JP4033514B2

JP4033514B2 - Soluble cellulose derivatives and uses

Info

Publication number: JP4033514B2
Application number: JP04639197A
Authority: JP
Inventors: 洋樹福井; 一夫松山; 一彦石原; 宣男中林
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; NOF Corp; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; NOF Corp; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JPH10237102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可溶性セルロース誘導体およびそれを用いた生体適合性材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルロースは、種子繊維、ジン皮、木材等を原料とする天然高分子であり、繊維、プラスチック、製紙等を製造する工業分野において広く利用されている。セルロースは、構成単位であるＤ−グルコピラノースユニットの３個の水酸基の部分的なエステル化又はエーテル化によって得られる可溶性セルロースは、セルロースのもつ欠点が改良され、水、有機溶剤に可溶性になると共に可塑性が付与されることから、染織物、紙の糊付け、サイズ剤、増粘剤、増量剤、つや出し、ラテックス塗料、塗料剥離剤、医薬品、化粧品等の幅広い用途に用いられている。
【０００３】
一方、セルロースは医療材料としても極めて有用である。特にセルロースを銅アンモニウム法で再生した再生セルロース膜は、血液透析膜の素材として広く利用され、透析装置や透析技術の進歩と共に、腎不全患者の延命、社会復帰に大きな役割を果たしている。これは再生セルロース膜が優れた透析性能や機械的強度を有すると共に、長年の実績に裏づけられた高い安全性を有しているからに他ならない。
【０００４】
しかしながら、透析療法の進歩にもかかわらず、透析に伴う種々の問題がまだ未解決で残されている。その１つに、抗凝固剤の長期大量投与のために生じると考えられる種々の副作用の問題がある。従来、人工透析を行う場合には、人工透析器内での血液凝固反応を抑制するためにヘパリンに代表される抗血液凝固剤の連続投与が行われてきた。しかしながら、人工透析器の溶質除去性能が改良され、２０年に及ぼうとする長期延命が可能になっている現在、ヘパリンを使用することによる問題が次々と指摘されてきている。特に、ヘパリンの長期間投与による脂質代謝異常等の肝臓障害、出血時間の延長或いはアレルギー反応が、患者に対する副作用として認められている。このような観点から、人工透析療法の際に抗凝固剤の使用量を低減させるか或いは全く使用しなくても血液凝固を引き起こさない人工透析器の開発が急務である。
【０００５】
これまで再生セルロース膜を改善する試みは、主に再生セルロース膜で血液透析を行なった場合の一過性の白血球減少や、補体活性化の抑制に注目して行なわれており、第３級アミノ基を有する高分子を表面に固定したり、ポリエチレンオキシド鎖等の親水性高分子鎖を表面に共有結合させる方法等が報告されているが、血液凝固の抑制については不十分である。一方、再生セルロース膜の他の優れた性能を損なわず、抗血栓性を改善する方法も提案されている。例えば、膜表面をヘパリン化することにより抗血栓性を付与する方法が特開昭５１−１９４号公報に提案されているが、十分な効果が得られず、またコストも割高になるため実用化されていない。
【０００６】
ところで、再生セルロース膜に血液適合性を付与する方法としてリン脂質極性基を用いる試みもあり、例えば、特開昭５４−６３０２５号公報には、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣと略す）が提案されている。リン脂質極性基であるホスホリルコリン基を有する高分子が血液凝固を有効に抑制するのは、この高分子表面が生体膜に類似しており、表面に血漿タンパク質が吸着されず、血小板の粘着、活性化等が誘起されないためと考えられている(生体材料、8,231-237(1990),J.Biomed.Mater.Res.,25,1397-1407(1991))。
【０００７】
特開平３−３９３０９号公報には、重合可能なホスホリルコリン基含有単量体とメタクリル酸エステルやスチレンとの共重合体が抗血栓性に極めて優れていることが開示されており、再生セルロース系膜にこの共重合体を固定する方法も考えられる。しかしながら、これらのホスホリルコリン基含有重合体は、セルロースとの親和性が低く密着性に劣るために、コーティングではセルロース表面からの脱落や溶出の心配があり、その改質には適さない。特開平５−２２０２１８号公報には、セリウムイオンをラジカル重合開始剤に用い、セルロースにＭＰＣをグラフト共重合する方法が開示され、再生セルロース系膜表面に固定することによって優れた生体適合性が発現できることが示されている。しかし、この方法では毒性の強いセリウムイオンを用いており、それが除去しずらいために長期使用の場合に安全性の点で問題が残る。
【０００８】
一方、基材に対して高分子鎖を反応させたり、グラフトさせる方法は、脱落、溶出を抑えるという観点からは有効で、公知の技術として、例えばＭＰＣをセルロース膜にグラフト重合させる技術（BIO INDUSTRY,8(6),412-420(1991))がある。しかし、この方法は重合時にセルロース膜を無酸素雰囲気下に置かなければならないことや、重合開始剤として用いるセリウムイオンをセルロース膜から除去しなければならないために、反応操作が非常に煩雑になる。又、ＭＰＣには拡散性があり、ポアの内部まで入り込んで膜全体に反応が起こるため、膜の透過性能が低下したり、セリウムイオンにより膜が損傷を受け、機械的強度が低下したり、反応が不均一に進行して、血小板の粘着抑制にばらつきが生じるという問題がある。特開平７−２３１９３５号公報には、ＭＰＣ、メタクリル酸エステル、及びカルボキシル基を有する単量体の共重合体をセルロース膜にエステル結合により導入するセルロースの改質方法が記載されている。しかし、この方法における反応は、反応性の低いセルロース水酸基と共重合体中のカルボキシル基との高分子間の脱水縮合反応であるため、大過剰の脱水剤と厳しい反応条件とを必要とする。このため、少量の水の存在が悪影響を及ぼしたり、反応試薬や反応生成物の除去が困難となり、十分な性能を発揮できず、しかも経済的な面からも工業的製法として適さない。特開平７−１８４９８９号公報には、(i) ＭＰＣ及びエポキシ基含有単量体の共重合体をアミノ基及びカルボキシル基のうち少なくとも一方の基を２個以上有する化合物で架橋した高分子材料、あるいは(ii)ＭＰＣと、アミノ基含有単量体及びカルボキシル基含有単量体のうち少くとも一方の単量体との共重合体を、エポキシ基を２個以上有する化合物で架橋した高分子材料のいずれかを基材表面に被覆した医療材料が記載されている。また、この医療材料が、優れた血液適合性を発現し、且つ、被覆された高分子材料が容易に脱落することがないので血液適合性が長時間にわたって安定に保持されることも開示されている。しかし、上記架橋した高分子材料を人工透析器の透析膜表面にコーティングした場合、膜表面にゲルが生成し、コーティングむらや膜の透過性能の著しい低下を招く。また特開平７−１８４９９０号公報には、ＭＰＣと、エポキシ基含有単量体と、水酸基含有単量体、アミノ基含有単量体、及びカルボキシ基含有単量体のうち少くとも１種類の単量体との共重合体で基材表面を被覆することが記載されている。しかし、この系でも上記共重合体を人工透析器の透析膜に適用した場合、該共重合体は基材表面に架橋固定されるために膜表面にゲルが生成し、コーティングむらや膜の透過性能の著しい低下を招くという問題は避けられない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、上記問題を解決しうる生体適合性材料等に使用できる可溶性セルロース誘導体を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、安全性に優れ、且つ血液適合性とセルロース膜に対する親和性との双方を有し、特に抗血栓性を有する材料に適した生体適合性材料を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、可溶性セルロースと、リン脂質類似構造を有する優れた生体適合性材料であるホスホリルコリン基含有重合体とを反応性の高いエポキシ基によって結合させ、生体適合性に優れたセルロース誘導体を高収率・高品質で得るため種々検討を重ねてきた。ところが、可溶性セルロース及びホスホリルコリン基重合体を共に溶解し得る溶剤が限定される上に、両者の反応は、著しく反応性が低下する高分子反応であるため、実際には前記共重合体を可溶性セルロースに化学結合で導入させることができなかった。例えば、アルカリ存在下にヒドロキシエチルセルロースとエポキシ基を含むホスホリルコリン基含有共重合体とを水溶液中で反応させると、水によるエポキシ基の開環反応が優先し目的とする可溶性セルロース誘導体が得られなかった。そこで、例えば非水系での反応系に関して鋭意研究を重ねた結果、可溶性セルロースと、エポキシ基を含むホスホリルコリン基含有重合体とを、塩基性触媒存在下に非水系で反応させた結果、効率よく反応し、従来知られていない可溶性セルロースに前記共重合体が共有結合で導入された可溶性セルロース誘導体が得られ、且つこの誘導体が顕著な性能を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明によれば、可溶性セルロース（Ａ）と、ホスホリルコリン基含有単量体（ｂ１）及びエポキシ基含有単量体（ｂ２）の構成単位を含む共重合体（Ｂ）とを反応させて得た、前記共重合体（Ｂ）が前記可溶性セルロース（Ａ）に共有結合で導入された可溶性セルロース誘導体が提供される。
また本発明によれば、前記可溶性セルロース誘導体からなることを特徴とする生体適合性材料が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の可溶性セルロース誘導体は、可溶性セルロース（Ａ）と、ホスホリルコリン基含有単量体（ｂ１）及びエポキシ基含有単量体（ｂ２）の構成単位を含む共重合体（Ｂ）とを反応させて、共重合体（Ｂ）を可溶性セルロース（Ａ）に共有結合で導入した化合物である。
本発明で使用する可溶性セルロース（Ａ）としては、メチルセルロース、エチルセルロース、酢酸セルロース、ニトロセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）等が挙げられる。
【００１２】
本発明に用いる共重合体（Ｂ）の構成単位を形成するホスホリルコリン基含有単量体（ｂ１）は、ビニル基及びホスホリルコリン基を有する単量体である。具体的には、例えば、２−（メタ）アクリロイルオキシエチル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルフォスフェート、２−メタクリロイルオキシエトキシエチルホスホリルコリン、６−メタクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、１０−メタクリロイルオキシエトキシノニルホスホリルコリン、アリルホスホリルコリン、ブテニルホスホリルコリン、ヘキセニルホスホリルコリン、オクテニルホスホリルコリン、デセニルホスホリルコリン等が挙げられる。これらのホスホリルコリン基含有単量体（ｂ１）は、単独若しくは混合物として用いることができる。入手性等の点から、２−（メタ）アクリロイルオキシエチル−２’−（トリメチルアニモニオ）エチルフォスフェート（ＭＰＣ）が好ましく挙げられる。本発明の共重合体（Ｂ）中において、ホスホリルコリン基含有単量体（ｂ１）の構成単位の含有割合は、５〜９９．９モル％、特に２０〜９５モル％が好ましい。単量体（ｂ１）の構成単位のモル比が、５モル％未満の場合、生体適合性材料にした際に生体適合性及び血液適合性が十分に発現されず好ましくない。一方、９９．９モル％を超えると、必然的に共重合体中のエポキシ基の含有量が０．１モル％以下になり、後述する問題が生じるため好ましくない。
【００１３】
本発明に用いる共重合体（Ｂ）の構成単位を形成するエポキシ基含有単量体（ｂ２）は、少なくともビニル基及びエポキシ基を有する単量体である。具体的には、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）、メチルグリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル等が挙げられる。これらのエポキシ基含有単量体（ｂ２）は、単独若しくは混合物として用いることができる。
本発明の共重合体（Ｂ）中において、エポキシ基含有単量体（ｂ２）の構成単位の含有割合は、０．１〜３０モル％、特に１〜２０モル％が好ましい。単量体（ｂ２）の構成単位のモル比が、０．１モル％未満の場合、可溶性セルロース（Ａ）への導入反応が起こり難くなり、また３０モル％を超えると、可溶性セルロース（Ａ）と共重合体（Ｂ）との反応の際、共重合体間及び共重合体とセルロースとの間での架橋が起こり易くなり、ゲルが生成するため好ましくない。
【００１４】
本発明の共重合体（Ｂ）は、構成単位として前記単量体（ｂ１）及び（ｂ２）以外の構成単位を有していても良い。単量体（ｂ１）及び（ｂ２）以外の構成単位を形成するための単量体としては、ラジカル重合可能な他の単量体であり、本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、例えば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸ヘキシル、（メタ）アクリル酸ラウリル、（メタ）アクリル酸ステアリル等の（メタ）アクリル酸エステル単量体；（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシプロピル等の（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル単量体；（メタ）アクリル酸アミド；スチレン、メチルスチレン、置換スチレン等のスチレン系単量体；エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル単量体；Ｎ−ビニルピロリドン；塩化ビニル、塩化ビニリデン、エチレン、プロピレン、イソブチレン等の不飽和炭化水素系単量体又は置換不飽和炭化水素系単量体；アクリロニトリル；グリコシルエチルメタクリレート（ＧＥＭＡ）；オリゴエチレングリコールメタクリレート；ポリエチレングリコールモノメタクリレート等が挙げられる。これらの単量体は１種又は２種以上を混合して用いても良い。
前記共重合体（Ｂ）中における他の単量体の構成単位の含有割合は、得られる可溶性セルロース誘導体の水に対する溶解性を損なわないために、６０モル％未満、特に５０モル％未満が望ましい。
【００１５】
共重合体（Ｂ）を調製するには、例えば、前記ホスホリルコリン基含有単量体（ｂ１）とエポキシ基含有単量体（ｂ２）と、必要に応じて他の単量体とを含む単量体組成物を、重合開始剤存在下、溶剤中で重合することにより得られる。
重合開始剤は特に限定されず、通常のラジカル重合用重合開始剤等が用いられる。具体的には、ベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、サクシニルパーオキサイド、グルタルパーオキサイド、サクシニルパーオキシグルタレート、ｔ−ブチルパーオキシマレート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ジ−２−エトキシエチルパーオキシカーボネート、３−ヒドロキシ−１，１−ジメチルブチルパーオキシピバレート等の有機過酸化物；アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−２，２−アゾビスイソブチレート、１−（（１−シアノ−１−メチルエチル）アゾ）ホルムアミド、２，２−アゾビス（２−メチル−Ｎ−フェニルプロピオンアミジン）ジハイドロクロライド、２，２−アゾビス（２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−プロピオンアミド）、２，２−アゾビス（２−メチルプロピオンアミド）ジハイドレート、４，４，−アゾビス（４−シアノペンタン酸）、２，２−アゾビス（２−（ヒドロキシメチル）プロピオニトリル）等のアゾ化合物が挙げられる。これら重合開始剤は、使用に際して単独若しくは混合物として用いることができる。
【００１６】
共重合体（Ｂ）を製造する場合の溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ベンゼン、トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジクロロメタン、クロロホルム又はこれらの混合溶媒等が挙げられる。
【００１７】
前記共重合体（ｂ）の数平均分子量は５０００〜３０００００が好ましい。数平均分子量が５０００未満の場合、１分子当りのエポキシ基の数が少なくなり可溶性セルロースへの導入が難しくなる。また数平均分子量が３０００００を超えると溶液粘度が高くなり取り扱いが難しく、且つ、可溶性セルロースとの反応の際、共重合体同士及びセルロースと共重合体との間での架橋体が形成され易くなるため好ましくない。
本発明の可溶性セルロース誘導体は、前記共重合体（Ｂ）が前記可溶性セルロース（Ａ）に共有結合で導入されるように反応させることにより得られる。前記反応にあたって、可溶性セルロース（Ａ）は、濃度０．１〜２０重量％、特に１〜１０重量％となるように溶媒に溶解させて使用するのが望ましい。また、反応溶媒中において、可溶性セルロース（Ａ）の水酸基等官能基と、共重合体（Ｂ）中のエポキシ基の構成比は、即ち、官能基／エポキシ基の構成比は、モル比で０．１／１〜１００：１、特に１／１〜１０／１が好ましい。前記官能基０．１に対するエポキシ基が１を超える場合は両高分子間同士での架橋が起こり易く好ましくない。また前記官能基１００に対するエポキシ基が１未満の場合は反応が起こりにくくなる。
前記反応は、好ましくは塩基性触媒存在下に行うのが好ましい。塩基性触媒としては、ジメチルアミノピリジン、ピリジン、トリエチルアミン又はこれらの混合物等が挙げられるが、反応性を考慮するとジメチルアミノピリジンが最も好ましい。塩基性触媒の仕込み量は、塩基性触媒：可溶性セルロース（Ａ）のＤ−グルコピラノースユニットが、モル比で１：１〜１：５０となる量が好ましい。
【００１８】
前記共重合体（Ｂ）と可溶性セルロース（Ａ）との反応は、溶媒存在下で行うことができるが、溶媒としては、水、低分子アルコール以外で、エポキシ基に対して不活性であり、且つ可溶性セルロース（Ａ）及び共重合体（Ｂ）を共に、あるいは共重合体（Ｂ）を溶解し得る溶媒であれば全て利用可能である。具体的には、ニトロメタン、ニトロエタン等が挙げられる。可溶性セルロース（Ａ）と共重合体（Ｂ）との反応条件は、反応温度１０〜１００℃で反応時間が１〜１００時間の範囲が望ましい。反応温度が１０℃未満では、反応が起こりにくく、１００℃を超えると長時間反応させた場合、ＭＰＣの分解が促進されるため好ましくない。この反応によって可溶性セルロース（Ａ）と共重合体（Ｂ）とは共有結合するが、共有結合としてはエーテル結合等の化学結合が挙げられる。
【００１９】
本発明の可溶性セルロース誘導体の分子量は、数平均分子量で１００００〜１００００００が好ましい。分子量が１００００未満では、基材に対する密着性が悪く、１００００００を超えると溶解性が悪くなるので好ましくない。
【００２０】
本発明の生体適合性材料は、前記可溶性セルロース誘導体から実質的になり、例えば血液透析膜材料等の各種医療材料の基材表面等に接触、乾燥させる方法等により使用できる。例えば、血液透析膜を製造するにあたり、セルロース膜に本発明の生体適合性材料を付与するには、生体適合性材料を溶媒に溶解し、セルロース膜に接触させ、被覆膜として乾燥させれば良い。該溶媒としては、基本的には、可溶性セルロース誘導体を溶解し得る溶媒であれば全て利用可能である。適当な溶媒は除去のし易さ、微量に残留した場合の安全性等を考慮して選択しなければならない。この溶媒に溶解せしめる生体適合性材料の濃度は、可溶性セルロース誘導体の濃度として、０．００５〜５重量／容量％の範囲が好ましく、０．０１〜１重量／容量％の範囲が更に好ましい。可溶性セルロース誘導体の濃度が５重量／容量％を超えると被膜の均一性が得難く性能のバラツキや使用時における生体適合性材料の脱落の原因となるため好ましくない。乾燥させて溶媒を除去するには、溶媒が揮発性の場合は真空乾燥、通風乾燥、加熱乾燥等の通常の方法によって行なわれ、また、溶媒が比較的高沸点の場合は、必要に応じて得られる膜を溶媒で洗滌した後、溶媒と相溶性の良い揮発性有機溶媒で洗滌し上記と同様に乾燥することにより行うことができる。セルロース膜に固定化させる生体適合性材料の量は、可溶性セルロース誘導体の量として、１〜１００μg／cm²の範囲が好ましく、５〜５０μg／cm²の範囲が特に好ましい。固定された可溶性セルロース誘導体の量が１μg／cm²未満の場合には、十分な抗血栓性が発揮されず、１００μg／cm²を超えると透析性能が悪くなるため好ましくない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の可溶性セルロース誘導体は、安全性に優れ、且つ、血液適合性とセルロース膜に対する親和性との双方を有しているため、人工透析器に使用されている再生セルロース系膜に抗血栓性を付与する材料として好適である。また、前記可溶性セルロース誘導体からなる生体適合性材料は、再生セルロース系膜表面に均一でむらの無いコーティング層を形成するため膜の透過性能が長期間維持され、且つ、容易に脱落することがないので抗血栓性を長期にわたって発揮させることができる。
【００２２】
【実施例】
次に実施例により本発明の内容を更に詳細に説明する。
以下の合成例中に記載されている測定項目は、各々次の方法で測定した。
（１）共重合体の単量体構成組成
（１−１）ＭＰＣ単位含量
ＭＰＣ含有共重合体６ｍｇを１０ｍｌのエタノールに溶解し、この溶液５０μｌを７５℃で乾固させる。次に７０重量％の過塩素酸２６０μｌを加えて１８０℃で２０分間加熱することによって、有機リンを無機リンに分解する。冷却後、蒸留水１．９ｍｌ、１．２５重量％のモリブデン酸アンモニウム０．４ｍｌ、５重量％のアスコルビン酸０．４ｍｌを加えて、１００℃で５分間加温し発色させる。次に、この溶液の８１７．８ｎｍにおける吸光度を測定することによってリン濃度を定量する。なお、検量線はリン酸水素二ナトリウムを用いて作成する。この値から、共重合体中のリンの含有量を求め、これにより共重合体中のＭＰＣ含量（モル％）を算出する。
【００２３】
（１−２）グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）単位含量
フェノールフタレインを含む０．２Ｍチオ硫酸ナトリウム５０容量％イソプロパノール水溶液（ｐＨ＝７．３）１５ｇに１０重量％ＭＰＣ含有共重合体のイソプロパノール溶液３ｇを加え、スターラー上で加熱撹拌することにより溶液が紫色を呈する。生じた紫色溶液を、０．２Ｎ酢酸水溶液を順次加えることにより中和し、０．０２Ｎ水酸化ナトリウム水溶液で逆滴定し、消費した酢酸の量からエポキシ基の含有量を求める。この値から、共重合体中のＧＭＡ含量（モル％）を算出する。
【００２４】
（２）ＭＰＣ含有共重合体の数平均分子量
ＭＰＣ含有共重合体の１重量％溶液をフィルター（０．８μｍ）濾過した後、ＧＰＣ測定に供する。溶離液としては、エタノールを用いる。ＭＰＣ含有共重合体の数平均分子量は、ポリエチレングリコール換算にて求める。
【００２５】
＜ＭＰＣ含有ポリマーの合成＞
合成例１
ＭＰＣ３９．０１ｇ（９５モル％）及びＧＭＡ０．９９ｇ（５モル％）をイソプロパノール３５８ｇに溶解し、窒素ガスにて反応容器内を十分に置換した。この溶液に２０重量％のｔ−ブチルパーオキシピバレートのトルエン溶液２．１８ｇ（この中に含まれる過酸化物のモル数：２．５０ｍｍｏｌ）を加え、６０℃の温浴中に浸漬して５時間加熱重合した。冷却後、反応溶液をジエチルエーテル中に滴下し、得られた共重合体を濾別後、真空乾燥した。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、エポキシ基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００２６】
合成例２
各モノマーの使用割合を、ＭＰＣ３７．９７ｇ（９０モル％）、ＧＭＡ２．０３ｇ（１０モル％）に代えた以外は、合成例１と同様にして共重合体を得た。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、エポキシ基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００２７】
合成例３
各モノマーの使用割合を、ＭＰＣ３５．７０ｇ（８０モル％）、ＧＭＡ４．３０ｇ（２０モル％）に代えた以外は、合成例１と同様にして共重合体を得た。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、エポキシ基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００２８】
合成例４
使用モノマーを、ＭＰＣ４０．００ｇ（１３５ｍｍｏｌ）単独に代えた以外は、合成例１と同様にして重合体を得た。得られた重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００２９】
合成例５
ＭＰＣ２．０ｇ（３５モル％）、ＧＭＡ０．１４ｇ（５モル％）、メタクリル酸−ｎ−ブチル（ＢＭＡ）１．６５ｇ（６０モル％）、及びアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）０．０４ｇをエタノール２８ｍｌに溶解し、アルゴンガスにて反応容器内を十分置換した。この反応容器を６０℃の温浴中に２４時間浸漬することにより、重合反応を行なった。冷却後、重合溶液をクロロホルムに注ぎ共重合体を沈殿させる操作を２回繰り返し、最後はクロロホルムに代えてエチルエーテルで沈殿させ、共重合体の沈殿物を濾別した後、真空乾燥させることにより特開平７−１８４９８９号公報記載の共重合体を得た。収率は９０％であった。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、エポキシ基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００３０】
合成例６
各使用モノマーを、ＭＰＣ２．０ｇ（３５モル％）、アリルアミン０．０６ｇ（５モル％）及びｎ−ブチルメタクリレート（ＢＭＡ）１．６５ｇ（６０モル％）に代えた以外は、合成例５と同様にして特開平７−１８４９８９号公報記載の共重合体を得た。収率は８８％であった。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、アミノ基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００３１】
合成例７
各使用モノマーを、ＭＰＣ２．０ｇ（３５モル％）、メタクリル酸（ＭＡ）０．０８ｇ（５モル％）及びＢＭＡ１．６５ｇ（６０モル％）に代えた以外は、合成例５と同様にして特開平７−１８４９８９号公報記載の共重合体を得た。収率は７０％であった。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、カルボキシル基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００３２】
合成例８
各使用モノマーを、ＭＰＣ２．０ｇ（３５モル％）、ＧＭＡ０．０３ｇ（１モル％）、ＢＭＡ１．５２ｇ（５５モル％）及び２−ヒドロキシエチルメタクリレート０．２２ｇ（９モル％）に代えた以外は、合成例５と同様にして特開平７−１８４９９０号公報記載の共重合体を得た。収率は９５％であった。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、エポキシ基含有単量体単位、水酸基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００３３】
合成例９
各使用モノマーを、ＭＰＣ２．０ｇ（３５モル％）、ＧＭＡ０．０３ｇ（１モル％）、ＢＭＡ１．５２ｇ（５５モル％）及びアクリルアミド０．１２５ｇ（９モル％）に代えた以外は、合成例５と同様にして特開平７−１８４９９０号公報記載の共重合体を得た。収率は６０％であった。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、エポキシ基含有単量体単位、アミノ基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００３４】
合成例１０
各使用モノマーを、ＭＰＣ２．０ｇ（３５モル％）、ＧＭＡ０．０３ｇ（１モル％）、ＢＭＡ１．５２ｇ（５５モル％）及びアクリル酸０．１２７ｇ（９モル％）に代えた以外は、合成例５と同様にして特開平７−１８４９９０号公報記載の共重合体を得た。収率は７０％であった。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、エポキシ基含有単量体単位、カルボキシル基含有単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００３５】
合成例１１
ガラス製重合用アンプルにＭＰＣ８．８８ｇ（２４．９モル％）、メタクリル酸（ＭＡ）０．３５ｇ（３．４モル％）、２−（エチルヘキシル）メタクリレート１７．１６ｇ（７１．７モル％）、及びＡＩＢＮ９７．８ｍｇを入れ、エタノール１２０ｍｌを加えた後、アルゴンガスにて反応容器内を十分に置換した。アンプルを密封し、これを６０℃のオイルバスに入れて３時間加熱重合させた。冷却後、反応混合液をジエチルエーテル中に滴下し、共重合体を沈殿させ、撹拌洗浄した後、回収して真空乾燥させることにより特開平７−２３１９３５号公報記載の共重合体を得た。得られた共重合体中のホスホリルコリン基含有単量体単位、カルボキシル基単量体単位の含有量、及び共重合体の数平均分子量を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
＜血液適合性可溶性セルロース誘導体の製造＞
実施例１−１〜１−３
ニトロメタン１９ｇに撹拌下、ＨＰＭＣ１ｇ（Ｄ−グルコピラノースユニットで４．９２ｍｍｏｌ）及び４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）ピリジン０．２ｇ（１．６４ｍｍｏｌ）を投入し、室温で１〜２時間撹拌した。次いで、合成例１〜３で得られた各々の共重合体５ｇを加え、撹拌溶解後、５０℃での温浴中に浸漬して２４時間それぞれ反応させた。冷却後、反応溶液をエタノール中に滴下し、反応生成物を沈殿させ、十分に撹拌洗浄した。続いて濾別して未反応の共重合体を除去した後、真空乾燥した。得られた可溶性セルロース誘導体である反応生成物をそれぞれ実施例１−１〜１−３として各々の重水（Ｄ₂Ｏ）に溶解し、¹Ｈ−ＮＭＲ測定したところ、全ての試料においてＨＰＭＣに由来するピークに加えてＭＰＣに起因するピークも観測された。この結果から、合成例１〜３で得られた共重合体は共有結合によりＨＰＭＣに導入されたことが確認できた。
【００３８】
比較例１−１
合成例４で得られた重合体を用いて、実施例１−１〜１−３の方法に準じて反応を行なった。得られた反応物を¹Ｈ−ＮＭＲにより分析したが、ＭＰＣに由来するピークは認められなかった。
【００３９】
＜血液適合性再生セルロース系膜の製造＞
実施例２−１〜２−３
実施例１−１〜１−３で得られた各ＭＰＣ含有可溶性セルロース誘導体の１重量／容量％水溶液に、予め水洗、風乾させておいたセルロースフィルム（１０ｃｍ×１０ｃｍ）をそれぞれ１０分間浸漬させた。その後、室温大気中で乾燥し、更に真空乾燥を行った。上記条件にて再度コーティング処理を施した。得られたＭＰＣ含有可溶性セルロース誘導体で被覆したセルロース膜をそれぞれ実施例２−１〜２−３とした。これら被覆したセルロース膜をよく乾燥させ、その表面をＥＳＣＡで分析したところ、全ての試料においてＭＰＣユニットに起因するリン原子及び窒素原子のピークが認められた。
【００４０】
比較例２−１〜２−３
合成例５で得られた共重合体１ｇ及びヘキサメチレンジアミン１２ｍｇ；合成例６で得られた共重合体１ｇ及び１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル２１ｍｇ；合成例７で得られた共重合体１ｇ及び１，４−ブタンジオールジグシジルエーテル２１ｍｇをそれぞれエタノール２０ｍｌに溶解し、予め水洗、風乾させておいたセルロースフィルム（１０ｃｍ×１０ｃｍ）に塗布して乾燥させることによりキャストフィルムを作製した。各キャストフィルムを８０℃で２時間加熱することにより特開平７−１８４９８９号公報記載の共重合体で被覆されたセルロース膜を得た。これらをそれぞれ比較例２−１〜２−３としてその表面をＥＳＣＡで分析したところ、全ての試料においてＭＰＣユニットに起因するリン原子及び窒素原子のピークが認められた。
【００４１】
比較例２−４〜２−６
合成例８〜１０で得られた共重合体の各々をエタノール溶液に５重量／容量％の濃度になるように溶解した溶液に、予め水洗、風乾させておいたセルロースフィルム（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を約１分間浸漬し、３０℃の通風乾燥機でそれぞれ乾燥させた。この操作を３回繰り返した後、１４０℃で２時間加熱することにより、特開平７−１８４９９０号公報記載の共重合体で被覆されたセルロース膜を得た。これらをそれぞれ比較例２−４〜２−６として表面をＥＳＣＡで分析したところ、全ての試料においてＭＰＣユニットに起因するリン原子及び窒素原子のピークが認められた。
【００４２】
比較例２−７
合成例１１で得られた共重合体溶液０．６８ｇ、ジシクロヘキシルカルボジイミド１．９１ｇ、及び４−（ジメチルアミノ）ピリジン１．５ｍｇに、脱水した塩化メチレン１００ｍｌを加えて溶解した。次いで、得られた溶液に、予めアセトンに浸漬させた後風乾させたセルロースフィルム（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を２４時間浸漬させた。続いて、メタノールに浸漬させて洗浄（１０分間×３回）した後、風乾することにより特開平７−２３１９３５号公報記載の高分子酸で被覆されたセルロース膜を得た。これを比較例２−７としてその表面をＥＳＣＡで分析したところ、ＭＰＣユニットに起因するリン原子及び窒素原子のピークが認められた。
【００４３】
＜血液適合性評価＞
実施例３及び比較例３
実施例２−１〜２−３（実施例３）及び比較例２−１〜２−７（比較例３）で作製した膜をそれぞれリン酸緩衝液（ＰＢＳ）に１日浸漬し、ＰＢＳを取り除いた後、ウサギ血小板多血漿０．７ｍｌを、室温で１８０分間接触させた。次に血漿をアスピレーターで取り除き、ＰＢＳで３回洗浄後、２．５重量％グルタルアルデヒド溶液１．０ｍｌを１２０分間接触させた。その後、グルタルアルデヒド溶液をアスピレーターで取り除き、蒸留水で４回洗浄した後凍結乾燥し、更にデシケーターに入れ１日真空乾燥させた。得られた各セルロース膜の表面を走査型電子顕微鏡により観察したところ、全ての試料において血小板はほとんど付着していなかった。
【００４４】
比較例４
未処理のセルロースフィルムに実施例３と同様な処理を行った後、走査型電子顕微鏡により膜の表面を観察したところ、１３万個／ｍｍ²の血小板が付着していた。
【００４５】
＜溶質透過性実験＞
実施例４及び比較例５
実施例２−１〜２−３（実施例４）及び比較例２−１〜２−７（比較例５）で得られたフィルムで区切った状態となるように、蒸留水で溶解した２ｍｇ／ｍｌの尿素水溶液６０ｍｌと蒸留水６０ｍｌとを同時に各ガラスセルに入れた。撹拌しながら２０分毎に蒸留水側のセルから０．５ｍｌを採取して、２時間の透過性実験を行った。尿素の定量は、検体０．０２ｍｌを採取し、尿素窒素Ｂ−テストワコー（ウレアーゼ・インドフェノール法）（和光純薬工業（株）製）の測定キットを用いて尿素の標準水溶液での検量線法により行った。結果を表２に示す。また未処理のフィルムを用いて同様に行った結果も併せて表２に示す。表２の結果より、本発明の可溶性セルロース被覆セルロース膜において、実用上、膜の透過性能は維持されることが判る。一方、比較例２−１〜２−６で得られたフィルムは、膜表面に生成したゲル様の高分子物質が障害となり、膜透過性が著しく低下した。
【００４６】
【表２】

【００４７】
＜溶出試験＞
実施例５及び比較例６
実施例２−１〜２−３（実施例５）及び比較例２−１〜２−７（比較例６）で得られたフィルムを、蒸留水、エタノールの各溶媒１０ｍｌに室温で３時間浸漬し、溶液中のリン含有量を定量することによりポリマーの溶出量を計算した。また予めセルロース膜に被覆させたポリマー量をリンの定量により求め、この値と溶出量とからポリマーの溶出率を算出した。結果を表３に示す。表３の結果より、本発明の再生セルロース系膜は、水及びエタノール中において共に殆どポリマーの溶出は認められなかった。一方、比較例２−１〜２−７で得られたフィルムは、本発明のセルロース膜に比べてポリマーの溶出量が高く、その傾向は溶媒がエタノールの特に顕著であった。
【００４８】
【表３】

[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a soluble cellulose derivative and a biocompatible material using the same.
[0002]
[Prior art]
Cellulose is a natural polymer made from seed fibers, gin leather, wood, and the like, and is widely used in the industrial field for producing fibers, plastics, papermaking and the like. Cellulose is a soluble cellulose obtained by partial esterification or etherification of the three hydroxyl groups of the D-glucopyranose unit, which is a structural unit. The cellulose has improved cellulose defects and becomes soluble in water and organic solvents. Since plasticity is imparted, it is used in a wide range of applications such as dyed fabrics, paper gluing, sizing agents, thickeners, extenders, polishes, latex paints, paint strippers, pharmaceuticals, and cosmetics.
[0003]
On the other hand, cellulose is extremely useful as a medical material. In particular, a regenerated cellulose membrane obtained by regenerating cellulose by the copper ammonium method is widely used as a material for hemodialysis membranes, and plays an important role in prolonging the life of patients with renal failure and rehabilitating society with the advancement of dialysis equipment and dialysis technology. This is because the regenerated cellulose membrane has excellent dialysis performance and mechanical strength, as well as high safety backed by many years of experience.
[0004]
However, despite the progress of dialysis therapy, various problems associated with dialysis still remain unsolved. One of them is the problem of various side effects that may occur due to long-term administration of anticoagulants. Conventionally, when performing artificial dialysis, continuous administration of an anticoagulant represented by heparin has been performed in order to suppress the blood coagulation reaction in the artificial dialyzer. However, the problem of using heparin has been pointed out one after another, since the solute removal performance of an artificial dialyzer has been improved and a long-term life span of 20 years has become possible. In particular, liver disorders such as abnormal lipid metabolism due to long-term administration of heparin, prolonged bleeding time, or allergic reactions are recognized as side effects on patients. From this point of view, there is an urgent need to develop an artificial dialyzer that does not cause blood coagulation even if the amount of anticoagulant used is reduced or not used at the time of artificial dialysis.
[0005]
Attempts to improve the regenerated cellulose membrane have so far been focused mainly on transient leukocyte reduction and suppression of complement activation when hemodialysis is performed on the regenerated cellulose membrane. A method of fixing a polymer having an amino group on the surface or a method of covalently bonding a hydrophilic polymer chain such as a polyethylene oxide chain to the surface has been reported, but the suppression of blood coagulation is insufficient. On the other hand, a method for improving antithrombogenicity without impairing other excellent performances of the regenerated cellulose membrane has also been proposed. For example, a method for imparting antithrombogenicity by heparinizing the membrane surface has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-194. However, since a sufficient effect cannot be obtained and the cost becomes high, it is put into practical use. It has not been.
[0006]
By the way, there is an attempt to use a phospholipid polar group as a method for imparting blood compatibility to the regenerated cellulose membrane. For example, JP-A-54-63025 proposes 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (abbreviated as MPC). Has been. The polymer having phosphorylcholine group, which is a phospholipid polar group, effectively inhibits blood coagulation because the surface of this polymer is similar to a biological membrane, plasma protein is not adsorbed on the surface, and platelet adhesion and activity This is thought to be due to the fact that crystallization and the like are not induced (Biomaterial, 8, 231-237 (1990), J. Biomed. Mater. Res., 25, 1397-1407 (1991)).
[0007]
JP-A-3-39309 discloses that a copolymer of a polymerizable phosphorylcholine group-containing monomer and a methacrylic acid ester or styrene is extremely excellent in antithrombotic properties. A method of fixing the copolymer to the above is also conceivable. However, since these phosphorylcholine group-containing polymers have low affinity with cellulose and poor adhesion, there is a risk of dropping from the cellulose surface and elution in coating, which is not suitable for modification. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-220218 discloses a method of graft copolymerizing MPC onto cellulose using cerium ions as a radical polymerization initiator, and exhibits excellent biocompatibility when immobilized on the surface of a regenerated cellulose film. It has been shown that it can. However, this method uses highly toxic cerium ions, which are difficult to remove, and thus remain problematic in the case of long-term use.
[0008]
On the other hand, a method of reacting or grafting a polymer chain to a base material is effective from the viewpoint of suppressing dropping and elution. As a known technique, for example, a technique of graft polymerizing MPC onto a cellulose membrane (BIO INDUSTRY) 8 (6), 412-420 (1991)). However, in this method, the cellulose membrane must be placed in an oxygen-free atmosphere during polymerization, and cerium ions used as a polymerization initiator must be removed from the cellulose membrane, so that the reaction operation becomes very complicated. In addition, MPC is diffusive and enters the inside of the pore to cause a reaction in the entire membrane, so that the permeation performance of the membrane is reduced, the membrane is damaged by cerium ions, the mechanical strength is reduced, There is a problem that the reaction proceeds non-uniformly and variation occurs in the suppression of platelet adhesion. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-231935 describes a method for modifying cellulose in which a copolymer of MPC, a methacrylic acid ester, and a monomer having a carboxyl group is introduced into a cellulose membrane by an ester bond. However, the reaction in this method is a dehydration condensation reaction between a polymer having a low reactivity of a cellulose hydroxyl group and a carboxyl group in the copolymer, and therefore requires a large excess of dehydrating agent and severe reaction conditions. For this reason, the presence of a small amount of water has an adverse effect, and it is difficult to remove the reaction reagent and reaction product, so that sufficient performance cannot be exhibited, and it is not suitable as an industrial production method from an economical viewpoint. JP-A-7-18489 discloses (i) a polymer material obtained by crosslinking a copolymer of MPC and an epoxy group-containing monomer with a compound having two or more groups of at least one of an amino group and a carboxyl group, Or (ii) a polymer material obtained by crosslinking a copolymer of MPC and at least one of an amino group-containing monomer and a carboxyl group-containing monomer with a compound having two or more epoxy groups A medical material in which any of the above is coated on a substrate surface is described. It is also disclosed that this medical material exhibits excellent blood compatibility, and the coated polymer material does not easily fall off, so that blood compatibility is stably maintained for a long time. Yes. However, when the crosslinked polymer material is coated on the surface of the dialysis membrane of an artificial dialyzer, a gel is generated on the surface of the membrane, resulting in coating unevenness and a significant decrease in membrane permeation performance. JP-A-7-184990 discloses at least one kind of MPC, an epoxy group-containing monomer, a hydroxyl group-containing monomer, an amino group-containing monomer, and a carboxy group-containing monomer. It is described that a substrate surface is coated with a copolymer with a monomer. However, even in this system, when the above copolymer is applied to a dialysis membrane of an artificial dialyzer, the copolymer is cross-linked and fixed to the surface of the substrate, so that a gel is generated on the membrane surface, resulting in uneven coating and permeation of the membrane. The problem of causing a significant decrease in performance is inevitable.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
A first object of the present invention is to provide a soluble cellulose derivative that can be used as a biocompatible material or the like that can solve the above problems.
The second object of the present invention is to provide a biocompatible material that is excellent in safety, has both blood compatibility and affinity for cellulose membrane, and is particularly suitable for a material having antithrombogenicity. There is.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors bonded soluble cellulose and a phosphorylcholine group-containing polymer, which is an excellent biocompatible material having a phospholipid-like structure, through a highly reactive epoxy group, thereby producing a cellulose derivative excellent in biocompatibility. Various studies have been made to obtain high yield and high quality. However, the solvent capable of dissolving both the soluble cellulose and the phosphorylcholine group polymer is limited, and the reaction of both is a polymer reaction in which the reactivity is remarkably lowered. Could not be introduced by chemical bonding. For example, when hydroxyethylcellulose and a phosphorylcholine group-containing copolymer containing an epoxy group are reacted in an aqueous solution in the presence of an alkali, the ring-opening reaction of the epoxy group with water takes precedence and the desired soluble cellulose derivative was not obtained. . Thus, for example, as a result of extensive research on non-aqueous reaction systems, soluble cellulose and a phosphorylcholine group-containing polymer containing an epoxy group were reacted in the presence of a basic catalyst in a non-aqueous system, resulting in efficient reaction. And the soluble cellulose derivative by which the said copolymer was introduce | transduced by the covalent bond to the soluble cellulose which was not known conventionally was obtained, and it discovered that this derivative had remarkable performance, and came to complete this invention.
That is, according to the present invention, the soluble cellulose (A) is reacted with the copolymer (B) containing structural units of the phosphorylcholine group-containing monomer (b1) and the epoxy group-containing monomer (b2). The obtained soluble cellulose derivative in which the copolymer (B) is covalently introduced into the soluble cellulose (A) is provided.
Moreover, according to this invention, the biocompatible material characterized by consisting of the said soluble cellulose derivative is provided.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The soluble cellulose derivative of the present invention is obtained by reacting soluble cellulose (A) with a copolymer (B) containing structural units of a phosphorylcholine group-containing monomer (b1) and an epoxy group-containing monomer (b2). , A compound in which the copolymer (B) is introduced into the soluble cellulose (A) by a covalent bond.
Examples of the soluble cellulose (A) used in the present invention include methyl cellulose, ethyl cellulose, cellulose acetate, nitrocellulose, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) and the like. It is done.
[0012]
The phosphorylcholine group-containing monomer (b1) that forms the structural unit of the copolymer (B) used in the present invention is a monomer having a vinyl group and a phosphorylcholine group. Specifically, for example, 2- (meth) acryloyloxyethyl-2 ′-(trimethylammonio) ethyl phosphate, 2-methacryloyloxyethoxyethyl phosphorylcholine, 6-methacryloyloxyhexyl phosphorylcholine, 10-methacryloyloxyethoxynonylphosphorylcholine Allyl phosphorylcholine, butenylphosphorylcholine, hexenylphosphorylcholine, octenylphosphorylcholine, decenylphosphorylcholine and the like. These phosphorylcholine group-containing monomers (b1) can be used alone or as a mixture. From the viewpoint of availability, 2- (meth) acryloyloxyethyl-2 '-(trimethylanimonio) ethyl phosphate (MPC) is preferable. In the copolymer (B) of the present invention, the content of the structural unit of the phosphorylcholine group-containing monomer (b1) is preferably 5 to 99.9 mol%, particularly preferably 20 to 95 mol%. When the molar ratio of the structural unit of the monomer (b1) is less than 5 mol%, biocompatibility and blood compatibility are not sufficiently exhibited when the biocompatible material is used, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 99.9 mol%, the content of the epoxy group in the copolymer is inevitably 0.1 mol% or less, which causes a problem described later, which is not preferable.
[0013]
The epoxy group-containing monomer (b2) forming the structural unit of the copolymer (B) used in the present invention is a monomer having at least a vinyl group and an epoxy group. Specific examples include glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate (GMA), methyl glycidyl methacrylate, and allyl glycidyl ether. These epoxy group-containing monomers (b2) can be used alone or as a mixture.
In the copolymer (B) of this invention, the content rate of the structural unit of an epoxy-group-containing monomer (b2) is 0.1-30 mol%, Especially 1-20 mol% is preferable. When the molar ratio of the structural units of the monomer (b2) is less than 0.1 mol%, the introduction reaction into the soluble cellulose (A) is difficult to occur, and when it exceeds 30 mol%, the soluble cellulose (A) And the copolymer (B) are not preferable because crosslinking between the copolymers and between the copolymer and cellulose easily occurs and a gel is formed.
[0014]
The copolymer (B) of the present invention may have a structural unit other than the monomers (b1) and (b2) as a structural unit. The monomer for forming the structural unit other than the monomers (b1) and (b2) is another monomer capable of radical polymerization, and is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate (Meth) acrylic acid ester monomers such as (meth) acrylic acid-2-hydroxyethyl, (meth) acrylic acid-2-hydroxypropyl and other (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester monomers; Acrylic amides; Styrene monomers such as styrene, methyl styrene and substituted styrene; vinyl monomers such as ethyl vinyl ether and butyl vinyl ether N-vinyl pyrrolidone; unsaturated hydrocarbon monomers such as vinyl chloride, vinylidene chloride, ethylene, propylene, isobutylene or substituted unsaturated hydrocarbon monomers; acrylonitrile; glycosyl ethyl methacrylate (GEMA) Oligoethylene glycol methacrylate; polyethylene glycol monomethacrylate and the like. These monomers may be used alone or in combination of two or more.
The content ratio of the constituent units of other monomers in the copolymer (B) is preferably less than 60 mol%, particularly preferably less than 50 mol% so as not to impair the solubility of the resulting soluble cellulose derivative in water. .
[0015]
In order to prepare the copolymer (B), for example, a monomer comprising the phosphorylcholine group-containing monomer (b1), the epoxy group-containing monomer (b2), and other monomers as necessary. It is obtained by polymerizing the body composition in a solvent in the presence of a polymerization initiator.
A polymerization initiator is not specifically limited, The normal polymerization initiator for radical polymerization, etc. are used. Specifically, benzoyl peroxide, t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, succinyl peroxide, glutar peroxide, succinyl peroxyglutarate, t-butyl peroxymalate, t-butyl peroxypi Organic peroxides such as valates, di-2-ethoxyethyl peroxycarbonate, 3-hydroxy-1,1-dimethylbutyl peroxypivalate; azobisisobutyronitrile, dimethyl-2,2-azobisisobuty 1-((1-cyano-1-methylethyl) azo) formamide, 2,2-azobis (2-methyl-N-phenylpropionamidine) dihydrochloride, 2,2-azobis (2-methyl-N -(2-hydroxyethyl) -propionamide), 2,2-azobis (2 Methylpropionamide) dihydrate, 4,4, - azobis (4-cyano pentanoic acid), 2,2-azobis (2- (hydroxymethyl) propionitrile) azo compounds, and the like. These polymerization initiators can be used alone or as a mixture in use.
[0016]
Examples of the solvent for producing the copolymer (B) include methanol, ethanol, propanol, butanol, benzene, toluene, tetrahydrofuran, dioxane, dichloromethane, chloroform or a mixed solvent thereof.
[0017]
The number average molecular weight of the copolymer (b) is preferably 5,000 to 300,000. When the number average molecular weight is less than 5,000, the number of epoxy groups per molecule is reduced, and the introduction into soluble cellulose becomes difficult. Further, when the number average molecular weight exceeds 300,000, the solution viscosity becomes high and handling is difficult, and a cross-linked product between the copolymers and between the cellulose and the copolymer is easily formed in the reaction with the soluble cellulose. Therefore, it is not preferable.
The soluble cellulose derivative of the present invention can be obtained by reacting the copolymer (B) so as to be introduced into the soluble cellulose (A) by a covalent bond. In the reaction, it is desirable that the soluble cellulose (A) is used by being dissolved in a solvent so as to have a concentration of 0.1 to 20% by weight, particularly 1 to 10% by weight. In the reaction solvent, the constituent ratio of the functional group such as the hydroxyl group of the soluble cellulose (A) and the epoxy group in the copolymer (B), that is, the constituent ratio of the functional group / epoxy group is 0 in molar ratio. The ratio is preferably 1/1 to 100: 1, particularly preferably 1/1 to 10/1. When the epoxy group with respect to the said functional group 0.1 exceeds 1, it is easy to bridge | crosslink between both polymers easily. Moreover, when the epoxy group with respect to the said functional group 100 is less than 1, reaction becomes difficult to occur.
The reaction is preferably performed in the presence of a basic catalyst. Examples of the basic catalyst include dimethylaminopyridine, pyridine, triethylamine, and a mixture thereof. In consideration of reactivity, dimethylaminopyridine is most preferable. The amount of the basic catalyst charged is preferably such that the basic catalyst: soluble cellulose (A) D-glucopyranose unit has a molar ratio of 1: 1 to 1:50.
[0018]
The reaction between the copolymer (B) and the soluble cellulose (A) can be carried out in the presence of a solvent, but the solvent is inert to epoxy groups other than water and low molecular alcohols, Any solvent that can dissolve the soluble cellulose (A) and the copolymer (B) or can dissolve the copolymer (B) can be used. Specific examples include nitromethane and nitroethane. The reaction conditions of the soluble cellulose (A) and the copolymer (B) are preferably in the range of a reaction temperature of 10 to 100 ° C. and a reaction time of 1 to 100 hours. If the reaction temperature is less than 10 ° C., the reaction hardly occurs. The soluble cellulose (A) and the copolymer (B) are covalently bonded by this reaction, and examples of the covalent bond include chemical bonds such as an ether bond.
[0019]
The molecular weight of the soluble cellulose derivative of the present invention is preferably 10,000 to 1,000,000 in number average molecular weight. If the molecular weight is less than 10,000, the adhesion to the substrate is poor, and if it exceeds 1,000,000, the solubility becomes poor.
[0020]
The biocompatible material of the present invention consists essentially of the above-mentioned soluble cellulose derivative and can be used by, for example, a method of contacting and drying the surface of various medical materials such as hemodialysis membrane materials. For example, in producing a hemodialysis membrane, in order to give the biocompatible material of the present invention to a cellulose membrane, the biocompatible material is dissolved in a solvent, brought into contact with the cellulose membrane, and dried as a coating membrane. good. As the solvent, basically, any solvent that can dissolve the soluble cellulose derivative can be used. An appropriate solvent must be selected in consideration of easiness of removal, safety in the case of remaining in a trace amount, and the like. The concentration of the biocompatible material dissolved in the solvent is preferably in the range of 0.005 to 5% by weight / volume, more preferably in the range of 0.01 to 1% by weight / volume, as the concentration of the soluble cellulose derivative. If the concentration of the soluble cellulose derivative exceeds 5% by weight / volume, it is difficult to obtain a uniform coating, resulting in variations in performance and loss of the biocompatible material during use. In order to remove the solvent by drying, it is carried out by a usual method such as vacuum drying, ventilation drying or heat drying when the solvent is volatile, and if the solvent has a relatively high boiling point, if necessary The obtained film can be washed with a solvent, then washed with a volatile organic solvent having good compatibility with the solvent, and dried in the same manner as described above. The amount of the biocompatible material immobilized on the cellulose membrane is 1 to 100 μg / cm as the amount of the soluble cellulose derivative.²Is preferably in the range of 5 to 50 μg / cm²The range of is particularly preferable. The amount of fixed soluble cellulose derivative is 1 μg / cm²If it is less than 100 μg / cm, sufficient antithrombogenicity is not exhibited.²Exceeding this is not preferable because dialysis performance deteriorates.
[0021]
【The invention's effect】
Since the soluble cellulose derivative of the present invention is excellent in safety and has both blood compatibility and affinity for cellulose membrane, it has antithrombogenicity to the regenerated cellulose membrane used in an artificial dialyzer. It is suitable as a material for imparting. In addition, the biocompatible material comprising the soluble cellulose derivative forms a uniform and non-uniform coating layer on the surface of the regenerated cellulose-based membrane, so that the membrane permeation performance is maintained for a long period of time and does not easily fall off. Therefore, antithrombogenicity can be exhibited over a long period of time.
[0022]
【Example】
Next, the contents of the present invention will be described in more detail by way of examples.
The measurement items described in the following synthesis examples were each measured by the following method.
(1) Copolymer monomer composition
(1-1) MPC unit content
6 mg of MPC-containing copolymer is dissolved in 10 ml of ethanol, and 50 μl of this solution is dried at 75 ° C. Next, the organic phosphorus is decomposed into inorganic phosphorus by adding 260 μl of 70% by weight of perchloric acid and heating at 180 ° C. for 20 minutes. After cooling, 1.9 ml of distilled water, 0.4 ml of 1.25 wt% ammonium molybdate, 0.4 ml of 5 wt% ascorbic acid are added, and the mixture is heated at 100 ° C. for 5 minutes for color development. The phosphorus concentration is then quantified by measuring the absorbance of this solution at 817.8 nm. The calibration curve is prepared using disodium hydrogen phosphate. From this value, the phosphorus content in the copolymer is determined, and the MPC content (mol%) in the copolymer is calculated accordingly.
[0023]
(1-2) Glycidyl methacrylate (GMA) unit content
By adding 3 g of an isopropanol solution containing a 10 wt% MPC-containing copolymer to 15 g of 0.2 M sodium thiosulfate 50 volume% isopropanol aqueous solution (pH = 7.3) containing phenolphthalein, the solution is heated and stirred on a stirrer. Shows purple. The resulting purple solution is neutralized by sequentially adding a 0.2N aqueous acetic acid solution, back titrated with a 0.02N aqueous sodium hydroxide solution, and the epoxy group content is determined from the amount of acetic acid consumed. From this value, the GMA content (mol%) in the copolymer is calculated.
[0024]
(2) Number average molecular weight of MPC-containing copolymer
A 1% by weight solution of MPC-containing copolymer is filtered (0.8 μm) and then subjected to GPC measurement. Ethanol is used as the eluent. The number average molecular weight of the MPC-containing copolymer is determined in terms of polyethylene glycol.
[0025]
<Synthesis of MPC-containing polymer>
Synthesis example 1
39.01 g (95 mol%) of MPC and 0.99 g (5 mol%) of GMA were dissolved in 358 g of isopropanol, and the inside of the reaction vessel was sufficiently replaced with nitrogen gas. To this solution was added 2.18 g of a toluene solution of 20% by weight of t-butyl peroxypivalate (number of moles of peroxide contained in the solution: 2.50 mmol), and immersed in a hot bath at 60 ° C. to obtain 5 Polymerization was carried out by heating for an hour. After cooling, the reaction solution was dropped into diethyl ether, and the resulting copolymer was filtered off and dried in vacuum. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer unit, the content of the epoxy group-containing monomer unit, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0026]
Synthesis example 2
A copolymer was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the proportion of each monomer used was changed to 37.97 g (90 mol%) MPC and 2.03 g (10 mol%) GMA. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer unit, the content of the epoxy group-containing monomer unit, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0027]
Synthesis example 3
A copolymer was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the proportion of each monomer used was changed to MPC 35.70 g (80 mol%) and GMA 4.30 g (20 mol%). Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer unit, the content of the epoxy group-containing monomer unit, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0028]
Synthesis example 4
A polymer was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the monomer used was changed to MPC 40.00 g (135 mmol) alone. The number average molecular weight of the obtained polymer is shown in Table 1.
[0029]
Synthesis example 5
MPC 2.0 g (35 mol%), GMA 0.14 g (5 mol%), methacrylate-n-butyl (BMA) 1.65 g (60 mol%), and azobisisobutyronitrile (AIBN) 0.04 g It melt | dissolved in 28 ml of ethanol, and the inside of reaction container was fully substituted by argon gas. The reaction vessel was immersed in a 60 ° C. warm bath for 24 hours to carry out a polymerization reaction. After cooling, the operation of pouring the polymerization solution into chloroform and precipitating the copolymer was repeated twice. Finally, the copolymer was precipitated with ethyl ether instead of chloroform, and the copolymer precipitate was filtered off and then vacuum dried. A copolymer described in JP-A-7-184989 was obtained. The yield was 90%. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer unit, the content of the epoxy group-containing monomer unit, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0030]
Synthesis Example 6
Similar to Synthesis Example 5, except that each monomer used was replaced with 2.0 g (35 mol%) of MPC, 0.06 g (5 mol%) of allylamine and 1.65 g (60 mol%) of n-butyl methacrylate (BMA). Thus, a copolymer described in JP-A-7-184989 was obtained. The yield was 88%. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer units, the content of amino group-containing monomer units, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0031]
Synthesis example 7
Each monomer was replaced with MPC 2.0 g (35 mol%), methacrylic acid (MA) 0.08 g (5 mol%), and BMA 1.65 g (60 mol%) in the same manner as in Synthesis Example 5, except that A copolymer described in Kaihei 7-184989 was obtained. The yield was 70%. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer unit, the content of the carboxyl group-containing monomer unit in the obtained copolymer, and the number average molecular weight of the copolymer.
[0032]
Synthesis example 8
Each monomer used was replaced with MPC 2.0 g (35 mol%), GMA 0.03 g (1 mol%), BMA 1.52 g (55 mol%) and 2-hydroxyethyl methacrylate 0.22 g (9 mol%). In the same manner as in Synthesis Example 5, a copolymer described in JP-A-7-184990 was obtained. The yield was 95%. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer units, the epoxy group-containing monomer units, the hydroxyl group-containing monomer unit contents, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0033]
Synthesis Example 9
Synthesis Example 5 except that each monomer used was replaced with MPC 2.0 g (35 mol%), GMA 0.03 g (1 mol%), BMA 1.52 g (55 mol%) and acrylamide 0.125 g (9 mol%). In the same manner, a copolymer described in JP-A-7-184990 was obtained. The yield was 60%. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer unit, the epoxy group-containing monomer unit, the amino group-containing monomer unit content, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0034]
Synthesis Example 10
Synthesis examples except that each monomer used was replaced with MPC 2.0 g (35 mol%), GMA 0.03 g (1 mol%), BMA 1.52 g (55 mol%) and acrylic acid 0.127 g (9 mol%). In the same manner as in Example 5, a copolymer described in JP-A-7-184990 was obtained. The yield was 70%. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer unit, the epoxy group-containing monomer unit, the carboxyl group-containing monomer unit content, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0035]
Synthesis Example 11
MPC 8.88 g (24.9 mol%), methacrylic acid (MA) 0.35 g (3.4 mol%), 2- (ethylhexyl) methacrylate 17.16 g (71.7 mol%) And 97.8 mg of AIBN were added, 120 ml of ethanol was added, and the inside of the reaction vessel was sufficiently replaced with argon gas. The ampoule was sealed and placed in a 60 ° C. oil bath and polymerized by heating for 3 hours. After cooling, the reaction mixture was dropped into diethyl ether to precipitate the copolymer, washed with stirring, then recovered and vacuum dried to obtain a copolymer described in JP-A-7-231935. Table 1 shows the phosphorylcholine group-containing monomer units, the content of carboxyl group monomer units, and the number average molecular weight of the copolymer in the obtained copolymer.
[0036]
[Table 1]

[0037]
<Production of blood-compatible soluble cellulose derivative>
Examples 1-1 to 1-3
While stirring in 19 g of nitromethane, 1 g of HPMC (4.92 mmol in D-glucopyranose unit) and 0.2 g (1.64 mmol) of 4- (N, N-dimethylamino) pyridine were added and stirred at room temperature for 1 to 2 hours. . Next, 5 g of each of the copolymers obtained in Synthesis Examples 1 to 3 was added, stirred and dissolved, and then immersed in a warm bath at 50 ° C. and reacted for 24 hours. After cooling, the reaction solution was added dropwise to ethanol to precipitate the reaction product, which was sufficiently washed with stirring. Subsequently, the mixture was filtered to remove the unreacted copolymer, followed by vacuum drying. The obtained reaction product, which is a soluble cellulose derivative, was used as Examples 1-1 to 1-3, respectively.₂O)¹As a result of H-NMR measurement, in addition to the peak derived from HPMC, a peak attributed to MPC was also observed in all samples. From this result, it was confirmed that the copolymers obtained in Synthesis Examples 1 to 3 were introduced into HPMC by a covalent bond.
[0038]
Comparative Example 1-1
Using the polymer obtained in Synthesis Example 4, the reaction was performed according to the methods of Examples 1-1 to 1-3. The obtained reaction product¹As a result of analysis by H-NMR, no peak derived from MPC was observed.
[0039]
<Manufacture of blood compatible regenerated cellulose membrane>
Examples 2-1 to 2-3
Cellulose films (10 cm × 10 cm) that had been previously washed with water and air-dried were each immersed for 10 minutes in 1 wt / vol% aqueous solutions of each of the MPC-containing soluble cellulose derivatives obtained in Examples 1-1 to 1-3. . Then, it dried in air | atmosphere at room temperature and further vacuum-dried. The coating treatment was performed again under the above conditions. The obtained cellulose films coated with the MPC-containing soluble cellulose derivative were referred to as Examples 2-1 to 2-3, respectively. When these coated cellulose membranes were thoroughly dried and their surfaces were analyzed by ESCA, peaks of phosphorus atoms and nitrogen atoms attributed to MPC units were observed in all samples.
[0040]
Comparative Examples 2-1 to 2-3
1 g of copolymer obtained in Synthesis Example 5 and 12 mg of hexamethylenediamine; 1 g of copolymer obtained in Synthesis Example 6 and 21 mg of 1,4-butanediol diglycidyl ether; copolymer obtained in Synthesis Example 7 1 g and 21 mg of 1,4-butanediol diglycidyl ether were each dissolved in 20 ml of ethanol, applied to a cellulose film (10 cm × 10 cm) that had been washed with water and air-dried in advance, and dried to prepare a cast film. Each cast film was heated at 80 ° C. for 2 hours to obtain a cellulose film coated with the copolymer described in JP-A-7-184989. When these surfaces were analyzed by ESCA as Comparative Examples 2-1 to 2-3, respectively, peaks of phosphorus atoms and nitrogen atoms attributed to the MPC unit were observed in all the samples.
[0041]
Comparative Examples 2-4 to 2-6
A cellulose film (10 cm × 10 cm) previously washed with water and air-dried in a solution in which each of the copolymers obtained in Synthesis Examples 8 to 10 was dissolved in an ethanol solution to a concentration of 5% by weight / volume was used. It was immersed for about 1 minute and dried with a 30 ° C. ventilation dryer. After repeating this operation three times, the cellulose film coated with the copolymer described in JP-A-7-184990 was obtained by heating at 140 ° C. for 2 hours. When the surfaces were analyzed by ESCA as Comparative Examples 2-4 to 2-6, respectively, peaks of phosphorus atoms and nitrogen atoms attributed to the MPC unit were observed in all the samples.
[0042]
Comparative Example 2-7
100 ml of dehydrated methylene chloride was added to and dissolved in 0.68 g of the copolymer solution obtained in Synthesis Example 11, 1.91 g of dicyclohexylcarbodiimide, and 1.5 mg of 4- (dimethylamino) pyridine. Next, a cellulose film (10 cm × 10 cm) which had been preliminarily immersed in acetone and then air-dried was immersed in the obtained solution for 24 hours. Subsequently, it was immersed in methanol and washed (10 minutes × 3 times), followed by air drying to obtain a cellulose film coated with a polymer acid described in JP-A-7-231935. When the surface was analyzed by ESCA as Comparative Example 2-7, peaks of phosphorus atoms and nitrogen atoms attributable to the MPC unit were observed.
[0043]
<Blood compatibility evaluation>
Example 3 and Comparative Example 3
The membranes prepared in Examples 2-1 to 2-3 (Example 3) and Comparative Examples 2-1 to 2-7 (Comparative Example 3) were each immersed in a phosphate buffer solution (PBS) for 1 day. After removal, 0.7 ml of rabbit platelet rich plasma was contacted at room temperature for 180 minutes. Next, the plasma was removed with an aspirator, washed 3 times with PBS, and then contacted with 1.0 ml of a 2.5 wt% glutaraldehyde solution for 120 minutes. Thereafter, the glutaraldehyde solution was removed with an aspirator, washed four times with distilled water, lyophilized, and further placed in a desiccator and vacuum dried for one day. When the surface of each obtained cellulose film was observed with a scanning electron microscope, platelets were hardly adhered in all the samples.
[0044]
Comparative Example 4
After the same treatment as in Example 3 was performed on the untreated cellulose film, the surface of the membrane was observed with a scanning electron microscope.²Platelets were attached.
[0045]
<Solute permeability experiment>
Example 4 and Comparative Example 5
2 mg / dissolved in distilled water so as to be separated by the films obtained in Examples 2-1 to 2-3 (Example 4) and Comparative Examples 2-1 to 2-7 (Comparative Example 5) 60 ml of urea aqueous solution and 60 ml of distilled water were simultaneously put in each glass cell. While stirring, 0.5 ml was taken from the cell on the distilled water side every 20 minutes, and a 2 hour permeability experiment was conducted. For the determination of urea, 0.02 ml of a sample was collected, and a calibration curve with a standard aqueous solution of urea using a measurement kit of urea nitrogen B-test Wako (urease / indophenol method) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Done by law. The results are shown in Table 2. The results obtained in the same manner using an untreated film are also shown in Table 2. From the results of Table 2, it can be seen that in the soluble cellulose-coated cellulose membrane of the present invention, the permeation performance of the membrane is maintained practically. On the other hand, in the films obtained in Comparative Examples 2-1 to 2-6, the gel-like polymer substance formed on the membrane surface was an obstacle, and the membrane permeability was remarkably lowered.
[0046]
[Table 2]

[0047]
<Dissolution test>
Example 5 and Comparative Example 6
The films obtained in Examples 2-1 to 2-3 (Example 5) and Comparative Examples 2-1 to 2-7 (Comparative Example 6) were immersed in 10 ml of distilled water and ethanol for 3 hours at room temperature. The amount of elution of the polymer was calculated by quantifying the phosphorus content in the solution. In addition, the amount of polymer previously coated on the cellulose membrane was determined by quantitative determination of phosphorus, and the elution rate of the polymer was calculated from this value and the elution amount. The results are shown in Table 3. From the results shown in Table 3, almost no elution of the polymer was observed in the regenerated cellulose film of the present invention in both water and ethanol. On the other hand, the films obtained in Comparative Examples 2-1 to 2-7 had a higher polymer elution amount than the cellulose membrane of the present invention, and the tendency was particularly remarkable when the solvent was ethanol.
[0048]
[Table 3]

Claims

The copolymer (B) obtained by reacting soluble cellulose (A) with a copolymer (B) containing structural units of phosphorylcholine group-containing monomer (b1) and epoxy group-containing monomer (b2) ( A soluble cellulose derivative in which B) is introduced into the soluble cellulose (A) by a covalent bond.

A biocompatible material comprising the soluble cellulose derivative according to claim 1.