JPS5915326B2 - 抗血液凝固性アクリロニトリル系重合体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アクリロニトリル系重合体をヘパリン化して
抗血液凝固性アクリロニトリル系重合体フ５ を製造す
る方法に関する。

現在医用分野において用いられている高分子材料の主た
る問題点の一つに抗血液凝固性があり、この抗血液凝固
性を向上させる方法として、材料にへパリンを固定する
ことが広く試みられている。

ノ０ たとえば、ジー ・シユマー等は、トランザクシ
ヨンズアメリカンソサイエテイフオアアーテイフイシア
ルインターナルオーガンズ、２２巻、６５４頁（１９７
６年）にセルロース膜をシアン化臭素で処理してへパリ
ンを固定する、共有結合によるノ５ へパリン固定化を
提案しているが、この方法ではヘパリン固定量が少なく
抗血液凝固性が不充分であり、更にシアン化臭素のよう
な毒性の強い物質を使う関係上安全性に問題がある。一
方人工腎臓用の素材として、アクリロニトリル（以下、
ＡＮと略す）系重合体が注目されている。

従来から人工腎臓用材料として使用されている銅アンモ
ニアレーヨンに比較してこのＡＮ系重合体は、限外瀘過
速度と中分子量溶質の透過性、及び強度がすぐれている
のが特徴とされ、今後人工腎臓以外の分野にも用途拡大
されるものと考えられている。このＡＮ系重合体を素材
とする場合にも、種々の抗血液凝固性向上の方法が試み
られている。たとえば特開昭５４−３４４１６号公報に
よれば、ＡＮとスルホン酸基またはその塩を有する共重
合性モノマーを共重合させることによつて、該素材に抗
血液凝固性を賦与する試みが示されている。然し乍ら、
単にスルホン酸またはスルホン酸基を導入しても、その
抗血液凝固性は必ずしも十分なものとは言い難い。本発
明者等は、天然の良好な抗凝血剤であるヘパリンとＡＮ
系重合体の結合物の開発をめざし鋭意研究を重ねた結果
、ＡＮ系重合体に過酸化水素一Ｆｅ′＋＋系或いは、セ
リウム塩等の重合開始剤の存在下、グリンジルアクリレ
ート（以下ＧＡと略す）またはグリシジルメタアクリレ
ート（以下ＧＭＡと略す）をグラフト重合し、該反応物
にヘパリンを反応させることによつて良好な医用材料が
得られることを見い出し、既に提案した（特願昭５５−
５１６０２）。

さらに種々の検討を重ねた結果、グラフト重合の際ＧＡ
及び、またはＧＭＡと同時に他の重合性ビニルモノマー
、例えばＮ−ビニルピロリドン、アクリルアミド、アク
リル酸等のビニルモノマーを存在させておけば、ＡＮ系
重合体にこれ等の共重合体がグラフトした特性の良好な
ものが出来ることが解つた。例えばＡＮ系重合体にＧＭ
ＡまたはＧＡの少なくとも何れか一方を必ず含む、２成
分以上の重合性ビニルモノマーを、過酸化水素−Ｆｅ＋
＋系、セリウム塩、または、２，２″−アゾビス（２−
アミジノプロパン）ハイドロクロライドのような重合開
始剤の存在下に反応させ、該反応によつて得られた反応
物をヘパリン溶液に浸漬してヘパリンを固定化すること
ができる。本発明の要旨とするところは、（ａ）、アク
リロニトリル系重合体と、（ｂ）、グリシジルアクリレ
ートおよびグリシジルメタアクリレートから選ばれた少
なくとも一つのビニルモノマーと、（ｃ）、（ｂ）のビ
ニルモノマー以外の他のビニルモノマーの少なくとも一
つとを、水系溶媒中で重合開始剤の存在下に反応させ、
該反応によつて得られた反応物にヘパリンを反応させる
ことを特徴とする抗血液凝固性アクリロニトリル系重合
体の製造方法にある。

本発明に用いられるＡＮ系重合体としては、ＡＮ含有量
が３０重量％は上あれば良い矛く、ＡＮ系重合体の特徴
を発現させるには、８０重量％以上のＡＮを含有してい
ることが望ましい。

ＡＮ系重合体中に含まれる共重合成分としては、アクリ
ル酸、アクリル酸メチル、アクリルアミド、イタコン酸
、塩化ビニル、スチレン、塩化ビニリデン、メタアクリ
ル酸メチル、アリルスルホン酸ソーダ等が使用できる。
ＡＮ系重合体の製造は通常工業的に実殉されている方法
、例えば水系懸濁重合、溶液重合等によつて製造するこ
とができる。

本発明に用いられるＧＡまたはＧＭＡは、グラフト重合
の開始と内蔵するエポキシ基によつてヘパリンを結合す
るために、使用するものであり、１分子内にビニル絨と
エポキシ基を同時に持つものであればＧＭＡまたはＧＡ
に限定されるのではないが、実用的にはＧＭＡ、または
ＧＡが良く、特に工業的な点からは取扱いやすいＧＭＡ
が望ましい。

本発明に用いられる重合性ビニルモノマーとしては、水
系溶媒中で硝酸第二セリウムアンモニウム、２−２アゾ
ビス（２−アミジノプ山マン）ハイドロクロライド、過
酸化水素一硫酸鉄等の重合開始剤の存在下で重合するも
のであれば良く、親水性であることが望ましい。

その理由は、グラフト重合後、ヘパリンを結合させるに
は、親水性である方がヘパリンの接近が容易であり反応
しやすいためである。然し乍ら、用途によつては親水性
の程度も異るから、適当な複数種のビニルモノマーの共
重合を考えてもよい。

このようなビニルモノマーとしては、アクリルアミド、
アクリル酸、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート、
アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｐ−スチレ
ンスルホン酸ソーダ、アクリル酸メチル、メタアクリル
酸メチル、酢酸ビニル、アリルスルホン酸ソーダ等があ
る。本発明のグラフト重合反応に用いる水系溶媒として
は水が望ましく、モノマーの溶解が不充分な時は、アセ
トン、アセトアミド、メチルエチルケトン、ジオキサン
、ＮＮ−ジメチルホルムアミド等の水親和性の良い有機
溶媒を添加することが出来る。

しかし反応後の洗浄の手間を考えれば水のみの方が好ま
しい。本発明のグラフト共重合に用いる重合開始剤の例
としては、硝酸第２セリウムアンモニウムに代表される
セリウム塩系開始剤、過酸化水素一硫酸第１鉄に代表さ
れる過酸化水素一金属塩系開始剤、及び２，２′−アゾ
ビス（２−アミジノプロパン）ハイドロクロライド等の
水溶液性アゾ化合物等が用いられるが、反応率、毒性等
を考慮すると、硝酸等２セリウムアンモニウム、過酸化
水素一硫酸第１鉄、２，２″−アゾビス（２−アミジノ
プロパン）ハイドロクロライド等が望ましい。

本発明に用いるＡＮ系重合体は、平膜、中空糸、繊維等
の如く成形されたものが望ましい。

その理由は、未成形品の場合反応溶媒が極めて限定され
ること、成形品への加工をヘパリン結合前にする場合は
、ＧＭＡまたはＧＡのエポキシ基が開環するおそれがあ
ること、また成形品への加工をヘパリン結合後にする場
合は、ヘパリン活性が低下しない条件を選ぶことが難か
しいこと、及び成形品の表面だけにヘパリンが結合して
いれば充分な場合でも、内部まで結合し極めて不経済で
あること等である。本発明の好ましい実帷態様の一つを
示すと、前記水系溶媒中に前記ビニルモノマーの１成分
以上と、ＧＭＡまたはＧＡを溶解する範囲で適当量加え
、これにＡＮ系重合体成形物、たとえば平膜を入れ、窒
素置換を行つて重合開始剤（硝酸第２セリウムアンモニ
ウムの場合は硝酸を少量添加）を加え、もう一度完全に
窒素置換を行つて、マグネチツクスターラ一等の攪拌具
による攪拌下に反応を開始させる。

反応系は予じめ所定の温度に調節しておく。ＡＮ系重合
体をＧＭＡまたはＧＡ及び重合性ビニルモノマーとの反
応における仕込比は、溶媒の２０℃付近における１重量
部当りを絨準にすると次のようになる。

ＡＮ重合体の量は、下限について特に制限はなく任意に
決めればよいが、上限は経験的にいつて４重量部迄可能
である。

ＧＭＡまたはＧＡの量は０．０００１〜０．０１２重量
部の範囲がよい。

下限はヘパリンの固定率から、また上限は溶解性などに
よつて決められる。ＧＭＡまたはＧＡ以外の重合性ビニ
ルモノマーの量は、０．０００５〜１２重量部の範囲が
妥当である。重合開始剤は過酸化水素、セリウム塩、２
，２″−アゾビス（２−アミジノプロパン）ハイドロク
ロライド等いづれにおいても溶媒１ｅに対して０．０１
〜５０ｍｍ０Ｉ，好ましくは０．０５〜５ｍｍ０１程度
がよい。

また、過酸化水素とセリウム塩に夫々添加する硫酸鉄及
び硝酸は大略夫々の主重合開始剤の１／５〜５倍程度で
ある。ＡＮ系重合体が中空糸であつて、その内面にグラ
フト重合しヘパリンを結合しようとする場合には、完全
に密閉可能な中空糸型人工腎臓と同一形態のモジユール
を作り、これに同じく密閉可能なフラスコから上記の反
応液を気密的に、例えばプラスチツクチユーブを用いて
ローラーポンプで導き、循環するようにして反応を行う
。

勿論、窒素置換、反応温度コントロール等は充分に行う
。反応温度は実質的な凍結温度より上で９０゜Ｃより下
の範囲で行いうるが、一般に温度が高すぎると反応が早
すぎてコントロール性がわるくなること、及びＧＭＡま
たはＧＡの開環が増加して、次の工程であるヘパリン結
合反応が低下する。より好ましい温度範囲は凍結点以上
６０℃以下程度である。反応時間は、温度、ビニルモノ
マーの量と種類、重合開始剤の種類と量等によつて変わ
るが、一般的には５分〜１０時間程度である。反応停止
はＡＮ系重合体を大量の水中に入れることによつて行い
得る。得られた反応物は引き続き充分に水洗して、次の
へパリンとの反応を行う。前記グラフト重合反応におけ
るグラフト率は式（１）によつて定義できる。

中空糸または平膜ではｌ〜１００％程度が望ましい。

グラフト率が低すぎるとヘパリンの結合量が少なくなり
、逆にグラフト率が高すぎるとゲル化によりかえつてヘ
パリン結合が少なくなることの他に、たとえば物質透過
膜としての用途であれば、物質透過性が過度に低下する
。例えば、血液透析用の膜としての用途を考えると、グ
ラフト率は一般に１〜１５％程度が望ましい。更に反応
表面の面積と、反応溶液との比は、モノマーからグラフ
ト鎖へ転換する割合いを示すグラフト効率にもよるが、
一般に低温程ホモポリマーの生成が遅く、Ｏ〜２０℃程
度であれば、反応表面の面積１ｃｒＡ当り０．１ｍ１（
約１％のモノマー仕込み溶液として）程度まで、反応溶
液量を下げることが可能である。

次に、上記のグラフト反応で得られたＡＮ系重合体への
ヘパリン固定法について述べる。

ＡＮ系重合体にグラフトしたビニル重合体中のＧＭＡま
たはＧＡのエポキシ？を出来るだけ有効に使い、＊この
ようにして、ヘパリンと固定されたＡＮ系重合体は、充
分に洗浄した後、アズールＡによつて染色するとメタク
ロマジ一を呈することからヘパリンの存在を確認できる
。かかる本発明の方法によつて得られたＡＮ系重合体は
、１ＡＮ系重合体にグラフト重合したビニルモノマー数
個及び数百個に１個の割合いでＧＡまたはＧＭＡが存在
する構造になつていると考えられ、ＧＭＡまたはＧＡＯ
）単独のグラフトに比してゲル化も少ないと考えられる
ので、大量に効率良くヘパリンを結合できる。

そのため抗血液凝固性も良好である。２ヘパリンの固定
にエポキシ基を用いているので極めて温和な条件で反応
が行なわれる。

これは生体物質であるヘパリンの活性維持の点で極めて
効果的である。３更に本発明の方法で固定したヘパリン
分子は、ＧＭＡまたはＧＡの存在比が少ないため分子当
りの結合点が少なく、このためにヘパリン活性が極めて
高いと考えられる。

従つて膜としての用途を考えた時、ＧＭＡまたはＧＡ単
独でグラフトした場合に比較して、同一＊且つヘパリン
をできるだけ大量に結合せしめるためには、ＧＭＡまた
はＧＡのエポキシ基の開環及びそれによるゲル化を防が
なければならない。

このためには上記グラフト反応後直ちに大量の水で洗浄
してヘパリンと接触させるのが好ましい。ヘパリンとの
反応における好ましい媒体は、該反応生成物及びヘパリ
ンに対し不活性であつて、且つヘパリンと溶解できるも
のであれば特に制限はないが、反応後の洗浄の手間を考
えると水が最も望ましい。反応温度としては、ヘパリン
の活性が失なわれない範囲で高い温度が望ましく、常温
〜９０℃、望ましくは３０度Ｃ〜７０℃であり、反応時
間は１時間〜５０時間程度である。反応効率を上げるた
めに、ピリジンあるいは酢酸等の触媒を添加することも
可能であるが、医用用途であることを考えると無触媒が
好ましい。結合するヘパリン量は式（２）に示すヘパリ
ン化率によつて表わされる。

のグラフト率でより高い活性のヘパリンを固定できるた
め、極めて優れた物質透過性を示すと言える。

次に本発明を更に具体的に説明するため実施例を示すが
その前に本発明の実施例における試験方法を示す。

（１）犬全血による凝固時間測定 リーホワイト法を平膜に適用したものである。

被検試料膜を２５％食塩水５００ｍ１に約１グラムの割
合いで、１０時間浸漬する操作を食塩水を取りかえて２
回繰り返す。その後充分に生理食塩水で洗浄し、これを
肉厚ガラス板上にのせて、中央に２．０？φの孔をあけ
た厚み５ｍ７１Ｌのシリコーンガスケツトで押さえ、更
に同一サイズの孔を有するガラス板で上から押さえて締
めつける。次に犬の頚静脈から最初の０，５ｍ１を流し
すてた後、注射筒のみをとりかえ５ｍ１の血液を採取し
、上記１検体フイルムあたり、０．５ｍ１ずつ滴下して
フイルム上にまんべんなく広げ、最初の２０分間は５分
毎に、２０分後からは２分おきに、４５は傾けて血液が
凝固して動かなくなる迄の時間を測定する。犬３頭につ
いて夫々１回測定し平均値で示す。本法はリンドホルム
セル（ＬｉｎｄｈＯｌｍＣｅｌｌ）を用いて測定するも
のである。（２）物質移動係数の測定 被検フイルムをはさんで両側に５０ｃｄ程度の被検物質
溶液（尿素１００ワ／ｄｌ、または、ビタミンＢｌ２ｌ
ＯＴｎ９／ｄｌ、何れも生理食塩水中濃度）と生理食塩
水を満たした密閉した部屋を作り、一定速度の攪拌を３
０分、３７℃で続けて、被検物質溶液の中の溶質の生理
食塩水中への移動量を濃度から知り、次の式（３）によ
り物質移動係数Ｕ（Ｃｍ／Ｓｅｃ）を計算する。

ここで、Ａは被検フイルムの透過有効面積（Ｒｒｉ．）
、ＶＡ．ＶＢは夫々、被検溶液と生理食塩水の容量（Ｃ
ｄ）（−５０ｃｄ）、ｔ１、Ｔ２は夫々測定開始時期と
終了時期（Ｓｅｃ）、△Ｃ１、△Ｃ２（η／ＤＯは夫々
ｔ１及びＴ２における被検溶液と生理食塩水における溶
質濃度差を示す。

なお、尿素及びビタミンＢｌ２の濃度は夫々、ミコン法
及び２６８ｎｍの紫外光吸光度測定により決定した。（
３）透水速度の測定 フイルムの一方側を密閉系に、他方側を開放系にした部
屋を作り、密閉側から圧力をかけ、開放側との圧力差を
３０ｍｍＨｇとなるようにして３７゜Ｃで３０分間放置
し、その間にフイルムを通つた水の量を測定し、有効透
過面積を２５ｃｒＡとしておいて水の透過速度の単位で
あるｍｌ／ＨＯｕｒ−ＭｍＨｇ．ｍ２の単位で示される
よう計算する。

測定は３０分間毎に３回行いその平均値とする。（４）
ヘパリン定量 被検サンプル約０．１ｇをガラスアンプルに入れ、１Ｎ
塩酸３ｍ１を入れて密封し、１０５゜Ｃ〜１１『Ｃにて
５時間保つた後、冷却してアンプルを開け、中の溶液の
一定量を試験管に移し、これに塩化バリウムのゼラチン
溶液を加えてよく振り、１５分後に濁度を波長５００ｎ
ｍで測定し、予じめ硫黄濃度の知られたサンプルによる
検量線により被検サンプル中のヘパリン結合量を計算し
前記式（２）によつてヘパリン化率を決定する。

実施例 １ アゾビスイソブチロニトリルを重合開始剤として、水系
懸濁重合によりＡＮホモポリマー（数平均分子量５０，
０００）を合成した。

該ポリマーを０℃に保つた７０（ｆ）硝酸に溶解した後
、ガラス板上に塗膜し水中に浸漬して凝固させ、脱溶媒
し、更に大量の水道水で洗浄し、最後に蒸留水で良く洗
い一晩真空乾燥した。このフイルムは厚さ約５０μｍで
あり、これを５０ｍｍφの円形に切抜いて反応に供した
。還流コンデンサーを取りつけた５００ｍ１の四ツロセ
パラブルフラスコに蒸留水３００ｍ１ｘＧＭＡ０．２ｍ
１、アクリルアミド（以下ＡＡｍと略す）８グラムを加
え、マグネチツクスターラ一で攪拌してモノマーと溶解
した。

これに上記のＡＮホモポリマーフイルムｌグラムを入れ
、窒素置換した。次いで−Ｎ硝酸３ｍ１と硝酸第２セリ
ウムアンモニウムを０．２グラム加え、直ちに窒素置換
を行つて反応をスタートした。反応温度は２５℃に保ち
、３時間経過後フイルムを取り出して大量の蒸留水中で
洗い、一部はアセトン溶媒に浸漬して完全にモノマー及
び生成ホモポリマーを除き、一晩真空乾燥してグラフト
率の測定を行つた。グラフト率は前記式（１）により計
算した値であり、この場合３２．０％であつた。また一
部は上記洗浄後直ちに２０％（Ｗ／Ｖ）ヘパリン（ブタ
腸粘膜由来市販品１５０１Ｕ／η）水溶液に投入し、６
０℃で２４時間反応させた。反応後のフイルムを水洗し
た後、前記（１）の犬全血による凝固時間測定に従つて
測定した所、血液凝固時間は１２０分以上であつた。グ
ラフト重合反応を行わないで、ただヘパリンの２０％溶
液に６０℃で２４時間浸漬しただけのフイルム（コント
ロール）の血液凝固時間は３２分であつた。またヘパリ
ン化率を測定した所、２３％であつた。更にアズールＡ
で染色した所、コントロールのフイルムは藍色であつた
のに対し、本発明フイルムは濃藍紫色となり、明らかな
メタクロマジ一が観察された。実施例 ２ 水系懸濁重合により、表−１に示す各種ＡＮ系ポリマー
を合成し、実施例−１と同様な方法でフイルムを作成し
、表−１に示す開始剤系によりＧＭＡまたはＧＡを含む
ビニルモ／マ一をグラフ卜共重合した。

更に実施例１と同じ方法でヘパリンと反応させた。ＡＮ
系ポリマー組成における数値及びＧＭＡまたはＧＡを含
むビニルモノマー系の組成における数値は共に仕込重量
比を示す。また、ヘパリン（実帷例１と同一品、以下全
実施例について同じ）の活性を測定するため犬全血によ
る凝固時間測定を行つたが、この時のコントロール（グ
ラフト重合しないＡＮ系重合体フイルムをグラフト重合
したフイルムと同一条件でヘパリンと反応させ、洗浄し
たもの）の血液凝固時間は、すべてのＡＮ系重合体フイ
ルムにつき２０分〜３６分の間にあつた。また重合開始
剤に硝酸第２セリウムアソエニウ，′一を用いた場合に
は１（ＭｍＯｌｌＯの割合いで硝酸を反応系に加えた。
表−１の結果から本発明技術の有効性がわかる。実施例
３ＡＮ／ＭＡ／ＳＡＳ（９３／６／１ ）の仕込み重
量比で過硫酸カリ／亜硫酸ソーダ系の重合開始剤を用い
、水系懸濁重合により合成したＡＮ系重合体を７０％硝
酸に溶解して実施例１と同じ方法で平膜を作つた。

平膜は厚さ４．２μｍであり、これを６（Ｖ７ｌφの大
きさに切抜いた。実施例１と同じ方法で、次の２種類の
配合でグラフト重合し、同じく実施例１と同じ方法でヘ
パリンと反応させた。

そのフイルムの測定値を表−’２に示す。反応は（Ｉ）
が２０℃で１．０時間、（…）が２０℃で１．５時間で
あつた。

表−２の結果から、本発明の共重合体のヘパリン化物が
極めて高い抗血液凝固性を示すと共に、血液浄化用の膜
として応用可能性が高いことが解る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）アクリロニトリル重合体、またはアクリロニ
   トリルと、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリルア
   ミド、イタコン酸、塩化ビニル、スチレン、塩化ビニリ
   デン、メタアクリル酸メチル、アリルスルホン酸ソーダ
   から選ばれた少なくとも一つの共重合成分とからなるア
   クリロニトリル系重合体と、（ｂ）グリシジルアクリレ
   ートおよびグリシジルメタアクリレートから選ばれた少
   なくとも一つのビニルモノマーと、（ｃ）（ｂ）のビニ
   ルモノマー以外の他のビニルモノマーの少なくとも一つ
   とを、水系溶媒中で重合開始剤の存在下に反応させ、該
   反応によつて得られた反応物にヘパリンを反応させるこ
   とを特徴とする抗血液凝固性アクリロニトリル系重合体
   の製造方法。 ２ アクリロニトリル系重合体が８０重量％以上のアク
   リロニトリルを含有するものである特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。 ３ 重合開始剤が過酸化水素−Ｆｅ＾２＾＋系、硝酸第
   ２セリウムアンモニウムまたは２，２′アゾビス（２−
   アミジノプロパン）ハイドロクロライドである特許請求
   の範囲第１項記載の製造方法。 ４ 水系溶媒が水である特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ５ 重合開始剤存在下における反応温度が凍結点以上６
   ０℃以下の範囲である特許請求の範囲第１項記載の製造
   方法。 ６ 成分（ｃ）のビニルモノマーがアクリルアミド、ア
   クリル酸または、その塩、２−ヒドロキシエチルメタア
   クリレート、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドン
   、パラ−スチレンンスルホンソーダ、酢酸ビニル、アリ
   ルスルホン酸ソーダ、アクリル酸メチル及びメタアクリ
   ル酸メチルから選ばれた少なくとも一つである特許請求
   の範囲第１項記載の製造方法。