特許 5764062 高潤滑性摺動部材およびそれを用いた人工関節

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5764062

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】高潤滑性摺動部材およびそれを用いた人工関節

(51)【国際特許分類】

   A61L 27/00 20060101AFI20150723BHJP

   A61F 2/34 20060101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   A61L27/00 F

   A61F2/34

【請求項の数】12

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-527690(P2011-527690)

(86)(22)【出願日】2010年8月18日

(86)【国際出願番号】JP2010063929

(87)【国際公開番号】WO2011021642

(87)【国際公開日】20110224

【審査請求日】2013年7月8日

(31)【優先権主張番号】特願2009-190852(P2009-190852)

(32)【優先日】2009年8月20日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】504418084

【氏名又は名称】京セラメディカル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100068526

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 恭生

(74)【代理人】

【識別番号】100138863

【弁理士】

【氏名又は名称】言上 惠一

(74)【代理人】

【識別番号】100156085

【弁理士】

【氏名又は名称】新免 勝利

(72)【発明者】

【氏名】京本 政之

(72)【発明者】

【氏名】石原 一彦

【審査官】 牧野 晃久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２０２９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５４７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０１３９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１０６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５３０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００１／００５８５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０５８８４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０７４２３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５２８１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 KYOMOTO,M. et al，ACS Applied Materials & Interfaces，２００９年 ２月１６日，Vol.1, No.3，pp.537-542

【文献】 E.P.J. Watters et al.，Chemical Engineering Journal，２００５年 ９月 １日，Vol.112, Nos.1-3，pp.137-144

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｌ ２７／００

Ａ６１Ｆ ２／００− ２／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含む１．４ｇ／ｃｍ^３以上の層の密度のグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有する、ポリマー摺動材料であって、
ポリマー基材（Ａ）の平均表面粗さ（Ｒａ）が０．０２μｍ以下である、ポリマー摺動材料。

【請求項2】

被覆層（Ｂ）の水に対する静的接触角が１５°以下である、請求項１に記載のポリマー摺動材料。

【請求項3】

被覆層（Ｂ）の厚さが、１０〜２００ｎｍである、請求項１または２に記載されたポリマー摺動材料。

【請求項4】

ポリマー基材（Ａ）が芳香族ケトンを含むポリマー基材である、請求項１〜３のいずれか１つに記載されたポリマー摺動材料。

【請求項5】

ポリマー基材（Ａ）が、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、およびポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）からなる群から選ばれるポリマー、もしくは上記群のポリマーからの少なくとも２種のポリマーを複合化した複合化ポリマー、または、上記ポリマーおよび上記複合化ポリマーの群から選ばれるポリマーをマトリックスとする繊維強化ポリマーのいずれかである、請求項４に記載されたポリマー摺動材料。

【請求項6】

ホスホリルコリン基を有するグラフトポリマー層が、ホスホリルコリン基を有する（メタ）アクリレートモノマーからの構成単位を有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載されたポリマー摺動材料。

【請求項7】

ホスホリルコリン基を有する（メタ）アクリレートモノマーが、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）である、請求項６に記載されたポリマー摺動材料。

【請求項8】

グラフトポリマー層が、重合開始剤を含むことなく光照射による表面グラフト重合によって形成されたものである、請求項１〜７のいずれかに記載されたポリマー摺動材料。

【請求項9】

表面グラフト重合が、ホスホリルコリン基を有するモノマー（Ｃ）を含む反応系にポリマー基材（Ａ）を浸漬し、ポリマー基材（Ａ）に対して光を照射してポリマー基材（Ａ）の表面からモノマーのグラフト重合を行なう、請求項８に記載されたポリマー摺動材料。

【請求項10】

照射する光の波長が、１０〜４００ｎｍの範囲である、請求項８または９に記載されたポリマー摺動材料。

【請求項11】

請求項１〜１０のいずれか１つに記載されたポリマー摺動材料からなる、人工関節部材。

【請求項12】

ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含む１．４ｇ／ｃｍ^３以上の層の密度のグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有するポリマー摺動材料の製造方法であって、
製造方法が、
ｉ）ホスホリルコリン基を有するモノマー（Ｃ）をモノマー濃度０．１〜２．００ ｍｏｌ／Ｌの範囲で含む反応系にポリマー基材（Ａ）を浸漬する工程、および
ｉｉ）ポリマー基材（Ａ）に対して波長が１０〜４００ｎｍの範囲にある光を１．０〜１０．０ ｍＷ/ｃｍ^２の範囲の強度で照射して、ポリマー基材（Ａ）の表面からモノマー（Ｃ）をグラフト重合させる工程、
を含んでなり、
ポリマー基材（Ａ）の平均表面粗さ（Ｒａ）が０．０２μｍ以下である、ポリマー摺動材料の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医療材料およびその製造方法に関するものであり、特に、人の関節を補綴するための人工関節に用いられる摺動部材およびその製造方法に関するものである。摺動部位の潤滑状態を長期間にわたり維持することのできる摺動部材に関するものであり、特に、人工関節用高分子材料およびそれを用いた人工関節に関するものである。

【背景技術】

【0002】

人工股関節、人工膝関節等の人工関節の構成部材として、従来は、ポリエチレン（主として超高分子量ポリエチレン、以下、ＰＥと称する）が一般に使用されていた。しかし、人工関節が生体内で使用されるとき、摩擦運動により生じるＰＥの摩耗粉は、骨の融解（osteolysis）を誘発する傾向があった。骨の融解が起こると、人工関節と骨の固着力が弱まる、いわゆるルーズニング生じ、そのルーズニングは人工関節置換術の合併症として大きな問題となっていた。前記ＰＥの通常の摩耗量は、年間０．１〜０．２ｍｍ程度であり、人工関節置換術を施術後のしばらくの間（例えば、数年程度の間）は問題ない。しかし、５年程経過すると前記ルーズニングの程度が顕著になるので、人工関節を取り替える再手術を行う必要が生じ、患者にとって大きな負担となっていた。

【0003】

また、人工股関節においては、可動域の増大、脱臼の防止を目的として、骨頭の大径化が進んでいる。カップが臼蓋側に納まる大きさには制約があるため、骨頭が大径化したことに対応して、ＰＥ製の臼蓋カップの厚さは薄くすることが求められた。しかし、耐摩耗特性、耐変形特性および耐破壊特性などの観点によって、臼蓋カップの厚さを薄くすることには限界があった。

【0004】

人工関節の用途として、ＰＥの代替材料についても盛んに研究されており、耐変形特性および耐破壊特性に優れるエンジニアリングプラスティックであるポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと称する）は、その一つである。ＰＥＥＫ自体の耐摩耗特性は十分でなく、ＰＥＥＫに炭素繊維を複合化することによってその特性の向上が図られている。しかしながら、硬質な炭素繊維は組み合わされる骨頭を傷つける可能性もあるため、人工関節用として十分な特性のＰＥＥＫ材料は得られていなかった。

【0005】

また、ＰＥの表面に被覆層を形成して、摺動部表面の摺動特性を向上させることも研究されている。例えば、人工関節などのように、優れた摺動特性を要求される医療用器具の表面に、アリルアミンとホスホリルコリン類似基を有するランダム共重合体の皮膜を固定して、生体適合性や表面潤滑性を付与することが知られている（特許文献１）。

【0006】

特に、ＰＥで形成した人工関節の摺動表面に、ホスホリルコリン基を有する重合性モノマー、例えば、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）をグラフト重合すると、人工関節の摩耗を抑える効果が高く、従来よりも摩耗粉の発生を抑制できる高分子材料製人工関節部材が得られる（特許文献２）。

【0007】

特許文献２の方法によって製造されるＭＰＣポリマーは理想的な生体適合性表面を形成するための材料として有用であるが、生成物を生体適合材料として用いる場合には、グラフト重合反応を行った後の基材表面およびグラフトポリマー層に重合開始剤が残存しないことが望ましい。従って、特許文献２に示す方法では、グラフト重合反応を行った後に、残存する重合開始剤を基材表面およびグラフトポリマー層から取り除く必要があるという問題があった。

【0008】

特許文献２の方法は、次のスキーム１によって示される：

【0009】

【化1】

（スキーム１）

【0010】

特許文献３は、ガンマ線などの放射線を用いる、重合開始剤を使用しない方法を開示しているが、基材およびモノマーの両者からラジカルを発生させるため、グラフト重合において十分なグラフト密度が得られず、更に、ガンマ線などの放射線は基材の内部まで貫通し得るため、基材の内部において不必要なまたは所望しない分子切断が生じたりして、基材の劣化または脆化を引き起こし得るという問題もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】国際公開第０１／０５８５５号パンフレット

【特許文献2】特開２００３−３１０６４９号公報

【特許文献3】特開２００８−５３０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

そこで、本願発明は、上記問題点を解決することを課題とする。すなわち、本発明は、高潤滑性、生体適合性を備えた耐久性に優れたポリマー摺動材料および該ポリマー摺動材料の製造方法の提供、ならびに該ポリマー摺動材料からなる人工関節部材および該人工関節部材を用いる抗脱臼性を兼ね備えた人工関節の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、驚くべきことに、
ｉ）ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含むグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有するポリマー摺動材料において、グラフト層の密度が所定の値以上になると被覆層の摩擦係数が急激に低減すること、
ｉｉ）この現象はまた、被覆層（Ｂ）の親水性の指標である被覆層（Ｂ）上の水に対する静的接触角が所定の値以下になると被覆層（Ｂ）の摩擦係数が急激に低減することと対応していること、および、
ｉｉｉ）摩擦係数の低減の度合いは、ポリマー基材（Ａ）の表面粗さの程度に関係し、平均表面粗さ（Ｒａ値）が所定の値以下になると摩擦係数および静的接触角の減少が顕著になることを発見し、本発明に到達した。

【0014】

すなわち、本発明は、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含む１．４ｇ／ｃｍ^３以上の密度のグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有する、ポリマー摺動材料に関する。

【0015】

本発明はまた、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含むグラフトポリマー層からなり、水に対する静的接触角が１５°以下の被覆層（Ｂ）を有する、ポリマー摺動材料に関する。

【0016】

本発明はまた、前記本発明で得られるポリマー摺動材料からなる人工関節部材に関する。

【0017】

本発明はまた、前記人工関節部材を有してなる人工関節に関する。

【0018】

本発明はまた、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含むグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有するポリマー摺動材料の製造方法であって、
ｉ）ホスホリルコリン基を有するモノマー（Ｃ）を含む反応系にポリマー基材（Ａ）を浸漬する工程、および
ｉｉ）ポリマー基材（Ａ）に対して光を照射して、ポリマー基材（Ａ）の表面からモノマー（Ｃ）をグラフト重合させる工程、
を含んでなるポリマー摺動材料の製造方法に関する。

【発明の効果】

【0019】

本発明は、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、生体適合性および親水性を有するホスホリルコリン基を含む１．４ｇ／ｃｍ^３以上の高密度のグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有するポリマー摺動材料を提供する。それ故に、本発明のポリマー摺動材料は従来にない高い潤滑性を発揮し、しかも、長期間にわたって耐摩耗性を維持できるという耐久性に優れている。本発明の被覆層（Ｂ）は、水に対する静的接触角が１５°以下という高い親水性表面を有するため、従来のポリマー摺動材料に比して顕著な摩擦係数の低減を示し、優れた耐摩耗性を有する摺動材料を提供する。特に、本発明は、ポリマー基材（Ａ）の表面粗さが平均表面粗さ０．０２μｍ以下という平滑性を有する場合に被覆層（Ｂ）の摩擦係数の低減が顕著である。本発明はまた、これらの摺動材料を用いたポリマー摺動部材、及び該ポリマー摺動部材を用いた人工関節を提供する。本発明の人工関節は、ポリマー基材の厚さを比較的薄く設定した場合であっても、十分な耐摩耗特性、荷重支持性および耐破壊特性を達成して、耐久性が優れた、より小さいポリマー基材の厚さのポリマー摺動部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、グラフト層の密度（Ｇｒａｆｔ ｌａｙｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ）と摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）との関係を示す（実施例１〜５、比較例１〜６）。

【図2】図２は、水の静的接触角（Ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ）と摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）との関係を示す（実施例１〜５、比較例１〜６）。

【図3】図３は、ポリマー基材（Ａ）ＰＥＥＫの表面粗さ（平均表面粗さ：Ｒａ）と摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）との関係を示す。

【図4】図４は、実施例１の構成を人工股関節に適用した例を示す模式図である。

【図5】図５は、実施例１の構成を人工股関節に適用し、その稼動域を計算した模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を実施するための形態を、より詳細に説明する。
一態様において、本発明のポリマー摺動材料は、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含む１．４ｇ／ｃｍ^３以上の密度のグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有する。
ホスホリルコリン基を含む層の密度が１．４ｇ／ｃｍ^３以上になると、被覆層（Ｂ）の摩擦係数が急激に低減するという効果が得られる。ホスホリルコリン基を含む層の密度は、好ましくは、１．５ｇ／ｃｍ^３以上、さらに好ましくは、２．０ｇ／ｃｍ^３以上である。

【0022】

ここで、本発明に係るグラフト重合における幹ポリマーはポリマー基材（Ａ）であり、グラフト（枝）はホスホリルコリン基を含むポリマーである。

【0023】

別の態様において、本発明のポリマー摺動材料は、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含むグラフトポリマー層からなり、水に対する静的接触角が１５°以下の被覆層（Ｂ）を有する。
被覆層（Ｂ）の水に対する静的接触角が１５°以下になると、被覆層（Ｂ）の摩擦係数が急激に低減するという効果が得られる。静的接触角は、好ましくは、１０°以下、より好ましくは８°以下である。

【0024】

他の態様において、本発明のポリマー摺動材料は、好ましくは、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含む１．４ｇ／ｃｍ^３以上の密度のグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有し、該被覆層（Ｂ）の水に対する静的接触角は１５°以下である。

【0025】

本発明に係るポリマー基材（Ａ）の表面粗さは、平均表面粗さ（Ｒａ）０．０２μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは、Ｒａ０．０１５μｍ以下、特に好ましくは、Ｒａ０．０１μｍ以下である。平均表面粗さ（Ｒａ）０．０２μｍ以下の場合に、摩擦係数の低下および親水性の向上が顕著になる。

【0026】

特に、本発明のポリマー摺動材料は、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含む１．４ｇ／ｃｍ^３以上の密度のグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有し、該被覆層（Ｂ）の水に対する静的接触角が１５°以下であり、グラフト重合するポリマー基材（Ａ）の表面粗さが平均表面粗さ０．０２μｍ以下であることが好ましい。

【0027】

本発明に係るポリマー基材（Ａ）は、芳香族ケトンを含むポリマー基材であることが好ましく、具体的には、ポリマー基材（Ａ）が、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、およびポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）からなる群から選ばれるポリマー、もしくは上記群のポリマーからの少なくとも２種のポリマーを複合化した複合化ポリマー、または、上記ポリマーおよび上記複合化ポリマーの群から選ばれるポリマーをマトリックスとする繊維強化ポリマーのいずれかであってよい。ポリマー基材（Ａ）は本発明に係るグラフト重合の幹ポリマーとなる。

【0028】

本発明に係るホスホリルコリン基を有するグラフトポリマー層は、ホスホリルコリン基を有するモノマーからの構成単位を有するものであり、これらのモノマーを例示すれば、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）、２−アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、４−メタクリロイルオキシブチルホスホリルコリン、６−メタクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、ω−メタクリロイルオキシエチレンホスホリルコリン、４−スチリルオキシブチルホスホリルコリン等が挙げられる。中でも、ホスホリルコリン基を有する（メタ）アクリレートモノマーからの構成単位を有することが好ましく、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）が特に好ましい。ホスホリルコリン基は生体膜の構成成分としてのリン脂質であり、生体適合性に優れるとともに、親水性および潤滑特性に優れるため、ＭＰＣからなる皮膜層（Ｂ）を有する本発明のポリマー摺動材料として好適である。ホスホリルコリン基含有ポリマーは、本発明に係るグラフト重合の枝（グラフト）ポリマーである。

【0029】

グラフトポリマー層は、重合開始剤を含むことなく光照射による表面グラフト重合によって形成されたものであることが好ましい。具体的には、表面グラフト重合が、ホスホリルコリン基を有するモノマー（Ｃ）を含む反応系にポリマー基材（Ａ）を浸漬し、ポリマー基材（Ａ）に対して光を照射してポリマー基材（Ａ）の表面からモノマーのグラフト重合を行って得られたものであることが好ましい。ここで照射する光の波長は、通常、１０〜４００ｎｍの範囲である。

【0030】

本発明は、前記本発明で得られるポリマー摺動材料からなる人工関節部材を提供する。特に、ポリマー基材（Ａ）が該人工関節部材の基部を構成し、該人工関節部材の少なくとも摺動面に被覆層（Ｂ）を有する人工関節部材が好ましい。さらに特別には、本発明は、組み合わせられる骨頭の直径が３２ｍｍ以上であり、且つ、ポリマー基材の厚みが３〜６ｍｍである人工関節部材が好ましい。本発明は、該人工関節部材を有してなる人工関節を提供する。

【0031】

本発明は、ケトン基を表面に有するポリマー基材（Ａ）の少なくとも一部の表面に、ホスホリルコリン基を含むグラフトポリマー層からなる被覆層（Ｂ）を有するポリマー摺動材料の製造方法を提供する。
好ましい実施態様において、
ｉ）ホスホリルコリン基を有するモノマー（Ｃ）をモノマー濃度０．１〜２．０ｍｏｌ／Ｌの範囲で含む反応系にポリマー基材（Ａ）を浸漬する工程、および
ｉｉ）ポリマー基材（Ａ）に対して波長が１０〜４００ｎｍの範囲にある光を１．０〜１０．０ｍＷ/ｃｍ^２の範囲の強度で照射して、ポリマー基材（Ａ）の表面からモノマー（Ｃ）をグラフト重合させる工程、
を含んでなるポリマー摺動材料の製造方法である。

【0032】

本発明のポリマー摺動材料の製造方法において、照射する光の波長は、１０〜４００ｎｍ、好ましくは、２００〜４００ｎｍ、より好ましくは、３００〜４００ｎｍの範囲であってよい。

【0033】

前記製造方法において、モノマー（Ｃ）の濃度は、好ましくは、０．２５〜１．０ｍｏｌ／Ｌ、より好ましくは、０．２５〜０．５０ｍｏｌ／Ｌの範囲であってよい。

【0034】

前記製造方法において、光の強度は、好ましくは１．５〜８．０ｍＷ/ｃｍ^２の、より好ましくは、４．０〜６．０ｍＷ/ｃｍ^２の範囲であってよい。

【0035】

前記製造方法において、グラフト重合を、重合開始剤を含むことなく行なうことが好ましい。重合開始剤を含まないために、重合開始剤の残渣に起因する、得られたポリマー摺動材料の劣化等の問題点を回避できる。

【0036】

前記製造方法において、光を照射して行なうグラフト重合の温度は、１０〜９０℃、好ましくは、２０〜８０℃、さらに好ましくは、５０〜７０℃の範囲であってよい。

【0037】

前記製造方法において、光を照射して行なうグラフト重合時間は、重合温度等他の条件にもよるが、通常２０分〜１０時間、好ましくは３０分〜５時間、より好ましくは４５分〜９０分間であってよい。

【0038】

前記製造方法において、好適な溶剤には、水ならびにアルコール類及びそのアルコール類の水溶液が挙げられる。使用する溶剤は、少なくともモノマーを溶解または分散させること、基材を侵食又は溶解しないこと、ならびに本発明のグラフト重合に悪影響を及ぼさないことという要件を満たす必要がある。

【0039】

本発明において、基材としてＰＥＥＫを使用し、ホスホリルコリン基を有する化合物として２−メタクロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）を使用した場合のグラフト反応の概略式を以下に図示する。

【0040】

【化2】

【0041】

前記製造方法において、ポリマー基材（Ａ）の表面の表面粗さが、平均表面粗さ（Ｒａ）０．０２μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、Ｒaが０．０１５μｍ以下、特に好ましくは、Ｒaが０．０１μｍ以下である。ポリマー基材（Ａ）の表面粗さが表面粗さ（Ｒａ）０．０２μｍ以下である場合に、摩擦係数の低下および親水性の向上が顕著になる。

【0042】

本発明に係るグラフトポリマー層は、重合開始剤を含むことなく光照射による表面グラフト重合によって形成されたものであることが好ましい。重合開始剤を含まないため、重合開始剤の残渣に起因するポリマー摺動材料の劣化等の問題を回避し得る。

【実施例】

【0043】

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0044】

[グラフト重合の確認]
ＰＥＥＫポリマー基材表面へのＭＰＣモノマーのグラフト重合の確認は、ｉ）ＦＴ−ＩＲ分析（日本分光株式会社製のＦＴ／ＩＲ６１５型器）によるＭＰＣに由来するＩＲ吸収ピーク（１０６０ｃｍ^−１，１７２０ｃｍ^−１）の存在、及びｉｉ）ＸＰＳ分析（ＫＲＡＴＯＳ ＡＮＡＬＹＴＩＣＡＬ社製のＡＸＩＳ−ＨＳｉ１６５型器）によるＭＰＣに由来するピーク（Ｐ−Ｏ結合）の存在、により行なった。

【0045】

[グラフト重合して得られたＭＰＣポリマー膜の厚さの測定]
グラフト重合して得られたＭＰＣポリマー膜の厚さを、以下のようにして測定した。測定に使用する試料をエポキシ樹脂に包埋し、四塩化ルテニウム染色した後、ウルトラミクロトームを用いて超薄切片を切り出した。観察には、日本電子製ＪＥＭ−１０１０型透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、加速電圧１００ｋＶとして行った。

【0046】

[グラフト層の密度の分析]
被覆層（Ｂ）の密度は、ポリマー基材（Ａ）の表面にホスホリルコリン基含有モノマーをグラフト重合した後の重量増加（ｇ）分を被覆層（Ｂ）の重量と見做し、その値を、上記方法によって測定した被覆層（Ｂ）の膜厚とポリマー（Ａ）の表面積とから得られる被覆層（Ｂ）の体積（ｃｍ^３）で除して求めた。重量増加は、精密天秤（Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ ＡＧ製のＳａｒｔｏｒｉｕｓ Ｓｕｐｅｒｍｉｃｒｏ Ｓ４型器）によって測定した。

【0047】

[静的接触角の測定]
表面接触角測定装置（協和界面科学株式会社製のＤＭ３００型器）を用い、ＩＳＯ１５９８９規格に準拠して液適法にて測定した。すなわち、液滴量１μＬの純水を液滴化後、６０秒経過時点における接触角を測定して、「水に対する静的接触角」とした。

【0048】

[摩擦係数の測定]
被覆層（Ｂ）表面の摩擦係数は、新東科学株式会社製Ｐｉｎ−ｏｎ−ｐｌａｔｅ型摩擦試験機（トライボステーションＴｙｐｅ３２）を用い、０．９８Ｎの荷重、すべり速度５０ｍｍ／秒、すべり距離２５ｍｍ、１Ｈｚの往復周波数、室温、水潤滑環境条件にて、動摩擦係数を測定した。

【0049】

[表面粗さの測定]
ポリマー基材（Ａ）の表面粗さは、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１に準拠して、触針式表面粗さ計（ミツトヨ株式会社のＳｕｒｆｔｅｓｔ ＳＶ−３１００型器）によって平均表面粗さ（Ｒａ：μｍ）を測定した。

【0050】

実施例１
基材としてＰＥＥＫを用い、モノマーとしてＭＰＣを用い、モノマーを懸濁させる溶剤として水を用いた。

【0051】

まず、基材として使用するＰＥＥＫ試料（縦１０ｃｍ×横１ｃｍ×厚み０．３ｃｍ、重量３．９ｇ：ＶＩＣＴＲＥＸ社製、商品名４５０Ｇ）を、エタノール超音波洗浄に付して、表面を清浄化した。これとは別に、ＭＰＣの０．５ｍｏｌ／Ｌ水溶液を調製した。石英ガラス製容器の中に、前記調製したＭＰＣ水溶液の１５ｍＬを入れた。

【0052】

前記ＭＰＣ水溶液の温度を６０℃に保持しながら、ＭＰＣ水溶液の中にＰＥＥＫ試料を浸漬した。該ＰＥＥＫ試料に対して波長３００〜４００ｎｍの紫外線を９０分の時間で照射して、グラフト重合反応を行わせた。紫外線を照射した後、ＰＥＥＫ試料をＭＰＣ水溶液から引き上げ、純水を用いて十分に濯いで、乾燥させて、ポリマー摺動材料を得た。

【0053】

実施例２ 実施例１における紫外線の照射時間を４５分とする以外は、実施例１と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0054】

実施例３
実施例１における紫外線の照射時間を２３分とする以外は、実施例１と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0055】

実施例４
実施例１におけるＭＰＣの濃度を０．２５ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0056】

実施例５
実施例１におけるＭＰＣの濃度を０．２５ｍｏｌ／Ｌ、紫外線の照射時間を４５分とする以外は、実施例１と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0057】

比較例１
実施例１における紫外線の照射時間を１０分とする以外は、実施例１と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0058】

比較例２
実施例１における紫外線の照射時間を５分とする以外は、実施例１と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0059】

比較例３
実施例４におけるＭＰＣの濃度を０．２５ｍｏｌ／Ｌ、紫外線の照射時間を２３分とする以外は、実施例４と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0060】

比較例４
実施例４におけるＭＰＣの濃度を０．２５ｍｏｌ／Ｌ、紫外線の照射時間を１０分とする以外は、実施例４と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0061】

比較例５
実施例４におけるＭＰＣの濃度を０．２５ｍｏｌ／Ｌ、紫外線の照射時間を５分とする以外は、実施例４と同様の操作を行って、ポリマー摺動材料を得た。

【0062】

以上の実施例１〜５、および比較例１〜５で得られた各ポリマー摺動材料に付いて、グラフト密度、接触角、および摩擦係数を測定した。得られた結果を、図１（グラフト層の密度と摩擦係数の相関）および図２（水の静的接触角と摩擦係数の相関）に示した。グラフト層の密度１．４ｇ／ｃｍ^３を境界として、グラフト層の密度の増加と共に摩擦係数が急激に低減すること（図１）、および、接触角１５°を境界として、接触角の減少と共に摩擦係数が急激に低減すること（図２）が判る。

【0063】

実施例６
実施例１において、ＰＥＥＫの表面粗さがＲａ＜０．０１μｍのポリマー基材を用いる以外は、実施例１と同様の操作を行なって、ポリマー摺動材料を得た。

【0064】

比較例６
実施例１において、ＰＥＥＫの表面粗さがＲａ＜２μｍのポリマー基材を用いる以外は、実施例１と同様の操作を行なって、ポリマー摺動材料を得た。

【0065】

実施例６および比較例６で得られたポリマー摺動材料の摩擦係数を測定し、各々を、グラフト処理をする前のＰＥＥＫの摩擦係数と対比した。結果を図３に示すとおり、ＭＰＣポリマーでのグラフト処理による摩擦係数の低減効果は、表面粗さの小さいＰＥＥＫで大きいことが判る。

【0066】

図４に、本願の人工関節部材を用いて作製した人工関節の一種である人工股関節１の模式図を示す。人工股関節１は、寛骨９３の臼蓋９４に固定される摺動部材（臼蓋カップ）１０と、大腿骨９１の近位端に固定される大腿骨ステム２０とから構成されている。臼蓋カップ１０は、ほぼ半球状の臼蓋固定面１４とほぼ半球状にくぼんだ摺動面１６とを有するカップ基材１２と、摺動面１６に被覆された被覆層３０を有している。臼蓋カップ１０の摺動面１６に大腿骨ステム２０の骨頭２２を嵌め込んで摺動させることにより、股関節として機能する。

【0067】

実施例１に従って、カップ基材１２としてＰＥＥＫを用い、モノマーとしてＭＰＣを用いて、カップ基材１２の摺動面１６となる表面にＭＰＣの被覆層３０をグラフト重合によって形成した。この人工股関節では、被覆層３０の厚みを好ましくは５０〜２００ｎｍ、カップ基材１２の厚さを好ましくは３〜６ｍｍ、骨頭２２の直径を好ましくは４０〜４８ｍｍとしても、良好な摺動性と、可動性（抗脱臼性）とを達成することができた。

【0068】

図５に、本願の人工関節部材を用いて作製した人工関節の可動域の模式図を示す。図５（ａ）は、カップ基材の厚さを１３ｍｍとした場合に、適切に対応させ得る骨頭の最大直径として２６ｍｍを採用した例を示しており、図５（ｂ）は、カップ基材の厚さを１０ｍｍとした場合に、適切に対応させ得る骨頭の最大直径として３２ｍｍを採用した例を示しており、図５（ｃ）は、カップ基材の厚さを６ｍｍとした場合に、適切に対応させ得る骨頭の最大直径として４０ｍｍを採用した例を示している。

【0069】

図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）の順に、カップ基材の厚さが薄くなり、骨頭の直径が大きくなっており、これにともなって人工関節の可動域が大きくなっていることが認められた。具体的には、カップ基材の厚さが１３ｍｍであり、骨頭の直径が２６ｍｍである従来の人工関節に対応する図５（ａ）の例では、可動域は１３１°であった。本願の発明の一例である図５（ｂ）の場合には、カップ基材の厚さを１０ｍｍとし、骨頭の直径を３２ｍｍとすることができ、この場合の可動域は１４０°であった。本願の発明のもう１つの例である図５（ｃ）の場合には、カップ基材の厚さを６ｍｍとし、骨頭の直径を４０ｍｍとすることができ、この場合の可動域は１４３°であった。人工関節の可動域が大きくなるということは、その人工関節が、脱臼を生じにくい構造であることを意味する。従来は、ＰＥを基材として用いるため、その強度面での制約からカップ基材の厚さを１０ｍｍ以上にする必要があった。しかしながら、本願の発明のように、ＰＥＥＫ等の高強度ポリマーを基材とすることによって、３〜６ｍｍの厚さのカップであっても設計することができ、また、強度面での十分な安全性を確保することもできる。

【0070】

このことから、ケトン基を表面に有するポリマー基材の表面において、アクリレート等のビニル基およびホスホリルコリン基を有するモノマーを光照射によってグラフト重合させることができ、それによって作製された人工関節部材の表面は、低い水に対する接触角、低い動摩擦係数を示すことが認められた。また、それらの人工関節部材を用いて作製された人工関節は、広い可動域を持つ構造となりうることが認められた。従って、本願の発明に係るポリマー摺動部材を適用することによって、高潤滑性、生体適合性、抗脱臼性を兼ね備えた人工関節を提供することができる。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明のポリマー摺動材料は、人工関節部材に適用することに好適である。本発明の人工関節部材は、人工関節に適用することに好適である。本発明の人工関節部材を用いて作製した臼蓋カップは、臼蓋カップ自体の厚さを薄くできるので、従来適応とされなかった骨頭サイズを使用可能にし得る。従って可動域が増大し、脱臼防止に有用な人工関節を提供することができ、医療産業上の利用価値も高い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】