JP2930329B2 - 抗血栓性材料 - Google Patents
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Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L33/00—Antithrombogenic treatment of surgical articles, e.g. sutures, catheters, prostheses, or of articles for the manipulation or conditioning of blood; Materials for such treatment
- A61L33/0076—Chemical modification of the substrate
- A61L33/0082—Chemical modification of the substrate by reacting with an organic compound other than heparin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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-
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- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2083/00—Use of polymers having silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only, in the main chain, as moulding material
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、人工血管等の人工生体材料や血液と接触す
る医療器具等に使用される抗血栓性材料に関するもので
ある。
る医療器具等に使用される抗血栓性材料に関するもので
ある。
近年、医療技術の進歩に伴って、生体の機種に近い人
工臓器の開発等が進められており、人体からの血液を一
時的に流すような医用装置（例えば人工透析装置等）や
人体内で置き換えられる人工器官（例えば人工血管，人
工心臓等）が使用されるようになってきている。
工臓器の開発等が進められており、人体からの血液を一
時的に流すような医用装置（例えば人工透析装置等）や
人体内で置き換えられる人工器官（例えば人工血管，人
工心臓等）が使用されるようになってきている。
この種の医用装置，人工器官等においては、生体適合
性が問題であり、特に血液と直接接触する部分において
は抗血栓性が要求される。かかる部分に使用される人工
材料の抗血栓性が悪いと、血小板が集積して血液が凝固
し、血液のかたまり，すなわち血栓を形成する。血栓は
血液の流れを阻止し、あるいは血液とともに移動して脳
血栓症や心筋梗塞症，肺梗塞症等を引き起こす虞れがあ
り、したがって前記血栓の形成は人体にとって重大な危
機を招くことになる。
性が問題であり、特に血液と直接接触する部分において
は抗血栓性が要求される。かかる部分に使用される人工
材料の抗血栓性が悪いと、血小板が集積して血液が凝固
し、血液のかたまり，すなわち血栓を形成する。血栓は
血液の流れを阻止し、あるいは血液とともに移動して脳
血栓症や心筋梗塞症，肺梗塞症等を引き起こす虞れがあ
り、したがって前記血栓の形成は人体にとって重大な危
機を招くことになる。
このような状況から、各方面で抗血栓性材料が開発さ
れており、例えば ポリウレタンとシリコーンのブロックポリマー ヘパリン化高分子材料 ヒドロキシエチルメタクリレートとスチレンのブロッ
クポリマー ウロキナーゼ固定化高分子材料 プラズマ処理高分子材料 等が知られている。
れており、例えば ポリウレタンとシリコーンのブロックポリマー ヘパリン化高分子材料 ヒドロキシエチルメタクリレートとスチレンのブロッ
クポリマー ウロキナーゼ固定化高分子材料 プラズマ処理高分子材料 等が知られている。
しかしながら、これらのうちないしは、化学的合
成によるもので、合成のための材料の精製や分離等、様
々な過程を経る必要があり、生産性や設置投資，価格等
の点で不利である。
成によるもので、合成のための材料の精製や分離等、様
々な過程を経る必要があり、生産性や設置投資，価格等
の点で不利である。
一方、は物理的手法によるもので、比較的簡単な処
理方法と言えるが、処理面が均一でないという欠点があ
る。
理方法と言えるが、処理面が均一でないという欠点があ
る。
このように、従来の抗血栓性材料では、製造工程が複
雑であったり、均一な品質のものを得ることが難しい等
の問題を残しており、その改善が望まれる。
雑であったり、均一な品質のものを得ることが難しい等
の問題を残しており、その改善が望まれる。
そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案され
たものであって、簡単な手法によって製造することがで
き、しかも優れた抗血栓性を発揮する抗血栓性材料を提
供することを目的とする。
たものであって、簡単な手法によって製造することがで
き、しかも優れた抗血栓性を発揮する抗血栓性材料を提
供することを目的とする。
本発明者等は、前述の目的を達成せんものと長期に亘
り鋭意研究を重ねた。その結果、イオン注入が抗血栓性
を改善するうえで非常に有効であるとの結論を得た。
り鋭意研究を重ねた。その結果、イオン注入が抗血栓性
を改善するうえで非常に有効であるとの結論を得た。
本発明の抗血栓性材料は、このような知見に基づいて
完成されたもので、イオン注入により表面改質された高
分子材料よりなることを特徴とするものである。
完成されたもので、イオン注入により表面改質された高
分子材料よりなることを特徴とするものである。
本発明が適用される人工材料としては、如何なる種類
のものであってもよいが、高分子材料、特にシリコーン
材料が好適であり、かかるシリコーン材料にイオン注入
して表面改質することで血液適合性に優れた抗血栓性材
料を得ることができる。
のものであってもよいが、高分子材料、特にシリコーン
材料が好適であり、かかるシリコーン材料にイオン注入
して表面改質することで血液適合性に優れた抗血栓性材
料を得ることができる。
イオン注入するイオン種としては、O2 +やH+，N2 +が好
適であるが、He+，C+，N+，O+，Ne+，Na+，Ar+，K+等も
効果が期待される。
適であるが、He+，C+，N+，O+，Ne+，Na+，Ar+，K+等も
効果が期待される。
イオンの注入量や加速エネルギー等は、用途やイオン
種等に応じて適宜選定すればよいが、通常は前者は１×
1012〜３×1017cm-2程度に、後者は数十〜数百keV程度
に設定される。
種等に応じて適宜選定すればよいが、通常は前者は１×
1012〜３×1017cm-2程度に、後者は数十〜数百keV程度
に設定される。
イオン注入により抗血栓性が向上する原因としては、
イオンビームの照射による人工材料（例えばシリコー
ン）表層への種々の官能基の導入が考えられる。下記の
第１表は、イオン注入後にシリコーンに生成する官能基
の種類を示す。ここで、いずれのイオン種の注入によっ
てもOH基が生成するが、これが抗血栓性に直接結びつく
か否かは不明である。
イオンビームの照射による人工材料（例えばシリコー
ン）表層への種々の官能基の導入が考えられる。下記の
第１表は、イオン注入後にシリコーンに生成する官能基
の種類を示す。ここで、いずれのイオン種の注入によっ
てもOH基が生成するが、これが抗血栓性に直接結びつく
か否かは不明である。
その他、注入元素のドーピング効果も挙げられるが、
結果的には前記表面官能基の導入とドーピング効果の両
者の相乗効果によるものと推定される。
結果的には前記表面官能基の導入とドーピング効果の両
者の相乗効果によるものと推定される。
〔実施例〕 以下、本発明を具体的な実験結果に基づいて説明す
る。
る。
本実験では、イオン注入法を用いてH+，O2 +，N2 +を医
用シリコーンに注入し血液適合性試験を行った。
用シリコーンに注入し血液適合性試験を行った。
〈試料〉 イオン注入により改質する材料として、医療用シリコ
ーンシート（東芝シリコーン社製）を用いた。
ーンシート（東芝シリコーン社製）を用いた。
このシリコーンシートを構成するポリマーは、下記に
その構造を示す通り主鎖にシロキサン結合（Si−Ｏ）
を、側鎖にメチル基（CH3）を有するポリマーである。
その構造を示す通り主鎖にシロキサン結合（Si−Ｏ）
を、側鎖にメチル基（CH3）を有するポリマーである。
〈イオン注入〉 理化学研究所200kVイオン注入装置により、H+，O2 +，
N2 +を加速エネルギー150keVでイオン注入した。イオン
注入は室温で行い、イオンビーム電流は、試料の温度上
昇を防ぐため１μA/cm2以下とした。注入量は、イオン
種がH+である場合には２×1017cm-2，イオン種がO2 +，N
2 +である場合には１×1017cm-2とした。
N2 +を加速エネルギー150keVでイオン注入した。イオン
注入は室温で行い、イオンビーム電流は、試料の温度上
昇を防ぐため１μA/cm2以下とした。注入量は、イオン
種がH+である場合には２×1017cm-2，イオン種がO2 +，N
2 +である場合には１×1017cm-2とした。
〈イオン注入試料の化学的特性〉 イオンビーム照射された試料は様々な物理化学的変化
を生ずる。ここでは、イオン注入試料の物理・化学的評
価として、フーリエ変換赤外分光全反射法（FT−IR−AT
R）による表面官能基，並びにメチル基及びシロキサン
結合の分解量の測定を行った。
を生ずる。ここでは、イオン注入試料の物理・化学的評
価として、フーリエ変換赤外分光全反射法（FT−IR−AT
R）による表面官能基，並びにメチル基及びシロキサン
結合の分解量の測定を行った。
第１図に、未注入試料及びイオン注入試料の波数1300〜
4000cm-1におけるFT−IR−ATR拡大スペクトルを示す。
4000cm-1におけるFT−IR−ATR拡大スペクトルを示す。
この第１図からも明らかなように、イオン注入後の試
料表層には種々の官能基の生成が観測された。特に、H+
注入ではOH、N2 +注入ではOH,SiH,CH2，アミン、O2 +注入
ではOH,CH2,SiH,カルボニル基が生成され、N2 +注入での
アミン及びO2 +注入でのカルボニル基の生成が特徴的で
あった。
料表層には種々の官能基の生成が観測された。特に、H+
注入ではOH、N2 +注入ではOH,SiH,CH2，アミン、O2 +注入
ではOH,CH2,SiH,カルボニル基が生成され、N2 +注入での
アミン及びO2 +注入でのカルボニル基の生成が特徴的で
あった。
〈イオン注入試料の抗血栓性評価〉 実験動物にはラットを用いた。ラットに麻酔下にて放
射性同位元素（111In−トロポロン）により標識した血
小板を静脈より投与した後、総頸動脈よりイオン注入試
料を上行大静脈中に挿入し、２日間留置した。
射性同位元素（111In−トロポロン）により標識した血
小板を静脈より投与した後、総頸動脈よりイオン注入試
料を上行大静脈中に挿入し、２日間留置した。
その後、ヘパリンを投与して脱血死させ、イオン注入
試料及び主臓器を摘出した。これら試料並びに主臓器に
ついて、シンチレーションカウンターにて放射活性〔血
液とのカウント比（単位重量当たり）〕を測定し、血小
板の集積（血栓の形成）を観察した。なお、111In−ト
ロポロンによるラット血小板の標識は、デワンジー（De
wanjee）らの方法に従い行った。
試料及び主臓器を摘出した。これら試料並びに主臓器に
ついて、シンチレーションカウンターにて放射活性〔血
液とのカウント比（単位重量当たり）〕を測定し、血小
板の集積（血栓の形成）を観察した。なお、111In−ト
ロポロンによるラット血小板の標識は、デワンジー（De
wanjee）らの方法に従い行った。
第２図（Ａ）及び第２図（Ｂ）に未留置，未注入試料
留置及びイオン注入試料留置ラットにおける111In−ト
ロポロン−血小板の試料及び各臓器の血液に対するカウ
ント比を示す。
留置及びイオン注入試料留置ラットにおける111In−ト
ロポロン−血小板の試料及び各臓器の血液に対するカウ
ント比を示す。
試料未留置ラットに比べ、未注入試料留置ラットで
は、上行大静脈，心臓，試料，腎臓，肝臓への集積が顕
著な増加を示した。
は、上行大静脈，心臓，試料，腎臓，肝臓への集積が顕
著な増加を示した。
これに対して、イオン注入試料のうちH+注入試料留置
ラットでは、試料表面への集積は著しく減少し、また上
行大静脈，心臓，腎臓，肝臓でも減少傾向を示した。
ラットでは、試料表面への集積は著しく減少し、また上
行大静脈，心臓，腎臓，肝臓でも減少傾向を示した。
N2 +注入試料留置ラットでは、上行大静脈，試料，心
臓，腎臓，肝臓で減少を示し、O2 +注入試料留置ラット
では、試料及び上行大静脈で著しく減少し心臓，腎臓，
肝臓で減少していた。
臓，腎臓，肝臓で減少を示し、O2 +注入試料留置ラット
では、試料及び上行大静脈で著しく減少し心臓，腎臓，
肝臓で減少していた。
これらより、イオン注入試料では、血小板の集積の抑
制に関して試料表面で著しく減少する場合（H+）と、試
料及び上行大静脈で著しく減少する場合（O2 +）という
２つの傾向が現れるのが観測された。試料表面で減少す
る場合は心臓，腎臓，肝臓でも減少する傾向にあり、試
料，上行大静脈で減少する場合も同様に主臓器で減少を
示す。
制に関して試料表面で著しく減少する場合（H+）と、試
料及び上行大静脈で著しく減少する場合（O2 +）という
２つの傾向が現れるのが観測された。試料表面で減少す
る場合は心臓，腎臓，肝臓でも減少する傾向にあり、試
料，上行大静脈で減少する場合も同様に主臓器で減少を
示す。
人工材料の留置による生体への影響として、人工材料
そのものへの血栓の形成と、網内系臓器への血小板の集
積がある。H+注入では、特に試料表面での血栓が抑制さ
れ血管壁に血小板が集積するが、N2 +注入試料と比較す
ると血管壁への血小板の集積が同程度であるのに対し肝
臓への集積が少ないことから、試料との接触による血小
板の損傷が少ないために網内系臓器に対する集積が軽減
されたものと思われる。また、試料表面での血小板の集
積の抑制が大きいほど、肝臓への集積の抑制が大きい結
果となり、血小板の損傷への影響も軽減すると思われ
る。本実験で用いたイオン種では、O2 +が血小板の集積
に最も効果的であった。
そのものへの血栓の形成と、網内系臓器への血小板の集
積がある。H+注入では、特に試料表面での血栓が抑制さ
れ血管壁に血小板が集積するが、N2 +注入試料と比較す
ると血管壁への血小板の集積が同程度であるのに対し肝
臓への集積が少ないことから、試料との接触による血小
板の損傷が少ないために網内系臓器に対する集積が軽減
されたものと思われる。また、試料表面での血小板の集
積の抑制が大きいほど、肝臓への集積の抑制が大きい結
果となり、血小板の損傷への影響も軽減すると思われ
る。本実験で用いたイオン種では、O2 +が血小板の集積
に最も効果的であった。
以上の説明からも明らかなように、本発明の抗血栓性
材料は、優れた血液適合性を有し、脾臓，腎臓，肝臓等
への影響も少ない。これは血小板の生体内での損傷が減
少していることを意味し、生体系を乱さないという点で
重要である。
材料は、優れた血液適合性を有し、脾臓，腎臓，肝臓等
への影響も少ない。これは血小板の生体内での損傷が減
少していることを意味し、生体系を乱さないという点で
重要である。
また、本発明の抗血栓性材料は、化学的合成と異なり
非熱平衡下での表面処理技術によって製造されるため、
複雑な工程が不要で生産性の点でも有利である。
非熱平衡下での表面処理技術によって製造されるため、
複雑な工程が不要で生産性の点でも有利である。
さらに、プラズマ処理に比べてイオンビームと固体の
みの相互作用によっているので効果が直接的であり、処
理面の均一性や制御性等もプラズマ処理の場合に比べて
優れている。
みの相互作用によっているので効果が直接的であり、処
理面の均一性や制御性等もプラズマ処理の場合に比べて
優れている。
従来より抗血栓性材料は種々提案されているが、本発
明は表面改質であるので製造上簡単であり、例えば現存
する医療器具に適用することで抗血栓性を向上すること
ができるというメリットもある。
明は表面改質であるので製造上簡単であり、例えば現存
する医療器具に適用することで抗血栓性を向上すること
ができるというメリットもある。
第１図はイオン注入されたシリコーン表層のFT−IR−AT
Rスペクトルを示す特性図である。 第２図（Ａ）及び第２図（Ｂ）はイオン注入試料を留置
したラットの主臓器及び試料における血小板の集積度を
シンチレーションカウンターによるカウント比として示
すグラフである。
Rスペクトルを示す特性図である。 第２図（Ａ）及び第２図（Ｂ）はイオン注入試料を留置
したラットの主臓器及び試料における血小板の集積度を
シンチレーションカウンターによるカウント比として示
すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩木 正哉 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 日下部 きよ子 東京都新宿区河田町８―１ 東京女子医 科大学内 (56)参考文献 特開 昭62−122669（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−160646（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57629（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61L 33/00
Claims (3)
- 【請求項１】イオン注入により表面改質された高分子材
料よりなる抗血栓性材料。 - 【請求項２】上記高分子材料は、シリコーン材料である
ことを特徴とする請求項１記載の抗血栓性材料。 - 【請求項３】上記イオン注入されるイオン種は、O2 +、H
+、N2 +から選ばれる少なくとも１種であることを特徴と
する請求項１記載の抗血栓性材料。
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