからなる群から選択され、前記第2の添加剤の多価アルコールが、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトールおよびトリメチロールプロパンエトキシレートからなる群から選択され、前記第2の添加剤のフェノール性抗酸化剤が、トコフェロール、トコトリエノール、クルクミノイド、フラボノイド、フェニルプロパノイド合成抗酸化剤およびベンゾキノールからなる群から選択され、前記第2の添加剤のヒンダードアミンが、chimassorb 944、chimassorb 119 FL、cyasorb UV 3346、tinuvin 144、tinuvin 765、tinuvin 770 DFからなる群から選択され、前記第2の添加剤のカロテノイドが、β-カロテン、リコペン、ルテイン、ゼアキサンチン、エキネノンおよびゼアキサンチンからなる群から選択され、前記第2の添加剤のアミノ酸系添加剤が、グルタチオン、システイン、チロシンおよびトリプトファンからなる群から選択され、前記第2の添加剤のチオ共力剤が、チオジプロピオン酸ジステアリル、irganox PS 800およびirganox PS 802からなる群から選択され、前記第2の添加剤の抗酸化剤が、パルミチン酸アスコルビル、アスコルベートおよびリポ酸からなる群から選択される、請求項22に記載の医療用プロテーゼ。
- 関節プロテーゼである、請求項21に記載の医療用プロテーゼ。
- 股関節または膝関節プロテーゼである、請求項24に記載の医療用プロテーゼ。
- 前記軸受を製造する方法において、前記第1の添加剤がdl-α-トコフェロールであり、前記第2の添加剤がクルクミンである、請求項21に記載の医療用プロテーゼ。
- 前記軸受を製造する方法において、前記第1の添加剤がdl-α-トコフェロールであり、前記第2の添加剤がジペンタエリスリトールである、請求項21に記載の医療用プロテーゼ。
- 前記軸受を製造する方法において、前記第1の添加剤がクルクミンであり、前記第2の添加剤がジペンタエリスリトールである、請求項21に記載の医療用プロテーゼ。
- 医療用プロテーゼを必要としている患者に、請求項21に記載の軸受構成要素を含む医療用プロテーゼを施すステップを含む、前記患者を治療する方法。
- 前記軸受構成要素が請求項22に従う、請求項29に記載の方法。
- 前記軸受構成要素が請求項23に従う、請求項29に記載の方法。
- 前記医療用プロテーゼが関節プロテーゼである、請求項29に記載の方法。
- 前記医療用プロテーゼが、股関節または膝関節プロテーゼである、請求項32に記載の方法。
- 前記軸受構成要素が請求項26に従う、請求項29に記載の方法。
- 前記軸受構成要素が請求項27に従う、請求項29に記載の方法。
- 前記軸受構成要素が請求項28に従う、請求項29に記載の方法。
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