JPS6351035B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は優れた抗血栓性を有する医用材料に関
する。さらに詳しくは、高分子材料からなる基材
表面に特定の重合体を特定量結合してなる医用材
料に関する。 人工血管は抗血栓性の要求される代表的な医用
材料の１つであるが、現状では十分な抗血栓性を
有するものは得られておらず、ごく一部の領域で
実用化されているにすぎない。すなわち、従来よ
り大口径動脈用の人工血管としてポリエステル編
物あるいはポリテトラフロロエチレンからなる多
孔性材料などが使用されているが、これらの材料
の抗血栓性は十分ではないので、小口径の動脈や
血液の流速の小さい静脈では短時間のうちに血栓
を生成し閉塞してしまい、使用することができな
い。 また、特公昭46−42759号公報、特開昭50−
150793号公報および特開昭51−24651号公報等に
おいては、ポリ（２−ヒドロキシエチル）メタク
リレートやポリビニルアルコールなどの親水性重
合体を架橋処理して得られるヒドロゲルからなる
抗血栓性材料が開示されているが、抗血栓性が不
十分であるだけでなく強度も小さいので、人工血
管として使用するには問題がある。また、特開昭
49−125493号公報および特開昭51−125978号公報
においては、上記の親水性重合体を形成する単量
体を基材表面にグラフト重合する方法が開示され
ているが、この方法では基材を適当に選択するこ
とにより材料強度の改良はできても抗血栓性につ
いては親水性重合体と同等の効果しか得られてい
ないので、やはり小口径の動脈や静脈への適用は
困難であつた。 さらに、特開昭48−66187号公報および特開昭
53−106778号公報等にはヘパリンやウロキナーゼ
などの血液凝固抑制物質を材料の表面に固定して
抗血栓性を付与する方法が開示されている。この
方法では初期には優れた抗血栓性が得られるもの
のしだいに血液凝固抑制効果が低下するので、長
期間にわたつて安定した抗血栓性を得ることはで
きない。そして、このような方法により製造され
る抗血栓性材料は、血液凝固抑制物質が高価であ
ることと滅菌が難しいために無菌的に製造する必
要があることからきわめて高価なものになるとい
う欠点がある。 このように従来から多くの提案がなされている
にもかかわらず現状では人工血管として小口径の
動脈や静脈などにも適用し得るほど優れた抗血栓
性を長期間にわたつて維持することのできる材料
は得られていない。本発明者らは、抗血栓性を改
良するために種々検討した結果、高分子材料から
なる基材表面上に、水溶性でかつ実質的に非イオ
ン性の重合体をきわめて少量グラフト結合するこ
とにより、多量にグラフト結合した場合よりも飛
躍的に抗血栓性が改良されることを見い出し、本
発明に到達した。すなわち本発明は、高分子材料
からなる基材表面上に、水溶性でかつ実質的に非
イオン性の重合体を１〜100μｇ／cm²の範囲でグ
ラフト結合してなる抗血栓性医用材料である。 本発明でいう水溶性でかつ実質的に非イオン性
の重合体とは、それ単独の重合体としては水溶性
であり、かつイオン性基をほとんどまた全く有さ
ない重合体である。水溶性の重合体であつてもイ
オン性基を多量に含む場合には、抗血栓性が劣る
ので使用することができない。好ましい重合体を
例示するならば、ポリアクリルアミド、ポリジメ
チルアクリルアミドなどのアクリルアミド系重合
体、ポリメタクリルアミドなどのメタクリルアミ
ド系重合体、ポリビニルピロリドン、部分ケン化
および完全ケン化ポリビニルアルコール、ポリエ
チレングリコールおよびデキストランなどをあげ
ることができる。これらのなかでも、ポリアクリ
ルアミド系重合体、ポリビニルピロリドンおよび
ポリビニルアルコールが抗血栓性の点で特に好ま
しい。これらの重合体は１種のみを単独で用いる
こともできるし、２種以上を併用することもでき
る。また、重合体はホモ重合体であつても共重合
体であつてもよい。さらに、この重合体は上述し
たように水溶性であることが必要であるが、常温
で水溶性であることは必ずしも必要でなく、常温
より高い温度で初めて水溶性となるものであつて
もよい。 かかる水溶性でかつ実質的に非イオン性の重合
体は、高分子基材上に１〜100μｇ／cm²の範囲で
グラフト結合されていることが必要である。な
お、ここでいう「グラフト結合」なる語は基材表
面上に重合体を化学的に結合させることを意味す
る。そしてグラフト結合された量すなわちグラフ
ト量は従来より行なわれてきたグラフト量にくら
べて非常に少ない量である。すなわち、従来のグ
ラフト処理は基材の表面を親水性重合体で被覆す
ることにより親水性重合体と同等の抗血栓性が発
現するという認識のもとに行なわれているので、
基材表面を完全に被覆するために10〜100mg／cm²
程度のグラフト量に相当するグラフト重合が行な
われている。したがつてグラフト処理により１〜
20％程度の重量増加が起こる。これに対して、本
発明においてはグラフト層の厚さが非常に薄く、
処理により重量増加はほとんど認められない程度
のわずかなものである。このように微量の重合体
をグラフト結合することによつて多量に結合した
場合よりも高い抗血栓性が得られることは、まつ
たく予想外のことである。グラフト量として特に
好ましい範囲は10〜50μｇ／cm²である。 水溶性でかつ実質的に非イオン性の重合体を基
材表面にグラフト結合するには、従来公知の方法
を使用することができ、グラフト量が上述した範
囲になるように条件を選択すればよい。このよう
な方法を具体的に例示するならば、基材表面上に
ラジカルまたはペルオキシドを生成させ、これに
単量体を接触させてグラフト重合を行なう方法、
および重合体をあらかじめ生成しておき基材表面
上に化学的に結合させる方法をあげることができ
る。ラジカルまたはペルオキシドを生成させる方
法としては、(1)電子線やガンマ線などの高エネル
ギー放射線を照射する方法、(2)紫外線を照射する
方法、(3)低温プラズマ放電処理、(4)コロナ放電処
理、(5)オゾン処理、および(6)過酸化ベンゾイルの
ようなラジカル重合開始剤を添加する方法になど
がある。基材をこれらの処理に付する際に単量体
を供存させるかあるいは処理後に単量体を接触さ
せることにより重合が行なわれる。グラフト量
は、基材の処理条件や単量体の接触時間、温度な
どを調整することにより調節することができる。
使用される単量体としては、アクリルアミド、ジ
メチルアクリルアミド、メタクリルアミド、ビニ
ルピロリドン、酢酸ビニルおよびエチレンオキシ
ドなどをあげることができる。酢酸ビニルは重合
後にケン化することによりポリビニルアルコール
に変換する。 基材表面上に重合体を化学的に結合させる方法
としては、基材表面上の反応性基と重合体の反応
性基とを直接反応させて結合させる方法と、他の
化合物を介して結合させる方法がある。この方法
は、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコ
ールおよびデキストランなどのように分子中に水
酸基を有する重合体に対して好適であり、ジイソ
シアネート化合物を介して水酸基を有する基材と
結合する方法が好ましく使用される。 本発明において使用される基材の材質は特に制
限されるるものではなく、目的、用途などに応じ
て任意の高分子材料を使用することができる。高
分子材料としては、ポリエチレン、エチレン−酢
酸ビニル共重合体あるいはその完全もしくは部分
ケン化物、ポリプロピレン、プロピレン共重合
体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
スチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメ
タクリレート、スチレン−ブタジエン系ブロツク
共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチ
レン系ブロツク共重合体、ポリブタジエン、ポリ
イソプレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタ
レート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエー
テル−エステル系ブロツク共重合体、ポリカーボ
ネート、ナイロン６、ナイロン66、ナイロン12、
ポリウレタン、ポリスルホン、ポリエーテルスル
ホン、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、セルロ
ースおよびその誘導体などを例示することができ
る。基材表面上にラジカルまたはペルオキシドを
生成させてグラフト重合を行なう場合には、これ
らの材料をいずれも制限なく使用することができ
るが、基材表面上に重合体を化学的に結合する場
合には表面に反応性基を有している必要があるの
で、エチレン−酢酸ビニル共重合体あるいはその
完全もしくは部分ケン化物が好ましく使用され
る。 基材の形態については、非多孔質、多孔質、織
物、編物などいずれの形態でもよく、形状につい
てもチユーブ状、円筒状、シート状、板状、ブロ
ツク状、繊維状など使用目的に応じていかなる形
状のものでも使用できる。また、これらは単一の
材料から構成されていてもよいし、複数の材料か
らなる複合構造物であつてもよい。グラフト結合
を行なう基材表面は、表面全体であつてもよい
し、血液と接触する部分のみを選択的にグラフト
処理してもよい。 本発明の医用材料は抗血栓性に優れているので
人工血管として好適であり、特に内径が数mm以下
の微小口径の人工血管にも使用することができ
る。また、血管内留置カテーテルや人工心臓、人
工肺、人工腎臓、人工肝臓などの各種人工臓器、
あるいは血液回路など血液と直接に接触する器具
や装置などにも好適である。 本発明の医用材料は抗血栓性が優れているだけ
でなく、基材の表面をグラフト処理するだけでよ
いので、製造が容易で安価に製造できるという利
点も有している。また、材料の形状にも制限がな
いから種々の用途に使用することができる。また
蒸気滅菌、エチレンオキサイド滅菌などの方法で
容易に滅菌を行なうことができ、滅菌処理によつ
て抗血栓性が低下することもないので、安全に使
用することができる。 本発明においては、水溶性でかつ実質的に非イ
オン性の重合体のグラフト量が前述した範囲に入
るように調整することが重要であるが、グラフト
量の測定方法としては、例えば以下に述べるよう
な方法がある。 (1) 試料を化学的に処理してグラフトした重合体
の一部または全体を遊離させ、遊離物を定量す
る。 (2) 基材は溶解するがグラフト共重合体は溶解し
ない溶媒に試料を溶解し、グラフト共重合体を
分離して定量する。 (3) グラフトする単量体または重合体を放射性同
位元素でラベルしておき、グラフト処理後、試
料の放射能量を測定する。 (4) 全反射赤外吸収スペクトル（ATR−IR）を
測定し、あらかじめ作成しておいた検量線より
もとめる。好適な測定方法は使用する基材の材
質およびグラフト結合する重合体の種類によつ
て異なるので、それぞれの場合に応じて適当な
方法を選択すればよい。 以下、実施例により本発明をさらに具体的に説
明するが、本発明はかかる実施例によつて何ら限
定されるものではない。 実施例 １ 厚さが60μｍの高密度ポリエチレンフイルムを
メタノール抽出により精製後、乾燥空気中にて
⁶⁰Coからのガンマ線を照射した。そのときの線量
率は0.02Mrad／hr、照射線量は1.5Mradである。
照射後２日間、室温下にて照射フイルムをデシケ
ータ中に保存したのち、アクリルアミドを25重量
％、FeSO₄を５×10^-4mol／含む水溶液に浸漬
し、脱気後封管して15℃の恒温水槽中に静置し
た。この状態で25時間保つてから開管し、フイル
ム表面に付着したホモ重合体を水洗により除去し
てポリアクリルアミドをグラフト結合したポリエ
チレンフイルムを得た。ポリアクリルアミドのグ
ラフト結合量は、次の手順で決定した。まず、グ
ラフト化フイルムを1.5NHClに浸漬し、2.5気圧
のオートクレーブ中で30分間ポリアクリルアミド
を加水分解した。その後、NaOHにて中和し、
ニンヒドリン溶液を加え、再び３気圧のオートク
レーブ中で５分間反応させ、反応溶液の570nｍ
における吸光度を測定した。この測定値とあらか
じめ求めておいた検量線とからグラフト量を算出
した。以後この方法によるグラフト量決定法をニ
ンヒドリン法と呼ぶ。上記のグラフト化フイルム
のグラフト量は12μｇ／cm²であり、ガンマ線を照
射しなかつた場合のグラフト量は測定誤差範囲内
でゼロであつた。走査型電子顕微鏡による観察で
は、グラフト化フイルムの表面と未グラフト化フ
イルムの表面との間に差異は認められなかつた。
しかし、グラフト層をNaOHにて加水分解して
からトルイジンブルーで染色し、その断面を光学
顕微鏡で観察したところ、グラフト層はフイルム
表面に局在していることが認められた。 実施例 ２ 厚さが50μｍの市販ポリプロピレンフイルムを
メタノールにて精製後、常圧の乾燥空気中にてコ
ロナ放電処理した。電極には直径7.5cmの円形ス
テンレス鋼板２枚を用い、電極間距離を5.5mmと
し、各電極は厚さが２mmのガラス板でおおつた。
その間にスライドガラスをスペーサとして挿入
し、試料フイルムをその中に置いた。放電は周波
数60Hz印加電圧9KVにて30秒間行つた。次にこ
のコロナ放電処理フイルムをビニルピロリドンの
20重量％の水溶液に浸漬し、溶存空気を除去後、
70℃にて３時間加熱してビニルピロリドンのグラ
フト重合を進めた。ホモ重合体を除去後、乾燥
し、ATR赤外吸収法にてカルボニル基の吸収波
数1670cm^-1を基準にとつてグラフト量を決定し
た。その結果このポリプロピレンフイルムのグラ
フト量は15μｇ／cm²と求められた。水に対する接
触角は、グラフトフイルムが35゜、未照射フイル
ムが90゜であつた。 実施例 ３ 酢酸ビニル含量が10重量％のエチレン−酢酸ビ
ニル共重合体（EVA）からホツトプレス法によ
つて厚さ0.1mmのEVAシートを作製した。これを
エタノールにて精製したのち、低温プラズマ表面
処理装置を用いてアルゴンガス・プラズマ処理を
行つた。処理条件は、出力11.5W、ガス流速20
cm²／min、圧力0.04Torr.、反応処理時間30秒で
ある。このようにしてプラズマ前処理したEVA
シートを空気中に取り出し、デシケータ中に保存
した。グラフト重合は、アクリルアミドの10重量
％水溶液にプラズマ前処理シートを浸漬後、推溶
液中の空気を窒素ガスにて置換し、50℃にて２時
間行つた。ニンヒドリン法測定によれば、グラフ
ト量は18μｇ／cm²であつた。また、このグラフト
化フイルムの断面を染色後、光学顕微鏡にて観察
したところ、表面から約0.2μｍの深さにわたつて
グラフト重合の進行していることが認められた。 実施例４、比較例１ 内径３mm、外径3.5mmのポリエーテルウレタン
チユーブおよび低密度ポリエチレンチユーブの内
腔面のみを種々の条件下でコロナ放電処理してか
らアクリルアミドをグラフト重合し、グラフト量
の異なるグラフト化チユーブを作製した。これら
の試料の抗血栓性を調べるためにチユーブの内腔
面への血漿タンパク質の吸着を調べた。まず牛血
清アルブミン（BSA）と牛ガンマグロブリン
（IgG）をフルオレセインイソチオシアネート
（FITC）で蛍光ラベルした。これらに非蛍光ラ
ベルBSAおよびIgGをそれぞれ混和し、全タンパ
ク質濃度が２mg／mlのタンパク質水溶液を調製し
た。このそれぞれの水溶液の中へグラフト化チユ
ーブを浸漬し、37℃にて３時間タンパク質を吸着
させた。次に、チユーブ面をゆるやかに緩衝液で
洗滌して非吸着タンパク質を除去した。吸着タン
パク質量は、オートクレーブを用いて３気圧、１
時間の条件下で吸着タンパク質を加水分解し、励
起波長490nｍ、蛍光波長520nｍにてFITCの蛍光
強度を測定した。別に作成しておいた検量線とこ
れらの測定結果との比較からタンパク質吸着量を
定量した。得られた結果を表１にまとめて示す。

【表】 で吸着量を決定した。
表１からわかるように、未グラフト処理チユー
ブおよびグラフト量が100μｇ／cm²よりも多いチ
ユーブへは多量のタンパク質が吸着するが、グラ
フト量が１〜100μｇ／cm²の範囲ではタンパク質
の吸着量はこれより少なく、グラフト量が10〜
50μｇ／cm²の範囲では特に低いタンパク質吸着量
を示している。タンパク質の吸着、特にIgGのよ
うに糖タンパク質の吸着が低い高分子表面ほど優
れた抗血栓性を示すということはよく知られた事
実であるので、（例えば、S.W.Kim、E.S.Lee、J.
Polym.Sci.Polym.Symposia、第66巻、429〜441
頁、1979年）本発明の医用材料が優れた抗血栓性
を示すことがわかる。 実施例５、比較例２ エチレン−ビニルアルコール共重合体（エチレ
ン含有率30モル％）から成形された厚さ50μｍの
フイルムをグロー放電処理し、アクリルアミド、
ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド−２−
メチルプロパンスルホン酸（AMPS）、ジメチル
アミノエチルメタクリレート（DMAEM）をそ
れぞれ単独にグラフト重合し、グラフト量が30〜
40μｇ／cm²のフイルムを得た。 これらのフイルムおよび未グラフト化フイルム
上にカルシウムイオンを除いた多血小板血漿0.1
mlをのせ、常法により血小板の粘着性を調べた。
その結果、未グラフト化フイルムには多数の血小
板が付着したが、ポリアクリルアミドおよびポリ
ジメチルアクリルアミドをグラフト結合したもの
は血小板の付着は全く認められなかつた。これに
対し、アニオン性のポリAMPSおよびカチオン
性のポリDMAEMをグラフト結合したフイルム
には多量の血小板が粘着し、その一部は擬足を出
していた。 上述の結果からわかるように、水溶性であつて
もイオン性の重合体をグラフト結合した場合には
優れた抗血栓性を得ることはできない。 実施例 ６ 実施例５で用いたのと同じエチレン−ビニルア
ルコール共重合体フイルムをヘキサメチレンジイ
ソシアネートを用いてトルエン中にてジブチルチ
ンジラウレートを触媒としてウレタン化し、その
表面にイソシアネート基を導入した。これに重合
度600のデキストランおよび重合度1700のポリビ
ニルアルコールをそれぞれ単独にウレタン化カツ
プリング反応によりグラフト結合し、グラフト量
30μｇ／cm²および20μｇ／cm²のフイルムを得た。 得られたフイルムについて実施例５と同様にし
て血小板の粘着性を調べたが、いずれも血小板の
付着は認められなかつた。 実施例７、比較例３ 内径１mm、外径1.3mmの低密度ポリエチレンチ
ユーブを1.5cmの長さに切断し、フアン・デ・グ
ラーフ型加速器を用いて室温にて空気中で電子線
照射した。照射条件は、エネルギー1.5MeV、線
量率0.1Mrad／secであり、照射時間が30秒、70
秒および300秒の３種類の試料を調製した。この
チユーブを８×10^-5mol／のFeSO₄と20重量％
のアクリルアミドを含む水溶液に浸漬し、15℃に
て５時間グラフト重合してグラフト量が16μｇ／
cm²、33μｇ／cm²および150μｇ／cm²の試料を得た。
また照射時間70秒のチユーブを８×10^-5mol／
のFeSO₄と20重量％のアクリル酸を含む水溶液に
浸漬して15℃にて５時間グラフト重合し、グラフ
ト量が22μｇ／cm²の試料を得た。 これらのグラフト化チユーブおよび未グラフト
化チユーブをラツトの総頚動脈にインプラントし
た。その吻合方法は次の通りである。まず、ラツ
トを麻酔後、頚部の皮膚を切開し、総頚動脈を露
出させ、その約１cmを切除した。その断端にチユ
ーブを挿入し、シアノアクリル酸イソブチルを塗
布して接着吻合した。接着終了後、血流を再開し
外部から血流を観察した。未グラフト化チユーブ
の場合は、血流再開後約５分間以内に血栓生成に
よつてチユーブ内部が閉塞して血流は停止した。
アクリル酸を22μｇ／cm²の量グラフト重合した場
合にも約10分後には閉塞した。それに反し、アク
リルアミドを16μｇ／cm²および33μｇ／cm²グラフ
ト重合したチユーブは少なくとも２時間は閉塞す
ることなく、血液が流れていた。しかし、アクリ
ルアミドのグラフト量が150μｇ／cm²の場合には
１時間30分後に閉塞してしまつた。 実施例８、比較例４ Hsかたさ80のポリエーテルウレタンの７％ジ
メチルホルムアミド溶液を低密度ポリエチレン製
の芯棒にコーテイングし、芯を抜き去ることによ
つて内径３mm、外径3.5mmのポリウレタンチユー
ブを作製した。メタノール中に長時間浸漬してお
くことによつてチユーブ内のジメチルホルムアミ
ドを除去し、10KVに１分間コロナ放電処理し
た。直ちにこのチユーブにアクリルアミドを２時
間および６時間グラフト重合し、それぞれ22μ
ｇ／cm²および150μｇ／cm²のグラフト量を得た。
ホモ重合体を除去後、チユーブを生理食塩水中に
保存した。次に体重10Kgの雑種犬の頚動脈を約３
cmだけ切除し、そこへ長さが3.5cmのグラフト化
チユーブを差し込み、吻合した。 血流を再開して肉眼観察したところ、未グラフ
ト化チユーブの場合は、３時間で閉塞したが、グ
ラフト量が22μｇ／cm²のポリウレタンチユーブで
は20時間経過しても血流は認められた。しかし、
グラフト量が150μｇ／cm²のチユーブは６時間後
に閉塞した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高分子材料からなる基材表面に、水溶性でか
   つ実質的に非イオン性の重合体を１〜100μｇ／
   cm²の範囲でグラフト結合してなる抗血栓性医用材
   料。 ２ グラフト量が10〜50μｇ／cm²である特許請求
   の範囲第１項記載の抗血栓性医用材料。 ３ 水溶性でかつ非イオン性の重合体が、アクリ
   ルアミド系重合体、メタクリルアミド系重合体、
   ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、
   ポリエチレングリコールおよびデキストランから
   なる群より選ばれた１種または２種以上の重合体
   である特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   抗血栓性医用材料。 ４ 医用材料が人工血管である特許請求の範囲第
   １項〜第３項のいずれかの項に記載の抗血栓性医
   用材料。