JP2566548B2 - 表面改質した外科用機器、器具、インプラント、コンタクトレンズおよびその類似物 - Google Patents
表面改質した外科用機器、器具、インプラント、コンタクトレンズおよびその類似物Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 関連出願 本発明は1987年４月10日出願のアメリカ合衆国特許願
第37,153号（これは1989年２月21日にアメリカ合衆国特
許第4,806,382号となった）の一部継続出願である1989
年２月１日出願のアメリカ合衆国特許願第304,479号の
一部継続出願である。
第37,153号（これは1989年２月21日にアメリカ合衆国特
許第4,806,382号となった）の一部継続出願である1989
年２月１日出願のアメリカ合衆国特許願第304,479号の
一部継続出願である。
産業上の利用分野 本発明はプラスチックの外科用機器、医療器具、心血
管補綴用インプラント、硬質組織のたは軟質組織用イン
プラント、コンタクトレンズおよびこれらの類似物と、
その表面の改質方法とに関するものである。
管補綴用インプラント、硬質組織のたは軟質組織用イン
プラント、コンタクトレンズおよびこれらの類似物と、
その表面の改質方法とに関するものである。
従来の技術 眼内レンズ（IOL）などの眼科用インプラントを外科
手術で移植する場合には、このインプラントと内皮とが
接触しないように十分注意しないと、角膜内皮組織のか
なりの部分が失われてしまうということが多くの研究で
報告されている。
手術で移植する場合には、このインプラントと内皮とが
接触しないように十分注意しないと、角膜内皮組織のか
なりの部分が失われてしまうということが多くの研究で
報告されている。
大抵の眼科用インプラントは光学的特性に優れ、生物
分解に対する抵抗力のある親水性のポリメチルメタクリ
レート（PMMA）ポリマーで作られているが、PMMAは偶然
な接触しただけでもその表面が内皮細胞に付着し、付着
したPMMA表面を内皮細胞から離すと、内皮細胞がPMMA表
面に付着して引き剥がされてしまう。他の眼球組織、例
えば虹彩も似たような付着作用によって損傷を受ける。
分解に対する抵抗力のある親水性のポリメチルメタクリ
レート（PMMA）ポリマーで作られているが、PMMAは偶然
な接触しただけでもその表面が内皮細胞に付着し、付着
したPMMA表面を内皮細胞から離すと、内皮細胞がPMMA表
面に付着して引き剥がされてしまう。他の眼球組織、例
えば虹彩も似たような付着作用によって損傷を受ける。
眼科用インプラントとして現在使用されている、また
は提案されている他の親水性ポリマー（例えば、ポリプ
ロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、
ポリシロキサン）も眼球組織に付着するので、組織はダ
メージを受ける。
は提案されている他の親水性ポリマー（例えば、ポリプ
ロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、
ポリシロキサン）も眼球組織に付着するので、組織はダ
メージを受ける。
PMMA製のIOLに固有な重大な欠点は、角膜内皮とPMMA
表面とがたとえ短時間でも接触すると、内皮のかなりの
部分が損傷する点にあるということは多くの文献に記載
されている。インプラント表面と内皮との接触による問
題についての議論は、例えば、ボアン（Bourne）達のA
m.J.Ophthalmol.第81巻、482〜485頁、1976年、フォル
スター（Forstor）達のTrans.Am.Acad.Ophthalmol.Otol
aryngol.第83巻 OP−195〜OP−203頁、1977年、カッツ
（Katz）達のTrans.Am.Acad.Ophthalmol.Otolaryngol.
第83巻、OP−204〜OP−212頁、1977年、カウフマン（Ka
ufman）達のScience 第198巻、525〜527頁、1977年、
シュガー（Sugar）達のArch.Ophthalmol.第96巻、449〜
450頁、1978年に記載されている。
表面とがたとえ短時間でも接触すると、内皮のかなりの
部分が損傷する点にあるということは多くの文献に記載
されている。インプラント表面と内皮との接触による問
題についての議論は、例えば、ボアン（Bourne）達のA
m.J.Ophthalmol.第81巻、482〜485頁、1976年、フォル
スター（Forstor）達のTrans.Am.Acad.Ophthalmol.Otol
aryngol.第83巻 OP−195〜OP−203頁、1977年、カッツ
（Katz）達のTrans.Am.Acad.Ophthalmol.Otolaryngol.
第83巻、OP−204〜OP−212頁、1977年、カウフマン（Ka
ufman）達のScience 第198巻、525〜527頁、1977年、
シュガー（Sugar）達のArch.Ophthalmol.第96巻、449〜
450頁、1978年に記載されている。
外科手術中にインプラント表面と内皮とが全く接触し
ないようにし、また、埋め込んだインプラントが他の敏
感な組織、例えば虹彩、毛様体溝等と接触しないように
することは極めて難しいため、PMMA製の眼科用インプラ
ント表面を改質し、角膜内皮に対する付着力を小さくし
てインプラント表面が角膜内皮に与えるダメージを少な
くする努力が続けられている。
ないようにし、また、埋め込んだインプラントが他の敏
感な組織、例えば虹彩、毛様体溝等と接触しないように
することは極めて難しいため、PMMA製の眼科用インプラ
ント表面を改質し、角膜内皮に対する付着力を小さくし
てインプラント表面が角膜内皮に与えるダメージを少な
くする努力が続けられている。
眼科用インプラント表面と組織細胞との間の付着力を
小さくするために、これまではインプラント表面を各種
の親水性ポリマー溶液や一時的に可溶性のある被覆剤、
例えばメチルセルロースやポリビニルピロリドンで被覆
してきた〔カッツ達の上記文献およびナイト（Knight）
達のChem.Abs.第92巻、203547f、1980年〕。この方法は
組織を一時的には保護するが、完全に満足なものではな
い。すなわち、これらの被覆剤はインプラント表面に十
分に付着しないで移植後に剥れたり劣化したり、手術中
または手術直後に分解し、あるいは手術後に合併症を引
き起こす危険性があるため、外科手術を難しくする。さ
らに、このような被覆の厚さと均一性を制御することは
困難である。
小さくするために、これまではインプラント表面を各種
の親水性ポリマー溶液や一時的に可溶性のある被覆剤、
例えばメチルセルロースやポリビニルピロリドンで被覆
してきた〔カッツ達の上記文献およびナイト（Knight）
達のChem.Abs.第92巻、203547f、1980年〕。この方法は
組織を一時的には保護するが、完全に満足なものではな
い。すなわち、これらの被覆剤はインプラント表面に十
分に付着しないで移植後に剥れたり劣化したり、手術中
または手術直後に分解し、あるいは手術後に合併症を引
き起こす危険性があるため、外科手術を難しくする。さ
らに、このような被覆の厚さと均一性を制御することは
困難である。
ヤロン（Yalon）達はγ線照射でPMMA製インプラント
の表面でビニルピロリドンを重合させて保護被覆を形成
することを試みている〔Acta:第XXIV回国際眼科会議（I
nternational Congress of Ophtalmology）、ポールヘ
ンキンド（Paul Henkind）偏、1983年）およびナイト
（Knight）達〔Chem.Abs.,Vol.92:203547f 1989〕。し
かし、この試みは完全に成功しなかった。すなわち、被
膜の光学特性と保護特性とを制御する問題が未解決であ
った。彼達の方法では処理条件およびパラメータ（例え
ばモノマーの濃度、γ線の照射線量と照射率）が特定さ
れておらず、得られた被覆は品質が悪く機械的安定性が
一定ではなかった。
の表面でビニルピロリドンを重合させて保護被覆を形成
することを試みている〔Acta:第XXIV回国際眼科会議（I
nternational Congress of Ophtalmology）、ポールヘ
ンキンド（Paul Henkind）偏、1983年）およびナイト
（Knight）達〔Chem.Abs.,Vol.92:203547f 1989〕。し
かし、この試みは完全に成功しなかった。すなわち、被
膜の光学特性と保護特性とを制御する問題が未解決であ
った。彼達の方法では処理条件およびパラメータ（例え
ばモノマーの濃度、γ線の照射線量と照射率）が特定さ
れておらず、得られた被覆は品質が悪く機械的安定性が
一定ではなかった。
1989年２月21日のアメリカ合衆国特許第4,806,382号
には、各種ポリマー材料をγ線照射で化学的にグラフト
重合させた親水性の薄膜で被覆した眼科用インプラント
の製造方法が開示されている。この方法は上記問題と欠
点を克服するものである。
には、各種ポリマー材料をγ線照射で化学的にグラフト
重合させた親水性の薄膜で被覆した眼科用インプラント
の製造方法が開示されている。この方法は上記問題と欠
点を克服するものである。
この特許に記載の発明は、ポリメチルメタクリレート
（PMMA）を含む各種材料で作られた眼科用インプラント
の表面上でＮ−ビニルピロリドン（NVP）、NVPと２−ヒ
ドロキシエチルメタクリレート（HEMA）、HEMAあるいは
その共重合体、特に、それとイオン性コモノマとの共重
合体をγ線照射で（共）重合した化学的にグラフトした
親水性薄膜〔PVP〕、〔Ｐ（NVP−HEMA）〕または〔PHEM
A〕を作る方法の処理条件およびパラメータの発見と、
ポリプロピレン（PP）、フッ化ポリビニリデン（PVD
F）、ポリカーボネート（PC）またはシリコーンポリマ
ー（PSi）を含む各種材料で作られた眼科用部品の表面
にγ線照射による重合でPVP、Ｐ（NVP−HEMA）、PHEMA
またはこれらの共重合体のグラフトされた薄い被膜を作
る方法の別の処理条件およびパラメータの発見に基づい
てなされたものである。
（PMMA）を含む各種材料で作られた眼科用インプラント
の表面上でＮ−ビニルピロリドン（NVP）、NVPと２−ヒ
ドロキシエチルメタクリレート（HEMA）、HEMAあるいは
その共重合体、特に、それとイオン性コモノマとの共重
合体をγ線照射で（共）重合した化学的にグラフトした
親水性薄膜〔PVP〕、〔Ｐ（NVP−HEMA）〕または〔PHEM
A〕を作る方法の処理条件およびパラメータの発見と、
ポリプロピレン（PP）、フッ化ポリビニリデン（PVD
F）、ポリカーボネート（PC）またはシリコーンポリマ
ー（PSi）を含む各種材料で作られた眼科用部品の表面
にγ線照射による重合でPVP、Ｐ（NVP−HEMA）、PHEMA
またはこれらの共重合体のグラフトされた薄い被膜を作
る方法の別の処理条件およびパラメータの発見に基づい
てなされたものである。
この被膜によってインプラント表面の親水性が大きく
なり、敏感な眼球組織である例えば角膜内皮や虹彩とイ
ンプラント表面との接着力が最小になり、その結果、イ
ンプラント表面と眼球組織とが接触した場合に引き起こ
される組織の損傷と手術後の合併症の発生の危険性とが
最小になる。このアメリカ合衆国特許第4,806,382号に
記載の方法を用いて得られる被膜は薄くて均一で、再現
性によい。また、この被膜はインプラント表面に化学的
に結合しているため、従来方法で作った被膜に比べては
るかに耐久性があり、剥がれ難く、手術中または手術後
に分解したり変質したりすることが少ない。
なり、敏感な眼球組織である例えば角膜内皮や虹彩とイ
ンプラント表面との接着力が最小になり、その結果、イ
ンプラント表面と眼球組織とが接触した場合に引き起こ
される組織の損傷と手術後の合併症の発生の危険性とが
最小になる。このアメリカ合衆国特許第4,806,382号に
記載の方法を用いて得られる被膜は薄くて均一で、再現
性によい。また、この被膜はインプラント表面に化学的
に結合しているため、従来方法で作った被膜に比べては
るかに耐久性があり、剥がれ難く、手術中または手術後
に分解したり変質したりすることが少ない。
アメリカ合衆国特許第4,806,382号に記載のＮ−ビニ
ルピロリドン（NVP）、２−ヒドロキシエチルメタクリ
レート（HEMA）またはNVPとHEMAの混合物をγ線照射に
よってグラフト重合して作ったグラフトポリマーPVP、P
HEMAまたはＰ（NVP−HEMA）によってポリメチルメタク
リレート（PMMA）で作られた眼科用インプラント材料の
表面を改質する上記特許に記載の方法はグラフト重合を
以下の条件下で水溶液中で行う点に特徴がある： （ａ）モノマーの濃度を約0.5〜約50重量％にし、 （ｂ）γ線の全照射線量を約0.01〜約0.50メガラドに
し、 （ｃ）γ線の照射率を約10〜約2,500ラド／分にし、 （ｄ）溶液中の上記ポリマーの分子量を約250,000〜約
5,000,000に維持する。
ルピロリドン（NVP）、２−ヒドロキシエチルメタクリ
レート（HEMA）またはNVPとHEMAの混合物をγ線照射に
よってグラフト重合して作ったグラフトポリマーPVP、P
HEMAまたはＰ（NVP−HEMA）によってポリメチルメタク
リレート（PMMA）で作られた眼科用インプラント材料の
表面を改質する上記特許に記載の方法はグラフト重合を
以下の条件下で水溶液中で行う点に特徴がある： （ａ）モノマーの濃度を約0.5〜約50重量％にし、 （ｂ）γ線の全照射線量を約0.01〜約0.50メガラドに
し、 （ｃ）γ線の照射率を約10〜約2,500ラド／分にし、 （ｄ）溶液中の上記ポリマーの分子量を約250,000〜約
5,000,000に維持する。
アメリカ合衆国特許第4,806,382号の方法で臨界条件
として記載されている溶液中のポリマーの分子量を特定
値に維持するという要件は、この方法の「条件」ではな
く、むしろ、明細書に記載のように、グラフト重合方法
を実施する時に使用した反応条件に依存する結果であ
る。従って、溶液中のポリマーの分子量をこの発明で使
用される反応条件として特定するのは適切でなく、これ
はγ線グラフトモノマー−基板−プロセス条件で広範囲
に変化する。ある−組みの条件、すなわちモノマー、モ
ノマー濃度、γ線の全照射量およびγ線照射率を用いた
ときには、溶液中で生成するポリマーの分子量は独立し
て変化することはない。この分子量はモノマー濃度、γ
線の全照射量およびγ線量率の値に依存するこの方法の
出力に過ぎない。例えば、ある種のイオン性モノマー、
溶剤またはラジカル重合抑制剤が存在した場合には、溶
液重合が大幅に阻害されても、表面グラフト重合は完全
に行われる。その結果、生成したポリマー分子量は比較
的低くなる（例えば、5,000〜10,000程度になる）。
として記載されている溶液中のポリマーの分子量を特定
値に維持するという要件は、この方法の「条件」ではな
く、むしろ、明細書に記載のように、グラフト重合方法
を実施する時に使用した反応条件に依存する結果であ
る。従って、溶液中のポリマーの分子量をこの発明で使
用される反応条件として特定するのは適切でなく、これ
はγ線グラフトモノマー−基板−プロセス条件で広範囲
に変化する。ある−組みの条件、すなわちモノマー、モ
ノマー濃度、γ線の全照射量およびγ線照射率を用いた
ときには、溶液中で生成するポリマーの分子量は独立し
て変化することはない。この分子量はモノマー濃度、γ
線の全照射量およびγ線量率の値に依存するこの方法の
出力に過ぎない。例えば、ある種のイオン性モノマー、
溶剤またはラジカル重合抑制剤が存在した場合には、溶
液重合が大幅に阻害されても、表面グラフト重合は完全
に行われる。その結果、生成したポリマー分子量は比較
的低くなる（例えば、5,000〜10,000程度になる）。
アメリカ合衆国特許第4,806,382号の発明者達は、出
願以降もこの発明に関する研究を続けてきた。その結
果、予期しなかったことだが、本発明組成物では一般に
0.01〜0.20メガラドの比較的低い線量が好ましいという
こと、従って、上記方法はγ線の全照射量を0.01メガラ
ド程度に低くして実施できるということを発見した。
願以降もこの発明に関する研究を続けてきた。その結
果、予期しなかったことだが、本発明組成物では一般に
0.01〜0.20メガラドの比較的低い線量が好ましいという
こと、従って、上記方法はγ線の全照射量を0.01メガラ
ド程度に低くして実施できるということを発見した。
アメリカ合衆国特許第4,806,382号の出願日以前の従
来技術ではγ線グラフト重合には比較的高いγ線量、一
般には0.5メガラド以上の強いγ線量を用いることが常
識であったので、0.0.1メガラドという低い線量で表面
グラフト重合できたということは驚くべきことであっ
た。従って、0.001メガラドという低い線量で有効なグ
ラフト化ができるというこは本発明方法のさらに予期し
えない結果である。また、0.5重量％の低いモノマー濃
度でのグラフト化は上記アメリカ合衆国特許第4,806,38
2号に記載されているが、研究の結果、本発明のグラフ
ト方法の一実施例では0.1重量％の低いモノマー濃度が
使用されることを証明している。
来技術ではγ線グラフト重合には比較的高いγ線量、一
般には0.5メガラド以上の強いγ線量を用いることが常
識であったので、0.0.1メガラドという低い線量で表面
グラフト重合できたということは驚くべきことであっ
た。従って、0.001メガラドという低い線量で有効なグ
ラフト化ができるというこは本発明方法のさらに予期し
えない結果である。また、0.5重量％の低いモノマー濃
度でのグラフト化は上記アメリカ合衆国特許第4,806,38
2号に記載されているが、研究の結果、本発明のグラフ
ト方法の一実施例では0.1重量％の低いモノマー濃度が
使用されることを証明している。
上記方法は下記の条件下で行うこともできる： （ｅ）グラフト重合用水溶液から遊離酸素を実質的に除
去する、 （ｆ）PVPまたはＰ（NVP−HEMA）のグラフトポリマー被
覆層の厚さを約100Å〜150μｍに維持する、 （ｇ）グラフト重合用水溶液中にフリーラジカル捕捉剤
を入れる、 （ｈ）グラフト重合用水溶液中にPMMAまたはその他ポリ
マーの基材の表面の膨潤溶媒を入れる。
去する、 （ｆ）PVPまたはＰ（NVP−HEMA）のグラフトポリマー被
覆層の厚さを約100Å〜150μｍに維持する、 （ｇ）グラフト重合用水溶液中にフリーラジカル捕捉剤
を入れる、 （ｈ）グラフト重合用水溶液中にPMMAまたはその他ポリ
マーの基材の表面の膨潤溶媒を入れる。
PP、PVDF、PCまたはPSiで作られた眼科用インプラン
トの表面でγ線照射によってNVP、NVPとHEMAとの混合物
またはHEMAをグラフト重合して作ったPVPまたはＰ〔NVP
−HEMA〕のグラフトポリマーによって眼科用インプラン
トを改質する上記の方法は、PMMAに対する上記処理パラ
メータの組み合わせて実行することができるが、好まし
い眼科用インプラント表面の改質方法では、重合用溶液
から遊離酸素を除去するような条件下で実行するのが好
ましい。
トの表面でγ線照射によってNVP、NVPとHEMAとの混合物
またはHEMAをグラフト重合して作ったPVPまたはＰ〔NVP
−HEMA〕のグラフトポリマーによって眼科用インプラン
トを改質する上記の方法は、PMMAに対する上記処理パラ
メータの組み合わせて実行することができるが、好まし
い眼科用インプラント表面の改質方法では、重合用溶液
から遊離酸素を除去するような条件下で実行するのが好
ましい。
現在のところ、血液や敏感な組織の表面と接触する外
科用機器、医療デバイス、補綴術用インプラント、コン
タクトレンズおよびこれらの類似物は、各用途で使用す
るのに必要な物理特性を有する材料で作られているが、
それと接触する血液や組織は一般に疎水性であるため、
好ましくないトロンボゲン性（血液凝結性）特性を示
し、これらの機器と接触して付着したり、移動した時に
脆くて敏感な組織に重大な損傷が生じる。
科用機器、医療デバイス、補綴術用インプラント、コン
タクトレンズおよびこれらの類似物は、各用途で使用す
るのに必要な物理特性を有する材料で作られているが、
それと接触する血液や組織は一般に疎水性であるため、
好ましくないトロンボゲン性（血液凝結性）特性を示
し、これらの機器と接触して付着したり、移動した時に
脆くて敏感な組織に重大な損傷が生じる。
1989年２月１日に出願した継続中のアメリカ合衆国特
許願第304,479号には、種々のポリマー材料で作られた
機器、デバイス等をγ線照射で化学的にグラフト重合し
た親水性被膜で覆うことが記載されている。
許願第304,479号には、種々のポリマー材料で作られた
機器、デバイス等をγ線照射で化学的にグラフト重合し
た親水性被膜で覆うことが記載されている。
この出願の発明は、人間または人間以外の動物の生き
た組織と接触する製品、例えば各種プラスチック材料で
作られた外科用機器、医療用デバイス、補綴術用インプ
ラント、コンタクトレンズおよびこれらの類似物の表面
に、Ｎ−ビニルピロリドン（NVP［PVP］）、NVPと２−
ヒドロキシエチルメタクリレート（HEMA）［Ｐ（NVP−H
EMA）］またはHEMA〔PHEMA〕をγ線照射で（共）重合さ
せた化学的にグラフトした親水性のある薄い被膜を形成
するための特定のプロセス条件およびパラメータの発見
に基づいている。以下「組織」という用語は血液と固体
組織表面をも含むものとする。
た組織と接触する製品、例えば各種プラスチック材料で
作られた外科用機器、医療用デバイス、補綴術用インプ
ラント、コンタクトレンズおよびこれらの類似物の表面
に、Ｎ−ビニルピロリドン（NVP［PVP］）、NVPと２−
ヒドロキシエチルメタクリレート（HEMA）［Ｐ（NVP−H
EMA）］またはHEMA〔PHEMA〕をγ線照射で（共）重合さ
せた化学的にグラフトした親水性のある薄い被膜を形成
するための特定のプロセス条件およびパラメータの発見
に基づいている。以下「組織」という用語は血液と固体
組織表面をも含むものとする。
本発明で表面改質または化学的にグラフトした被膜に
よって、製品表面の親水性が大きくなって、血液細胞、
血管内皮、腹膜、心膜等の敏感な組織との接着力が最小
になり、組織と接触して組織が損傷する危険性が最少に
なる。また、得られた被膜は薄くて均一で、再現性が良
い。さらに、被膜は物品表面と化学的に結合しているの
で、従来法で作った被膜に比べてはるかに耐久性があ
り、剥離し難くく、使用中または移植後の分解や変質も
起り難い。
よって、製品表面の親水性が大きくなって、血液細胞、
血管内皮、腹膜、心膜等の敏感な組織との接着力が最小
になり、組織と接触して組織が損傷する危険性が最少に
なる。また、得られた被膜は薄くて均一で、再現性が良
い。さらに、被膜は物品表面と化学的に結合しているの
で、従来法で作った被膜に比べてはるかに耐久性があ
り、剥離し難くく、使用中または移植後の分解や変質も
起り難い。
本発明の目的は、プラスチックで作られた外科用機
器、医療デバイス、補綴術用インプラント、コンタクト
レンズおよびこれらの類似物の表面に組織を保護する親
水性の薄くて均一な表面改質膜を永久的に形成する改良
方法を提供することにある。
器、医療デバイス、補綴術用インプラント、コンタクト
レンズおよびこれらの類似物の表面に組織を保護する親
水性の薄くて均一な表面改質膜を永久的に形成する改良
方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、血液親和性のある組織保護機能
のある改質表面を有するプラスチックで作られた外科用
機器、医療デバイス、補綴術用インプラント、コンタク
トレンズおよびこれらの類似物を提供することにある。
のある改質表面を有するプラスチックで作られた外科用
機器、医療デバイス、補綴術用インプラント、コンタク
トレンズおよびこれらの類似物を提供することにある。
発明の概略 本発明は、人間または人間以外の動物の生きた組織と
接触する物品、例えば各種プラスチック材料で作られた
外科用機器、医療器具（デバイス）、補綴術用インプラ
ント、コンタクトレンズおよびこれらの類似物の表面で
γ線照射で重合させた化学的にグラフトしたＮ−ビニル
ピロリドン（NVP［PVP］）またはHEMA〔PHEMA〕あるい
は共重合させたNVPと２−ヒドロキシエチルメタクリレ
ート（HEMA）［Ｐ（NVP−HEMA）］の親水性の薄い被膜
を形成するための特定なプロセス条件およびパラメータ
の発見に基づいている。以下で「組織」という用語は血
液および固体組織表面もも含むものとする。
接触する物品、例えば各種プラスチック材料で作られた
外科用機器、医療器具（デバイス）、補綴術用インプラ
ント、コンタクトレンズおよびこれらの類似物の表面で
γ線照射で重合させた化学的にグラフトしたＮ−ビニル
ピロリドン（NVP［PVP］）またはHEMA〔PHEMA〕あるい
は共重合させたNVPと２−ヒドロキシエチルメタクリレ
ート（HEMA）［Ｐ（NVP−HEMA）］の親水性の薄い被膜
を形成するための特定なプロセス条件およびパラメータ
の発見に基づいている。以下で「組織」という用語は血
液および固体組織表面もも含むものとする。
本発明で表面改質または化学的にグラフトした被覆物
によって物品表面の親水性が大きくなって、血液細胞、
血管内皮、腹膜、心膜等の敏感な組織との接着力が最小
になり、物品とこれら組織との接触に起因する組織の損
傷と合併症とを最小限に抑えることができる。得られる
被覆物は薄くて均一で、再現性が良い。さらに、被覆物
は物品表面と化学的に結合しているので従来法で作った
被覆に比べてはるかに耐久性があり、剥離し難くく、使
用中または移植後の分解や変質も起り難い。
によって物品表面の親水性が大きくなって、血液細胞、
血管内皮、腹膜、心膜等の敏感な組織との接着力が最小
になり、物品とこれら組織との接触に起因する組織の損
傷と合併症とを最小限に抑えることができる。得られる
被覆物は薄くて均一で、再現性が良い。さらに、被覆物
は物品表面と化学的に結合しているので従来法で作った
被覆に比べてはるかに耐久性があり、剥離し難くく、使
用中または移植後の分解や変質も起り難い。
本発明は、人間または人間以外の動物の生きた組織と
接触するプラスチック物品の表面上に下記 （１）Ｎ−ビニルピロリドン（NVP）より成るモノマー （２）２−ヒドロキシエチルメタクリレート（HEMA）よ
り成るモノマー （３）（NVP）と（HEMA）との混合物（NVP−HEMA）また
は （４）（１）（２）または（３）と、モノマー全重量に
対して50重量％までのイオン性モノマー、イオン性モノ
マーの塩またはこれらの混合物との混合物 のγ線照射による重合で化学的にグラフトした下記 Ｉ ポリビニルピロリドン（PVP） II ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリレート（PHEM
A） III （NVP）と（HEMA）との共重合体［Ｐ（NVP−HEM
A）］または IV （NVP）、（HEMA）または（NVP−HEMA）とイオン性
モノマとの共重合体 の親水性グラフトポリマ被覆物を形成してプラスチック
物品の表面を改質する方法において、 γ線照射によるグラフト重合を水溶液中で下記条件下
で行うことを特徴とする方法にある： （ａ）モノマー濃度を0.1重量％以上かつ0.5重量％未満
とし、 （ｂ）全γ線照射量を0.001メガラド以上かつ0.1メガラ
ド未満にして、 （ｃ）γ線照射率を約10〜約2,500ラド／分とする。
接触するプラスチック物品の表面上に下記 （１）Ｎ−ビニルピロリドン（NVP）より成るモノマー （２）２−ヒドロキシエチルメタクリレート（HEMA）よ
り成るモノマー （３）（NVP）と（HEMA）との混合物（NVP−HEMA）また
は （４）（１）（２）または（３）と、モノマー全重量に
対して50重量％までのイオン性モノマー、イオン性モノ
マーの塩またはこれらの混合物との混合物 のγ線照射による重合で化学的にグラフトした下記 Ｉ ポリビニルピロリドン（PVP） II ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリレート（PHEM
A） III （NVP）と（HEMA）との共重合体［Ｐ（NVP−HEM
A）］または IV （NVP）、（HEMA）または（NVP−HEMA）とイオン性
モノマとの共重合体 の親水性グラフトポリマ被覆物を形成してプラスチック
物品の表面を改質する方法において、 γ線照射によるグラフト重合を水溶液中で下記条件下
で行うことを特徴とする方法にある： （ａ）モノマー濃度を0.1重量％以上かつ0.5重量％未満
とし、 （ｂ）全γ線照射量を0.001メガラド以上かつ0.1メガラ
ド未満にして、 （ｃ）γ線照射率を約10〜約2,500ラド／分とする。
上記本発明方法に下記の一つまたは複数の条件を付け
ることもできる。
ることもできる。
（ｄ）グラフト重合溶液から遊離酸素を実質的に除去す
る、 （ｅ）ポリマー被覆物の厚さを約100Å〜100μｍに維持
する、 （ｆ）グラフト重合水溶液にフリーラジカル捕捉剤を含
有させる、 （ｇ）グラフト重合水溶液中にプラスチック表面膨潤溶
媒を入れる。
る、 （ｅ）ポリマー被覆物の厚さを約100Å〜100μｍに維持
する、 （ｆ）グラフト重合水溶液にフリーラジカル捕捉剤を含
有させる、 （ｇ）グラフト重合水溶液中にプラスチック表面膨潤溶
媒を入れる。
変形方法として、プラスチック表面での被覆物のグラ
フト重合を電子ビーム照射を用いて行うこともできる。
フト重合を電子ビーム照射を用いて行うこともできる。
本発明の他の対象は上記方法で作られた物品にある。
発明の詳細な説明 アメリカ合衆国特許第4,806,382号の開示内容は全て
本明細書に含まれる。
本明細書に含まれる。
ヤロン達（上記文献）とナイト達（上記文献）は、Ｎ
−ビニルピロリドン（NVP）と２−ヒドロキシエチルメ
タクリレート（HEMA）にγ線を照射してPMMA上に被覆を
形成した場合には被覆の（摩耗に対する）動的な角膜保
護特性がよくないと記載している。ナイト達はIOLには
ポリビニルアルコール（PVA）の不溶性被覆が最適であ
るとしている。そこでPVAで被覆したIOLの開発が商業ベ
ースで試みられたが、臨床での結果は満足のゆくもので
はなかった。上記文献に記載の方法ではγ線で重合させ
て表面を改質する実験をモノマーの濃度、溶媒、照射線
量、照射率を特定せずに実施したため、品質が悪く直ち
に摩耗する被覆しか得られなかった。有効で耐久性のあ
るPVPまたはPHEMA被覆をPMMA製のIOLの表面に形成する
条件は従来の文献には記載されていない。ナイト達やヤ
ロン達の文献のほかのγ線によるグラフト重合に関する
過去30年の文献には、眼科用インプラントの表面に有効
な被覆を形成するための下記のような複雑な要件を達成
するための処理条件は記載されていない： （ａ）薄くて耐久性があり、光学的に透明であり（コン
タクトレンズの場合）、均質な眼科用グラフト化被覆で
あること。一般に文献に記載されている非水溶性溶媒の
条件で行うと、γ線の照射線量が大きいため（１メガラ
ドより大）一般に基材が変形・劣化し、厚くて不均一な
不透明被覆が得られる。（例えば、シャピロ（Chapir
o）の「ポリマー系の放射線化学（Radiation Chemistry
of Polymeric Systems）、John Wiley and Sons,In
c.、ニューヨーク、1962年と、ヘングライン（Henglei
n）達のAngew.Chem.第15巻、461頁、1958年を参照）。
−ビニルピロリドン（NVP）と２−ヒドロキシエチルメ
タクリレート（HEMA）にγ線を照射してPMMA上に被覆を
形成した場合には被覆の（摩耗に対する）動的な角膜保
護特性がよくないと記載している。ナイト達はIOLには
ポリビニルアルコール（PVA）の不溶性被覆が最適であ
るとしている。そこでPVAで被覆したIOLの開発が商業ベ
ースで試みられたが、臨床での結果は満足のゆくもので
はなかった。上記文献に記載の方法ではγ線で重合させ
て表面を改質する実験をモノマーの濃度、溶媒、照射線
量、照射率を特定せずに実施したため、品質が悪く直ち
に摩耗する被覆しか得られなかった。有効で耐久性のあ
るPVPまたはPHEMA被覆をPMMA製のIOLの表面に形成する
条件は従来の文献には記載されていない。ナイト達やヤ
ロン達の文献のほかのγ線によるグラフト重合に関する
過去30年の文献には、眼科用インプラントの表面に有効
な被覆を形成するための下記のような複雑な要件を達成
するための処理条件は記載されていない： （ａ）薄くて耐久性があり、光学的に透明であり（コン
タクトレンズの場合）、均質な眼科用グラフト化被覆で
あること。一般に文献に記載されている非水溶性溶媒の
条件で行うと、γ線の照射線量が大きいため（１メガラ
ドより大）一般に基材が変形・劣化し、厚くて不均一な
不透明被覆が得られる。（例えば、シャピロ（Chapir
o）の「ポリマー系の放射線化学（Radiation Chemistry
of Polymeric Systems）、John Wiley and Sons,In
c.、ニューヨーク、1962年と、ヘングライン（Henglei
n）達のAngew.Chem.第15巻、461頁、1958年を参照）。
（ｂ）イン・ビボで生体適合性があること。
（ｃ）水または水中の気泡に対する接触角が小さいこと
（湿潤性がよく、接触角の値が30°よりも小さいこ
と）。
（湿潤性がよく、接触角の値が30°よりも小さいこ
と）。
（ｄ）組織に対する付着性がないこと（角膜に対する付
着力が150mg/cm2未満であること）。
着力が150mg/cm2未満であること）。
（ｅ）角膜にダメージを与えないこと（イン・ビトロで
の接触テストでダメージを受けるものが約20％未満であ
ること）。
の接触テストでダメージを受けるものが約20％未満であ
ること）。
（ｆ）ESCAまたはFT−IR分析によりグラフト化被覆を測
定することが可能であること。
定することが可能であること。
（ｇ）濡れ状態で（動的）摺動摩擦テストにより調べた
摩耗に対する抵抗力（接触角）がグラフト化被覆を行う
前後で変化がないこと。
摩耗に対する抵抗力（接触角）がグラフト化被覆を行う
前後で変化がないこと。
（ｈ）急速に水和すること。すなわち、水中に浸漬した
場合の乾燥状態から濡れた潤滑状態への変化が早い（５
分未満）こと。
場合の乾燥状態から濡れた潤滑状態への変化が早い（５
分未満）こと。
ヤロン達（上記文献）は、角膜のダメージをイン・ビ
トロで測定する方法を開示している。PMMAに対する結果
がこの方法を説明するのに使用されている。モノマーの
濃度が高いほどPVP被覆が細胞に与えるダメージを小さ
くすることが明らかにされたが、実験条件（すなわち、
放射線の照射線量、照射率など）は記載されておらず、
方法と生成物の間の臨界関係も示されていない。
トロで測定する方法を開示している。PMMAに対する結果
がこの方法を説明するのに使用されている。モノマーの
濃度が高いほどPVP被覆が細胞に与えるダメージを小さ
くすることが明らかにされたが、実験条件（すなわち、
放射線の照射線量、照射率など）は記載されておらず、
方法と生成物の間の臨界関係も示されていない。
γ線照射でグラフト重合してPVP、Ｐ（NVP−HEMA）ま
たはPHEMAを形成して改質表面を有する眼科用インプラ
ントポリマーを製造するのに必要なアメリカ合衆国特許
出願第304,479号に記載の発明の改良されたプロセス条
件およびパラメータには、モノマー濃度（％）、γ線の
照射線量、照射率、重合前に基材内にモノマーが侵入す
る時間（膨潤時間）、脱酸素（脱気）操作が含まれる。
これら以外の最適プロセス条件の中には触媒、フリーラ
ジカル捕捉剤、PMMA膨潤溶媒および温度が含まれる。溶
液ポリマーの分子量とその分布、転化率（％）、残留モ
ノマーの量、グラフトしたポリマーの厚さ、表面特性等
はプロセス条件が変わった時に大きく変化する結果に過
ぎない。例えば、照射線量0.1メガラドを照射し且つ10
％のモノマーを用いた場合、大きな照射率にした場合と
小さな照射率にした場合でPMMA上のPVPに対する表面改
質状態は違ってくま。すなわち、分子量を大きくするに
は照射率が小さい（重合が遅い）ことが好ましい。同様
に、脱ガスで酸素を除去した反応媒体では、はるかに低
い照射率で優れたグラフト化が行なえる。銅または鉄の
塩または有機還元剤（例えばアスコルビン酸）などのフ
リーラジカル捕捉剤が存在していると、他の処理パラメ
ータが大きな影響を受ける。一般にはモノマー濃度が大
きいと、溶液ポリマーの分子量が小さくなり、溶液のゲ
ル化が防止される。
たはPHEMAを形成して改質表面を有する眼科用インプラ
ントポリマーを製造するのに必要なアメリカ合衆国特許
出願第304,479号に記載の発明の改良されたプロセス条
件およびパラメータには、モノマー濃度（％）、γ線の
照射線量、照射率、重合前に基材内にモノマーが侵入す
る時間（膨潤時間）、脱酸素（脱気）操作が含まれる。
これら以外の最適プロセス条件の中には触媒、フリーラ
ジカル捕捉剤、PMMA膨潤溶媒および温度が含まれる。溶
液ポリマーの分子量とその分布、転化率（％）、残留モ
ノマーの量、グラフトしたポリマーの厚さ、表面特性等
はプロセス条件が変わった時に大きく変化する結果に過
ぎない。例えば、照射線量0.1メガラドを照射し且つ10
％のモノマーを用いた場合、大きな照射率にした場合と
小さな照射率にした場合でPMMA上のPVPに対する表面改
質状態は違ってくま。すなわち、分子量を大きくするに
は照射率が小さい（重合が遅い）ことが好ましい。同様
に、脱ガスで酸素を除去した反応媒体では、はるかに低
い照射率で優れたグラフト化が行なえる。銅または鉄の
塩または有機還元剤（例えばアスコルビン酸）などのフ
リーラジカル捕捉剤が存在していると、他の処理パラメ
ータが大きな影響を受ける。一般にはモノマー濃度が大
きいと、溶液ポリマーの分子量が小さくなり、溶液のゲ
ル化が防止される。
本発明方法は、各種プラスチック材料、例えばポリア
クリレートおよびメタクリレート（例、ポリメチルメタ
クリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルメタ
クリレート等）；ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリブタジエン）;SBS（スチレン−ブタジ
エン）、エチレン−プロピレン共重合体;SE/BS（スチレ
ン−エチレン／−ブタジエン）、ポリカーボネート（P
C）、フルオロカーボンポリマー（例、ポリビニリデン
フルオライド−PVDF、ポリテトラフルオロエチレン−PT
FE、ポリパーフルオロエチレンプロピレン−FEP）、ポ
リシロキサン、ポリウレタンを含む各種脂肪族、芳香族
ポリウレタン、ポリエステルまたはポリエーテルブロッ
クコポリマー、ポリビニルクロライドおよびダクロン、
PETを含む各種のポリエステルで作られた医療機器、装
置、デバイス、インプラントおよびコンタクトレンズの
表面改質に適用される。
クリレートおよびメタクリレート（例、ポリメチルメタ
クリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルメタ
クリレート等）；ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリブタジエン）;SBS（スチレン−ブタジ
エン）、エチレン−プロピレン共重合体;SE/BS（スチレ
ン−エチレン／−ブタジエン）、ポリカーボネート（P
C）、フルオロカーボンポリマー（例、ポリビニリデン
フルオライド−PVDF、ポリテトラフルオロエチレン−PT
FE、ポリパーフルオロエチレンプロピレン−FEP）、ポ
リシロキサン、ポリウレタンを含む各種脂肪族、芳香族
ポリウレタン、ポリエステルまたはポリエーテルブロッ
クコポリマー、ポリビニルクロライドおよびダクロン、
PETを含む各種のポリエステルで作られた医療機器、装
置、デバイス、インプラントおよびコンタクトレンズの
表面改質に適用される。
これらの材料の一つまたは複数で作られた任意の機
器、装置、インプラント等の表面は本発明方法で改質し
て表面の組織接触特性を向上させることができる。
器、装置、インプラント等の表面は本発明方法で改質し
て表面の組織接触特性を向上させることができる。
本発明方法ではプラスチック製の手術用機器やインプ
ラント、例えばプローブ、開創器、組織や脈管の分離
器、灌注器、吸引器、ファコエマルジフィケーションツ
ール、スポンジ、鉗子、手袋、レンズグライド、ポジシ
ョニングツール、ピンセット、挿入用ツール、ステープ
ル、縫合糸などを処理することができる。
ラント、例えばプローブ、開創器、組織や脈管の分離
器、灌注器、吸引器、ファコエマルジフィケーションツ
ール、スポンジ、鉗子、手袋、レンズグライド、ポジシ
ョニングツール、ピンセット、挿入用ツール、ステープ
ル、縫合糸などを処理することができる。
本発明方法では医療用装置、例えばハードおよびソフ
トコンタクトレンズ、静脈または静脈カテーテル、レー
ザーおよびバルーン脈管形成装置、血管や心臓用デバイ
ス（チューブ、カテーテル、バルーン、心室補助装
置）、血液透析部品、血液酸素添加装置、尿管／泌尿器
装置（フォーリーカテーテル、ステント、チューブおよ
びバルーン）、気管カテーテル（気管および気管切開用
のチューブおよびカフス）、腸供給チューブ、創傷排膿
チューブ、血液バッグおよび血液チュービングを処理す
ることができる。
トコンタクトレンズ、静脈または静脈カテーテル、レー
ザーおよびバルーン脈管形成装置、血管や心臓用デバイ
ス（チューブ、カテーテル、バルーン、心室補助装
置）、血液透析部品、血液酸素添加装置、尿管／泌尿器
装置（フォーリーカテーテル、ステント、チューブおよ
びバルーン）、気管カテーテル（気管および気管切開用
のチューブおよびカフス）、腸供給チューブ、創傷排膿
チューブ、血液バッグおよび血液チュービングを処理す
ることができる。
本発明方法で改質されるインプラントには例えば血管
グラフト、軟質または硬質の組織人工器官（乳房、頭蓋
／顔面、腱、関節）心臓弁および人工心臓等がある。
グラフト、軟質または硬質の組織人工器官（乳房、頭蓋
／顔面、腱、関節）心臓弁および人工心臓等がある。
これらの機器、装置、インプラント等を改質すると、
これらの表面が改良されて血液との親和性が増し、手術
中またはハンドリング時の組織の付着や損傷を減らすこ
とができる。さらに、本発明方法により細胞の吸着が減
少するため炎症が減り、軟質組織インプラントの場合の
繊維質カプセルの形成が抑制され、心臓・血管装置や人
工器官の場合の凝血を防ぐことができる。本発明方法は
さらに、細菌の吸着が減るため感染の危険性が減り、関
節継手や腱等の人工装具での表対面擦傷と摩擦を減少さ
せる。
これらの表面が改良されて血液との親和性が増し、手術
中またはハンドリング時の組織の付着や損傷を減らすこ
とができる。さらに、本発明方法により細胞の吸着が減
少するため炎症が減り、軟質組織インプラントの場合の
繊維質カプセルの形成が抑制され、心臓・血管装置や人
工器官の場合の凝血を防ぐことができる。本発明方法は
さらに、細菌の吸着が減るため感染の危険性が減り、関
節継手や腱等の人工装具での表対面擦傷と摩擦を減少さ
せる。
ポリオレフィンおよびポリオレフィン／炭化水素ブロ
ックポリマは医療用チューブ、カテーテル、血液バッ
グ、縫合糸などの材料として有用である。
ックポリマは医療用チューブ、カテーテル、血液バッ
グ、縫合糸などの材料として有用である。
SBS、EPまたはSE/BS型の共重合体は押出し成形や射出
成形が可能なゴム特性を有する熱可塑性エラストマであ
る。これらの材料を本発明方法で表面改質すると、これ
らポリマーの表面特性は通常の疎水性性から親水性へ変
化する。
成形が可能なゴム特性を有する熱可塑性エラストマであ
る。これらの材料を本発明方法で表面改質すると、これ
らポリマーの表面特性は通常の疎水性性から親水性へ変
化する。
フルオロカーボンポリマは生体適合性が良く不活性で
あるためカテーテル（例、静脈カテーテル）、人工血管
用器官（例、血管グラフト）、被覆用医療装置、器具お
よびインプラントで広く利用されているが、本発明方法
で表面特性は大幅に改良され、細胞や組織の吸着性が減
り、血液との親和性が増加する。
あるためカテーテル（例、静脈カテーテル）、人工血管
用器官（例、血管グラフト）、被覆用医療装置、器具お
よびインプラントで広く利用されているが、本発明方法
で表面特性は大幅に改良され、細胞や組織の吸着性が減
り、血液との親和性が増加する。
シリコンポリマーは医療用チューブやカテーテル、乳
房用インプラント等の軟性組織インプラントで広く利用
されている。本発明の親水性表面改質によって組織と細
胞の擦傷や吸着が減り、軟質組織インプラントの主たる
合併症である繊維質カプセルの形成を抑えることができ
る。
房用インプラント等の軟性組織インプラントで広く利用
されている。本発明の親水性表面改質によって組織と細
胞の擦傷や吸着が減り、軟質組織インプラントの主たる
合併症である繊維質カプセルの形成を抑えることができ
る。
同様に、ポリ塩化ビニルを表面改質することによっ
て、親水性の高いビニルチューブやフィルム表面とし
て、ポリ塩化ビニルで作られた血液チューブ、血液バッ
グ、カテーテル、その他医療装置の凝血性を抑え、生体
適合性を高めることができる。
て、親水性の高いビニルチューブやフィルム表面とし
て、ポリ塩化ビニルで作られた血液チューブ、血液バッ
グ、カテーテル、その他医療装置の凝血性を抑え、生体
適合性を高めることができる。
ポリウレタンはペーサのリード、静脈カテーテル、腸
供給チューブ、血管グラフトなどで用いられる。このポ
リウレタンも本発明方法で有効に改質されて親水性表面
となり、生体適合性が向上する。
供給チューブ、血管グラフトなどで用いられる。このポ
リウレタンも本発明方法で有効に改質されて親水性表面
となり、生体適合性が向上する。
上記の各プロセス条件およびパラメータは、本発明の
表面改質された眼球部品用ポリマーを得るのに特に好ま
しい特定の組み合わせを実現するために下記の範囲内で
変えることができる： （ａ）モノマー濃度：モノマーの濃度を大きくするとグ
ラフト用溶液中のポリマーの分子量が増加し、接触角
（CA）が小さくり、表面がより親水性になる。例えば、
PMMA上にPVPの膜を形成する場合には、照射線量0.1メガ
ラド、照射率309ラド／分で、NVPの濃度が約３〜15％の
範囲でPVPの粘度分子量（Mv）は560,000から2,700,000
へ増加し、PMMAグラフト接触角は29°から21°へ小さく
なる。しかし、この効果は照射率と全照射線量に大きく
依存する。例えば、NVPの濃度が１〜10％で照射率を64
ラド／分に小さくすると、分子量は4,000,000から4,59
0,000へ増加し、接触角は49°から18°まで小さくな
る。
表面改質された眼球部品用ポリマーを得るのに特に好ま
しい特定の組み合わせを実現するために下記の範囲内で
変えることができる： （ａ）モノマー濃度：モノマーの濃度を大きくするとグ
ラフト用溶液中のポリマーの分子量が増加し、接触角
（CA）が小さくり、表面がより親水性になる。例えば、
PMMA上にPVPの膜を形成する場合には、照射線量0.1メガ
ラド、照射率309ラド／分で、NVPの濃度が約３〜15％の
範囲でPVPの粘度分子量（Mv）は560,000から2,700,000
へ増加し、PMMAグラフト接触角は29°から21°へ小さく
なる。しかし、この効果は照射率と全照射線量に大きく
依存する。例えば、NVPの濃度が１〜10％で照射率を64
ラド／分に小さくすると、分子量は4,000,000から4,59
0,000へ増加し、接触角は49°から18°まで小さくな
る。
一般に、モノマー濃度は他のパラメータに応じて0.1
〜50％にするのが好ましい。本発明の条件下では、例え
ば、0.1〜0.5％のモノマー濃度かつ低照射率で30〜40°
以下の小さい接触角の親水性グラフト表面を得ることが
できる。20〜30％以上の高いモノマー濃度でゲル化させ
ずにポリマー溶液を効果的にグラフトさせるには照射量
を小さくし且つフリーラジカル捕捉剤を用いる必要があ
る。モノマー濃度を50％より高くすることも可能である
が、好ましくない。この場合にはフリーラジカル捕捉剤
の濃度を大きくする必要があるが、フリーラジカル捕捉
剤を使用するとポリマーの分子量が低くなり、モノマー
の転化率が大幅に低くなる。PHEMA被膜の場合にはHEMA
の濃度を0.5〜10重量％で十分である。
〜50％にするのが好ましい。本発明の条件下では、例え
ば、0.1〜0.5％のモノマー濃度かつ低照射率で30〜40°
以下の小さい接触角の親水性グラフト表面を得ることが
できる。20〜30％以上の高いモノマー濃度でゲル化させ
ずにポリマー溶液を効果的にグラフトさせるには照射量
を小さくし且つフリーラジカル捕捉剤を用いる必要があ
る。モノマー濃度を50％より高くすることも可能である
が、好ましくない。この場合にはフリーラジカル捕捉剤
の濃度を大きくする必要があるが、フリーラジカル捕捉
剤を使用するとポリマーの分子量が低くなり、モノマー
の転化率が大幅に低くなる。PHEMA被膜の場合にはHEMA
の濃度を0.5〜10重量％で十分である。
（ｂ）照射線量：一般に、γ線の全照射線量が増加する
とポリマーの分子量が大きくなり接触角は小さくなる。
しかし、照射線量を増加させ、照射率を小さくし、モノ
マー濃度を増加させると、反応媒体の粘性が極めて大き
くなってゲルを形成するため、洗浄で除去することが非
常に難しいという実用上の大きな問題がある（例えば、
全照射線量が約0.25メガラド、NVPの濃度が10％、照射
率が309ラド／分）。
とポリマーの分子量が大きくなり接触角は小さくなる。
しかし、照射線量を増加させ、照射率を小さくし、モノ
マー濃度を増加させると、反応媒体の粘性が極めて大き
くなってゲルを形成するため、洗浄で除去することが非
常に難しいという実用上の大きな問題がある（例えば、
全照射線量が約0.25メガラド、NVPの濃度が10％、照射
率が309ラド／分）。
グラフト重合が電子ビーム照射によって誘導されるこ
とは当業者には理解できよう。従って、本発明方法を実
施する際にγ線照射の代りにγ線照射と等価なエネルギ
ーの電子ビーム照射を用いることもできる。電流が約5m
A〜約100mAの約50Ke V〜約10MeVの範囲の電圧の電子ビ
ームを使用する。電子ビームでグラフト重合を開始する
ためには、γ線グラフト重合の場合よりかなり高い照射
率、すなわち、約10〜約108ラド／分の範囲またはそれ
以上の照射率にする。
とは当業者には理解できよう。従って、本発明方法を実
施する際にγ線照射の代りにγ線照射と等価なエネルギ
ーの電子ビーム照射を用いることもできる。電流が約5m
A〜約100mAの約50Ke V〜約10MeVの範囲の電圧の電子ビ
ームを使用する。電子ビームでグラフト重合を開始する
ためには、γ線グラフト重合の場合よりかなり高い照射
率、すなわち、約10〜約108ラド／分の範囲またはそれ
以上の照射率にする。
（ｃ）照射率：一般に、γ線照射率を小さくするとPVP
溶液の分子量が大きくなる。例えば、NVPの濃度が10％
で全照射線量が0.1メガラドのときに照射率を1235ラド
／分から49ラド／分に減らすと、分子量は1,150,000か
ら5,090,000になる。接触角も照射率を小さくすると小
さくなり、値が31°から15°になる。電子ビーム照射を
使用する時は108ラド／分またはそれ以上の照射率が実
際的である。
溶液の分子量が大きくなる。例えば、NVPの濃度が10％
で全照射線量が0.1メガラドのときに照射率を1235ラド
／分から49ラド／分に減らすと、分子量は1,150,000か
ら5,090,000になる。接触角も照射率を小さくすると小
さくなり、値が31°から15°になる。電子ビーム照射を
使用する時は108ラド／分またはそれ以上の照射率が実
際的である。
（ｄ）溶液ポリマーの分子量：分子量はプロセス条件、
使用するモノマー及びラジカル抑制剤によって大きく変
化する。事実、低分子量溶液ポリマー（Mvが5,000〜10,
000程度）でも接触角の低い有効なグラフト重量ができ
る。しかし、分子量Mvが5,000,000以上の大きい溶液ポ
リマーはグラフト中にゲル化するため洗浄の問題から一
般に不敵である。
使用するモノマー及びラジカル抑制剤によって大きく変
化する。事実、低分子量溶液ポリマー（Mvが5,000〜10,
000程度）でも接触角の低い有効なグラフト重量ができ
る。しかし、分子量Mvが5,000,000以上の大きい溶液ポ
リマーはグラフト中にゲル化するため洗浄の問題から一
般に不敵である。
（ｅ）脱ガス：グラフト用溶液から吸引および／または
不活性ガス（アルゴン）の掃気で酸素を除去することは
全照射線量を小さくするために重要である（実際のグラ
フトは0.1メガラド未満の全照射線量で行う）。脱ガス
はPVPの分子量Mvとモノマーの転化率（％）に大きく影
響する。例えば、照射線量が0.05メガラドでNVPの濃度
が10％の場合、脱酸素操作を行うことによってPP上にPV
Pがうまくグラフトする（接触角15°）。脱ガス操作を
行わないと上記条件下ではグラフトが起きない。基材の
ポリマーがPP、PVDFまたはPSiの場合にはグラフトで表
面の親水性を変えるには脱酸素操作を行うことが極めて
重要な役割を演じる。これらの材料を基材として用いた
場合には、酸素の存在下ではグラフト重合が不完全にし
か起こらないことが知られている。また、脱酸素操作を
行うことはPMMA基板やPC基材の場合にも好ましく、酸素
の存在下でこれらポリマーをグラフトさせる場合と比較
すると、はるかに少ない照射線量（0.01〜0.15メガラ
ド）で効果がある。
不活性ガス（アルゴン）の掃気で酸素を除去することは
全照射線量を小さくするために重要である（実際のグラ
フトは0.1メガラド未満の全照射線量で行う）。脱ガス
はPVPの分子量Mvとモノマーの転化率（％）に大きく影
響する。例えば、照射線量が0.05メガラドでNVPの濃度
が10％の場合、脱酸素操作を行うことによってPP上にPV
Pがうまくグラフトする（接触角15°）。脱ガス操作を
行わないと上記条件下ではグラフトが起きない。基材の
ポリマーがPP、PVDFまたはPSiの場合にはグラフトで表
面の親水性を変えるには脱酸素操作を行うことが極めて
重要な役割を演じる。これらの材料を基材として用いた
場合には、酸素の存在下ではグラフト重合が不完全にし
か起こらないことが知られている。また、脱酸素操作を
行うことはPMMA基板やPC基材の場合にも好ましく、酸素
の存在下でこれらポリマーをグラフトさせる場合と比較
すると、はるかに少ない照射線量（0.01〜0.15メガラ
ド）で効果がある。
（ｆ）グラフトの厚さ：厚さが100〜200Å未満のグラフ
ト表面も非付着性かつ親水性であるので有用ではある
が、このグラフト表面はそれより厚い被覆と比較する
と、組織との接触による外傷を減らす点では機械的な
「柔らかさ」すなわちゲルの程度が不足する可能性があ
る。平滑、均質かつ光学面が光学的に透明で、迅速に水
和する限り、大抵の用途で約300〜500Å（0.03〜0.05μ
ｍ）以上で50μｍ程度までの厚さのグラフト被覆が好ま
しい。
ト表面も非付着性かつ親水性であるので有用ではある
が、このグラフト表面はそれより厚い被覆と比較する
と、組織との接触による外傷を減らす点では機械的な
「柔らかさ」すなわちゲルの程度が不足する可能性があ
る。平滑、均質かつ光学面が光学的に透明で、迅速に水
和する限り、大抵の用途で約300〜500Å（0.03〜0.05μ
ｍ）以上で50μｍ程度までの厚さのグラフト被覆が好ま
しい。
膨潤溶媒を使用せず、しかも照射前に基材をモノマー
に長く接触させないで、好ましいプロセス条件で作った
場合の所望のインプラント特性を示すグラフト表面の厚
さは約0.1〜５μｍである。酢酸エチルなどの膨潤剤を
用いた場合には、PMMA上にグラフトしたポリマーを100
μｍ以上の厚さにするのか好ましい。
に長く接触させないで、好ましいプロセス条件で作った
場合の所望のインプラント特性を示すグラフト表面の厚
さは約0.1〜５μｍである。酢酸エチルなどの膨潤剤を
用いた場合には、PMMA上にグラフトしたポリマーを100
μｍ以上の厚さにするのか好ましい。
用途によっては厚い20〜100μｍの「スポンジ状」の
被膜が好ましい場合もある。
被膜が好ましい場合もある。
（ｇ）フリーラジカル捕捉剤：一般には還元剤であるCu
+、FE+2、アスコルビン酸等のフリーラジカル捕捉剤は
溶液中でのラジカル重合を抑制することが知られてい
る。従って、グラフト中に溶液がゲル化するのを遅らせ
るのに都合がよい（特に、γ線の照射線量が大きく、照
射率が大きく、モノマーの濃度が大きいとき）。しか
し、実際のグラフト条件でフリーラジカル捕捉剤を用い
ると、分子量が小さくなり、未反応モノマー濃度が大き
くなり、分子量の分布が大きくなる。生体適合性が最も
要求される場所には金属塩を用いるのは好ましくない。
+、FE+2、アスコルビン酸等のフリーラジカル捕捉剤は
溶液中でのラジカル重合を抑制することが知られてい
る。従って、グラフト中に溶液がゲル化するのを遅らせ
るのに都合がよい（特に、γ線の照射線量が大きく、照
射率が大きく、モノマーの濃度が大きいとき）。しか
し、実際のグラフト条件でフリーラジカル捕捉剤を用い
ると、分子量が小さくなり、未反応モノマー濃度が大き
くなり、分子量の分布が大きくなる。生体適合性が最も
要求される場所には金属塩を用いるのは好ましくない。
好ましいグラフト条件ではラジカル捕捉剤は使用しな
いが、PVP、Ｐ（NVP−HEMA）またはPHEMAのグラフト被
膜を得る好ましい条件は、アスコルビン酸を用いてグラ
フト用ポリマー溶液の粘性が大きくなってゲル化するの
を抑制することである。この場合、モノマーの濃度を大
きくする（50％まで）。膨潤溶媒（0.5〜５％）として
酢酸エチルを用いるとより厚いグラフト被覆が得られ
る。
いが、PVP、Ｐ（NVP−HEMA）またはPHEMAのグラフト被
膜を得る好ましい条件は、アスコルビン酸を用いてグラ
フト用ポリマー溶液の粘性が大きくなってゲル化するの
を抑制することである。この場合、モノマーの濃度を大
きくする（50％まで）。膨潤溶媒（0.5〜５％）として
酢酸エチルを用いるとより厚いグラフト被覆が得られ
る。
（ｈ）膨潤溶媒：グラフト用モノマー水溶液中で基材ポ
リマーの溶媒を用いると、γ線重合前および重合中のポ
リマーの膨潤とポリマー内へのモノマーの拡散が容易に
なる。モノマーが基板内に侵入するとグラフト被覆が厚
くなってモノマーと表面の結合が促進される。酢酸エチ
ルなどの溶媒を用いるとPMMAに対する処理を極めて行い
易くなることが分かっている。
リマーの溶媒を用いると、γ線重合前および重合中のポ
リマーの膨潤とポリマー内へのモノマーの拡散が容易に
なる。モノマーが基板内に侵入するとグラフト被覆が厚
くなってモノマーと表面の結合が促進される。酢酸エチ
ルなどの溶媒を用いるとPMMAに対する処理を極めて行い
易くなることが分かっている。
上記方法は従来法と比較して大幅に改良されている
が、各々の場合に最適な結果は、多数のプロセスパラメ
ータと条件との組み合わせを選択して得られる。
が、各々の場合に最適な結果は、多数のプロセスパラメ
ータと条件との組み合わせを選択して得られる。
NVPとHEMAとの混合物を用いてＰ（NVP−HEMA）の共重
合体のグラフト被膜を形成する場合には、HEMAはこのモ
ノマー混合物の重量に対して約50重量％まで加えること
ができるが、HEMAはゲル化を促進するため、HEMAが20〜
30％を越える場合にはラジカル捕捉剤を使用し且つモノ
マーの濃度を低くしてゲル化を防ぐ必要がある。
合体のグラフト被膜を形成する場合には、HEMAはこのモ
ノマー混合物の重量に対して約50重量％まで加えること
ができるが、HEMAはゲル化を促進するため、HEMAが20〜
30％を越える場合にはラジカル捕捉剤を使用し且つモノ
マーの濃度を低くしてゲル化を防ぐ必要がある。
当業者であれば、PVP、Ｐ（NVP−HEMA）またはPHEMA
からなる本発明のグラフト被覆を各種のイオン性モノマ
ーと共重合させることによって改質させることができる
ということは理解できよう。また、親水性のイオン性モ
ノマーの混合物を共重合させることもできる。この場合
には、これらのモノマーに予め漬けるだけでもよい。例
えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、スルホ
エチルメタアクリレート、スルホプロピルメタクリレー
トまたはこれら以外のビニルスルホン酸、アクリル酸、
クロトン酸、メタクリル酸などのビニルカルボン酸が関
与するグラフト共重合では表面をアニオン性に改質する
ことができる。同様に、塩基性またはアミノ基を有する
モノマーである例えばビニルピリジン、アミノスチレ
ン、アミノアクリレートやジメチルアミノエチルメタク
リレートやジメチルアミノスチレンなどのアミノメタク
リレートは表面をカチオン性に改質することができる。
また、イオンモノマーの塩を使用するか、イオン性グラ
フト膜を後処理して塩の形に代えるのも好ましい。
からなる本発明のグラフト被覆を各種のイオン性モノマ
ーと共重合させることによって改質させることができる
ということは理解できよう。また、親水性のイオン性モ
ノマーの混合物を共重合させることもできる。この場合
には、これらのモノマーに予め漬けるだけでもよい。例
えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、スルホ
エチルメタアクリレート、スルホプロピルメタクリレー
トまたはこれら以外のビニルスルホン酸、アクリル酸、
クロトン酸、メタクリル酸などのビニルカルボン酸が関
与するグラフト共重合では表面をアニオン性に改質する
ことができる。同様に、塩基性またはアミノ基を有する
モノマーである例えばビニルピリジン、アミノスチレ
ン、アミノアクリレートやジメチルアミノエチルメタク
リレートやジメチルアミノスチレンなどのアミノメタク
リレートは表面をカチオン性に改質することができる。
また、イオンモノマーの塩を使用するか、イオン性グラ
フト膜を後処理して塩の形に代えるのも好ましい。
総モノマー量の約50重量％までイオン性モノマーを使
用することでき、その場合にも臨界的なプロセスパラメ
ータが維持できることは分かっている。
用することでき、その場合にも臨界的なプロセスパラメ
ータが維持できることは分かっている。
一般に、「最高」のプロセス条件は基材およびグラフ
トポリマーの分子構造と被覆の厚さとに依存する。一般
に、溶液の粘性が極端に大きくなってゲル化したり、溶
媒応力でIOLポリマーに亀裂やヒビが発生する条件は避
けるべきである。以下、例として本発明方法で種々のポ
リマー基材に改良されたPVPグラフトを付けるための実
用的な条件の代表的なものを示す。
トポリマーの分子構造と被覆の厚さとに依存する。一般
に、溶液の粘性が極端に大きくなってゲル化したり、溶
媒応力でIOLポリマーに亀裂やヒビが発生する条件は避
けるべきである。以下、例として本発明方法で種々のポ
リマー基材に改良されたPVPグラフトを付けるための実
用的な条件の代表的なものを示す。
上記の考察およびプロセス研究に基づいて、各種基材
ポリマーに対する好ましい実施例を以下に示すが、その
要点は以下のようにまとめることができよう。
ポリマーに対する好ましい実施例を以下に示すが、その
要点は以下のようにまとめることができよう。
一定の有用なプロセス範囲がある。「最高」のプロセ
ス条件は基材の分子構造と被覆の厚さとに依存する。一
般に、溶液の粘性が極端に大きくなってゲル化したり、
溶媒応力でIOLポリマーに亀裂やヒビが発生する条件
（例えば、酢酸エチル等のPMMA膨潤溶媒を約20％以上の
高濃度にする）は避けるべきである。表面が改良された
眼科用インプラントを製造するには、下記の４通りのプ
ロセス条件が実際上は最も適当であろう： （１）モノマー水溶液の濃度:5〜20％（好ましくは10
％） 照射線量:0.05〜0.20メガラド（好ましくは0.10Mrd） 照射率:20〜15,000ラド／分（好ましくは50〜2,000） 接触角：＜30° PVP分子量：＞250,000 （２）系からの酸素の除去（吸引または不活性ガス−ア
ルゴン−を用いたパージ）以外は（１）と同じ操作。
ス条件は基材の分子構造と被覆の厚さとに依存する。一
般に、溶液の粘性が極端に大きくなってゲル化したり、
溶媒応力でIOLポリマーに亀裂やヒビが発生する条件
（例えば、酢酸エチル等のPMMA膨潤溶媒を約20％以上の
高濃度にする）は避けるべきである。表面が改良された
眼科用インプラントを製造するには、下記の４通りのプ
ロセス条件が実際上は最も適当であろう： （１）モノマー水溶液の濃度:5〜20％（好ましくは10
％） 照射線量:0.05〜0.20メガラド（好ましくは0.10Mrd） 照射率:20〜15,000ラド／分（好ましくは50〜2,000） 接触角：＜30° PVP分子量：＞250,000 （２）系からの酸素の除去（吸引または不活性ガス−ア
ルゴン−を用いたパージ）以外は（１）と同じ操作。
照射線量:0.01〜0.15メガラド（好ましくは0.05Mrd） MVPの濃度:1〜15％（好ましくは５〜10％） 一般にこの系は（１）よりも好ましい。
（３）膨潤溶媒（例えばPMMA用に酢酸エチル）を用い、
後は（１）（２）と同じにする。基材にモノマーがより
多く侵入し、グラフト膜が厚くなる。
後は（１）（２）と同じにする。基材にモノマーがより
多く侵入し、グラフト膜が厚くなる。
（４）モノマーの濃度を大きくし（25〜50％）、膨潤溶
媒として酢酸エチルを5.0％未満用い、照射線量を0.10
〜0.20メガラドにし、照射率を20〜5,000ラド／分に
し、ラジカル重合抑制剤としてアスコルビン酸（0.1〜
1.0ミリモル）を用いる。
媒として酢酸エチルを5.0％未満用い、照射線量を0.10
〜0.20メガラドにし、照射率を20〜5,000ラド／分に
し、ラジカル重合抑制剤としてアスコルビン酸（0.1〜
1.0ミリモル）を用いる。
実施例中の割合は特別な記載がない限り全て重量％を
表す。
表す。
特別な記載がない限りγ線によるグラフト重合で得ら
れた全てのサンプルの接触角およびそれ以外の表面特性
の値は、本発明方法で得られた改良されたグラフト表面
を室温またはそれよりも高い温度で水または水−アルコ
ールで洗浄して可溶性残留モノマーと未グラフトモノマ
ーとを除去したサンプルについてのものである。得られ
たグラフトポリマーは安定で、長時間使用される眼科用
インプラントとして耐久性があり、水性媒体で分解しな
い。
れた全てのサンプルの接触角およびそれ以外の表面特性
の値は、本発明方法で得られた改良されたグラフト表面
を室温またはそれよりも高い温度で水または水−アルコ
ールで洗浄して可溶性残留モノマーと未グラフトモノマ
ーとを除去したサンプルについてのものである。得られ
たグラフトポリマーは安定で、長時間使用される眼科用
インプラントとして耐久性があり、水性媒体で分解しな
い。
また、使用を容易にするために、グラフト被覆される
機器、デバイス等をPMMA、PP、PVDF、PCまたはPSi以外
の材料で作ることもできる。また、インプラント材料と
しての特性を改良するためにそれら材料の表面の一部の
みをグラフトポリマーで改質することもできるというこ
とは当業者には理解できよう。
機器、デバイス等をPMMA、PP、PVDF、PCまたはPSi以外
の材料で作ることもできる。また、インプラント材料と
しての特性を改良するためにそれら材料の表面の一部の
みをグラフトポリマーで改質することもできるというこ
とは当業者には理解できよう。
実施例１ この実施例は、γ線を照射してグラフトさせたPVPでP
MMAの表面を改質させる際の上記のプロセス条件および
重合パラメータを変えた時の大きな効果を示すためのも
のである。
MMAの表面を改質させる際の上記のプロセス条件および
重合パラメータを変えた時の大きな効果を示すためのも
のである。
超音波洗浄器を用いて板状のPMMAサンプルを石鹸溶液
と蒸留水で１回ずつ洗浄する。その後、サンプルに様々
な条件でγ線を照射する。γ線の照射により表面が変化
したPMMAサンプルを水で数回洗浄した後に評価した。
と蒸留水で１回ずつ洗浄する。その後、サンプルに様々
な条件でγ線を照射する。γ線の照射により表面が変化
したPMMAサンプルを水で数回洗浄した後に評価した。
重合したNVPのグラフト用溶液またはゲルを真空中で
凍結乾燥させた。溶液のPVPサンプルの分子量は粘度測
定（Mv）またはゲル透過クロマトグラフィー（Mw）で評
価した。粘度で分子量（Mv）を求める時にはPVPを蒸留
水な溶解させて毛細管粘度計を用いて30℃で固着粘性率
〔η〕を測定した。
凍結乾燥させた。溶液のPVPサンプルの分子量は粘度測
定（Mv）またはゲル透過クロマトグラフィー（Mw）で評
価した。粘度で分子量（Mv）を求める時にはPVPを蒸留
水な溶解させて毛細管粘度計を用いて30℃で固着粘性率
〔η〕を測定した。
PVPがグラフトしたPMMAサンプルは水滴または水中の
気泡の接触角を測定して評価した。極めて親水性のある
表面に対しては気泡を用いた方法のほうが信頼性が高い
と考えられる。気泡法での接触角の測定時にはグラフト
したPMMAを蒸留水中で水平に保持した。約0.8μｌの気
泡をテスト面の下に形成し、位置させた。対称性を保証
するため気泡の両側で角度を測定した。各サンプルに対
して普通は測定を５回行った。結果は第１表にまとめて
示す。
気泡の接触角を測定して評価した。極めて親水性のある
表面に対しては気泡を用いた方法のほうが信頼性が高い
と考えられる。気泡法での接触角の測定時にはグラフト
したPMMAを蒸留水中で水平に保持した。約0.8μｌの気
泡をテスト面の下に形成し、位置させた。対称性を保証
するため気泡の両側で角度を測定した。各サンプルに対
して普通は測定を５回行った。結果は第１表にまとめて
示す。
照射率の効果はPVP溶液の粘度を測定して評価した。
上記結果から、全吸収線量を同じにして照射率を低下さ
せるとラジカルの形成速度が低下し、その割合が小さく
なって重合時間がのび、従って、分子量が大きくなるこ
とがわかる。PVPポリマーの分子量はこの実験での最小
照射率である49ラド／分（コバルト60γ線源から10イン
チの距離）のときに最大値Mv＝5.09×106になる。
上記結果から、全吸収線量を同じにして照射率を低下さ
せるとラジカルの形成速度が低下し、その割合が小さく
なって重合時間がのび、従って、分子量が大きくなるこ
とがわかる。PVPポリマーの分子量はこの実験での最小
照射率である49ラド／分（コバルト60γ線源から10イン
チの距離）のときに最大値Mv＝5.09×106になる。
第２表は照射率が309ラド／分の場合の分子量に対す
るγ線の全照射線量の効果を示している。全照射線量の
0.25メガラド以上のときにはポリマーがゲル化した。第
２表の結果から、照射線量が大きいとPVPポリマーがゲ
ル化すなわち架橋することが分る。
るγ線の全照射線量の効果を示している。全照射線量の
0.25メガラド以上のときにはポリマーがゲル化した。第
２表の結果から、照射線量が大きいとPVPポリマーがゲ
ル化すなわち架橋することが分る。
上記結果は全照射線量と照射率が一定のときのNVPモ
ノマーの濃度とPVPの分子量との間の関係を示してい
る。この結果から、NVPの濃度が大きいと分子量の大き
なポリマーが得られることが分る。49ラド／分の低い照
射率の時に分子量が5.0×106になることと比較すると、
NVP濃度が15％であっても照射率が309ラド／分の時にPV
Pの分子量が2.7×106にしかならないということは、照
射率が重要であることを示している。
ノマーの濃度とPVPの分子量との間の関係を示してい
る。この結果から、NVPの濃度が大きいと分子量の大き
なポリマーが得られることが分る。49ラド／分の低い照
射率の時に分子量が5.0×106になることと比較すると、
NVP濃度が15％であっても照射率が309ラド／分の時にPV
Pの分子量が2.7×106にしかならないということは、照
射率が重要であることを示している。
第４表の結果は、親水性PVPはグラフトすることによ
ってPMMAとの接触角が小さくなることと、照射率を小さ
くすると接触角が小さくなることを示している。
ってPMMAとの接触角が小さくなることと、照射率を小さ
くすると接触角が小さくなることを示している。
上記結果はγ線照射でPVPをグラフトさせたPMMAの接
触角の全照射線量に対する変化を示している。照射率を
309ラド／分で一定にした時には、全照射線量が0.05メ
ガラドを越えると接触角はほとんど変化しなかった。
触角の全照射線量に対する変化を示している。照射率を
309ラド／分で一定にした時には、全照射線量が0.05メ
ガラドを越えると接触角はほとんど変化しなかった。
接触角を測定してγ線照射でPVPを表面にグラフトさ
せたPMMAに対するモノマーの濃度変化の効果を評価し
た。NVPの濃度が３％で全照射線量が0.1メガラドの時で
も、グラフトしていないPMMAと比較すると親水性が増加
した。接触角はモノマーの濃度が３％を越えるとわずか
に小さくなった。
せたPMMAに対するモノマーの濃度変化の効果を評価し
た。NVPの濃度が３％で全照射線量が0.1メガラドの時で
も、グラフトしていないPMMAと比較すると親水性が増加
した。接触角はモノマーの濃度が３％を越えるとわずか
に小さくなった。
上記結果は、照射率が64ラド／分のときのNVPモノマ
ーの濃度とPVPの分子量の間の関係を示している。
ーの濃度とPVPの分子量の間の関係を示している。
PVPの分子量はNVPモノマーの濃度が大きくなると著し
くく大きくなる。
くく大きくなる。
照射率64ラド／分でPMMAの接触角を各種濃度のNVP溶
液で評価した。この結果から、PVPがグラフトしたPMMA
の接触角はNVPモノマーの濃度が大きくなるにつれて小
さくなることがわかる。照射率が64ラド／分でのこの結
果は、照射率が309ラド／分の場合の結果（第６表）と
傾向が似ている。モノマーの濃度が10％のときの親水性
は照射率が低いほうが優れている（接触角が18°と25
°）。
液で評価した。この結果から、PVPがグラフトしたPMMA
の接触角はNVPモノマーの濃度が大きくなるにつれて小
さくなることがわかる。照射率が64ラド／分でのこの結
果は、照射率が309ラド／分の場合の結果（第６表）と
傾向が似ている。モノマーの濃度が10％のときの親水性
は照射率が低いほうが優れている（接触角が18°と25
°）。
親水性モノマーのグラフト重合にに極性有機溶媒また
は極性水性溶媒の混合物を用いるのがよい。このような
有機溶媒の典型例としてはメタノール、エチレングリコ
ール、ポリエチレングリコール、ジオキサンなどのアル
コールやエーテルを挙げることができる。しかし、これ
ら有機溶媒がラジカル捕捉剤またはラジカル連鎖移動剤
として機能するときには、濃度を50％未満にして使用す
るか、濃度の大きな（すなわち25％よりも大きな）親水
性モノマーとともに使用する必要がある。例えば、メタ
ノールにはラジカル捕捉剤としての機能が幾分かある
が、水／メタノール混合物中で照射線量を0.1メガラド
にしてモノマー濃度10％でPVPをγ線でPMMAの表面にグ
ラフトさせる場合（第９表）にはメタノールを50〜60％
まで用いることができる。モノマーの濃度が10％のとき
にはメタノールによるラジカル連鎖移動には低い照射率
で親水性のあるグラフトが実現する。一般に、これらの
系はラジカル重合抑制剤の存在下で生成する低分子量溶
液ポリマーを示す低粘度溶液を生成させる。
は極性水性溶媒の混合物を用いるのがよい。このような
有機溶媒の典型例としてはメタノール、エチレングリコ
ール、ポリエチレングリコール、ジオキサンなどのアル
コールやエーテルを挙げることができる。しかし、これ
ら有機溶媒がラジカル捕捉剤またはラジカル連鎖移動剤
として機能するときには、濃度を50％未満にして使用す
るか、濃度の大きな（すなわち25％よりも大きな）親水
性モノマーとともに使用する必要がある。例えば、メタ
ノールにはラジカル捕捉剤としての機能が幾分かある
が、水／メタノール混合物中で照射線量を0.1メガラド
にしてモノマー濃度10％でPVPをγ線でPMMAの表面にグ
ラフトさせる場合（第９表）にはメタノールを50〜60％
まで用いることができる。モノマーの濃度が10％のとき
にはメタノールによるラジカル連鎖移動には低い照射率
で親水性のあるグラフトが実現する。一般に、これらの
系はラジカル重合抑制剤の存在下で生成する低分子量溶
液ポリマーを示す低粘度溶液を生成させる。
実施例２ この実施例は本発明の表面改質方法における膨潤溶媒
効果を示している。
効果を示している。
PMMA基板上にγ線照射で親水性グラフト膜を形成する
際に例えば膨潤溶媒である酢酸エチル（EtOAc）をモノ
マー水溶液に添加するとモノマーをより効果的にPMMAの
表面に拡散させることができる。酢酸エチルは水にはあ
まりよく溶けないが、NVPなどのモノマーの存在下では
均一な反応媒体となる。
際に例えば膨潤溶媒である酢酸エチル（EtOAc）をモノ
マー水溶液に添加するとモノマーをより効果的にPMMAの
表面に拡散させることができる。酢酸エチルは水にはあ
まりよく溶けないが、NVPなどのモノマーの存在下では
均一な反応媒体となる。
ポリマーがグラフトして変性する表面の厚さは酢酸エ
チルの濃度を大きくし且つ照射前の拡散を長時間行う、
すなわち予備膨潤時間を長くすることによって厚くな
る。一般に、脱酸素を行わない場合には、十分にグラフ
トさせるのにγ線の照射線量を0.10〜0.15メガラドにす
るのがよい。
チルの濃度を大きくし且つ照射前の拡散を長時間行う、
すなわち予備膨潤時間を長くすることによって厚くな
る。一般に、脱酸素を行わない場合には、十分にグラフ
トさせるのにγ線の照射線量を0.10〜0.15メガラドにす
るのがよい。
NVP−酢酸エチル−水溶媒系はPVPに対する溶媒でもあ
り、ポリマー溶液を均一に維持する機能がある。
り、ポリマー溶液を均一に維持する機能がある。
PMMA表面にPVPを「埋め込みグラフトする」にはPMMA
をモノマー／膨潤溶媒／水の混合物に数回浸した後にγ
線を照射することによって可能になる。
をモノマー／膨潤溶媒／水の混合物に数回浸した後にγ
線を照射することによって可能になる。
この方法を用いた実験では、サンプルを10％石鹸溶液
中で超音波洗浄した後に蒸留水で洗浄し、表面改質前に
PMMAサンプルを真空デシケータ内で18時間乾燥させ、重
量を測定した。NVPモノマーは減圧蒸留で精製して４℃
で保管した。
中で超音波洗浄した後に蒸留水で洗浄し、表面改質前に
PMMAサンプルを真空デシケータ内で18時間乾燥させ、重
量を測定した。NVPモノマーは減圧蒸留で精製して４℃
で保管した。
γ線照射でグラフトさせるためにPMMA基板をモノマー
／溶媒の水溶液に浸漬し、γ線を照射した。原則とし
て、洗浄した基板をNVP/酢酸エチル／水の混合物中に浸
漬させて600キュリーのCo線源を用いて照射を行った。
サンプルをモノマー溶液に浸漬させる時間はいろいろに
変えた。ここでの実験ではγ線の照射線量を0.01〜0.15
メガラドにした。照射線量の値はフリッケ線量計を用い
て測定した。照射率も変えた。照射後、γ線を照射した
ポリマー溶液からサンプルを取り出して蒸留水で数回洗
浄し、攪拌した脱イオン水中で洗浄した。濾紙で表面の
水を吸い取ってから24時間真空デシケータ内で乾燥させ
たいくつかのサンプルについて重量を測定した。重合溶
液は透明で粘性のある溶液からゲルまでいろいろであっ
た。以下のパラメータを測定した。
／溶媒の水溶液に浸漬し、γ線を照射した。原則とし
て、洗浄した基板をNVP/酢酸エチル／水の混合物中に浸
漬させて600キュリーのCo線源を用いて照射を行った。
サンプルをモノマー溶液に浸漬させる時間はいろいろに
変えた。ここでの実験ではγ線の照射線量を0.01〜0.15
メガラドにした。照射線量の値はフリッケ線量計を用い
て測定した。照射率も変えた。照射後、γ線を照射した
ポリマー溶液からサンプルを取り出して蒸留水で数回洗
浄し、攪拌した脱イオン水中で洗浄した。濾紙で表面の
水を吸い取ってから24時間真空デシケータ内で乾燥させ
たいくつかのサンプルについて重量を測定した。重合溶
液は透明で粘性のある溶液からゲルまでいろいろであっ
た。以下のパラメータを測定した。
重量増加から下記の式で表されるグラフト率が得られ
る： （ここで、W0はPMMAの初期重量、W1はグラフトしたPMMA
の重量である） 同様に、水和率は下記の式で計算した： （ここで、Wwは（水を吸い取ってから）水中で平衡させ
た後のPMMAの初期重量、Wdは（デシケータで乾燥させた
後の）乾燥サンプルの重量である） 大抵の場合、水の吸収は12時間後に最大になった。
る： （ここで、W0はPMMAの初期重量、W1はグラフトしたPMMA
の重量である） 同様に、水和率は下記の式で計算した： （ここで、Wwは（水を吸い取ってから）水中で平衡させ
た後のPMMAの初期重量、Wdは（デシケータで乾燥させた
後の）乾燥サンプルの重量である） 大抵の場合、水の吸収は12時間後に最大になった。
γ線照射でグラフトしたPMMA表面に捕獲された気泡と
ｎ−オクタンとの接触角を測定して変性表面の親水性を
評価した。レイム−ハート（Rame−Hart）式接触角ゴニ
オメータを用いて静的接触角を測定した。各サンプルの
異なる領域で少なくとも５回の測定を行った。
ｎ−オクタンとの接触角を測定して変性表面の親水性を
評価した。レイム−ハート（Rame−Hart）式接触角ゴニ
オメータを用いて静的接触角を測定した。各サンプルの
異なる領域で少なくとも５回の測定を行った。
グラフトした表面とグラフトしていない表面のATR−I
R表面分析は全反射率を減衰させたパーキンエルマー（P
erkin−Elmer）モデル283BのIRスペクトロメータを用い
て行った。
R表面分析は全反射率を減衰させたパーキンエルマー（P
erkin−Elmer）モデル283BのIRスペクトロメータを用い
て行った。
グラフト表面を有する面積が１cm2のサンプルとグラ
フトしていない表面を有するサンプルとの分析をＸ線源
としてマグネシウムＫαを用いたグラトス（Kratos）ES
300 ESCAスペクトロメータを用いて行い、N/C比を求め
た。
フトしていない表面を有するサンプルとの分析をＸ線源
としてマグネシウムＫαを用いたグラトス（Kratos）ES
300 ESCAスペクトロメータを用いて行い、N/C比を求め
た。
PVP溶液ポリマーの分子量は、アベルホード（Ubbelho
de）粘度計を用いて30℃で溶液の固有粘性率を測定して
求めた。
de）粘度計を用いて30℃で溶液の固有粘性率を測定して
求めた。
照射線量は0.01〜0.15メガラドであり、モノマー濃度
は５〜15％であった。
は５〜15％であった。
膨潤剤として酢酸エチルを用いてPVPをPMMAの表面に
グラフトした場合のデータを第10表に示す。この例では
膨潤時間がないので酢酸エチルとモノマーとが表面に拡
散・侵入するのはγ線の照射中である。照射前に予め膨
潤時間をもうけておくのが好ましい。この系はモノマー
の拡散を制御した反応に典型的な挙動を示し、PMMAに対
する膨潤溶媒である酢酸エチルが存在しているので、PM
MAの疎水性表面へのNVPモノマーの最初の分配がよくな
る。
グラフトした場合のデータを第10表に示す。この例では
膨潤時間がないので酢酸エチルとモノマーとが表面に拡
散・侵入するのはγ線の照射中である。照射前に予め膨
潤時間をもうけておくのが好ましい。この系はモノマー
の拡散を制御した反応に典型的な挙動を示し、PMMAに対
する膨潤溶媒である酢酸エチルが存在しているので、PM
MAの疎水性表面へのNVPモノマーの最初の分配がよくな
る。
グラフトさせる基材に対して膨潤溶媒（酢酸エチル）
を使用することによってNVP−酢酸エチル−水系がPMMA
の表面層を膨潤され、γ線照射によりこの表面近傍で誘
起されたラジカルの近くのモノマー分子が直ちにグラフ
ト重合する。このとき、照射線量を小さくし、溶媒で膨
潤した表面にグラフトさせるポリマーをさらに深く侵入
させることにより、より効果的にグラフトさせることが
できる。
を使用することによってNVP−酢酸エチル−水系がPMMA
の表面層を膨潤され、γ線照射によりこの表面近傍で誘
起されたラジカルの近くのモノマー分子が直ちにグラフ
ト重合する。このとき、照射線量を小さくし、溶媒で膨
潤した表面にグラフトさせるポリマーをさらに深く侵入
させることにより、より効果的にグラフトさせることが
できる。
NVP−酢酸エチル−水（1:1:8）系中でのPMMAの膨潤割
合の時間変化の測定から、12時間後に約６％が膨潤する
ことがわかる。この系ではγ線照射を行う前にモノマー
を拡散させる時間を変えることによってグラフト層の厚
さを制御することができることがわかった。第11表は、
NVPを15％含む酢酸エチル−水（1:9）系中でPMMAを24時
間予備膨潤させた後のグラフト状態を示している。この
表のデータと第10表（膨潤時間がゼロ）のデータとを比
較すると、予備膨潤させたPMMAのほうが明らかにグラフ
ト率が大きいことがわかる。酢酸エチルの濃度を一定に
した場合、この差は一般にモノマーの濃度が低いほど、
例えばモノマーの濃度が15％ではなく５％のときにより
顕著になる。
合の時間変化の測定から、12時間後に約６％が膨潤する
ことがわかる。この系ではγ線照射を行う前にモノマー
を拡散させる時間を変えることによってグラフト層の厚
さを制御することができることがわかった。第11表は、
NVPを15％含む酢酸エチル−水（1:9）系中でPMMAを24時
間予備膨潤させた後のグラフト状態を示している。この
表のデータと第10表（膨潤時間がゼロ）のデータとを比
較すると、予備膨潤させたPMMAのほうが明らかにグラフ
ト率が大きいことがわかる。酢酸エチルの濃度を一定に
した場合、この差は一般にモノマーの濃度が低いほど、
例えばモノマーの濃度が15％ではなく５％のときにより
顕著になる。
この系では、NVPはモノマーであると同時に、互いに
ほとんど混和しない溶媒すなわち酢酸エチル／水に対す
る相互溶剤の役目をして、両者を均一相に維持する。モ
ノマー濃度が一定の場合（例えば10％）、ミクロエマル
ジョンに相分離しないようにするためには酢酸エチルの
濃度を10％未満に保っておく必要がある。膨潤剤である
酢酸エチルの濃度が変化するとグラフト率に影響する。
第12表には、酢酸エチルの濃度のみを変化させて他のパ
ラメータは一定にした場合の結果がまとめられている。
この表から、酢酸エチルの濃度が大きくなるとグラフト
率が高くなることがわかる。照射線量を低くした膨潤溶
媒モノマー系でグラフト率が大きくなり接触角が小さく
なっていることからもグラフト効率が改善されているこ
とがわかる。例えば照射線量が0.05メガラドまでは単な
るモノマー水溶液系ではほとんどグラフトしない。これ
に対して（第11表の24時間予備膨潤した場合には）照射
線量がほんの0.01メガラドでも接触角は小さくなって35
°になり、照射線量が0.03メガラドだと接触角は23°に
なる。
ほとんど混和しない溶媒すなわち酢酸エチル／水に対す
る相互溶剤の役目をして、両者を均一相に維持する。モ
ノマー濃度が一定の場合（例えば10％）、ミクロエマル
ジョンに相分離しないようにするためには酢酸エチルの
濃度を10％未満に保っておく必要がある。膨潤剤である
酢酸エチルの濃度が変化するとグラフト率に影響する。
第12表には、酢酸エチルの濃度のみを変化させて他のパ
ラメータは一定にした場合の結果がまとめられている。
この表から、酢酸エチルの濃度が大きくなるとグラフト
率が高くなることがわかる。照射線量を低くした膨潤溶
媒モノマー系でグラフト率が大きくなり接触角が小さく
なっていることからもグラフト効率が改善されているこ
とがわかる。例えば照射線量が0.05メガラドまでは単な
るモノマー水溶液系ではほとんどグラフトしない。これ
に対して（第11表の24時間予備膨潤した場合には）照射
線量がほんの0.01メガラドでも接触角は小さくなって35
°になり、照射線量が0.03メガラドだと接触角は23°に
なる。
一般に、バルクのポリマーの化学的分析に用いられる
方法は、ポリマー表面の分析にはあまり適していない。
バルクと比べて、構造および／または化学的性質が大き
く異なっている表面領域はポリマー全体のほんのわずか
の割合しかない。従って、従来の化学的分析法は十分な
ものではない。表面領域はグラフト／基材／架橋した基
／連鎖移動生成物の複合混合物であるため、グラフトコ
ポリマーに対しては特別な表面分析法が必要である。現
在使用できる最適の方法である２つのスペクトロスコピ
ー方法すなわちATR−IRとESCAでグラフト表面の特徴を
調べた。
方法は、ポリマー表面の分析にはあまり適していない。
バルクと比べて、構造および／または化学的性質が大き
く異なっている表面領域はポリマー全体のほんのわずか
の割合しかない。従って、従来の化学的分析法は十分な
ものではない。表面領域はグラフト／基材／架橋した基
／連鎖移動生成物の複合混合物であるため、グラフトコ
ポリマーに対しては特別な表面分析法が必要である。現
在使用できる最適の方法である２つのスペクトロスコピ
ー方法すなわちATR−IRとESCAでグラフト表面の特徴を
調べた。
第13表のATR−IR（減衰全反射赤外線スペクトロスコ
ピー）の結果から、γ線の全照射線量が0.01メガラドか
ら0.10メガラドに変化すると表面のＣ＝Ｏ基（エステ
ル）とＣ−Ｎ基（イミド）との比が7.67から1.68へと変
化し、全照射線量がそれ以上になるとこの比の値は一定
になることがわかる。この結果は、PMMAの表面にPVPが
グラフトしたことと矛盾しない。
ピー）の結果から、γ線の全照射線量が0.01メガラドか
ら0.10メガラドに変化すると表面のＣ＝Ｏ基（エステ
ル）とＣ−Ｎ基（イミド）との比が7.67から1.68へと変
化し、全照射線量がそれ以上になるとこの比の値は一定
になることがわかる。この結果は、PMMAの表面にPVPが
グラフトしたことと矛盾しない。
ESCA分析の結果は第14表に示してある。この表の結果
からPVPのグラフトから予想されるように、照射線量
（グラフト率）が大きくなると窒素組成物が増えること
がわかる。
からPVPのグラフトから予想されるように、照射線量
（グラフト率）が大きくなると窒素組成物が増えること
がわかる。
電子走査顕微鏡でグラフト化したサンプルの表面構造
を調べた結果は第14表に示してある。被覆表面は10,000
倍の倍率でも全て滑らかであった。グラフトポリマー表
面改質法ではPMMA基材の表面は均一に被覆される。この
ことは、眼内レンズなどの光学的インプラントの光学特
性を優れた状態に保つ上で重要である。
を調べた結果は第14表に示してある。被覆表面は10,000
倍の倍率でも全て滑らかであった。グラフトポリマー表
面改質法ではPMMA基材の表面は均一に被覆される。この
ことは、眼内レンズなどの光学的インプラントの光学特
性を優れた状態に保つ上で重要である。
この実施例から得られる主要な結論は以下の通りであ
る。
る。
基材としてPMMAを使用した場合には、NVP−酢酸エチ
ル−水系を用いることによりグラフトの侵入度を制御し
て、親水性の均一なグラフトポリマー表面が得られる。
ル−水系を用いることによりグラフトの侵入度を制御し
て、親水性の均一なグラフトポリマー表面が得られる。
モノマー−酢酸エチル−水系のグラフト先端面は徐々
に基材内に侵入する。この先端面は膨潤剤の濃度と予備
膨潤時間とを変えることにより制御することができる。
に基材内に侵入する。この先端面は膨潤剤の濃度と予備
膨潤時間とを変えることにより制御することができる。
重量測定、接触角測定、ATR−IRおよびESCA測定からP
VPグラフト面の存在が確認された。
VPグラフト面の存在が確認された。
意外なことに、十分にグラフトさせるには照射線量を
少なくする必要がある。従って、γ線の照射によって表
面または基材にダメージを与えら危険性が最小になる。
少なくする必要がある。従って、γ線の照射によって表
面または基材にダメージを与えら危険性が最小になる。
実施例３ 以下の実験は、酸素がγ線照射重合とグラフト化に極
めて重大な影響を与えること、そして酸素が実質的に存
在していないとグラフト重合を実施するのに好都合であ
ることを示している。
めて重大な影響を与えること、そして酸素が実質的に存
在していないとグラフト重合を実施するのに好都合であ
ることを示している。
γ線照射で誘起されるNVPの重合を、NVPを10％含む水
溶液中で以下の条件で実施した。
溶液中で以下の条件で実施した。
（ａ）酸素（空気）の存在下での重合 （ｂ）アルゴンで脱ガスして酸素を除去した状態での重
合 （ｃ）酸素なしでの重合 （ａ）の場合は、空気の存在下で10％NVP水溶液に照射
率213ラド／分でそれぞれ全照射線量が0.01、0.05、0.1
0、0.20。0.25メガラドの照射を行った。（ｂ）の場合
には、アルゴンで10分間掃気を行った。（ｃ）の場合に
は、脱ガスするために真空凍結−溶解（FT）法を用い
た。この凍結−溶解法ではモノマー溶液を液体窒素中で
凍結させ、減圧（0.3mmHg）下で酸素を除去した。次
に、凍結させた溶液を室温に戻して溶解させた後、γ線
の照射を行った。サンプルによっては凍結−溶解サイク
ルを３回繰り返した（3FT）。同じ実験を繰り返して再
現性を確かめた。
合 （ｃ）酸素なしでの重合 （ａ）の場合は、空気の存在下で10％NVP水溶液に照射
率213ラド／分でそれぞれ全照射線量が0.01、0.05、0.1
0、0.20。0.25メガラドの照射を行った。（ｂ）の場合
には、アルゴンで10分間掃気を行った。（ｃ）の場合に
は、脱ガスするために真空凍結−溶解（FT）法を用い
た。この凍結−溶解法ではモノマー溶液を液体窒素中で
凍結させ、減圧（0.3mmHg）下で酸素を除去した。次
に、凍結させた溶液を室温に戻して溶解させた後、γ線
の照射を行った。サンプルによっては凍結−溶解サイク
ルを３回繰り返した（3FT）。同じ実験を繰り返して再
現性を確かめた。
γ線照射によるグラフト化と重合に対する脱酸素の効
果を調べるため、照射率213ラド／分で全照射線量が0.0
1〜0.25メガラドの照射した各NVP溶液の転化率と分子量
とを測定した。
果を調べるため、照射率213ラド／分で全照射線量が0.0
1〜0.25メガラドの照射した各NVP溶液の転化率と分子量
とを測定した。
γ線照射で反応しなかったNVPは以下の方法で求め
た。すなわち、アセトニトリル50mlを用いてγ線照射し
た5mlのNVP溶液を抽出した。NVPはアセトニトリルに溶
けるが、PVPは溶けない。PVP沈澱物を遠心分離し、上澄
み液を分析してNVPを求めた。NVPモノマー溶液（10％NV
P水溶液）を比較用に用いた。NVPの分析は以下のように
行った。先ず、10重量％水溶液をアセトニトリルを用い
て希釈し、適当な濃度にした（0.5〜5.0μg/ml）。各溶
液について波長323nmの紫外線吸収率を測定し、NVPの濃
度と紫外線吸収率との間の基準曲線を求めた。この曲線
に対する回帰係数は0.99であった。分子量測定にGPCを
用い、分子量Mwの他に分子量分布を求めた。
た。すなわち、アセトニトリル50mlを用いてγ線照射し
た5mlのNVP溶液を抽出した。NVPはアセトニトリルに溶
けるが、PVPは溶けない。PVP沈澱物を遠心分離し、上澄
み液を分析してNVPを求めた。NVPモノマー溶液（10％NV
P水溶液）を比較用に用いた。NVPの分析は以下のように
行った。先ず、10重量％水溶液をアセトニトリルを用い
て希釈し、適当な濃度にした（0.5〜5.0μg/ml）。各溶
液について波長323nmの紫外線吸収率を測定し、NVPの濃
度と紫外線吸収率との間の基準曲線を求めた。この曲線
に対する回帰係数は0.99であった。分子量測定にGPCを
用い、分子量Mwの他に分子量分布を求めた。
NVPの転化率（反応したモノマー量）はアルゴン掃気
による脱酸素操作とFT法による脱酸素操作で大きな影響
を受ける。照射線量が0.01メガラドと極めて小さい場合
には、酸素（空気）が除去されていない溶液中ではほと
んど重合が起こらないが、アルゴン掃気による脱酸素操
作や1FT、3FTを行ったサンプルでは転化率がそれぞれ46
％、61％、63％になった。照射線量が0.10メガラドで
も、脱酸素系ではほとんど全てのモノマーが転化（99
％）したのに対し、空気中で照射したサンプルのモノマ
ーの転化率はほんの90％（反応しなかったNVPモノマー
が10％）であった。未反応モノマーは毒物として極めて
好ましくない挙動を示す危険性があるため、生体インプ
ラントではこの点は重要である。
による脱酸素操作とFT法による脱酸素操作で大きな影響
を受ける。照射線量が0.01メガラドと極めて小さい場合
には、酸素（空気）が除去されていない溶液中ではほと
んど重合が起こらないが、アルゴン掃気による脱酸素操
作や1FT、3FTを行ったサンプルでは転化率がそれぞれ46
％、61％、63％になった。照射線量が0.10メガラドで
も、脱酸素系ではほとんど全てのモノマーが転化（99
％）したのに対し、空気中で照射したサンプルのモノマ
ーの転化率はほんの90％（反応しなかったNVPモノマー
が10％）であった。未反応モノマーは毒物として極めて
好ましくない挙動を示す危険性があるため、生体インプ
ラントではこの点は重要である。
脱酸素を行った系ではγ線の照射線量を少なくしてPM
MA上にPVPをより効果的にグラフトさせることができる
ことを示すため、10％NVP水溶液をアルゴン掃気して酸
素を除去した後にPMMAサンプルに照射率157ラド／分で
全照射線量0.05メガラドのγ線照射を行った。この結果
得られた親水性に改質された表面は接触角が20°で、機
械的摩耗に対して安定であった（接触角の変化がな
い）。既に述べたように、機械的に安定で極めて親水性
が大きいPVPをPMMA上にグラフトさせるには、モノマー
の転化率を大きくし（98％）、ポリマー溶液の重合度を
大きくする（1.65×106重量平均分子量）。空気（酸
素）が存在する場合には、接触角を小さくし且つ転化率
と分子量とを大きくするには照射線量を大きく（0.1メ
ガラドよりも大きく）し且つ／またはモノマーの濃度を
大きく（15％以上）する必要がある。他のポリマー基
材、例えばポリプロピレン、フッ化炭素（例えばPTFE、
PCDF）、シリコーン等の上にγ線照射でモノマーを重合
させて親水性のグラフトを形成する場合には、脱酸素に
よる好ましい効果がより大きく現れる。酸素の除去は基
材の膨潤溶媒とフリーラジカル抑制剤、例えば酸化可能
な金属塩または有機化合物（例えばアスコルビン酸）と
を組み合わせ使用してγ線照射でグラフト化を促進する
際にも用いることができる。ラジカル重合抑制剤の存在
下では効果的なグラフト化ができるが、溶液ポリマーは
低分子量になるであろう。
MA上にPVPをより効果的にグラフトさせることができる
ことを示すため、10％NVP水溶液をアルゴン掃気して酸
素を除去した後にPMMAサンプルに照射率157ラド／分で
全照射線量0.05メガラドのγ線照射を行った。この結果
得られた親水性に改質された表面は接触角が20°で、機
械的摩耗に対して安定であった（接触角の変化がな
い）。既に述べたように、機械的に安定で極めて親水性
が大きいPVPをPMMA上にグラフトさせるには、モノマー
の転化率を大きくし（98％）、ポリマー溶液の重合度を
大きくする（1.65×106重量平均分子量）。空気（酸
素）が存在する場合には、接触角を小さくし且つ転化率
と分子量とを大きくするには照射線量を大きく（0.1メ
ガラドよりも大きく）し且つ／またはモノマーの濃度を
大きく（15％以上）する必要がある。他のポリマー基
材、例えばポリプロピレン、フッ化炭素（例えばPTFE、
PCDF）、シリコーン等の上にγ線照射でモノマーを重合
させて親水性のグラフトを形成する場合には、脱酸素に
よる好ましい効果がより大きく現れる。酸素の除去は基
材の膨潤溶媒とフリーラジカル抑制剤、例えば酸化可能
な金属塩または有機化合物（例えばアスコルビン酸）と
を組み合わせ使用してγ線照射でグラフト化を促進する
際にも用いることができる。ラジカル重合抑制剤の存在
下では効果的なグラフト化ができるが、溶液ポリマーは
低分子量になるであろう。
PVPの分子量も脱酸素操作で大きく影響される。アル
ゴンによる掃気を行ったサンプルとFTを施したサンプル
では照射線量がほんの0.01メガラドでも分子量が約1.6
×106のPVPポリマーが得られる。これとは対照的に、脱
ガス操作を行っていないサンプルでは高分子のポリマー
が形成されない。照射線量が0.05メガラドだと、空気中
でのサンプルでは分子量が約0.35×106のPVPポリマーし
か得られないのに対し、脱酸素操作を行ったサンプルで
は分子量が約1.65〜1.8×106のPVPポリマーが得られ
る。照射線量が0.10メガラドだと、全サンプル分子量が
約1.8〜2.0×106になる。
ゴンによる掃気を行ったサンプルとFTを施したサンプル
では照射線量がほんの0.01メガラドでも分子量が約1.6
×106のPVPポリマーが得られる。これとは対照的に、脱
ガス操作を行っていないサンプルでは高分子のポリマー
が形成されない。照射線量が0.05メガラドだと、空気中
でのサンプルでは分子量が約0.35×106のPVPポリマーし
か得られないのに対し、脱酸素操作を行ったサンプルで
は分子量が約1.65〜1.8×106のPVPポリマーが得られ
る。照射線量が0.10メガラドだと、全サンプル分子量が
約1.8〜2.0×106になる。
実施例４ 以下の実験はグラフト重合中、特にモノマーの濃度が
高い場合の溶液重合及びゲル化を抑制するフリーラジカ
ル捕捉剤の好ましい効果を証明するために行った。
高い場合の溶液重合及びゲル化を抑制するフリーラジカ
ル捕捉剤の好ましい効果を証明するために行った。
実施例１と同様にして、γ線照射を行ってPMMAサンプ
ルの表面にPVPをグラフトさせた。この実施例における
実験ではラジカル抑制剤としてアスコルビン酸（AscA）
を使用した。照射条件が以下の第15表にまとめられてい
る。
ルの表面にPVPをグラフトさせた。この実施例における
実験ではラジカル抑制剤としてアスコルビン酸（AscA）
を使用した。照射条件が以下の第15表にまとめられてい
る。
第15表のPMMAサンプルの接触角は全て18〜24°の範囲
内にあり、この値は極めて親水性が強いグラフトである
ことを示している。照射率は33ラド／分であった。
（ｂ）に対して照射率を667ラド／分にした実験も行っ
た。アスコルビン酸等のラジカル抑制剤を使用しない場
合、ポリマー溶液のゲル化がこの表に記載した濃度（30
〜50％）で起こる。アスコルピン酸は、低分子量溶液ポ
リマーのグラフト化及び回収に干渉せずに、溶液重合を
かなり抑制する。接触角だけでなく、ESCAとFT−ATR−I
R分析によりPVPのグラフト状態を確かめた。この結果、
表面に窒素とPVPイミドカルボニル基が存在しているこ
とが分かった。摩耗テストの結果、摩耗後に接触角また
は表面の窒素がほとんど変化していないことから、機械
的特性が優れていることが証明された。
内にあり、この値は極めて親水性が強いグラフトである
ことを示している。照射率は33ラド／分であった。
（ｂ）に対して照射率を667ラド／分にした実験も行っ
た。アスコルビン酸等のラジカル抑制剤を使用しない場
合、ポリマー溶液のゲル化がこの表に記載した濃度（30
〜50％）で起こる。アスコルピン酸は、低分子量溶液ポ
リマーのグラフト化及び回収に干渉せずに、溶液重合を
かなり抑制する。接触角だけでなく、ESCAとFT−ATR−I
R分析によりPVPのグラフト状態を確かめた。この結果、
表面に窒素とPVPイミドカルボニル基が存在しているこ
とが分かった。摩耗テストの結果、摩耗後に接触角また
は表面の窒素がほとんど変化していないことから、機械
的特性が優れていることが証明された。
実施例５ この実施例では、角膜皮質への付着力と細胞への付着
力を繊維芽細胞を用いて測定することによってγ線照射
でグラフト変性した親水性表面は組織への付着力が小さ
くなるという極めて好ましい効果があることを証明す
る。この付着力は、グラフト化で変性した本発明の親水
性表面によって生体適合性が向上して組織が刺激された
り損傷されなくなることを証明する重要なパラメータで
ある。
力を繊維芽細胞を用いて測定することによってγ線照射
でグラフト変性した親水性表面は組織への付着力が小さ
くなるという極めて好ましい効果があることを証明す
る。この付着力は、グラフト化で変性した本発明の親水
性表面によって生体適合性が向上して組織が刺激された
り損傷されなくなることを証明する重要なパラメータで
ある。
相互に接触したポリマーと組織表面との間の付着力
（mg/cm2）を測定する装置を用いてウサギの角膜皮質と
ポリマーの表面の間の付着力を求めた。PMMAと眼科用イ
ンプラントに適する親水性ポリマーである例えばシリコ
ーンやポリプロピレンとの間の付着力の測定値は約250
〜400mg/cm2であった。好ましい処理条件のもとでγ線
照射でグラフトさせて親水性を改善した本発明の表面は
付着力がはるかに小さく、その値は150mg/cm2未満であ
り、100mg/cm2よりも小さいことも多い。その結果、SEM
で測定可能な皮質細胞の損傷が大きく減る。PMMAまたは
シリコーンの場合には約50〜80％がダメージを受けるの
に対して、好ましい処理条件のもとでγ線照射でグラフ
トさせた本発明の表面は20％以下がダメージを受けるだ
けである。
（mg/cm2）を測定する装置を用いてウサギの角膜皮質と
ポリマーの表面の間の付着力を求めた。PMMAと眼科用イ
ンプラントに適する親水性ポリマーである例えばシリコ
ーンやポリプロピレンとの間の付着力の測定値は約250
〜400mg/cm2であった。好ましい処理条件のもとでγ線
照射でグラフトさせて親水性を改善した本発明の表面は
付着力がはるかに小さく、その値は150mg/cm2未満であ
り、100mg/cm2よりも小さいことも多い。その結果、SEM
で測定可能な皮質細胞の損傷が大きく減る。PMMAまたは
シリコーンの場合には約50〜80％がダメージを受けるの
に対して、好ましい処理条件のもとでγ線照射でグラフ
トさせた本発明の表面は20％以下がダメージを受けるだ
けである。
また、γ線照射でグラフト変性させた本発明表面の細
胞付着力が大きく減ることは、ニワトリの胚の繊維芽細
胞（CEF）またはウサギのレンズの上皮細胞（LE）の生
きた培養細胞中にこの表面を曝すことでも証明すること
ができる。実験によると、PVPをグラフトさせて変性し
たPMMAに比較して、元のPMMAの場合には２〜４倍多いCE
F細胞またはLE細胞が付着することがわかる。例えば15
％NVPを用いて照射線量0.1メガラドで形成したグラフト
に付着するCEF細胞の数は、PMMAの場合と比べてほんの3
5％になった。同様に、PMMAの場合と比べて付着するCEF
細胞の数は、PMMAにグラフトしたPHEMAではほんの38％
になり、NVP:HEMAの割合が15:1（NVPとHEMAを合わせた
濃度が16％）の場合にはほんの20％になった。PVP表面
改質PMMA、PCまたはPSiの場合の本発明の方法の最適条
件下では、１平方ミリメートルにつき１〜２個のLE細胞
が付着するが、改質していないPMMA、PCまたはPSiには1
0個またはそれ以上のLE細胞が付着する。
胞付着力が大きく減ることは、ニワトリの胚の繊維芽細
胞（CEF）またはウサギのレンズの上皮細胞（LE）の生
きた培養細胞中にこの表面を曝すことでも証明すること
ができる。実験によると、PVPをグラフトさせて変性し
たPMMAに比較して、元のPMMAの場合には２〜４倍多いCE
F細胞またはLE細胞が付着することがわかる。例えば15
％NVPを用いて照射線量0.1メガラドで形成したグラフト
に付着するCEF細胞の数は、PMMAの場合と比べてほんの3
5％になった。同様に、PMMAの場合と比べて付着するCEF
細胞の数は、PMMAにグラフトしたPHEMAではほんの38％
になり、NVP:HEMAの割合が15:1（NVPとHEMAを合わせた
濃度が16％）の場合にはほんの20％になった。PVP表面
改質PMMA、PCまたはPSiの場合の本発明の方法の最適条
件下では、１平方ミリメートルにつき１〜２個のLE細胞
が付着するが、改質していないPMMA、PCまたはPSiには1
0個またはそれ以上のLE細胞が付着する。
実施例６ この実施例は、PMMA上でのHEMAのグラフト重合と、NV
P/HEMA混合物のグラフト重合を示している。
P/HEMA混合物のグラフト重合を示している。
16％NVP/HEMA（15:1）水溶液を用い、照射率を約1300
ラド／分、照射線量を0.10メガラドにして実施例１の方
法を繰り返した。PVP−PHEMAで表面を変化させたPMMAは
接触角が17°であった。似たような条件で、７％NVP/HE
MA（5:2）溶液の場合には接触角は23°になり、2.5％HE
MA溶液では接触角は18°になった。
ラド／分、照射線量を0.10メガラドにして実施例１の方
法を繰り返した。PVP−PHEMAで表面を変化させたPMMAは
接触角が17°であった。似たような条件で、７％NVP/HE
MA（5:2）溶液の場合には接触角は23°になり、2.5％HE
MA溶液では接触角は18°になった。
実施例７ この実施例はアニオンモノマーまたはカチオンモノマ
ーと本発明の親水性モノマーとをグラフト共重合させる
場合である。ここでは、NVPとイオン性モノマーを用い
る。
ーと本発明の親水性モノマーとをグラフト共重合させる
場合である。ここでは、NVPとイオン性モノマーを用い
る。
（ａ）PMMA基材と、コモノマーとして15％NVPに１〜５
重量％のアクリル酸（AA）またはクロトン酸（CA）を添
加したものとを用い、照射率を1235ラド／分、照射線量
を0.1メガラドにして実施例１の方法を繰り返した。接
触角は18〜22°であり、皮質の付着力は未変性のPMMAの
付着力の約半分以下であった。従って、良好な親水性グ
ラフト被覆が形成されていることがわかる。同じような
結果が、ジメチルアミノエチルアクリレートを用いてカ
チオン性グラフト被覆を形成した場合にも得られる。ま
た、スチレンスルホン酸（SSA）を用いて実施例１と同
じ方法でPMMAにNVPをアニオングラフトさせた。SSA:NVP
の比を1:2（33％SSA）にし、全モノマー濃度を30％に
し、照射量を0.15メガラド、照射率を約700ラド／分に
した場合、接触角30〜40°の親水性グラフトが形成され
た。
重量％のアクリル酸（AA）またはクロトン酸（CA）を添
加したものとを用い、照射率を1235ラド／分、照射線量
を0.1メガラドにして実施例１の方法を繰り返した。接
触角は18〜22°であり、皮質の付着力は未変性のPMMAの
付着力の約半分以下であった。従って、良好な親水性グ
ラフト被覆が形成されていることがわかる。同じような
結果が、ジメチルアミノエチルアクリレートを用いてカ
チオン性グラフト被覆を形成した場合にも得られる。ま
た、スチレンスルホン酸（SSA）を用いて実施例１と同
じ方法でPMMAにNVPをアニオングラフトさせた。SSA:NVP
の比を1:2（33％SSA）にし、全モノマー濃度を30％に
し、照射量を0.15メガラド、照射率を約700ラド／分に
した場合、接触角30〜40°の親水性グラフトが形成され
た。
（ｂ）スチレンスルホン酸ナトリウム塩（NaSSA）を用
いて、シリコーンにNVPを加えて親水性の高いアニオン
グラフト共重合体（PDMS）を形成した。PDMSサンプルを
エタノール中で超音波処理で洗浄し、真空乾燥させ、モ
ノマー水溶液中で照射した。第16表は照射率を約700ラ
ド／分にして形成したグラフト表面のグラフト条件、モ
ノマー濃度及び接触角をまとめて示したものである。
いて、シリコーンにNVPを加えて親水性の高いアニオン
グラフト共重合体（PDMS）を形成した。PDMSサンプルを
エタノール中で超音波処理で洗浄し、真空乾燥させ、モ
ノマー水溶液中で照射した。第16表は照射率を約700ラ
ド／分にして形成したグラフト表面のグラフト条件、モ
ノマー濃度及び接触角をまとめて示したものである。
第16表から分るように、0.05メガラドという比較的低
い全照射量でも、NVPとの50％アニオンNaSSAを使用して
全モノマー濃度40％で極めて親水性の高いアニオングラ
フト（接触角17°）が得られる。
い全照射量でも、NVPとの50％アニオンNaSSAを使用して
全モノマー濃度40％で極めて親水性の高いアニオングラ
フト（接触角17°）が得られる。
実施例８ この実施例はポリプロピレン（PP）の表面に親水性モ
ノマーをグラフトさせる場合であり、表面を効果的に変
化させるには脱酸素か重要であることを示している。
ノマーをグラフトさせる場合であり、表面を効果的に変
化させるには脱酸素か重要であることを示している。
ポリプロピレンの表面に親水性のグラフトを形成する
には、酸素の存在下でNVP水溶液にγ線を照射するだけ
では不十分である。実施例１の条件のもとでは、γ線の
照射線量が0.1メガラドよりも大きくモノマーの濃度が1
0％よりも低い場合でも表面がほとんど親水性になら
ず、接触角もほとんど減少しない。しかし、脱酸素媒体
中では、10％NVPにおいて照射率を157ラド／分にし、照
射線量を0.01〜0.05メガラドにすると接触角が約15°に
なった。従って、極めて親水性の大きなPPグラフトを脱
酸素条件で容易に製造することができる。このグラフト
は、機械的摩耗テストにより機械的に安定であることが
確かめられる。このことは、PMMA製の光学部品とPP製の
触覚繊維とを備えたILOの表面をγ線によりグラフトに
より変化させるのに重要である。
には、酸素の存在下でNVP水溶液にγ線を照射するだけ
では不十分である。実施例１の条件のもとでは、γ線の
照射線量が0.1メガラドよりも大きくモノマーの濃度が1
0％よりも低い場合でも表面がほとんど親水性になら
ず、接触角もほとんど減少しない。しかし、脱酸素媒体
中では、10％NVPにおいて照射率を157ラド／分にし、照
射線量を0.01〜0.05メガラドにすると接触角が約15°に
なった。従って、極めて親水性の大きなPPグラフトを脱
酸素条件で容易に製造することができる。このグラフト
は、機械的摩耗テストにより機械的に安定であることが
確かめられる。このことは、PMMA製の光学部品とPP製の
触覚繊維とを備えたILOの表面をγ線によりグラフトに
より変化させるのに重要である。
実施例９ ポリカーボネートは眼科用インプラント用エンジニア
リングプラスチックとして有用である。脱酸素状態のNV
P水溶液にγ線を照射することによって極めて容易にポ
リカーボネートの表面を変化させることができる。グラ
フト化条件の例は脱酸素状態の10％NVP水溶液でγ線の
照射率93ラド／分、照射線量0.05メガラドである。この
場合、接触角は19°になる。
リングプラスチックとして有用である。脱酸素状態のNV
P水溶液にγ線を照射することによって極めて容易にポ
リカーボネートの表面を変化させることができる。グラ
フト化条件の例は脱酸素状態の10％NVP水溶液でγ線の
照射率93ラド／分、照射線量0.05メガラドである。この
場合、接触角は19°になる。
実施例10 シリコーン（PSi）はPMMAほど容易にはγ線を照射でN
VPがグラフトしないが、脱酸素状態の10％NVP溶液を用
いるとPSi表面は変性する。照射率93ラド／分、照射線
量0.05メガラドで接触角は約45°になる。これは表面の
親水性がかなり大きいことを意味する。照射線量を大き
くし、膨潤剤を用い、モノマーの濃度を大きくすると、
各種親水性モノマーで親水性が向上する。例えばγ線の
照射率157ラド／分で照射線量を0.10メガラドにしてNVP
/HEMA（10:1）をグラフトさせると、脱酸素操作をしな
くてもグラフトが形成されて接触角は30°になる。
VPがグラフトしないが、脱酸素状態の10％NVP溶液を用
いるとPSi表面は変性する。照射率93ラド／分、照射線
量0.05メガラドで接触角は約45°になる。これは表面の
親水性がかなり大きいことを意味する。照射線量を大き
くし、膨潤剤を用い、モノマーの濃度を大きくすると、
各種親水性モノマーで親水性が向上する。例えばγ線の
照射率157ラド／分で照射線量を0.10メガラドにしてNVP
/HEMA（10:1）をグラフトさせると、脱酸素操作をしな
くてもグラフトが形成されて接触角は30°になる。
実施例11 ポリフッ化ビニリデン（PVDF）は眼科用インプラン
ト、特に角膜に有用にポリマーである。NVP水溶液、NVP
/水−メタノール溶液または酢酸エチル−水系にγ線を
照射して表面を変化させることができる。接触角が約30
°の親水性グラフトが、照射率326ラド／分で照射線量
を0.20メガラドで形成される。しかし、PVDFは脱酸素処
理条件のもとでグラフト化するのが好ましい。10％NVP
水溶液を用い、照射率157ラド／分で照射線量を0.05メ
ガラドにすると接触角が17°のPVPグラフトが形成され
る。NVPモノマーはPVDFに対する効果的な膨潤溶媒でも
あるので、グラフトの特性を向上させるためには予備照
射膨潤時間を確保しておくことが好ましい。例えば、７
％NVPを用い、照射率94ラド／分で照射線量を0.10メガ
ラドにして５時間予備膨潤を行うと接触角が14°と小さ
くなる。
ト、特に角膜に有用にポリマーである。NVP水溶液、NVP
/水−メタノール溶液または酢酸エチル−水系にγ線を
照射して表面を変化させることができる。接触角が約30
°の親水性グラフトが、照射率326ラド／分で照射線量
を0.20メガラドで形成される。しかし、PVDFは脱酸素処
理条件のもとでグラフト化するのが好ましい。10％NVP
水溶液を用い、照射率157ラド／分で照射線量を0.05メ
ガラドにすると接触角が17°のPVPグラフトが形成され
る。NVPモノマーはPVDFに対する効果的な膨潤溶媒でも
あるので、グラフトの特性を向上させるためには予備照
射膨潤時間を確保しておくことが好ましい。例えば、７
％NVPを用い、照射率94ラド／分で照射線量を0.10メガ
ラドにして５時間予備膨潤を行うと接触角が14°と小さ
くなる。
実施例12 FEP（テフロン）の静脈カテーテルポリマーをPVPおよび
PVP/HEMAで親水性表面改質 FEP、テフロンは、静脈内カテーテル等の多くの医学
デバイスで使用されているフッ化炭素ポリマである。こ
のポリマは疎水性が強く、接触角が95°以上で、ウサギ
の角膜内皮を用いたインビトロ試験で約250mg/cm2の吸
着力示し、30〜50％の細胞を破壊するほど組織との接触
で組織に強く吸着し、組織を損傷する。このEFPテフロ
ンフィルムの表面を以下の方法で改質して接触角が30〜
40°以下、組織吸着力が約120mg/cm2以下、組織損傷率
が20％以下の親水性表面を形成した。FEPフィルムを25
％のNVP水溶液に浸漬し、0.10と0.25メガラドのγ線を
照射（酸素脱気を行わない）すると、接触角がそれぞれ
33°、26°の親水性PVPグラフト表面ができる。内皮吸
着力は後者のサンプルで45mg/cm2で、FTIR−ATR表面分
光法でPVP表面グラフトの存在が確認された。本発明の
材料および方法で親水性表面に改質したFEP静脈カテー
テルは表面特性が向上し、痛みおよび挿入で加わる力が
低下し、血管内皮の損傷が減り、血液との親和性が向上
し、病原体の吸着と、それに起因する感染症の危険が減
少した。中心静脈カテーテルおよび心臓カテーテルも本
発明方法で表面改質することができる。その他のフッ化
炭素ポリマー（例えばPTFE）のカテーテルも本発明の親
水性表面改質で同様に改良される。
PVP/HEMAで親水性表面改質 FEP、テフロンは、静脈内カテーテル等の多くの医学
デバイスで使用されているフッ化炭素ポリマである。こ
のポリマは疎水性が強く、接触角が95°以上で、ウサギ
の角膜内皮を用いたインビトロ試験で約250mg/cm2の吸
着力示し、30〜50％の細胞を破壊するほど組織との接触
で組織に強く吸着し、組織を損傷する。このEFPテフロ
ンフィルムの表面を以下の方法で改質して接触角が30〜
40°以下、組織吸着力が約120mg/cm2以下、組織損傷率
が20％以下の親水性表面を形成した。FEPフィルムを25
％のNVP水溶液に浸漬し、0.10と0.25メガラドのγ線を
照射（酸素脱気を行わない）すると、接触角がそれぞれ
33°、26°の親水性PVPグラフト表面ができる。内皮吸
着力は後者のサンプルで45mg/cm2で、FTIR−ATR表面分
光法でPVP表面グラフトの存在が確認された。本発明の
材料および方法で親水性表面に改質したFEP静脈カテー
テルは表面特性が向上し、痛みおよび挿入で加わる力が
低下し、血管内皮の損傷が減り、血液との親和性が向上
し、病原体の吸着と、それに起因する感染症の危険が減
少した。中心静脈カテーテルおよび心臓カテーテルも本
発明方法で表面改質することができる。その他のフッ化
炭素ポリマー（例えばPTFE）のカテーテルも本発明の親
水性表面改質で同様に改良される。
フッ化炭素ポリマー表面を親水性へ改質するためのγ
線グラフト法は、ナフタレンナトリウムのような脱フッ
素剤で表面を予備処理することによってさらに改良する
ことができる。例えば、PTFEを30〜60秒間、ナフタレン
ナトリウム溶液に漬け、その後PVPまたはHEMAをγ線グ
ラフト化させると、予備処理を行わない場合に比べて湿
潤性が高くなり、接触角は、10％水性NVPに0.1メガラド
を照射した場合で18°になり、１％のHEMAに0.005メガ
ラドを照射した場合で22°になり、10％のNVP/HEMAに0.
01メガラドを照射した場合で19°になる。
線グラフト法は、ナフタレンナトリウムのような脱フッ
素剤で表面を予備処理することによってさらに改良する
ことができる。例えば、PTFEを30〜60秒間、ナフタレン
ナトリウム溶液に漬け、その後PVPまたはHEMAをγ線グ
ラフト化させると、予備処理を行わない場合に比べて湿
潤性が高くなり、接触角は、10％水性NVPに0.1メガラド
を照射した場合で18°になり、１％のHEMAに0.005メガ
ラドを照射した場合で22°になり、10％のNVP/HEMAに0.
01メガラドを照射した場合で19°になる。
実施例13 γ線PVP法による多孔性PTFE血管グラフト〔ゴアテック
ス（登録商標GoretexTM）〕の親水性表面改質 多孔性PTFE血管グラフトをアセトン、アセトン−水−
モノマ溶液に浸漬し、モノマー水溶液（通常は10％NV
P、５％アセトン、85％水）に浸漬した状態でγ線源を
用いて全照射量0.02〜0.15メガラドを照射した。水で完
全に洗浄後、PTFEの特性を測定した。接触角は大幅に減
少し（改質前の98°からPVP表面グラフトで約20°にな
る）、表面が親水性に改質されたことが分かる。表面が
PVPに改質されたことはFTIR−ATR表面分光法で分かる。
フルオロカーボンポリマ基材の機械特性は親水ポリマの
グラフト化に必要なごく低量のγ線照射では殆ど影響さ
れない。電子顕微鏡で検査した結果、表面改質ではPTFE
血管グラフトの多孔構造には殆ど影響しないことが分か
った。
ス（登録商標GoretexTM）〕の親水性表面改質 多孔性PTFE血管グラフトをアセトン、アセトン−水−
モノマ溶液に浸漬し、モノマー水溶液（通常は10％NV
P、５％アセトン、85％水）に浸漬した状態でγ線源を
用いて全照射量0.02〜0.15メガラドを照射した。水で完
全に洗浄後、PTFEの特性を測定した。接触角は大幅に減
少し（改質前の98°からPVP表面グラフトで約20°にな
る）、表面が親水性に改質されたことが分かる。表面が
PVPに改質されたことはFTIR−ATR表面分光法で分かる。
フルオロカーボンポリマ基材の機械特性は親水ポリマの
グラフト化に必要なごく低量のγ線照射では殆ど影響さ
れない。電子顕微鏡で検査した結果、表面改質ではPTFE
血管グラフトの多孔構造には殆ど影響しないことが分か
った。
上記で得られた表面親水性が改質されたPTFEおよび多
孔性血管グラフト材料は血液との親和性が改良される。
この特性は径の小さい血管グラフトや、血液と接触する
その他のインプラントおよび装置、例えば心臓弁、心室
補助装置、人工心臓、血管カテーテル、ペーサのリード
で特に重要である。
孔性血管グラフト材料は血液との親和性が改良される。
この特性は径の小さい血管グラフトや、血液と接触する
その他のインプラントおよび装置、例えば心臓弁、心室
補助装置、人工心臓、血管カテーテル、ペーサのリード
で特に重要である。
本発明で使用する非常に低い照射量はPTFE基材の特性
には影響を与えず、水性重合媒体に少量のγ線を照射す
るだけで非常に薄い均一な親水性表面改質膜ができ、基
材の構造と物理的特性例えば多孔性血管グラフトPTFE材
料の孔構造は維持される。
には影響を与えず、水性重合媒体に少量のγ線を照射す
るだけで非常に薄い均一な親水性表面改質膜ができ、基
材の構造と物理的特性例えば多孔性血管グラフトPTFE材
料の孔構造は維持される。
実施例14 FEPテフロン上へのNVP−HEMA共重合体のγ線照射による
グラフト化 FEPテフロン上へのNVP−HEMA共重合体のγ線照射によ
るグラフト化はNVP:HEMA比が9:1および8:2の時に非常に
効果的で、10％のモノマ溶液に0.1メガラドの照射を行
って非常に親水性の高い表面改質が得られる（接触角30
°またはそれ以下）ことが分かる。NVP:HEMA＝8:2でモ
ノマ濃度を10％では、0.05メガラド未満の照射で接触角
は30°以下となった。この方法では表面を親水性に改質
した静脈カテーテルが容易に製造でき、このカテーテル
は挿入時に加わる力と痛みを緩和し、感染症、静脈炎、
凝血等の静脈カテーテルの合併症を引き起こす危険性が
少ない。
グラフト化 FEPテフロン上へのNVP−HEMA共重合体のγ線照射によ
るグラフト化はNVP:HEMA比が9:1および8:2の時に非常に
効果的で、10％のモノマ溶液に0.1メガラドの照射を行
って非常に親水性の高い表面改質が得られる（接触角30
°またはそれ以下）ことが分かる。NVP:HEMA＝8:2でモ
ノマ濃度を10％では、0.05メガラド未満の照射で接触角
は30°以下となった。この方法では表面を親水性に改質
した静脈カテーテルが容易に製造でき、このカテーテル
は挿入時に加わる力と痛みを緩和し、感染症、静脈炎、
凝血等の静脈カテーテルの合併症を引き起こす危険性が
少ない。
実施例15 ポリウレタンの表面改質 ポリウレタン（PUR）は医療用装置およびインプラン
トとして、特に静脈カテーテル、ペーサーリード、血管
グラフトおよび人工心臓等の用途で重要なポリマーにな
ってきている。PURはシリコンやフルオロカーボンに比
べてより親水性ではあるが、親水性グラフトポリマー、
例えばγ線でPVPを表面グラフトしたものに比べた場合
には、組織吸着の大幅な低下、および低い組織損傷特性
を示すことはない。本発明方法のγ線照射表面改質によ
り、医療用装置およびインプラントとしての表面特性を
改良することができる。
トとして、特に静脈カテーテル、ペーサーリード、血管
グラフトおよび人工心臓等の用途で重要なポリマーにな
ってきている。PURはシリコンやフルオロカーボンに比
べてより親水性ではあるが、親水性グラフトポリマー、
例えばγ線でPVPを表面グラフトしたものに比べた場合
には、組織吸着の大幅な低下、および低い組織損傷特性
を示すことはない。本発明方法のγ線照射表面改質によ
り、医療用装置およびインプラントとしての表面特性を
改良することができる。
例えば、硬度55デュロメータのポリウレタンポリエー
テルブロックコポリマー［ペリタン（Pellthane）登録
商標5363）］フィルムに酸素を脱気した10％NVP水溶液
中で0.1メガラドのγ線を照射して表面の親水性を良く
した。表面をPVPで改質したPURでは変性前の接触角54°
が28°まで低下する。インビトロ試験での内皮接触損傷
試験では、平均60％以上であったPURの細胞損傷が親水
性PVPで表面改質したものでは20％以下となった。硫酸
バリウム等の添加物を含む一般に用いられている放射線
不透過性PVPは生体適合性が乏しいので、このPUR表面特
性の改良は特に重要である。例えば、12％の硫酸バリウ
ムを含む典型的なPUR［ペルタン（Pellthane）］は内皮
接触損傷が非常に高い（80％）が、親水性ポリマーで表
面改質すると、その値は大幅に低下する（＜30％）。
テルブロックコポリマー［ペリタン（Pellthane）登録
商標5363）］フィルムに酸素を脱気した10％NVP水溶液
中で0.1メガラドのγ線を照射して表面の親水性を良く
した。表面をPVPで改質したPURでは変性前の接触角54°
が28°まで低下する。インビトロ試験での内皮接触損傷
試験では、平均60％以上であったPURの細胞損傷が親水
性PVPで表面改質したものでは20％以下となった。硫酸
バリウム等の添加物を含む一般に用いられている放射線
不透過性PVPは生体適合性が乏しいので、このPUR表面特
性の改良は特に重要である。例えば、12％の硫酸バリウ
ムを含む典型的なPUR［ペルタン（Pellthane）］は内皮
接触損傷が非常に高い（80％）が、親水性ポリマーで表
面改質すると、その値は大幅に低下する（＜30％）。
多くの医療用ポリマーではＸ線試験用にバリウムまた
はビスマス等の放射線不透過性化合物（例、硫酸バリウ
ム）を充填するのが一般的であるので、本発明の表面改
質方法はこの種放射線不透過性ポリマー組成物に平滑で
組織保護力に優れた生体適合性の高い表面を与える点で
特に有用である。
はビスマス等の放射線不透過性化合物（例、硫酸バリウ
ム）を充填するのが一般的であるので、本発明の表面改
質方法はこの種放射線不透過性ポリマー組成物に平滑で
組織保護力に優れた生体適合性の高い表面を与える点で
特に有用である。
実施例16 表面を親水性に改質したPMMAコンタクトレンズ この実施例では従来のハード（PMMA）コンタクトレン
ズの表面を親水性ポリマーで改質して得られる組織保護
特性を説明する。この種のコンタクトレンズは一般に刺
激性があって、表面が粗く、外部角膜上皮を傷付ける危
険性がある。PMMAコンタクトレンズをNVPモノマー水溶
液（通常は10％NVP）に漬け、0.1メガラドを照射してγ
線グラフト重合で表面を改質する。得られた透明な親水
性グラフト膜よってコンタクトレンズ表面は湿潤性（接
触角＜30°）となり、上皮表面を吸着しなくなり、従っ
て、上皮擦傷と刺激とが減少する。本発明方法を使用し
て各患者に合った厚さの表面改質膜を有するレンズを容
易に製造することができる。
ズの表面を親水性ポリマーで改質して得られる組織保護
特性を説明する。この種のコンタクトレンズは一般に刺
激性があって、表面が粗く、外部角膜上皮を傷付ける危
険性がある。PMMAコンタクトレンズをNVPモノマー水溶
液（通常は10％NVP）に漬け、0.1メガラドを照射してγ
線グラフト重合で表面を改質する。得られた透明な親水
性グラフト膜よってコンタクトレンズ表面は湿潤性（接
触角＜30°）となり、上皮表面を吸着しなくなり、従っ
て、上皮擦傷と刺激とが減少する。本発明方法を使用し
て各患者に合った厚さの表面改質膜を有するレンズを容
易に製造することができる。
実施例17 表面を親水性に改質したシリコンソフトコンタクトレン
ズ シリコンコンタクトレンズは機械的柔軟性に優れ、酸
素透過性が高いので、広く使用されているが、シリコン
は通常は疎水性であるため湿潤性がなく、敏感な角膜上
皮組織を吸着して擦傷させることがある。多くのシリコ
ンコンタクトレンズは酸化プラズマ表面処理で湿潤性を
高くしてこの問題点を最少に抑えている。しかし、この
種の表面酸化は組織保護力に乏しく、水性媒質中では持
続性がない。大抵の場合２〜３週間でシリコン表面から
親水性が失われ、湿潤性が低下する。これに対して、本
発明方法で作った親水性ポリマー表面グラフトは表面に
永久に化学結合し、永久に優れた湿潤性を維持する。さ
らに、角膜上皮と接触した際に非吸着性、潤滑性、組織
保護特性を示し、従って、ポリシロキサンの有する優れ
た光学特性、機械特性および酸素透過性特性を維持し
て、擦傷と刺激とを最小限にすることができる。
ズ シリコンコンタクトレンズは機械的柔軟性に優れ、酸
素透過性が高いので、広く使用されているが、シリコン
は通常は疎水性であるため湿潤性がなく、敏感な角膜上
皮組織を吸着して擦傷させることがある。多くのシリコ
ンコンタクトレンズは酸化プラズマ表面処理で湿潤性を
高くしてこの問題点を最少に抑えている。しかし、この
種の表面酸化は組織保護力に乏しく、水性媒質中では持
続性がない。大抵の場合２〜３週間でシリコン表面から
親水性が失われ、湿潤性が低下する。これに対して、本
発明方法で作った親水性ポリマー表面グラフトは表面に
永久に化学結合し、永久に優れた湿潤性を維持する。さ
らに、角膜上皮と接触した際に非吸着性、潤滑性、組織
保護特性を示し、従って、ポリシロキサンの有する優れ
た光学特性、機械特性および酸素透過性特性を維持し
て、擦傷と刺激とを最小限にすることができる。
実施例18 表面を親水性に改質した器官内チューブおよびカフ 器官内チューブおよび器官切開チューブは一般にシリ
コン、ポリウレタン、フルオロカーボンポリマーおよび
塩化ポリビニルで作られている。これらの中空管デバイ
スに取付けるバルーンやカフスは挿管中に膨張されるも
ので、一般にはラテックスゴム、ビニルまたはシリコン
ポリマーで作られる。これらデバイスを使用する上でで
の臨床上の大きな問題点は、気管の繊毛細胞が剥離し、
カフによる圧力、刺激および吸着によって気管が深刻な
損傷を受けるという点にある。術後感染は、気管チュー
ブカフスによって損傷または剥離された気管内の領域に
病原菌が付着して起きる。本発明方法によってチューブ
およびカフスの表面を親水性ポリマーで改質することに
よって、これらデバイスを大幅に改良し、敏感な気管組
織の接触による擦傷と吸着を最少限に抑えることができ
る。
コン、ポリウレタン、フルオロカーボンポリマーおよび
塩化ポリビニルで作られている。これらの中空管デバイ
スに取付けるバルーンやカフスは挿管中に膨張されるも
ので、一般にはラテックスゴム、ビニルまたはシリコン
ポリマーで作られる。これらデバイスを使用する上でで
の臨床上の大きな問題点は、気管の繊毛細胞が剥離し、
カフによる圧力、刺激および吸着によって気管が深刻な
損傷を受けるという点にある。術後感染は、気管チュー
ブカフスによって損傷または剥離された気管内の領域に
病原菌が付着して起きる。本発明方法によってチューブ
およびカフスの表面を親水性ポリマーで改質することに
よって、これらデバイスを大幅に改良し、敏感な気管組
織の接触による擦傷と吸着を最少限に抑えることができ
る。
シリコンカフを実施例10の方法でPVP−PHEMA（10:1）
を用いて改質した。得られた親水性カフは組織への吸着
が顕著に低下し、疎水性ポリシロキサンカフスと比べて
気管への刺激および損傷が軽減した。同様に、ラテック
スゴム製のカフを、実施例８の方法に従ってγ線グラフ
トPVPで改質した。得られた親水性カフは、通常の疎水
性ラテックスゴムカフに比べて敏感な気管組織への吸着
が少なく、チューブ挿入時に気管に与える刺激も軽減さ
れた。
を用いて改質した。得られた親水性カフは組織への吸着
が顕著に低下し、疎水性ポリシロキサンカフスと比べて
気管への刺激および損傷が軽減した。同様に、ラテック
スゴム製のカフを、実施例８の方法に従ってγ線グラフ
トPVPで改質した。得られた親水性カフは、通常の疎水
性ラテックスゴムカフに比べて敏感な気管組織への吸着
が少なく、チューブ挿入時に気管に与える刺激も軽減さ
れた。
実施例19 フォーリーカテーテル管とバルーン表面の親水性改質 フォーリーカテーテルチューブとバルーンは、尿道へ
のカテーテル法に使用されるもので、通常は実施例18に
記載の気管内チューブおよひカフスおよびカフスと同様
の疎水性ポリマで作られている。このデバイスによって
起こる臨床上の合併症は、疎水性カテーテルの組織への
吸着および表面の損傷と、病原菌蛋白、ミネラルの表面
付着に起因する組織刺激、感染および皮殻形成である。
シリコンおよびフルオロカーボンポリマーはミネラル堆
積および皮殻形成が起きにくい傾向にあるが、これを親
水性ポリマーで表面改質することにより、組織刺激、感
染および皮殻形成に対する抵抗性は強化される。
のカテーテル法に使用されるもので、通常は実施例18に
記載の気管内チューブおよひカフスおよびカフスと同様
の疎水性ポリマで作られている。このデバイスによって
起こる臨床上の合併症は、疎水性カテーテルの組織への
吸着および表面の損傷と、病原菌蛋白、ミネラルの表面
付着に起因する組織刺激、感染および皮殻形成である。
シリコンおよびフルオロカーボンポリマーはミネラル堆
積および皮殻形成が起きにくい傾向にあるが、これを親
水性ポリマーで表面改質することにより、組織刺激、感
染および皮殻形成に対する抵抗性は強化される。
シリコン製のフォーリーカテーテルを、実施例10の方
法に従って、PVP−PHEMA（10:1）で改質した。得らた親
水性表面改質を有するカテーテルは、改質前のシリコン
よりも組織への吸着性が弱く、皮殻形成も減った。本発
明の利点を有する別の例では、ラテックスゴムバルーン
を付けたフォーリーカテーテルを実施例８の方法で表面
改質した。その結果得られた親水性表面は感染を起し難
く、皮殻形成の危険性も少なくなった。
法に従って、PVP−PHEMA（10:1）で改質した。得らた親
水性表面改質を有するカテーテルは、改質前のシリコン
よりも組織への吸着性が弱く、皮殻形成も減った。本発
明の利点を有する別の例では、ラテックスゴムバルーン
を付けたフォーリーカテーテルを実施例８の方法で表面
改質した。その結果得られた親水性表面は感染を起し難
く、皮殻形成の危険性も少なくなった。
実施例20 手術用手袋およびスポンジの表面の親水性改質 手術用のラテックスゴム手袋は疎水性表面特性を示
し、敏感な組織表面に吸着し易いため、全ての手術にお
いて組織損傷を起し易い。組織損傷の結果、感染およひ
手術に起因する癒着等の術後の合併症が増加する。手術
用手袋の表面を親水性に改質することによってラテック
スゴムの組織の吸着を減らし、手袋−との接触によって
起きる手術中の組織損傷の危険性を少なくすることがで
きる。ラテックスゴム手袋は実施例８の方法で親水性PV
P表面を用いて改質する。本発明方法は必要とするγ線
量が非常に少ないため、放射線に弱いラテックスゴムの
機械特性を損なうことなしに親水性ポリマーのグラフト
化を行うことができる。本発明方法で得られる手術用親
水性ラテックス手袋は手術中に接触する敏感な組織、例
えば腹膜、心膜等の吸着および損傷が少ない。
し、敏感な組織表面に吸着し易いため、全ての手術にお
いて組織損傷を起し易い。組織損傷の結果、感染およひ
手術に起因する癒着等の術後の合併症が増加する。手術
用手袋の表面を親水性に改質することによってラテック
スゴムの組織の吸着を減らし、手袋−との接触によって
起きる手術中の組織損傷の危険性を少なくすることがで
きる。ラテックスゴム手袋は実施例８の方法で親水性PV
P表面を用いて改質する。本発明方法は必要とするγ線
量が非常に少ないため、放射線に弱いラテックスゴムの
機械特性を損なうことなしに親水性ポリマーのグラフト
化を行うことができる。本発明方法で得られる手術用親
水性ラテックス手袋は手術中に接触する敏感な組織、例
えば腹膜、心膜等の吸着および損傷が少ない。
手術中に使用される手術用スポンジおよびガーゼも組
織吸着および擦傷によって組織を損傷する。スポンジお
よびガーゼは通常木綿、ポリエステル、セルロース材料
およびポリウレタン製である。これらの天然または人工
ポリマは全て本発明方法および材料で親水性表面へ改質
するのに適している。典型例では、木綿のガーゼスポン
ジをNVPの10％水溶液を用いて照射量0.1メガラドでPVP
をγ線グラフトさせて表面改質する。これによってスポ
ンジ表面は親水性になり、スポンジの構造および機能を
変化させずに、手術操作中の組織への吸着を抑えること
ができる。
織吸着および擦傷によって組織を損傷する。スポンジお
よびガーゼは通常木綿、ポリエステル、セルロース材料
およびポリウレタン製である。これらの天然または人工
ポリマは全て本発明方法および材料で親水性表面へ改質
するのに適している。典型例では、木綿のガーゼスポン
ジをNVPの10％水溶液を用いて照射量0.1メガラドでPVP
をγ線グラフトさせて表面改質する。これによってスポ
ンジ表面は親水性になり、スポンジの構造および機能を
変化させずに、手術操作中の組織への吸着を抑えること
ができる。
実施例21 シリコン製乳房用人工装具表面の親水性改質 乳房用人工装具は通常疎水性ポリシロキサン外皮や膜
に空気、水またはシリコンゲルまたは液体を封入したも
のである。この種の軟質組織の人工装具での主要な合併
症は組織とインプラントとの界面で起こる刺激および炎
症であり、その結果、インプラントの周りに硬い繊維質
の被膜が形成される。この繊維質の被膜は人工装具の生
体適合性を著しく損い、ひどい場合には組織の壊死、イ
ンプラントの排除および消失につながることもある。本
発明方法でシリコン表面の親水性を改質すると、インプ
ラントによる組織の刺激および擦傷が減り、繊維質被膜
形成を引き起こす危険性のある湿潤細胞の吸着が減少す
る。シリコンバッグ／シリコンゲルよりなる乳房用人工
装具の表面を、実施例10の方法で、親水性のPVP−PHEMA
グラフトで親水性に改質した。得られた親水性の人工装
具表面は普通のシリコンに比べて組織または細胞への吸
着が弱いため、生体適合性が高く、周囲に硬質の繊維質
被膜形成が起き難い。
に空気、水またはシリコンゲルまたは液体を封入したも
のである。この種の軟質組織の人工装具での主要な合併
症は組織とインプラントとの界面で起こる刺激および炎
症であり、その結果、インプラントの周りに硬い繊維質
の被膜が形成される。この繊維質の被膜は人工装具の生
体適合性を著しく損い、ひどい場合には組織の壊死、イ
ンプラントの排除および消失につながることもある。本
発明方法でシリコン表面の親水性を改質すると、インプ
ラントによる組織の刺激および擦傷が減り、繊維質被膜
形成を引き起こす危険性のある湿潤細胞の吸着が減少す
る。シリコンバッグ／シリコンゲルよりなる乳房用人工
装具の表面を、実施例10の方法で、親水性のPVP−PHEMA
グラフトで親水性に改質した。得られた親水性の人工装
具表面は普通のシリコンに比べて組織または細胞への吸
着が弱いため、生体適合性が高く、周囲に硬質の繊維質
被膜形成が起き難い。
実施例22 炭素繊維強化ポリカーボネート製手術用機器表面の親水
性改質 各種の疎水性の構造ポリマーで作られたプラスチック
手術用機器は高品質−低コストの使い捨て機器として次
第に多く使用されるようになっている。この種のプラス
チック複合材料は組織への吸着が強く、外傷を起し易
い。本発明の親水性表面改質法によって組織保護特性が
向上する。医療機器で利用されるプラスチック素材の中
で繊維強化複合材料（剛性および機械的強度を与えるた
めのガラス、カーボンおよび硼素の繊維を含む）は最も
重要なものである。眼科用インプラントを外科的に挿入
するための炭素繊維強化ビスフェノール−Ａポリカーボ
ネート製のマイクロサージャリー用ピンセットは、本発
明によって大幅に改良される手術用機器の一例である。
炭素繊維強化ポリカーボネート製機器は実施例９のポリ
カーボネート用の方法を用いて、PVPで容易に表面改質
することができる。得られた機器表面は脆い眼組織と接
触した時の組織への吸着および損傷が少なく、表面改質
したプラスチック器具はプラスチック製の眼科用インプ
ラントの表面を傷つけたり損傷する危険が少ない。
性改質 各種の疎水性の構造ポリマーで作られたプラスチック
手術用機器は高品質−低コストの使い捨て機器として次
第に多く使用されるようになっている。この種のプラス
チック複合材料は組織への吸着が強く、外傷を起し易
い。本発明の親水性表面改質法によって組織保護特性が
向上する。医療機器で利用されるプラスチック素材の中
で繊維強化複合材料（剛性および機械的強度を与えるた
めのガラス、カーボンおよび硼素の繊維を含む）は最も
重要なものである。眼科用インプラントを外科的に挿入
するための炭素繊維強化ビスフェノール−Ａポリカーボ
ネート製のマイクロサージャリー用ピンセットは、本発
明によって大幅に改良される手術用機器の一例である。
炭素繊維強化ポリカーボネート製機器は実施例９のポリ
カーボネート用の方法を用いて、PVPで容易に表面改質
することができる。得られた機器表面は脆い眼組織と接
触した時の組織への吸着および損傷が少なく、表面改質
したプラスチック器具はプラスチック製の眼科用インプ
ラントの表面を傷つけたり損傷する危険が少ない。
実施例23 眼科手術で使用されるシリコン製灌注／吸引（I/A）具
の表面親水性改質 眼科手術では、破片を取り除くために目に灌注溶液を
注入し、液体を吸引する装置I/Aを使用する。このI/Aで
はシリコンチップを使用するのが一般的である。このI/
Aは目の前方および後方小室内で操作されるため、脆弱
な組織と接触することになる。疎水性シリコンで作られ
た器具は組織と接触した際に組織をひどく損傷すること
があり、眼科手術の成功を妨げる危険性がある。
の表面親水性改質 眼科手術では、破片を取り除くために目に灌注溶液を
注入し、液体を吸引する装置I/Aを使用する。このI/Aで
はシリコンチップを使用するのが一般的である。このI/
Aは目の前方および後方小室内で操作されるため、脆弱
な組織と接触することになる。疎水性シリコンで作られ
た器具は組織と接触した際に組織をひどく損傷すること
があり、眼科手術の成功を妨げる危険性がある。
シリコンのI/Aチップを実施例10の方法でPVPおよびPV
P−PHEMAで表面改質した。得られた親水性ポリマ表面は
組織への吸着が少なく、手術中に敏感な組織と接触して
も損傷の危険性は低い。
P−PHEMAで表面改質した。得られた親水性ポリマ表面は
組織への吸着が少なく、手術中に敏感な組織と接触して
も損傷の危険性は低い。
実施例24 ポリウレタン人工心臓の親水性表面改質 体外心臓補助装置および人工心臓装置等のインプラン
トは一般にセグメント化した繊維強化ポリエーテルポリ
ウレタンで作られているが、この材料は凝血性が強いた
め、凝血合併症を起こすことがあり、そのため使用が大
きく制限されている。この材料で作られた装置の表面を
親水性ポリマグラフトで改質すると、血液細胞および血
小板の吸着および活性化が低下し、フィブリノーゲンの
吸収が弱くなり、凝血を起し難くなり、装置およびイン
プラントの使用時間を長くすることができる。ポリウレ
タンジャルビック７型人工心臓は実施例15の方法でPVP
を用いて容易に表面改質される。この方法では装置全体
をモノマー溶液に浸漬し、放射線を構造全体に浸透させ
るので、基材が均一に活性化され、制御下に表面のグラ
フト重合を開始させることができる。従って、人工心臓
等の不均一で複雑な構造物の表面を均一に改質するのに
特に適している。
トは一般にセグメント化した繊維強化ポリエーテルポリ
ウレタンで作られているが、この材料は凝血性が強いた
め、凝血合併症を起こすことがあり、そのため使用が大
きく制限されている。この材料で作られた装置の表面を
親水性ポリマグラフトで改質すると、血液細胞および血
小板の吸着および活性化が低下し、フィブリノーゲンの
吸収が弱くなり、凝血を起し難くなり、装置およびイン
プラントの使用時間を長くすることができる。ポリウレ
タンジャルビック７型人工心臓は実施例15の方法でPVP
を用いて容易に表面改質される。この方法では装置全体
をモノマー溶液に浸漬し、放射線を構造全体に浸透させ
るので、基材が均一に活性化され、制御下に表面のグラ
フト重合を開始させることができる。従って、人工心臓
等の不均一で複雑な構造物の表面を均一に改質するのに
特に適している。
実施例25 ポリ塩化ビニルカテーテル表面の親水性改質 PVCはカテーテル、血液チューブ、血液バッグ、その
他多くの医療器具で広く使用されている。この樹脂の配
合物は疎水性で、有害な組織吸着と細胞吸着を起こす。
親水性表面改質は血液および組織適合性の向上の上で有
用である。この樹脂の配合物は多量の可塑剤（ジオクチ
ルフタレート）を含むことが多いので、γ線グラフトに
よる表面改質の前に、適当な溶媒、例えばアセトン水溶
液で洗浄して表面の可塑剤を抽出するのが好ましい。ア
セトン水溶液で洗浄した後、PVCの血管カテーテルを脱
気した10％NVP水溶液に浸漬して0.1メガラドを照射して
親水性PVPグラフトを形成する。このグラフトによって
血管内皮と接触した時の内皮の損傷が少なくなり、改質
前のPVCと比べて凝血性が低くなる。
他多くの医療器具で広く使用されている。この樹脂の配
合物は疎水性で、有害な組織吸着と細胞吸着を起こす。
親水性表面改質は血液および組織適合性の向上の上で有
用である。この樹脂の配合物は多量の可塑剤（ジオクチ
ルフタレート）を含むことが多いので、γ線グラフトに
よる表面改質の前に、適当な溶媒、例えばアセトン水溶
液で洗浄して表面の可塑剤を抽出するのが好ましい。ア
セトン水溶液で洗浄した後、PVCの血管カテーテルを脱
気した10％NVP水溶液に浸漬して0.1メガラドを照射して
親水性PVPグラフトを形成する。このグラフトによって
血管内皮と接触した時の内皮の損傷が少なくなり、改質
前のPVCと比べて凝血性が低くなる。
実施例26 材料を組み合わせた医療用器具の親水性グラフト化 本発明の一つは重要な特徴は一定のグラフト化条件を
用いることによって複数の材料を組合せて作った医療器
具の表面を改質することができるという点にある。従っ
て、材料を組合せて作った医療器具を１段階のグラフト
化操作で表面グラフト化して生体適合性の高い表面にす
ることができる。すなわち、PMMA、PC、PUR、フルオロ
カーボン、PP、PSi、その他のポリマーを組合せた材料
を本発明条件下でグラフト化することができる。第18表
にはいくつかの材料の組合せと、より良いPVPグラフト
を得るための相互グラフト化条件を示してある。
用いることによって複数の材料を組合せて作った医療器
具の表面を改質することができるという点にある。従っ
て、材料を組合せて作った医療器具を１段階のグラフト
化操作で表面グラフト化して生体適合性の高い表面にす
ることができる。すなわち、PMMA、PC、PUR、フルオロ
カーボン、PP、PSi、その他のポリマーを組合せた材料
を本発明条件下でグラフト化することができる。第18表
にはいくつかの材料の組合せと、より良いPVPグラフト
を得るための相互グラフト化条件を示してある。
PMMA/PPおよびPMMA/PVDF 脱気条件下の10％NVP中で157ラド／分で、0.05メガラ
ドを照射してPMMAとPPとにγ線グラフト化した。この条
件で、接触角はPMMAで20°、PPで15°となり、これらは
機械的に安定であった。脱気を行わない場合には、PP表
面のグラフト化に酸素が悪影響を及ぼすため、類似の条
件下ではPPがPMMAに効率良くグラフト化しない。
ドを照射してPMMAとPPとにγ線グラフト化した。この条
件で、接触角はPMMAで20°、PPで15°となり、これらは
機械的に安定であった。脱気を行わない場合には、PP表
面のグラフト化に酸素が悪影響を及ぼすため、類似の条
件下ではPPがPMMAに効率良くグラフト化しない。
PVDF表面のグラフト化の研究結果から、この場合も酸
素脱気が重要であることが分かった。脱気を行った10％
NVP水溶液に157ラド／分で、0.05メガラドを照射する
と、PMMAとPVDFとの両方に良好な親水性グラフトが得ら
れた（第17表を参照）。
素脱気が重要であることが分かった。脱気を行った10％
NVP水溶液に157ラド／分で、0.05メガラドを照射する
と、PMMAとPVDFとの両方に良好な親水性グラフトが得ら
れた（第17表を参照）。
PC/PPおよびPC/PVDF PCおよびPPのグラフト化をNVP溶液を脱気した後に類
似のγ線照射条件下で行った。10％NVP水溶液を使用し
て157ラド／分、0.05メガラドで両方のポリマに効率良
く親水性グラフト化され、接触角はそれぞれ19°および
15°になった。
似のγ線照射条件下で行った。10％NVP水溶液を使用し
て157ラド／分、0.05メガラドで両方のポリマに効率良
く親水性グラフト化され、接触角はそれぞれ19°および
15°になった。
実施例27 本発実施例は、本発明方法では非常に低いγ線量（0.
005メガラドまたはそれ未満）でモノマー水溶液濃度を
低く（0.5重量％またはそれ未満）にしても効率よくグ
ラフト化が行えることを示す実施例である。
005メガラドまたはそれ未満）でモノマー水溶液濃度を
低く（0.5重量％またはそれ未満）にしても効率よくグ
ラフト化が行えることを示す実施例である。
上記実施例に記載の条件下で非常に低いγ線照射量
（0.01および0.005メガラド）で低いHEMAモノマー濃度
（0.5〜2.0％）でPVDF表面を改質した。結果は第19表に
まとめてある。PVDFサンプルは洗浄し、HEMA水溶液中で
γ線を照射し、実施例１の一般的な方法に従って洗浄し
た。第19表に示す低い接触角の値が示すような親水性の
高い表面グラフト膜に改質された。このような極端に低
い照射量およびモノマー濃度でPVDF上にPHEMAが効率良
くグラフト化したことは第20表に示すXPS分析でも確認
された。この結果はPHEMA−ｇ−PVDFでは表面のフッ素
はわずかで、炭素が増加していることを示している。こ
の表面分析の結果はPHEMAの組成に極めて近いものであ
った。
（0.01および0.005メガラド）で低いHEMAモノマー濃度
（0.5〜2.0％）でPVDF表面を改質した。結果は第19表に
まとめてある。PVDFサンプルは洗浄し、HEMA水溶液中で
γ線を照射し、実施例１の一般的な方法に従って洗浄し
た。第19表に示す低い接触角の値が示すような親水性の
高い表面グラフト膜に改質された。このような極端に低
い照射量およびモノマー濃度でPVDF上にPHEMAが効率良
くグラフト化したことは第20表に示すXPS分析でも確認
された。この結果はPHEMA−ｇ−PVDFでは表面のフッ素
はわずかで、炭素が増加していることを示している。こ
の表面分析の結果はPHEMAの組成に極めて近いものであ
った。
照射量を0.005メガラドまたはそれ未満とし、モノマ
ー濃度を0.5重量％またはそれ未満とした場合でも、非
常に親水性の高いPHEMAを得ることができた。比較とし
てのPVDFそのものは非常に疎水性が高く、接触角は85°
より大きい。
ー濃度を0.5重量％またはそれ未満とした場合でも、非
常に親水性の高いPHEMAを得ることができた。比較とし
てのPVDFそのものは非常に疎水性が高く、接触角は85°
より大きい。
このXPS表面分析の結果は明らかに0.005メガラドで表
面が効率よくグラフト化されていることがわかる。表面
の炭素濃度はPHEMA表面でほぼ予想される値となり、PVD
Fのフッ素検出量はごくわずかであった。
面が効率よくグラフト化されていることがわかる。表面
の炭素濃度はPHEMA表面でほぼ予想される値となり、PVD
Fのフッ素検出量はごくわずかであった。
フロントページの続き (72)発明者 バーンズ，ジェイムズ，ダブリュー. アメリカ合衆国 01746 マサチューセ ッツ ホリストン フィスク ストリー ト 548 (72)発明者 クマール，ジー．，スデシュ インド国 マハラストラ 400 601 テ ーン ピー．オー．ボックス 155 ア ルケミィ リサーチ センター (72)発明者 オズボーン，デイヴィッド，シー. アメリカ合衆国 63021 メリーランド マンチェスター ウッドクレスト メ イナー コート 1437ビー (72)発明者 ラルソン，ジェフリー，エー. アメリカ合衆国 92128 カリフォルニ ア サン ディエゴ アヴェニダ ティ ネオ 12558 (72)発明者 シーツ，ジョン，ダブリュー. アメリカ合衆国 91711 カリフォルニ ア パサデナ ブリグデン ロード 2241 (72)発明者 ヤヒアウイ，アリ アメリカ合衆国 32611 フロリダ ゲ インズヴィル ユニヴァーシティ オブ フロリダ エムエーイー 317 デパ ートメント オブ マテリアルズ サイ エンス (72)発明者 ロビンソン，リチャード アメリカ合衆国 32602 フロリダ ゲ インズヴィル サウスウエスト セブン ス アヴェニュー 4305 (56)参考文献 特開 昭62−240066（ＪＰ，Ａ) 米国特許48063382（ＵＳ，Ａ) 米国特許4897433（ＵＳ，Ａ)
Claims (13)
- 【請求項１】人間または人間以外の動物の生きた組織と
接触するプラスチック物品の表面上に、下記（１）〜
（４）： （１）Ｎ−ビニルピロリドン（NVP）モノマー、 （２）２−ヒドロキシエチルメタクリレート（HEMA）モ
ノマー、 （３）NVPとHEMAとの混合物（NVP−HEMA）または （４）（１），（２）または（３）と、モノマー全重量
に対して50重量％までのイオン性モノマー、イオン性モ
ノマーの塩またはこれらの混合物との混合物 にγ線をγ線照射率を10〜2,500ラド／分にして照射す
ることによって化学的にグラフト重合させた下記Ｉ〜II
I: Ｉ ポリビニルピロリドン（PVP）、 II ポリ−２−ヒドロキシエチルメタクリレート（PHEM
A）、 III NVPとHEMAとの共重合体［Ｐ（NVP−HEMA）］また
は IV NVP、HEMAまたは（NVP−HEMA）とイオン性モノマー
との共重合体 の親水性グラフトポリマーの被覆物を形成してプラスチ
ック物品の表面を改質する方法において、 γ線照射によるグラフト重合を水溶液中で下記条件下： （ａ）モノマー濃度を0.1重量％以上かつ0.5重量％未満
とし、 （ｂ）全γ線照射量を0.001メガラド以上かつ0.1メガラ
ド未満にして、 で行うことを特徴とする方法。 - 【請求項２】下記の一つまたは複数の条件をさらに含む
請求項１に記載の方法： （ｄ）グラフト重合溶液から遊離酸素を実質的に除去す
る、 （ｅ）ポリマー被覆物の厚さを100Å〜100μｍに維持す
る、 （ｆ）グラフト重合水溶液にフリーラジカル捕捉剤を含
有させる、 （ｇ）グラフト重合水溶液中にプラスチック表面膨潤溶
媒を入れる。 - 【請求項３】物品が手術用機器である請求項１に記載の
方法。 - 【請求項４】物品が医療用器具である請求項１に記載の
方法。 - 【請求項５】物品が補綴術用インプラントである請求項
１に記載の方法。 - 【請求項６】物品がソフトまたはハードコンタクトレン
ズである請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】イオン性モノマーがビニルスルホン酸、ビ
ニルカルボン酸またはこれらの塩である請求項１に記載
の方法。 - 【請求項８】ビニルカルボン酸がアクリル酸、メタクリ
ル酸またはクロトン酸である請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】ビニルスルホン酸がスルホエチルメタクリ
レート、スルホプロピルメタクリレート、スチレンスル
ホン酸またはビニルスルホン酸である請求項７に記載の
方法。 - 【請求項１０】イオン性モノマーがアミノ基を有するモ
ノマーである請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】アミノ基を有するモノマーがビニルピリ
ジン、アミノスチレン、アミノアクリレートまたはアミ
ノメタクリレートである請求項10に記載の方法。 - 【請求項１２】プラスチックをポリアクリレート、ポリ
メタクリレート、ポリオレフィン、エチレン−プロピレ
ン共重合体、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共
重合体、スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体、ポ
リカーボネート、フルオロカーボンポリマー、ポリシロ
キサン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル
およびこれらの混合物で構成される群の中から選択する
請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】請求項１に記載のγ線の代わりに電子線
を用い、この電子線の照射率を10〜108ラド／分にする
請求項１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US592,482 | 1990-10-05 | ||
| US07/592,482 US5100689A (en) | 1987-04-10 | 1990-10-05 | Surface modified surgical instruments, devices, implants, contact lenses and the like |
| PCT/US1991/006730 WO1992005695A1 (en) | 1990-10-05 | 1991-09-20 | Surface modified surgical instruments, devices, implants, contact lenses and the like |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06502781A JPH06502781A (ja) | 1994-03-31 |
| JP2566548B2 true JP2566548B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=24370829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3515919A Expired - Fee Related JP2566548B2 (ja) | 1990-10-05 | 1991-09-20 | 表面改質した外科用機器、器具、インプラント、コンタクトレンズおよびその類似物 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5100689A (ja) |
| EP (2) | EP0551309B1 (ja) |
| JP (1) | JP2566548B2 (ja) |
| CA (1) | CA2052831C (ja) |
| TW (1) | TW208709B (ja) |
| WO (1) | WO1992005695A1 (ja) |
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