JP6996556B2

JP6996556B2 - 医療器具及び人工関節

Info

Publication number: JP6996556B2
Application number: JP2019513275A
Authority: JP
Inventors: 真樹森山; 佑来高橋; 優介瀧
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: EP3613445A4; WO2018193779A1; US20200197577A1; EP3613445A1; JPWO2018193779A1

Description

本発明は生体又は生体試料に接触して用いられる物品、医療器具、人工関節に関する。本願は、２０１７年４月２０日に日本に出願された特願２０１７－０８３７１１号、及び、２０１７年６月３０日に日本に出願された特願２０１７－１２８３３２号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。

例えば、特許文献１に開示された人工関節や、人工骨、人工歯根、ステント、カテーテル、ペースメーカー電極、ペースメーカーリード線、コンタクトレンズ、人工水晶体、電気メス等の医療器具は、生体と接触して使用される。また、細胞培養ディッシュ、試験管、バイアル、ピペット等の実験器具は、細胞、タンパク質、生体由来の体液等の生体試料に接触して用いられる場合がある。これらの物品は、血液適合性、タンパク質吸着性、細胞接着性等が高いことが求められる領域と、逆に低いことが求められる領域を有する場合がある。

例えば人工関節では、関節の摺動部分はできる限りタンパク質や細胞等が付着せず、清浄な表面を保つことが必要であり、また、生体との連結部分は、生体と十分に癒着する必要がある。また、例えば血管内に配置されるステントは、常に血液にさらされる内表面は高い血液適合性を有する必要があり、血管と接触する外表面は細胞接着性が高いことが好ましい場合がある。

特開２０１４－１０４１７５号公報

一実施形態に係る物品は、生体又は生体試料に接触して用いられる物品であって、前記物品は、第１の膜と、第２の膜とを有し、前記第１の膜は、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜、又は、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜を含み、前記第２の膜は、純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満又は１２原子％を超えるチタンドープアモルファスカーボン膜、又は、純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜から選択されるいずれか１つの膜を含む。

一実施形態において、上記の物品は医療器具である。

一実施形態において、上記の物品は人工関節である。

一実施形態に係る医療機具は、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜、又は、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜で少なくとも一部がコーティングされている。

一実施形態に係る医療機具は、純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満又は１２原子％を超えるチタンドープアモルファスカーボン膜、及び、純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜から選択されるいずれか１つの膜で少なくとも一部がコーティングされている。

一実施形態に係る物品の構造を説明する模式図である。フィルタードカソーディックバキュームアーク（ＦＣＶＡ）装置の概略構成図である。実験例２において、各サンプルにおけるアルブミン吸着量を測定した結果を示すグラフである。実験例２において、各サンプルにおけるフィブリノーゲン吸着量を測定した結果を示すグラフである。実験例３において、各サンプルに対する細胞接着率を測定した結果を示すグラフである。実験例４において、細胞生存率を測定した結果を示すグラフである。実験例５において、各サンプルに接触させた血液の溶血率を測定した結果を示すグラフである。実験例５において、血液凝固の指標であるトロンビン-アンチトロンビン複合体（ＴＡＴ）、血小板活性の指標であるβ－トロンボグロブリン（β－ＴＧ）及び炎症反応の指標であるＣ５ａの濃度を測定した結果を示すグラフである。実験例２で測定した各サンプルへのフィブリノーゲン吸着量を示すグラフ上に、実験例５における血液凝固性試験の代表的な電子顕微鏡写真を示したものである。（ａ）～（ｄ）は、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）解析により明らかとなった各サンプルの膜の表面化学構造を示す模式図である。（ａ）及び（ｂ）は、アモルファスカーボン膜と水分子との相互作用を示す模式図である。（ａ）及び（ｂ）は、チタンドープアモルファスカーボン膜と水分子との相互作用を示す模式図である。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ一実施形態に係る物品の構造を説明する模式図である。

以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一又は対応する符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図における寸法比は、説明のため誇張している部分があり、必ずしも実際の寸法比とは一致しない。

［生体又は生体試料に接触して用いられる物品］
本実施形態の物品は、生体又は生体試料に接触して用いられる物品であって、前記物品は、第１の膜と、第２の膜とを有し、前記第１の膜は、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜、又は、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜を含み、前記第２の膜は、純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満又は１２原子％を超えるチタンドープアモルファスカーボン膜、又は、純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜から選択されるいずれか１つの膜を含む。

なお、本明細書におけるアモルファスカーボン膜とは、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子とｓｐ^３混成軌道の炭素原子の両方を含むカーボン膜のことである。ｓｐ^２混成軌道の炭素原子とｓｐ^３混成軌道の炭素原子の含有量によらず、両方の炭素原子を含んでいればアモルファスカーボン膜と呼ぶ。また、本明細書では、上記アモルファスカーボン膜がチタン原子含んでいる場合に、チタンドープアモルファスカーボン膜と呼ぶ。

図１は本実施形態の物品の構造を説明する模式図である。物品１００は、生体又は生体試料に接触して用いられるものである。物品１００は、基材（基板）１１０と、基材１１０に積層された、第１の膜１２０及び第２の膜１３０を有する。

物品１００は、例えば、医療器具、細胞培養ディッシュ、試験管、診断用チップ、化学センサ、バイオセンサ、バイアル、ピペット等の実験器具であってよい。

基材１１０としては、特に限定されず、例えば、樹脂、シリコン、チタン、ステンレス（特に、医用ステンレス）等を用いることができる。

（血液適合性）
実施例において後述するように、本発明者らは、第１の膜１２０は血液適合性が高い傾向にあり、第２の膜１３０は血液適合性が低い傾向にあることを明らかにした。本明細書において、膜の血液適合性が高いとは、膜を血液に接触させた場合に生じる溶血や血液凝固の程度が対照材料と比較して同等以下であることをいう。ここで、対照材料としては、血液適合性が高いことが予め明らかである材料を用いることができ、例えば既存の高密度ポリエチレンフィルム、血液バッグ等を用いればよい。実施例において後述するように、膜の血液適合性は、溶血性試験や血液凝固性試験により測定することができる。

また、膜の血液適合性が低いとは、膜を血液に接触させた場合に生じる溶血や血液凝固の程度が対照材料と比較して高いことをいう。ここで、対照材料については上述したものと同様である。

実施例において後述するように、本発明者らは、血液適合性が高い膜は、タンパク質吸着性や細胞接着性が低い傾向にあることを明らかにした。また、血液適合性が低い膜は、タンパク質吸着性や細胞接着性が高い傾向にあることを明らかにした。

（第１の膜）
物品１００において、第１の膜１２０は血液適合性が高い膜である。第１の膜１２０は、タンパク質吸着性や細胞接着性が低い膜であるということもできる。実施例において後述するように、本発明者らは、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン、及び、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボンは、血液適合性が高いことを明らかにした。したがって、これらのうちいずれかの膜を有する膜を第１の膜として用いることができる。

《アモルファスカーボン》
アモルファスカーボン膜は、ＰＶＤ法（物理気相成長法）、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により基材１１０上に成膜することができる。ＰＶＤ法で成膜する場合、例えば、炭素原料をターゲットに用いて、イオンビーム蒸着法、イオンビームスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、レーザ蒸着法、レーザスパッタ法、アークイオンプレーティング法、フィルタードカソーディックバキュームアーク（ＦＣＶＡ）法等の手法を採用すればよい。ＣＶＤ法で成膜する場合、例えば、炭化水素ガスを原料に用い、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法、有磁場プラズマＣＶＤ法等の手法を採用すればよい。

中でも、ＦＣＶＡ法は、室温でも高い付着力で、且つ複雑な形状の基材にも均一にコーティングを行うことが可能な成膜法であり好ましい。ＦＣＶＡ法とは、原料ターゲットにアーク放電させることによりイオン化された粒子を発生させ、その粒子のみを基板１１０に導いて成膜させる成膜法である。

図２は、ＦＣＶＡ装置２００の概略構成図である。ＦＣＶＡ装置２００では、原料ターゲット２０２が設置されたアークプラズマ発生室２０１と、成膜チャンバ２０６とが、空間フィルタ２０５により連結されている。

成膜チャンバ２０６は、その内部に基板ホルダー２０７を具備する。基板ホルダー２０７は基板１１０を固定し、不図示の駆動手段により、基板１１０をθＸ方向に傾斜させたり、θＹ方向に回転させることができる。空間フィルタ２０５は、－Ｘ軸方向及びＹ軸方向にダブルベンドされる。空間フィルタ２０５の周囲には電磁石コイル２０３が巻回され、成膜チャンバ２０６との連通部付近にイオンスキャンコイル２０４が巻回されている。

原料ターゲットとしてグラファイトターゲット等の炭素原料を用いることによりアモルファスカーボン膜を成膜することができる。また、原料ターゲットとして金属を含有する黒鉛焼結体等のターゲットを用いることにより金属がドープされたアモルファスカーボン膜を成膜することができる。例えば、原料ターゲットとしてＴｉＣを用いることによりチタンドープアモルファスカーボンを成膜することができる。なお、ドープされる金属はＴｉに限られず、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｔａ、又は、これらのうちの２つ以上の金属の合金等を用いることができる。また、金属に限られず、Ｓｉ等の半導体材料や、Ｈ、Ｎ、Ｆ等がドープされてもよい。

ＦＣＶＡ法によりアモルファスカーボン又はチタンドープアモルファスカーボンを成膜するには、まず、アークプラズマ発生室２０１内のターゲット２０２に直流電圧を印加することによりアーク放電させて、アークプラズマを発生させる。

発生したアークプラズマ中の中性粒子、Ｃ^＋イオン、Ｔｉ^＋イオン、Ｔｉ^２＋イオン、Ｔｉ^３＋イオン、Ｔｉ^４＋イオン、その他のイオンは、空間フィルタ２０５へと搬送され、空間フィルタ２０５を通過する過程で、中性粒子は電磁石コイル２０３によりトラップされ、Ｃ^＋イオン、Ｔｉ^＋イオン、Ｔｉ^２＋イオン、Ｔｉ^３＋イオン、Ｔｉ^４＋イオン、その他のイオンのみが成膜チャンバ２０６内へと導かれる。

この際、イオンスキャンコイル２０４によって、イオン流はその飛行方向を任意方向へ動かすことができる。成膜チャンバ２０６内の基板１１０には、負のバイアス電圧が印加されている。アーク放電によりイオン化されたＣ^＋イオン、Ｔｉ^＋イオン、Ｔｉ^２＋イオン、Ｔｉ^３＋イオン、Ｔｉ^４＋イオン、その他のイオンは、バイアス電圧により加速され、基板１１０上に緻密な膜として堆積する。

このようにして成膜されたアモルファスカーボン膜は、炭素原子から構成される固体膜であり、当該炭素原子は、ｓｐ^２混成軌道を有する炭素原子とｓｐ^３混成軌道を有する炭素原子に大別される。

ＦＣＶＡ法においては、成膜時のバイアス電圧を調整することによって、例えばアモルファスカーボン膜やチタンドープアモルファスカーボン膜中のｓｐ^２混成軌道の炭素原子及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子の含有量を制御することができる。

例えば、バイアス電圧を調整することにより、アモルファスカーボン膜中のｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合を２３～４３原子％とすることができる。また、例えば、バイアス電圧を調整することにより、チタンドープアモルファスカーボン膜中のｓｐ^２混成軌道の炭素原子数、ｓｐ^３混成軌道の炭素原子数、及びチタン原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合を６０原子％以上とすることができる。なお、アモルファスカーボン膜中のｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合をα（原子％）とすると、αは下記式（１）により表される。
α（原子％）＝（ｓｐ^２－Ｃ原子数）／｛（ｓｐ^２－Ｃ原子数）＋（ｓｐ^３－Ｃ原子数）｝×１００ …（１）
［式（１）中、（ｓｐ^２－Ｃ原子数）はアモルファスカーボン膜に占めるｓｐ^２混成軌道の炭素原子数を表し、（ｓｐ^３－Ｃ原子数）はアモルファスカーボン膜に占めるｓｐ^３混成軌道の炭素原子数を表す。］

また、チタンドープアモルファスカーボン膜中のｓｐ^２混成軌道の炭素原子数、ｓｐ^３混成軌道の炭素原子数、及びチタン原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合をβ（原子％）とすると、βは下記式（２）により表される。
β（原子％）＝（ｓｐ^２－Ｃ原子数）／｛（ｓｐ^２－Ｃ原子数）＋（ｓｐ^３－Ｃ原子数）＋（Ｔｉ原子数）｝×１００ …（２）
［式（２）中、（ｓｐ^２－Ｃ原子数）はアモルファスカーボン膜に占めるｓｐ^２混成軌道の炭素原子数を表し、（ｓｐ^３－Ｃ原子数）はアモルファスカーボン膜に占めるｓｐ^３混成軌道の炭素原子数を表し、（Ｔｉ原子数）はアモルファスカーボン膜に占めるＴｉ原子数を表す。］

ＦＣＶＡ法では、飛行エネルギーの揃ったＣ^＋イオン、Ｔｉ^＋イオン、Ｔｉ^２＋イオン、Ｔｉ^３＋イオン、Ｔｉ^４＋イオン、その他のイオンのみが成膜チャンバ２０６内に導かれ、基板１１０に印加するバイアス電圧をコントロールすることにより、基板１１０に入射する各種イオン粒子のイオン衝撃エネルギーを制御することができる。したがって、複雑な形状の基板１１０においても、均一に成膜することが可能である。

《ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜》
原料ターゲットとして炭素原料を用いたＦＣＶＡ法により、アモルファスカーボンを成膜し、成膜時のバイアス電圧を調整することによって、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜を製造することができる。

実施例において後述するように、本発明者らは、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜が、既存の血液バッグよりも血液適合性が高いことを明らかにした。

《炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜》
原料ターゲットとしてＴｉＣを用いたＦＣＶＡ法により、チタンドープアモルファスカーボン膜を成膜することができる。また、原料ターゲットにおけるチタン原子の含有量を変化させることにより、チタンドープアモルファスカーボン膜中のチタン原子の割合を調整することができる。なお、炭素原子数に対するチタン原子数の割合をγ（原子％）とすると、γは下記式（３）により表される。
γ（原子％）＝（Ｔｉ原子数）／｛（ｓｐ^２－Ｃ原子数）＋（ｓｐ^３－Ｃ原子数）｝×１００ …（３）
［式（３）中、（Ｔｉ原子数）はアモルファスカーボン膜に占めるＴｉ原子数を表し、（ｓｐ^２－Ｃ原子数）はアモルファスカーボン膜に占めるｓｐ^２混成軌道の炭素原子数を表し、（ｓｐ^３－Ｃ原子数）はアモルファスカーボン膜に占めるｓｐ^３混成軌道の炭素原子数を表す。］

実施例において後述するように、本発明者らは、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜が、既存の血液バッグと同等の、高い血液適合性を示すことを明らかにした。

チタンドープアモルファスカーボン膜において、炭素原子数に対するチタン原子数の割合は、９原子％を超え１２原子％以下であってもよい。

（第２の膜）
物品１００において、第２の膜１３０は血液適合性が低い膜である。第２の膜１３０は、タンパク質吸着性や細胞接着性が高い膜であるということもできる。実施例において後述するように、本発明者らは、純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満又は１２原子％を超えるチタンドープアモルファスカーボン膜、及び、純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜は、血液適合性が低いことを明らかにした。したがって、これらのうちいずれか１つの膜を第２の膜として用いることができる。

《純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜》
ＦＣＶＡ法等により形成したアモルファスカーボン膜は、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の割合によらず、液滴法により測定した純水の接触角が概ね５０°以上である。

このアモルファスカーボン膜の表面に、水酸基、カルボキシル基等の官能基を形成することにより、純水の接触角を低下させることができる。純水の接触角の低下の程度は、形成する官能基の量に応じて変化し、例えば１０°以下、例えば５°以下、例えば４°以下に調整することができる。

アモルファスカーボン膜への官能基の形成方法は特に限定されず、例えば、アモルファスカーボン膜に紫外線を照射することにより行うことができる。紫外線の波長及び紫外線の照射量は適宜調整することができ、例えば波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を約２０分間照射する条件等が挙げられる。このとき、例えば、照射される光は波長２５４ｎｍの紫外線を含んでいてもよい。

実施例において後述するように、本発明者らは、純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜は、血液適合性が低く、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高い膜であることを明らかにした。

アモルファスカーボン膜の表面に、水酸基、カルボキシル基等の官能基を形成しても、一定の時間が経過すると接触角が変化することがあるが、接触角が変化しても官能基が形成されている限り、当該膜の血液適合性、タンパク質吸着性、細胞接着性は維持され、第２の膜として機能する。したがって、アモルファスカーボン膜の表面に官能基を形成する処理、すなわち接触角を低下させる処理を行った直後に測定した純水の接触角が１０°以下であれば、第２の膜に該当する。ここで直後とは、例えば処理後２分以内をいう。また、第２の膜は、第１の膜であるアモルファスカーボン膜に比較して、水酸基、カルボキシル基が有意に多いアモルファスカーボン膜と定義することもできる。

《炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満又は１２原子％を超えるチタンドープアモルファスカーボン膜》
上述したように、原料ターゲットとしてＴｉＣを用いたＦＣＶＡ法により、チタンドープアモルファスカーボン膜を成膜することができる。また、原料ターゲットにおけるチタン原子の含有量を変化させることにより、チタンドープアモルファスカーボン膜中のチタン原子の含有量を調整することができる。

実施例において後述するように、本発明者らは、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満又は１２原子％を超えるチタンドープアモルファスカーボン膜は、血液適合性が低く、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高い膜であることを明らかにした。

《純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜》
ＦＣＶＡ法等により形成したチタンドープアモルファスカーボン膜は、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が２原子％以上の範囲において、液滴法により測定した純水の接触角が概ね６０°以上である。

このチタンドープアモルファスカーボン膜の表面に、水酸基、カルボキシル基等の官能基を形成することにより、純水の接触角を低下させることができる。純水の接触角の低下の程度は、形成する官能基の量に応じて変化し、例えば１０°以下、例えば５°以下、例えば４°以下に調整することができる。

チタンドープアモルファスカーボン膜への官能基の形成方法は特に限定されず、例えば、チタンドープアモルファスカーボン膜に紫外線を照射することにより行うことができる。紫外線の波長及び紫外線の照射量は適宜調整することができ、例えば波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を約２０分間照射する条件等が挙げられる。

実施例において後述するように、本発明者らは、純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜は、血液適合性が低く、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高い膜であることを明らかにした。

チタンドープアモルファスカーボン膜の表面に、水酸基、カルボキシル基等の官能基を形成しても、一定の時間が経過すると接触角が変化することがあるが、接触角が変化しても官能基が形成されている限り、当該膜の血液適合性、タンパク質吸着性、細胞接着性は維持され、第２の膜として機能する。したがって、チタンドープアモルファスカーボン膜の表面に官能基を形成する処理、すなわち接触角を低下させる処理を行った直後に測定した純水の接触角が１０°以下であれば、第２の膜に該当する。ここで直後とは、例えば２分以内をいう。また、第２の膜は、第１の膜であるチタンドープアモルファスカーボン膜に比較して、水酸基、カルボキシル基が有意に多いチタンドープアモルファスカーボン膜と定義することもできる。

本実施形態の物品１００は、上述した第１の膜１２０及び上述した第２の膜１３０の双方を備えている。第１の膜１２０及び第２の膜１３０は、物品の使用目的に応じて任意に配置することができる。なお、第１の膜と第２の膜は、それぞれの一部が互いに重なって配置されていてもよい。第１の膜１２０及び第２の膜１３０が、物品１００のすべての表面を覆うように配置されてもよく、一部の表面のみに配置されていてもよい。

また、物品１００は、独立した部品を組み合わせて構成されるものであってもよく、一体成型されるものであってもよい。

物品１００が独立した部品を組み合わせて構成されるものである場合、物品１００の使用目的に応じて、個々の部品の表面に第１の膜又は第２の膜をＦＣＶＡ法等により形成し、その後各部品を組み合わせて物品１００を製造することができる。これにより、部分的に第１の膜又は第２の膜を有する物品１００を製造することができる。

物品１００が一体成型されるものである場合、物品１００の所望の位置に第１の膜又は第２の膜をＦＣＶＡ法等により形成することができる。この場合、例えば第１の膜を形成する時には、第１の膜を形成しない位置にマスクを被覆しておくことにより、所望の位置に第１の膜を形成することができる。

続いて、第２の膜を形成しない位置にマスクを被覆して第２の膜を形成し、第２の膜の形成後当該マスクを剥離する等の手法により、部分的に第１の膜又は第２の膜を有する物品１００を製造することができる。

（中間水）
一般に、水中の高分子材料において、水と高分子材料との界面には、高分子材料と強く相互作用して低温でも凍結することのない不凍水と、高分子材料の影響を受けていない自由水とが存在し、また、自由水と不凍水との間に中間水が存在しているといわれている。

例えば、核磁気共鳴により励起された水分子が元の安定状態に戻る緩和時間により、自由水、中間水、不凍水に分類できる。自由水の水分子の緩和時間は１０^－１２～１０^－１１秒程度であり、中間水の水分子の緩和時間は１０^－１０～１０^－９秒程度であり、不凍水の水分子の運動の緩和時間が１０^－８～１０^－６秒程度であるといわれている。つまり、水分子の運動性は自由水が最も高く、続いて中間水、不凍水となる。

不凍水は－１００℃のような低温でも凍らないため融解することはなく、中間水は－８０℃以上０℃未満で融解し（すなわち、－８０℃以上０℃未満の範囲に融点を有し）、自由水は０℃で融解する。したがって、被覆の表面水を超低温で凍らせた後、加温しながら熱分析（ＤＳＣ）を行い、水の融解に伴う熱量変化を検出することにより、中間水の存在の有無を調べることができる。

実施例において後述するように、第１の膜は血液適合性が高く、タンパク質吸着性が低く、細胞接着性が低い。また、第２の膜は血液適合性が低く、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高い。これについて、本発明者らは、膜表面における中間水の状態や、存在の有無が血液適合性等に影響を与えているものと推測している。

《アモルファスカーボン膜》
図１１（ａ）及び（ｂ）は、アモルファスカーボン膜と水分子との相互作用を示す模式図である。

図１１（ａ）に示すように、アモルファスカーボン膜には、適度な量、又は適度な間隔のπ電子が存在している。このため、水分子と適度に相互作用し、中間水が形成される。すなわち、アモルファスカーボン膜の表面には、中間水が存在する。

アモルファスカーボン膜は、中間水を有することにより、血液適合性が高く、タンパク質吸着性が低く、細胞接着性が低いと考えられる。特に、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜は適度な中間水を有し、高い血液適合性を示すものと考えられる。

図１１（ｂ）は、表面に官能基を形成したアモルファスカーボン膜と水分子との相互作用を示す模式図である。図１１（ｂ）に示すように、表面に官能基を形成したアモルファスカーボン膜では、表面に形成された官能基と水分子が強く相互作用する。このため、官能基を形成したアモルファスカーボン膜の表面には不凍水が存在し、中間水はほとんど存在しない。中間水が少なく不凍水が存在すると、タンパク質が変性・吸着しやすくなるものと考えられる。このため、表面に官能基を形成したアモルファスカーボン膜は、血液適合性が低く、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高いものと考えられる。また、官能基が直接にタンパク質と相互作用して吸着することで、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高く、血液適合性が低いということも考えられる。

本発明者らは、ＤＳＣ分析により、アモルファスカーボン膜が中間水を有しており、表面に官能基を形成したアモルファスカーボン膜では中間水が消失することを確認した。

《チタンドープアモルファスカーボン膜》
図１２（ａ）及び（ｂ）は、チタンドープアモルファスカーボン膜と水分子との相互作用を示す模式図である。

図１２（ａ）に示すように、チタンドープアモルファスカーボン膜には、チタン原子がＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＯＨ等の形で適量存在することにより、水分子が部分的に拘束され、また、π電子の量や間隔が適度になるものと考えられる。このため、チタンドープアモルファスカーボン膜の表面には、中間水が存在するものと考えられる。

チタンドープアモルファスカーボン膜は、中間水を有することにより、血液適合性が高く、タンパク質吸着性が低く、細胞接着性が低いと考えられる。特に、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜は適度な中間水を有し、高い血液適合性を示すものと考えられる。

また、チタンドープアモルファスカーボン膜において、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満であると、水分子の拘束量が適度ではなく、適切に中間水が形成されていないものと考えられる。その結果、血液適合性が低くなり、タンパク質吸着性が高くなり、細胞接着性が高くなると考えられる。

また、チタンドープアモルファスカーボン膜において、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が１２原子％を超えると、水分子が拘束されやすくなり、また炭素骨格が減少してπ電子が少なくなりすぎるものと考えられる。その結果、不凍水が形成され、中間水は減少し、血液適合性が低くなり、タンパク質吸着性が高くなり、細胞接着性が高くなると考えられる。

図１２（ｂ）は、表面に官能基を形成したチタンドープアモルファスカーボン膜と水分子との相互作用を示す模式図である。図１２（ｂ）に示すように、表面に官能基を形成したチタンドープアモルファスカーボン膜では、表面に形成された官能基と水分子が強く相互作用する。このため、官能基を形成したチタンドープアモルファスカーボン膜の表面には不凍水が存在し、中間水はほとんど存在しない。中間水が少なく、不凍水が存在すると、タンパク質が変性・吸着しやすくなるものと考えられる。このため、表面に官能基を形成したチタンドープアモルファスカーボン膜は、血液適合性が低く、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高いものと考えられる。また、官能基が直接にタンパク質と相互作用して吸着することで、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高く、血液適合性が低いということも考えられる。

本発明者らは、ＤＳＣ分析により、チタンドープアモルファスカーボン膜が中間水を有していることを確認した。

（第１の膜又は第２の膜の分割）
物品１００において、第１の膜１２０又は第２の膜１３０は、複数に分割されていてもよい。図１３（ａ）は第１の膜１２０又は第２の膜１３０が分割されていない物品１００を示す模式図である。また、図１３（ｂ）は第１の膜１２０又は第２の膜１３０が複数に分割された物品１００を示す模式図である。

物品１００において、基材１１０は伸縮したり曲げられたりして変形する場合がある。あるいは、物品１００が衝撃を受ける場合がある。あるいは、物品１００が他の部材との摺動部分に配置される場合がある。このような場合、第１の膜１２０又は第２の膜１３０が基材１１０から剥離してしまう場合がある。

これに対し、第１の膜１２０又は第２の膜１３０を複数に分割することにより、分割部分で基材の変形や衝撃による影響を吸収し、第１の膜１２０又は第２の膜１３０の剥離を抑制することができる。

第１の膜１２０又は第２の膜１３０の分割の形状は特に制限されず、例えば、矩形、多角形、円形等の任意の形状であってよい。また、分割された第１の膜１２０又は第２の膜１３０の個々の形状や大きさは、互いに同一であってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。

第１の膜１２０又は第２の膜１３０を分割する手法としては、例えば、基材１１０上に網目状のマスクを配置し、上述したＦＣＶＡ法により第１の膜１２０又は第２の膜１３０を成膜することが挙げられる。マスクは、第１の膜１２０又は第２の膜１３０の成膜後除去する。これにより、マスクの網目部分で分割され、マスクの空洞部分に対応した形状で、第１の膜１２０又は第２の膜１３０を成膜することができる。

あるいは、第１の膜１２０又は第２の膜１３０を成膜した後に、第１の膜１２０又は第２の膜１３０を複数に切断することにより分割してもよい。第１の膜１２０又は第２の膜１３０は、例えば、レーザーカッター等を用いて切断してもよいし、エッチングにより切断してもよい。

［医療器具］
本実施形態の医療器具は、上述した物品を用いたものである。すなわち、上述した物品は医療器具であってもよい。あるいは、本実施形態の医療器具は、上記の物品から構成されているということもできる。用語「医療器具」は、一般に医療器具と呼ばれ得るものをすべて含み、具体的には、人工関節、人工骨、人工歯、人工歯根、人工心臓、人工心臓弁、人工血管、人工肛門、人工尿管、人工胸膜、人工補綴物、ステント（血管ステント、気管支ステントを含む）、ガイドワイヤー、カテーテル、留置カテーテル、ペースメーカー電極、ペースメーカーリード線、コンタクトレンズ、人工水晶体、電気メス、注射針、血液バッグ、採血管、メス、内視鏡、血液フィルタ等のフィルタ類、血液回路等の流路類、送血チューブ等のチューブ類、鉗子、人工肺、人工心肺装置、透析装置、整形外科器具、人工内耳、人工鼓膜、人工声帯、カニューレ、脳動脈治療用コイル、人工すい臓、鍼灸治療器具、電極、縫合糸、創傷被覆材、創傷保護材、廃液チューブ、整形外科インプラント、ペースメーカー等が挙げられる。

本実施形態の医療器具において、第１の膜は、医療器具を構成する物品の、血液に接触する領域に対応して設けられていることが好ましい。すなわち、本実施形態の医療器具は、生体に接触して用いた場合に、血液が接触する部分に第１の膜が存在するように構成されていることが好ましい。この場合、第１の膜は、血液適合性が高いため、本実施形態の医療器具は、溶血や血液凝固が抑制される。

また、本実施形態の医療器具において、第２の膜は、物品の生体に接触する領域に対応して設けられていることが好ましい。すなわち、本実施形態の医療器具は、生体に接触して用いた場合に、生体が接触する部分に第２の膜が存在するように構成されていることが好ましい。この場合、第２の膜は、タンパク質吸着性や細胞接着性が高いため、本実施形態の医療器具は、生体と十分に癒着しやすい。

本実施形態の医療器具において、第１の膜又は第２の膜は複数に分割されていてもよい。例えば、ステントの表面に配置された第１の膜又は第２の膜は、ステントを血管内で拡張させる時の変形や衝撃等により剥離してしまう場合がある。このような場合、第１の膜又は第２の膜を複数に分割することにより、剥離を抑制することができる。

第１の膜及び第２の膜が使用され得る医療器具としては、例えば、人工関節、人工骨、人工歯、人工歯根、人工心臓、人工心臓弁、人工血管、人工肛門、人工尿管、人工胸膜、人工補綴物、ステント（血管ステント、気管支ステントを含む）、ガイドワイヤー、カテーテル、留置カテーテル、ペースメーカー電極、ペースメーカーリード線、コンタクトレンズ、人工水晶体、電気メス、注射針、血液バッグ、採血管、血液回路等の流路類、送血チューブ等のチューブ類、人工肺、人工心肺装置、透析装置、整形外科器具、人工内耳、人工鼓膜、人工声帯、カニューレ、脳動脈治療用コイル、人工すい臓、鍼灸治療器具、電極、縫合糸、創傷被覆材、創傷保護材、廃液チューブ、整形外科インプラント、ペースメーカー等が挙げられる。

本実施形態の医療器具は、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜、又は、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜で少なくとも一部がコーティングされていてもよい。すなわち、本実施形態の医療器具は、上述した第１の膜で少なくとも一部がコーティングされているものであってもよい。また、本実施形態の医療器具は、上述した第２の膜を有しないものであってもよい。

第１の膜のみが使用され得る医療器具としては、例えば、人工関節、人工骨、人工歯、人工歯根、人工心臓、人工心臓弁、人工血管、人工肛門、人工尿管、人工胸膜、人工補綴物、ステント（血管ステント、気管支ステントを含む）、ガイドワイヤー、カテーテル、留置カテーテル、ペースメーカー電極、ペースメーカーリード線、コンタクトレンズ、人工水晶体、電気メス、注射針、血液バッグ、採血管、メス、内視鏡、血液フィルタ等のフィルタ類、血液回路等の流路類、送血チューブ等のチューブ類、鉗子、人工肺、人工心肺装置、透析装置、整形外科器具、人工内耳、人工鼓膜、人工声帯、カニューレ、脳動脈治療用コイル、人工すい臓、鍼灸治療器具、電極、縫合糸、創傷被覆材、創傷保護材、廃液チューブ、整形外科インプラント、ペースメーカー等が挙げられる。

本実施形態の医療器具は、純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満又は１２原子％を超えるチタンドープアモルファスカーボン膜、及び、純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜から選択されるいずれか１つの膜で少なくとも一部がコーティングされていてもよい。すなわち、本実施形態の医療器具は、上述した第２の膜で少なくとも一部がコーティングされているものであってもよい。また、本実施形態の医療器具は、上述した第１の膜を有しないものであってもよい。

第２の膜のみが使用され得る医療器具としては、例えば、人工関節、人工骨、人工歯、人工歯根、人工心臓、人工心臓弁、人工血管、人工肛門、人工尿管、人工胸膜、人工補綴物、ステント（血管ステント、気管支ステントを含む）、カテーテル、留置カテーテル、ペースメーカー電極、ペースメーカーリード線、コンタクトレンズ、人工水晶体、電気メス、血液回路等の流路類、人工肺、人工心肺装置、透析装置、整形外科器具、人工内耳、人工鼓膜、人工声帯、カニューレ、脳動脈治療用コイル、人工すい臓、鍼灸治療器具、電極、縫合糸、創傷被覆材、創傷保護材、廃液チューブ、整形外科インプラント、ペースメーカー等が挙げられる。第２の膜として高濃度のチタン原子を含むチタンドープアモルファスカーボン膜は電導性が高い点でも、電気メスに好適である。

［人工関節］
本実施形態の人工関節は、上述した物品を用いたものである。すなわち、上述した物品は人工関節であってもよい。あるいは、本実施形態の人工関節は、上記の物品から構成されているということもできる。すなわち、上述した物品は、人工関節として好適に用いることができる。人工関節としては、特に限定されず、人工肩関節、人工肘関節、人工股関節、人工膝関節等が挙げられる。

通常、人工関節は複数の部材から構成されるが、各部材同士の摺動部分はできる限りタンパク質や細胞等が付着せず、清浄な状態を保つことが望まれる。この場合、タンパク質吸着性が低く、細胞接着性が低い第１の膜を形成することが好ましい。また、各部材同士の摺動部分は、摺動性を上げる観点で、親水性であることが望まれる場合がある。この場合、第２の膜を形成することが好ましい。すなわち、本実施形態の人工関節においては、必要とされる性質に応じて、第１の膜と第２の膜を適宜選択して用いることができる。

また、通常、人工関節は生体内で使用されるため、人工関節の生体と接触する領域には、タンパク質吸着性が高く、細胞接着性が高い第２の膜を形成することが好ましい。すなわち、本実施形態の人工関節において、第２の膜は、人工関節を構成する複数の部材のうち、生体に接触する領域に対応して設けられていることが好ましい。

本実施形態の人工関節において、第１の膜又は第２の膜は複数に分割されていてもよい。人工関節は、特に摺動部分等における変形や衝撃により、第１の膜又は第２の膜が剥離してしまう場合がある。このような場合、第１の膜又は第２の膜を複数に分割することにより、剥離を抑制することができる。

次に実施例を示して本実施形態を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実験例１］
（サンプルの製造）
ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の基板、又は、ＰＳ（ポリスチレン）基板に、ＦＣＶＡ法によりアモルファスカーボン膜又はチタンドープアモルファスカーボン膜を成膜し、膜を形成したサンプルを作製した。

《アモルファスカーボン膜の成膜》
ステンレス製の基板に、ＦＣＶＡ法によりアモルファスカーボン膜を成膜した。バイアス電圧を４段階に変化させて成膜を行い、それぞれサンプルを作製した。作製した各サンプル表面の膜をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により解析した結果、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２２、２８、３７、４４原子％であるアモルファスカーボン膜が得られたことが明らかとなった。

《チタンドープアモルファスカーボン膜の成膜》
ステンレス製の基板に、ＦＣＶＡ法によりチタンドープアモルファスカーボン膜を成膜した。チタン原子の含有量の異なる原料ターゲットを用いて成膜を行い、それぞれサンプルを作製した。作製した各サンプル表面の膜をＸＰＳ、及び、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）測定により解析した結果、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が２．０、５．３、１２．４及び２８．２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜が得られたことが明らかとなった。なお、これらのチタンドープアモルファスカーボン膜における、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数、ｓｐ^３混成軌道の炭素原子数、及びチタン原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合は６３～７５原子％であった。

《膜への紫外線照射》
アモルファスカーボン膜又はチタンドープアモルファスカーボン膜を成膜した各サンプルに、それぞれ波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を約２０分間照射することにより、表面修飾したサンプルを作製した。後述するように、紫外線照射により、各膜に水酸基又はカルボキシル基が形成される。紫外線照射した各サンプル及び紫外線照射しなかった各サンプルについて、液滴法により純水の接触角を紫外線照射後速やかに測定した。

各サンプルの特性を下記表１にまとめた。表１中、ＵＶ照射「あり」は波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を照射したことを表し、ＵＶ照射「なし」は紫外線を照射しなかったことを表す。「ｓｐ^２－Ｃ（ａｔ％）」は、アモルファスカーボンの場合、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）を表し、チタンドープアモルファスカーボンの場合、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数、ｓｐ^３混成軌道の炭素原子数、及びチタン原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）を表す。「Ｔｉ／Ｃ（ａｔ％）」は炭素原子数に対するチタン原子数の割合（原子％）を表し、接触角は液滴法により測定した純水の接触角を表す。

［実験例２］
（タンパク質吸着性の検討）
実験例１で作製した各サンプルを使用して、各膜へのタンパク質吸着性を評価した。タンパク質としては、アルブミン及びフィブリノーゲンを使用した。

《アルブミン》
まず、各サンプルを、濃度３０ｍｇ／ｍＬのアルブミン溶液に浸漬し、３７℃で２４±２時間静置した。アルブミンはリン酸バッファー中に溶解して用いた。続いて、各サンプルをアルブミン溶液から取り出して純水で洗浄した。続いて、各サンプルを界面活性剤溶液（リン酸バッファー中に２ｖｏｌ％のトリトンＸ－１００を溶解したもの）に浸漬し、３７℃で３０分間振盪した。続いて、界面活性剤溶液を回収し、溶出したアルブミンを定量した。

図３は、各サンプルにおけるアルブミン吸着量を測定した結果を示すグラフである。図３中、「１８５ｎｍ処理」は波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を照射したサンプルであることを表し、「Ａｓ－ｄｅｐｏ．」は紫外線を照射しなかったサンプルであることを表し、「ＳＵＳ３１６Ｌ」は基板のみのサンプルであることを表し、「ａｔ％」は原子％を表す。また、Ｔｉ／Ｃが１００原子％であるサンプルは、参考のために測定したチタンのみのサンプルの結果である。

その結果、アモルファスカーボン膜（Ａｓ－ｄｅｐｏ．）においては、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）はアルブミン吸着量にほとんど影響しないことが明らかとなった。一方、アモルファスカーボン膜（１８５ｎｍ処理）においては、紫外線を照射しなかったサンプルと比較して、アルブミン吸着量が顕著に増加することが明らかとなった。

また、チタンドープアモルファスカーボン膜（Ａｓ－ｄｅｐｏ．）においては、チタンの濃度が高くなるとアルブミン吸着量が増加する傾向が認められた。一方、チタンドープアモルファスカーボン膜（１８５ｎｍ処理）においては、チタン濃度の増加に伴って、アルブミン吸着量が減少する傾向が認められた。

《フィブリノーゲン》
実験例１で作製した各サンプルを使用して、上述したものと同様にして各膜へのタンパク質吸着性を評価した。タンパク質としては、アルブミンの代わりにフィブリノーゲンを使用した。フィブリノーゲンの濃度は３ｍｇ／ｍＬとした。

図４は、各サンプルにおけるフィブリノーゲン吸着量を測定した結果を示すグラフである。図４中、「１８５ｎｍ処理」は波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を照射したサンプルであることを表し、「Ａｓ－ｄｅｐｏ．」は紫外線を照射しなかったサンプルであることを表し、「ＳＵＳ３１６Ｌ」は基板のみのサンプルであることを表し、「ａｔ％」は原子％を表す。また、Ｔｉ／Ｃが１００原子％であるサンプルは、参考のために測定したチタンのみのサンプルの結果である。

その結果、アモルファスカーボン膜（Ａｓ－ｄｅｐｏ．）においては、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）が２３～４３原子％でフィブリノーゲン吸着量が低い傾向が認められた。一方、アモルファスカーボン膜（１８５ｎｍ処理）においては、紫外線を照射しなかったサンプルと比較して、フィブリノーゲン吸着量が顕著に増加することが明らかとなった。

また、チタンドープアモルファスカーボン膜（Ａｓ－ｄｅｐｏ．）においては、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が１２原子％以下でフィブリノーゲン吸着量が低い傾向が認められ、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が５原子％において吸着量が最低となる傾向が認められた。一方、チタンドープアモルファスカーボン膜（１８５ｎｍ処理）においては、チタン濃度にかかわらずフィブリノーゲン吸着量が大きく変化することはなかった。また、紫外線を照射しなかったサンプルと比較して、フィブリノーゲン吸着量が増加する傾向が認められた。

［実験例３］
（細胞接着性の検討）
実験例１で作製した各サンプルを使用して、各膜への細胞接着性を評価した。細胞としては、ヒト正常臍帯静脈内皮細胞（ＨＵＶＥＣ）を使用した。

まず、各サンプルを、細胞培養用ウェルプレートのウェルに入れ、ＨＵＶＥＣを５×１０^４個／ウェルずつ播種し、３７℃、５％ＣＯ_２の環境下で２４±２時間培養した。続いて、各ウェルの細胞を固定して細胞核を蛍光染色し、蛍光顕微鏡で観察して細胞接着率を測定した。

図５は、各サンプルに対する細胞接着率を測定した結果を示すグラフである。図５中、「１８５ｎｍ処理」は波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を照射したサンプルであることを表し、「Ａｓ－ｄｅｐｏ．」は紫外線を照射しなかったサンプルであることを表し、「ＳＵＳ３１６Ｌ」は基板のみのサンプルであることを表し、「ａｔ％」は原子％を表す。また、Ｔｉ／Ｃが１００原子％であるサンプルは、参考のために測定したチタンのみのサンプルの結果である。細胞接着率は、膜を形成したサンプルを入れていない細胞培養プレートのウェルにおける細胞数を１００％とする割合（％）で示す。

その結果、アモルファスカーボン膜（Ａｓ－ｄｅｐｏ．）においては、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）が２３～４３原子％で細胞接着率が低い傾向が認められた。一方、アモルファスカーボン膜（１８５ｎｍ処理）においては、紫外線を照射しなかったサンプルと比較して、細胞接着率が顕著に上昇することが明らかとなった。

また、チタンドープアモルファスカーボン膜（Ａｓ－ｄｅｐｏ．）においては、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が１２．４原子％において細胞接着率が最大になることが明らかとなった。一方、チタンドープアモルファスカーボン膜（１８５ｎｍ処理）においては、チタン濃度の増加に伴って、細胞接着率が低下する傾向が認められた。

［実験例４］
（毒性試験）
実験例１と同様にして作製したサンプルを使用して、生体や細胞に対する毒性を検討した。より具体的には、細胞毒性試験及び動物埋植試験を行った。

《細胞毒性試験》
各サンプルを培地に浸漬して３７℃で２４±２時間静置し、抽出液を調製した。続いて、この抽出液を用いて、マウス線維芽細胞であるＬ９２９細胞を、３７℃、５％ＣＯ_２の環境下で２４±２時間培養した。その後、各細胞を観察し、細胞生存率を測定した。

サンプルとしては、下記表２に示すＮｏ．１～Ｎｏ．５を使用した。表２中、ＵＶ照射「あり」は波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を照射したことを表し、ＵＶ照射「なし」は紫外線を照射しなかったことを表す。「ｓｐ^２－Ｃ（ａｔ％）」は、アモルファスカーボンの場合、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）を表し、チタンドープアモルファスカーボンの場合、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数、ｓｐ^３混成軌道の炭素原子数、及びチタン原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）を表す。「Ｔｉ／Ｃ（ａｔ％）」は炭素原子数に対するチタン原子数の割合（原子％）を表し、接触角は液滴法により測定した純水の接触角を表す。

各細胞を顕微鏡で観察した結果、毒性は認められなかった。また、図６は、細胞生存率の測定結果を示すグラフである。陰性対照材料として、細胞保管容器材料の毒性を検討した。図６中、「陰性対照材料」は、陰性対照材料を用いた細胞生存率の測定結果であることを表す。その結果、いずれのサンプルにおいても細胞生存率は陰性対照材料と同等であり、すべての膜において細胞に対する毒性が認められないことが明らかとなった。

《動物埋植試験》
細胞毒性試験で用いたものと同様の膜組成について動物埋植試験を行い、膜の生体適合性を検討した。具体的には、各サンプルをラットの皮下に埋植し、２週間後及び４週間後に周辺組織を観察して生体適合性を評価した。

その結果、すべての膜において異常な炎症や変性は認められず、医用ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）と同等の生体適合性を有することが明らかとなった。

［実験例５］
（血液適合性試験）
膜サンプルの血液適合性試験を行った。具体的には膜サンプルにヒト血液を接触させて溶血性（赤血球の崩壊）及び凝固性（異物反応による血液凝固）を評価した。

《溶血性試験》
細胞毒性試験で用いたものと同様の膜組成について溶血性を検討した。図７は、各サンプルに接触させた血液の溶血率を測定した結果を示すグラフである。図７中、「陰性対照材料」は高密度ポリエチレンフィルムの結果を示し、「陽性対照材料」は非イオン界面活性剤含有ポリ塩化ビニルペレットの結果を示す。その結果、いずれの膜においても溶血性には陰性対象材料に対して大きな差が認められないことが明らかとなった。

《血液凝固性試験》
実験例１と同様にして作製したサンプルを使用して、血液凝固性を検討した。サンプルとしては下記表３に示すものを使用した。また、対照材料として、血液凝固性が低い血液バッグ（テルモ社：テルモ分離バッグ）を使用した。表３中、ＵＶ照射「あり」は波長１８５ｎｍの紫外線を含む光を照射したことを表し、ＵＶ照射「なし」は紫外線を照射しなかったことを表す。「ｓｐ^２－Ｃ（ａｔ％）」は、アモルファスカーボンの場合、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）を表し、チタンドープアモルファスカーボンの場合、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数、ｓｐ^３混成軌道の炭素原子数、及びチタン原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合（原子％）を表す。「Ｔｉ／Ｃ（ａｔ％）」は炭素原子数に対するチタン原子数の割合（原子％）を表し、接触角は液滴法により測定した純水の接触角を表す。

具体的には、まず、各サンプルにヒト血液を接触させて３７℃で４時間振盪した。続いて、血液凝固の指標である血中のトロンビン-アンチトロンビン複合体（ＴＡＴ）、血小板活性の指標であるβ－トロンボグロブリン（β－ＴＧ）及び炎症反応の指標であるＣ５ａを測定した。また、各膜の表面の電子顕微鏡観察も行った。

図８は、ＴＡＴ、β－ＴＧ及びＣ５ａの濃度の測定結果を示すグラフである。グラフの値は対照材料における測定値を１００とした相対値である。図８中、「対照」は対照材料の結果であることを表し、「ＳＵＳ３１６Ｌ」は基板のみのサンプルであることを表し、「ａｔ％」は原子％を表す。また、図８中の写真は膜の表面の代表的な電子顕微鏡写真である。電子顕微鏡写真から、血液の凝固が生じていると大量のフィブリン鎖や赤血球をはじめとする血球系細胞が膜上に観察され、血液凝固が生じないとこれらがほとんど観察されないことがわかる。

その結果、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜、及び、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～２５原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜では、血液凝固の指標であるＴＡＴの濃度が低いことが明らかとなった。

特に、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜は、対照材料よりも低いＴＡＴ濃度を示し、対照材料である既存の血液バッグよりも血液適合性が高いことが明らかとなった。

なお、図８では割愛しているが、紫外線照射を行ったアモルファスカーボン膜、又は紫外線照射を行ったチタンドープアモルファスカーボン膜は、紫外線照射を行っていない膜と比較して、血液凝固性が顕著に上昇することが明らかとなった。

図９は、実験例２で測定した各膜へのフィブリノーゲン吸着量を示すグラフ上に、血液凝固性試験における代表的な電子顕微鏡写真を示したものである。その結果、各膜へのタンパク質吸着性と血液凝固性は相関性が高いことが明らかとなった。すなわち、タンパク質吸着性が高い膜は血液凝固性が高い傾向が認められた。この結果から、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボンは、タンパク質吸着性と血液適合性の両方が良好であることが明らかとなった。

［実験例６］
（最表面膜組成の分析）
飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）及びＸＰＳにより、実験例１で作製した各サンプルの最表面の化学構造を解析した。図１０（ａ）～（ｄ）は、ＴＯＦ－ＳＩＭＳ及びＸＰＳ解析により明らかとなった各膜の表面化学構造を示す模式図である。

図１０（ａ）は、アモルファスカーボン膜の表面化学構造である。図１０（ａ）中、「ｓｐ^２－Ｃ」はｓｐ^２混成軌道の炭素原子を示し、「ｓｐ^３－Ｃ」はｓｐ^３混成軌道の炭素原子を示す。アモルファスカーボン膜はｓｐ^２混成軌道の炭素原子とｓｐ^３混成軌道の炭素原子からなる表面骨格を有していることが明らかとなった。

また、図１０（ｂ）は、紫外線照射を行ったアモルファスカーボン膜の表面化学構造である。その結果、水酸基やカルボキシル基が形成されていることが明らかとなった。

また、図１０（ｃ）は、チタンドープアモルファスカーボン膜の表面化学構造である。チタンドープアモルファスカーボン膜には、官能基となりうるＴｉＯやＴｉＯＨが存在することが明らかとなった。

また、図１０（ｄ）は、紫外線照射を行ったチタンドープアモルファスカーボン膜の表面化学構造である。その結果、チタン原子や炭素骨格に水酸基やカルボキシル基が形成され、ＴｉＯやＴｉＯＨが増加していることが明らかとなった。

１００…物品、１１０…基材、１２０…第１の膜、１３０…第２の膜、２００…ＦＣＶＡ装置、２０１…アークプラズマ発生室、２０２…原料ターゲット、２０３…電磁石コイル、２０４…イオンスキャンコイル、２０５…空間フィルタ、２０６…成膜チャンバ、２０７…基板ホルダー。

Claims

生体又は生体試料に接触して用いられる物品を用いた医療器具であって、
前記物品は、第１の膜と、第２の膜とを有し、
前記第１の膜は、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数及びｓｐ^３混成軌道の炭素原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合が２３～４３原子％であるアモルファスカーボン膜、又は、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３～１２原子％であるチタンドープアモルファスカーボン膜を含み、
前記第２の膜は、純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜、炭素原子数に対するチタン原子数の割合が３原子％未満又は１２原子％を超えるチタンドープアモルファスカーボン膜、又は、純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜から選択されるいずれか１つの膜を含み、以下の（１）～（３）の少なくとも一つに該当し、
（１）前記第１の膜の血液適合性は、前記第２の膜の血液適合性よりも高い；
（２）前記第１の膜のタンパク質吸着性は、前記第２の膜のタンパク質吸着性よりも低い；
（３）前記第１の膜の細胞接着性は、前記第２の膜の細胞接着性よりも低い；
前記第２の膜は、前記物品の生体に接触する領域に対応して設けられている、医療器具。
前記第１の膜は、前記物品の血液に接触する領域に対応して設けられている、請求項１に記載の医療器具。
前記純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜の表面の少なくとも一部には、水酸基、及び／又はカルボキシル基が形成されている、請求項１又は２に記載の医療器具。
前記純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜の表面の少なくとも一部には、水酸基、及び／又はカルボキシル基が形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の医療器具。
前記純水の接触角が１０°以下であるアモルファスカーボン膜、及び、前記純水の接触角が１０°以下であるチタンドープアモルファスカーボン膜は、接触角を低下させる処理を行ったものであり、前記純水の接触角は、前記処理の直後に測定される数値である、請求項１から４のいずれか一項に記載の医療器具。
前記チタンドープアモルファスカーボン膜における、ｓｐ^２混成軌道の炭素原子数、ｓｐ^３混成軌道の炭素原子数、及びチタン原子数の合計に対するｓｐ^２混成軌道の炭素原子数の割合は、６０原子％以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載の医療器具。
前記第１の膜は、融点が－８０℃以上０℃未満である中間水を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の医療器具。
前記第１の膜及び第２の膜は、融点が－８０℃以上０℃未満である中間水を有し、
前記第１の膜が有する前記中間水の質量は、前記第２の膜が有する前記中間水の質量よりも大きい、請求項１から７のいずれか一項に記載の医療器具。
前記第１の膜及び／又は前記第２の膜が、複数に分割されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の医療器具。
請求項１から９のいずれか一項に記載の医療器具を用いた人工関節。