JPH0135667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、合成系ヒドロゲルからなる生体修復
用埋入材に係り、特に、従来の天然系または合成
系のヒドロゲルには見られない優れた諸特性を有
するヒドロゲルからなる生体修復用埋入材に関す
る。 生体組識の大部分には多量の水分が包埋されて
おり、この生体水分が生体の生命活動上きわめて
重大な意義を有することは、既にしばしば指摘さ
れているとおりである（山口辰良、“応用微生物
研究セミナー１”、p.55（1979）技報堂、上平恒、
表面、13、297（1975）、W.Drost−Hansen、
Federation Proc.、30、1539（1971）、J.D.
Andrade etal、Trans.Am.Soc.Art.Int.Organs、
19、１（1973））。したがつて、形成外科および整
形外科等の分野における生体修復用埋入材の選定
にあたり、生体組織の高含水性に着目し、含水高
分子物質（ヒドロゲル）が生体親和性（適合性）
に優れると期待されている（田辺達三他、“人口
血管”p.56（1977）南江堂、S.D.Bruck、J.
Biomed.Mater.Res.、７、387（1973））。しかし、
従来のヒドロゲルは、たしかに、生体組織への損
傷は少ないものの、機械的強度に劣る重大な欠点
を有するため、用途はきわめて制限されている
（丹沢宏、外科診療、20(1)１（1978）、妹尾学編、
医用高分子、p.81（1978）共立出版、H.Singh et
al.、J.Sci.and Ind.Res.、39、March、162
（1980））。機械的強度の劣るヒドロゲル（または
ゲル素材）を、ホルムアルデヒド、グルタルアル
デヒド、テレフタルアルデヒド、ヘキサメチレン
ジアミン等により処理する硬化手段（強度向上
策）が多数提案されてきたが、これらの化学処理
は、生体への有害試薬を使用するため、これらを
医用材料に用いた場合、種々の障害をきたすこと
が周知で、例えばポリビニルアルコールのホルマ
リン架橋生成物（Ivalon）製人工血管が生体内で
破断された他、隆房形成材としてポリビニルアル
コールのホルマリン架橋生成物を用いるときは、
生体内において収縮することなどが指摘され、現
在では、これらは使用に耐えないとされている
（田辺達三他、“人工臓器資料集成”p.330、p.88
（1976）ライフサイエンスセンター、J.R.Lewis、
Plastic＆Reconstructive Surgery、35、51
（1965）、武藤靖雄、日本臨床外科誌、26、25
（1965））。また、これらの化学処理により、ヒド
ロゲルの優れた特徴（高含水性）が大幅に減退す
るのが通例で、この化学処理に多くを期待し難
い。化学処理を行うことなく、軟弱なヒドロゲル
を硬化させる唯一の手法として、放射線照射法が
期待されている（N.A.Peppas etal.、J.Biomed.
Mater.Res.、４、423（1977）、H.Singh et al.、
J.Sci.Ind.Res.、39、（March）、162（1980））。し
かし、これには、特殊な設備を要するうえ、その
効果の著しくないことから、一般に、実用困難
で、また放射線照射により、ヒドロゲル本来の優
れた特徴の消失（または減退）する例も多い。 本発明は、上述の化学処理または放射線照射の
いずれをも回避して製造した機械的強度の優れた
ヒドロゲルからなる生体適合性に優れた生体修復
用埋入材を初めて提供するものである。 本発明は、生体修復用埋入材としてのヒドロゲ
ルの合成原料にポリビニルアルコールを用いる。
もつとも、ポリビニルアルコールのゲル化法（ヒ
ドロゲル合成法）については、既に多くの処法が
提案されている。しかし、下記に要約するとお
り、いずれにも、操作上または生成物の性状に難
がある。 (1) ポリビニルアルコール水溶液を風乾すること
により、湿潤皮膜または乾燥皮膜が得られる
が、これらは耐水性に劣り、水中における剛直
性を全く有しない軟弱なフイルムにすぎず（特
公昭40−9523）、医用材料としての利用価値に
乏しい。 (2) ポリビニルアルコールとテトラエチルシリケ
ートを含む懸濁水溶液に酸を加え、風乾する方
法によつても、やはり、上記(1)と同様の皮膜が
得られるにすぎない。この場合、懸濁水溶液に
酸を加え、凍結・乾燥する提案もあるが、生成
する皮膜の強度はかえつて低下し、ほとんど成
型不能である（特公昭55−30358、特公昭55−
11311）。 (3) ポリビニルアルコール水溶液へ、コバルト60
（γ線）を照射するゲル化法が周知である。し
かしこの場合、特殊な施設（放射線照射施設）
を不可欠とするうえ、照射経費もかさみ、しか
も得られるゲルが軟弱で、しばしば他の硬化手
段（２次的硬化処理）を要する。したがつて、
この方法で得られるゲルは、人工硝子体（眼球
内充てん液）などの、高粘性液（または軟質ゲ
ル）が望まれる特殊用途以外には利用し難い
（J.Material Sci.、1974、1815、特開昭50−
55647）。 (4) ポリビニルアルコール水溶液へホウ酸（また
はホウ酸水溶液）あるいはホウ砂（またはホウ
砂水溶液）（注：ホウ砂＝四ホウ酸ナトリウム
＋水和物）を加えると、即座にゲル化すること
も古くから著名である。しかし、得られるゲル
は、軟弱で、流動性を有し、しかも単に指先で
つまむことにより直ちに千切れるため、成型後
の形態は保持され難い（J.Am.Chem.Soc.、
60、1045（1938）、フランス特許743942（1933））。
また、このホウ砂ゲルはアルカリ性雰囲気下で
は存在しうるが、PH８以下では容易に崩壊す
る。したがつて特殊用途以外には利用し難く、
バイオ・メデイカルポリマーとしての価値に乏
しい。 (5) フエノール、ナフトール、コンゴー・レツド
等のフエノール類またはアミノ化合物、あるい
はチタン、クロム、ジルコニウム等の金属化合
物によるポリビニルアルコールのゲル化法も多
数提案されているが、いずれも上記(4)と同様の
難点がある（日本化学雑誌、72、1058（1951）、
特公昭40−9523、特公昭40−23204）。 (6) アルデヒド、シアルデヒド、不飽和ニトリ
ル、ジイソシアナート、トリメチロールメラミ
ン、エピクロロヒドリン、ビス−（β−ヒドロ
キシエチル）スルホン、ポリアクリル酸、ジメ
チロール尿素、無水マレイン酸等の架橋剤また
は共重合成分によるポリビニルアルコールのゲ
ル化も周知であるが、いずれも化学試薬を用い
る操作を要するほか、高含水性の強固なゲルは
得難い（Textile Res.J.、(3)．189（1962）、英
国特許742900（1958））。 (7) ポリビニルアルコール水溶液を40℃以下、特
に５〜18℃以下の低温に放置することによりゲ
ル化させる手法も古くから著名である（小南
他、高分子化学、12、218（1955）、前田他、高
分子化学、13、193（1956）、工化、56、809
（1956））。しかし、室温付近において生成する
ゲルは寒天、カラゲナンのようにもろく、しか
も、これは単に激しくかきまぜるか、水を加え
てかきまぜるか、あるいは若干温めることによ
り溶解する（小南他、高分子化学、12、218
（1955）、高橋、桜田、高分子化学、13、502
（1956））。この、ポリビニルアルコール水溶液
の放冷ゲルを得るのに、低温が好ましいことも
周知で、例えば18℃、更には０℃あるいは０℃
以下の低温で実施する例も知られている（前田
他、高分子化学、13、193（1956）、特公昭47−
12854、高橋他、Polymer J.、６、103
（1974））。しかし、いずれにしても、得られる
ゲルは、寒天、カラゲナン、ゼリー様の軟弱品
（または粘液）であり、激しいベトツキ（粘着
性）を示すうえ、耐水性に乏しく、水中では著
しく膨潤し、更に軟化すると共に、一部は水中
に溶出し、残部は糊状と化す。また水中あるい
は40〜50℃の温水中では、更に迅速に形くずれ
し、水中に分散・溶解するなどの難点を有し、
工業用、医用材料としての用途はきわめて制約
されざるを得ない。 (8) ポリビニルアルコールをホルマール化して得
られるスポンジ状生成物も古くから著名である
が、必ずしも安定ではなく、分解、変質に伴
い、有害作用を周囲に及ぼすため、近年その用
途はきわめて限定されるに至つている（田辺達
三他、“人工臓器資料集成”、330（1976）ライフ
サイエンスセンター、同88（1976）、J.R.
Lewis、Plastic＆Reconstructive Surgery、
35、51（1965））。 (9) ゲル化能を有する水溶性高分子、例えばアガ
ロース（agarose）、寒天（agar）、アルブミン
（albumin）、アルギン酸塩、カードラン
（curdlan）、カラゲナン（carrageenan）、カゼ
イン（casein）、CMC（Sodium
carboxymethyl cellulose）、フアーセレラン
（furcellaran）、ゼラチン（gelatin）、メチルセ
ルロース（methyl、cellulose）、ペクチン
（pectin）、殿粉（starch）、タマリンドガム
（tamaind gum）、ザンタンガム（xanthan
gum）、トラガントガム（tragacanth gum）、
グアーガム（guar gum）等の水溶液へ少量の
ポリビニルアルコールを添加後、これを放冷す
るか、ゲル化剤含有浴（凝固浴）へ浸漬する
か、あるいはこれを凍結・乾燥する手法も知ら
れているが（フレグランスジヤーナル、２、(7)
68（1974）、特公昭56−25210、25211）このよう
な手法によつても、やはり軟弱で耐水性の乏し
い粘液または非流動性ゲル、あるいはパサパサ
した水溶性の乾燥粉末（凍結・乾燥粉）が得ら
れるにすぎない。 本発明は、合成高分子中特に生体への損傷が少
ないとされているポリビニルアルコールを原料と
し、これに有害物（化学試薬）を加えることなく
機械的諸特性に優れた水不溶性の、生体適合性の
良好な高含水性ゲルを、安価且つ安定に製造する
方法を開発すべく検討した結果、特定性状のポリ
ビニルアルコールを6wt％以上含有する水溶液
を、予め凍結・成型後、これに、部分的真空脱水
を施すことにより、弾性に富み、機械効強度と生
体適合性に優れた水不溶性の高含水ゲルが得られ
るという知見を得、ここに効果の顕著な本発明を
完成した。 即ち本発明は、けん化度が97モル％以上、粘度
平均重合度が1800以上のポリビニルアルコールを
6wt％以上含有する水溶液を任意形状の容器また
は成型用鋳型へ注入後、これを−15℃より低い温
度で凍結・成型し、しかる後、この成型体を融解
させることなく、脱水率（凍結体の重量減少率）
5wt％以上に到達するまで、部分的に脱水し、必
要に応じ水中に浸漬することにより、含水率20〜
92wt％（湿潤体基準）に到達させて得たヒドロ
ゲルからなる生体適合性のすぐれた生体修復用埋
入材を提供するものである。 本発明によれば、ポリビニルアルコール水溶液
を凍結・成型し、これを部分的に真空脱水するこ
とにより、機械的強度の優れた所望の形状の高含
水性ゲルが得られる。本発明はゲル化の過程なら
びにその前処理工程において、従来合成高分子の
ゲル化に常用されている酸、アルカリ、ラジカル
源、放射線、有機溶媒、反応試薬および水以外の
無機溶媒などを全く用いず、更に、２次的硬化処
理（後処理）も要しない。しかも本発明で得られ
るゲルは、含水率が高く、ゴム状の弾性と、すぐ
れた機械的強度をも兼備している。また、本発明
のゲルは、水または温水に不溶で、粘着性を示さ
ず、この点においても、前記のポリビニルアルコ
ール水溶液の放冷ゲルとは全く異なる。すなわ
ち、本発明は、従来のポリビニルアルコール水溶
液の放冷ゲル化、あるいは従来知られたポリビニ
ルアルコール水溶液の化学的処理によるゲル化な
どに関する知見とは全く異なる新規ゲルを提供す
るものであることを意味する。 本発明に用いるポリビニルアルコールのけん化
度は、97モル％以上、好ましくは98モル％以上を
要する。けん化度80〜88モル％、特に85モル％以
下のポリビニルアルコールを用いても、軟弱なゲ
ルが得られるにすぎず本発明の目的は達成されな
い。 本発明に用いるポリビニルアルコールの重合度
は、1800以上を要する。重合度300〜1500未満、
特に1400以下では粘稠液または軟弱ゲルが生成す
るにすぎない。本発明においては、例えば重合度
1800〜3300程度のポリビニルアルコールが使用で
きるが、通常市販されている高重合度品（重合度
1800〜2600）をそのまま用いるのが良い。 本発明では、まずポリビニルアルコールの濃度
6wt％以上の水溶液を調合する。したがつて、ポ
リビニルアルコールの濃度としては、例えば６〜
25wt％とすることができる。この濃度を更にた
とえば90％程度まで高めることもできるが、常温
における水溶液の粘度が10000cP以上にも達し、
また貯蔵中に粘度上昇あるいはゲル化をきたすこ
ともあり、若干、取扱い難い。この濃度を例えば
5wt％より低くすることもできるが、後述の脱水
所要時間が長びき、経費（脱水動力費）がかさ
む。 本発明においては、上記ポリビニルアルコール
水溶液を、任意形状の容器または所望の成型用鋳
型へ注入し、凍結・成型する。この場合、冷却剤
としては例えば、食塩−氷（23：77）（−21℃）、
塩化カルシウム−氷（30：70）（−55℃）などの
寒剤、あるいは、ドライアイス−メチルアルコー
ル（−72℃）、液体窒素（−196℃）などを用い、
−15℃より低い温度に冷却し、凍結させる。冷却
が不十分であると、後述する乾燥工程を経て得ら
れるゲルの形状が、当初予期した形態、すなわ
ち、ポリビニルアルコール水溶液注入容器または
成型用鋳型の形状と合致し難いほか、ゲルの機械
的強度に劣るため、本発明に好ましくない。ま
た、液体ヘリウムを用いれば−269℃まで冷却で
きるが、不経済であるうえ、ゲルの品位に利点は
なく、実用上は、フレオン冷凍機を用い、例えば
−20〜−80℃に冷却するのが良い。この冷却温度
は、後述の乾燥工程を経て得られるゲルの強度に
影響する。特に堅いゴム弾性のゲルを望む場合
は、−20℃以下、例えば−20〜−55℃が好ましく、
−６〜−20℃では、ゲルの強度が若干低下する。
凍結・成型を省略するときは、水中において剛直
性を全く欠く、単なるポリビニルアルコールフイ
ルム・ゲルが生成するにすぎず、本発明の弾性に
富む高含水性の、耐水性ゴム状ヒドロゲルは得ら
れない。 本発明における凍結・成型時の冷却速度として
は、0.1〜７℃／minの緩慢冷却、あるいは７〜
1000℃／minの急速冷却のいずれでも差支えな
い。 本発明による凍結・成型においては、ポリビニ
ルアルコール水溶液は任意の形状の鋳型内で固化
（氷結）・成型される。この容器または鋳型へ注入
されたポリビニルアルコール水溶液が凍結された
ことを確認後、これを融解させることなく、必要
に応じ、鋳型の上面カバーまたは下面カバー（あ
るいはその双方）を取りはずし、成型体の形状を
保持しつつ、これに真空脱水処理を施す。この場
合、冷凍室から凍結・成型体を取り出し、これを
真空脱水室へ移し、直ちに吸引・脱水するなら
ば、水分の除去（昇華）に伴ない試料が冷却され
るので、特に外部冷却を施さなくとも、凍結・成
型体が融解することはない。また、凍結・成型体
が融解しない程度に加熱することは差支えなく、
これにより脱水を促進することができる。つまり
脱水工程の温度としては、凍結・成型体を融解さ
せないかぎり、特に制限はなく、これがゲルの品
位に特に影響することはない。ここで言う真空脱
水は減圧で脱水することで、減圧の度合は特に限
定されないが、たとえば10mmHg以下、好ましく
は１mmHg以下さらには0.1mmHg以下で行なうこ
とができる。この脱水工程においては、脱水率を
5wt％以上とする。すなわち、本発明において
は、ポリビニルアルコール水溶液の濃度のいかん
にかかわらず、凍結・成型体に脱水処理を施す。
脱水率としては、5wt％以上、更には10wt％以上
が採用される。脱水が進行するとともに、ゲル強
度が著しく高まり、しかも非粘着性、耐水性など
の諸性状が著しく改善されることから、この部分
脱水処理は本発明にとり不可欠である。もつと
も、本発明においては、注射薬液の凍結乾燥ある
いはコーヒー、ミルク、果汁、めん類等の含水食
品の凍結乾燥に見られる十分なる脱水（乾燥）処
理を行う必要はなく、上述のとおりの部分脱水処
理により、十分本発明の目的が達成されるが、上
記のとおり、脱水が進行するに伴いゲル強度が著
しく高まることから、所望のゲル強度に応じ、脱
水量を選定することができる。 いずれにしても、この凍結・部分的脱水処理は
本発明に不可欠で、きわめて重大な意義を有する
ため、これを省略するとき、本発明に述べる非流
動性、非粘着性、かつ高含水性で、しかも機械的
強度と生体適合性に優れるヒドロゲルは決して得
られない。 本発明においては、次に、凍結・成型・部分脱
水体を、例えば常温放置し、融解（解凍）させる
ことにより、弾性に富むゲルが得られる。融解速
度としては１〜３℃／minの緩慢融解、または３
〜1000℃／minの急速融解のいずれによることも
差支えない。ポリビニルアルコール水溶液を、０
〜30℃程度で放置（貯蔵）する場合に得られるゲ
ルの融点が15〜29℃前後であるのに反し、本発明
のゲルの融点は100℃以上に及ぶため、温水また
は温風による急速融解も差支えないが、本発明の
ゲルも熱湯中では溶解すること、60℃以上では表
面に硬質皮膜が急速に発生することなどから、高
温融解は避けなければならず、40〜50℃以下で融
解させるのが望ましい。 この融解操作後、容器または鋳型の支持部か
ら、ゲルを容易に取りはずすことができる。これ
は水中において吸水し、含水率50〜95wt％（湿
潤体基準）に達するが、なお強固な弾性体であ
る。このゲルの含水率は、例えば、こんにやく
（含水率約97wt％、多糖類湿潤ゲル）には及ばな
いが、豆腐、ゼリー、生体細胞、人間・動物等の
生体組織などの含水率（70〜90wt％）に類似し、
しかも、強度と弾性の点で、こんにやく、寒天、
アルギン酸、カラゲナン、グアール・ゴム、ロー
カストビーン・ガム、アガロース等の多糖類のゲ
ル、豆腐、ゼリー等の蛋白質ゲルをはるかにしの
ぎ、むしろ人間、動物等の筋肉質に類似する。本
発明のゲルはこのように多量の水分を含むにかか
わらず、強固な弾性を示し、堅く握りしめても、
一時的に変形するが、直ちに元の形状に復し、形
くずれしない。また、本発明の、含水率88％の板
状ゲル上へ成人が片足または両足により直立して
も、やはり一時的変形をきたすものの、直ちに元
の形状に復し、形くずれしない。 高含水性と機械的強度とは、従来から医用高分
子を開発するうえで、両立し難い難題とされてい
るが、本発明のゲルは、上述の高含水性と強度と
を有し、従来のポリビニルアルコール水溶液を風
乾して得られる皮膜あるいは前述の、ポリビニル
アルコール水溶液を単に０〜30℃に貯蔵する場合
に生成する水溶性ゲルとは全く異なる新規ゲルで
ある。 本発明のゲルに圧力を加えても、含有水分の浸
出はほとんど見られず、例えば、含水率90wt％
のゲルに４Kg／cm²の圧縮応力を課しても浸出（流
出）水量は、含有水の１〜２％にすぎない。この
ように、多量の水分を強固に保持することからも
明らかなとおり、このゲルの見かけ比重は、ほぼ
水と同程度であり、水中で辛うじて沈降するにす
ぎない。 本発明のゲルには、粘着性がない。板状（８mm
×８mm×２mm）、円筒状（内径３mm、外径６mm、
長さ６mm）、球状（直径４mm）等に成型したゲル
約10ｇを、50mlの水中で40日間かきまぜても、相
互付着、形くずれ等の現象は全く認められない。
なお、生理食塩水中に１年間浸漬したが、溶解せ
ず、弾性および強度も変らない（これは、例ねば
こんにやくを数日間水道水に浸漬した場合、激し
い形くずれが起こるのと、きわめて対照的であ
る。また、ポリビニルアルコール水溶液の単なる
放冷ゲル（凍結ゲル）が著しい粘着性を示し、し
ばしば流動性粘液状あるいは、たかだかゼリー、
プリン、寒天状で、しかも耐水性に乏しく、水中
で分散・溶解しやすいときわめて対照的である。 本発明においては、ポリビニルアルコール単一
成分がゲル素材（ゲル化成分）として用いられ
る。しかし、ポリビニルアルコールのゲル化と優
れた生体適合性を阻害しない無機物または有機物
が共存することは、本発明に差支えなく、その共
存量としては、例えばポリビニルアルコールの1/
２重量以下とすることができる。これに反し、ポ
リビニルアルコール（または変性ポリビニルアル
コールとしてのポリビニルアセタール、ポリビニ
ルブチラール等）に作用して複合ゲルを生成する
物質ならびにポリビニルアルコールと反応してこ
れを変性させる物質は、たとえ少量共存すること
によつても、しばしば、本発明のゲル形成（ポリ
ビニルアルコール単一成分ゲルの形成）に好まし
くない影響を及ぼし、機械的強度の優れた高含水
性ゲルの生成を困難とする。このような物質とし
ては、既に、ポリビニルアルコール類との相互作
用が知られているコロイド状アルカリ・シリケー
ト（米国特許2833661（1958））、コロイド状シリカ
（米国特許2833661（1958））、アルカリ性コロイド
状シリカ（特開昭54−153779）、有機ケイ素化合
物（酢酸ビニル樹脂、p.93、日刊工業新聞社
（1962））、テトラアルキルシリケート（特公昭55
−30358、特公昭55−11311）、ホウ酸、ホウ砂
（フランス特許743942（1933））、フエノール、ナフ
トール、メタ・クレゾール、ピロガロール、サリ
チルアニリド、ジサリチルベンジジド、レゾルシ
ノール、ポリアミン類（高分子化学、11、（105）
23（1954））、カオリン（kaolin）（Nature、170、
461（1955））などが挙げられる。これは、いずれ
もその共存量に対応してポリビニルアルコールと
の複合ゲルを形成して不都合な軟弱ゲルを生ずる
ので回避される。 前述の、ポリビニルアルコールのゲル化を阻害
しない無機物または有機物としては、例えば活性
炭、ゼオライト、血液凝固阻止剤（heparin（ナト
リウム塩またはカルシウム塩））、プロピレングリ
コール、グリセリン、酵素などが挙げられる。こ
れらを併用する場合は、ポリビニルアルコール水
溶液中のポリビニルアルコール濃度を6wt％未満
に減少させることもでき、例えば４〜6wt％とす
ることができる。この場合、これらは、本発明の
ヒドロゲル中に全量が包埋され、例えば活性炭
は、そのままヒドロゲル中に保持され、尿酸、ク
レアチニン等に対する吸着能を発揮し、また、ヘ
パリンは、長期にわたり徐々にゲル外へ放出さ
れ、ゲル表面における血栓形成を阻止する。 本発明のゲルの外見（色相）は、イカの刺身、
餅、ういろ（白色）、かまぼこ、鮮魚（白身）に
近い。 本発明のゲルの感触としては、人間、動物等の
肉、イカの刺身、魚肉、餅（もち）、ちくわ、は
んぺん、シユウマイ、ソーセージに類似する。本
発明においては、ポリビニルアルコール水溶液の
注入容器または鋳型の形状を任意に選定し、所望
の形状（粒状、膜状、塊状、板状、円筒状その他
任意形状）の湿潤ゲルとすることができる。最終
目的物の形状に合わせて成型してもよいし、一旦
得た成型体を切削等により別の形に成型してもよ
い。 本発明のゲルは、強く圧縮されても、含有水分
をほとんど浸出しないにもかかわらず、風乾処理
により、徐々に水分を失い、収縮するとともに、
著しく硬直する。しかも、その後、再び冷水に浸
しても若干の吸水、湿潤が認められるものの、元
の高含水状態には決して復しない（これらの現象
は、やはり動物の筋肉、魚肉、イカ、柿の実等の
場合に類似する）。しかし、水中または生理食塩
水中においては、当初のみずみずしい外見と感触
が維持され、生体内においては、もちろん、風
乾、脱水、収縮、硬直等をきたさない。 本発明のヒドロゲルは、多量の水を包埋し、水
または生理食塩水に１〜6h浸漬することにより、
含水率50〜92wt％にまで容易に到達する。特に、
本発明における原料水溶液のポリビニルアルコー
ル濃度を６〜20wt％に選定して凍結・成型・部
分脱水を施し、更に水または生理食塩水に浸漬し
て得られるヒドロゲルの含水率は70〜92wt％に
も及ぶ。したがつて、本発明の高含水ゲルは、前
述の優れた機械的強度を有するゴム状弾性体であ
るにもかかわらず、生体組織に対しては単なる水
（あるいは生理食塩水）同然の挙動を示し、生体
への損傷はきわめて軽微である。従来、親水性
（または含水性）医用材料として最も注目されて
いるヒドロゲル、すなわち、ポリ（α−ヒドロキ
シエチルメタクリレート）の含水率は通常38〜
40wt％であり、しかも機械的強度に劣る（田辺
達三、“人工血管”p.56（1977）南江堂、田辺達
三、人工臓器、５、245（1976）、丹沢宏、工業材
料、25、70（1977）、丹沢宏、外科診療、20、(1)３
（1978）、S.D.Bruck、J.Biomed.Mater Res.、
７、389（1973）、丹沢宏、化学工業、1258
（1974））。その含水率を60wt％まで高めることも
提案されたが、含水率を高めるとともに機械的強
度は更に低下する難点がある（J.D.Andrade
（ed.）、“Hydrogels for Medical and Related
Applications”p.23（1976）ACSSymp.Ser.31、
森有一、“人工臓器資料集成、p.116（1976）ライ
フサイエンスセンター、丹沢宏、外科診療、20、
(1)１、（1978））。これに反し、本発明においては、
含水率70〜92wt％、更には80〜92wt％の高含水
ゲルが容易に得られ、しかもその機械的強度も優
れることから、従来公知の非親水性、親水性およ
び含水性の医用材料のいずれにも勝る生体適合性
材料としての価値を有する。 本発明のヒドロゲルは水、アンモニア、食塩、
尿酸、尿素、クレアチニン、グルコース、乳酸、
抗生物質等の水溶性低分子化合物を透過させる
が、細菌、酵母、かびの侵入を阻止する。したが
つて、本発明のヒドロゲルを無菌的に合成した
後、万一非無菌的取扱いを受けることがあつて
も、汚染は単にヒドロゲルの表面にかぎられ、こ
れを医用材料として使用するに先立ち、単にヒド
ロゲルの表面を紫外線照射するか、あるいはプロ
ピレンオキシド、エチレンオキシド、オゾン、塩
素、次亜塩素酸塩、過酸化水素、ホルムアルデヒ
ド、グルタルアルデヒド、エチルアルコール（70
〜90％）、イソプロピルアルコール（30〜50％）、
クロールヘキシジン、ベンザルコニウムクロリド
などのいずれかにより表面を滅菌後、清浄な水ま
たは生理食塩水により洗浄することにより、再び
滅菌のヒドロゲルを得ることができる。 本発明のヒドロゲルは、そのまま、あるいは必
要に応じヘパリン等の医薬あるいは活性炭などを
包埋させて、そのまま、あるいはテフロン、ポリ
エステル、ポリエチレン、ポリウレタン、シリコ
ーン、ポリウレタン、ジメチルポリシロキサン等
の従来の医用材料の表面を被覆し、生体修復用埋
入材たとえば、眼瞼丹毒、著膿症、骨髄炎、眼球
炎等の手術または火傷、外傷等に起因する眼窩お
よび眼瞼部の陥没の修復、小児麻痺、癩、外傷等
に因る胸廓陥没、四肢萎縮等の修復、先天性また
は乳癌手術に因る乳房欠損、矮小乳房の治療、隆
房、豊頬を目的とする美容形成、さらには先天性
睾丸欠損、腹部停留睾丸、副睾丸結核、睾丸腫
瘍、前立腺癌、外傷などに因る睾丸欠損の修復材
または胆道、尿道、肛門、食道、腱、卵管等の修
復材等に供することができる。従来、ポリビニル
アルコールのホルマリン架橋生成物が、これらの
用途に用いられたが、生体内で変質し易く、現在
では実用に耐えないとされている（田辺達三他、
“人工臓器資料集成”、p.330、p.88（1976）ライフ
サイエンスセンター、J.R.Lewis、Plastic＆
Reconstructive Surgery、35、51（1965）、武藤
靖雄、日本臨床外科誌、26、25（1965）、増原英一
他、MOL(12)、50（1979））。これに反し、本発明の
ゲルは、ホルマリン等の有害物を用いることなく
合成されるため、生体への障害がほとんど認めら
れず、上記いずれの用途にも好適である。 本発明のゲルには、可塑剤または安定剤を添加
する必要がない。従来の医用材料の多くが生体組
織を損傷する原因の代表例として、医用材料中の
可塑材と安定剤がしばしば挙げられていること
（小島幸一他、高分子論文集、34、267、270
（1977）、増原一他、MOL(12)、51（1979））からも、
これらを全く必要としない本発明のヒドロゲル
は、医用材料として優れている。 本発明において、ポリビニルアルコールの水溶
液を凍結・成型・乾燥することにより、従来公知
のポリビニルアルコール系ゲルとは全く異なるゲ
ルの得られる理由は明らかでないが、凍結・成型
ならびに、これに続く部分的脱水処理時に、ポリ
ビニルアルコールの分子内および分子間にきわめ
て多数の水素結合が形成され、特に、部分脱水時
に、ゲル組織の結晶化度が高まり、機械的強度と
弾性の向上をきたすことに因ると推察される。 いずれにしても、この種の凍結・乾燥ゲルおよ
びその製法は本発明者が初めて見いだしたもので
ある。 実施例 １ 市販ポリビニルアルコール（けん化度99.4モル
％、粘度平均重合度2600、４％水溶液の粘度（20
℃）66cP）の粉末65ｇ（含水率8wt％）を、水
935ｇに溶解、6wt％とした。この水溶液170ｇを
ポリエチレン製ビーカー（底面直径８cm）に注
ぎ、これに高圧水蒸気滅菌処理（120℃×30min）
を施し、次に−50℃×0.7hの冷却（凍結・成型）
を施した。しかる後、凍結・成型体を融解させる
ことなく、6hの真空脱水を施した後、無菌フイ
ルターを通過させた清浄な空気を用いて真空を破
り、成型体（円板）を取出し、無菌室に放置・融
解して97ｇ（含水率89wt％、脱水率43wt％）の
白色不透明な弾性に富むゲルを得た。このゲル
（厚さ約２cm）を人工体液（PH８、食塩0.7wt％、
塩化カリウム0.2wt％、炭酸水素ナトリウム2.4wt
％、リン酸二水素ナトリウム0.35wt％、120℃×
30min滅菌）100mlに6h浸漬することにより、こ
のゲルは吸水して143ｇ（含水率93wt％）に達し
た。これに４Kg／cm²の荷重を課したが、水分浸出
量は３ml（流失損失２％）にすぎなかつた。ま
た、この荷重を除くことにより、この弾性体の形
状は直ちに元に復し、さらに、このヒドロゲルの
引張り強度は10Kg／cm²に及ぶことを知つた。 このヒドロゲル円板から、20mm×13mm×５mmの
断片を切取り、生体内埋入試験試料とする。 家兎（体重2.5Kg）の背部皮膚を剃毛し、クロ
ロヘキシジンの0.5％エチルアルコール溶液を塗
布し、さらに70％エチルアルコールを用いて消毒
後、皮膚を約1.5cm切開し、上記試験試料を埋入
後、皮膚を縫合した。この場合、皮膚切開線が埋
入試料上に位置しないよう留意した。24h後の所
見としては、皮膚発赤とわずかな腫脹を認め、埋
入試料を皮膚面上から指触すると、試料は、皮下
組織の剥離部分を移動する。４日後、腫脹と発赤
は消失し、６日後抜糸した。９日後、試料は既に
固定され、指触しても移動しない。その後１ケ月
間、埋入局所に変化なく、全身にわたりなんらの
症状も無い。35日後、皮下組織をも含めて、試料
を摘出したが、試料は被包組織に包まれており、
相互間の癒着は認められないが、密着状態を呈し
ていた。この被包組織を10％ホルマリン処理（固
定）後、ツエロイジンに包埋し、ヘマトキシリ
ン、エオジン重染色とワンギーソン氏染色を実施
して観察したところ、偽好酸球と円形化組織球が
少数認められるものの、細胞浸潤はきわめて軟度
で、炎症反応はほとんど欠如している。 一方、縫合糸として用いたcatgutの周囲には、
抜糸後も強度の異物性組織反応が認められた。ま
た、比較のため前記と同様の20mm×13mm×５mmの
海綿を、同様に家兎背部皮下に埋入した場合、発
赤と腫脹の消失に14日を要し、１カ月後の摘出所
見によれば、海綿の寸法が10％程度減少してお
り、海綿周辺部に強度の細胞浸潤と多数の異物性
巨細胞を認め、膿瘍化している。メチルメタクリ
レート樹脂についても、同様に比較試験したが、
発赤と腫脹の消失に１週間を要し、偽好酸球の浸
潤も著しい。すなわち、本発明のヒドロゲルのほ
うが生体適合性の点においては、はるかに優れる
ことを知つた。 実施例 ２ 市販ポリビニルアルコール（けん化度97モル
％、粘度平均重合度1800、４％水溶液の粘度（20
℃）28cP）の粉末86ｇ（含水率7wt％）を、水
914ｇに溶解し、8.0wt％とした。 この水溶液41ｇを、実施例１に準じ滅菌し、凍
結・成型後、10hの真空脱水を施した。 解凍後８ｇ（含水率58wt％、脱水率＝80wt％）
の白色不透明ゲルを得た。これを滅菌済み生理食
塩水10mlに6h浸漬することにより、このゲルは
吸水して、14ｇ（含水率76wt％）に達した。こ
のゲル（厚さ0.5cm）に４Kg／cm²の荷重を課した
が、水分の浸出はほとんど見られなかつた（保水
率99％）。 この円板状ヒドロゲルから、直径13mm、厚さ
1.5mmの小円板状埋入試験試料を作成する。家兎
（体重2.5Kg）の膝関節内側を縦方向に３cm切開
し、四頭股筋の内側を縦切して膝蓋骨を外側へ脱
臼させ、膝関節を屈曲させて関節前部の脂肪組織
を切除し、交叉靭帯を切断後、後関節嚢以外の関
節嚢および半月板を切除する。次に、大腿骨関節
軟骨を削除し、この軟骨に代えて、上記試料を大
腿骨関節面に挿入・固定後、膝関節150度屈曲位
において、大腿上部から足部までギブス包帯を施
し、３週間後にこれを除いた。この時点におい
て、関節には軽度の腫脹を認めるが発赤局所熱感
は無く、一次性癒合も良好で、分泌液は見られ
ず、膝関節は約120度屈曲位をとり、保護跛行を
示す。他動的可動範囲は150〜90゜であつた。組織
標本につき、ホルマリン固定パラフイン包埋、ヘ
マトキシリン、エオジン染色、マロリー染色を施
し鏡検の結果、大腿骨造形関節面は結合組織によ
り被覆されており、挿入試料による反応性骨質増
殖と骨髄腔内炎症性反応はいずれも認められな
い。 一方、同じく1.5mmの厚みのメタルメタクリレ
ート樹脂につき、同様の比較試験を実施したとこ
ろ、３週間後の所見として、関節に腫脹のほか、
局所熱感を認め、膝蓋上部に波動を触知した。ギ
ブス包帯除去後の膝関節には、他動的にわずかの
可動性を認めるが、自動的にはほとんど関節運動
が認められない。また、大腿骨関節面には、炎症
性細胞浸潤と線維性癜痕組織とが認められた。す
なわち、これらの所見から、本発明のヒドロゲル
の生体適合性の良いことが判明した。 実施例 ３ 実施例２のポリビニルアルコール粉末13ｇ（含
水率8wt％）を水89ｇに溶解して得た11.6wt％水
溶液90ｇを、１cm×１cm×５cmの板状体（18枚
分）成型用鋳型へ注入し、−53℃×1hの冷却（凍
結・成型）を施した後、鋳型を解体し、成型体を
取りはずすとともに、直ちに6hの真空脱水を施
した結果、48ｇ（含水率78wt％、脱水率47wt％）
のゲルを得た。このゲルの引張り試験において、
６Kg／cm²の応力まで切断しなかつた。このゲルを
実施例２と同様に生体内に埋入して試験した結
果、生体適合性の良いことが判明した。 実施例 ４ 実施例３のポリビニルアルコール粉末から調製
した6wt％水溶液170ｇを５等分し、それぞれを
ポリエチレン製ビーカー（50ml）に注ぎ、−50℃
×1hの冷却（凍結・成型）を施し、続いて、そ
れぞれに１〜14hの真空脱水を施した。また脱水
ゲルを水中に6h浸漬後の重量を求めた。 【表】 また、浸漬後のゲルにつき、引張り強度を測定
した。 乾燥時間(h) 強度（切断時、Kg／cm²） １ １ ２ ２ ４ ３ ８ ５ 14 ６ なお、当該ゲルはいずれも水道水に浸漬し常温
で90日間以上放置しても、相互付着、形くずれは
おこらず、強度変化もほとんど起こらなかつた。
これらのゲルを実施例２と同様を生体内に埋入し
て試験した結果、生体適合性の良いことが判明し
た。 比較例 １ 実施例２のポリビニルアルコール水溶液41ｇ
を、８cm×８cmの底面の角形容器へ注ぎ、常温で
２日間放置した結果、無色透明の軟弱な湿潤膜を
得た。この膜を水道水に6h浸漬したが、水中に
一部溶解するうえ、膜自体粘着性を示す。実施例
２の場合のようなゴム状ゲルは全く生成しない。
すなわち、ポリビニルアルコール水溶液を単に乾
燥させても、本発明のゴム状高含水性ゲルは得ら
れない。 比較例 ２ 実施例２のポリビニルアルコールのかわりに、
けん化度78.5モル％、粘度平均重合度1800、４％
水溶液の粘度（20℃）36cPの市販ポリビニルア
ルコールを用い、同様に操作した。凍結・成型・
脱水体7.4ｇ（含水率55wt％）が得られたが、解
凍後は５℃においても軟弱化し、少量のゲル層の
ほかに、多量のポリビニルアルコール濃厚水溶液
が層分離するのを認めた。すなわち、けん化度の
低いポリビニルアルコールを用いても、本発明の
耐水性ゲルは得られない。 比較例 ３ 実施例１のポリビニルアルコールのかわりに、
けん化度99.2モル％、粘度平均重合度500、４％
水溶液の粘度（20℃）56cPの市販ポリビニルア
ルコールを用い、その18wt％水溶液20ｇを、同
様に凍結・成型・脱水したが、寒天に似たもろい
ゲル13ｇ（含水率72wt％）が得られたにすぎず、
ほとんど弾性は認められないことを知つた。すな
わち、重合度の低いポリビニルアルコールを用い
ても、本発明の機械的強度の優れたゴム状の弾性
ゲルは得られない。 比較例 ４ 比較例３と同じ重合度500のポリビニルアルコ
ール水溶液の濃度を30wt％まで高め、その水溶
液120ｇに−73℃×1hの凍結・成型を施した後、
6hの真空脱水を施した。凍結・成型・脱水体106
ｇ（含水率66wt％）を解凍後、水中に8h浸漬し
た結果、120ｇ（含水率70wt％）にまで吸水する
とともに著しく軟化し、その一部は形くずれ（水
中への溶解）を起こした。 比較例 ５ 実施例５において、ポリビニルアルコール（け
ん化度99.4モル％、粘度平均重合度2600）の6wt
％水溶液34ｇを冷却（凍結・成型）後、常温で
1h放置した。粘着性の軟質ゲル（34ｇ、脱水率
０％、含水率94wt％）を得たが、弾性を示さず、
引張り強度としてはわずか100ｇ／cm²で既に破断
された。また、前記ゲル10ｇを水30mlに浸漬した
ところ、約20時間で形がくずれ出し水層は濁り、
しかも大部分粘着性の水に変つた。 このように、たとえポリビニルアルコール水溶
液に凍結・成型を施し融解させても、強度が低
く、耐水性の乏しい粘着性のゲルが得られるにす
ぎず、凍結・成形後融解をさせずに、脱水を施さ
ないかぎり本発明で言う強度の強い耐水性のある
ゲルは生成しない。 比較例 ６ 実施例１のポリビニルアルコール粉末（含水率
8wt％）とカルボキシメチルセルロースのそれぞ
れ0.5ｇずつを水90ｇに加え、15min煮沸して溶
解させて後、室温まで放冷して激しくかきまぜ、
しかる後、これを−50℃で10h放冷（凍結）し、
直ちに真空乾燥することにより、乾燥体１ｇを得
た。これは、発泡スチロール状の、しかもこれよ
り更にもろい白色スポンジであり、水中で容易に
粘着液と化した。 すなわち、ポリビニルアルコール0.5％程度の
水溶液につき本発明に準ずる操作を実施しても、
単なる水溶性の凍結乾燥体が得られるにすぎな
い。 実施例 ５ 実施例１のポリビニルアルコール粉末（含水率
8wt％）23ｇを水140mlに溶解して、13wt％水溶
液とし、これに、高圧水蒸気滅菌処理（120℃×
20min）を施す。 内径５mm、外径10mm、長さ20cmのパイプ成型用
鋳型を高圧水蒸気滅菌後、ここへ前記滅菌済水溶
液12mlを流し込み、−50℃で1h放冷（凍結）させ
る。しかる後、鋳型の上面カバーを取りはずし、
凍結成型体を融解させることなく、6hの真空脱
水を施す。次に、無菌フイルターを通過させた清
浄な空気を用いて真空を破り、成型体（パイプ）
を取り出し、無菌室に放置して融解させたとこ
ろ、重量７ｇ（脱水率40％、含水率78wt％）、内
径５mm、外径８mmのパイプを得た。このパイプ
を、滅菌済の0.9wt％食塩水に5h浸漬したとこ
ろ、10ｇ（含水率84wt％）、内径５mm、外径９mm
のヒドロゲル・パイプが得られた。このパイプを
４cmごとに切断し、それらにつき、セリシン
（sericin）溶出処理済みの編み絹糸（JIS No.１、
直径0.1mm、120℃×30min滅菌済）、カツトグー
ト（catgut、腸線、直径0.18mm、エチレンオキシ
ド滅菌済）、デキソン糸（ポリグリコール酸糸、
直径0.18mm、120℃×30min滅菌済）ならびに
taper cut針を使用して、たがいに吻合し、２点
支持法により糸間隔1.5mmとして縫合する（準
拠：田辺達三他、“人工血管”（1977）p.56、84、
南江堂、田辺達三、“縫合材料と縫合、吻合”
（1979）p.16、61、91、金原出版）。いずれの種類
の縫合糸の場合にも、本発明のヒドロゲルパイプ
は容易に縫合され、この操作に十分耐えることが
できた。なお、このゲルを実施例２と同様に生体
内に埋入して試験した結果、生体適合性の良いこ
とが判明した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ けん化度97モル％以上、粘度平均重合度1800
   以上のポリビニルアルコールを6wt％以上溶解し
   た水溶液を、任意形状の容器または成型用鋳型へ
   注入後、これを−15℃より低い温度で凍結・成型
   し、しかる後、この成型体を融解させることな
   く、脱水率5wt％以上に到達するまで部分的に脱
   水し、必要に応じ水中に浸漬することにより含水
   率20〜92wt％に到達させて得たヒドロゲルから
   なる生体修復用埋入材。