JPH0528633B2 - - Google Patents
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Description
本発明は患者に対するカテーテル挿入に関す
る。さらに詳細には、本発明は、水性液体と接触
するとより大きな内径寸法に膨張するカテーテル
に関する。
カテーテル法は従来、患者の皮膚を穿刺し、そ
してある種のカテーテル挿入器具を使用して体腔
(例えば血流)中にカテーテルを挿入することか
らなる。患者の苦痛を和らげるために、カテーテ
ル(そして必然的にその挿入器具)は、挿入時に
おいてはできる限り小さな断面積を有しているの
が望ましい。しかしながら、カテーテルの内腔
は、カテーテルを通過する薬物溶液の必要な投与
速度が得られる程度に充分大きくなければならな
い。
一般に従来技術のカテーテルは、体液と接触し
てもその断面積が実質的に変化しない硬質のポリ
マー材料から作製されている。このような従来型
のカテーテルの例としては、ユタ州サンデイのベ
クトン・デイツキンソン・アンド・カンパニー
(Becton Dickinson and Campany)のデセレツ
ト部(Deseret division)から入手することので
きる一連のインサイトR(InsyteR)カテーテルが
ある。
最近では、水を吸収して膨張する親水性ポリマ
ー(しばしばハイドロゲルと呼ばれる)が開示さ
れている。グールド(Gould)らによる米国許第
4454309号明細書は、水中に入れると膨潤し、成
形・硬化させて所望の形状の物品とすることので
きる、親水性のポリウレタンジアクリレート熱硬
化性組成物について開示している。
アニユーク(Aniuk)らによる米国特許第
4883699号明細書は、非親水性のポリウレタン成
分と親水性のポリビニルアルコール成分を有する
チユーブについて開示している。該チユーブは、
水を吸収し、そして引張強さを保持しながら膨潤
すると説明されている。
ウオーカー(Walker)らによる米国特許第
4728322号と第4781703号明細書は、非親水性の第
1成分と親水性のポリウレタンジアクリレート第
2成分を含んだ組成物、から作製したカテーテル
について開示している。該組成物は、液体と接触
すると、液体の吸収により膨潤・軟化し、この結
果カテーテルの断面積が増大する。
ルーサー(Luther)による米国特許第4668221
号明細書は、挿入の際に使用されるスタイレツト
に対してフイツトする親水性ポリマーから作製し
たカテーテルについて開示している。該カテーテ
ルは、血液と接触すると膨潤して軟化し、これに
よつてスタイレツトを取り除くことができる。
上記特許文献の開示内容によりカテーテルの構
造設計技術は進歩したものの、さらなる改良が求
められている。本発明はこの要求に答えるもので
ある。
カテーテルチユーブは、熱可塑性エラストマー
である親水性ポリエーテルウレタン(HPEU)、
又はHPEUと剛性付与用ポリウレタンとの混合
物を含んでなる。HPEUは25〜50%のハードセ
グメント(HS)含量を有し、ジイソシアネート、
少なくとも50%のポリエチレンオキシドグリコー
ル(PEG)を含有したポリグリコール成分、及
び連鎖延長剤から得られる反応生成物である。本
発明の開示内容においては、パーセントは全て重
量%で表示している。剛性付与用ポリウレタン
は、50〜90%のHS含量、及び/又は約10%以下
の吸水量を有する。本混合物は、約50〜99%の
HPEUと1〜50%の剛性付与用ポリウレタンと
の均一なブレンドを含む。
本発明の他の態様においては、剛性付与用ポリ
ウレタンのストライプ(Stripe)がHPEUによつ
て封入される。
チユーブは、押出のような溶融加工法によつて
作製され、キユアーや架橋などの処理は必要とし
ない。チユーブが水性液体と接触すると、水性液
体を吸収して膨張し、これよつて内腔の断面積が
増大する。
本発明の好ましいカテーテルのHPEUは、高
分子量のPEG、4,4′−ジフエニルメタンジイソ
シアネート(MDI)、及び低分子量ジオールの連
鎖延長剤から得られる反応生成物であり、水をそ
の自重の50〜200%吸収することによつて膨張、
これによつて内腔の直径が約5〜50%増大する。
最も好ましいHPEUは、MDI、分子量が約8000
のPEG、及び連鎖延長剤としての1,4−ブタ
ンジオール(BDO)から得られる反応生成物で
ある。
本発明のカテーテルの他の実施態様において
は、HPEUは、表面に固定されたヘパリンのよ
うな抗血栓薬、表面に固定されるかもしくは
HPEUの全体にわたつて実質的に均等に分布さ
れた(以後、バルク分布されたという)抗感染
薬、又はバルク分布されるかもしくはHPEUと
共に同時押出した1つ以上のストライプ又は層の
形でHPEUと結合させた放射線不透過剤、を含
む。
従つて、本発明は、従来技術による中央静脈用
カテーテル(特に脈管用カテーテル)を凌ぐ重要
な利点をもつた膨張性カテーテルを提供する。未
梢静脈用に使用する際には、患者の苦痛を和らげ
る上から、意図する薬物投与に対して必要とされ
るより小さな内径の本発明のカテーテルを患者の
体に挿入し、そして患者の体液との接触によつて
カテーテルを必要とするサイズに膨張させること
ができる。従来技術による膨張性カテーテルとは
異なり、本発明のカテーテルは熱可塑性エラスト
マーであるHPEUから作製されており、いかな
る触媒、架橋剤、又は架橋剤からの副生物も含有
していない。本発明のHPEU又はHPEUブレン
ドは溶融加工可能であり、従来技術による殆んど
の膨張性カテーテル(溶融押出することができず
且つキユアーを必要とする)を作製するのに使用
さているハイドロゲルとは異なり、通常の加熱押
出によつて容易にカテーテルチユーブに形成する
ことができる。
本発明には、多くの異なる形の適切な実施態様
が存在するけれども、ここでは本発明の好ましい
実施態様について詳細に説明する。言うまでもな
いことであるが、本開示内容は本発明の原理の代
表的な例として考えるべきであつて、本発明は以
下に説明する実施態様によつて限定されるもので
はない。本発明の範囲は特許請求の範囲及びその
同等物によつて規定される。
本発明によれば、HPEU又はHPEUと剛性付
与用ポリウレタンとの混合物から作製される膨張
可能なカテーテルが提供される。カテーテルが体
液(例えば血液)と接触すると、カテーテルは水
分を吸収してより大きな内径寸法に膨張する。
図面を参照すると、第1図は、従来のカテーテ
ル挿入器具(患者の皮膚を穿刺し、カテーテルを
患者の血流中に設置するための中空ニードル11
として示されている)に固定されたカテーテルチ
ユーブ10を表わしている。カテーテル挿入器具
は従来タイプのものであり、本発明の部分を構成
しない。チユーブ10は、胴体部12及びニード
ル11と接触したポイント14に繋がつているゆ
るやかなテーパー13を有する。
第2図には本発明のストライプ封入カテーテル
が示されており、チユーブ10が内腔15を画定
し、内腔壁16と外側壁18を有している。剛性
付与用ポリマーの1つ以上のストライプ20がチ
ユーブ長さの少なくとも一部に沿つて長さ方向に
配置されていて、ベースポリマー22中に封入さ
れている。第2図においてストライプ20は環状
の形で示されているけれども、他の適切ないかな
る形状であつてもよい。
HPEUは3つの必須成分、すなわちジイソシ
アネート、PEG、及び連鎖延長剤を含む。以下
に記載するような他の成分を含んでもよい。
適切なジイソシアネートとしては、MDIや3,
3′−ジフエニルメタンジイソシアネートのような
芳香族ジイソシアネート;イソホロンジイソシア
ネートや4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソ
シアネートのような脂環式ジイソシアネート;及
びヘキサメチレンジイソシアネートのような脂肪
族ジイソシアネートがある。最も好ましいジイソ
シアネートはMDIである。使用することのでき
る他のジイソシアネートとしては、フツ素置換さ
れたジイソシアネートやジイソシアネート基を含
有したシリコーンがある。
HPEUのポリエーテルグリコール成分は、
PEG単独であつてもよいし、あるいは0〜50重
量%の他のポリグリコールと混合してもよい。
PEGと混合することのできる適切なポリグリコ
ールとしては、ポリプロピレンオキシドグリコー
ル、ポリテトラメチレンオキシドグリコール
(PTMEG)、及びシリコーングリコール等があ
る。シリコーングリコールとPTMEGは実質的に
疎水性であり、こうしたグリコールの適当量を
PEGと混合することによつて、HPEUブレンド
の親水性の程度を所望の膨張程度に応じて調節す
ることができる。シリコーングリコールはよく知
られているものであり、ズドラハラ(Zdrahara)
らによる米国特許第4647643号明細書にその代表
的な例が記載されている。特に有用なシリコーン
グリコールは、ダウ・コーニンング社から4−
3667フルイド(以前はQ4−3667)の商品名で市
販されているグリコールである。
HPEUの成分であるPEGは、約650〜16000(好
ましくは約3350〜12000)の分子量を有する。最
も好ましいPEGは約8000の分子量を有するPEG
である。本発明によれば、高分子量のPEG
(PEG8000)を含有するHPEUから作製したカテ
ーテルは、吸水して膨張したときに、低分子量の
PEGをベースとしたHPEUから作製したカテー
テルより剛性が高い、ということが見出された。
適切な連鎖延長剤は、水及び/又は最高10個の
炭素原子を有した低分子量で枝分かれ鎖状もしく
は直鎖状のジオール、ジアミン、もしくはアミノ
アルコール、又はこれらの混合物である。連鎖延
長剤の代表的な例としては、BDO;エチレング
リコール;ジエチレングリコール;トリエチレン
グリコール;1,2−プロパンジオール;1,3
−プロパンジオール;1,6−ヘキサンジオー
ル、1,4−ビス−ヒドロキシメチルシクロヘキ
サン、;ヒドロキノンジヒドロキシエチルエーテ
ル;エタノールアミン;エチレンジアミン;及び
ヘキサメチレンジアミン;等がある。好ましい連
鎖延長剤は1,6−ヘキサンジオール、エチレン
ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、及び水であ
り、最も好ましいのはBDOである。
各成分の使用比率は、HPEUのハードセグメ
ントが配合物の全重量を基準として約25〜60%
(好ましくは約30〜50%)となるような比率であ
る。ハードセグメントの所定のパーセントから、
各成分の使用比率を容易に算出することができ
る。
本発明のHPEUは、湿潤時及び乾燥時におい
て優れた物理的特性を有し、2000〜10000ポン
ド/in2(psi)の範囲の引張特性を有する。本発
明のHPEUは自重の約10〜200%(好ましくは約
50〜150%)の水を吸収し、このとき吸水量は、
ソフトセグメントの含量が高くなるにつれて、ま
たPEGの分子量が大きくなるにつれて増大する。
押出して作製されたチユーブは、水を吸収する
と、その内径が5〜75%(好ましくは約25%)増
大する。
本発明のHPEUはワンシヨツト合成法すなわ
ちバルク合成法によつて作製することができ、こ
のとき各成分が一回で全て混合される。当業界に
おいて知られているこの方法は、一般には触媒を
使用して行われる。しかしながら、本発明の方法
の特徴は、重合触媒を加えることなくバルク重合
によつてHPEUが成分から作製される、という
点にある。当業界において使用されている従来の
触媒(例えばジブチル錫ジラウレートのような有
機金属化合物)は滲出を起こすことがあり、従つ
て血液接触エレメントに対して有害な影響を引き
起こすことがある。触媒の使用を避けることによ
つて、本発明のHPEUは余分な成分を含むこと
がなく、また従来技術によつて得られたものより
毒性が低い。
剛性付与用ポリウレタンとして作用するポリウ
レタンは、約50〜90%のハードセグメント含量、
及び/又は約10%以下の吸水量を有する。剛性付
与用ポリウレタンのイソシアネート成分及び連鎖
延長剤成分は、HPEUに関して前述したもので
よい。ポリエーテルグリコール成分は、10%以下
の吸水量を与えるよう選択された1種以上のポリ
グリコールでよい。当業界においてよく知られて
いるように、吸水量はPEGの含量が高くなると
増大し、PTMEGの含量が高くなると減少する。
従つて、剛性付与用ポリウレタンのための好まし
いポリグリコールはPTMEGであり、約200〜
2000の分子量を有するPTMEGが最も好ましい。
望ましいHS含量及び/又は吸水量から、剛性付
与用ポリウレタンのためのポリエーテルグリコー
ルの選択及び使用比率を容易に求めることができ
る。剛性付与用ポリウレタンの合成は、前述の方
法に従つて、及びHPEUに関して実施例に記
載されている方法に従つて行うことができる。
本発明のカテーテルの他の実施態様において
は、HPEUは、剛性付与用ポリウレタンの長さ
方向のストライプを封入しているベースポリマー
と見做することができる。このストライプは、長
さ方向におけるカテーテルの実質的な膨張を防止
する(長さ方向の膨張が起こると、HPEUの吸
水により横方向の膨張も付随して起きてしまう)。
HPEUは、単独であつても剛性付与用ポリウ
レタンとブレンドされていても、カテーテルチユ
ーブとして使用するためのいかなる適切なサイズ
にも溶融押出することができる。同様に、剛性付
与用ポリマーの封入されたストライプを有する本
発明のカテーテルも、押出法又は同時押出法によ
つて作製することができる。押出によつてストラ
イプ封入カテーテル又は組み込みカテーテル
(blended catheter)を形成することは、当業界
ではよく知られており、本発明の態様を完全に理
解する上で詳細な説明を行う必要はない。カテー
テルチユーブは、28〜14ゲージフレンチ(gauge
French)の内径寸法を有する。
本発明のカテーテルは、抗感染薬、放射線不透
過剤、又はHPEUと結合させた形の抗血栓薬を
有する。適切な抗血栓薬としては、プロスタグラ
ンジン、ウロキナーゼ、ストレプトキナーゼ、テ
イシユー・プラスミノゲン・アクチベーター
(tissue plasminogen activator)、及びヘパリノ
イド(heparinoids)等がある。好ましい抗血栓
薬はスルホン酸デキストランのようなスルホン化
ヘパリノイドであり、最も好ましいのはヘパリン
である。抗血栓薬は、HPEUの約1〜10重量%
(好ましくは約5重量%)である。
抗血栓薬は、従来法に従つて膨張可能なカテー
テルの表面に被覆することができる。例えば、ヘ
パリンと第四塩(quaternary salt)との錯体を
使用することができる。このような錯体は当業界
ではよく知られており、マクガリー(McGary)
らによる米国特許第4678660号明細書に記載され
ている。適切な錯体は、塩化セチルピリジニウム
又は塩化ベンズアルコニウムを使用して形成する
ことができる。好ましい錯体は、ペパリンと塩化
ドデシルメチルアンモニウムとの錯体、そして最
も好ましくはヘパリンと塩化トリドデシルメチル
アンモニウムとの錯体(従来よりTDMACと呼
ばれている)である。被覆操作は、約0.5〜〜20
重量%(好ましくは約2〜6重量%)のヘパリン
錯体、及び必要に応じて約1〜10重量%(好まし
くは約5重量%)のHPEUを適切な溶媒又は混
合溶媒に溶解して得た溶液中にチユーブを浸漬す
ることによつて行うことができる。有用な溶媒の
例としては、ジメチルアセトアミド(DMAC)、
ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、
トルエン、メチルエチルケトン、石油エーテル、
イソプロパノール、及びプロピレングリコールメ
チルエーテルアセテート(PGMEA)等がある。
好ましい溶媒は、DMACとPGMEAとの1:1
容量比混合物である。
当業界において知られている従来のいかなる放
射線不透過剤も、本発明のHPEUに組み込むこ
とができる。これらの例としては、硫酸バリウ
ム、三酸化ビスマス、及びタングステン粉末のよ
うな無機放射線不透過剤、ヨウ素化された有機放
射線不透過剤、並びにヨウ素化もしくは臭素化さ
れたポリウレタン等がある。放射線不透過剤の使
用量は、カテーテルの重量を基準として約2〜35
重量%である。放射線不透過剤は、本発明の膨張
可能なカテーテル中に、従来の押出法又は同時押
出法によつて形成される1つ以上のストライプも
しくは層状物として組み込むことができる。
当業界において公知の使用可能な抗感染薬とし
ては、クロロヘキシジン(chlorhexidine)、銀ス
ルフアジアジン(silver sulfadiazine)、及びペ
ニシリン等の抗生物質がある。これらの物質は、
約1〜10重量%の抗感染薬及び、必要に応じて約
1〜10重量%(好ましくは約5重量%)の
HPEUを含有した溶液中に膨張性カテーテルを
浸漬することによつて該カテーテルに表面被覆す
ることができる。適切な溶媒は前述したような溶
媒である。カテーテルを作製するための好ましい
方法は、溶融押出による方法である。抗感染薬
(押出温度に対して安定である場合)とHPEU
は、適切な混合法(例えば、ポリマーペレツトと
抗感染薬を一緒に撹拌又はタンブリングするこ
と、又は好ましくは従来の二軸スクリユー押出を
行うこと)によつて粒状の形態でブレンドするこ
とができる。後者のプロセスにおいては、ワーナ
ー・アンド・フライダー(Warner and
Pfleiderer)モデル ZDSK−28ユニツト等の市
販の二軸スクリユー押出機を使用して、各成分を
同時に均一にブレンドし、溶融し、そして押出し
てカテーテルとする。
本発明の膨張可能なカテーテルは、水性液体と
接触するまでは一定の直径となつている。使用す
る際には、より小さな内径寸法のカテーテルが患
者の血流中に導入される。このときカテーテルは
水を吸収して膨張し、そして内腔の寸法が大きく
なるので挿入用器具を容易に取り除くことができ
る。内腔が大きくなれば、患者に投与する溶液の
流量を増やすことができる。
本発明のカテーテルと従来技術のカテーテル
(米国特許第4781703号明細書に記載)との膨張性
に対する比較を図面に示してある。第3図は、水
と接触したときに、45%のハードセグメントを含
有した本発明の20ゲージのカテーテルはその内径
が1分当たり、1.1%の割合で増大するが、一方、
45%のハードセグメントを含有した従来技術によ
る膨張可能な20ゲージのカテーテルは1分当たり
僅か0.1%の割合で増大する、ということを示し
ている。第4図は、本発明のカテーテルは僅か5
分後に実質的に完全に膨張するが、一方、従来技
術によるカテーテルの膨張は30分かかつて徐々に
進行し、そして水と接触してから約60分後までは
その膨張が完全ではない、ということを示してい
る。従つて、膨張速度が高いことにより、本発明
のカテーテルは病院での使用に極めて有利となる
ことがわかる。例えば、患者の静脈内薬物投与を
監視している看護婦は、僅か5分後にカテーテル
が完全に膨張し、その後の投与速度が一定となる
ことを知つている。しかしながら、従来技術によ
るカテーテルの場合には、投与速度が60分以上に
わたつて変化するため、投与速度が所望の速度を
越えないように、この時間中において不断の監視
が必要となる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
実施例
ポリウレタンの合成
原料
ユニオンカーバイド社から種々の分子量のポリ
グリコールを入手し、そのまま使用した。配合比
率を決定・調整するために、無水フタル酸−ピリ
ジン法によつてヒドロキシル価を、そしてカー
ル・フイツシヤー滴定によつて水分を求めた。連
鎖延長剤としては1,4−ブタンジオール
(BDO)をデユポン社から入手したまま使用し
た。MDIはモベイ社から入手し、濾過してから
使用した。
合成
ワンシヨツトのバルク重合を使用してポリウレ
タンを合成した。化学量論量のポリグリコールと
BDOを重合反応器中に仕込み、60℃で30分脱気
した。次いで、化学量論量のMDI(NCOインデツ
クス1.02)を加えて、重合温度が約85℃になるま
で激しく撹拌した。得られたポリマーを取り出
し、125℃でポストキユアーした。本発明の代表
的なHPEU配合処方を第1表に示す。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to catheter insertion into a patient. More particularly, the present invention relates to catheters that expand to larger inner diameter dimensions upon contact with aqueous liquids. Catheterization traditionally consists of puncturing a patient's skin and inserting a catheter into a body cavity (eg, the bloodstream) using some type of catheterization device. In order to reduce patient discomfort, it is desirable that the catheter (and therefore its insertion instrument) have as small a cross-sectional area as possible during insertion. However, the lumen of the catheter must be large enough to provide the necessary rate of administration of the drug solution through the catheter. Prior art catheters are generally made from rigid polymeric materials whose cross-sectional area does not substantially change upon contact with body fluids. Examples of such conventional catheters include the Insyte R series, available from the Deseret division of Becton Dickinson and Campany, Sanday, Utah. ) There is a catheter. Recently, hydrophilic polymers (often called hydrogels) that absorb water and swell have been disclosed. US license number by Gould et al.
No. 4,454,309 discloses hydrophilic polyurethane diacrylate thermoset compositions that swell when placed in water and can be molded and cured into articles of desired shapes. U.S. Patent by Aniuk et al.
No. 4,883,699 discloses a tube having a non-hydrophilic polyurethane component and a hydrophilic polyvinyl alcohol component. The tube is
It is described as absorbing water and swelling while retaining its tensile strength. U.S. Patent by Walker et al.
No. 4,728,322 and No. 4,781,703 disclose catheters made from compositions that include a non-hydrophilic first component and a hydrophilic polyurethane diacrylate second component. When the composition comes into contact with a liquid, it swells and softens due to absorption of the liquid, resulting in an increase in the cross-sectional area of the catheter. U.S. Patent No. 4,668,221 by Luther
The '999 patent discloses a catheter made from a hydrophilic polymer that fits over a stylet used during insertion. The catheter swells and softens upon contact with blood, allowing the stylet to be removed. Although catheter structural design techniques have advanced through the disclosures of the above-mentioned patent documents, further improvements are required. The present invention answers this need. The catheter tube is made of hydrophilic polyether urethane (HPEU), a thermoplastic elastomer.
Or it comprises a mixture of HPEU and a stiffening polyurethane. HPEU has a hard segment (HS) content of 25-50%, diisocyanate,
It is a reaction product obtained from a polyglycol component containing at least 50% polyethylene oxide glycol (PEG) and a chain extender. In the present disclosure, all percentages are expressed in % by weight. The stiffening polyurethane has a HS content of 50-90% and/or a water absorption of about 10% or less. This mixture contains approximately 50-99%
Contains a homogeneous blend of HPEU and 1-50% stiffening polyurethane. In another embodiment of the invention, a stripe of stiffening polyurethane is encapsulated by HPEU. The tubes are made by melt processing methods such as extrusion and do not require treatments such as curing or crosslinking. When the tube comes into contact with an aqueous liquid, it absorbs the aqueous liquid and expands, thereby increasing the cross-sectional area of the lumen. The HPEU of the preferred catheter of the present invention is a reaction product obtained from a chain extender of high molecular weight PEG, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), and a low molecular weight diol, which absorbs 50% of its own weight of water. Inflated by ~200% absorption,
This increases the diameter of the lumen by about 5-50%.
The most preferred HPEU is MDI, molecular weight approximately 8000
PEG and 1,4-butanediol (BDO) as a chain extender. In other embodiments of the catheters of the invention, the HPEU is an antithrombotic agent such as heparin that is immobilized on the surface, or
The anti-infective agent is substantially evenly distributed throughout the HPEU (hereinafter referred to as bulk distributed), or the HPEU in the form of one or more stripes or layers that are bulk distributed or coextruded with the HPEU. a radiopaque agent combined with a radiopaque agent. Accordingly, the present invention provides an inflatable catheter with significant advantages over prior art central venous catheters, particularly vascular catheters. When used for peripheral veins, in order to alleviate patient pain, the catheter of the present invention is inserted into the patient's body and has an inner diameter smaller than that required for the intended drug administration, and the patient's body fluids are The catheter can be expanded to the required size by contact with the catheter. Unlike prior art inflatable catheters, the catheters of the present invention are made from HPEU, a thermoplastic elastomer, and do not contain any catalysts, crosslinkers, or by-products from crosslinkers. The HPEU or HPEU blends of the present invention are melt processable, unlike the hydrogels used to make most prior art inflatable catheters (which cannot be melt extruded and require curing). In contrast, it can be easily formed into a catheter tube by conventional hot extrusion. Although there are many different forms of suitable embodiments of the invention, preferred embodiments of the invention will now be described in detail. It goes without saying that the present disclosure should be considered as a representative example of the principles of the invention, and the invention is not limited to the embodiments described below. The scope of the invention is defined by the claims and their equivalents. According to the present invention, an expandable catheter made of HPEU or a mixture of HPEU and a stiffening polyurethane is provided. When the catheter comes into contact with bodily fluids (eg, blood), the catheter absorbs moisture and expands to a larger internal diameter dimension. Referring to the drawings, FIG. 1 shows a conventional catheter insertion instrument (hollow needle 11 for puncturing the patient's skin and placing the catheter into the patient's bloodstream).
Figure 1 depicts a catheter tube 10 secured to a catheter tube (shown as 1). The catheter insertion instrument is of conventional type and does not form part of the present invention. The tube 10 has a gradual taper 13 leading to a point 14 in contact with the body 12 and the needle 11. FIG. 2 shows the striped encapsulation catheter of the present invention, with tube 10 defining a lumen 15 and having a lumen wall 16 and an outer wall 18. One or more stripes 20 of stiffening polymer are longitudinally disposed along at least a portion of the tube length and are encapsulated within the base polymer 22. Although stripes 20 are shown in FIG. 2 in an annular shape, they may have any other suitable shape. HPEU contains three essential components: diisocyanate, PEG, and chain extender. Other ingredients may also be included as described below. Suitable diisocyanates include MDI, 3,
These include aromatic diisocyanates such as 3'-diphenylmethane diisocyanate; cycloaliphatic diisocyanates such as isophorone diisocyanate and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate; and aliphatic diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate. The most preferred diisocyanate is MDI. Other diisocyanates that can be used include fluorine-substituted diisocyanates and silicones containing diisocyanate groups. The polyether glycol component of HPEU is
PEG may be alone or mixed with 0-50% by weight of other polyglycols.
Suitable polyglycols that can be mixed with PEG include polypropylene oxide glycol, polytetramethylene oxide glycol (PTMEG), and silicone glycols. Silicone glycols and PTMEG are essentially hydrophobic, and appropriate amounts of these glycols
By mixing with PEG, the degree of hydrophilicity of the HPEU blend can be adjusted depending on the desired degree of swelling. Silicone glycol is a well-known one, Zdrahara
A typical example is described in US Pat. No. 4,647,643 by et al. A particularly useful silicone glycol is 4-
It is a glycol sold under the trade name 3667 Fluid (formerly Q4-3667). PEG, a component of HPEU, has a molecular weight of about 650-16000 (preferably about 3350-12000). The most preferred PEG is a PEG with a molecular weight of about 8000
It is. According to the invention, high molecular weight PEG
A catheter made from HPEU containing (PEG8000) has a low molecular weight
It was found to be more rigid than catheters made from PEG-based HPEU. Suitable chain extenders are water and/or low molecular weight branched or linear diols, diamines or amino alcohols having up to 10 carbon atoms, or mixtures thereof. Typical examples of chain extenders include BDO; ethylene glycol; diethylene glycol; triethylene glycol; 1,2-propanediol;
-propanediol; 1,6-hexanediol, 1,4-bis-hydroxymethylcyclohexane; hydroquinone dihydroxyethyl ether; ethanolamine; ethylenediamine; and hexamethylenediamine; and the like. Preferred chain extenders are 1,6-hexanediol, ethylene diamine, hexamethylene diamine, and water, and most preferred is BDO. The usage ratio of each component is approximately 25 to 60% based on the total weight of the HPEU hard segment.
(preferably about 30 to 50%). From a given percentage of hard segments,
The usage ratio of each component can be easily calculated. The HPEU of the present invention has excellent wet and dry physical properties, with tensile properties ranging from 2000 to 10000 pounds per square inch (psi). The HPEU of the present invention is about 10-200% of its own weight (preferably about
50-150%) of water, and the amount of water absorbed is:
It increases as the content of soft segments increases and as the molecular weight of PEG increases.
When an extruded tube absorbs water, its internal diameter increases by 5-75% (preferably about 25%). The HPEU of the present invention can be produced by a one-shot synthesis method, that is, a bulk synthesis method, in which each component is mixed all at once. This process, which is known in the art, is generally carried out using a catalyst. However, a feature of the process of the invention is that HPEU is made from the components by bulk polymerization without adding a polymerization catalyst. Conventional catalysts used in the industry (for example organometallic compounds such as dibutyltin dilaurate) can cause leaching and thus cause deleterious effects on blood contacting elements. By avoiding the use of catalysts, the HPEUs of the present invention are free of extra components and are less toxic than those obtained by the prior art. The polyurethane that acts as the stiffening polyurethane has a hard segment content of about 50-90%,
and/or has a water absorption of about 10% or less. The isocyanate component and chain extender component of the stiffening polyurethane may be those described above with respect to HPEU. The polyether glycol component may be one or more polyglycols selected to provide a water absorption of 10% or less. As is well known in the art, water absorption increases with higher PEG content and decreases with higher PTMEG content.
Therefore, the preferred polyglycol for the stiffening polyurethane is PTMEG, which has about 200 to
Most preferred is PTMEG with a molecular weight of 2000.
The selection and usage ratio of polyether glycol for the stiffening polyurethane can be easily determined from the desired HS content and/or water absorption. The synthesis of the stiffening polyurethane can be carried out according to the methods described above and according to the method described in the Examples for HPEU. In other embodiments of the catheter of the invention, the HPEU can be considered a base polymer encapsulating longitudinal stripes of stiffening polyurethane. This stripe prevents substantial expansion of the catheter in the longitudinal direction (any longitudinal expansion would be accompanied by lateral expansion due to water absorption of the HPEU). HPEU, either alone or blended with a stiffening polyurethane, can be melt extruded into any suitable size for use as a catheter tube. Similarly, catheters of the present invention having encapsulated stripes of stiffening polymer can also be made by extrusion or coextrusion methods. Forming striped encapsulated catheters or blended catheters by extrusion is well known in the art and does not require detailed explanation to fully understand aspects of the present invention. Catheter tubes are 28 to 14 gauge French (gauge).
French) inner diameter dimensions. The catheter of the present invention has an anti-infective, a radiopaque agent, or an anti-thrombotic agent in combination with HPEU. Suitable antithrombotic agents include prostaglandins, urokinase, streptokinase, tissue plasminogen activators, and heparinoids. Preferred antithrombotic agents are sulfonated heparinoids such as dextran sulfonate, most preferably heparin. Antithrombotic drugs are approximately 1-10% by weight of HPEU
(preferably about 5% by weight). The antithrombotic agent can be coated on the surface of the expandable catheter according to conventional methods. For example, a complex of heparin and a quaternary salt can be used. Such complexes are well known in the art and are described by McGary.
No. 4,678,660 by et al. Suitable complexes can be formed using cetylpyridinium chloride or benzalkonium chloride. Preferred complexes are the complex of pepperin and dodecylmethylammonium chloride, and most preferably the complex of heparin and tridodecylmethylammonium chloride (conventionally referred to as TDMAC). The coating operation is approximately 0.5 to ~20
% by weight (preferably about 2-6% by weight) of heparin complex and optionally about 1-10% by weight (preferably about 5% by weight) of HPEU dissolved in a suitable solvent or solvent mixture. This can be done by dipping the tube into the solution. Examples of useful solvents include dimethylacetamide (DMAC),
dimethylformamide, N-methylpyrrolidone,
Toluene, methyl ethyl ketone, petroleum ether,
Examples include isopropanol and propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA).
A preferred solvent is a 1:1 mixture of DMAC and PGMEA.
It is a volume ratio mixture. Any conventional radiopaque agent known in the art can be incorporated into the HPEU of the present invention. Examples of these include inorganic radiopaque agents such as barium sulfate, bismuth trioxide, and tungsten powder, iodinated organic radiopaque agents, and iodinated or brominated polyurethanes. The amount of radiopaque agent used is approximately 2-35% based on the weight of the catheter.
Weight%. Radiopaque agents can be incorporated into the expandable catheters of the present invention as one or more stripes or layers formed by conventional extrusion or coextrusion techniques. Possible anti-infectives known in the art include antibiotics such as chlorhexidine, silver sulfadiazine, and penicillin. These substances are
about 1-10% by weight anti-infective and optionally about 1-10% by weight (preferably about 5% by weight)
The catheter can be surface coated by dipping the catheter in a solution containing HPEU. Suitable solvents are those mentioned above. A preferred method for making catheters is by melt extrusion. Anti-infective (if stable to extrusion temperature) and HPEU
can be blended in particulate form by suitable mixing methods, such as stirring or tumbling the polymer pellets and anti-infective agent together, or preferably by conventional twin-screw extrusion. . In the latter process, Warner and Frieder
Using a commercially available twin screw extruder, such as a Pfleiderer model ZDSK-28 unit, each component is homogeneously blended, melted, and extruded into a catheter. The expandable catheter of the present invention has a constant diameter until it comes into contact with an aqueous liquid. In use, a smaller internal diameter catheter is introduced into the patient's bloodstream. The catheter then absorbs water and expands, increasing the size of the lumen so that the insertion device can be easily removed. A larger lumen allows for an increased flow rate of solution to be administered to the patient. A comparison of the distensibility of the catheter of the present invention and a prior art catheter (described in US Pat. No. 4,781,703) is shown in the drawings. FIG. 3 shows that when in contact with water, a 20 gauge catheter of the present invention containing 45% hard segments increases its internal diameter at a rate of 1.1% per minute;
A prior art inflatable 20 gauge catheter containing 45% hard segment has been shown to expand at a rate of only 0.1% per minute. FIG. 4 shows that the catheter of the present invention has only 5
After 30 minutes, the catheter is substantially fully inflated, whereas the inflation of prior art catheters is gradual, as long as 30 minutes, and the inflation is not complete until about 60 minutes after contact with water. It is shown that. Therefore, it can be seen that the high inflation rate makes the catheter of the present invention extremely advantageous for use in hospitals. For example, a nurse monitoring a patient's intravenous drug administration knows that after only five minutes, the catheter will be fully inflated and the rate of administration will be constant thereafter. However, with prior art catheters, the rate of administration varies over a period of 60 minutes or more, requiring constant monitoring during this time to ensure that the rate of administration does not exceed the desired rate. EXAMPLES The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited thereto. Examples Raw materials for polyurethane synthesis Polyglycols of various molecular weights were obtained from Union Carbide and used as they were. In order to determine and adjust the blending ratio, the hydroxyl value was determined by the phthalic anhydride-pyridine method, and the moisture content was determined by Karl-Fisscher titration. As a chain extender, 1,4-butanediol (BDO) was used as received from Dupont. MDI was obtained from Mobay and filtered before use. Synthesis Polyurethane was synthesized using one-shot bulk polymerization. stoichiometric amount of polyglycol and
BDO was charged into a polymerization reactor and degassed at 60°C for 30 minutes. A stoichiometric amount of MDI (NCO index 1.02) was then added and vigorously stirred until the polymerization temperature was approximately 85°C. The obtained polymer was taken out and post-cured at 125°C. Typical HPEU formulations of the present invention are shown in Table 1.
【表】【table】
【表】
実施例
HPEUの押出
実施例から得られたHPEUのスラブを細片
にし、従来タイプの3/4インチ又は1インチの一
軸スクリユー押出機を使用して押出して、医療用
チユーブと8〜12ミル厚さのリボンを作製した。
押出温度の温度分布範囲は次の通りであつた:供
給ゾーン、150〜175℃;溶融ゾーン、190〜220
℃;及びダイ、190〜220℃(ハードセグメントの
含量によつて変わる)。
実施例
ストライプ封入カテーテルの同時押出
メイン押出機からのHPEUの溶融流れと、同
時押出機からの剛性付与用ポリマーの溶融流れ
を、押出機ヘツドの前進・下流部において合流す
るまで別々に保持した。合流した流れをチユーブ
ダイに通し、剛性付与用ポリマーのストライプを
HPEU連続相中に組み込んだ形の一体型チユー
ブ部材としてチユーブダイから出させた。
実施例
HPEUの特性
引張特性
押出されたリボンからのダイカツトサンプルに
ついて、ASTM標準試験法に従つて、乾燥状態
(dry)(23℃、相対湿度50%)と湿潤状態
(hydrated)(23℃の0.9%塩水中)における
HPEUのサンブルの引張特性試験を行つた。そ
の結果を第表に示す。湿潤状態時の引張パラメ
ーターの算出においては試験サンプルの乾燥時の
厚さを適用した。従つて湿潤状態の引張試験値は
正確なものではなく、単に比較のために記載して
ある。[Table] Example Extrusion of HPEU The slab of HPEU obtained from the example was cut into strips and extruded using a conventional type 3/4 inch or 1 inch single screw extruder to form medical tubes and 8~ A 12 mil thick ribbon was made.
The temperature distribution range of extrusion temperature was as follows: feeding zone, 150-175 °C; melting zone, 190-220 °C
°C; and die, 190-220 °C (depending on hard segment content). EXAMPLE Coextrusion of Striped Encapsulated Catheters The HPEU melt flows from the main extruder and the stiffening polymer melt flows from the coextruder were kept separate until they merged in the forward and downstream sections of the extruder head. The combined flow is passed through a tube die and a stripe of polymer for stiffness is applied.
It exited the tube die as an integral tube component incorporated into the HPEU continuous phase. EXAMPLES Properties of HPEU Tensile Properties Die-cut samples from extruded ribbons were tested in dry (23°C, 50% relative humidity) and hydrated (23°C, 50% relative humidity) test methods. in 0.9% saline)
Tensile property tests of HPEU samples were conducted. The results are shown in Table 1. In calculating the tensile parameters in the wet state, the dry thickness of the test sample was applied. Therefore, the wet tensile test values are not accurate and are provided for comparison purposes only.
【表】
吸水量と膨潤度
0.5インチ×1インチの射出成形サンプルを使
用して、吸水量と膨潤度を測定した。これらのサ
ンブルを室温(23℃)の蒸留水中に24時間保持し
て、確実に平衡状態の吸水量が得られるようにし
た。サンプルを取り出し、表面についた水を濾紙
で押しつけることなく注意深く吸い取つた。各膨
潤サンプルを慎重に秤量し、約60℃で48時間減圧
乾燥し、そして再び秤量した。以下の式を使用し
て、重量差のデータから、吸水量と膨潤度を算出
した。
WA=(Ws−Wp)/Wp×100 〔1〕
DS=〔(Wp/dp)+(Ws−Wp)/dw)〕/
(Wp/dp) 〔2〕
上記式中、WAは吸水量%であり、Wsは膨潤
したサンプルの重量であり、Wpは乾燥状態のサ
ンプルの重量であり、DSは膨潤度であり、dpは
乾燥サンプルの密度(1.15g/cm3)であり、そし
てdwは水の密度(1.0g/cm3)である。全ての
HPEU配合処方に対して、1.15g/cm3の平均ポリ
ウレタン密度を使用した。
所定の時間で蒸留水浴から取り出したサンプル
に対してその内径を測定した。
このように、本発明は、患者の血液と接触する
と、より大きな内腔寸法に膨張して、より大きな
流量の薬物投与が可能となり、これと同時に剛化
して、よじれることなくその位置を調節できるよ
なカテーテルを提供する。[Table] Water absorption and degree of swelling Water absorption and degree of swelling were measured using 0.5 inch x 1 inch injection molded samples. These samples were kept in distilled water at room temperature (23°C) for 24 hours to ensure equilibrium water uptake. The sample was taken out, and the water on the surface was carefully blotted out without pressing it with filter paper. Each swollen sample was carefully weighed, vacuum dried at approximately 60° C. for 48 hours, and weighed again. The water absorption amount and swelling degree were calculated from the weight difference data using the following formula. WA=(Ws-Wp)/Wp×100 [1] DS=[(Wp/dp)+(Ws-Wp)/dw)]/
(Wp/dp) [2] In the above formula, WA is water absorption %, Ws is the weight of the swollen sample, Wp is the weight of the dry sample, DS is the degree of swelling, and dp is is the density of the dry sample (1.15 g/cm 3 ) and dw is the density of water (1.0 g/cm 3 ). All of
An average polyurethane density of 1.15 g/cm 3 was used for the HPEU formulation. The internal diameter was measured on the sample removed from the distilled water bath at a given time. Thus, upon contact with the patient's blood, the present invention expands to a larger lumen size to allow for greater drug flow rates and simultaneously stiffens to adjust its position without kinking. Provide a good catheter.
第1図は、カテーテル挿入器具と組み合わさつ
た状態の、本発明の静脈内カテーテルの斜視図で
ある。第2図は、第1図のカテーテルをライン2
−2に沿つて切り取つたときの断面図である。第
3図は、本発明のカテーテルの膨潤速度と従来技
術によるカテーテルの膨潤速度を比較した図であ
る。第4図は、本発明のカテーテルと従来技術に
よるカテーテルの内径の変化を時間の関数として
比較した図である。
FIG. 1 is a perspective view of an intravenous catheter of the present invention in combination with a catheter insertion device. Figure 2 shows the catheter in Figure 1 in line 2.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line -2. FIG. 3 is a diagram comparing the swelling speed of the catheter of the present invention with that of a catheter according to the prior art. FIG. 4 is a comparison of the change in inner diameter of catheters of the present invention and prior art catheters as a function of time.
Claims (1)
るポリウレタンのチユーブを含んでなり、 このとき前記ポリウレタンが25〜60%のハード
セグメントを有していて、且つジイソシアネー
ト、少なくとも50%のポリエチレンオキシドグリ
コールを含むポリグリコール成分、及び連鎖延長
剤から得られる反応生成物を含み、そして前記チ
ユーブは、水性液体と接触すると、前記水性液体
を自重の約10〜200%吸収して膨張し、これによ
つて前記チユーブの内径が約5〜75%増大する、
溶融押出カテーテル。 2 前記ジイソシアネートが、4,4′−ジフエニ
ルメタンジイソシアネート、3,3′−ジフエニル
メタンジイソシアネート、イソホロンジイソシア
ネート、及びヘキサメチレンジイソシアネートか
らなる群から選ばれる、請求項1記載のカテーテ
ル。 3 前記連鎖延長剤が、1,4−ブタンジオー
ル、エチレングリコール、ジエチレングリコー
ル、トリエチレングリコール、1,2−プロパン
ジオール、1,3−プロパンジオール、1,6−
ヘキサンジオール、1,4−ビス−ヒドロキシメ
チルシクロヘキサン、ヒドロキノンジヒドロキシ
エチルエーテル、エタノールアミン、エチレンジ
アミン、及びヘキサメチレンジアミンからなる群
から選ばれる、請求項1記載のカテーテル。 4 熱可塑性エラストマーである前記親水性ポリ
ウレタンが、ポリプロピレンオキシドグリコー
ル、ポリテトラメチレンオキシドグリコール、及
びシリコーングリコールからなる群から選ばれる
ポリグリコールをさらに含む、請求項1記載のカ
テーテル。 5 抗感染薬、放射線不透過剤、及び抗血栓薬か
らなる群から選ばれる薬剤をさらに含む、請求項
1記載のカテーテル。 6 前記親水性ポリウレタンによつて封入された
剛性付与用ポリウレタンのストライプをさらに含
み、このとき前記剛性付与用ポリウレタンが、少
なくとも50%のハードセグメント含量を有するポ
リウレタン及び10%以下の吸水量を有するポリウ
レタンからなる群から選ばれる、請求項1記載の
カテーテル。 7 実質的に親水性の熱可塑性エラストマーであ
るポリウレタンのチユーブを含んでなり、 このとき前記ポリウレタンが、ジイソシアネー
ト、ポリエチレンオキシドグリコール、及び連鎖
延長剤から得られる反応生成物を含み、そして前
記チユーブは、水性液体と接触すると膨張する、
溶融押出カテーテル。 8 剛性付与用ポリウレタンのストライプを封入
していて、実質的に親水性の熱可塑性エラストマ
ーであるポリウレタンをベースとしたチユーブを
含んでなり、 このとき前記のベースポリウレタンが30〜45%
のハードセグメントを有していて、且つ4,4′−
ジフエニルメタンジイソシアネート、1,4−ブ
タンジオール、及び6000〜12000の分子量を有す
るポリエチレンオキシドから得られる反応生成物
を含み、そして前記チユーブは、水性液体と接触
すると、前記水性液体を自重の約50〜150%吸収
して膨張し、これによつて前記チユーブの内径が
約5〜50%増大する、溶融押出カテーテル。 9 前記剛性付与用ポリマーが50〜90%のハード
セグメント含量を有する、請求項8記載のカテー
テル。 10 前記剛性付与用ポリマーが10%以下の吸水
量を有する、請求項8記載のカテーテル。Claims: 1. A tube of polyurethane which is a substantially hydrophilic thermoplastic elastomer, wherein said polyurethane has 25 to 60% hard segments and at least 50% diisocyanate. and a reaction product obtained from a chain extender, and the tube expands upon contact with an aqueous liquid by absorbing about 10 to 200% of its own weight of the aqueous liquid. , thereby increasing the inner diameter of the tube by about 5-75%.
Melt extrusion catheter. 2. The catheter of claim 1, wherein the diisocyanate is selected from the group consisting of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-diphenylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate, and hexamethylene diisocyanate. 3 The chain extender is 1,4-butanediol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,6-
The catheter of claim 1 selected from the group consisting of hexanediol, 1,4-bis-hydroxymethylcyclohexane, hydroquinone dihydroxyethyl ether, ethanolamine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. 4. The catheter according to claim 1, wherein the hydrophilic polyurethane, which is a thermoplastic elastomer, further comprises a polyglycol selected from the group consisting of polypropylene oxide glycol, polytetramethylene oxide glycol, and silicone glycol. 5. The catheter of claim 1, further comprising an agent selected from the group consisting of an anti-infective agent, a radiopaque agent, and an antithrombotic agent. 6 further comprising stripes of stiffening polyurethane encapsulated by said hydrophilic polyurethane, wherein said stiffening polyurethane comprises a polyurethane having a hard segment content of at least 50% and a polyurethane having a water absorption of 10% or less. 2. The catheter of claim 1, wherein the catheter is selected from the group consisting of: 7 comprising a tube of polyurethane, a substantially hydrophilic thermoplastic elastomer, wherein said polyurethane comprises a reaction product obtained from a diisocyanate, a polyethylene oxide glycol, and a chain extender, and said tube comprises: expands when in contact with aqueous liquids,
Melt extrusion catheter. 8 Comprising a tube based on polyurethane, which is a substantially hydrophilic thermoplastic elastomer, encapsulating a stripe of stiffening polyurethane, wherein said base polyurethane accounts for 30 to 45%.
has a hard segment of 4,4'-
The tube contains a reaction product obtained from diphenylmethane diisocyanate, 1,4-butanediol, and polyethylene oxide having a molecular weight of 6,000 to 12,000, and said tube, when in contact with an aqueous liquid, transfers said aqueous liquid to about 50% of its own weight. A melt-extruded catheter that absorbs and expands by ~150%, thereby increasing the inner diameter of the tube by about 5-50%. 9. The catheter of claim 8, wherein the stiffening polymer has a hard segment content of 50-90%. 10. The catheter of claim 8, wherein the stiffening polymer has a water absorption of 10% or less.
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US07/499,154 US5061254A (en) | 1989-06-21 | 1990-03-26 | Thermoplastic elastomeric hydrophilic polyetherurethane expandable catheter |
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JPS61171761A (en) * | 1984-12-07 | 1986-08-02 | ワ−ナ−−ランバ−ト・コンパニ− | Thermoplastic polyurethane anti-coagulant alloy coating |
JPS62161380A (en) * | 1985-10-17 | 1987-07-17 | メンロ ケア インコ−ポレ−テツド | Catheter assembly |
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- 1990-06-21 JP JP2163972A patent/JPH03275068A/en active Granted
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0084960A1 (en) * | 1982-01-27 | 1983-08-03 | Avvari Rangaswamy | Epistaxis sponge |
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Also Published As
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IE902200A1 (en) | 1991-10-09 |
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