JP7387655B2 - 医療機器を製造するための生分解性ポリマーブレンド - Google Patents
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Description
本発明は、多成分ポリマーブレンド及びそれらと無機添加剤との複合材料を含む新規のポリマー組成物に関する。前記ポリマーブレンドの繊維での強化も開示されている。これらのポリマーブレンドは、医療機器における使用に適した目的に合わせた機械的特性を提供する。
関連技術の説明
生分解性ポリマーブレンド及び医療機器製造におけるそれらの使用は公知である。以下にいくつかの例を示す：米国特許第４８４４８５４号明細書；第５４７５０６３号明細書；第６５８３２３２号明細書；第６６０７５４８号明細書；第８４８６１３５号明細書。
生分解性ポリマーブレンド及び医療機器製造におけるそれらの使用は公知である。以下にいくつかの例を示す：米国特許第４８４４８５４号明細書；第５４７５０６３号明細書；第６５８３２３２号明細書；第６６０７５４８号明細書；第８４８６１３５号明細書。
本発明におけるポリマーブレンドは、改善された延性、靭性及び耐衝撃性を有する新規の多成分ポリマーブレンドに関する。ポリマーマトリックスは、非晶質材料と半結晶性材料の双方から選択できる。マトリックスを半結晶性材料から選択する場合に、より高い結晶化度及び増加した弾性率が達せられる。さらに、多成分ブレンドにおいて使用される半結晶性マトリックスは、ポリマーブレンドの焼き鈍しを可能にしてポリマーブレンドの衝撃強度を向上する。本発明において、エイジングの影響は、相混和性を改善する第二のポリマー添加剤の導入で最小限になる。二成分ブレンドにおいて、破断点伸びは、鎖の再編成によるエイジングで低下する。これは、以前に開示された発明、例えば米国特許第６６０７５４８号明細書とは対照的である。現在開示されている本発明のポリマーブレンドは、押し出されて、改善された機械的特性を有するモノフィラメント繊維又はマルチフィラメント繊維になるか、又は３Ｄプリントのためにフィラメントに加工されうる。ポリマーブレンドは、整形外科における特定の用途のための強化剤として無機添加剤及び／又は繊維を組み込んでよい。また、軟組織修復において使用するための着色剤、例えばＤ＆Ｃ Ｖｉｏｌｅｔ ＮＯ．２、Ｄ＆Ｃ Ｇｒｅｅｎ ＮＯ．６、Ｄ＆Ｃ Ｂｌｕｅ ＮＯ．６の添加も記載する。
発明の概要
ポリマーブレンド組成物は、ラクチド又はグリコリドベースのポリマー又はコポリマー（５０～９５％（ｗ／ｗ））に由来するベースポリマーと、ポリカプロラクトン及びポリエチレンカーボネートコポリマー（５～５０％（ｗ／ｗ））を含む１つ以上の第二のポリマーとを含む多成分ポリマーブレンドである。前記ポリマーブレンドを、顆粒に配合し、機械的試験のために曲げ試験片及び引張試験片に、又は医療機器製造のために他の物品に射出成形してよい。これらのポリマーブレンドの延性は、ブレンド組成における変化で調整できる。ブレンド配合を変更して、約１０％～約２００％の範囲の破断点伸びが達せられる。さらに、引張試験片及び曲げ試験片の後処理焼き鈍し処理は、おそらく焼き鈍しプロセス後に観察された結晶化度における増加によって、ブレンドの強度及び弾性率についてさらに高い値を達成できることを示した。さらに、ポリマーブレンドは、改善された耐衝撃性及び靭性を示した。
ポリマーブレンド組成物は、ラクチド又はグリコリドベースのポリマー又はコポリマー（５０～９５％（ｗ／ｗ））に由来するベースポリマーと、ポリカプロラクトン及びポリエチレンカーボネートコポリマー（５～５０％（ｗ／ｗ））を含む１つ以上の第二のポリマーとを含む多成分ポリマーブレンドである。前記ポリマーブレンドを、顆粒に配合し、機械的試験のために曲げ試験片及び引張試験片に、又は医療機器製造のために他の物品に射出成形してよい。これらのポリマーブレンドの延性は、ブレンド組成における変化で調整できる。ブレンド配合を変更して、約１０％～約２００％の範囲の破断点伸びが達せられる。さらに、引張試験片及び曲げ試験片の後処理焼き鈍し処理は、おそらく焼き鈍しプロセス後に観察された結晶化度における増加によって、ブレンドの強度及び弾性率についてさらに高い値を達成できることを示した。さらに、ポリマーブレンドは、改善された耐衝撃性及び靭性を示した。
ポリマーブレンドと無機添加剤粒子との配合は、さらに高い機械的特性、例えば弾性率を達成できる手段としても記載される。以下でポリマーブレンド複合材料として公知の無機添加剤を含むこれらのポリマーブレンドは、整形外科の医療機器の製造において使用されうる。
繊維強化は、耐荷重用途のためのポリマーブレンドの機械的特性を改善するために適用されている。繊維は、溶融加工アプローチを介して、連続繊維又はチョップドファイバーとして（１～５０％（ｗ／ｗ））の濃度でマトリックスに添加されてよい。繊維は、生分解性繊維及び／又は非分解性繊維から選択される。分解性繊維は、これらに制限されないが、ポリラクチド（ＰＬＡ）、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリジオキサノン（ＰＤＯ）、及びそれらのコポリマーを含み、かつ非分解性繊維は、これらに限定されないが、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含みうる。以下、これらの繊維含有ポリマーブレンドを、繊維強化ポリマーブレンド複合材料として定義する。本明細書において開示される多成分ブレンド組成物の、強化複合材料及び押出フィラメント及び延伸繊維へのプロセスが記載されている。
背景技術
移植可能な医療機器における生体吸収性の生体材料の使用についての関心が高まっている。ポリ乳酸（ＰＬＡ）ホモポリマー、例えばＰＬＬＡや及びそのコポリマーは、その優れた生体適合性及び取り扱い特性によって移植可能な医療機器における使用に好適である。さらに、これらのポリマーは体内で分解し、そしてそれらの分解生成物は、クレブス回路を介して代謝される。ＰＬＡベースのポリマーは、医療機器における多くの用途に適した引張強度及び弾性率も有する。しかしながら、それらの用途は、その脆性により限られる。この脆性は、ＰＬＡベースのポリマーにおいて破壊靭性及び破壊点伸びを欠いていることから明らかであり、特定の用途、例えば整形外科用機器及び結紮クリップにおけるそれらの使用が妨げられる。整形外科用機器及び延性のある医療物品（例えば、結紮クリップ）の分野におけるＰＬＡベースのポリマー材料をより望ましく選択するために、本明細書において提示する本発明は、かかる医療機器を製造するための適切な機械的特性を呈することを示す新規組成物を開示する。
移植可能な医療機器における生体吸収性の生体材料の使用についての関心が高まっている。ポリ乳酸（ＰＬＡ）ホモポリマー、例えばＰＬＬＡや及びそのコポリマーは、その優れた生体適合性及び取り扱い特性によって移植可能な医療機器における使用に好適である。さらに、これらのポリマーは体内で分解し、そしてそれらの分解生成物は、クレブス回路を介して代謝される。ＰＬＡベースのポリマーは、医療機器における多くの用途に適した引張強度及び弾性率も有する。しかしながら、それらの用途は、その脆性により限られる。この脆性は、ＰＬＡベースのポリマーにおいて破壊靭性及び破壊点伸びを欠いていることから明らかであり、特定の用途、例えば整形外科用機器及び結紮クリップにおけるそれらの使用が妨げられる。整形外科用機器及び延性のある医療物品（例えば、結紮クリップ）の分野におけるＰＬＡベースのポリマー材料をより望ましく選択するために、本明細書において提示する本発明は、かかる医療機器を製造するための適切な機械的特性を呈することを示す新規組成物を開示する。
発明の詳細な説明
現在開示されている発明の完全な理解を深める目的で、及び本明細書において開示される発明の潜在的な特徴の実施形態を限定せずに、以下に、特定の実施形態を参照して、本明細書において開示される発明の潜在的な実施形態の例を示し、特定の言語を使用してそれを説明する。したがって、本明細書において開示される発明の範囲の制限は、本明細書において記載される好ましい実施形態の例又は開示される発明のさらなる改変と解されてはならず、かかるさらなる改変及び／又は適用は、本明細書において開示される発明及び関連する研究分野の当業者に通常生じるものであることが理解されるべきである。
現在開示されている発明の完全な理解を深める目的で、及び本明細書において開示される発明の潜在的な特徴の実施形態を限定せずに、以下に、特定の実施形態を参照して、本明細書において開示される発明の潜在的な実施形態の例を示し、特定の言語を使用してそれを説明する。したがって、本明細書において開示される発明の範囲の制限は、本明細書において記載される好ましい実施形態の例又は開示される発明のさらなる改変と解されてはならず、かかるさらなる改変及び／又は適用は、本明細書において開示される発明及び関連する研究分野の当業者に通常生じるものであることが理解されるべきである。
用語の定義
特に定義がない限り、本明細書において使用される全ての技術的及び科学的な用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。競合が生じた場合には、定義を含む現在の文献が優先される。本明細書において記載されているものと同様又は同等の方法及び材料を本発明の実施又は試験に使用することができるが、好ましい方法及び材料を以下に記載する。本明細書において言及される全ての刊行物、特許出願、特許及び他の文献は、参照をもってそれらの全体を組み込んだものとする。本明細書において開示される材料、方法、及び実施例は例示のみであり、限定することを意図しない。
特に定義がない限り、本明細書において使用される全ての技術的及び科学的な用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。競合が生じた場合には、定義を含む現在の文献が優先される。本明細書において記載されているものと同様又は同等の方法及び材料を本発明の実施又は試験に使用することができるが、好ましい方法及び材料を以下に記載する。本明細書において言及される全ての刊行物、特許出願、特許及び他の文献は、参照をもってそれらの全体を組み込んだものとする。本明細書において開示される材料、方法、及び実施例は例示のみであり、限定することを意図しない。
本明細書において使用される用語「含有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「できる（ｃａｎ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」、及びそれらの変形は、追加の行為又は構造の可能性を排除しない、制限のない変化する句、用語、又は単語を意味する。「ａ」及び「ａｎ」及び「ｔｈｅ」の単数形は、文脈上明らかに示されていない限り、複数の指示物を含む。本開示は、明示的に記載されているかどうかにかかわらず、本明細書において提示される実施形態又は要素を「含む」、それら「からなる」、及びそれら「から本質的になる」他の実施形態も熟慮する。
接続語「又は」は、接続語によって関連付けられた１つ以上の列挙された要素のありとあらゆる組み合わせを含む。例えば、「Ａ又はＢを含む装置」という句は、Ｂが存在しないＡを含む装置、Ａが存在しないＢを含む装置、又はＡとＢの双方が存在する装置を示してよい。「Ａ、Ｂ、．．．及びＮの少なくとも１つ」又は「Ａ、Ｂ、．．．Ｎの少なくとも１つ又はそれらの組み合わせ」の句は、最も広い意味で、Ａ、Ｂ、．．．及びＮを含む群から選択される１つ以上の要素、すなわち、任意の１つの要素を単独で含むか、又は組み合わせて列挙されていない追加の要素を含んでよい他の要素の１つ以上と組み合わせて含む、要素Ａ、Ｂ、．．．又はＮの１つ以上の任意の組み合わせを意味すると定義される。
数量に関連して使用される修飾子「約」は、記載された値を含み、記載内容によって指示された意味を有する（例えば、少なくとも、特定の数量の測定に関連する誤差の程度を含む）。修飾子「約」は、２つの端点の絶対値によって定義される範囲を開示していると見なされるべきでもある。例えば、「約２～約４」という表現は、「２～４」の範囲も開示している。「約」という用語は、示した数のプラスマイナス１０％を示してよい。例えば、「約１０％」は、９％～１１％の範囲を示し、「約１」は０．９～１．１の範囲を示す。「約」の他の意味は、丸めのように記載内容から明らかであってよく、したがって、例えば「約１」は、０．５～１．４も意味しうる。
「ｗｔ．％」という用語は質量パーセントを意味する。
「ｗ／ｗ」という用語は質量あたりの質量を意味する。
本発明の目的のために、「生分解性」という用語は、特定の治療状況において許容される期間内にｉｎ ｖｉｖｏで溶解又は分解するポリマーを示す。かかる溶解又は分解される生成物は、より小さな化学種を含んでよい。分解は、例えば、酵素的、化学的及び／又は物理的プロセスによって生じうる。生分解は、生理学的なｐＨ及び温度、例えば６～９の範囲のｐＨ及び２２℃～４０℃の範囲の温度への曝露後、典型的に５年未満、通常は１年未満かかる。
本発明の目的のために、「添加剤製造」という用語は、バイオプロッター、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、及びステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）を含むが、これらに限定されない。３Ｄプリント部品は、バイオプリント部品であってもよい。
本発明の目的のために、「混和性」という用語は、連続的な均質相を形成することを意味する。
本発明の目的のために、「放射線不透過性」という用語は、Ｘ線によって視覚化されることを意味する。
本発明は、生物学的特性を不利に変化させることなく、所望の機械的特性を増加させたブレンドポリマー組成物及びポリマー複合材料の製造に関し、ここで、前記ポリマー複合材料は、繊維及び／又は粒子を含みうる。本発明の特定の実施形態において、組成物は、未使用のポリマー成分のブレンドを含み、一方で、開示される発明の他の好ましい実施形態は、所望の機械的特性をさらに高めることができるポリマーブレンドと共に繊維性材料を含む。さらに、本開示の発明の実施形態は、ポリマーブレンド複合材料の機械的特性及び生物学的特性の双方の強化のために、ポリマーブレンド内に無機添加剤粒子を含んでよい。
本明細書に開示される発明は、耐荷重適用を含む多くの適用のためのかかる材料の使用に対して制限されてきたポリラクチドホモポリマー（例えば、ＰＬＬＡ）及びポリラクチドコポリマー（例えば、ＰＬＧＡ、ポリ－Ｌ－ラクチド－ｃｏ－ＤＬ－ラクチド、ＰＬＤＬＬＡ）を含む医療機器物品の脆性に対処することを目的とする。前述のように、ポリラクチドホモポリマー（例えばＰＬＬＡ）及びコポリマー（例えばＰＬＧＡ又はＰＬＤＬＬＡ）の脆性は、より高い延性を有するポリマー又はコポリマー、例えばポリカプロラクトン（ＰＣＬ）及びポリ（トリメチレンカーボネート）（ＰＴＭＣ）とブレンドして低減できる。しかしながら、ＰＣＬ及びＰＴＭＣは、ポリラクチドポリマー及びコポリマーと非混和性であり、熱的方法、例えば示差走査熱量測定で複数の融解ピークから定量的に確認できる相分離をもたらす。本開示は、ポリマーマトリックスと、ポリマー添加剤、例えばポリ（Ｌ－ラクチド－ｃｏ－カプロラクトン）７０：３０（ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬ）及びポリ（Ｌ－ラクチド－ｃｏ－トリメチレンカーボネート）７０：３０（ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ）との溶融混合によって形成され、ここで、これらのブレンドの混和性は、示差走査熱量測定における単一の融解曲線の存在として定量的に見ることができる（図１）。溶融ブレンド、溶媒ブレンド、乾燥粉末ブレンド、固体粉砕及び超臨界二酸化炭素ブレンドを含むポリマーのブレンドのために、さまざまな方法が利用できる。本開示の一態様において、二軸スクリュー押出機を使用して、全ての成分の溶融温度を超える温度（１８０℃～２２０℃）でベースポリマーマトリックスと添加剤ポリマーとをブレンドする方法が提供される。さらに、ポリマーを、タンブラーブレンダーを使用して約３０分間、所望の比率で予備混合し、続いて質量分析フィーダーを使用して押出機に供給した。得られたブレンドを収集し、ブレンド中のポリマーのモル比を、Ｈ1ＮＭＲを使用して決定した（図２）。本発明におけるポリマーブレンドは、ＰＬＡホモポリマー、又はグリコール酸もしくはＤＬ－ラクチド（５０～９５％）とポリラクチドコポリマー、例えば、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣもしくはＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬから選択される少なくとも１つの二次ポリマー種（５～５０％）とのコポリマーに基づくポリマーマトリックスからなる。ポリマーマトリックスは、半結晶性又は非晶性であってよい。前記二次ポリマー種は、ブレンド及び処理後に相分離することなく連続相を形成するポリマーマトリックスと混和性である。ポリマーブレンドの機械的特性は、ベースポリラクチドベースのポリマーと二次ポリマー種のブレンド比率の変化で変動する。同様に、二次添加剤ポリマー種に関連するベースポリマーの量は、二次ポリマー種のタイプと共に、得られるポリマーブレンドの分解特性を制御する。例えば、ポリマーマトリックスとしてＰＬＡホモポリマーが選択されるポリマーブレンド組成物と比較して、ＰＬＧＡがベースポリマー種として選択される場合に、より速い分解が期待される。ポリマーブレンドの分解速度は、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ及びＰＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬの含有量の変化によって変動する。前記したポリマー組成物は、ベースポリマーの従来の処理よりも低い温度で配合できる。ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ １５質量％及びＰＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬ添加剤ポリマー １０質量％を有するＰＬＬＡに基づく三成分ブレンドのレオロジー挙動を図３に示す。
通常、ポリマーマトリックスの引張強度は、柔らかいポリマー、例えばＰＣＬ及び／又はＰＴＭＣとブレンドする場合に低下する。本開示において、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣの二次ポリマー種をＰＬＬＡベースポリマーに添加した場合にポリマーブレンドの引張強度におけるわずかな初期変化が見られたが、引張強度は、二次ポリマー種がポリマーブレンドの３０％（ｗ／ｗ）に達するまでポリマーブレンドの全ての比率で同等のままであった（図４Ａ）。さらに、二次ポリマー種としてのＰＬＡベースのベースポリマー及びＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣを含むポリマーブレンド組成物の弾性率は、二次ポリマー種の濃度が増加するにつれて減少するが、破断点伸びは、３０％ ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣの添加で１２０％まで連続的に増加する（図４Ｃ）。
さらに、ポリマーブレンドは、より優れた機械的、生物学的、及び／又は分解特性を達成するために、複数のポリマー種を含んでよい。例えば、ＰＬＡのベースポリマーマトリックスへのＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ及びＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬの添加は、ポリマーブレンドの破断点伸び（すなわち、延性）においてに大きな増加を示し、これは、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬの添加時に相連続性における改善に起因しうる（図５）。
本発明のさらなる実施形態において、ポリマーマトリックスの結晶化度は、ポリマーブレンドの得られた機械的特性を増強するように改変されうる。例えば、ベースポリマーマトリックスとしてＰＬＬＡはマトリックス内に大きな球晶の形成をもたらし、最終的に引張強度及び弾性率が増加するが、ポリマーブレンドの延性は低下することが示されている。本発明の範囲内で、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣを含む二成分ブレンドへのＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬの添加は、相連続性を改善して、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣを有する二成分ＰＬＬＡブレンドのエイジング効果の低減をもたらすことが示されている（図６）。二成分及び三成分のＰＬＬＡブレンドの引張強度及び弾性率の双方は、エイジングと共に増加し、予測したとおり破断点伸びが減少した（図６Ａ～Ｃ）。図６Ｃの結果は、１０％のＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを添加した二成分ブレンドと比較して、三成分ブレンドの破断点伸びに対する最小化されたエイジング効果を示している。三成分ブレンドの破断点伸びは、二成分ブレンドの５７％と比較して、約２５％しか減少しなかった。これは、米国特許第６６０７５４８号明細書（US patent No. 6607548）に開示されているように、冷間曲げ特性を回復するために加熱する必要なしに、冷間曲げ性の三成分ブレンドの保持に寄与する。
本明細書に開示されるポリマーブレンドの焼き鈍しプロセスは、焼き鈍し前の２０％未満から焼き鈍し後の約４０％への結晶化度の増加をもたらした。試験片の焼き鈍しを８０℃で５時間実施し、続いて一晩ゆっくりと冷却した。表１は、焼き鈍しした試験片と焼き鈍ししていない試験片の機械的特性及び結晶化度を比較している。この表において見られるように、結晶化度は、双方のＰＬＬＡについてこの焼き鈍しプロセスを通して増加しており、ベースポリマーマトリックスとしてＰＬＬＡを含むポリマーブレンドを本明細書において開示した。
さらに、本開示の発明の代わりの実施形態は、前記ポリマーブレンドの結晶化度の調整を可能にすることができる。例えば、より低い結晶化度は、２５％（ｗ／ｗ）ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣである二次ポリマー種を有するＰＬＬＡベースポリマーマトリックスを含むポリマーブレンドで達成されることが示されている。二次ポリマー種が１５％（ｗ／ｗ）ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ＋１０％（ｗ／ｗ）ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬ ７０：３０を含む場合も同様の結果を示した。
焼き鈍しした試験片と焼き鈍ししていない試験片の引張特性、曲げ特性及び衝撃特性を以下の表において比較する。見て取れるように、弾性率、破断応力、衝撃強度及び引張強度は、焼き鈍しにより増加した。通常、半結晶性ポリマーの破断点伸びは、焼き鈍しにより減少する。しかしながら、２５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとのブレンド及び双方の１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣと１０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとのブレンドの破断点伸びは、２５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣとのブレンドと比較してより少ない程度（３～４×）に減少した（６分の１の減少）。これは、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとＰＬＬＡとの混和性、及びＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣと一緒にブレンドした場合の相溶化剤としての役割による可能性がある。これらのポリマーブレンドのエイジングも同様の効果が見られる。ＰＬＬＡ／ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣのブレンドへのＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬの添加は、エイジングの影響の減少をもたらした（図６）。
本発明の一実施形態において、焼き鈍しした試験片の機械的特性を、焼き鈍し前の試験片と比較した。７５％ＰＬＬＡと２５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ、及び７５％ＰＬＬＡと２５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬの二成分ブレンドは、それぞれ２８％及び２３％の降伏応力から減少した破断応力を有する著しいひずみ軟化を示す。７５％ＰＬＬＡと２０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣと５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとの三成分ブレンドは、９％の降伏応力から破断応力の低減を有するひずみ軟化挙動を改善した。７０％ＰＬＬＡと２０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣと１０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとの、及び７０％ＰＬＬＡと１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣと１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとの三成分ブレンドは、それぞれ－２．４１％及び０．３６％の降伏応力から破断応力のパーセント差を伴う弾塑性挙動を示した。６５％ＰＬＬＡと２０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣと１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとの三成分ブレンドは、７．０３％の増加で降伏強度よりも高い破断応力を有するひずみ硬化挙動を示した（図７）。
本発明の他の実施形態において、加速分解を、５０℃で１２週間実施した。わずかな質量損失があるように思われるＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを除いて、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）中で８週間後にポリマーの質量に変化は見られなかった（図８Ａ）。１２週間後、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬについては約３３％の質量損失があり、ＰＬＬＡベースポリマーについては１．５％の劣化があった。図Ｘａの傾向は、ベースポリマーにポリマー添加剤を添加すると質量損失が増加することを示す。図８Ｂにおいて示す固有粘度（ＩＶ）の変化は、本発明における全てのポリマーについてのバルク分解メカニズムを確認した。ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬは、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣよりも速く分解し、５０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣとのポリマーブレンドが続いた。１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ及び１０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣを使用した三成分ポリマーブレンドは、最大３週間で２０％及び１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣを使用した二成分ブレンドと同様の分解プロフィールを示し、その後より速く分解した。これらのデータは、ベースポリマーの劣化がポリマー添加剤の添加によって増加しうることを示す。図８Ｃの結果は、８週間後に７．４から３．３へ、１２週間後に２．７９へＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬの急速なｐＨ変化を示す。５０％未満の添加剤ポリマーを有する二成分ブレンド及び三成分ブレンドについては、ｐＨの変化が遅くなった。これは、より高い生体適合性に寄与しうる。機械的試験の結果は、５０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣを含む二成分ブレンドを除いて、全ての二成分ブレンド及び三成分ブレンドが、ＰＬＬＡベースポリマーと比較してより大きな引張強度を最大８週間維持することを示した（図８Ｄ）。１２週間後に、前記二成分ブレンド及び三成分ブレンドの引張強度は大幅に低下した。図８Ｅ弾性率は同様の傾向を示した。１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ及び１０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを有する三成分ブレンドは、分解８週間後に弾性率が急激に低下した。
本発明の他の実施形態において、無機添加剤を、溶融ブレンドを介して二軸スクリュー押出機を使用してポリマーブレンドに添加できる。標準のＰＬＬＡと同様に、無機添加剤をポリマーブレンドＰＬＬＡ＋１５質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ＋１０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬに添加した場合に、機械的特性に変化があった。図９Ａに示すように、ポリマーブレンドの引張強度は、１５％マイクロ－β－ＴＣＰ（Ｄ５０ １０μｍ）の添加で６９ＭＰａから減少し、そしてβ－ＴＣＰ濃度が３０％に増加して４５ＭＰａに変化した。より小さな粒子サイズ（５００～７００ｎｍ）を有するβ－ＴＣＰを添加した場合に、引張強度の低下は小さかった。予想したように、ポリマーブレンドの弾性率は、無機添加剤の添加で増加し、この増加は図９Ｂに示すように添加剤濃度の作用であった。
１５質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ及び１０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを有する三成分ＰＬＬＡブレンド、及び１５％β－ＴＣＰを有するそれらの複合材料を、ＦＦＦ印刷のために直径１．７５ｍｍのフィラメントに押し出した。３Ｄプリントしたドッグボーン試験片の機械的特性を図１０に示す。β－ＴＣＰを使用した場合と使用しない場合のポリマーブレンドで同等の引張強度を観察した（図１０Ａ）。ブレンド複合材料の弾性率は、β－ＴＣＰを有さないブレンドよりも大きかった（図１０Ｂ）。
図１１は、７．５％β－ＴＣＰを含むポリマーブレンド及びポリマーブレンド複合材料からなる延伸繊維の機械的特性を示す。機械的試験は、延伸ブレンド繊維については６４５ＭＰａ、延伸ブレンド複合繊維については６１３ＭＰａの引張強度を示した（図１１Ａ）。弾性係数は、延伸繊維ブレンドについて６１３６、延伸ブレンド複合繊維について６９３９であり（図１１Ｂ）、破断点伸びは、延伸繊維ブレンドについて３５．４％、延伸ブレンド複合繊維について４０．１％であった（図１１Ｃ）。
本発明の一態様において、繊維は、ポリラクチドポリマーマトリックスの強化、及びＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣとＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとのそのブレンドに使用できる。分解性繊維及び非分解性繊維は、ＰＬＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＧＡ、ＰＥＥＫ、ＰＶＡ、ＰＥＴ、ＰＢＴ及びＰＥを含むが、これらに限定されない。繊維は、絹、キトサン、キチン、ケラチン、及びコラーゲンを含むが、これらに限定されない天然繊維であってよい。加工は、二軸押出機を使用した配合及び圧縮成形を含む。溶融加工技術、例えば押出機、圧縮成形及び射出成形を適用するために、繊維及びポリマーマトリックスは、完全に異なる溶融温度（Ｔm）を有する必要がある。例えば、Ｔm ２３０℃を有するＰＧＡ繊維は、繊維の溶融温度より少なくとも５０℃低い溶融温度を有するポリマーで処理されてよいが、Ｔm ２３０℃未満を有する繊維を使用することは不可能であろう。本発明のポリマーブレンドは、繊維加工に適したそれらのベースと比較して、より低い溶融温度を有する。
図１２は、溶融処理後のマトリックス内の繊維の残存を確認したＰＬＡとのＰＶＡ繊維の複合材料を示す。機械的試験は、１５％ＰＶＡ繊維（６０～９６ＭＰａ）の添加でＰＬＬＡの引張強度が５９％増加することを示す（図１２Ａ）。弾性係数は、３．２ＧＰａから５．１ＧＰａに変化し（図１２Ｂ）、破断点伸びも２％から７％に増加した（図１２Ｃ）。
ベースポリマーとしてＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＧＡ、３０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ及び１５質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを含む添加剤ポリマーの組み合わせからなる三成分ポリマーブレンドは、１６０℃の温度でのＰＧＡ繊維処理に適していることが見出された。繊維強化複合材料の機械的特性を図１３に示す。非強化ポリマーブレンドの引張強度は７４．０６ＭＰａであり、１０％ＰＧＡ繊維を組み込むと１３４．０３ＭＰａに増加し（図１３Ａ）、ＰＧＡ強化ポリマーブレンドの弾性率は３９４２ＭＰａから８７７８ＭＰａに変化した（図１３Ｂ）。この例は、低い粘度及び融点を有するブレンドを使用が、ブレンドした繊維を溶融せずにＰＧＡ繊維を組み込むことができることを示す。
実施例
次の実施例は、本記載内容において請求されたどのように組成物、物品、及び／又は方法を製造するかの完全な開示及び記載で通常の技術を提供するために記載され、本発明の単純な例示を意図し、かつ発明者が本発明とみなす範囲を制限することを意図しない。数（例えば量、温度等）に関する正確さを確実にするために努力するが、しかしいくつかの誤差及び偏差は、説明すべきである。特に明記されない限り、部は質量部であり、温度は℃又は室温であり、かつ圧力は、大気又は大気付近である。
次の実施例は、本記載内容において請求されたどのように組成物、物品、及び／又は方法を製造するかの完全な開示及び記載で通常の技術を提供するために記載され、本発明の単純な例示を意図し、かつ発明者が本発明とみなす範囲を制限することを意図しない。数（例えば量、温度等）に関する正確さを確実にするために努力するが、しかしいくつかの誤差及び偏差は、説明すべきである。特に明記されない限り、部は質量部であり、温度は℃又は室温であり、かつ圧力は、大気又は大気付近である。
実施例１
ＰＬＬＡを、１５質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ ７０：３０及び１０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとブレンドし、タンブルミキサーを使用して１時間機械的に混合した。そして、混合した材料を約４５℃の温度で乾燥させて、Arizona Computrac Vapor Pro水分計で測定して約３００ｐｐｍの水分に到達させた。そして、乾燥させた混合物を、二軸スクリューコンパウンダーを介してホットメルト押出を使用して押し出し、その後、押し出し、続いてペレット化した。
ＰＬＬＡを、１５質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ ７０：３０及び１０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとブレンドし、タンブルミキサーを使用して１時間機械的に混合した。そして、混合した材料を約４５℃の温度で乾燥させて、Arizona Computrac Vapor Pro水分計で測定して約３００ｐｐｍの水分に到達させた。そして、乾燥させた混合物を、二軸スクリューコンパウンダーを介してホットメルト押出を使用して押し出し、その後、押し出し、続いてペレット化した。
実施例２
組成物を、熱的方法を使用して製造した。Ｐｒｏｃｅｓｓ１１ Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ二軸スクリュー配合押出機による溶融加工を使用して、多成分ブレンド及び複合材料を製造した。組成物を、３００ＲＰＭのスクリュー速度で処理し、ゾーンを加熱し、ゾーン温度を６０℃から２００℃の範囲にした。その後に押し出した材料をフィラメントとして収集し、試験片への射出成形によるこの先の処理のために３ｍｍのペレットにペレット化した。
組成物を、熱的方法を使用して製造した。Ｐｒｏｃｅｓｓ１１ Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ二軸スクリュー配合押出機による溶融加工を使用して、多成分ブレンド及び複合材料を製造した。組成物を、３００ＲＰＭのスクリュー速度で処理し、ゾーンを加熱し、ゾーン温度を６０℃から２００℃の範囲にした。その後に押し出した材料をフィラメントとして収集し、試験片への射出成形によるこの先の処理のために３ｍｍのペレットにペレット化した。
次に、ブレンドした材料ペレットを、ＩＳＯ ５２７－２ １ＢＡに記載されているように、断面５ｍｍ×２ｍｍ、試験長さ５８ｍｍを有するドッグボーン引張試験片に射出成形した。そして、製造した引張試料をデシケーター内で室温で４８時間エイジングし、基準に従って試験した。
示差走査熱量測定（ＤＳＣ－ＴＡ機器Ｑ２０００）を使用して、吸熱及び発熱サイクルにおけるポリマーブレンドの熱挙動を試験した。ＤＳＣを、連続した加熱／冷却／加熱サイクルで３回実施した。それぞれの試料を、１０℃ 分-1の加熱速度で室温から２００℃に予熱し、２０℃ 分-1の冷却速度で２５℃に冷却した。最後の加熱サイクルを、１０℃ 分-1の加熱速度で２５℃から２００℃まで実施した。ＴＡ機器Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓソフトウェアを使用して、ポリマーブレンドのＴｇ、Ｔｍ及び結晶化度％を決定した。
ＮＭＲ試験について、試料をＣＤＣｌ3に溶解し、そして４００ＭＨｚ分光計から1ＨＮＭＲスペクトルを得た。
実施例３
実施例２と全て同様のままであるが、ブレンドの機械的特性のいくつかをさらに高めるために追加の後処理ステップを行った。室温でデシケーター内でエイジングした後に、ブレンド組成物の射出成形しドッグボーン試料を、８０℃の温度で５時間焼き鈍しした。この時点で、試料を４℃／時間の速度で冷却した。試料を、以下に説明するように機械的に試験した。
実施例２と全て同様のままであるが、ブレンドの機械的特性のいくつかをさらに高めるために追加の後処理ステップを行った。室温でデシケーター内でエイジングした後に、ブレンド組成物の射出成形しドッグボーン試料を、８０℃の温度で５時間焼き鈍しした。この時点で、試料を４℃／時間の速度で冷却した。試料を、以下に説明するように機械的に試験した。
実施例４
材料のデータ評価を、実施例１及び実施例２に示したものと同様の方法を使用して製造した。それぞれの材料の引張試験を実施した。ＩＳＯ ５２７－１ Ｐｌａｓｔｉｃｓ－引張特性の決定に従って、試験したそれぞれの試料を、引張強度、伸び、及び材料の弾性率を決定するために、１０ｋＮロードセル及び空気圧グリップを有するＩｎｓｔｒｏｎデュアルカラム万能試験機Ｍｏｄｅｌ ３３６６にロードした。基準により、弾性率を決定するための試験速度は０．２ｍｍ／分であり、弾性率の計算を０．０５％～０．２５％のひずみ範囲にわたって行った。残りの試験についての試験速度は、失敗するまで５ｍｍ／分であった。射出成形したドッグボーン試料を、２３℃±℃の室温で試験した。ドッグボーンをゲージ長５８ｍｍのクランプに配置し、弾性係数の計算の最初の０．３％ひずみについて０．２ｍｍ／分のクロスヘッド速度で荷重をかけ、その後、残りの引張特性について５ｍｍ／分の荷重をかけた。
材料のデータ評価を、実施例１及び実施例２に示したものと同様の方法を使用して製造した。それぞれの材料の引張試験を実施した。ＩＳＯ ５２７－１ Ｐｌａｓｔｉｃｓ－引張特性の決定に従って、試験したそれぞれの試料を、引張強度、伸び、及び材料の弾性率を決定するために、１０ｋＮロードセル及び空気圧グリップを有するＩｎｓｔｒｏｎデュアルカラム万能試験機Ｍｏｄｅｌ ３３６６にロードした。基準により、弾性率を決定するための試験速度は０．２ｍｍ／分であり、弾性率の計算を０．０５％～０．２５％のひずみ範囲にわたって行った。残りの試験についての試験速度は、失敗するまで５ｍｍ／分であった。射出成形したドッグボーン試料を、２３℃±℃の室温で試験した。ドッグボーンをゲージ長５８ｍｍのクランプに配置し、弾性係数の計算の最初の０．３％ひずみについて０．２ｍｍ／分のクロスヘッド速度で荷重をかけ、その後、残りの引張特性について５ｍｍ／分の荷重をかけた。
実施例５
さまざまな濃度のＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ（１５～２０質量％）及びＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬ（５～１５質量％）を有するＰＬＬＡの混和性ブレンドを、前記実施例で概説した方法を使用してホットメルト押出によって押し出した。引張試験片を、押し出した材料を射出成形することによって製造した。それぞれのブレンドについて、射出成形した試験片の半分を８０℃で５時間焼き鈍しした。試験片を２日間エイジングし、引張試験をした。焼き鈍しした試験片の機械的特性を、焼き鈍し前の試験片と比較した。
さまざまな濃度のＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ（１５～２０質量％）及びＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬ（５～１５質量％）を有するＰＬＬＡの混和性ブレンドを、前記実施例で概説した方法を使用してホットメルト押出によって押し出した。引張試験片を、押し出した材料を射出成形することによって製造した。それぞれのブレンドについて、射出成形した試験片の半分を８０℃で５時間焼き鈍しした。試験片を２日間エイジングし、引張試験をした。焼き鈍しした試験片の機械的特性を、焼き鈍し前の試験片と比較した。
実施例６
分解を加速するために、ＰＬＬＡ、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを含む純粋なポリマー、並びにＰＬＬＡとさまざまな量のＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ（１５～５０質量％）及びＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬ（１０質量％）を含むポリマーブレンドを、断面２．５ｍｍ×１ｍｍ及び試験長２７．５ｍｍを有する引張試験片（ＩＳＯ ２０７５３ Ａ１４）に射出成形した。前記引張試験片を、１０ｍＬのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を含む１５ｍＬの遠心分離管に入れ、５０℃でインキュベートした。それぞれ特定の時点で、試験片をＰＢＳ溶液から取り出し、溶液のｐＨを測定した。湿った試験片に対して機械的試験を実施し、試験した試験片を一晩真空炉に入れて質量損失及びＩＶ測定を行った。
分解を加速するために、ＰＬＬＡ、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ、ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを含む純粋なポリマー、並びにＰＬＬＡとさまざまな量のＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ（１５～５０質量％）及びＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬ（１０質量％）を含むポリマーブレンドを、断面２．５ｍｍ×１ｍｍ及び試験長２７．５ｍｍを有する引張試験片（ＩＳＯ ２０７５３ Ａ１４）に射出成形した。前記引張試験片を、１０ｍＬのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を含む１５ｍＬの遠心分離管に入れ、５０℃でインキュベートした。それぞれ特定の時点で、試験片をＰＢＳ溶液から取り出し、溶液のｐＨを測定した。湿った試験片に対して機械的試験を実施し、試験した試験片を一晩真空炉に入れて質量損失及びＩＶ測定を行った。
実施例７
７５％ＰＬＬＡ＋１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ＋１０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを含むポリマーブレンドを、３０質量％β－リン酸三カルシウムと配合した。得られたポリマーブレンド複合材料を、射出成形により、機械的試験用のための物品及び医療機器のプロトタイプにさらに加工した。これにより、機械的特性を向上させるための無機添加剤を含むポリマーブレンドを得た。
７５％ＰＬＬＡ＋１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ＋１０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを含むポリマーブレンドを、３０質量％β－リン酸三カルシウムと配合した。得られたポリマーブレンド複合材料を、射出成形により、機械的試験用のための物品及び医療機器のプロトタイプにさらに加工した。これにより、機械的特性を向上させるための無機添加剤を含むポリマーブレンドを得た。
実施例８
７５％ＰＬＬＡ、１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ、１０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬブレンドを含むモノフィラメント繊維、及び７．５％β－リン酸三カルシウム（β－ＴＣＰ）と同一のブレンドの複合材料の製造を、実施例１に記載のブレンドペレットを使用して処理した。このプロセスにおいて、溶融したポリマーストランドを、制御した温度下で巻き取り機構を介して延伸して、延伸繊維を製造する。これらの繊維の機械的特性をさらに試験した。
７５％ＰＬＬＡ、１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ、１０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬブレンドを含むモノフィラメント繊維、及び７．５％β－リン酸三カルシウム（β－ＴＣＰ）と同一のブレンドの複合材料の製造を、実施例１に記載のブレンドペレットを使用して処理した。このプロセスにおいて、溶融したポリマーストランドを、制御した温度下で巻き取り機構を介して延伸して、延伸繊維を製造する。これらの繊維の機械的特性をさらに試験した。
実施例９
７５％ＰＬＬＡと１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ及び１０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとのブレンドを、前記実施例で概説した方法を使用してホットメルト押出によって押し出した。押出物を、材料が押出機から出てくる時点でスプーラーの引張速度を調整することにより、１．７５ｍｍのフィラメントに成形した。スプールしたフィラメントを、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）３Ｄプリンターで使用し、実現可能性試料を作成した。試料を、２２０℃のノズル温度を使用して作成した。プリンターのベッドを、６０℃に加熱して第一層の接着性を改善し、そしてチャンバーを３０℃に維持した。
７５％ＰＬＬＡと１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ及び１０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとのブレンドを、前記実施例で概説した方法を使用してホットメルト押出によって押し出した。押出物を、材料が押出機から出てくる時点でスプーラーの引張速度を調整することにより、１．７５ｍｍのフィラメントに成形した。スプールしたフィラメントを、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）３Ｄプリンターで使用し、実現可能性試料を作成した。試料を、２２０℃のノズル温度を使用して作成した。プリンターのベッドを、６０℃に加熱して第一層の接着性を改善し、そしてチャンバーを３０℃に維持した。
実施例１０
質量で８５：１５％（ＰＬＬＡ：ＰＶＡ）の比率で測定した場合に、ＰＬＬＡ（１．５ｄｐｆ×３．１８ｍｍ）及びＰＶＡ（１．８ｄｐｆ×６．３５ｍｍ）の繊維は同様の嵩密度を有する。そして、高速ミキサーを使用して繊維を固体状態でブレンドした。そして、繊維ブレンドを射出成形機に供給し、断面５ｍｍ×２ｍｍ及び試験長５８ｍｍを有するＩＳＯ ５２７－１１ＢＡ試験片に射出成形した。射出成形を、ＰＶＡ繊維の融点（２３７℃）より低いが、ＰＬＬＡ繊維の融点（１８０℃）より高い温度で実施した。得られた試験片を室温で２日間エイジングさせた。試験片も、強化ＰＶＡを有さないＰＬＬＡ繊維のみを使用して同様の方法で製造した。非強化試験片の弾性係数は３４２０ＭＰａであったが、ＰＶＡ強化試験片の値は５１２８ＭＰａであった。引張強度は、９６．３ＭＰａの値を有するＰＶＡ強化ＰＬＬＡと比較して、ＰＬＬＡ試験片について６０．４８ＭＰａであった。最後に、破断点伸びは、ＰＬＬＡ及びＰＬＬＡ－ＰＶＡ強化でそれぞれ２．２６５％及び６．８８％であった。
質量で８５：１５％（ＰＬＬＡ：ＰＶＡ）の比率で測定した場合に、ＰＬＬＡ（１．５ｄｐｆ×３．１８ｍｍ）及びＰＶＡ（１．８ｄｐｆ×６．３５ｍｍ）の繊維は同様の嵩密度を有する。そして、高速ミキサーを使用して繊維を固体状態でブレンドした。そして、繊維ブレンドを射出成形機に供給し、断面５ｍｍ×２ｍｍ及び試験長５８ｍｍを有するＩＳＯ ５２７－１１ＢＡ試験片に射出成形した。射出成形を、ＰＶＡ繊維の融点（２３７℃）より低いが、ＰＬＬＡ繊維の融点（１８０℃）より高い温度で実施した。得られた試験片を室温で２日間エイジングさせた。試験片も、強化ＰＶＡを有さないＰＬＬＡ繊維のみを使用して同様の方法で製造した。非強化試験片の弾性係数は３４２０ＭＰａであったが、ＰＶＡ強化試験片の値は５１２８ＭＰａであった。引張強度は、９６．３ＭＰａの値を有するＰＶＡ強化ＰＬＬＡと比較して、ＰＬＬＡ試験片について６０．４８ＭＰａであった。最後に、破断点伸びは、ＰＬＬＡ及びＰＬＬＡ－ＰＶＡ強化でそれぞれ２．２６５％及び６．８８％であった。
実施例１１
５５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＧＡと３０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣと１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとのポリマー混合物を、二軸スクリューを使用したホットメルト押出によりブレンドした。そのブレンドを、ＰＧＡ繊維の溶融温度より７０℃低い温度１６０℃で、配合プロセスに組み込まれたＰＧＡマルチフィラメント繊維で再押出した。押し出した材料は、ＰＧＡ濃度１０％を有した。引張試験片を、１８０℃で押出物を射出成形することによってこの材料から作成し、その後、ＩＳＯ５２７規格に従って試験した。基準により、弾性率を決定するための試験速度は０．２ｍｍ／分であり、弾性率の計算を０．０５％～０．２５％のひずみ範囲にわたって行った。残りの試験についての試験速度は、失敗するまで５ｍｍ／分であった。
５５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＧＡと３０％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣと１５％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬとのポリマー混合物を、二軸スクリューを使用したホットメルト押出によりブレンドした。そのブレンドを、ＰＧＡ繊維の溶融温度より７０℃低い温度１６０℃で、配合プロセスに組み込まれたＰＧＡマルチフィラメント繊維で再押出した。押し出した材料は、ＰＧＡ濃度１０％を有した。引張試験片を、１８０℃で押出物を射出成形することによってこの材料から作成し、その後、ＩＳＯ５２７規格に従って試験した。基準により、弾性率を決定するための試験速度は０．２ｍｍ／分であり、弾性率の計算を０．０５％～０．２５％のひずみ範囲にわたって行った。残りの試験についての試験速度は、失敗するまで５ｍｍ／分であった。
実施例１２
Ｄ＆Ｃ＃２染料を、７５質量％ＰＬＧＡ、１５質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ、及び１０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを含むポリマーブレンドに約０．０１質量％の濃度で添加した。着色剤のブレンドを、着色剤の粉末材料としての物理的ブレンド及び続く混合によって得た。得られた着色ポリマーブレンドを、二軸スクリュー押出機を使用して、自由製造の３Ｄプリントに適した１．７５ｍｍフィラメントに溶融加工し、医療機器のプロトタイプに射出成形するために３ｍｍペレットにペレット化した。
Ｄ＆Ｃ＃２染料を、７５質量％ＰＬＧＡ、１５質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＴＭＣ、及び１０質量％ＰＬＬＡ－ｃｏ－ＰＣＬを含むポリマーブレンドに約０．０１質量％の濃度で添加した。着色剤のブレンドを、着色剤の粉末材料としての物理的ブレンド及び続く混合によって得た。得られた着色ポリマーブレンドを、二軸スクリュー押出機を使用して、自由製造の３Ｄプリントに適した１．７５ｍｍフィラメントに溶融加工し、医療機器のプロトタイプに射出成形するために３ｍｍペレットにペレット化した。
項目１は、生分解性ポリマーブレンド組成物であって、以下：
ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、それらの異性体又はコポリマーであるベースポリマー材料の少なくとも１つ；及び
ポリ（ラクチド－ｃｏ－カプロラクトン）、ポリ（ラクチド－ｃｏ－トリメチレンカーボネート）、ポリ（ラクチド－ｃｏ－ジオキサノン）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－カプロラクトン）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－トリメチレンカーボネート）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－ジオキサノン）、それらの異性体又はコポリマーである添加剤ポリマー材料の少なくとも１つ
を含む組成物である。
ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、それらの異性体又はコポリマーであるベースポリマー材料の少なくとも１つ；及び
ポリ（ラクチド－ｃｏ－カプロラクトン）、ポリ（ラクチド－ｃｏ－トリメチレンカーボネート）、ポリ（ラクチド－ｃｏ－ジオキサノン）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－カプロラクトン）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－トリメチレンカーボネート）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－ジオキサノン）、それらの異性体又はコポリマーである添加剤ポリマー材料の少なくとも１つ
を含む組成物である。
項目２は、ベースポリマー材料が１質量％～５０質量％であり、かつ添加剤ポリマー材料が５０質量％～９９質量％である、請求項１に記載の組成物である。
項目３は、ベースポリマー材料及び添加剤ポリマー材料が混和性である、請求項１又は２に記載の組成物である。
項目４は、ベースポリマーよりも低い溶融温度を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目５は、約１５０℃～約２００℃の溶融温度を有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目６は、約１．５ｄＬ／ｇ～約４．５ｄＬ／ｇの固有粘度を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目７は、１０％～２００％の範囲の破断点伸びを有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目８は、ベースポリマー材料及び添加剤ポリマー材料を、溶融加工によって一緒にブレンドして多成分材料にする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目９は、室温で冷間曲げできる特性を有する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１０は、１２週間のエイジング後に、その初期破断点伸び特性の少なくとも７０％を保持する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１１は、加速分解を介してベースポリマーと比較した場合に、ｐＨ変化及び機械的特性の喪失に対してより大きな耐性を有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１２は、ブレンドした多成分材料を、配合二軸スクリュー押出プロセスを介して均質化する、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１３は、延伸モノフィラメント及びマルチフィラメント繊維に加工することができる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１４は、半製品又は完成した医療機器物品に成形される、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１５は、ペレット、フィラメント、ロッド、又はシートに加工される、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１６は、延伸することによりチューブ又はフィルムに加工される、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１７は、組成物が物品を形成するために使用され、物品を焼き鈍しする、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目１８は、焼き鈍しが、基材からなる物品の特性と比較して、物品の弾性率、引張強度、及び衝撃強度を増加させる、請求項１７に記載の組成物である。
項目１９は、焼き鈍しが、荷重下での材料の塑性変形挙動を、ひずみ軟化挙動を示すものからひずみ硬化へと変化させる、請求項１７に記載の組成物である。
項目２０は、焼き鈍しが、４０％を超えて破断応力を増加させる、請求項１７に記載の組成物である。
項目２１は、焼き鈍しが、ベースポリマーの降伏強度を超えて引張強度を増加させる、請求項１７に記載の組成物である。
項目２２は、ベースポリマーのガラス転移温度を超える温度で焼き鈍しされる、請求項１７に記載の物品である。
項目２３は、以下、
ａ． 請求項１に記載の組成物；及び
ｂ． 粒子、繊維、ウィスカー、無機添加剤、放射線不透過性材料、バイオガラス又はそれらの組み合わせである添加剤材料
を含む、医療機器用途のための生分解性ポリマーブレンド複合材料組成物である。
ａ． 請求項１に記載の組成物；及び
ｂ． 粒子、繊維、ウィスカー、無機添加剤、放射線不透過性材料、バイオガラス又はそれらの組み合わせである添加剤材料
を含む、医療機器用途のための生分解性ポリマーブレンド複合材料組成物である。
項目２４は、請求項１に記載の組成物が５０質量％～９５質量％であり、添加剤材料が５質量％～５０質量％である、請求項２３に記載の組成組成物である。
項目２５は、添加剤材料が無機添加剤であり、無機添加剤が、アパタイト、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、無機塩、又はそれらの任意の組み合わせである、請求項２３又は２４に記載の組成物である。
項目２６は、リン酸カルシウム塩がドーパントを含み、ドーパントが、フッ素、ストロンチウム、マグネシウム、亜鉛、又はそれらの組み合わせである、請求項２５に記載の組成物である。
項目２７は、放射線不透過性材料が硫酸バリウム又はタンタルである、請求項２３又は２４に記載の組成物である。
項目２８は、バイオガラスがＢｉｏｇｌａｓｓ ４５Ｓである、請求項２３又は２４に記載の組成物である。
項目２９は、モノフィラメント繊維及びマルチフィラメント繊維に延伸できる、請求項２３から２８までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目３０は、延伸した繊維が、ベースポリマーから延伸した繊維よりも少なくとも１．５倍高い引張強度を有する、請求項２９に記載の組成物である。
項目３１は、請求項１に記載の組成物の特性と比較して、ポリマーブレンド複合材料の弾性率が増加している、請求項２３から２８に記載の組成物である。
項目３２は、無機添加剤が組成物の骨伝導性を増加させる、請求項２３、２４、２５、又は２８に記載の組成物である。
項目３３は、（ａ）及び（ｂ）が溶融加工によって一緒にブレンドされる、請求項２３又は２４に記載の組成物である。
項目３４は、繊維強化した生分解性ポリマーブレンド複合組成物であって、以下：
ａ． 請求項１又は２３に記載の組成物；
ｂ． ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリ（ラクチド－コ－グリコリド）、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、シルク、キチン、コラーゲン、エラスチン、マグネシウム及びマグネシウム合金、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される繊維
を含む、繊維強化した生分解性ポリマーブレンド複合組成物である。
ａ． 請求項１又は２３に記載の組成物；
ｂ． ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリ（ラクチド－コ－グリコリド）、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、シルク、キチン、コラーゲン、エラスチン、マグネシウム及びマグネシウム合金、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される繊維
を含む、繊維強化した生分解性ポリマーブレンド複合組成物である。
項目３５は、請求項１の組成物が５０質量％～９９質量％であり、繊維が１質量％～５０質量％である、請求項３４に記載の組成物である。
項目３６は、繊維が、連続繊維又はチョップドファイバーである、請求項３４又は３５に記載の組成物である。
項目３７は、繊維が１００μｍ未満の直径を有する、請求項３６に記載の組成物である。
項目３８は、チョップドファイバーが約１ｍｍ～３０ｍｍの長さを有する、請求項３６に記載の組成物である。
項目３９は、繊維が、溶融加工によって請求項１又は２３に記載の組成物とブレンドされる、請求項３４又は３５に記載の組成物である。
項目４０は、請求項１の組成物と比較した場合に、繊維が複合引張強度及び弾性率を増加させる、請求項３４又は３５に記載の組成物である。
項目４１は、完成又は半完成医療機器物品に製造される、請求項３４又は３５に記載の組成物である。
項目４２は、ペレット、フィラメント、ロッド、又はシートに加工される、請求項３４又は３５に記載の組成物である。
項目４３は、延伸することによりチューブ又はフィルムに加工される、請求項３４又は３５に記載の組成物である。
項目４４は、モノフィラメント繊維又はマルチフィラメント繊維に延伸される、請求項３４又は３５に記載の組成物である。
項目４５は、以下：
ａ． 請求項１、２３又は３４の組成物；及び
ｂ． 着色剤
を含む生分解性カラーポリマーブレンド組成物である。
ａ． 請求項１、２３又は３４の組成物；及び
ｂ． 着色剤
を含む生分解性カラーポリマーブレンド組成物である。
項目４６は、着色剤が０．００１質量％以上である、請求項４５に記載の組成物である。
項目４７は、着色剤が、２－［（９，１０－ジヒドロ－４－ヒドロキシ－９，１０－ジオキソ－１－アントラセニル）アミノ］－５－メチル－ベンゼンスルホン酸のモノナトリウム塩（（Ｄ＆Ｃ Ｖｉｏｌｅｔ ＮＯ．２）、Ｄ＆Ｃ Ｂｌｕｅ ＮＯ．６又はＤ＆Ｃ Ｇｒｅｅｎ ＮＯ．６である、請求項４５又は４６に記載の組成物である。
項目４８は、（ａ）及び（ｂ）を溶融加工によって一緒にブレンドして多成分材料にする、請求項４５又は４６に記載の組成物である。
項目４９は、着色剤を、適用中の追跡を向上させるために添加する、請求項４５から４８までのいずれか１項に記載の組成物である。
項目５０は、付加製造によって加工される、請求項１、２３、３４、及び４５に記載の組成物である。
項目５１は、付加製造が、バイオプロッター、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）、又は選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）を含む、請求項５０に記載の組成物である。
項目５２は、以下：
ａ）ベースポリマー材料と添加剤ポリマー材料を混合して混合物を形成するステップ；
ｂ）混合物を二軸スクリュー押出機に供給するステップ；
ｃ）二軸スクリュー押出機で混合物を溶融して押出物を形成するステップ；
ｄ）押出物からペレットを形成するステップ；及び
ｅ）押し出したペレットを物品に射出成形するステップ
を含む、請求項１、２３、３４、又は４５に記載の組成物を含む物品を製造するための方法である。
ａ）ベースポリマー材料と添加剤ポリマー材料を混合して混合物を形成するステップ；
ｂ）混合物を二軸スクリュー押出機に供給するステップ；
ｃ）二軸スクリュー押出機で混合物を溶融して押出物を形成するステップ；
ｄ）押出物からペレットを形成するステップ；及び
ｅ）押し出したペレットを物品に射出成形するステップ
を含む、請求項１、２３、３４、又は４５に記載の組成物を含む物品を製造するための方法である。
項目５３は、以下：
ａ）個々の成分を混合するステップ；
ｂ）混合物を二軸スクリュー押出機に供給するステップ；
ｃ）二軸スクリュー押出機で混合物を溶融して押出物を形成するステップ；
ｄ）押出物を引っ張ってフィラメントを形成するステップ
を含む、請求項１、２３、３４、又は４５に記載の組成物を含むフィラメントを製造するための方法である。
ａ）個々の成分を混合するステップ；
ｂ）混合物を二軸スクリュー押出機に供給するステップ；
ｃ）二軸スクリュー押出機で混合物を溶融して押出物を形成するステップ；
ｄ）押出物を引っ張ってフィラメントを形成するステップ
を含む、請求項１、２３、３４、又は４５に記載の組成物を含むフィラメントを製造するための方法である。
項目５４は、前記フィラメントを、溶融フィラメント製造を使用して物品に印刷できる、請求項５３に記載の組成物である。
Claims (15)
- 生分解性ポリマーブレンド組成物であって、以下：
ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、それらの異性体又はコポリマーであるベースポリマー材料の１つ；
ポリ（ラクチド－ｃｏ－カプロラクトン）、ポリ（ラクチド－ｃｏ－トリメチレンカーボネート）、ポリ（ラクチド－ｃｏ－ジオキサノン）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－カプロラクトン）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－トリメチレンカーボネート）、ポリ（グリコリド－ｃｏ－ジオキサノン）、それらの異性体又はコポリマーである添加剤ポリマー材料の２つ
を含み、及び
ベースポリマー材料及び添加剤ポリマー材料が、
ｉ）混和性であり、及び／又は
ｉｉ）溶融加工によって一緒にブレンドされて多成分材料となる、
生分解性ポリマーブレンド組成物。 - 組成物が、
ｉ）ベースポリマーよりも低い溶融温度を有する、及び／又は
ｉｉ）１５０℃～２００℃の溶融温度を有する、及び／又は
ｉｉｉ）１．５ｄＬ／ｇ～４．５ｄＬ／ｇの固有粘度を有する、及び／又は
ｉｖ）１０％～２００％の範囲の破断点伸びを有する、及び／又は
ｖ）室温で冷間曲げできる特性を有する、及び／又は
ｖｉ）室温でデシケーター内で１２週間のエイジング後に、その初期破断点伸び特性の少なくとも７０％を保持する、及び／又は
ｖｉｉ）５０℃のリン酸緩衝生理食塩水での加速分解を介してベースポリマーと比較した場合に、ｐＨ変化及び機械的特性の損失に対してより大きな耐性を有する、
請求項１に記載の組成物。 - 組成物が、
ｉ）延伸したモノフィラメント繊維及びマルチフィラメント繊維に加工できる、又は
ｉｉ）半製品又は完成した医療機器物品に成形される、又は
ｉｉｉ）ペレット、フィラメント、ロッド、又はシートに加工される、又は
ｉｖ）延伸することによりチューブ又はフィルムに加工される、又は
ｖ）物品を形成するために使用され、ここで物品が焼き鈍しされる、
請求項１または２に記載の組成物。 - 物品が、焼き鈍しされるか、又はベースポリマーのガラス転移温度を超える温度で焼き鈍しされる、請求項３に記載の組成物によって得られる物品。
- 以下、
ａ． 請求項１に記載の組成物；及び
ｂ． 粒子、繊維、ウィスカー、無機添加剤、放射線不透過性材料、バイオガラス又はそれらの組み合わせである添加剤材料
を含む、医療機器用途のための生分解性ポリマーブレンド複合材料組成物。 - 請求項１に記載の組成物が５０質量％～９５質量％であり、添加剤材料が５質量％～５０質量％である、請求項５に記載の組成物。
- 添加剤材料が無機添加剤であり、無機添加剤が、アパタイト、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、無機塩、又はそれらの任意の組み合わせであり、添加剤材料の粒子サイズは、５００～７００ｎｍである、請求項５又は６に記載の組成物。
- 繊維強化した生分解性ポリマーブレンド複合材料組成物であって、以下：
ａ． 請求項１又は５に記載の組成物；
ｂ． ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリ（ラクチド－コ－グリコリド）、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、シルク、キチン、コラーゲン、エラスチン、マグネシウム及びマグネシウム合金、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される繊維
を含む、繊維強化した生分解性ポリマーブレンド複合材料組成物。 - 請求項１に記載の組成物が５０質量％～９９質量％であり、繊維が１質量％～５０質量％である、請求項８に記載の組成物。
- ｉ）繊維が、連続繊維又はチョップドファイバーである、又は
ｉｉ）繊維が１００μｍ未満の直径を有する、又は
ｉｉｉ）繊維が、１ｍｍ～３０ｍｍの長さを有するチョップドファイバーである、又は
ｉｖ）繊維が、溶融加工によって請求項１又は５に記載の組成物とブレンドされる、又は
ｖ）請求項１に記載の組成物と比較した場合に、繊維が複合材料の引張強度及び弾性率を増加させる、
請求項８又は９に記載の組成物。 - 組成物が、
ｉ）完成又は半完成医療機器物品に製造される、又は
ｉｉ）ペレット、フィラメント、ロッド、又はシートに加工される、又は
ｉｉｉ）延伸することによりチューブ又はフィルムに加工される、又は
ｉｖ）モノフィラメント繊維又はマルチフィラメント繊維に延伸される、
請求項８又は９に記載の組成物。 - 以下：
ａ． 請求項１、５又は８に記載の組成物；及び
ｂ． 着色剤
を含む、生分解性カラーポリマーブレンド組成物。 - 着色剤が、
ｉ）０．００１質量％以上である、及び／又は
ｉｉ）２－［（９，１０－ジヒドロ－４－ヒドロキシ－９，１０－ジオキソ－１－アントラセニル）アミノ］－５－メチル－ベンゼンスルホン酸のモノナトリウム塩（（Ｄ＆Ｃ Ｖｉｏｌｅｔ ＮＯ．２）、Ｄ＆Ｃ Ｂｌｕｅ ＮＯ．６又はＤ＆Ｃ Ｇｒｅｅｎ ＮＯ．６である、
請求項１２に記載の組成物。 - 以下：
ａ）１つのベースポリマー材料と２つの添加剤ポリマー材料を混合して混合物を形成するステップ；
ｂ）混合物を二軸スクリュー押出機に供給するステップ；
ｃ）二軸スクリュー押出機で混合物を溶融して押出物を形成するステップ；
ｄ）押出物からペレットを形成するステップ；及び
ｅ）押し出したペレットを物品に射出成形するステップ
を含む、請求項１、５、８、又は１２に記載の組成物を含む物品を製造するための方法。 - 以下：
ａ）個々の成分を混合するステップ；
ｂ）混合物を二軸スクリュー押出機に供給するステップ；
ｃ）二軸スクリュー押出機で混合物を溶融して押出物を形成するステップ；
ｄ）押出物を引っ張ってフィラメントを形成するステップ
を含む、請求項１、５、８、又は１２に記載の組成物を含むフィラメントを製造するための方法。
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