JP5218951B2 - 高強度・高弾性率の生体内分解吸収性骨固定材 - Google Patents

Description

本発明は、医療分野で応用される高強度でしかも高弾性率の生体内分解吸収性骨固定材に関する。

生体内分解吸収性高分子であるポリ乳酸を用いた骨固定材としての応用研究は古くから知られている。例えば、特許文献１では、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）を含有するポリ乳酸を成形後に一軸延伸することにより強度及び弾性率を向上させている。また、特許文献２は、射出成形したポリ乳酸ロッドを高温で一軸延伸し、フィブリル化させることにより高強度・高弾性率が得られることを開示している。また、溶融成形後の粘度平均分子量２０万以上のポリ乳酸成形体を一軸延伸した骨接合材（特許文献３）が開示されている。さらに、特許文献４には、射出成型したポリ乳酸を融点以下の高温で静水圧押出した高配向成形物が開示されている。
特公平３−６３９０１号公報 ＷＯ８８／０５３１２号 特開平１−１９８５５３号公報 特許第２６１９７６０号公報 特公平５−４８２５８号公報 「Ｊ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．５１，Ｐ．３３７−３４４，１９９４」

発明が解決しようとする課題、及び、課題を解決する為の手段

上記骨固定材は、生体内分解吸収性高分子であるポリ乳酸を一軸配向させることにより、高強度・高弾性率成形物を得ている。その曲げ強度は２００〜２５０ＭＰａとヒトの皮質骨以上の値であるものの、曲げ弾性率は６〜８ＧＰａ程度でヒトの皮質骨の弾性率１０〜１２ＧＰａには、とうてい及ばない。

その結果、骨折治療時あるいは手術後に破損するケースが度々報告されているため信頼性が低く、普及率が悪い原因の−つと言われている。

そこで本発明の骨固定材は、熱可塑性樹脂である生体内分解吸収性高分子のポリ乳酸系ポリマーをマトリックスとし、短繊維強化複合材を骨固定材として用いることを特徴とする。一般に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）に応用される繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維あるいはアラミド繊維等が用いられ工業材料に幅広く利用されている。しかし、これら繊維材料は非分解吸収性であるため、生体内分解吸収性の骨固定材には応用できない。

本発明の高強度・高弾性率生体内分解吸収性骨固定材用の繊維は生体内分解吸収性であるか、もしくは生体内で骨と同化する素材が好ましい。生体内分解吸収性の繊維としては、ポリグリコール酸、ポリ−Ｌ−乳酸、ポリジオキサノン、ポリカプロラクトン等が知られ、吸収性縫合糸として臨床応用されている。ポリ−Ｌ−乳酸をベースとしてＦＲＰを製造する場合、繊維の融点はマトリックスの融点より数１０度以上高くなければならないことからすると上記の繊維の中ではポリグリコール酸（融点２３０℃）しか候補として考えられない。しかし、このポリグリコール酸は分解吸収速度が早いため、骨固定材には適さない。

そこで、本発明ではポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸とのブレンドにより得られるステレオコンプレックス繊維あるいは、繊維状のＨＡをＦＲＰ用繊維として用いることに特徴がある。

発明の効果

ポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸をブレンドするとポリ乳酸ステレオコンプレックスが得られることは、本発明者の玄らにより既に開示されている。特許文献５にて、このステレオコンプレックス繊維の融点は２３０℃であり、ポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸のホモポリマーの融点１８０℃に比べて約５０℃も高いことを明らかにした。従って、ポリ−Ｌ−乳酸ホモポリマーをマトリックスとしてポリ乳酸ステレオコンプレックスをＦＲＰ繊維として用いることが可能となる。一方、繊維状ＨＡはその融点が１０００℃以上であるため、十分に適用できる。

ポリ−Ｌ−乳酸にＨＡを入れた複合体の骨固定材は既に知られているが、それらは粒状もしくは粉体が用いられている。そのため、ＨＡの充填率が最大で約３０重量％である。一般的に複合体の力学的性質、特にその弾性率を向上させるためには、充填率を上げる方が良いが、理論的に球状の場合では７０％が最大であるが、繊維状では８０％以上にも高めることが可能である。

発明を実施する為の最良の形態

ポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸のステレオコンプレックス繊維は、辻、玄らにより開示（非特許文献１）され、湿式紡糸法や乾式紡糸法によっても製造できる。また、溶融紡糸法によっても得ることが出来る。これらの種々の紡糸法のなかでも溶融紡糸法により得られるポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維が経済的に優れている。溶融紡糸法により得られた繊維を１２０〜２２０℃の高温で熱延伸することにより、高強度で高弾性率のポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維が得られる。

一方、ポリ−Ｌ−乳酸マトリックスに繊維状のＨＡをブレンドする際、ＨＡ以外の無機物質として、トリカルシウムホスフェイト（ＴＣＰ）やウォラストナイト、あるいは炭酸カルシウムや水酸化カルシウム等を添加することも可能である。

前記、繊維状ＨＡの繊維太さは１０ｎｍ〜１００μｍの広い範囲のものが適しているが、１００ｎｍ〜１０μｍの太さがより適している。

さらに、前記ポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維と繊維状ＨＡとの両者を同時に混入させたＦＲＰ用繊維としても使用できる。本発明のコンポジットにおいて、ポリ乳酸マトリックスに対するポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維と繊維状ＨＡの配合割合は広い範囲にわたって使用できるが、重量比で２０〜６０％が適している。ＦＲＰ用繊維の割合が多くなれば弾性率の向上が期待できるものの、６０重量％を超えると流動性が低くなり、成形性にも問題が生じ、また成形物ももろくなってしまう。そのため、３０〜５０重量％が好適である。

本発明のコンポジット骨固定材は次のような方法で製造される。まず、ポリ−Ｌ−乳酸（重量平均分子量２０〜６０万）ペレットとポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維、あるいは繊維状ＨＡとを混練用押出機で押し出した後ペレット化し、そのペレットを射出成形機にて種々の太さのロッドを成形する。ここで、マトリックスのポリ−Ｌ−乳酸は熱安定性に劣るため、射出成形過程を経ずして種々の太さのロッドを成形しても良い。このようにして得られた生体内分解吸収性ＦＲＰをさらに静水圧押し出し成形機にて固体押し出し成形すると高強度で、しかも高弾性率の骨固定材が得られる。

上記押し出し成形や射出成形の温度条件としては、ポリ−Ｌ−乳酸系高分子材料の融点以上で成形可能なできるだけ低い温度、例えば１８０〜２２０℃の温度範囲が好ましい。また、延伸配向物を得るための固体押し出し成形の温度条件としては、ポリ−Ｌ−乳酸系高分子材料のガラス転移点以上、その融点の温度範囲が好ましい。また、一軸固体押し出し法のみでなく、プレスによる面内配向も適している。

本発明を実施例により詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を制限しない。

実施例中に示した、曲げ強度および曲げ弾性率はＪＩＳ Ｋ７１７１：１９９４に準拠した三点曲げ試験によって測定した。また、圧縮強度はＪＩＳ Ｋ７１８１：１９９４に準拠して測定した。

十分に乾燥した重量平均分子量約２４万のポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸のペレットを簡易型溶融紡糸機にて紡糸した後、熱延伸しマルチフィラメントを作製し切断することにより短繊維化した。このブレンド繊維をＤＳＣ測定すると融点２３０℃のポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維が形成されていた。

ＨＡは宇部マテリアルズ（株）繊維状ヒドロキシアパタイトを用いた。

十分に乾燥した重量平均分子量約２４万のポリ−Ｌ−乳酸ペレットと実施例１にて得られたステレオコンプレックス繊維を二軸押し出し機にて溶融ブレンドし、ペレットを作製した。また、同じくポリ−Ｌ−乳酸と実施例２の繊維状ＨＡを二軸押し出し機にてポリ−Ｌ−乳酸／ＨＡのブレンドペレットを作製した。

実施例３にて得られたペレットを射出成形機にて直径１５ｍｍ、長さ１０ｃｍのポリ−Ｌ−乳酸／ポリ乳酸ステレオコンプレックス繊維複合体とポリ−Ｌ−乳酸／ＨＡ複合体を作製した。次いで、これらの２種類の円柱状成形物を静水圧固体押出装置を用いて押出し倍率４倍の成形物を作製した。

実施例４にて得られた成形物の曲げ試験の結果を表１に示す。

実施例４にて得られた成型物の圧縮試験の結果を表２に示す。

Claims (5)

1. ポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸のステレオコンプレックス繊維の短繊維をポリ−Ｌ−乳酸系高分子材料にブレンドしたコンポジットからなり、曲げ強度が２２０ＭＰａ以上で、曲げ弾性率が６ＧＰａ以上の高強度・高弾性率生体内分解吸収性骨固定材。
2. 前記ステレオコンプレックス繊維の短繊維は、溶融紡糸法により得られた繊維を１２０〜２２０℃で熱延伸した後、切断することにより短繊維化したものである請求項１の高強度・高弾性率生体内分解吸収性骨固定材。
3. ポリ−Ｌ−乳酸系高分子材料に対し重量比で２０〜６０％となるように、ポリ−Ｌ−乳酸とポリ−Ｄ−乳酸のステレオコンプレックス繊維の短繊維をブレンドしたか、またはこの短繊維と繊維状ヒドロキシアパタイトとをブレンドしたコンポジットからなる請求項１または２の高強度・高弾性率生体内分解吸収性骨固定材。
4. ポリ−Ｌ−乳酸系高分子材料と、前記のステレオコンプレックス繊維の短繊維とを１８０〜２２０℃の温度で溶融混合するか、または、ポリ−Ｌ−乳酸系高分子材料と、前記のステレオコンプレックス繊維の短繊維と、繊維状ヒドロキシアパタイトとを１８０〜２２０℃の温度で溶融混合し、固体の状態で、押し出し成形、またはプレス成形を行うことにより、ポリ−Ｌ−乳酸系高分子材料の分子鎖が長軸方向、あるいは多軸方向に配向していることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高強度・高弾性率生体内分解吸収性骨固定材。
5. ポリ−Ｌ−乳酸系高分子材料は、光学純度が１００〜７０％のポリ乳酸からなるか、またはＬ−ラクチド／グリコリド共重合体であることを特徴とする請求項１〜４の高強度・高弾性率生体内分解吸収性骨固定材。