JPH0221875A

JPH0221875A - 医療用材料ならびに医療用器具

Info

Publication number: JPH0221875A
Application number: JP17236088A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hagiwara; 和彦萩原; Hitoshi Kito; 鬼頭　均
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1990-01-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は抗血栓性に優れた医療用材料ならびに医療用器
具に関するものである。

〈従来の技術〉従来より、人工肺、人工心臓などに利用するための抗血
栓性材料はさまざまなものが考案されている。　ヘパリ
ンを基材表面に固定する方法もその１つである。　その
方法にはヘパリンを基材にイオン的に結合する方法、ヘ
パリンを基材に共有結合させる方法がある。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしイオン的結合では血液に接触したときにヘパリン
が外れたり、あるいはヘパリンの活性発現に重要である
硫酸基と強固に結合しすぎるため、表面の活性が十分で
はなく、また共有結合では、Ａ　Ｔ　−ＩＩＩとの結合
部を基材との結合点にしており、ヘパリンの表面活性は
十分ではなかった。　またカチオン性表面にヘパリンを
イオン結合させた後、ヘパリンをグルタルアルデヒドで
架橋させる試みも行なわれているが、アルデヒド基は主
に第１級アミノ基等としか反応しないため、ヘパリン中
の第１級アミノ基がほとんどないこと、基材に第１級ア
ミノ基がなければ基材と共有化できない事から、効果の
持続性は不十分なものであった。

したがって、本発明は上記問題点を解決した抗血栓性に
優れた医療用材料ならびに医療用器具を提供することを
目的とする。

く課題を解決するための手段〉本発明者らは従来のごとく単に基材表面に、ヘパリンを
固定しようとしても十分な抗血栓性を得ることができに
くい、あるいは有用部位をこの固定のために用いてしま
うことに鑑み、研究型を重ねた結果、有用部位は残した
まま固定を行うことに成功し本発明に至った。

すなわち本発明は、ヘパリンの第１級アミノ基と基材に
導入した官能基とを共有結合させることである。

ヘパリンにおいては、Ｎ−硫酸という部位を一部脱硫酸
化して第１級アミノ化しておいたものが好ましい。

基材においては、官能基好ましくは表面に第１級アミノ
基を有するよう調製しておく。　以下、例として第１級
アミノ基を有する調製方法に限定し述べる。　この調製
方法は任意であるが、第１級アミノ基を有する化合物を
被着させておく、グリシジル基またはアルデヒド基を有
する化合物を被着させてこれに第１級アミン基を存する
化合物を結合させる基材上の官能基と、第１級アミノ基
を有し、基材上の官能基と反応する化合物とを結合させ
るなどの方法を行うのが好ましい。

このような基材およびヘパリンを用意して、基材表面に
ヘパリンを固定させる。　基材上の第１級アミノ基を有
する化合物とヘパリンとの固定はグルタルアルデヒドの
ような二つ以上のアルデヒド基を有する化合物を用いて
行うのが好ましい。

この方法によりヘパリンの抗凝固活性に不用な部分と基
材を選択的に固定することが可能となる。

以上のような製法で得られる医療用材料は種々の抗血栓
性材料として利用でき、この抗血栓性材料は特に血液を
接触する部分を有する医療用器具に用いることができる
。　医療用材料としては中空糸、チューブ、シートなど
を挙げることができ、医療用器具としては人工肺、人工
心臓、カテーテルなどを挙げることができる。

また、中空糸、人工肺ともに多数の細孔を有する多孔質
膜を用いるのがよく、予め細孔には細孔より小径のシリ
カのような微粒子を充填しておくのがよい。

以下に本発明について詳細に説明する。

本発明の医療用材料は、官能基好ましくは第１級アミノ
基を有する基材に、好ましくはヘパリンのＮ−硫酸の一
部を脱硫酸化して第１級アミノ化したヘパリンを固定し
たものである。

まずヘパリン固定に好ましい第１級アミノ基を有する基
材について説明する。

基材としては、用途に応じて使い分けられることもある
が、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリウレタンガラス
などが一般に使用される。

この基材自体は一般に第１級アミノ基を有していない場
合が多い。　このような場合には基材に第１級アミノ基
を導入する。　導入方法には種々あるが、以下に述べる
ような方法によるのが好ましい。

まず第１の方法は基材表面に第１級アミノ基を有する化
合物を塗布するものである。　このような化合物として
は、キトサン、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）などを代
表的に挙げることができる。

次の方法としては、第１級アミノ基を有する化合物と反
応する化合物を基材表面に塗布した上で、第１級アミノ
基を有する化合物を反応させて結合させるものである。

　基材表面に塗布する化合物は、グリシジル基を有する
化合物を挙げることができ、その代表例としてはポリグ
リシジルメチルメタアクリレートを挙げることができる
。

このような化合物と反応する第１級アミノ基を有する化
合物としては、エチレンジアミン、ポロチレングリコー
ルジアミンなどを挙げることができ、このときアミノ基
は基材側とヘパリン側に結合するため２つ以上有する必
要がある。

また、第３の方法として第１級アミノ基を持ち、同時に
基材上の官能基と反応する官能基を持っている化合物を
基材と反応させ結合させるものである。　このような例
としてはガラス上に固定する際のα−アミノプロピルエ
トキシシランなどがある。

次に、上述した第１級アミノ基を有する基材に固定する
ためのヘパリンについて述べる。

ヘパリンは抗血栓性を示す化合物として広く知られ、Ｎ
Ｈ３０３ＮａというＮ−硫酸部位を有している。　ヘパ
リンをそのまま基材表面に固定すると問題を生じること
は前述の通りである。

そこで、本発明においては、Ｎ−硫酸部位の一部の脱硫
酸化を行って第１級アミノ化しておくことが好ましい。

　アミノ化の部分はヘパリン中の全アミノ基の内、第１
級アミノ基が５％ｍｏ４２以上１５％ｍｏｊ２以下にな
るようにしておくのがよい。　その理由は少ないと共有
結合量が低下するし、多いとヘパリン活性が低下するか
らである。　上述の一部脱Ｎ−硫酸化ヘパリンの作製に
ついては実施例にて詳述する。

次に、上述したように得た第１級アミノ基を有する基材
と、−即脱Ｎ−硫酸化して第１級アミン化したヘパリン
との固定について述べる。

基材とヘパリンとの上記固定は両者の第１級アミノ基を
、少なくとも２つのアルデヒド基を有する化合物を用い
、第１級アミノ基とアルデヒド基の反応により結合する
。　このようなアルデヒド化合物としては、グルタルア
ルデヒドなどを挙げることができる。

このように、第１級アミノ基を有する基材にＮ−硫酸の
一部を脱硫酸化して第１級アミノ化したヘパリンを固定
した医療用材料は、ヘパリンの抗血栓性を利用した抗血
栓性材料であり、これは種々の医療器具、例えば、カテ
ーテル、人工心臓などに用いることができる。　特に、
ガス交換膜として多数の細孔を有する多孔質膜（たとえ
ば中空糸）を上記のごとく処理すれば、抗血栓性を有す
る中空糸が得られ、上記多孔質膜（たとえば中空糸）を
人工肺に用いれば、抗血栓性のすぐれた人工肺が得られ
る。

また、人工肺に用いる多孔質膜の細孔中には予め細孔よ
り小径の微粒子を充填しておくのがよい。　その理由は
、ガス交換膜が多孔質で疎水性であることから、ガス交
換膜に均一にポリマーをコーティングすることができず
、このため抗血栓性が十分に発揮できない、またヘパリ
ンの固定により膜が親水化するため、長時間循環時に細
孔からの血漿の漏れが生じてくることがあるからである
。

多孔質膜への微粒子の充填については特開昭６２−６４
３７４号に記載されているようにするとよい。　ここで
は簡潔に述べる。

多孔質膜にこの細孔よりも小径の微粒子の分散液をちょ
うど細孔内に微粒子が目詰りするように流す。

該微粒子の材質としては、シリカ、アルミナ、ジルコニ
ア、マグネシア、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、ケイ
酸塩、酸化チタン、シリコンカーバイト、カーボンブラ
ック、ホワイトカーボン等の無機物質、あるいは、ポリ
スチレンラテックス、スチレンゴム（ＳＢＲ）ラテック
ス、ニトリルゴム（Ｎ　Ｂ　Ｒ）ラテックス等の高分子
ラテックスなどが用いられ得るが、特にシリカが望まし
い。　また、該微粒子の平均直径は０．００３〜１．０
μｍ、好ましくは０．００３〜０．５μｍ程度のもので
ある。

該微粒子は、分散液とされて、該ガス交換膜にかけられ
る。　分散媒としては、該微粒子および該ガス交換膜に
対して安定なものであればいずれを用いても良いが、た
とえば水、アルコール類等が用いられる。　　しかしな
がら分散媒が水である場合には、該ガス交換膜が疎水性
の場合は、分散液を流す前にエタノール、イソプロパツ
ール等のアルコール類を該ガス交換膜の表面に接触させ
てガス交換膜の表面を親水化させておくことが必要であ
る。

ガス交換膜が中空糸の場合には、中空糸の内部から適当
に加圧した微粒子分散液を通過させると、微粒子の充填
が好適になされる。

〈実施例〉以下に本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。

■、基材へのアミノ基の導入（実施例１）キトサンをギ酸に溶解させ、１％Ｗ／Ｖｓｏｌｎを作製
した。　　これをテフロンシートで作製した浅いバット
上にキャストし、ドラフト内にて、室温で２日間乾燥し
、乾燥した後、テフロンシートから注意深く剥離し、キ
トサン膜を作製した。　その後１％デナコール■（ヤナ
セ化成：ＭＷ１．ｏｏｏ）（両端にエポキシ基の付いた
ポリエチレングリコール）ｐＨ１０，０１００ｍＭ炭酸
Ｂｕｆｆｅｒ中に室温にて３ｈｒ浸漬し、キトサンを部
分架橋させ、不溶化キトサン膜を作製した。

（実施例２）ジュラガード■（ポリプラスチック■製ＰＰマイクロポ
ーラス膜）を０．４！　ＫＭｎＯ４／Ｃ０ｎＣＨ２５Ｏ
，に５ｍ１ｎ浸漬し表面を一５Ｏ３による親水化を行な
った。　よく水洗した後、０．１％ＰＥＩ水溶液（ｐＨ
１０）に４５℃２ｈｒ浸漬し、ポリエチレンイミン（Ｐ
ＥＩ）を固定化した。

（実施例３） γ−アミノプロピルエトキシシランをエタノールに溶解
させ１％溶液を作製した。　スライドグラスを中性洗剤
でたんわんに洗浄した後、乾燥し、続いて上記シランカ
ップリング剤に浸漬デツピングした後、６０℃オープン
中で２ｈｒ反応させ、ＮＨ２を導入した。

ＩＩ　、一部Ｎ−脱脱硫酸化ヘリリン作製（実施例４）市販のヘパリンを蒸留水にとかし、１０％ヘパリン溶液
を作製した。　このヘパリン溶液１０ｍｕに５．５ＮＨ
２Ｓ０４０　、　４　ｍ　１１を加え、９５℃にて反応
させ、経時的にサンプリングし、その第１級アミノ基量
の増加をニンヒドリン法（注１）、ヘパリン活性のうち
抗ＦＸ、活性、抗Ｆ　１１　、活性について、Ｓ−２・
２２２およびＳ−２２３８を用いた合成基質法で測定し
た。　結果を第１図に示す。

また文献上、ヘパリン中の全スルホアミノ基を脱硫酸化
するとされる条件（２％ヘパリン０．０４ＮＨＣＪ２９
Ｓ℃）にて反応を行ない、経時的な第１級アミノ基量の
増加を同様に測定した。　結果を第２図に示す。

第２図より全スルホアミノ基をアミノ基に変換した際、
ニンヒドリン法では０．９μｍ　ｏ　ｆＬ　／　１０　
ｍ　ｇのアミノ基量を示す（点線矢印）。

一方、第１図ではアミノ基の増加に比例してヘパリン活
性の低下が示され、ヘパリンのＮ−硫酸の過度な脱硫酸
は好ましくなく、ヘパリン活性をある程度維持するには
第２図の全スルホアミノ基に変換した時のアミノ基の値
と第１図のアミノ基の値からヘパリン中のアミノ基は−
Ｎ硫酸中１０〜２０％にとどめておくのが好ましい。　
したがって、以下の実施例では１５ｍ１ｎの反応で得ら
れたアミノ化ヘパリンを用いることにした。

Ｈｌｔ）ニンヒドリン試薬：ニンヒドリン２ｇ１　トヒ
ドリンダンチン０．３ｇをメチルセロソルブ７５ｍ、Ｑ
に溶かし、４Ｎ酢酸ナトリウム（ｐＨ５，５）を２５ｍ
Ａ加える。

検体０．７５ｍｆｌにニンヒドリン試薬０．５ｍｆＬを
加え、沸騰水中で１５分間加熱する。

急冷した後２５％エタノール５ｍｕを加え、５７０ｎｍ
で吸光度を測定する。　　アミノ基の定量はロイシンの
発色度として数値化する。

ＩＩＩ　、基材へのヘパリンの固定（実施例５）実施例１〜３で得た基材について、実施例４で得た部分
アミノ化ヘパリンの０．５％溶液（ｐＨ４，０１００ｍ
Ｍ酢酸バッファー）に４５℃にて２ｈｒ浸漬した後、２
．５％グルタルアルデヒドロＨ４，０酢酸バツフアー中
に一夜室温に放置した。　続いて１％ＮａＢＨ４ｐＨ９
，０ホウ酸バツフアーに室温３ｈｒ浸漬し、還元し、ヘ
パリン固定膜を得た（各々、試料Ａ％　Ｂ、Ｃとする）
。

一方実施例１〜３で得た基材について部分アミノ化しな
いヘパリンにて同様の処理をした膜を作製した（各々試
料り、ＥＳ　Ｆとする）。

Ａ〜Ｆについて０．０４％トルイジンブルーにて染色し
たところ、Ａ−Ｃは赤紫色に染色されたが、Ｄ−Ｆはほ
とんど染色されなかった。

（実施例６）内径１　、　４　ｍ／　ｍのＰＥ（ポリエチレン）チュ
ーブ内面に０．４零にＭｎＯ４／Ｃ０ｎｃ　）＋２５０
４を２ｍ１ｎ保持した後、水洗し、ＰＥを親水化した。

　この親水化ＰＨに実施例１のキトサンで内面をコーテ
ィングし、同様に不溶化させた。

また親木化ＰＥに実施例２と同様にＰＥＩを固定化した
。　上記２試料について実施例５にしたがい、部分アミ
ン化ヘパリンを固定した（各々試料Ｇ、Ｈとする）。

この２試料について表面抗トロンビン活性を合成基質Ｓ
−２２３８により測定した。

具体的な方法は、ヘパリン固定チューブを５６ｃｍに切
断し、トロンビン０〜１０Ｕ／ｃｃ（４％Ａ、ｆｆｂ生
食溶液）を０．５ｍＡ注入し、１５ｍ１ｎロータリーミ
キサーで内面と接触させる。　その後、内液のトロンビ
ン濃度を測定し、内面吸着トロンビン量を算出する。

トロンビン吸着チューブは生食で洗浄液０．６ｍ　Ｍ　
Ｓ−２２３８１、０ｍ　ｆｌを２　ｍ　ＩＩ　／　ｍ　
ｉ　ｎでチューブ内を流し、チューブから出てきた液は
５０％酢酸０．２ｍｊＺ中に滴下し反応を止める。　そ
の反応液の吸光度を測定し、内面吸着トロンビン量に対
するＳ−２２３８の発色性の検１線を作成する。

次に、トロンビンを吸着させたチューブにＡＴ　ＩＩＩ
　　Ｉ　Ｕ　／　ｃ　ｃを入れ、インキュベーションし
た後、同様にＳ−２２３８を内面残存トロンビンで発色
させ、その発色度と検量線より内面残存トロンビンを算
出する。

Ａ　Ｔ　ＩＩＩのインキュベーション時間を変化させた
時の内面残存トロンビン愈の変化が第３図である。

以上よりＡ　Ｔ　ＩＩＩによりトロンビンは失活した。

なお、実施例３は基材がガラスであるため測定が困難で
あり、測定しなかった。

ＩＶ　、人工肺の調製（実施例７）マイクロポーラスＰＰホローファイバー（内径２００ｍ
ｍ、空孔率５０％、平均細孔径８００人）を用いた０、
８Ｍ２の人工肺内に０．１％キトサン／ギ酸溶液を注入
し、ガスポートをアスピレータ−で吸引しながら、血液
ボートより空気を吹送し、キトサンをファイバー内面に
コーティングした。　続いて実施例１と同様にキトサン
を不溶化した後、乾燥した。　これを再度行ない、キト
サン膜をコートした。

（実施例８）０．１％ＰＥＩ溶液（ｐＨ１０，０）を０．８Ｍ２のマ
イクロポーラスＰＰファイバー人工肺内に注入し、４５
℃２ｈｒ漫潰し表面をＰＥＩ化した。

（実施例９）実施例７で用いたホローファイバー（中空糸）を用いた
人工肺に、平均直径１３５人のシリカを水に分散させた
分散液を６００ｍｊ２通過させてシリカを中空糸の細孔
に充填した。

この人工肺に実施例７と同様の処理を施した。

（実施例１０）実施例９と同様にして人工肺の中空糸の細孔にシリカを
充填した。

この後実施例８と同様の処理を施した。

■１人工肺へのヘパリンの固定と抗血栓性（実施例１１
）実施例７〜１０について実施例４と同様部分アミノ化ヘ
パリンを固定した（各々人工肺をＩ、Ｊ、に、Ｌとする
）。

各々の人工肺について雑犬２０Ｋｇの大腿動静脈Ａ−Ｖ
シャントを行ない抗血栓性を評価した。　比較はｂｌａ
ｎｋ人工肺である。

ｂｌａｎｋ人工肺では２ｈｒで人工肺が閉塞したのに対
しＩでは４ｈｒ、Ｊでは５ｈｒで閉塞に、Ｌでは６ｈｒ
後も流量の低下は生じなかった。

Ｖｌ　、人工肺の酸素化、脱炭酸ガスの測定（実施例１
２）人工肺Ｉ−Ｌについて酸素化、脱炭酸性能を測定した。

　その結果を表１および表２に示す。

表１０２ｔｒａｎｓｆｅｒ（Ｖ／Ｑｉ）　（ｍｕ　／＋ｎｉｎ）表２ＣＯ２ｔｒａｎｓｆｅｒ（Ｖ／Ｑ＝１）　（ｍｕ　／ｍ１ｎ）超マイクロポーラス”にするため、コーティングも均一
に、しかも薄膜で均一膜ができる。

したがってＫでは■にくらベコ−ティング方法も簡便で
しかもガス交換性能も高くなる。　Ｌではコーティング
が均一になるため、６ｈｒでも詰まらない。

実施例１１．１２の結果は以下のように考察される。

Ｉ％Ｊでは、コーティングすることにより閉塞時間の延
長がみられる。　ただし！ではキトサンのコーティング
が部分的に厚くなり流路が細くなる所があったり、コー
ティングできてない所がある。　したがってガス交換性
能は低下する。　Ｊではコーティングむらのため、５ｈ
ｒでつまる。　ガス交換性能についてはコーティング膜
厚はたいへん薄く、均一膜にならないので低下しない。

Ｋ、Ｌでは、マイクロポーラスを“親水性の〈発明の効
果〉本発明においては、予め基材に官能基好ましくは第１級
アミノ基を導入し、またヘパリンも部分的にＮ−硫酸部
位を脱硫酸化して第１級アミノ化し、これらの基材およ
びヘパリンの第１級アミノ基量士をアルデヒド基を有す
る化合物を介して結合することにより、ヘパリンを基材
に固定しているために、得られる医療用材料これを用い
た人工肺のような医療用器具における抗血栓性が著しく
改良され、長時間の使用に耐えられるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図はヘパリンのＮ−硫酸部位の脱硫酸化とヘパリン
の抗ＦＸ、、抗Ｆ　Ｉｆ　、の活性の変化を示すグラフ
である。第２図はヘパリンのＮ−硫酸部位の脱硫酸化による第１
級アミノ基量がニンヒドリン法でどのくらいの値を示す
かを明らかにしたグラフである。第３図は実施例６で得られた試料（医療用材料）の表面
ヘパリン活性を示すグラフである。ＦＩＧ、１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基材上にヘパリンが固定されてなる医療用材料で
あって、基材上に導入された官能基と、ヘパリンの第１級アミノ
基とが、直接、またはカップリング剤を介して共有結合
していることを特徴とする医療用材料。
（２）官能基が第１級アミノ基である請求項１記載の医
療用材料。
（３）ヘパリンはＮ−硫酸の一部が脱硫酸して第１級ア
ミノ化されたものである請求項１記載の医療用材料。
（４）抗血栓性材料として用いられるものである請求項
１ないし３のいずれかに記載の医療用材料。
（５）少なくとも血液と接触する部分が請求項１ないし
４のいずれかに記載の医療用材料から形成されてなる医
療用器具。
（６）少なくとも血液と接触する部分が請求項１ないし
４のいずれかに記載の医療用材料から形成されてなる中
空糸。
（７）（ａ）基材上に官能基を導入し、（ｂ）この官能基と、ヘパリンの第１級アミノ基とを、
直接、またはカップリング剤を介して共有結合させる、ことを特徴とする医療用材料の製法。
（８）（ａ）工程は、基材上に、第１級アミノ基を有す
る化合物を化学的に結合させるか、または被覆すること
により行う請求項７記載の製法。
（９）（ｂ）工程は、官能基に、ヘパリンのＮ−硫酸の
一部を脱硫酸化して第１級アミノ化したヘパリンを直接
、またはカップリング剤を介して共有結合させることに
より行う請求項７または８記載の製法。
（１０）カップリング剤が少なくとも二つのアルデヒド
基を有する化合物である請求項７ないし９のいずれかに
記載の製法。
（１１）少なくとも二つのアルデヒド基を有する化合物
がグルタルアルデヒドである請求項１０記載の製法。
（１２）医療用器具を構成する基材の血液との接触面に
、請求項７ないし１１のいずれかに記載の（ａ）工程お
よび（ｂ）工程を施すことにより、前記接触面に抗血栓
性を付与する工程を含むことを特徴とする医療用器具の
製法。
（１３）ガス交換膜として多数の細孔を有する多孔質膜
を用いた人工肺において、血液流通面が請求項１ないし４のいずれかに記載の医療
用材料で形成されていることを特徴とする人工肺。
（１４）前記多孔質膜の細孔中には該細孔より小径の微
粒子が多数充填されていることを特徴とする請求項１３
記載の人工肺。
（１５）前記微粒子がシリカである請求項１４記載の人
工肺。
（１６）ガス交換膜として使用される多数の細孔を有す
る多孔質膜の血液流通面を基材として、請求項７ないし
１１のいずれかに記載の（ａ）工程および（ｂ）工程を
施すことを特徴とする人工肺の製法。