JP5688791B2 - Surface modification for coating - Google Patents
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Description
本発明は、一般的に生体適合性コーティングに関するものである。さらに、詳しくは、この発明は、生体適合性コーティングを施すのに適する医療機器表面の修飾(modification)に関するものである。 The present invention relates generally to biocompatible coatings. More particularly, the present invention relates to medical device surface modifications suitable for applying biocompatible coatings.
埋め込み可能な医療機器、例えば、ペースメーカー、除細動器、神経刺激器、静脈挿入器およびカテーテルは、健康を改善し、生命を維持するのに役立つものとしてよく知られた機器である。しかしながら、埋め込み可能な医療機器が提供する重要な利点にもかかわらず、その使用は、血栓、すなわち、死に至る可能性のある重大な医学的問題を生じる可能性がある。血栓は、血流を阻害する血管内の血塊形成であり、これにより、脳梗塞、心臓発作、臓器不全及び、死をもたらす恐れがある。 Implantable medical devices such as pacemakers, defibrillators, nerve stimulators, venous inserters and catheters are well known devices that help improve health and maintain life. However, despite the significant advantages provided by implantable medical devices, their use can create serious medical problems that can lead to blood clots, ie death. A thrombus is a clot formation within a blood vessel that inhibits blood flow, which can lead to cerebral infarction, heart attack, organ failure, and death.
医療機器に関連する血栓は、最初は、血液と医療機器の表面が互いに接触したときに、両者の間の相互作用の結果生じる。血液は医療機器に接触するとすぐに、血小板および他の血液成分が医療機器の表面で凝固し、凝塊を形成し始める。血液の凝固は、医療機器を製造するのに使用されている物質である金属材料やポリマー材料の上で生じることが知られている。 A thrombus associated with a medical device initially results from the interaction between the blood and the surface of the medical device when they come into contact with each other. As soon as the blood contacts the medical device, platelets and other blood components clot at the surface of the medical device and begin to form clots. Blood clotting is known to occur on metallic and polymeric materials, which are substances used to manufacture medical devices.
血液の凝固が医療機器の表面上で生じた後に、その塊は機器表面から離脱して血流中を移動し、血管の中で停留して血流を妨げるおそれがある。血栓は、継続して血液と接触する永久的に埋め込まれる機器にとって、特に大きな問題である。 After blood clotting has occurred on the surface of the medical device, the mass can detach from the surface of the device and move in the bloodstream and can remain in the blood vessel and impede blood flow. Thrombus is a particularly serious problem for permanently implanted devices that are in continuous contact with blood.
細胞付着と活性化を減少させるコーティングを開発するために多くの研究がなされてきた。これらのコーティングは生体模倣コーティング(biomimetic coating)と呼ばれているが、血塊の発生を阻止して、血栓症の生じる可能性を減少させることができる。 Much work has been done to develop coatings that reduce cell attachment and activation. These coatings are called biomimetic coatings, but can prevent the formation of blood clots and reduce the likelihood of thrombosis.
このような一群の生体模倣コーティングとしては、マルカン等の米国特許第6,759,388号、同第7,276,474号、および米国特許出願公開20080247988および20080262614に記述された界面活性剤があり、これらの文献は、本願において参考資料として引用する。 One group of such biomimetic coatings include surfactants described in US Pat. Nos. 6,759,388, 7,276,474, and US Patent Application Publication Nos. 20080244798 and 20080262614 to Marcan et al. These documents are cited as reference materials in the present application.
これらのコーティングは良好な血塊抑制をもたらす。しかしながら、多くの医療機器表面、特に血液と常に接触する機器表面へのこれらコーティングの接着は、改善されたコーティング接着により利益が得られる。特に、シリコーン、ポリウレタンおよびポリエーテルブロックアミド(PEBA)材料からなるポリマー表面への接着は理想的ではない。 These coatings provide good clot suppression. However, adhesion of these coatings to many medical device surfaces, especially those that are in constant contact with blood, can benefit from improved coating adhesion. In particular, adhesion to polymer surfaces consisting of silicone, polyurethane and polyether block amide (PEBA) materials is not ideal.
したがって、本発明の目的は、医療機器の表面を修飾し、種々の医療機器の表面に対して生体模倣ポリマーコーティングの接着性を向上させる手段を提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a means for modifying the surface of a medical device and improving the adhesion of a biomimetic polymer coating to various medical device surfaces.
本発明は、生体模倣界面活性剤コーティングの接着を改善するために、移植可能な医療機器において用いられる材料基材を修飾することにある。生体模倣界面活性剤は、以下にさらに詳しく説明するが、蛋白質、血小板および白血球の接着を減少させ、その結果、血栓症の発生の可能性を減少させるように設計されている。 The present invention resides in modifying material substrates used in implantable medical devices to improve adhesion of biomimetic surfactant coatings. Biomimetic surfactants, which are described in more detail below, are designed to reduce protein, platelet and leukocyte adhesion, and consequently reduce the likelihood of thrombosis.
マルカン等によって開発された生体模倣界面活性剤コーティングは、コーティング表面上における血小板の接着と活性化を減少させることが知られている。このコーティングの基材表面への接着は、主として、界面活性剤と基材表面との間の疎水性相互作用によって制御される。接着強度は、基材の化学的組成に依存して変化する。接着強度は、基材表面の疎水性に比例する。基材表面の疎水性が高ければ高いほど、基材表面と界面活性剤コーティングとの間の接着強度が強くなる。 Biomimetic surfactant coatings developed by Malkan et al. Are known to reduce platelet adhesion and activation on the coating surface. The adhesion of this coating to the substrate surface is controlled primarily by the hydrophobic interaction between the surfactant and the substrate surface. Adhesive strength varies depending on the chemical composition of the substrate. The adhesive strength is proportional to the hydrophobicity of the substrate surface. The higher the hydrophobicity of the substrate surface, the stronger the bond strength between the substrate surface and the surfactant coating.
一般的な医療機器の基材は、シリコーン、ポリウレタンおよびポリエーテルブロックアミドで作られている。最後の物質は、“Pebax”の商品名で製造されている。これらのポリマー物質は、例えば、カテーテル、静脈挿入器、ペースメーカー、細動除去器、神経刺激器およびこれらに関連するリード線のような広範囲の医療機器の製作にしばしば使用されている。 Common medical device substrates are made of silicone, polyurethane and polyether block amides. The last substance is manufactured under the trade name “Pebax”. These polymeric materials are often used in the manufacture of a wide range of medical devices such as, for example, catheters, venous inserters, pacemakers, defibrillators, neurostimulators and associated lead wires.
したがって、これらの物質の疎水性を増加させることにより、生体模倣界面活性剤の接着を更に改善するようにその表面を修飾することが望ましい。 Therefore, it is desirable to modify the surface to further improve the adhesion of the biomimetic surfactant by increasing the hydrophobicity of these materials.
本発明は、まさに、これを行なうものである。本発明は、2つの方法によって基材の表面を修飾させ、その疎水性を変化させるものである。第1の方法は、疎水性を増加させた”連結層(tie layer)”を設けることにより、基材表面を修飾するものである。この”連結層”は、基材表面に置かれて、基材表面と生体模倣コーティングとの間の複合結合を形成する。この”連結層”は、生体模倣界面活性剤コーティングの医療機器表面への結合を改善する中間層として作用する。第2の方法は、増加させた疎水性を有する添加剤(ドーパント)を混入することによって基材表面を修飾するものであり、この添加材は、基材材料の製造過程において添加される。このような添加剤の混入は、疎水性が増加した基材表面を生じさせる。 The present invention does exactly this. In the present invention, the surface of a substrate is modified by two methods to change its hydrophobicity. The first method modifies the substrate surface by providing a “tie layer” with increased hydrophobicity. This “tie layer” is placed on the substrate surface to form a composite bond between the substrate surface and the biomimetic coating. This “tie layer” acts as an intermediate layer that improves the binding of the biomimetic surfactant coating to the medical device surface. In the second method, the surface of the substrate is modified by incorporating an additive (dopant) having increased hydrophobicity, and this additive is added in the manufacturing process of the substrate material. Such incorporation of additives results in a substrate surface with increased hydrophobicity.
ここで、“疎水性”という語は、水をはじいて水と結合しない、あるいは水に溶解しえない性質として定義される。“生体模倣(biomimetic)”という語は、生体において悪い影響あるいは反応を生じさせないようにして、分子レベルにおいて生体細胞の相互作用を模倣する性質として定義される。“非血栓発生性”という語は、血管中において血液の凝固を阻止する性質として定義される。“基材”という語は、原料物質の表面にコーティングを施すことによって、あるいは、製造過程にて添加物質を混入することによって修飾可能な基礎材料として定義される。本発明では、基材表面は医療機器の表面である。 Here, the term “hydrophobic” is defined as the property of repelling water and not binding to water or being insoluble in water. The term “biomimetic” is defined as the property of mimicking the interaction of living cells at the molecular level without causing adverse effects or reactions in the body. The term “non-thrombogenic” is defined as the property of preventing blood clotting in blood vessels. The term “substrate” is defined as a base material that can be modified by applying a coating on the surface of the source material or by incorporating an additive material during the manufacturing process. In the present invention, the substrate surface is the surface of a medical device.
ポリマー表面が十分に修飾されると、生体模倣界面活性剤ポリマー、例えば、ポリ(N‐ビニルデキストランアルドンアミド‐co‐N‐ビニルヘキサンアミド)、またはその誘導体が、疎水性を増強修飾された基材表面上に与えられる。 When the polymer surface is fully modified, a biomimetic surfactant polymer such as poly (N-vinyldextran aldonamide-co-N-vinylhexanamide), or a derivative thereof, can be modified with hydrophobically modified groups It is given on the material surface.
生体模倣界面活性剤は、側鎖と結合するための官能基を有した反復単量体ユニットのポリマーバックボーンを含んでいる。この界面活性剤は、2つの主たる官能基、すなわち疎水性の側鎖官能基と親水性の側鎖官能基とを含んでいる。疎水性の側鎖官能基は、基材表面への界面活性剤の結合接着に影響を与える。親水性の側鎖官能基は、界面活性剤の生体模倣性質を制御し、血液凝固を遅延させる効果的な非血栓発生性表面を形成する。 Biomimetic surfactants include a polymer backbone of repeating monomer units with functional groups for bonding with side chains. This surfactant contains two main functional groups: a hydrophobic side chain functional group and a hydrophilic side chain functional group. The hydrophobic side chain functional group affects the bond adhesion of the surfactant to the substrate surface. Hydrophilic side-chain functional groups control the biomimetic properties of the surfactant and form an effective non-thrombogenic surface that delays blood clotting.
パリレン、シリコーンポリカーボネートコポリマー、ポリウレタンポリカーボネートコポリマー、または不飽和長鎖カルボン酸アミド、例えば、エルカ酸アミド(erucamide)からなるポリマー連結層が、まず最初に医療機器の基材表面に設けられる。この疎水性ポリマー層が設けられた後に、生体模倣界面活性剤が、最初の疎水性ポリマー層の上に設けられる。最初の疎水性ポリマー層は、生体模倣コーティングを機器表面の物質に結合させる中間層または連結層として作用する。 A polymer tie layer consisting of parylene, a silicone polycarbonate copolymer, a polyurethane polycarbonate copolymer, or an unsaturated long chain carboxylic acid amide, such as erucamide, is first provided on the substrate surface of the medical device. After this hydrophobic polymer layer is provided, a biomimetic surfactant is provided on the initial hydrophobic polymer layer. The first hydrophobic polymer layer acts as an intermediate or tie layer that bonds the biomimetic coating to the material on the device surface.
したがって、中間連結層を使用することにより修飾された医療機器表面は、生体模倣界面活性剤との確実な接着結合を形成するのに十分な疎水性を有する。 Thus, a medical device surface modified by using an intermediate tie layer has sufficient hydrophobicity to form a secure adhesive bond with the biomimetic surfactant.
基材表面の疎水性はまた、エルカ酸アミドのような、不飽和長鎖カルボン酸アミドを添加剤として加えることによっても増加させることができる。製造時に、ポリウレタンのようなポリマーに少量の不飽和長鎖カルボン酸アミドを混入することによって、疎水性が増加した表面を有するポリウレタン基材となる。このポリマー表面は、それゆえ、生体模倣界面活性剤の確実な接着結合を形成するのに十分な疎水性表面を有する。 The hydrophobicity of the substrate surface can also be increased by adding an unsaturated long chain carboxylic acid amide, such as erucic acid amide, as an additive. During production, a small amount of unsaturated long-chain carboxylic acid amide is mixed into a polymer such as polyurethane to form a polyurethane substrate having a surface with increased hydrophobicity. This polymer surface therefore has a hydrophobic surface sufficient to form a reliable adhesive bond of the biomimetic surfactant.
本発明においては、血栓症の発生を減らすために、医療機器の表面は、好ましい生体模倣界面活性剤であるポリ(N‐ビニルデキストランアルドンアミド‐co‐N‐ビニルヘキサンアミド)の接着を改善するように修飾される。図1に示すように、生体模倣界面活性剤は、疎水性分子鎖と親水性分子鎖との結合からなる化学構造10より成る。この疎水性分子鎖は、ポリ(N‐ビニルヘキサノイロキシ)(PNVH)成分12からなり、親水性分子鎖は、ポリ(N‐ビニルデキストランアルドンアミド)(PNVDA)成分14からなる。この望ましい界面活性剤の分子量は、約1,000〜約2,000,000ダルトンである。
In the present invention, to reduce the occurrence of thrombosis, the surface of the medical device improves the adhesion of poly (N-vinyldextran aldonamide-co-N-vinylhexanamide), a preferred biomimetic surfactant. Is modified as follows. As shown in FIG. 1, the biomimetic surfactant is composed of a
上記の生体模倣界面活性剤は、被膜塗布によって基材表面に設けられる。好ましいポリマー基材材料は、シリコーン、ポリウレタン及び、商品名“Pebax”で知られているポリエーテルブロックアミドを包含する。ペースメーカー、細動除去器、神経刺激器、挿入器、リード線、カテーテルおよびステントのような医療機器の表面を修飾することができると考えられる。 The biomimetic surfactant is provided on the substrate surface by coating. Preferred polymeric substrate materials include silicone, polyurethane and polyether block amides known by the trade name “Pebax”. It is believed that the surfaces of medical devices such as pacemakers, defibrillators, nerve stimulators, inserters, leads, catheters and stents can be modified.
他の生体模倣性界面活性剤、例えば、ポリ(N‐ビニルデキストランアルドンアミド‐co‐N‐ビニルドデカノアミド)(PNVDA-co-PNVL)、ポリ(N‐ビニルヘキシルアミン‐co‐N‐ビニルヘパリンアミン)(PNVHA-co-PNVHep A)、ポリ(N‐ビニルヘキシルアミン‐co‐N‐ビニルヘパリンアミン‐co‐N‐ビニルマルトノアミド)(PNVHA-co-PN-VHepA-co-PNVM)、およびポリ(N‐ビニル‐5‐ペプチジル‐ペンチルアミン‐co‐N‐ビニルデキストランアルドンアミン‐co‐N‐ビニルヘキシルアミン)(PVAm(Pep:Dex:Hex))も使用できる。 Other biomimetic surfactants such as poly (N-vinyl dextran aldonamide-co-N-vinyl dodecanoamide) (PNVDA-co-PNVL), poly (N-vinylhexylamine-co-N-vinyl) Heparinamine) (PNVHA-co-PNVHep A), poly (N-vinylhexylamine-co-N-vinylheparinamine-co-N-vinylmaltonamide) (PNVHA-co-PN-VHepA-co-PNVM), And poly (N-vinyl-5-peptidyl-pentylamine-co-N-vinyldextran aldoneamine-co-N-vinylhexylamine) (PVAm (Pep: Dex: Hex)) can also be used.
図1に示すように、好ましい生体模倣界面活性剤は、多数の疎水性側鎖であるポリ(N‐ビニルヘキサノアミド)(PNVH)12と、多数の親水性側鎖であるポリ(N‐ビニルデキストランアルドンアミド)(PNVDA)14の結合体に連結した可撓性ポリマーバックボーン16からなる櫛状構造を有している。
As shown in FIG. 1, preferred biomimetic surfactants are poly (N-vinylhexanoamide) (PNVH) 12 which is a large number of hydrophobic side chains and poly (N--) which is a large number of hydrophilic side chains. It has a comb-like structure consisting of a
この疎水性側鎖12は、エステル結合、アミン結合またはアミド結合を介してポリマーバックボーン16に連結されたアルキル基からなる。好ましくは、疎水性側鎖12は、アルカノイル(CH3(−CH2−)nCO−)またはアルカナール(CH3(CH2−)nCHO)をバックボーンのホモポリマーと反応させることにより、ポリマーバックボーン16に結合される。
This
本発明においては、生体模倣界面活性剤分子のアルキル鎖は疎水性であって、基材表面の疎水性物質(連結層または添加剤)と疎水性相互作用を介して会合する。界面活性剤の水性環境は、界面活性剤の疎水性アルキル鎖を、基材の疎水性物質の方へ追いやる。このような疎水性‐疎水性の会合は、生体模倣性コーティングと基材の疎水性物質との間の結合を生じさせる。 In the present invention, the alkyl chain of the biomimetic surfactant molecule is hydrophobic, and associates with a hydrophobic substance (linking layer or additive) on the surface of the substrate via a hydrophobic interaction. The aqueous environment of the surfactant drives the hydrophobic alkyl chain of the surfactant toward the hydrophobic material of the substrate. Such hydrophobic-hydrophobic association results in a bond between the biomimetic coating and the hydrophobic material of the substrate.
先に述べたように、親水性側鎖は、界面活性剤の生体模倣性を制御する。基材表面への非特異的血漿蛋白質の接着を阻止するコーティングを形成するために、界面活性剤ポリマーは、好ましくは、平均分子量7000ダルトン以下のオリゴ糖から作られた多数の親水性側鎖からなる。そのような界面活性剤ポリマーは、イオン性または非イオン性であり、デキストランのような天然オリゴ糖に限定されるものではない。親水性側鎖は、エステル結合、第二級アミン結合、または好ましくは、アミド結合を介してポリマーバックボーン16に結合される。
As mentioned earlier, the hydrophilic side chain controls the biomimetic properties of the surfactant. In order to form a coating that prevents adhesion of non-specific plasma proteins to the substrate surface, the surfactant polymer is preferably composed of a number of hydrophilic side chains made from oligosaccharides having an average molecular weight of 7000 Daltons or less. Become. Such surfactant polymers are ionic or non-ionic and are not limited to natural oligosaccharides such as dextran. The hydrophilic side chains are attached to the
あるいはまた、帯電オリゴ糖、好ましくは10,000ダルトン以下の平均分子量を有する負に帯電したオリゴ糖、および約3から約30のアミノ酸残基を含むオリゴペプチドが好ましい。オリゴペプチドのアミノ酸配列は、内皮細胞のような細胞表面上の蛋白質受容体と相互作用する。 Alternatively, charged oligosaccharides, preferably negatively charged oligosaccharides having an average molecular weight of 10,000 daltons or less, and oligopeptides comprising from about 3 to about 30 amino acid residues are preferred. The amino acid sequence of the oligopeptide interacts with protein receptors on the cell surface such as endothelial cells.
基材表面は、2つの好ましい方法のいずれかによって修飾することができる。第1の好ましい方法では、連結層であるコーティングの塗布を利用し、これによって、増加した疎水性を有するポリマー層が最初に基材表面に設けられる。このポリマー連結層は、直接、基材の粗地表面に設けられ、基材、すなわち医療機器の表面と生体模倣界面活性剤コーティングとの間の結合を容易にする中間層として作用する。 The substrate surface can be modified by either of two preferred methods. The first preferred method utilizes the application of a coating that is a tie layer, whereby a polymer layer having increased hydrophobicity is first provided on the substrate surface. This polymer tie layer is provided directly on the rough surface of the substrate and acts as an intermediate layer that facilitates bonding between the substrate, ie the surface of the medical device and the biomimetic surfactant coating.
第2の好ましい方法においては、疎水性修飾剤が基材材料の中にドープされ、基材の形成の間に、基材のポリマー物質内に組み込まれる。このような方法の結果、表面の親水性が増加した基材物質となって、生体模倣界面活性剤との強い接着結合を形成することができる。コーティング方法と異なり、この添加剤による修飾方法は、基材表面に非血栓生成コーティングを確保するために連結層を使用する必要がない。 In a second preferred method, a hydrophobic modifier is doped into the substrate material and incorporated into the polymer material of the substrate during the formation of the substrate. As a result of such a method, it becomes a base material having an increased surface hydrophilicity and can form a strong adhesive bond with the biomimetic surfactant. Unlike the coating method, this additive modification method does not require the use of a tie layer to ensure a non-thrombogenic coating on the substrate surface.
好ましい連結層方法においては、疎水性ポリマー物質の薄い層が最初に清潔な基材表面粗地に設けられる。好ましい疎水性ポリマー材料としては、パリレン、シリコーンポリカーボネートコポリマー、ポリウレタンポリカーボネートコポリマー及び、不飽和長鎖カルボン酸アミド、例えばエルカ酸アミドがある。疎水性連結層物質の一または多数の薄層が、基材物質と生体模倣コーティング物質との間に挟まれる。図2には、連結層を設けることによって修飾された基材表面の具体例が示されている。この図が示すように、複合体20は、基材22の上面が疎水性連結層24の底面と結合し、生体模倣界面活性剤コーティング26の底面が連結層24の上面と結合するようにして形成される。
In a preferred tie layer method, a thin layer of hydrophobic polymer material is first applied to a clean substrate surface rough. Preferred hydrophobic polymer materials include parylene, silicone polycarbonate copolymers, polyurethane polycarbonate copolymers, and unsaturated long chain carboxylic acid amides such as erucic acid amides. One or multiple thin layers of the hydrophobic tie layer material are sandwiched between the substrate material and the biomimetic coating material. FIG. 2 shows a specific example of the base material surface modified by providing a connecting layer. As shown in this figure, the composite 20 is such that the top surface of the
第1の好ましい実施例では、パリレンが蒸着法によって設けられる。約2.5ナノメータのパリレンの層が、基材の清浄な粗地表面に直接設けられる。厚さが約1から3000ナノメータの範囲にある複数の層を設けることも可能である。 In a first preferred embodiment, parylene is provided by vapor deposition. A layer of about 2.5 nanometers of parylene is provided directly on the clean rough surface of the substrate. It is also possible to provide a plurality of layers with a thickness in the range of about 1 to 3000 nanometers.
第2の好ましい連結層コーティング方法においては、エルカ酸アミドのような不飽和長鎖カルボン酸アミドの層が基材表面上に設けられる。まず最初に、エルカ酸アミドとテトラヒドロフラン(THF)溶液からなる連結層溶液を、THFにエルカ酸アミドを溶解させることによって調製する。好ましくは、0.1から10重量パーセントの量のエルカ酸アミドをテトラヒドロフラン溶媒中に加える。 In a second preferred tie layer coating method, a layer of an unsaturated long chain carboxylic amide such as erucamide is provided on the substrate surface. First, a tie layer solution consisting of erucamide and tetrahydrofuran (THF) solution is prepared by dissolving erucamide in THF. Preferably, erucic acid amide in an amount of 0.1 to 10 weight percent is added to the tetrahydrofuran solvent.
0.1から10マイクロメータの好ましい厚さを有する連結層を、スプレーコーティング、ブラシコーティング、または浸漬コーティングのいずかれによって、清浄な基材表面に設ける。0.1から10マイクロメータの厚さの複数の層を基材表面に設けることもできる。溶媒混合物を基材表面に塗布した後、生体模倣界面活性剤コーティングを施す前に、そのまま乾燥させる。 A tie layer having a preferred thickness of 0.1 to 10 micrometers is applied to the clean substrate surface by either spray coating, brush coating, or dip coating. A plurality of layers having a thickness of 0.1 to 10 micrometers can also be provided on the substrate surface. After the solvent mixture is applied to the substrate surface, it is allowed to dry as it is before the biomimetic surfactant coating is applied.
第3の好ましい連結層方法においては、シリコーンポリカーボネートコポリマーが、基材表面に塗布される。好ましくは、約0.1から約10重量パーセントのシリコーンポリカーボネートコポリマーをテトラヒドロフラン(THF)溶媒中に溶解させる。あるいはまた、シリコーンポリカーボネート材料を溶解させるために、ジメチルアセトアミド、ヘキサンまたはトルエンを使用することもできる。好ましくは、ヘキサン中に約0.1から10重量パーセントの範囲にあるシリコーンポリカーボネートコポリマーのコーティング溶液を調製する。 In a third preferred tie layer method, a silicone polycarbonate copolymer is applied to the substrate surface. Preferably, about 0.1 to about 10 weight percent of the silicone polycarbonate copolymer is dissolved in a tetrahydrofuran (THF) solvent. Alternatively, dimethylacetamide, hexane or toluene can be used to dissolve the silicone polycarbonate material. Preferably, a coating solution of silicone polycarbonate copolymer in the range of about 0.1 to 10 weight percent in hexane is prepared.
第3の実施例においては、約100ナノメータの厚さの層を、清浄な基材表面の粗地に設ける。約1から約10マイクロメータの厚さの複数の層を設けることもできる。溶媒混合物を基材表面に塗布した後、生体模倣界面活性剤コーティングを施す前に、周囲空気中で乾燥させる。 In a third example, a layer of about 100 nanometers thickness is provided on a rough surface of a clean substrate surface. Multiple layers having a thickness of about 1 to about 10 micrometers can also be provided. After the solvent mixture is applied to the substrate surface, it is dried in ambient air before applying the biomimetic surfactant coating.
第4の好ましい連結層方法においては、DSM−PTGによって製造されたポリウレンポリカーボネートコポリマーの“Bionate”系列製品のようなポリウレタンポリカーボネートコポリマーが基材表面に塗布される。このポリウレタンポリカーボネートコポリマーは、テトラヒドロフラン(THF)中に約0.1から10重量パーセントのポリウレタンポリカーボネートコポリマーの範囲で溶解される。あるいはまた、ポリウレタンポリカーボネートコポリマー材料を溶解させるためにジメチルアセトアミド(DMAC)を使用することもできる。 In a fourth preferred tie layer method, a polyurethane polycarbonate copolymer, such as the “Bionate” family of polyurene polycarbonate copolymers produced by DSM-PTG, is applied to the substrate surface. The polyurethane polycarbonate copolymer is dissolved in a range of about 0.1 to 10 weight percent polyurethane polycarbonate copolymer in tetrahydrofuran (THF). Alternatively, dimethylacetamide (DMAC) can be used to dissolve the polyurethane polycarbonate copolymer material.
第4の実施例においては、約100ナノメータの厚さの層が、清浄な基材表面に設けられる。厚さが約1から約10マイクロメータの複数の層を設けることもできる。上記の溶媒混合物を基材表面に塗布した後、生体模倣界面活性剤コーティングが施される前に、周囲空気中で乾燥させる。 In a fourth example, a layer about 100 nanometers thick is provided on the clean substrate surface. Multiple layers having a thickness of about 1 to about 10 micrometers can also be provided. After the above solvent mixture is applied to the substrate surface, it is dried in ambient air before the biomimetic surfactant coating is applied.
上述の溶液による方法の他に、疎水性連結層を以下の他の方法のいずれかを使用して基材に設けることもでき、その方法としては、粉末コーティング法、溶融押出し法、ラングミュア‐ブロジェット法(Langmuir-Blodgett process)、ガスプラズマ蒸着法、化学的蒸着法、物理的蒸着法、噴霧コーティング、浸漬コーティング、あるいはスピンコーティングなどがある。 In addition to the solution method described above, the hydrophobic tie layer can also be applied to the substrate using any of the following other methods, including powder coating, melt extrusion, Langmuir-Brown. Examples include the jet method (Langmuir-Blodgett process), gas plasma deposition method, chemical vapor deposition method, physical vapor deposition method, spray coating, dip coating, or spin coating.
疎水性成分をテトラヒドロフランTHFに溶解させて、疎水性連結層溶液を調製するのが好ましいが、他の溶媒、例えば、エタノール、メタノール、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAC)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジオキサン、N‐メチルピロリドン、クロロホルム、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン、蟻酸、酢酸、および/またはジクロロメタンを用いて疎水性成分を溶解させ、連結層溶液を調製することもできる。 It is preferable to prepare a hydrophobic linking layer solution by dissolving the hydrophobic component in tetrahydrofuran THF, but other solvents such as ethanol, methanol, ethyl acetate, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAC), dimethyl The linking layer solution can also be prepared by dissolving the hydrophobic component using sulfoxide (DMSO), dioxane, N-methylpyrrolidone, chloroform, hexane, heptane, cyclohexane, toluene, formic acid, acetic acid, and / or dichloromethane.
連結層溶液の単一または複数のコーティングを基材表面に施して所望の厚さを得ることができる。基材材料としては、例えば、生体適合性金属およびポリマーが挙げられるが、限定されるものではなく、ポリウレタン、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルブロックアミド、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、チタン、チタン合金、ステンレススチール、金、プラチナ、パラジウム、MP35Nを使用することもできる。 Single or multiple coatings of the tie layer solution can be applied to the substrate surface to obtain the desired thickness. Examples of the base material include, but are not limited to, biocompatible metals and polymers. Polyurethane, silicone, polyethylene, polypropylene, polyether block amide, polyester, polyether ether ketone, titanium, titanium alloy Stainless steel, gold, platinum, palladium, MP35N can also be used.
あるいはまた、基材の表面は疎水性添加剤を加えることにより修飾することができる。この添加剤は、基材材料を製造する間に添加される少量の疎水性成分であっても良い。添加剤を含むポリマー材料が最終形状に押出し成形された後には、それは生体模倣界面活性剤ポリマーでコーティングできる状態にある。エルカ酸アミドは、好ましい添加剤の一つである。 Alternatively, the surface of the substrate can be modified by adding a hydrophobic additive. This additive may be a small amount of a hydrophobic component added during manufacture of the substrate material. After the polymeric material containing the additive has been extruded into a final shape, it is ready to be coated with a biomimetic surfactant polymer. Erucamide is one of the preferred additives.
添加剤を用いる方法の第1の実施例においては、約1重量パーセントのエルカ酸アミドをまず最初にテトラヒドロフラン(THF)、トルエンまたは他の適合性のある有機溶媒中に溶解させる。その後、この溶媒混合物を押出し成形前に基材ポリマーと混ぜ合わせる。約1重量パーセントのエルカ酸アミドが好ましいが、約0.1から10重量パーセントの範囲のエルカ酸アミドを有機溶媒中に溶解させて添加剤混合物を作ることができる。 In a first embodiment of the method using additives, about 1 weight percent erucamide is first dissolved in tetrahydrofuran (THF), toluene or other compatible organic solvent. This solvent mixture is then mixed with the base polymer before extrusion. Although about 1 weight percent erucamide is preferred, erucamide in the range of about 0.1 to 10 weight percent can be dissolved in an organic solvent to make an additive mixture.
その後、約1から30重量パーセントの添加剤混合物を基材ポリマー中に混入する。この溶媒混合物を基材ポリマーに混入し、最終形状に押出し成形される前に乾燥させる。添加剤を混合可能な基材ポリマーは、生体適合性ポリマーであるが、限定されるものではなく、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトンが挙げられ、好ましくは、ポリウレタンおよびポリカーボネートである。 Thereafter, about 1 to 30 weight percent of the additive mixture is incorporated into the base polymer. This solvent mixture is mixed into the base polymer and dried before it is extruded into a final shape. The base polymer into which the additive can be mixed is a biocompatible polymer, but is not limited, and examples thereof include polyurethane, polyester, polyether ether ketone, and preferably polyurethane and polycarbonate.
基材表面が疎水性連結層を設けたりまたは疎水性添加剤を添加することによって修飾された後、ポリ(N‐ビニルデキストランアルドンアミド‐co‐N‐ビニルヘキサンアミド)などの生体模倣コーティングが、修飾された基材表面に施される。しかしながら、修飾された表面に生体模倣コーティングを施す前に、基材表面の疎水性が、適当な界面活性剤コーティングの接着を確実にするという特性を示す。十分な界面活性剤の接着を保証する基材表面の疎水性を決定するには、基材表面に対する液滴の接触角度を測定するセシル滴下法(Sessile drop method)が好ましい。 After the substrate surface has been modified by providing a hydrophobic tie layer or by adding a hydrophobic additive, a biomimetic coating such as poly (N-vinyldextran aldonamide-co-N-vinylhexanamide) It is applied to the modified substrate surface. However, prior to applying the biomimetic coating to the modified surface, the hydrophobicity of the substrate surface exhibits the property of ensuring adhesion of a suitable surfactant coating. In order to determine the hydrophobicity of the substrate surface that guarantees sufficient surfactant adhesion, a sessile drop method is preferred which measures the contact angle of the droplet to the substrate surface.
セシル滴下法においては、1滴の液を基材表面に置き、その接触角を測定する。ここに、接触角とは、図3に示すように、液体が、空気界面で固体基材表面と接する角度として定義される。 In the cecil dropping method, one drop of liquid is placed on the substrate surface, and the contact angle is measured. Here, the contact angle is defined as an angle at which the liquid contacts the surface of the solid substrate at the air interface, as shown in FIG.
修飾された基材表面の疎水性を特徴づけるには、1滴の水が修飾された基材表面上に置かれて、セシル滴下方法を用いてその接触角が測定される。満足すべき疎水性表面は、40度以上の接触角を有している。 To characterize the hydrophobicity of the modified substrate surface, a drop of water is placed on the modified substrate surface and its contact angle is measured using the cecil dropping method. A satisfactory hydrophobic surface has a contact angle of 40 degrees or more.
基材表面が十分に修飾されると、生体模倣コーティングの溶液が調製される。好ましい実施例においては、約1から約25重量パーセントの範囲のポリ(N‐ビニルデキストランアルドンアミド‐co‐N‐ビニルヘキサンアミド)の水溶液が調製される。あるいはまた、この界面活性剤水溶液は、イソプロピルアルコールと混合することもできる。イソプロピルアルコールを使用するときは、約45から約55重量パーセントのイソプロピルアルコールの溶媒溶液を界面活性剤水溶液に加える。 Once the substrate surface is fully modified, a solution of the biomimetic coating is prepared. In a preferred embodiment, an aqueous solution of poly (N-vinyldextran aldonamide-co-N-vinylhexanamide) in the range of about 1 to about 25 weight percent is prepared. Alternatively, the aqueous surfactant solution can be mixed with isopropyl alcohol. When using isopropyl alcohol, a solvent solution of about 45 to about 55 weight percent isopropyl alcohol is added to the aqueous surfactant solution.
界面活性剤と溶媒の混合物が作られると、この混合液は、基材表面に塗布されて、周囲空気中で乾燥させられる。この界面活性剤溶液は、浸漬コーティングによって塗布されることが好ましい。この疎水的に修飾された基材表面は、非血栓発生性コーティング材料の疎水性側鎖と結合して適当な接着を保証する。 Once the surfactant and solvent mixture is made, the mixture is applied to the substrate surface and allowed to dry in ambient air. This surfactant solution is preferably applied by dip coating. This hydrophobically modified substrate surface binds to the hydrophobic side chains of the non-thrombogenic coating material to ensure proper adhesion.
修飾された基材表面に生体模倣性コーティングを設けるのには、スプレーコーティング、スピンコーティングまたはブラシコーティングのような他の手段も使用できる。 Other means such as spray coating, spin coating or brush coating can also be used to provide a biomimetic coating on the modified substrate surface.
かくして本発明は、医療機器の基材に対して生体模倣性界面活性剤を組み込む種々の処方および方法を教示するものである。このようにして修飾されたポリマー基材は、血塊の形成を防止する能力を含む改良された表面上での血液適合性を有する。これによって、ポリマー材料が移植可能な医療機器の製造に使用する好ましい材料の候補となる。 Thus, the present invention teaches various formulations and methods for incorporating biomimetic surfactants into medical device substrates. The polymer substrate thus modified has improved blood compatibility on the surface, including the ability to prevent clot formation. This makes the polymer material a preferred material candidate for use in the manufacture of implantable medical devices.
10 疎水性分子鎖と親水性分子鎖との結合からなる化学構造
12 疎水性側鎖
14 親水性側鎖
16 ポリマーバックボーン
20 複合体
22 基材
24 疎水性連結層
26 生体模倣界面活性剤コーティング
DESCRIPTION OF
Claims (26)
b)不飽和カルボン酸アミドを含む疎水性連結層と、
c)生体模倣界面活性剤とを含む基材であって、当該基材においては、前記疎水性基材表面と前記生体模倣界面活性剤との間に、前記不飽和カルボン酸アミド連結層が位置しており、しかも、
d)前記不飽和カルボン酸アミド連結層が、連結層の底面に沿って前記疎水性基材表面と疎水的に結合しており、しかも、前記不飽和カルボン酸アミドが、連結層の上面に沿って前記生体模倣界面活性剤と疎水的に結合していることを特徴とする基材。 a) a hydrophobic substrate surface;
b) a hydrophobic tie layer comprising an unsaturated carboxylic acid amide;
c) a substrate containing a biomimetic surfactant, wherein the unsaturated carboxylic acid amide linking layer is located between the hydrophobic substrate surface and the biomimetic surfactant. And,
d) The unsaturated carboxylic acid amide linking layer is hydrophobically bonded to the surface of the hydrophobic substrate along the bottom surface of the linking layer, and the unsaturated carboxylic acid amide is along the top surface of the linking layer. A base material characterized in that it is hydrophobically bound to the biomimetic surfactant .
b)前記疎水性成分の前記不飽和カルボン酸アミドが、生体模倣界面活性剤と疎水的に結合していることを特徴とする基材。 a) a substrate comprising an additive mixture of a hydrophobic component comprising an unsaturated carboxylic acid amide and a solvent, wherein the additive mixture is chemically produced in the substrate during the production of the substrate. Combined,
b) The substrate characterized in that the unsaturated carboxylic acid amide of the hydrophobic component is hydrophobically bound to a biomimetic surfactant .
a)疎水性表面を有した基材を用意する工程、
b)不飽和カルボン酸アミドを含む疎水性成分からなる疎水性連結層を、前記疎水性基材表面に塗布する工程、
c)前記疎水性連結層の上面に、前記生体模倣界面活性剤ポリマーを塗布する工程
を含み、しかも、
d)前記疎水性材料内の前記不飽和カルボン酸アミドが、前記連結層の底面に沿って前記疎水性基材表面と疎水的に結合しており、しかも、前記疎水性材料内の前記不飽和カルボン酸アミドが、前記連結層の上面に沿って前記生体模倣界面活性剤と疎水的に結合していることを特徴とする基材表面の疎水性を増加させる方法。 A method of increasing the hydrophobicity of a surface of a substrate to enhance the adhesion of a biomimetic surfactant polymer to the surface of the substrate, the method comprising the following steps:
a) preparing a substrate having a hydrophobic surface;
b) applying a hydrophobic linking layer comprising a hydrophobic component containing an unsaturated carboxylic acid amide to the surface of the hydrophobic substrate;
c) Step of applying the biomimetic surfactant polymer on the upper surface of the hydrophobic linking layer
Including,
d) the unsaturated carboxylic amide in the hydrophobic material is hydrophobically bonded to the surface of the hydrophobic substrate along the bottom surface of the tie layer, and the unsaturated in the hydrophobic material. A method for increasing the hydrophobicity of a substrate surface, wherein the carboxylic acid amide is hydrophobically bonded to the biomimetic surfactant along the upper surface of the linking layer .
b)不飽和カルボン酸アミドを含む疎水性材料からなる疎水性連結層と、
c)アルキル鎖を含む生体模倣界面活性剤とを含む基材であって、当該基材においては、前記疎水性基材表面と前記生体模倣界面活性剤との間に、前記疎水性連結層が位置しており、しかも、
d)前記疎水性連結層の前記疎水性材料内の前記不飽和カルボン酸アミドが、前記連結層の底面に沿って前記疎水性基材表面と疎水的に結合しており、かつ、
e)前記疎水性連結層の前記疎水性材料内の前記不飽和カルボン酸アミドが、前記連結層の上面に沿って前記生体模倣界面活性剤の前記アルキル鎖と疎水的に結合し、それによって、前記疎水性基材表面と前記生体模倣界面活性剤との間に疎水性結合を形成していることを特徴とする基材。 a) a hydrophobic substrate surface;
b) a hydrophobic tie layer made of a hydrophobic material containing an unsaturated carboxylic acid amide;
c) a substrate containing a biomimetic surfactant containing an alkyl chain, wherein the hydrophobic linking layer is between the surface of the hydrophobic substrate and the biomimetic surfactant. Located,
d) the unsaturated carboxylic acid amide in the hydrophobic material of the hydrophobic tie layer is hydrophobically bonded to the hydrophobic substrate surface along the bottom surface of the tie layer; and
e) the unsaturated carboxylic amide in the hydrophobic material of the hydrophobic tie layer hydrophobically binds to the alkyl chain of the biomimetic surfactant along the top surface of the tie layer, thereby A substrate characterized in that a hydrophobic bond is formed between the surface of the hydrophobic substrate and the biomimetic surfactant .
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