WO2022054743A1 - グラフト層の形成方法、複合体の製造方法およびグラフト層を形成するための処理液 - Google Patents

グラフト層の形成方法、複合体の製造方法およびグラフト層を形成するための処理液 Download PDF

Info

Publication number
WO2022054743A1
WO2022054743A1 PCT/JP2021/032589 JP2021032589W WO2022054743A1 WO 2022054743 A1 WO2022054743 A1 WO 2022054743A1 JP 2021032589 W JP2021032589 W JP 2021032589W WO 2022054743 A1 WO2022054743 A1 WO 2022054743A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polymer
compound
graft
treatment liquid
graft layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/032589
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
史帆里 山根
礼 野口
政之 京本
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Priority to AU2021340988A priority Critical patent/AU2021340988B2/en
Priority to CN202180054327.5A priority patent/CN116096767A/zh
Priority to EP21866702.0A priority patent/EP4212560A1/en
Priority to US18/025,368 priority patent/US20240010807A1/en
Priority to JP2022547573A priority patent/JPWO2022054743A1/ja
Publication of WO2022054743A1 publication Critical patent/WO2022054743A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12—Chemical modification
    • C08J7/16—Chemical modification with polymerisable compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12—Chemical modification
    • C08J7/16—Chemical modification with polymerisable compounds
    • C08J7/18—Chemical modification with polymerisable compounds using wave energy or particle radiation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/16—Macromolecular materials obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/18—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/34—Macromolecular materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F255/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of hydrocarbons as defined in group C08F10/00
    • C08F255/02—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of hydrocarbons as defined in group C08F10/00 on to polymers of olefins having two or three carbon atoms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/24—Materials or treatment for tissue regeneration for joint reconstruction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2351/00—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers
    • C08J2351/06—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers grafted on to homopolymers or copolymers of aliphatic hydrocarbons containing only one carbon-to-carbon double bond

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for forming a graft layer, a method for producing a complex, and a treatment liquid for forming a graft layer.
  • a technique for forming a polymer film by graft-polymerizing a compound on the surface of a base material is known. Further, a method of forming a polymer film using a treated aqueous solution containing a water-soluble inorganic salt is known.
  • the method for forming a graft layer includes a contacting step of bringing a substrate containing the polymer A into contact with a treatment liquid containing the compound B and the polymer C in the solvent D.
  • the contacting step includes a polymerization step of graft-polymerizing the compound B with respect to the polymer A constituting at least a part of the surface of the base material.
  • the treatment liquid according to one aspect of the present disclosure contains the compound B and the polymer C in the solvent D, and the graft layer in which the compound B is graft-polymerized on at least a part of the surface of the substrate containing the polymer A. It is a treatment liquid for forming.
  • the method for forming a graft layer includes a contacting step of bringing a substrate containing the polymer A into contact with a treatment liquid containing the compound B and the polymer C in the solvent D.
  • the contacting step includes a polymerization step of graft-polymerizing the compound B with respect to the polymer A constituting at least a part of the surface of the base material.
  • the polymer obtained by polymerizing compound B is referred to as "polymer B".
  • the “graft layer” means a layer formed by graft-polymerizing the polymer B on the substrate.
  • the graft layer is a layer containing the polymer B formed on the surface of the base material.
  • the graft-polymerized polymer B is also referred to as a “graft chain”.
  • a graft layer containing the polymer B can be efficiently formed on the surface of at least a part of the base material. Specifically, the efficiency of the graft polymerization of compound B is improved by the excluded volume effect and the gel effect of the polymer C contained in the solvent D. The excluded volume effect and the gel effect will be described below.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the excluded volume effect.
  • the polymer C has a volume in the treatment liquid. Further, since the repulsive force acts on the polymers C in general, the proximity of the polymers C to each other is restricted. Therefore, as shown in FIG. 1, the region where the compound B can exist is narrower in the treatment liquid 1001 to which the polymer C is added, as compared with the treatment liquid 1000 to which the polymer C is not added. This is called the excluded volume effect. As a result, the apparent concentration of compound B and / or the consumption rate of compound B in the treatment liquid is increased, so that the graft polymerization efficiency of compound B is improved.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the gel effect.
  • the entire treatment liquid has a high viscosity.
  • the stopping reaction which is a bimolecular reaction between the polymers B. That is, when the polymers B having growth radicals react with each other, further polymerization at the terminal of the polymer B can be stopped, but if the treatment liquid has a high viscosity, the termination of this polymerization is reduced. This is called the gel effect. This increases the apparent rate of consumption of compound B.
  • a graft chain having a length equal to or longer than the conventional one and / or a graft layer having a thickness equal to or thicker than the conventional one can be obtained from the polymer A at a concentration of compound B lower than the conventional one. It becomes possible to efficiently form the surface of the base material containing the above.
  • the treatment liquid according to the embodiment of the present disclosure contains compound B, a polymer C, and a solvent D, and a graft obtained by graft-polymerizing the compound B on at least a part of the surface of the substrate containing the polymer A. It is a treatment liquid for forming a layer.
  • the treatment liquid may contain the polymer C in addition to the compound B at the stage before the start of the graft polymerization.
  • the amount of compound B used and the amount of waste can be reduced as compared with the prior art. That is, the production efficiency can be improved and the burden on the environment can be reduced.
  • Polymer B is formed by the polymerization of compound B.
  • compound B forms a graft layer by graft polymerization.
  • the compound B may be one kind or a plurality of kinds.
  • the compound B may be electrically neutral. This can reduce interactions within and / and between compound B.
  • electrically neutral means that it does not have or has a group that ionizes into an ion in an aqueous solution having a pH (pH 6 to 8) near neutrality. It has a group that becomes a cation and a group that becomes an anion, which means that the total charge is substantially zero. As used herein, “substantially” means that the total charge is zero, or even if it is not zero, it is small enough not to adversely affect the effects of the present disclosure.
  • Compound B may have a phosphorylcholine group. This allows the graft layer to maintain high biocompatibility and / and good lubrication for long periods of time.
  • Compound B may further have a polymerization initiating group.
  • compound B may be a polymerizable monomer having a phosphorylcholine group at one end and a polymerization initiating group graft-polymerizable with a substrate at one of the other ends.
  • Compound B may have a polymerizable methacrylic acid unit as the polymerization initiating group. Thereby, the graft layer can be easily formed.
  • Examples of the compound B having a phosphorylcholine group include 2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine, 2-acryloyloxyethylphosphorylcholine, 4-methacryloyloxybutylphosphorylcholine, 6-methacryloyloxyhexylphosphorylcholine, ⁇ -methacryloyloxyethylenephosphorylcholine and the like.
  • 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine is also referred to as "MPC”.
  • MPC polymer polymerized by MPC
  • PMPC poly (MPC) or PMPC.
  • MPC has a chemical structure shown in the following structural formula, and is a polymerizable monomer having a phosphorylcholine group and a polymerizable methacrylic acid unit.
  • MPCs are easily polymerized by radical polymerization, high-molecular-weight homopolymers can be formed (Ishihara et al., Polymer Journal 22, p355 (1990)). Therefore, when the graft layer is formed as an aggregate of the polymer chains obtained by polymerizing the MPC, the graft bond between the MPC polymer chains and the surface of the base material can be performed under relatively gentle conditions. In addition, high density graft chains and / and graft layers can be formed to form large amounts of phosphorylcholine groups on the surface of the substrate.
  • the graft layer may be formed not only as a homopolymer composed of a single polymerizable monomer having a phosphorylcholine group, but also as a copolymer composed of a polymerizable monomer having a phosphorylcholine group and, for example, another vinyl compound monomer. can. Thereby, depending on the type of other vinyl compound monomers used, functions such as improvement of mechanical strength can be added to the graft layer.
  • examples of the compound B include polyethylene glycol dimethacrylate, a monomer having a betaine structure (methacryloxyethyl carboxybetaine, methacryloyloxyethyl sulfobetaine, and methacryloyloxyethylamide betaine).
  • the concentration of compound B in the treatment liquid can be appropriately changed depending on the type of compound B, but may be, for example, 0.05 to 0.25 mol / L, or 0.10 to 0.25 mol / L. It may be 0.10 to 0.20 mol / L, and may be 0.10 to 0.20 mol / L.
  • concentration of the compound B is within the above range, the production cost and the impact on the environment can be reduced, and a graft layer having a sufficient density and thickness can be formed, and the wettability and wear resistance of the surface of the graft layer can be reduced. Can improve sex.
  • the polymer C brings about the excluded volume effect and the gel effect as described above.
  • the polymer C is not particularly limited as long as it is a polymer that does not interfere with the graft polymerization of compound B.
  • the polymer C may be an organic polymer or an inorganic polymer. From the viewpoint of solubility in the solvent D, the polymer C may be an organic polymer.
  • the polymer C may be one type or a plurality of types.
  • the polymer C may be electrically neutral. "Electrically neutral” is as described above. If the polymer C is electrically neutral, the interaction within and / and between the polymers C can be reduced, and the interaction between the polymer C and the compound B and / and the polymer B. Can also be reduced.
  • the weight average molecular weight of the polymer C may be 10,000 or more, 10,000 to 1,000,000, or 100,000 to 1,000,000. With the above configuration, the exclusion volume effect of the polymer C in the treatment liquid is improved, and the efficiency of the graft polymerization of the compound B is improved.
  • the weight average molecular weight can be measured, for example, by gel permeation chromatography.
  • the polymer C may have a phosphorylcholine group.
  • the monomer constituting the polymer C may be the same compound as the compound B.
  • the polymer C may be, for example, poly (2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine).
  • the polymer B and the polymer C may be different compounds that do not react with each other.
  • the efficiency of the graft polymerization of the compound B can be improved.
  • polymer C examples include polypolyethylene glycol methacrylate, polymers having various betaine groups, starch, sucrose, hyaluronic acid and the like, in addition to the polymer having a phosphorylcholine group.
  • the concentration of the polymer C in the treatment liquid can be appropriately changed depending on the type of the polymer C, and may be, for example, 1 ⁇ mol / L or more, or 1 to 1000 ⁇ mol / L.
  • concentration of the polymer C is within the above range, the exclusion volume effect of the polymer C in the treatment liquid can be improved, and the efficiency of the graft polymerization of the compound B can be improved. Further, even when the polymer B is used as the polymer C, the amount of the compound B discarded can be reduced as compared with the case where the polymer B is not used.
  • the dissolved oxygen concentration in the treatment liquid before the start of graft polymerization may be 6.0 mg / L or less, or 0.2 mg / L or less.
  • the inhibition of polymerization of compound B by the dissolved oxygen can be reduced.
  • the solvent D is not particularly limited, and may be a hydrophilic solvent or a hydrophobic solvent. From the viewpoint of environmental load, it may be a hydrophilic solvent.
  • the hydrophilic solvent include water, saline solution, sugar water, water / ethanol mixed solution and the like.
  • the hydrophobic solvent include alcohol, acetone, hexane and the like.
  • the solvent D may contain at least water.
  • the solvent D may be a good solvent for at least one of the polymer B on which the compound B is polymerized and the polymer C.
  • the solvent D may be a good solvent for both the polymer B and the polymer C.
  • the term "good solvent” refers to a solvent in which the solubility of the target compound is relatively large as compared with the poor solvent described later. With the above configuration, a large amount of the polymer B and / or the polymer C can be dissolved in the solvent, so that the efficiency of the graft polymerization can be improved.
  • the solvent D may be a good solvent for the compound B. If the solvent D is a good solvent for the compound B, the motility of the compound B in the solvent D can be improved, so that the efficiency of the graft polymerization of the compound B can be improved.
  • a poor solvent can be used as the solvent.
  • a good solvent of the polymer B can be used as described above.
  • the treatment liquid may further contain an inorganic salt soluble in the solvent D. Thereby, the efficiency of the graft polymerization of compound B can be improved.
  • a water-soluble inorganic salt may be used as the inorganic salt.
  • the water-soluble inorganic salt include alkali metal salts and alkaline earth metal salts.
  • the alkali metal salt include sodium salt, potassium salt, lithium salt, cesium salt and the like.
  • the alkaline earth metal salt include magnesium salt, calcium salt, strontium salt, barium salt, radium salt and the like.
  • the inorganic salt is classified according to the type of counter anion, a halide (for example, chloride, fluoride, bromide, iodide, etc.), a phosphate, a carbonate, a nitrate, a hydroxide and the like can be mentioned.
  • the water-soluble inorganic salt is, for example, one or more selected from the group consisting of sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride and magnesium chloride.
  • the concentration of the inorganic salt in the treatment liquid may be, for example, 0.01 to 5.0 mol / L, 1.0 to 5.0 mol / L, or 1.0 to 3.0 mol / L. It may be L. At the above concentration, a graft layer having a sufficient graft density can be efficiently formed.
  • the substrate is the target for forming the graft layer.
  • the substrate may contain macromolecule A in at least a portion of its surface.
  • the substrate may contain, for example, a functional compound such as an antioxidant, a cross-linking agent and / or a reinforcing material such as carbon fiber.
  • Examples of the polymer A include polyolefins, aromatic polyetherketones and the like.
  • the polymer A may be one type or a plurality of types.
  • Examples of the polyolefin include polyethylene and the like.
  • Examples of polyethylene include ultra-high molecular weight polyethylene (UltraHigh Molecular Weight Polyethylene, UHMWPE) from the viewpoint of excellent mechanical properties such as wear resistance, impact resistance, and deformation resistance.
  • UHMWPE ultra-high molecular Weight Polyethylene
  • examples of the aromatic polyetherketone include polyetheretherketone (PEEK) from the viewpoint of excellent mechanical properties such as impact resistance and deformation resistance.
  • the polymer A may contain free radicals.
  • free radical means a molecule having unpaired electrons and paramagnetism.
  • the content of free radicals can be measured by electron spin resonance.
  • the amount of free radicals may be 1.0 ⁇ 10 14 spins / g or more, 1.0 ⁇ 10 14 to 1.0 ⁇ 10 20 spins / g, or 1.0 ⁇ 10 15 It may be ⁇ 1.0 ⁇ 10 20 spins / g.
  • the molecular weight of the polymer constituting the base material may be 1 million or more, 1 million to 7 million, or 3 million to 7 million. In particular, it may be 3 to 4 million.
  • the molecular weight of the polymer constituting the base material may be 50,000 or more, 80,000 to 500,000, or 80,000 to 200,000. There may be.
  • the contacting step is a step of bringing the base material containing the polymer A into contact with the treatment liquid containing the compound B and the polymer C in the solvent D.
  • at least a part of the base material may be brought into contact with the treatment liquid.
  • a part of the surface of the base material on which the polymer A is present may be brought into contact with the treatment liquid, or the entire base material may be brought into contact with the treatment liquid.
  • the method of bringing the base material into contact with the treatment liquid is not particularly limited, and any method can be used. From the viewpoint of efficiently forming the graft layer, a method of immersing the base material in the treatment liquid may be used.
  • the time for contacting the base material with the treatment liquid is not particularly limited, but the contact may be performed for 5 minutes or more from the viewpoint of performing the polymerization step described later.
  • the polymerization step is a step of graft-polymerizing the compound B to the polymer A constituting at least a part of the surface of the base material during the contact step.
  • the polymerization step can be performed at the same time as the contact step.
  • the method of graft polymerization is not particularly limited, and may be, for example, photo-initiated graft polymerization or heat-initiated graft polymerization.
  • the polymer B on which compound B is polymerized can be stably immobilized on the surface of the substrate. Further, according to the photo-initiated graft polymerization, the density of the graft layer can be increased by forming the polymer B on the surface of the substrate at a high density.
  • the photo-initiated graft polymerization may be initiated by visible light or by ultraviolet light.
  • the compound B in the vicinity of the surface is polymerized to form the polymer B.
  • the produced polymer B is covalently bonded to the surface of the substrate.
  • a graft layer covering the surface of the substrate as a whole is formed.
  • the base material may be heated.
  • Photoinitiated graft polymerization can be controlled by heating the substrate and the treatment liquid in contact with the substrate.
  • a photopolymerization initiator may be contained on the surface of the base material.
  • a photopolymerization initiator may be applied to the surface of the base material before the base material is brought into contact with the treatment liquid.
  • the photopolymerization initiator radical generated by the irradiation with ultraviolet rays forms a polymerization initiation point on the surface of the substrate.
  • Compound B reacts with the polymerization initiation point to initiate graft polymerization, resulting in polymer B.
  • the wavelength of the ultraviolet rays to be irradiated is, for example, 300 to 400 nm.
  • the ultraviolet irradiation light source for example, a high-pressure mercury lamp (UVL-400HA manufactured by Riko Kagaku Sangyo Co., Ltd.), an LED (MeV365-P601JMM manufactured by YEV Co., Ltd.) and the like can be used.
  • the irradiation time of ultraviolet rays may be 11 to 90 minutes or 23 to 90 minutes.
  • the heating temperature and heating time of the thermal initiation graft polymerization are not particularly limited, but the heating temperature may be equal to or lower than the melting point of the polymer A and / or the polymer B and / or the polymer C, and may be equal to or lower than the boiling point of the solvent D. May be good.
  • the heating temperature may be, for example, 25 to 150 ° C., and the heating time may be, for example, 10 to 180 minutes.
  • the graft polymerization may be started by irradiating with gamma rays.
  • the irradiation time of gamma rays is not particularly limited, but may be, for example, 5 to 120 minutes.
  • the treatment liquid may be removed by washing. Further, sterilization treatment with gamma ray irradiation, ethylene oxide gas or the like may be further performed.
  • the method for producing a complex is a method for producing a complex including a base material and a graft layer covering at least a part of the surface of the base material.
  • the method for producing the complex includes a step of forming a graft layer in which compound B is graft-polymerized on at least a part of the surface of the substrate containing the polymer A by the above-mentioned method for forming a graft layer.
  • the production method may use a commercially available product as a base material, or may include a base material forming step before the step of forming the graft layer.
  • the substrate can be obtained, for example, by charging a powdery, granular or pelletized polymer A into a mold and then compression molding, extrusion molding or injection molding.
  • the polymer A include the above-mentioned UHMWPE and PEEK.
  • UHMWPE and PEEK are thermoplastic resins, but their fluidity is low even at the melting temperature or higher. Therefore, solid UHMWPE or PEEK may be put into a mold and molded under high heat and high pressure conditions.
  • an antioxidant; a cross-linking agent; a reinforcing material such as carbon fiber may be put into the mold.
  • the method for producing a composite according to an embodiment of the present disclosure is crosslinked in the molecule of the polymer A before the step of forming the graft layer, for example, between the step of forming the substrate and the step of forming the graft layer. It may include a cross-linking step that results in the structure. As a result, a base material having further improved mechanical properties such as wear resistance can be obtained.
  • the cross-linking step may include a step of irradiating the base material with high energy rays. This process is also referred to as a high energy ray irradiation process. Free radicals are generated by irradiating the base material with high energy rays.
  • the polymer A can be bonded between the molecular chains to obtain the polymer A having a crosslinked structure.
  • mechanical properties such as wear resistance and impact resistance are improved.
  • the cross-linking reaction can be performed by adding a cross-linking agent, but it tends to be difficult to completely remove the unreacted cross-linking agent. Therefore, the cross-linking reaction by high-energy beam irradiation may be used in consideration of the influence of the unreacted cross-linking agent on the living body.
  • high energy rays examples include X-rays, gamma rays and electron beams.
  • the irradiation dose of the high energy ray may be, for example, 25 to 200 kGy or 50 to 150 kGy.
  • the high energy radiation source for example, a radiation device using Co (cobalt) 60 as a radiation source, an accelerator that emits an electron beam, a device that irradiates X-rays, or the like can be used as a gamma ray source.
  • the cross-linking step may further include a heat treatment step after the high energy ray irradiation step.
  • the heat treatment step the free radicals generated by the high energy beam irradiation step are more efficiently consumed in the cross-linking reaction to promote intramolecular cross-linking.
  • the temperature range of the heat treatment may be 110 to 130 ° C.
  • the heat treatment treatment time may be 2 to 12 hours.
  • the complex produced by the manufacturing method can be used, for example, as a member for medical equipment, a member for industrial equipment, or the like.
  • the medical device member include artificial joint members, artificial blood vessels, artificial hearts, various stents, and the like.
  • the artificial joint to which the artificial joint member is applied is not particularly limited, and examples thereof include an artificial hip joint, an artificial knee joint, an artificial ankle joint, an artificial shoulder joint, an artificial elbow joint, an artificial finger joint, and an artificial intervertebral disc.
  • the hip prosthesis may include a head and acetabulum.
  • the artificial joint member according to one embodiment of the present disclosure can be applied to the head, the acetabulum, or both.
  • the other is a metal such as stainless steel or cobalt-chromium alloy; ceramics such as alumina or zirconia; and a polymer such as UHMWPE or PEEK.
  • the head and acetabulum may be made of different materials.
  • the head may be made of a polymer, ceramic or metal material
  • the acetabular substrate may be made of, for example, a polymer material.
  • FIG. 3 is a schematic view of the artificial hip joint 1 according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a schematic view of the acetabular cup 10 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the artificial hip joint 1 is composed of a acetabular cup 10 fixed to the acetabulum 94 of the hip bone 93 and a femur stem 20 fixed to the proximal end of the femur 91.
  • the acetabular cup 10 has a cup base material 12 having a substantially hemispherical acetabular fixation surface 14 and a substantially hemispherically recessed sliding surface 16, and a graft layer 30 covering the sliding surface 16. ing.
  • the head 22 of the femoral stem 20 is fitted into the recess 161 in which the graft layer 30 of the acetabular cup 10 is formed and slid, thereby functioning as a hip joint.
  • the acetabular fixation surface 14 is an outer surface arranged on the side close to the acetabulum 94.
  • the sliding surface 16 is also an inner surface or a contact surface that contacts the head 22.
  • the sliding surface 16 of the cup base material 12 is covered with the graft layer 30.
  • the graft layer 30 is obtained by graft-polymerizing the polymer B on which the compound B is polymerized onto the sliding surface 16.
  • the graft layer 30 may be arranged only on the acetabular cup 10 or on both the acetabular cup 10 and the head 22.
  • the graft layer 30 has a high affinity with the lubricating liquid in the joint, similar to the structure of the biological membrane, and can hold the lubricating liquid inside the membrane. Further, the graft layer 30 has a phosphoric acid group at a high density. Therefore, the acetabular cup 10 exhibits excellent wear resistance.
  • Example 1 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) monomer was used as the compound B, polyMPC (PMPC) was used as the polymer C, and pure water was used as the solvent D.
  • the weight average molecular weight of the polymer C was 200 to 1,000,000.
  • PMPC, NaCl and MPC were dissolved in pure water to prepare a treatment liquid.
  • the PMPC concentration in the treatment liquid was 10 ⁇ mol / L
  • the NaCl concentration was 2.5 mol / L
  • the MPC concentration was 0.05 mol / L.
  • a square lumber (cross section: 10 mm ⁇ 3 mm, length: 50 mm) made of ultra-high molecular weight polyethylene having a molecular weight of 3 to 4 million and a density of 0.93 g / cm 3 was used as a base material.
  • the square lumber was immersed in the prepared treatment liquid, and then irradiated with ultraviolet rays for 90 minutes. After the ultraviolet irradiation was completed, the square lumber was pulled up and thoroughly washed with pure water and ethanol to obtain a test piece having a PMPC graft layer formed on the surface of the substrate.
  • each treatment liquid in which the MPC concentration was changed to 0.08 mol / L, 0.1 mol / L, 0.15 mol / L, 0.2 mol / L, 0.25 mol / L, and 0.5 mol / L was used.
  • a test piece was prepared by the same method as above.
  • Comparative Example 1 A test piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polymer C was not added to the treatment liquid. In addition, in Comparative Example 1, a test piece using a treatment liquid to which neither compound B nor polymer C was added was prepared.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the MPC concentration in the treatment liquid and the static contact angle of water in Example 1 and Comparative Example 1.
  • black circles are the results of the test piece of Example 1 prepared by adding polymer C
  • white circles are the results without adding polymer C. It means the result of the prepared test piece of Comparative Example 1.
  • the contact angle of the test piece having an MPC concentration of 0.08 to 0.25 mol / L in the treatment liquid showed a low value of 45 ° or less.
  • the contact angle of the test piece of the example in which the MPC concentration in the treatment liquid was 0.1 to 0.2 mol / L showed a particularly low value.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the MPC concentration in the treatment liquid and the thickness of the graft layer in Example 1 and Comparative Example 1.
  • the meanings of the black circles and the white circles in FIG. 6 are the same as those in FIG. From FIG. 6, it was found that in Example 1, a graft layer having a thickness equal to or thicker than that of the prior art can be formed even if the concentration of MPC in the treatment liquid is low.
  • the MPC concentration in the treatment liquid is 0.08 to 0.25 mol / L
  • the thickness of the graft layer is 50 to 250 nm, and the graft is more than the test piece of Comparative Example 1 to which the polymer C is not added. It was shown that the thickness of the layer was large.
  • the invention according to the present disclosure can be used as a method for forming a graft layer.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)

Abstract

従来と同等またはそれ以上の長さを有するグラフト鎖および／または従来技術と同等またはそれ以上の厚さを有するグラフト層を効率的に形成する方法を提供する。本開示の一態様に係るグラフト層の形成方法は、化合物Ｂおよび高分子Ｃを溶媒Ｄ中に含む処理液に、高分子Ａを含む基材を接触させる接触工程と、前記接触工程中に、前記基材の表面の少なくとも一部を構成する前記高分子Ａに対して、前記化合物Ｂをグラフト重合する重合工程と、を含む。

Description

グラフト層の形成方法、複合体の製造方法およびグラフト層を形成するための処理液
　本開示は、グラフト層の形成方法、複合体の製造方法およびグラフト層を形成するための処理液に関する。
　基材の表面に化合物をグラフト重合させることにより、高分子膜を形成する技術が知られている。また、水溶性無機塩を含有した処理水溶液を用いて高分子膜を形成する方法が知られている。
　本開示の一態様に係るグラフト層の形成方法は、化合物Ｂおよび高分子Ｃを溶媒Ｄ中に含む処理液に、高分子Ａを含む基材を接触させる接触工程を含む。前記接触工程中には、前記基材の表面の少なくとも一部を構成する前記高分子Ａに対して、前記化合物Ｂをグラフト重合する重合工程が含まれる。
　また、本開示の一態様に係る処理液は、化合物Ｂおよび高分子Ｃを溶媒Ｄ中に含み、高分子Ａを含む基材の表面の少なくとも一部に、前記化合物Ｂがグラフト重合したグラフト層を形成するための処理液である。
排除体積効果を説明する模式図である。 ゲル効果を説明する模式図である。 本開示の一実施形態に係る人工股関節１の模式図である。 本開示の一実施形態に係る寛骨臼カップの模式図である。 実施例１および比較例１における処理液中の２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの濃度と水の静的接触角との関係を示すグラフである。 実施例１および比較例１における処理液中の２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの濃度とグラフト層の厚さとの関係を示すグラフである。
　以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ～Ｂ」は、「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。
　〔１．グラフト層の形成方法〕
　本開示の一実施形態に係るグラフト層の形成方法は、化合物Ｂおよび高分子Ｃを溶媒Ｄ中に含む処理液に、高分子Ａを含む基材を接触させる接触工程を含む。前記接触工程中には、前記基材の表面の少なくとも一部を構成する前記高分子Ａに対して、前記化合物Ｂをグラフト重合する重合工程が含まれる。
　本明細書中、化合物Ｂが重合した高分子を「高分子Ｂ」と称する。また、本明細書中、「グラフト層」とは、高分子Ｂが基材にグラフト重合することによって形成された層を意味する。換言すると、グラフト層は基材表面に形成された、高分子Ｂを含む層である。グラフト重合した高分子Ｂを「グラフト鎖」とも称する。
　前記構成であれば、基材の少なくとも一部の表面に、高分子Ｂを含むグラフト層を効率的に形成できる。具体的には、溶媒Ｄ中に含有される高分子Ｃによる排除体積効果およびゲル効果によって、化合物Ｂのグラフト重合の効率が向上する。排除体積効果およびゲル効果について、以下に説明する。
　図１は、排除体積効果を説明する模式図である。高分子Ｃは処理液中で体積を有する。また、一般に高分子Ｃ同士には斥力が働くため、高分子Ｃ同士の近接は制限されている。したがって、図１に示すように、高分子Ｃを添加していない処理液１０００と比べて、高分子Ｃを添加した処理液１００１において、化合物Ｂの存在可能領域は狭くなる。これを排除体積効果と称する。これにより、処理液中における化合物Ｂの見かけの濃度および／または化合物Ｂの消費速度が上昇するため、化合物Ｂのグラフト重合効率が向上する。
　図２は、ゲル効果を説明する模式図である。前記の通り、処理液は高分子Ｃを含有するため、処理液全体が高粘度となる。そうすると、成長ラジカルを有する高分子Ｂの運動が制限されることにより、図２に示すように、高分子Ｂ同士の２分子反応である停止反応が低減される。すなわち、成長ラジカルを有する高分子Ｂ同士が反応すると高分子Ｂの末端でのさらなる重合が停止され得るが、処理液が高粘度であれば、この重合の停止が低減される。これをゲル効果と称する。これにより、化合物Ｂの見かけ上の消費速度が増加する。
　前記２つの要素により、従来よりも低い化合物Ｂの濃度で、従来と同等またはそれ以上の長さを有するグラフト鎖および／または従来と同等またはそれ以上の厚さを有するグラフト層を、高分子Ａを含む基材の表面に効率的に形成することが可能となる。
　＜１－１．処理液＞
　本開示の一実施形態に係る処理液は、化合物Ｂと、高分子Ｃと、溶媒Ｄとを含み、高分子Ａを含む基材の表面の少なくとも一部に、前記化合物Ｂがグラフト重合したグラフト層を形成するための処理液である。当該処理液は、グラフト重合を開始する前の段階で、化合物Ｂに加えて高分子Ｃが含まれ得る。
　本開示の処理液を用いてグラフト層を形成することで、従来技術に比べて化合物Ｂの使用量および廃棄量を低減できる。すなわち、生産効率を向上させ、環境への負荷を低減できる。加えて、使用する重合開始剤の低減、光開始グラフト重合における照射する光の強度の低減、熱開始グラフト重合における重合温度の低減等が可能になる。よって、光照射による基材の劣化の低減、および適用可能な化合物の拡大等が期待できる。
　化合物Ｂの重合によって高分子Ｂが形成される。また、化合物Ｂは、グラフト重合によってグラフト層を形成する。化合物Ｂは、１種類であってもよく、複数種類であってもよい。
　前記化合物Ｂは電気的に中性であってもよい。これにより、化合物Ｂ内または／および化合物Ｂ間での相互作用を低減できる。本明細書中、「電気的に中性である」とは、中性付近のｐＨ（ｐＨ６～８）の水溶液中で電離してイオンになる基を有さないか、または有していても陽イオンになる基と陰イオンになる基を有していて、その電荷の合計が実質的に０になることを意味する。ここで「実質的に」とは、電荷の合計が０になるか、または０にはならないとしても本開示の効果に悪影響を与えない程度に小さいことを意味する。
　化合物Ｂは、ホスホリルコリン基を有していてもよい。これにより、グラフト層が高い生体適合性または／および良好な潤滑状態を長期間維持できる。
　化合物Ｂはさらに、重合開始基を有していてもよい。例えば、化合物Ｂは一つの末端にホスホリルコリン基を、その他の末端の一つに基材とグラフト重合可能な重合開始基を有する重合性モノマーであってもよい。
　化合物Ｂは、前記重合開始基として重合性のメタクリル酸ユニットを有してもよい。これにより、グラフト層を容易に形成することができる。
　ホスホリルコリン基を有する化合物Ｂとしては、例えば、２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、２－アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、４－メタクリロイルオキシブチルホスホリルコリン、６－メタクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、ω－メタクリロイルオキシエチレンホスホリルコリン等が挙げられる。以下では、２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを「ＭＰＣ」とも称する。また、ＭＰＣが重合した高分子をポリ（ＭＰＣ）またはＰＭＰＣとも称する。
　ＭＰＣは、下記構造式に示す化学構造を有しており、ホスホリルコリン基と、重合性のメタクリル酸ユニットとを有する重合性モノマーである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 　ＭＰＣは、ラジカル重合により容易に重合するため、高分子量のホモポリマーを形成できる（Ishihara et al., Polymer Journal 22, p355 (1990)）。そのため、ＭＰＣを重合した高分子鎖の集合体としてグラフト層を形成すると、ＭＰＣ高分子鎖と基材表面とのグラフト結合を、比較的緩やかな条件で行うことができる。さらに、高密度のグラフト鎖または／およびグラフト層を形成して、多量のホスホリルコリン基を基材表面に形成できる。
　上記グラフト層は、ホスホリルコリン基を有する単一の重合性モノマーから構成したホモポリマーだけではなく、ホスホリルコリン基を有する重合性モノマーと、例えば他のビニル化合物モノマーとからなる共重合体として形成することもできる。これにより、用いる他のビニル化合物モノマーの種類によって、グラフト層に機械的強度向上などの機能を付加することもできる。
　他にも、化合物Ｂとしては、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ベタイン構造を有するモノマー（メタクリロイルオキシエチルカルボキシベタイン、メタクリロイルオキシエチルスルホベタイン、メタクリロイルオキシエチルアミドベタイン）等が挙げられる。
　前記処理液中の化合物Ｂの濃度は、化合物Ｂの種類によって適宜変更され得るが、例えば０．０５～０．２５ｍｏｌ／Ｌであってもよく、０．１０～０．２５ｍｏｌ／Ｌであってもよく、０．１０～０．２０ｍｏｌ／Ｌであってもよい。化合物Ｂの濃度が前記範囲であれば、生産コストおよび環境への影響を低減できるとともに、十分な密度および厚さを有するグラフト層を形成することができ、グラフト層表面の濡れ性、および耐摩耗性を向上できる。
　高分子Ｃは、上述のように排除体積効果およびゲル効果をもたらす。高分子Ｃは、化合物Ｂのグラフト重合を妨げない高分子であれば、特に限定されない。高分子Ｃは有機高分子であってもよく、無機高分子であってもよい。溶媒Ｄへの溶解性の観点から、高分子Ｃは有機高分子であってもよい。高分子Ｃは、１種類であってもよく、複数種類であってもよい。
　高分子Ｃは電気的に中性であってもよい。「電気的に中性である」とは、上述の通りである。高分子Ｃが電気的に中性であれば、高分子Ｃ内または／および高分子Ｃ間の相互作用を低減でき、さらには高分子Ｃと、化合物Ｂまたは／および高分子Ｂとの相互作用も低減できる。
　高分子Ｃの重量平均分子量は１万以上であってもよく、１万～１００万であってもよく、１０万～１００万であってもよい。前記構成であれば、処理液中の高分子Ｃによる排除体積効果が向上し、化合物Ｂのグラフト重合の効率が向上する。重量平均分子量は例えば、ゲル浸透クロマトグラフィーによって測定できる。
　高分子Ｃは、ホスホリルコリン基を有していてもよい。高分子Ｃを構成するモノマーは、化合物Ｂと同じ化合物であってもよい。高分子Ｃは、例えば、ポリ（２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン）であってもよい。
　一方で、高分子Ｂと高分子Ｃとは、互いに反応しない異なる化合物であってもよい。これにより、化合物Ｂが基材に対するグラフト重合にのみ使用されるため、化合物Ｂのグラフト重合の効率を向上できる。
　高分子Ｃとしては、ホスホリルコリン基を有する高分子以外にも、ポリメタクリル酸ポリエチレングリコール、各種ベタイン基を有するポリマー、デンプン、スクロース、ヒアルロン酸等が挙げられる。
　処理液中の高分子Ｃの濃度は、高分子Ｃの種類によって適宜変更され得るが、例えば１μｍｏｌ／Ｌ以上であってもよく、１～１０００μｍｏｌ／Ｌであってもよい。高分子Ｃの濃度が前記範囲であれば、処理液中の高分子Ｃによる排除体積効果を向上でき、化合物Ｂのグラフト重合の効率を向上できる。また、高分子Ｃとして高分子Ｂを用いる場合であっても、高分子Ｂを用いない場合に比べて廃棄される化合物Ｂの量を低減できる。
　さらに、グラフト重合開始前の処理液中の溶存酸素濃度は６．０ｍｇ／Ｌ以下であってもよく、０．２ｍｇ／Ｌ以下であってもよい。溶存酸素濃度が前記範囲であれば、溶存酸素による化合物Ｂの重合阻害を低減できる。
　溶媒Ｄは特に限定されず、親水性溶媒であってもよく、疎水性溶媒であってもよい。環境に対する負荷の観点から、親水性溶媒であってもよい。親水性溶媒としては例えば、水、食塩水、砂糖水、水／エタノール混合溶液等が挙げられる。疎水性溶媒としては、アルコール、アセトン、ヘキサン等が挙げられる。溶媒Ｄは少なくとも水を含んでいてもよい。
　溶媒Ｄは、前記化合物Ｂが重合した高分子Ｂ、および前記高分子Ｃの少なくとも一方に対する良溶媒であってもよい。溶媒Ｄは、高分子Ｂおよび高分子Ｃの両方に対する良溶媒であってもよい。
　本明細書において「良溶媒」とは、対象とする化合物の溶解度が、後述する貧溶媒と比べて相対的に大きい溶媒を指す。前記構成であれば、多量の高分子Ｂおよび／または高分子Ｃを溶媒中に溶解可能であるため、グラフト重合の効率を向上できる。
　また、溶媒Ｄは化合物Ｂに対する良溶媒であってもよい。溶媒Ｄが化合物Ｂに対する良溶媒であれば、溶媒Ｄ中の化合物Ｂの運動性を向上させられるため、化合物Ｂのグラフト重合の効率を向上できる。
　重合により生じた高分子を溶媒中から回収することを目的とする場合、溶媒として貧溶媒が用いられ得る。しかしながら、本開示のグラフト層の形成方法においては、前記の通り高分子Ｂの良溶媒を使用できる。
　前記処理液は、溶媒Ｄに可溶な無機塩をさらに含んでいてもよい。これにより、化合物Ｂのグラフト重合の効率を向上できる。
　溶媒Ｄが親水性溶媒である場合、前記無機塩として水溶性無機塩を用いてもよい。水溶性無機塩としては、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩等が挙げられる。アルカリ金属塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩およびセシウム塩等が挙げられる。また、アルカリ土類金属塩としては、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩およびラジウム塩等が挙げられる。また、無機塩をカウンターアニオンの種類によって分類すると、ハロゲン化物（例えば塩化物、フッ化物、臭化物、ヨウ化物等）、リン酸塩、炭酸塩、硝酸塩および水酸化物等が挙げられる。水溶性無機塩は、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムおよび塩化マグネシウムからなる群より選ばれる１種以上である。
　処理液中の無機塩の濃度は、例えば、０．０１～５．０ｍｏｌ／Ｌであってもよく、１．０～５．０ｍｏｌ／Ｌであってもよく、１．０～３．０ｍｏｌ／Ｌであってもよい。前記濃度であれば、十分なグラフト密度を有するグラフト層を効率的に形成できる。
　＜１－２．基材＞
　基材は、グラフト層を形成する対象となる。基材は、その表面の少なくとも一部に高分子Ａを含み得る。基材は、例えば抗酸化剤、架橋剤等の機能性化合物および／または炭素繊維等の強化材を含んでいてもよい。
　高分子Ａとしては、ポリオレフィン、芳香族ポリエーテルケトン等が挙げられる。高分子Ａは１種類であってもよく、複数種類であってもよい。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン等が挙げられる。ポリエチレンとしては、例えば、耐摩耗性、耐衝撃性、耐変形性等の機械的特性に優れる観点から、超高分子量ポリエチレン（ＵｌｔｒａＨｉｇｈ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｗｅｉｇｈｔ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＵＨＭＷＰＥ）が挙げられる。また、芳香族ポリエーテルケトンとしては、耐衝撃性、耐変形性等の機械的特性に優れる観点からポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が挙げられる。
　高分子Ａはフリーラジカルを含有していてもよい。本明細書中「フリーラジカル」とは、不対電子を持ち、常磁性を有する分子を意味する。フリーラジカルの含有量は、電子スピン共鳴によって測定できる。フリーラジカル量としては、１．０×１０１４ｓｐｉｎｓ／ｇ以上であってもよく、１．０×１０１４～１．０×１０２０ｓｐｉｎｓ／ｇであってもよく、１．０×１０１５～１．０×１０２０ｓｐｉｎｓ／ｇであってもよい。
　基材を構成する高分子の分子量が高いほど、耐摩耗性が高い傾向がある。ポリオレフィンを含む基材の場合、基材を構成する高分子の分子量は、１００万以上であってもよく、１００万～７００万であってもよく、３００万～７００万であってもよく、特に３００万～４００万であってもよい。また、芳香族ポリエーテルケトンを含む基材の場合、基材を構成する高分子の分子量は、５万以上であってもよく、８～５０万であってもよく、８万～２０万であってもよい。本明細書において、基材を構成する高分子の分子量は、当該高分子を含むデカヒドロナフタレン（デカリン）溶液の１３５℃での粘度測定により下記式（１）で決定された分子量を意味する。
分子量＝５．３７×１０４×（固有粘度）１．４９　　　・・・（１）
　また、基材を構成する高分子の密度は、耐衝撃性、耐変形性等の機械的特性の観点から、ポリオレフィンを含む基材の場合、０．９２７～０．９４４ｇ／ｃｍ３であってもよい。また、芳香族ポリエーテルケトンを含む基材の場合、１．２０～１．５５ｇ／ｃｍ３であってもよい。
　＜１－３．接触工程＞
　接触工程は、化合物Ｂおよび高分子Ｃを溶媒Ｄ中に含む処理液に、高分子Ａを含む基材を接触させる工程である。接触工程では、基材の少なくとも一部を処理液と接触させればよい。例えば高分子Ａが存在する基材の表面の一部を処理液と接触させてもよく、基材全体を処理液と接触させてもよい。
　基材と処理液とを接触させる方法は特に限定されず、任意の方法で行うことができる。効率的にグラフト層を形成する観点から、基材を処理液中に浸漬させる方法であってもよい。基材と処理液とを接触させる時間も特に限定されないが、後述の重合工程を行う観点から５分以上接触させてもよい。
　＜１－４．重合工程＞
　重合工程は、前記接触工程中に、前記基材の表面の少なくとも一部を構成する前記高分子Ａに対して、前記化合物Ｂをグラフト重合する工程である。重合工程は接触工程と同時に行われ得る。グラフト重合の方式は特に限定されず、例えば、光開始グラフト重合であってもよく、熱開始グラフト重合であってもよい。
　光開始グラフト重合の場合、化合物Ｂが重合した高分子Ｂを基材の表面に安定的に固定化できる。さらに光開始グラフト重合によれば、高分子Ｂを基材表面に高密度に形成することにより、グラフト層の密度を高めることができる。
　光開始グラフト重合は、可視光によって開始されてもよく、紫外線によって開始されてもよい。基材の表面に紫外線を照射すると、表面近傍の化合物Ｂが重合して高分子Ｂが生成される。生成された高分子Ｂは、基材の表面に共有結合する。高分子Ｂが表面に高密度にグラフト結合することにより、全体として基材表面を被覆するグラフト層が形成される。この時、基材を加熱してもよい。基材および基材と接触している処理液を加熱することで、光開始グラフト重合を制御できる。
　基材の表面に光重合開始剤が含まれていてもよい。例えば、基材を処理液に接触させる前に、基材の表面に光重合開始剤を塗布しておいてもよい。この場合、紫外線照射によって発生した光重合開始剤ラジカルが基材表面に重合開始点を形成する。化合物Ｂが重合開始点と反応して、グラフト重合を開始し、高分子Ｂとなる。
　照射する紫外線の波長は例えば３００～４００ｎｍである。紫外線の照射光源としては、たとえば高圧水銀ランプ（理工科学産業株式会社製　ＵＶＬ－４００ＨＡ）、ＬＥＤ（株式会社ワイ・イー・ブイ製　ＭｅＶ３６５－Ｐ６０１ＪＭＭ）等を用いることができる。紫外線の照射時間は、１１～９０分間であってもよく、２３～９０分間であってもよい。
　熱開始グラフト重合の加熱温度および加熱時間は特に限定されないが、加熱温度は高分子Ａおよび／または高分子Ｂおよび／または高分子Ｃの融点以下であってよく、溶媒Ｄの沸点以下であってもよい。加熱温度は、例えば２５～１５０℃であってよく、加熱時間は、例えば１０～１８０分であってもよい。
　また、グラフト重合はガンマ線を照射することによって開始されてもよい。ガンマ線の照射時間は特に限定されないが、例えば５～１２０分であってもよい。
　グラフト重合終了後、洗浄を行って処理液を取り除いてもよい。また、ガンマ線照射、エチレンオキサイドガス等による滅菌処理をさらに行ってもよい。
　〔２．複合体の製造方法〕
　本開示の一実施形態に係る複合体の製造方法は、基材と、当該基材の表面の少なくとも一部を被覆するグラフト層とを含む複合体の製造方法である。当該複合体の製造方法は、上述のグラフト層の形成方法によって、高分子Ａを含む基材の表面の少なくとも一部に、化合物Ｂがグラフト重合したグラフト層を形成する工程を含む。〔１．グラフト層の形成方法〕で既に説明した事項については以下では説明を省略する。
　＜２－１．基材形成工程＞
　前記製造方法は、基材として市販品を用いてもよいし、グラフト層を形成する工程の前に基材形成工程を含んでいてもよい。基材は、例えば、粉末状、粒状またはペレット状の高分子Ａを金型に投入し、次いで圧縮成型、押し出し成型または射出成型することで得られる。高分子Ａとしては、上述のＵＨＭＷＰＥおよびＰＥＥＫが挙げられる。ＵＨＭＷＰＥおよびＰＥＥＫは、熱可塑性樹脂であるが、溶融温度以上でも流動性が低い。そのため、固体状のＵＨＭＷＰＥまたはＰＥＥＫを金型に投入して高熱高圧条件下で成型してもよい。高分子Ａとともに抗酸化剤；架橋剤；炭素繊維等の強化材を金型に投入してもよい。
　＜２－２．架橋工程＞
　本開示の一実施形態に係る複合体の製造方法は、グラフト層を形成する工程の前、例えば、基材形成工程とグラフト層を形成する工程との間に、高分子Ａの分子内に架橋構造を生じさせる架橋工程を含んでいてもよい。これにより、耐摩耗性などの機械的特性がさらに向上した基材が得られる。
　架橋工程は、基材に高エネルギー線を照射する工程を含んでいてもよい。当該工程を高エネルギー線照射工程とも称する。基材に高エネルギー線を照射することにより、フリーラジカルを発生させる。これにより高分子Ａを分子鎖間で結合させ、架橋構造を有する高分子Ａを得ることができる。分子鎖間に架橋構造を生じさせることで、耐摩耗性、耐衝撃性などの機械的特性が向上する。
　架橋反応は、架橋剤の添加によっても可能であるが、未反応架橋剤を完全に除去することは難しい傾向にある。そのため、未反応架橋剤の生体への影響を考慮して、高エネルギー線照射による架橋反応を用いてもよい。
　高エネルギー線としては、Ｘ線、ガンマ線および電子線などが挙げられる。高エネルギー線の照射線量は、例えば２５～２００ｋＧｙであってもよく、５０～１５０ｋＧｙであってもよい。高エネルギー線源としては、例えばガンマ線源としてＣｏ（コバルト）６０を放射線源とする放射装置、電子線を放射する加速機、Ｘ線を照射する装置などを使用できる。
　架橋工程は、高エネルギー線照射工程の後にさらに熱処理工程を含んでいてもよい。熱処理工程では、高エネルギー線照射工程によって生じたフリーラジカルをより効率的に架橋反応で消費させて分子内架橋を促進させる。熱処理の温度範囲は、１１０～１３０℃であってもよい。熱処理の処理時間は、２～１２時間であってもよい。
　〔３．複合体の用途〕
　前記製造方法により製造される複合体は、例えば、医療機器用部材、産業用機器部材等として使用できる。前記医療機器用部材としては例えば、人工関節用部材、人工血管、人工心臓、各種ステント等が挙げられる。
　前記人工関節用部材が適用される人工関節は、特に限定されず、例えば人工股関節、人工膝関節、人工足関節、人工肩関節、人工肘関節、人工指関節、人工椎間板等が挙げられる。例えば、人工股関節は、骨頭および寛骨臼を備え得る。この骨頭もしくは寛骨臼、またはその両方に本開示の一実施形態に係る人工関節用部材を適用できる。例えば、骨頭および寛骨臼のいずれか一方に前記人工関節用部材を利用する場合、他方には、ステンレス、コバルトクロム合金等の金属；アルミナ、ジルコニア等のセラミックス；ＵＨＭＷＰＥ、ＰＥＥＫ等の高分子等を含む部材を利用してもよい。また、例えば、骨頭および寛骨臼は、異なる材料で形成されていてもよい。例えば、骨頭は、高分子、セラミックスまたは金属の材料で形成されていてもよく、寛骨臼の基材は、例えば高分子の材料で形成されていてもよい。
　以下に、人工股関節の寛骨臼カップとして本開示の一実施形態に係る複合体を人工関節用部材として利用する例を説明する。図３は、本開示の一実施形態に係る人工股関節１の模式図である。図４は、本開示の一実施形態に係る寛骨臼カップ１０の模式図である。人工股関節１は、寛骨９３の寛骨臼９４に固定される寛骨臼カップ１０と、大腿骨９１の近位端に固定される大腿骨ステム２０とから構成されている。寛骨臼カップ１０は、ほぼ半球状の寛骨臼固定面１４およびほぼ半球状にくぼんだ摺動面１６を有するカップ基材１２と、摺動面１６を被覆するグラフト層３０とを有している。寛骨臼カップ１０のグラフト層３０が形成されたくぼみ１６１に大腿骨ステム２０の骨頭２２を嵌め込んで摺動させることにより、股関節として機能する。寛骨臼固定面１４は、寛骨臼９４に近い側に配された外表面である。また、摺動面１６は、骨頭２２に接触する内表面または接触面でもある。
　図３および図４に示すように、寛骨臼カップ１０では、カップ基材１２の摺動面１６がグラフト層３０によって被覆されている。グラフト層３０は、化合物Ｂが重合した高分子Ｂを摺動面１６にグラフト重合して得られる。グラフト層３０は、寛骨臼カップ１０のみに配されていてもよく、寛骨臼カップ１０と骨頭２２の両方に配されていてもよい。
　グラフト層３０は、生体膜の構造に類似し、関節における潤滑液との親和性が高く、膜の内部に潤滑液を保持できる。また、グラフト層３０は、高密度にてリン酸基を備える。そのため、寛骨臼カップ１０は、優れた耐摩耗性を示す。
　以下、実施例および比較例に基づいて本開示の一態様をより詳細に説明するが、本開示の態様はこれらに限定されるものではない。
　〔実施例１〕
　化合物Ｂとして２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）モノマー、高分子ＣとしてポリＭＰＣ（ＰＭＰＣ）、溶媒Ｄとして純水を用いた。高分子Ｃの重量平均分子量は２０～１００万であった。ＰＭＰＣ、ＮａＣｌ、ＭＰＣを純水に溶解させ、処理液を作製した。処理液中のＰＭＰＣ濃度を１０μｍｏｌ／Ｌ、ＮａＣｌ濃度を２．５ｍｏｌ／Ｌ、ＭＰＣ濃度を０．０５ｍｏｌ／Ｌとした。また、高分子Ａとして、分子量３００～４００万、密度０．９３ｇ／ｃｍ３の超高分子量ポリエチレンからなる角材（断面：１０ｍｍ×３ｍｍ、長さ：５０ｍｍ）を基材として用いた。作製した処理液に角材を浸漬し、次いで紫外線を９０分間照射した。紫外線照射が終了後、角材を引き上げて、純水およびエタノールで十分に洗浄することにより、基材表面にＰＭＰＣのグラフト層が形成された試験片を得た。
　また、ＭＰＣ濃度を０．０８ｍｏｌ／Ｌ、０．１ｍｏｌ／Ｌ、０．１５ｍｏｌ／Ｌ、０．２ｍｏｌ／Ｌ、０．２５ｍｏｌ／Ｌ、０．５ｍｏｌ／Ｌに変更した各処理液を用いて、上記と同様の方法によって試験片を作製した。
　〔比較例１〕
　処理液に高分子Ｃを添加しないこと以外は実施例１と同様にして試験片を作製した。加えて比較例１では、化合物Ｂおよび高分子Ｃのいずれも添加していない処理液を使用した試験片も作製した。
　〔水の静的接触角の測定〕
　各試験片の親水性を、各試験片のグラフト層が形成された面に純水を滴下した際の接触角（水の静的接触角）を測定することによって評価した。水の静的接触角は、表面接触角測定装置（協和界面科学社製　ＤＭ３００）を用い、液滴法により評価した。具体的には、ＩＳＯ１５９８９規格に準拠し、液滴量１μＬの純水を試験片表面に滴下して６０秒後に接触角を測定した。
　〔グラフト層の厚さの測定〕
　各試験片について、試験片をエポキシ樹脂に包埋し、次いで四塩化ルテニウムを用いて染色した。その後、ウルトラミクロトームを用いて試験片から超薄切片を切り出した。加速電圧１００ｋＶとする透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、超薄切片の切断面の電子顕微鏡画像を得た。得られた電子顕微鏡画像の１画像につき、切断面における膜厚を１０点測定し、その平均値を算出してグラフト層の厚さとした。
　〔評価結果〕
　図５は、実施例１および比較例１における処理液中のＭＰＣ濃度と水の静的接触角との関係を示すグラフである。図５中、黒丸（高分子Ｃ（＋））は高分子Ｃを添加して作製した実施例１の試験片の結果を、白丸（高分子Ｃ（－））は高分子Ｃを添加しないで作製した比較例１の試験片の結果を意味する。図５より、実施例１では、処理液中の化合物Ｂが低濃度であっても、親水性が高いグラフト層を形成可能であることがわかった。特に処理液中のＭＰＣ濃度が０．０８～０．２５ｍｏｌ／Ｌの試験片の接触角が４５°以下の低値を示した。また、処理液中のＭＰＣ濃度が０．１～０．２ｍｏｌ／Ｌである実施例の試験片の接触角が特に低値を示した。
　図６は、実施例１および比較例１における処理液中のＭＰＣ濃度とグラフト層の厚さとの関係を示すグラフである。図６における黒丸および白丸の意味は図５と同様である。図６より、実施例１では、処理液中のＭＰＣが低濃度であったとしても従来技術と同等またはそれ以上の厚みを有するグラフト層を形成可能であることがわかった。特に処理液中のＭＰＣ濃度が０．０８～０．２５ｍｏｌ／Ｌである場合、グラフト層の厚さが５０～２５０ｎｍであり、高分子Ｃを添加しなかった比較例１の試験片よりもグラフト層の厚みが大きいことが示された。
　以上、本開示に係る発明について、諸図面および実施例に基づいて説明してきた。しかし、本開示に係る発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。すなわち、本開示に係る発明は本開示で示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示に係る発明の技術的範囲に含まれる。つまり、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。また、これらの変形または修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。
　本開示に係る発明は、グラフト層の形成方法として利用できる。
　１　　人工股関節
　１０　寛骨臼カップ（人工関節用部材）
　１２　カップ基材（基材）
　３０　グラフト層

Claims (15)

  1. 　化合物Ｂおよび高分子Ｃを溶媒Ｄ中に含む処理液に、高分子Ａを含む基材を接触させる接触工程と、
    　前記接触工程中に、前記基材の表面の少なくとも一部を構成する前記高分子Ａに対して、前記化合物Ｂをグラフト重合する重合工程と、を含む、グラフト層の形成方法。
  2. 　前記高分子Ｃの重量平均分子量が１万以上である、請求項１に記載のグラフト層の形成方法。
  3. 　前記溶媒Ｄが、前記化合物Ｂが重合した高分子Ｂ、および前記高分子Ｃの少なくとも一方に対する良溶媒である、請求項１または２に記載のグラフト層の形成方法。
  4. 　前記処理液が、溶媒Ｄに可溶な無機塩をさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のグラフト層の形成方法。
  5. 　前記化合物Ｂが、ホスホリルコリン基を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のグラフト層の形成方法。
  6. 　前記化合物Ｂが、重合性のメタクリル酸ユニットを有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のグラフト層の形成方法。
  7. 　前記高分子Ａが、ポリオレフィンまたは芳香族ポリエーテルケトンである、請求項１～６のいずれか１項に記載のグラフト層の形成方法。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載のグラフト層の形成方法によって、高分子Ａを含む基材の表面の少なくとも一部に、化合物Ｂがグラフト重合したグラフト層を形成する工程を含む、基材と、当該基材の表面の少なくとも一部を被覆するグラフト層とを含む複合体の製造方法。
  9. 　前記複合体は、医療機器用部材である、請求項８に記載の複合体の製造方法。
  10. 　前記医療機器用部材は、人工関節用部材である、請求項９に記載の複合体の製造方法。
  11. 　化合物Ｂおよび高分子Ｃを溶媒Ｄ中に含み、
    　高分子Ａを含む基材の表面の少なくとも一部に、前記化合物Ｂがグラフト重合したグラフト層を形成するための処理液。
  12. 　前記高分子Ｃの重量平均分子量が１万以上である、請求項１１に記載の処理液。
  13. 　前記溶媒Ｄが、前記化合物Ｂが重合した高分子Ｂ、および前記高分子Ｃの少なくとも一方に対する良溶媒である、請求項１１または１２に記載の処理液。
  14. 　前記溶媒Ｄに可溶な無機塩をさらに含む、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の処理液。
  15. 　前記化合物Ｂが、ホスホリルコリン基を有する、請求項１１～１４のいずれか１項に記載の処理液。
PCT/JP2021/032589 2020-09-10 2021-09-06 グラフト層の形成方法、複合体の製造方法およびグラフト層を形成するための処理液 WO2022054743A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2021340988A AU2021340988B2 (en) 2020-09-10 2021-09-06 Method for forming graft layer, method for producing composite, and treatment liquid for forming graft layer
CN202180054327.5A CN116096767A (zh) 2020-09-10 2021-09-06 接枝层的形成方法、复合体的制造方法和用于形成接枝层的处理液
EP21866702.0A EP4212560A1 (en) 2020-09-10 2021-09-06 Method for forming graft layer, method for producing composite, and treatment liquid for forming graft layer
US18/025,368 US20240010807A1 (en) 2020-09-10 2021-09-06 Method for forming graft layer, method for producing composite, and treatment liquid for forming graft layer
JP2022547573A JPWO2022054743A1 (ja) 2020-09-10 2021-09-06

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020152312 2020-09-10
JP2020-152312 2020-09-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022054743A1 true WO2022054743A1 (ja) 2022-03-17

Family

ID=80631819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/032589 WO2022054743A1 (ja) 2020-09-10 2021-09-06 グラフト層の形成方法、複合体の製造方法およびグラフト層を形成するための処理液

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240010807A1 (ja)
EP (1) EP4212560A1 (ja)
JP (1) JPWO2022054743A1 (ja)
CN (1) CN116096767A (ja)
AU (1) AU2021340988B2 (ja)
WO (1) WO2022054743A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116284548A (zh) * 2023-05-24 2023-06-23 广东工业大学 一种具有多重自翻转的磷酸胆碱四元共聚物及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0687968A (ja) * 1992-03-16 1994-03-29 Dow Corning Corp 前もって生成された親水性ポリマーを疎水性ポリマー基材へグラフトする方法及びそのための被覆組成物
JPH1180394A (ja) * 1997-06-28 1999-03-26 Huels Ag ポリマー基材の被覆法、被覆されたポリマー基材の使用及びそれからなる製品
JP2013162796A (ja) * 2013-05-13 2013-08-22 Dainippon Printing Co Ltd 細胞培養支持体の製造方法
JP2017213218A (ja) * 2016-05-31 2017-12-07 京セラ株式会社 医療機器の製造方法
JP2020043891A (ja) * 2018-09-14 2020-03-26 京セラ株式会社 医療部材及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0687968A (ja) * 1992-03-16 1994-03-29 Dow Corning Corp 前もって生成された親水性ポリマーを疎水性ポリマー基材へグラフトする方法及びそのための被覆組成物
JPH1180394A (ja) * 1997-06-28 1999-03-26 Huels Ag ポリマー基材の被覆法、被覆されたポリマー基材の使用及びそれからなる製品
JP2013162796A (ja) * 2013-05-13 2013-08-22 Dainippon Printing Co Ltd 細胞培養支持体の製造方法
JP2017213218A (ja) * 2016-05-31 2017-12-07 京セラ株式会社 医療機器の製造方法
JP2020043891A (ja) * 2018-09-14 2020-03-26 京セラ株式会社 医療部材及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISHIHARA ET AL., POLYMER JOURNAL, vol. 22, 1990, pages 355

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116284548A (zh) * 2023-05-24 2023-06-23 广东工业大学 一种具有多重自翻转的磷酸胆碱四元共聚物及其制备方法和应用
CN116284548B (zh) * 2023-05-24 2023-08-11 广东工业大学 一种具有多重自翻转的磷酸胆碱四元共聚物及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
AU2021340988B2 (en) 2024-05-30
EP4212560A1 (en) 2023-07-19
US20240010807A1 (en) 2024-01-11
CN116096767A (zh) 2023-05-09
JPWO2022054743A1 (ja) 2022-03-17
AU2021340988A1 (en) 2023-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9951190B2 (en) Surface crosslinked polyethylene
US7205051B2 (en) Medical implant or medical implant part
JP5918924B2 (ja) 生体適合性および低摩耗性摺動部材の製造方法
JP5775694B2 (ja) ポリマー摺動材料、人工関節部材、医療器具及びその製造方法
JP5764062B2 (ja) 高潤滑性摺動部材およびそれを用いた人工関節
WO2017142047A1 (ja) 人工関節用摺動部材の製造方法
WO2022054743A1 (ja) グラフト層の形成方法、複合体の製造方法およびグラフト層を形成するための処理液
Kyomoto et al. Effect of UV‐irradiation intensity on graft polymerization of 2‐methacryloyloxyethyl phosphorylcholine on orthopedic bearing substrate
US20200155723A1 (en) Highly hydrophilic coatings for biomedical applications
JP6061670B2 (ja) 人工関節用摺動部材の製造方法および人工関節用摺動部材
WO2021145298A1 (ja) 人工関節用摺動部材の製造方法、人工関節用摺動部材および人工関節
Yamane et al. Effects of extra irradiation on surface and bulk properties of PMPC‐grafted cross‐linked polyethylene
JP7265849B2 (ja) 医療部材の製造方法
KR100280352B1 (ko) 인공관절용초고분자량폴리에틸렌의표면개질방법
Butruk et al. Polyvinylpyrrolidone-based coatings for polyurethanes–the effect of reagent concentration on their chosen physical properties
WO2023238822A1 (ja) 人工軟骨インプラントおよびその製造方法
Dobos Surface Engineering of Polymeric Membranes
Kyomoto that the stabilization of the residual free radicals with an antioxi
Moro et al. Cartilage-mimicking, High-density Brush Structure Improves Wear Resistance of Crosslinked Polyethylene

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21866702

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022547573

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18025368

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021340988

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20210906

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021866702

Country of ref document: EP

Effective date: 20230411