JPH06134029A - ヒドロゲル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 主として重合性の親水性モノマー、Ｎ−メチ
ロールアクリルアミドおよび架橋剤を重合させて得られ
る共重合体からなり、引張破壊強度と引張弾性率の比
（引張破壊強度／引張弾性率）が２以上であり、引張破
壊伸びと引張弾性率の比（引張破壊伸び／引張弾性率）
が３以上であるヒドロゲル。 【効果】 本発明のヒドロゲルは柔軟性および耐久性に
優れており、生体組織と接触しても不快感、異物感が非
常に少なく、各種医療用材料として有用である。このよ
うなヒドロゲルからは、装用感および取扱い性に優れた
ソフトコンタクトレンズが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒドロゲルに関する。本
発明により提供されるヒドロゲルは、柔軟性および耐久
性に優れているので、生体組織と接触する各種医療用材
料、例えば、ソフトコンタクトレンズ、眼内レンズ、創
傷被覆材、カテーテル、人工血管、貼付剤の基材などの
材料として有用である。

【０００２】

【従来の技術】近年、高分子化合物が医療用材料として
幅広く活用されるようになってきた。中でもヒドロゲル
は水を含有しているので生体に対する親和性が優れてお
り、生体組織と接触しても比較的刺激が少なく、不快
感、異物感あるいは痛みなどが少ないという利点を有し
ている。

【０００３】従来、ヒドロゲルの主成分として２−ヒド
ロキシエチルメタクリレートの重合体が広く使用されて
きたが、このヒドロゲルは、含水率が最高でも４０％ま
でにしかならず、高含水率のものが得られないため、生
体に対する親和性が十分ではなかった。生体に対する親
和性および物質透過性をさらに向上させることを目的と
して、Ｎ−ビニルピロリドン、メタクリル酸およびアク
リル酸などの親水性に優れたモノマーの共重合体を主成
分とする高含水率のヒドロゲルが開発されたが、機械的
強度が低いという欠点を有していた。

【０００４】この欠点を改良するため、種々の試みが行
なわれている。例えば、特開昭６１−１６６５１６号公
報には、ジメチルアクリルアミド、疎水性モノメタクリ
レートおよび架橋剤の共重合体からなり、６０％以上の
高含水率と、高い機械的強度を有するソフトコンタクト
レンズ材料が記載されており、また特開平２−１７６６
２４号公報には、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ
−ジアルキル（メタ）アクリルアミド、フッ素置換基お
よび／またはシロキサン結合を有する炭化水素基含有
（メタ）アクリレート、水酸基を１以上含み、場合によ
り鎖内エーテル結合を有する炭化水素基含有（メタ）ア
クリレートおよび分子内に２以上の（メタ）アクリル基
を含むモノマーの共重合体からなり、５０〜７０％の高
含水率を有し、機械的強度が高くかつ形状保持性にも優
れたソフトコンタクトレンズ材料が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来は、高強度のヒド
ロゲルを得ようとするとゲルの柔軟性が低下してしま
い、生体に対する親和性が損なわれていた。上記の特開
昭６１−１６６５１６号公報および特開平２−１７６６
２４号公報に記載されている高含水率のソフトコンタク
トレンズ材料の場合も、機械的強度において実用上問題
ない程度に改善されてはいるが、柔軟性が十分ではな
く、取扱い方によっては破損しやすく、装用感も満足し
得るものではない。

【０００６】本発明の目的は、柔軟性および耐久性に優
れたヒドロゲルを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的は、主として重合性の親水性モノマー、Ｎ−メチロ
ールアクリルアミドおよび架橋剤を重合させて得られる
共重合体からなり、引張破壊強度と引張弾性率の比（引
張破壊強度／引張弾性率）が２以上であり、引張破壊伸
びと引張弾性率の比（引張破壊伸び／引張弾性率）が３
以上であるヒドロゲルを提供することにより達成され
る。

【０００８】主として重合性の親水性モノマー、Ｎ−メ
チロールアクリルアミドおよび架橋剤が重合開始剤の存
在下で反応して得られる共重合体は、それら原料モノマ
ーから誘導される構造単位よりなり、その構造単位が共
重合体において生じる割合は、原料モノマーの使用割合
に応じて決まる。

【０００９】重合性の親水性モノマーとしては、例え
ば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル
酸、マレイン酸、ケイ皮酸、α−フルオロアクリル酸な
どの不飽和カルボン酸；２−ヒドロキシプロピル（メ
タ）アクリレート、２，３−ジヒドロキシプロピル（メ
タ）アクリレートなどの（ポリ）ヒドロキシアルキル
（メタ）アクリレート；グリシジル（メタ）アクリレー
ト、ジエチレングリコール（メタ）アクリレートなどの
アルキレンオキシド（メタ）アクリレート；Ｎ−ビニル
−２−ピペリドン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、Ｎ−
ビニル−２−カプロラクタム、Ｎ−ビニル−３−メチル
−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−３−メチル−２−ピペ
リドン、Ｎ−ビニル−３−メチル−２−カプロラクタ
ム、Ｎ−ビニル−４−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビ
ニル−４−メチル−２−ピペリドン、Ｎ−ビニル−４−
メチル−２−カプロラクタム、Ｎ−ビニル−５−メチル
−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−５−メチル−２−ピペ
リドン、Ｎ−ビニル−３−エチル−２−ピロリドン、Ｎ
−ビニル−４，５−ジメチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビ
ニル−５，５−ジメチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル
−３，３，５−トリメチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニ
ル−５−メチル−５−エチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビ
ニル−３，４，５−トリメチル−３−エチル−２−ピロ
リドン、Ｎ−ビニル−６−メチル−２−ピペリドン、Ｎ
−ビニル−６−エチル−２−ピペリドン、Ｎ−ビニル−
３，５−ジメチル−２−ピペリドン、Ｎ−ビニル−４，
４−ジメチル−２−ピペリドン、Ｎ−ビニル−７−メチ
ル−２−カプロラクタム、Ｎ−ビニル−７−エチル−２
−カプロラクタム、Ｎ−ビニル−３，５−ジメチル−２
−カプロラクタム、Ｎ−ビニル−４，６−ジメチル−２
−カプロラクタム、Ｎ−ビニル−３，５，７−トリメチ
ル−２−カプロラクタムなどのＮ−ビニルラクタムが挙
げられる。これらの重合性の親水性モノマーは、単独ま
たは２種類以上の組合わせで用いることができる。

【００１０】Ｎ−メチロールアクリルアミドはヒドロゲ
ルの機械的強度を低下させることなく、柔軟性を発現さ
せる。ヒドロゲルを構成する共重合体において、Ｎ−メ
チロールアクリルアミドから誘導される構造単位が占め
る割合が５重量％以下であると、ヒドロゲルに柔軟性が
十分に発現しない場合があり、該割合が１５重量％以上
となると、使用する親水性モノマーの種類によってはＮ
−メチロールアクリルアミドが該モノマーに完全に溶解
しない場合が生じてくるので、Ｎ−メチロールアクリル
アミドから誘導される構造単位が占める割合は５〜１５
重量％が好ましい。

【００１１】架橋剤を使用することにより、ヒドロゲル
に形状安定性や機械的強度を付与することができる。架
橋剤としては、多官能性モノマーを用いる。例えば、エ
チレングリコールジメタクリレート、エチレングリコー
ルジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリ
レート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、
２，２’−ビス［ｐ−（γ−メタクリロキシ−β−ヒド
ロキシプロポキシ）フェニル］プロパン、メチレンビス
メタクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、アリ
ル（メタ）アクリレート、ビニル（メタ）アクリレー
ト、シアヌル酸トリアリルなどが挙げられる。架橋度が
高いとヒドロゲルの含水率が低下して硬くなり、また架
橋度が低いとヒドロゲルの形状安定性および機械的強度
が劣る傾向に有る。したがって、上記共重合体を製造す
るに際し、架橋剤は原料モノマーの合計量に対して０．
５〜５重量％使用するのが好ましい。

【００１２】ヒドロゲルの機械的強度が十分でない場
合、疎水性モノマーを共重合させることにより、ヒドロ
ゲルの機械的強度を向上させることが可能である。親水
性モノマーとしてＮ−ビニルラクタムのように親水性が
高いモノマーを使用する場合には、ヒドロゲルの機械的
強度が低下する傾向にあるので、疎水性モノマーを共重
合させるのが好ましい。疎水性モノマーとしては、メチ
ルメタクリレートなどのアルキル（メタ）アクリレー
ト、酢酸ビニルに代表される有機酸ビニル、イタコン酸
エステル、フマル酸エステル、スチレンなどが使用でき
る。さらに、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリ
レート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルメタ
クリレート、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロ
ブチルメタクリレート、２，２，３，３，４，４，５，
５−オクタフルオロペンチルメタクリレート、フルオロ
スチレン、フルオロスルホンアミド、フッ素置換基含有
イタコン酸エステルなどのフッ素を含有した疎水性モノ
マーを共重合させることで、より良好な機械的強度を有
したヒドロゲルを得ることができる。これらの疎水性モ
ノマーは、単独または２種類以上の組合わせで用いるこ
とができる。

【００１３】上記の重合開始剤としては、ベンゾイルパ
ーオキサイド、２，２’−アゾビスイソブチロニトリ
ル、２，２’−アゾビスメチルイソブチレート、２，
２’−アゾビスジメチルバレロニトリルなどが使用でき
る。重合開始剤は原料モノマーの合計量に対して０．０
１〜５重量％使用するのが好ましい。

【００１４】加熱重合を行う場合は、温度制御が容易な
恒温水槽または熱風循環式乾燥器中にて行うのが好まし
い。加熱重合以外に光重合、放射線重合などの重合方法
を採用してもよい。いずれの重合方法を採用した場合
も、共重合体の重合歪みを除去するため、重合終了後に
８０〜１２０℃で数時間、加熱処理を行うことができ
る。

【００１５】重合方法としては、例えば、原料モノマー
を適当な鋳型の中に入れて重合させる方法、または原料
モノマーに成型物を浸漬してから取出した後、成型物表
面に付着した原料モノマーを重合させる方法が採用され
る。前者の方法は、ソフトコンタクトレンズなどの製造
に適しており、重合後、共重合体を適当な形状にスライ
スした後、蒸留水または生理食塩水などの適当な水溶液
に浸漬して水和膨潤させる。後者の方法は、カテーテル
などの表面被覆に適しており、重合後、表面被覆した成
型物を蒸留水または生理食塩水などの適当な水溶液に浸
漬して、表面を水和膨潤させる。

【００１６】ヒドロゲルの柔軟性は引張破壊伸びと引張
弾性率とのバランスによって評価することができる。す
なわち、引張破壊伸びが低く引張弾性率が高いヒドロゲ
ルは、柔軟性に乏しく非常に変形しにくい素材であり、
生体との親和性に劣る。一方、引張破壊伸びが高く引張
弾性率が低いヒドロゲルは柔軟性に優れた素材であり、
生体に対する親和性に優れている。そこで、本願明細書
においては、柔軟性を表す指数（柔軟度指数）として、
引張破壊伸び（％）と引張弾性率（ｇ／mm²）の比（引
張破壊伸び／引張弾性率）を使用する。さらにヒドロゲ
ルは耐久性の観点から、機械的強度ばかりでなく柔軟性
も併せ持つことが必要とされる。そこで、ヒドロゲルの
機械的強度と柔軟性のいずれをも表す指数（強度指数）
として、引張破壊強度（ｇ／mm²）と引張弾性率（ｇ／m
m²）の比（引張破壊強度／引張弾性率）を使用する。柔
軟性および耐久性に優れ、かつ生体組織と接触しても刺
激が少なく、不快感、異物感が非常に少ないヒドロゲル
を得るためには、柔軟度指数が３以上であり、強度指数
が２以上であることが必要である。

【００１７】本発明のヒドロゲルをソフトコンタクトレ
ンズ材料として使用する場合、引張弾性率が非常に低い
ヒドロゲルではレンズの形状を保持できず、装用が不可
能となる。一方、引張弾性率が高いヒドロゲルでは装用
感が非常に悪くなり、さらに、レンズの取扱い時にレン
ズが二つ折りにされると、レンズに折り目が残り、使用
不能となる。したがって、ソフトコンタクトレンズ材料
として使用する場合には、ヒドロゲルの引張弾性率が２
０〜２５０ｇ／mm²のものが好ましく、５０〜１５０ｇ
／mm²のものがより好ましい。

【００１８】上記の柔軟度指数、強度指数および引張弾
性率を満足したヒドロゲルから作製されるソフトコンタ
クトレンズは、装用感が非常に良好でかつ耐久性にも優
れている。

【００１９】

【実施例】本発明を実施例により具体的に説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２０】実施例１〜８ 表１に示した実施例１〜８の各組成物１０．０ｇと、重
合開始剤として２，２’−アゾビスジメチルバレロニト
リル０．０２ｇとを混合した後、ポリプロピレン製試験
管に入れ、窒素置換後、密封した。これを４０℃の恒温
水槽中に２４時間浸漬した。次いで、５０℃の恒温水槽
中に２４時間浸漬した後、６０℃の恒温水槽中に移して
５時間、さらに８０℃の恒温水槽中に２時間、最後に１
００℃の恒温水槽中に１時間放置した。冷却後、試験管
から共重合体を取り出して、直径１５mm、厚さ０．２mm
になるように切断してフィルム状のサンプルを得た。こ
のフィルムを蒸留水中に浸漬することで、良好な透明性
を有しているヒドロゲルを得た。

【００２１】上記の方法で得たヒドロゲルについて、下
記の試験方法に従って含水率、引張破壊強度、引張破壊
伸び、引張弾性率を測定した。 含水率：含水膨潤時のヒドロゲルの重量（Ｗa）および
脱水乾燥時の重量（Ｗb）を測定し、下記の式により含
水率を計算した。 含水率（重量％）＝［（Ｗa−Ｗb）／Ｗa］×１００

【００２２】引張破壊強度、引張破壊伸び、引張弾性
率：ヒドロゲルの長さ１０mm、厚さ０．３mm、幅２mmの
短冊状の平板を試験片とし、島津製作所製オートグラフ
ＩＭ−１００型を用いて引張試験を行なった。該試験片
の両端を試験機のつかみ具に固定し、２５℃の蒸留水
中、５０mm／分の速度で試験片が破断するまで引張り、
破断時の応力を引張破壊強度、破断時の試験片の伸び率
を引張破壊伸びとした。引張弾性率は、引張試験より得
られた引張応力−ひずみ曲線の変形開始点の接線の傾斜
より算出した。

【００２３】上記の方法で測定された、それぞれのヒド
ロゲルの物性値を表２に示す。いずれのヒドロゲルも、
強度指数は２以上であり、柔軟度指数は３以上であっ
た。

【００２４】比較例１〜６ 表１に示した比較例１〜６の各組成物を用いて、実施例
１におけると同様の方法でヒドロゲルを調製し、測定し
た物性値を合わせて表２に示す。この結果より、Ｎ−メ
チロールアクリルアミドを含有していないヒドロゲル
は、強度指数が２以下であり、柔軟度指数が３以下であ
った。

【００２５】比較例７ 表１に示した比較例７の組成物を用いて、実施例１にお
けると同様の方法でヒドロゲルを調製し、測定した物性
値を合わせて表２に示す。この結果より、Ｎ−メチロー
ルアクリルアミドの代わりにジメチルアクリルアミドを
使用したヒドロゲルは、強度指数が２以上ではあるが、
柔軟度指数が３以下であり、実施例１〜８で得られたヒ
ドロゲルに比べ脆いものであった。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】試験例１ 実施例８で得られた共重合体を、直径１５mm、厚さ１０
mmになるように切断し、これを通常の加工技術によりコ
ンタクトレンズの形状に切削、研摩した。該共重合体の
切削性、研摩性はともに良好であった。次いでこのレン
ズを生理食塩水に２４時間浸漬して十分に膨潤させるこ
とにより、ベースカーブ８．７mm、パワー −１．０ジ
オプトリー、直径１３．５mmで光学的に問題のないソフ
トコンタクトレンズを得た。このソフトコンタクトレン
ズをオートクレーブ滅菌後、家兎眼にて装用試験を行な
った。装用試験は朝１０時にレンズを装用させ、夕方６
時にレンズをはずすという１日８時間の終日装用を１ヶ
月間行なった。レンズ装用時、レンズを指の上にのせた
際、レンズは自立しており装用も容易であった。レンズ
装用による副作用は観察されず、装用感が良好なレンズ
であると判断した。また、レンズの脱着も容易であり、
脱着の際におけるレンズの変形も単時間で復元した。手
こすりによる洗浄により、レンズが破損することもなか
った。さらに、１ヶ月間装用した後も、レンズの形状
（ベースカーブ、パワー、直径）には全く変化が見られ
ず、外観も無色透明であった。

【００２９】比較のために、実施例８で得られた共重合
体の代わりに比較例５で得られた共重合体を使用して、
上記と同様にコンタクトレンズを作製し、装用試験を行
なった。比較例５で得られた共重合体から作製されたレ
ンズは柔軟性が劣っており、レンズを脱着する際にレン
ズを二つ折りにするとレンズに折り目が残り、光学的な
問題が生じた。さらに、折り目よりレンズが破損する例
が観察され、耐久性に問題があった。

【００３０】

【発明の効果】本発明のヒドロゲルは柔軟性および耐久
性に優れており、生体組織と接触しても不快感、異物感
が非常に少ない。このようなヒドロゲルからは、装用感
および取扱い性に優れたソフトコンタクトレンズが得ら
れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｃ 7/04

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主として重合性の親水性モノマー、Ｎ−
   メチロールアクリルアミドおよび架橋剤を重合させて得
   られる共重合体からなり、引張破壊強度と引張弾性率の
   比（引張破壊強度／引張弾性率）が２以上であり、引張
   破壊伸びと引張弾性率の比（引張破壊伸び／引張弾性
   率）が３以上であるヒドロゲル。