本发明涉及生物体成分附着抑制材料、和具有其的血液净化器。
背景技术:
以往的医疗材料对于生物体成分而言被识别为异物,引起血小板、蛋白质的附着,进一步引起生物体反应,成为严重的问题。此外,以往的人工肾脏用模块等血液净化器中,因血小板、蛋白质在血液净化器中的材料表面上附着,引发分级性能、透水性能的降低。特别地,在用于治疗急性肾功能衰竭的连续肾脏替代式血液净化器中,需要连续使用1天至数天。因此,重要的是抑制血小板、蛋白质的附着、能够耐受长时间使用的规格。
此外,针对除了医疗材料之外的情况,在例如抗体提纯等中使用的分离用材料中,因抗体在分离材料表面上的附着,存在回收率降低的课题。针对所述问题,迄今尝试了通过将医疗材料的表面亲水化而解决,进行了各种各样的研究。
专利文献1中,公开了聚砜系高分子,其中,通过将作为亲水性高分子的聚乙烯基吡咯烷酮在制膜原液的阶段混合并成型,从而对膜赋予亲水性,抑制了污脏。
专利文献2中,公开了聚砜系高分子的分离膜,其中,与聚乙烯基吡咯烷酮等亲水性高分子溶液接触后,通过放射线交联而形成不溶化的覆膜层。
专利文献3和4中,公开了聚砜系高分子的分离膜,其中,将乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物固定于表面上。
进一步,专利文献5中,公开了聚砜系高分子的分离膜,其中,将脂溶性维生素和聚(甲基丙烯酸2-羟基烷基酯)固定于表面上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特公平2-18695号公报
专利文献2:日本特开平6-238139号公报
专利文献3:日本特开2010-104984号公报
专利文献4:日本特开2011-173115号公报
专利文献5:国际公开2013/015046号公报。
技术实现要素:
发明所要解决的课题
然而,专利文献1和2中记载的方法中,聚乙烯基吡咯烷酮等亲水性高分子与作为疏水性高分子的聚砜系高分子的相互作用弱,因此难以形成覆膜层。因此,在该方法中为了对表面赋予亲水性,需要在制膜原液中大量使用亲水性高分子、或者需要限定为与成为基材的高分子具有相容性的亲水性高分子。
另一方面,专利文献3和4中记载的方法中,通过乙酸乙烯酯单元与疏水性的基材发生相互作用,共聚物的导入效率提高,能够高效地进行亲水化,但使用作为市售高分子的乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物,完全没有研究适合于抑制血小板、蛋白质的附着的结构设计。实际上,本发明人针对专利文献3和4中记载的方法来制作医疗材料时,发现该医疗材料如果长时间与血液等接触,则血小板、蛋白质附着。
专利文献5中记载的方法的目的在于提高抗氧化性能,针对抗血栓性没有进行评价。进一步,在将医疗材料的表面进行亲水化时,重要的是高分子的配置、固定化等表面设计,关于这一点也完全没有记载。
因此,本发明的目的在于,提供即使与血液等接触也能够抑制血小板、蛋白质的附着的生物体成分附着抑制材料。
解决课题的手段
血液等中包含的蛋白质容易附着于疏水性表面,因此重要的是医疗材料的接触表面整体具有亲水性。其原因可以认为在于,因蛋白质靠近材料表面,导致蛋白质的高级结构发生变化,位于蛋白质内部的疏水性部位露出,所述疏水性部位与材料表面发生疏水性相互作用。
另一方面,已知用聚乙二醇、聚乙烯醇那样的亲水性高分子来覆盖医疗材料的接触表面的情况中,无法抑制蛋白质等附着。其理由可以认为在于,如果医疗材料的接触表面的亲水性过强,则蛋白质的结构变得不稳定,因此无法充分抑制蛋白质的附着。
本发明人等为了解决上述课题而进行深入研究的结果是,发现了显著抑制血小板、蛋白质的附着、即使长时间与血液等接触也能够使用的以下的生物体成分附着抑制材料、和使用该生物体成分附着抑制材料的血液净化器。
(1)生物体成分附着抑制材料,其包含在与生物体成分接触的表面上具有功能层的基材,所述功能层上固定有含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子;对前述功能层的表面用tof-sims装置进行组成分析时,检测到的饱和脂肪族单羧酸的离子信号的脂肪族链碳原子数为2~20,对前述功能层的表面进行xps测定时,存在源自酯基的峰。
(2)根据上述(1)所述的生物体成分附着抑制材料,其中,前述饱和脂肪族单羧酸的离子信号源自饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯均聚物或含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的共聚物,且所述生物体成分附着抑制材料具有抗血栓性。
(3)根据上述(1)或(2)所述的生物体成分附着抑制材料,其中,前述饱和脂肪族单羧酸的离子信号的脂肪族链碳原子数为2~9。
(4)根据上述(1)~(3)中任一项所述的生物体成分附着抑制材料,其中,对前述功能层的表面进行xps测定时,将源自碳的总峰面积记作100(原子数%)时的源自酯基的碳峰的面积百分数为0.5~25(原子数%)。
(5)根据上述(1)~(4)中任一项所述的生物体成分附着抑制材料,其中,对前述功能层的表面进行atr-ir测定时,在1711~1751cm-1的范围和1549~1620cm-1的范围两者中存在峰,前述1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o与前述1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率(ac=o/ac=c)的平均值为0.01~1.0。
(6)根据上述(5)所述的生物体成分附着抑制材料,其中,前述1549~1620cm-1的范围中存在的峰源自聚砜系高分子的芳族基团。
(7)根据上述(5)或(6)所述的生物体成分附着抑制材料,其中,对前述功能层的表面进行atr-ir测定时,在1617~1710cm-1的范围中存在峰。
(8)根据上述(7)所述的生物体成分附着抑制材料,其中,前述1617~1710cm-1的范围中存在的峰源自含有乙烯基吡咯烷酮单元、乙烯基己内酰胺单元、乙烯基乙酰胺单元或丙烯酰胺单元的亲水性聚合物的酰胺键。
(9)根据上述(1)~(8)中任一项所述的生物体成分附着抑制材料,其用于血液净化。
(10)血液净化器,其具有上述(1)~(9)中任一项所述的生物体成分附着抑制材料。
发明的效果
本发明的生物体成分附着抑制材料能够抑制血小板、蛋白质的附着。
具体实施方式
以下,针对本发明,详细说明。
本发明的生物体成分附着抑制材料包含在与生物体成分接触的表面上具有功能层的基材,所述功能层上固定有含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子,对上述功能层的表面用飞行时间型二次离子质谱(以下有时也称为tof-sims)装置进行组成分析时,检测到的饱和脂肪族单羧酸的离子信号的脂肪族链碳原子数为2~20,对上述功能层的表面进行xps测定时,存在源自酯基的峰。
“饱和脂肪族单羧酸”是指包含1个羧基和与该羧基的碳原子键合的饱和脂肪族烃基的物质,可以举出例如乙酸、丙酸、丁酸等。
“饱和脂肪族”是指碳-碳间的键全部由单键组成,是指不含芳族基团那样的多重键。
“脂肪族链碳原子数”是指羧酸的与羧基的碳原子键合的饱和脂肪族烃基的碳原子数。例如,脂肪族链碳原子数为1是指乙酸,脂肪族链碳原子数为2是指丙酸。如果上述脂肪族链碳原子数少,则饱和脂肪族单羧酸缺乏运动性,蛋白质、血小板变得容易附着。另一方面,如果上述脂肪族链碳原子数多,则饱和脂肪族单羧酸的疏水性变高,与血小板、蛋白质的疏水性相互作用变大。其结果是,血小板、蛋白质附着。因此,本发明的生物体成分附着抑制材料中,前述饱和脂肪族单羧酸的离子信号的脂肪族链碳原子数为2~20、优选为2~9、更优选为2~5。
上述饱和脂肪族烃基可以不仅包含乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基等直链结构,还包含异丙基、叔丁基那样的支链结构;环丙基、环丁基那样的环状结构,进一步在脂肪族链内可以包含醚键、酯键等。但是,在末端具有磺酸基、羧基等阴离子性官能团的结构除外。其理由在于,脂肪族链末端的阴离子性官能团使血小板、蛋白质的结构变得不稳定,不仅引起在生物体成分附着抑制材料表面上的附着,而且还引起缓激肽活化、补体活化等不优选的生物体反应。从羧酸的制造成本的观点出发,上述饱和脂肪族烃基优选为直链结构或支链结构,更优选为直链结构。进一步,从羧酸的获取容易性和聚合的简便性的观点出发,上述饱和脂肪族烃基优选仅由碳原子和氢原子构成。
“生物体成分”是指糖、蛋白质、血小板等源自生物的物质。优选为血液、泪液、髄液等体液中包含的物质,其中,作为具有抗血栓性的生物体成分附着抑制材料,优选以血液中包含的物质作为对象。
“含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子”是指饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯均聚物或含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的共聚物。进一步,从材料的生物体成分附着抑制的观点出发,优选为含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的共聚物。应予说明,包括分支部分包含饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元、且主干部分包含其他单元的接枝共聚物等。
“固定”是指使高分子与基材化学地或物理地结合,作为其方法,可以举出例如利用放射线照射的交联固定。
“功能层”是指与血液等生物体成分接触的层。如果举出人工肾脏用中空纤维膜为例,则血液流动的中空纤维膜内侧成为功能层。
“基材”是指构成生物体成分附着抑制材料的成分之中体积含量最高的物质。
“生物体成分附着抑制材料”是指抑制在生物体成分的材料表面上的附着的材料。作为使用该材料的制品,可以举出体内埋置或体外循环中使用的医疗材料、糖蛋白、抗体的提纯中使用的分离用材料、测定体液中的成分的浓度等的分析用材料等。生物体成分附着抑制材料是指至少作为材料的一部分而包含基材的材料,包括单独的基材和在适当的补强材料上将基材固定化或混合而得到的物质。
“抗血栓性”是指抑制生物体成分之中的蛋白质、血小板的附着。
“医疗材料”是指主要与血液、体液中包含的生物体成分接触而使用的物质,可以举出例如平膜、中空纤维膜、管。并且,作为使用该医疗材料的制品,可以举出例如内藏了分离膜的人工肾脏模块或血浆分离器所代表的血液净化器、血液回路、血液保存包、导管、支架或接触式晶片等。
本发明的生物体成分附着抑制材料优选具有抗血栓性。所述情况中,本发明的生物体成分附着抑制材料从特别是血液、体液中包含的蛋白质、血小板的附着抑制优异的观点出发,优选为抗血栓性医疗材料。
本发明的生物体成分附着抑制材料中,前述饱和脂肪族单羧酸的离子信号优选源自饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯均聚物或含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的共聚物。即,上述饱和脂肪族单羧酸在生物体成分附着抑制材料的功能层的表面中,形成酯键,优选以饱和脂肪族单羧酸酯形式存在。羧基的亲水性高,使血小板、蛋白质的结构变得不稳定。另一方面,酯基由于亲水性和疏水性均不会过大,因此难以引起血小板、蛋白质的附着。本发明的生物体成分附着抑制材料中,优选前述饱和脂肪族单羧酸的离子信号源自饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯均聚物或含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的共聚物,所述生物体成分附着抑制材料具有抗血栓性。
通过组合利用上述tof-sims装置的组成分析和x射线光电子能谱法(xps)测定,能够针对上述饱和脂肪族单羧酸酯的最外表面10nm左右的配置进行解析。
首先,通过利用tof-sims装置的组成分析,检测源自上述饱和脂肪族单羧酸酯的羧酸离子的峰,因此通过其质量(m/z),明确了羧酸的结构。利用tof-sims装置的组成分析中,在超高真空中对试样表面照射脉冲化的离子(1次离子),从试样表面释放的离子(2次离子)获得恒定的运动能量,导入飞行时间型的质量分析仪。以相同能量被加速的2次离子各自以与质量对应的速度通过分析仪,但由于至检测器的距离为恒定,因此到达其的时间(飞行时间)是质量的函数,通过精密测量该飞行时间的分布,得到2次离子的质量分布、即质谱图。
例如,作为1次离子物种而使用bi3++,检测2次负离子时,m/z=59.02的峰相当于c2h3o2-、即乙酸(脂肪族链碳原子数:1)。此外,m/z=73.04的峰相当于c3h5o2-、即丙酸(脂肪族链碳原子数:2)。
利用tof-sims装置的组成分析的条件如下所述。
将测定区域设为200μm×200μm,1次离子加速电压设为30kv,脉冲宽度设为5.9nm。本分析手段中的检测深度为数nm以下。此时,相对于总2次离子强度的羧酸离子强度为0.4%以下时,判断为噪音,记作不存在羧酸离子。
进一步,xps测定中,源自酯基(coo)的碳的峰在chx、c-c的主峰(285ev附近)起+4.0~4.2ev处出现,因此可知上述羧酸形成酯键。作为xps的测定角度,使用在90°下测定的值。在测定角度为90°下测定时,检测从表面起的深度至约10nm为止的区域。此时,源自酯基的峰面积相对于源自碳的总峰面积的比例为0.4%以下时,判断为噪音,记作不存在酯基。
通过合并上述两个结果,可知在功能层的表面、即与生物体成分接触的表面上是否配置有饱和脂肪族单羧酸酯。
生物体成分附着抑制材料的功能层的表面的饱和脂肪族单羧酸酯量可以通过使用x射线光电子能谱法(xps)来测定源自酯基的碳量,从而求出。本发明的生物体成分附着抑制材料中,对前述功能层的表面进行xps测定时,将源自碳的总峰面积记作100(原子数%)时的源自酯基的碳峰的面积百分数优选为0.5~25(原子数%)。为了发挥抑制蛋白质、血小板的附着的效果,前述源自酯基的碳峰的面积百分数优选为0.5(原子数%)以上、更优选为1.0(原子数%)以上、进一步优选为1.5(原子数%)以上。另一方面,根据所使用的生物体成分附着抑制材料的种类而不同,但发现如果饱和脂肪族单羧酸酯量过多,则生物体成分附着抑制材料原本的性能降低。例如,人工肾脏等血液净化器中,如果高分子量过多,则分离性能降低,因此源自酯基的碳峰面积百分数优选为25(原子数%)以下、更优选为20(原子数%)以下、进一步优选为10(原子数%)以下。任意优选的下限值也可以与任意优选的上限值组合。
xps测定时,针对生物体成分附着抑制材料的功能层的表面的2个不同部位进行测定,使用该2个部位的值的平均值。源自酯基(coo)的碳的峰可以通过将在c1s的源自ch、c-c的主峰起+4.0~4.2ev处出现的峰进行分峰而求出。通过算出源自酯基的峰面积相对于源自碳的总峰面积的比例,求出源自酯基的碳量(原子数%)。更具体而言,c1s的峰由主要源自chx、c-c、c=c、c-s的成分、主要源自c-o、c-n的成分、源自π-π*卫星峰的成分、源自c=o的成分、源自coo的成分这5个成分而构成。对以上的5个成分进行分峰。源自coo的成分是在从chx、c-c的主峰(285ev附近)起+4.0~4.2ev处出现的峰。该各成分的峰面积比将小数第2位进行四舍五入而算出。
在此,上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子优选通过化学反应、交联反应而固定在基材上。其理由在于,防止生物体成分附着抑制材料表面与血液等生物体成分接触时上述高分子溶出。
作为固定上述饱和脂肪族单羧酸酯的方法,没有特别限定,可以举出例如将基材与羧酸混合、并在成型时缩合的方法;将基材浸渍于含有羧酸或羧酸酯的溶液中、并通过由放射线照射、热而引发的反应从而结合的方法。特别地,使用上述含有脂肪族链碳原子数为2以上且20以下的饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子的方法向生物体成分附着抑制材料中导入的效率良好,此外,容易配置于功能层的表面上,因此适合使用。
在此,“单元”是指将单体聚合而得到的均聚物或共聚物中的重复单元。例如,羧酸乙烯基酯单元是指将羧酸乙烯基酯单体聚合而得到的均聚物中的重复单元、或将羧酸乙烯酯单体共聚而得到的共聚物中的源自羧酸乙烯基酯单体的重复单元。
例如,对人工血管等中使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯的平膜浸渍高分子的水溶液,进行放射线照射,由此将高分子交联固定化。从抑制血小板的附着的观点出发,上述高分子的水溶液的浓度优选为0.01ppm以上、更优选为0.1ppm以上。血小板的附着数优选每4.3×103μm2面积为20个以下、更优选为10个以下。血小板附着数的测定可以通过后述方法而进行。此外,血液回路的情况中,优选在构成回路的管等中的主要是血液等所接触的内表面上固定高分子而使用。导管、支架等中,也可以考虑在主要是血液等所接触的(金属)材料的表面上固定高分子。
进一步,作为将上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子在基材表面上固定的方法,可以利用基于化学反应的共价键。例如,通过使基材表面的羟基、羧基、氨基、磺酸基、卤代烷基等反应性基团与在高分子的主链的末端、侧链上导入的反应性基团反应,从而实现。
作为在基材表面上导入反应性基团的方法,可以举出将具有反应性基团的单体聚合而得到在表面上具有反应性基团的基材的方法;在聚合后通过臭氧处理、等离子体处理而导入反应性基团的方法等。
作为在上述高分子的主链的末端上导入反应性基团的方法,可以举出例如使用2,2'-偶氮双[2-甲基-n-(2-羟基乙基)丙酰胺]、4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)那样的具有反应性基团的引发剂的方法等。
作为在上述高分子的侧链上导入反应性基团的方法,可以举出以不阻碍高分子的作用·功能的程度共聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸n-羟基丁二酰亚胺酯那样的具有反应性基团的单体的方法等。
上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子的数均分子量如果过小,则在生物体成分附着抑制材料的表面上固定的情况中有时无法充分发挥效果,有时难以抑制血小板、蛋白质的附着,因此优选为1,000以上、更优选为5,000以上。另一方面,针对高分子的数均分子量的上限没有特别限制,但如果数均分子量过大,则有时向生物体成分附着抑制材料表面上导入的效率降低,因此优选为1,000,000以下、更优选为500,000以下、进一步优选为100,000以下。应予说明,均聚物或共聚物的数均分子量如后述那样,可以通过凝胶渗透色谱(gpc)而测定。
作为饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯均聚物的具体例,可以举出聚丙酸乙烯酯、聚特戊酸乙烯酯、聚癸酸乙烯酯、聚甲氧基乙酸乙烯酯等,由于疏水性不会过强,因此优选为聚丙酸乙烯酯(脂肪族链碳原子数:2)、聚丁酸乙烯酯(脂肪族链碳原子数:3)、聚戊酸乙烯酯(脂肪族链碳原子数:4)、聚特戊酸乙烯酯(脂肪族链碳原子数:4)、聚己酸乙烯酯(脂肪族链碳原子数:5)。
作为与上述饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯共聚的单体,没有特别限定,可以举出例如甲基丙烯酸烷基酯系单体、丙烯酸烷基酯系单体、苯乙烯系单体等所代表的疏水性单体;乙烯醇单体、丙烯酰基吗啉单体、乙烯基吡啶系单体、乙烯基咪唑系单体、乙烯基吡咯烷酮单体等所代表的亲水性单体。此时,从控制共聚物整体的亲水性的观点出发,期望共聚亲水性单体。其中,从与具有羧基、磺酸基的单体相比亲水性不会过强、容易与疏水性单体取得平衡的观点出发,优选为具有酰胺键、醚键、酯键的单体。特别地,更优选为具有酰胺键的乙烯基乙酰胺单体、乙烯基吡咯烷酮单体、乙烯基己内酰胺单体。其中,乙烯基吡咯烷酮单体由于聚合物的毒性低,故而进一步优选。作为含有羧酸乙烯基酯的共聚物,可以举出例如乙烯醇/戊酸乙烯酯共聚物、乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯共聚物等。
在此,“亲水性单体”是指定义为其均聚物易溶于水的单体。在此,易溶于水是指相对于20℃的纯水100g的溶解度大于1g,优选为10g以上。
从生物体成分附着抑制材料的生物体成分附着抑制的观点出发,上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的共聚物整体中的上述饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的摩尔分数优选为10%以上且90%以下、更优选为20%以上且80%以下。如果上述摩尔分数过多,则共聚物整体的疏水性变大,蛋白质、血小板容易附着。另一方面,上述摩尔分数如果过少,则共聚物整体的亲水性变大,引起血小板、蛋白质的结构不稳定化·改性,有时导致附着。应予说明,上述摩尔分数的算出方法例如进行核磁共振(nmr)测定,由峰面积算出。由于峰彼此重叠的等理由而无法利用nmr测定来算出上述摩尔分数时,也可以通过元素分析而算出上述摩尔分数。
应予说明,以不阻碍上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的高分子的作用·功能的程度,可以共聚有其他单体、例如含有羟基、羧基、缩水甘油基那样的反应性基团的单体。
作为上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯的共聚物中的单元的排列,可以举出例如嵌段共聚物、交替共聚物或无规共聚物等。这些之中,从以共聚物整体计亲水性·疏水性的分布小的观点出发,优选为交替共聚物或无规共聚物。其中,从合成不复杂的观点出发,更优选为无规共聚物。应予说明,至少单体排列中的一部分无秩序地排布的共聚物记作无规共聚物。
上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子可以通过例如使用偶氮系引发剂的自由基聚合法所代表的链式聚合法而合成,但合成法不限于此。
上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子通过例如以下的制造方法而制造,但不限于该方法。
将饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单体与聚合溶剂和聚合引发剂混合,在氮气氛围下在规定温度下搅拌规定时间,同时混合,从而进行聚合反应。根据需要,可以使亲水性单体、疏水性单体一起共聚。将反应液冷却至室温而终止聚合反应,投入己烷等溶剂中。回收析出的沉淀物,减压干燥,由此可以得到含有羧酸乙烯基酯单元的高分子。
上述聚合反应的反应温度优选为30~150℃、更优选为50~100℃、进一步优选为70~80℃。
上述聚合反应的压力优选为常压。
上述聚合反应的反应时间根据反应温度等条件而适当选择,优选为1小时以上、更优选为3小时以上、进一步优选为5小时以上。如果反应时间短,则有时在高分子中容易残留大量的未反应单体。另一方面,反应时间优选为24小时以下、更优选为12小时以下。如果反应时间变长,则容易引起二聚体的生成等副反应,有时难以控制分子量。
上述聚合反应中使用的聚合溶剂只要是与单体相容的溶剂则没有特别限制,可以使用例如二氧杂环己烷或四氢呋喃等醚系溶剂、n,n-二甲基甲酰胺等酰胺系溶剂、二甲基亚砜等亚砜系溶剂、苯或甲苯等芳族烃系溶剂、甲醇、乙醇、异丙醇、戊醇或己醇等醇系溶剂或水等,但从毒性的观点出发,优选使用醇系溶剂或水。
作为上述聚合反应的聚合引发剂,使用例如光聚合引发剂、热聚合引发剂。可以使用产生自由基、阳离子、阴离子中任一者的聚合引发剂,但从不会引起单体的分解的观点出发,适合使用自由基聚合引发剂。作为自由基聚合引发剂,使用例如偶氮双异丁腈、偶氮双(二甲基戊腈)或偶氮双(异丁酸)二甲酯等偶氮系引发剂、或者过氧化氢、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物或过氧化二异丙苯等过氧化物引发剂。
聚合反应终止后,作为投入聚合反应溶液的溶剂,只要是高分子沉淀的溶剂则没有特别限制,可以使用例如戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷或癸烷等烃系溶剂、或者二甲基醚、乙基甲基醚、二乙基醚或二苯基醚等醚系溶剂。
作为本发明中的成为基材的高分子,没有特别限制,可以举出例如聚砜系高分子、聚苯乙烯、聚氨基甲酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或聚酯等。其中,从使生物体成分附着抑制材料保持充分的强度的观点出发,优选在成为基材的高分子中具有芳族基团。特别地,聚砜系高分子容易形成平膜、中空纤维膜,此外,容易涂布上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子,故而适合使用。
上述生物体成分附着抑制材料的功能层的表面中的含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子的固定化量还可以通过全反射红外分光法(atr-ir)而定量。应予说明,atr-ir中,能够测定从表面起至深度为数微米为止的组成分析。
上述生物体成分附着抑制材料的功能层的表面上包含含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子时,在1711~1751cm-1的范围中出现源自酯基c=o的红外吸收峰。此外,基材包含具有芳族基团的高分子时,在1549~1620cm-1的范围中出现源自芳族基团c=c的红外吸收峰。本发明的生物体成分附着抑制材料中,前述1549~1620cm-1的范围中存在的峰优选源自聚砜系高分子的芳族基团。针对聚砜系高分子是优选的理由,如后所述。
用atr-ir对含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子的表面固定化量进行定量时,在同一的生物体成分附着抑制材料的功能层的表面中的任意3个部位,测定1711~1751cm-1的源自酯基c=o的红外吸收峰面积(ac=o)相对于1549~1620cm-1的源自芳族基团c=c的红外吸收峰面积(ac=c)的比率(ac=o/ac=c),将其平均值记作高分子的表面固定化量。
本发明的生物体成分附着抑制材料中,对前述功能层的表面进行atr-ir测定时,在1711~1751cm-1的范围和1549~1620cm-1的范围两者中存在峰,前述1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o与前述1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率(ac=o/ac=c)的平均值优选为0.01~1.0。为了充分抑制蛋白质、血小板在生物体成分附着抑制材料上的附着,含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子的表面固定化量、即(ac=o/ac=c)的平均值优选为0.01以上、更优选为0.02以上、进一步优选为0.03以上。针对含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子的表面固定化量的上限,没有特别限制,但如果高分子的表面固定化量过多,则有时溶出物变多,因此优选为1.0以下、更优选为0.9以下、进一步优选为0.8以下。任意优选的下限值也可以与任意优选的上限值组合。但是,上述表面固定化量为0.005以下时,判断为噪音,记作不存在含有羧酸乙烯基酯单元的高分子。
作为上述具有芳族基团的高分子,可以举出聚砜系高分子、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺等。其中,聚砜系高分子容易形成平膜、中空纤维膜,此外,容易涂布上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子,故而适合使用。应予说明,上述方法是基材具有芳族基团的高分子时的定量方法,但基材由不同的原材料形成时,只要适当选择其他峰而算出即可。
上述具有芳族基团的基材一般而言疏水性高,因此有时使其含有亲水性聚合物。
上述亲水性聚合物从亲水性不会极高的方面出发,优选含有酰胺键。
作为含有酰胺键的亲水性聚合物,可以举出将例如乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基乙酰胺、丙烯酰胺或它们的衍生物进行(共)聚合而得到的亲水性聚合物。其中,从与聚砜系高分子等具有芳族基团的高分子的成型性·纺丝性好、形成中空纤维膜时还发挥造孔剂的作用的观点出发,适合使用将乙烯基吡咯烷酮聚合而得到的亲水性聚合物。
在此,“亲水性聚合物”是指定义为易溶于水的聚合物。在此,易溶于水是指相对于20℃的纯水100g的溶解度大于1g,优选为10g以上。
在生物体成分附着抑制材料的表面上存在含有酰胺键的亲水性聚合物可以通过atr-ir测定中在1617~1710cm-1的范围中观测到峰而确认。即,本发明的生物体成分附着抑制材料中,对前述功能层的表面进行atr-ir测定时,优选在1617~1710cm-1的范围中存在峰。此外,本发明的生物体成分附着抑制材料中,前述1617~1710cm-1的范围中存在的峰优选源自含有乙烯基吡咯烷酮单元、乙烯基己内酰胺单元、乙烯基乙酰胺单元或丙烯酰胺单元的亲水性聚合物的酰胺键。针对在1617~1710cm-1的范围中存在峰、即含有酰胺键、酰胺键源自上述各单元是优选的理由,如上所述。
对于生物体成分附着抑制材料的表面中的含有酰胺键的亲水性聚合物的存在量,在同一的生物体成分附着抑制材料的功能层的表面中的任意3个部位测定源自酰胺键的峰面积(an-c=o)与芳族基团的峰面积(ac=c)的比率(an-c=o/ac=c),将其平均值记作亲水性聚合物的存在量。亲水性聚合物的存在量、即(an-c=o/ac=c)的平均值优选为0.01以上、更优选为0.1以上、进一步优选为0.5以上。此外,上限未特别设定,但如果亲水性单元过多,则有时来自生物体成分附着抑制材料的表面的溶出物变多,因此亲水性聚合物的存在量(an-c=o/ac=c)的平均值优选为50以下、更优选为10以下、进一步优选为5以下。任意优选的下限值也可以与任意优选的上限值组合。但是,(an-c=o/ac=c)的平均值为0.005以下时,判断为噪音,记作不存在含有酰胺键的亲水性聚合物。
此外,本发明的血液净化器具有本发明的生物体成分附着抑制材料。
例如,作为形成生物体成分附着抑制材料的一个方式、即分离膜的一个成分,可以为了抑制血液成分的附着而在膜的表面(特别是与血液接触的情况多的内表面)上固定上述高分子,制成将所述分离膜内藏于壳体中而得到的分离膜模块。作为分离膜的形态,从血液净化的效率的观点出发,优选为中空纤维膜。
“血液净化用途”是指以去除血液中的废物、有害物质为目的而使用。
“血液净化器”是指使血液在体外循环并且至少部分具有以去除血液中的废物、有害物质为目的的医疗材料的制品,可以举出例如人工肾脏用模块、外毒素吸附柱等。
血液净化器如果是用于治疗慢性肾功能衰竭的人工肾脏模块,则为约4时间,如果是用于治疗急性肾功能衰竭的连续肾脏替代式血液过滤器,则为1天至数天,在长时间与血液接触的状态下使用。因此,因血小板、蛋白质的附着,发生分级性能、透水性能的降低。进一步,人工肾脏模块、连续肾脏替代式血液过滤器为了去除血液中的废物、有害物质,从中空纤维膜的内侧向外侧施加过滤,因此特别容易引起血小板、蛋白质的附着。
“分离膜”是指将血液、水溶液等要处理的液体中包含的特定物质通过吸附或物质的大小等而选择性地去除的膜。作为上述分离膜的制造方法,优选为例如在形成膜后涂布高分子的方法,使用将高分子制成溶液(优选为水溶液)而与膜的表面接触的方法。更具体而言,可以举出将高分子的溶液以规定流量流动的方法、在上述溶液中浸渍膜的方法。此外,还可以举出在向形成膜的原液中添加高分子并进行纺丝的方法中,有意识地设定条件以使得高分子集中于膜表面的方法。
上述分离膜的主原料优选为聚砜系高分子。在此,“聚砜系高分子”是指在主链上具有芳香环、磺酰基和醚基的高分子,可以举出例如聚砜、聚醚砜、聚芳基醚砜等。在此,“主原料”是指相对于聚砜系高分子整体包含90重量%以上的原料。
作为上述分离膜的主原料,可以适合使用例如下述式(1)和/或(2)的化学式所示的聚砜系高分子,但不限定于此。式中的n为1以上的整数,优选为30~100,更优选为50~80。应予说明,n具有分布时,将其平均值记作n。
[化1]
[式中,n表示1以上的整数]。
上述分离膜模块中能够使用的聚砜系高分子适合为仅由上述式(1)和/或(2)所示的重复单元组成的高分子,但在不妨碍本发明的效果的范围内,也可以为与除了源自上述式(1)和/或(2)所示的结构单元的单体之外的其他单体共聚而得到的共聚物、改性体。上述与其他单体共聚而得到的共聚物中的上述其他单体的共聚比率相对于聚砜系高分子整体优选为10重量%以下。
作为上述分离膜模块中能够使用的聚砜系高分子,可以举出例如ユーデルポリスルホンp-1700、p-3500(ソルベイ公司制)、ウルトラゾーン(注册商标)s3010、s6010(basf公司制)、ビクトレックス(住友化学株式会社制)、レーデル(注册商标)a(ソルベイ公司制)或ウルトラゾーン(注册商标)e(basf公司制)等聚砜系高分子。
作为制造上述分离膜模块的方法,根据其用途而存在各种各样的方法,但作为其一个方式,可以分为分离膜的制造步骤、和将该分离膜组装为模块的步骤。在分离膜模块的制造中,利用放射线照射的处理可以在将分离膜组装为模块的步骤前进行,也可以在将分离膜组装为模块的步骤后进行。本发明中的分离膜模块用于医疗时,在还能够同时进行灭菌的方面,优选在组装为模块的步骤后,作为利用放射线照射的处理而进行利用γ射线照射的处理。
针对血液净化器中使用的中空纤维膜模块的制造方法,示出一个例子。
作为血液净化器中内藏的中空纤维膜的制造方法,有例如下述方法。即,从双重环状头孔喷出使聚砜与聚乙烯基吡咯烷酮(重量比率优选为20:1~1:5、更优选为5:1~1:1)溶解于聚砜的良溶剂(优选为n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮或二氧杂环己烷等)和不良溶剂(优选为水、乙醇、甲醇或丙三醇等)的混合溶液中而得到的原液(浓度优选为10~30重量%、更优选为15~25重量%)时,在内侧流通注入液,导入使干式部分行进的后凝固浴。此时,干式部分的湿度造成影响,因此在干式部分行进的过程中从膜外表面进行水分补给,由此加速在外表面附近的相分离行为,孔径扩大,其结果是,还能够减少透析时的透过·扩散阻抗。但是,如果相对湿度过高,则在外表面的原液凝固处于支配地位,反而孔径变小,其结果是存在增大透析时的透过·扩散阻抗的倾向。因此,作为相对湿度,适合为60~90%。此外,作为注入液组成,从加工适应性出发,优选使用包含以原液中使用的溶剂为基础的组成的物质。作为注入液浓度,例如使用n,n-二甲基乙酰胺时,适合使用45~80重量%、更适合使用60~75重量%的水溶液。
在此,良溶剂是指在20℃下,成为对象的高分子溶解10重量%以上的溶剂。不良溶剂是指在20℃下,成为对象的高分子溶解低于10重量%的溶剂。
作为将中空纤维膜内藏于模块中的方法,没有特别限定,有例如下述方法。首先,将中空纤维膜裁切为所需的长度,捆扎所需根数后,装入筒状壳体中。其后,将两端预先加盖,向中空纤维膜两个端部加入灌封剂。此时,在用离心机旋转模块的同时加入灌封剂的方法由于均匀填充灌封剂,因此是优选的方法。灌封剂固化后,裁切两个端部以使得中空纤维膜的两端开口,得到中空纤维膜模块。
中空纤维膜的主原料中使用的聚砜系高分子总体而言疏水性强,因此如果直接用作中空纤维膜,则蛋白质等有机物容易附着。因此,适合使用在功能层的表面上固定了含有上述羧酸酯单元的高分子的中空纤维膜。特别地,从提高功能层的表面的亲水性的观点出发,适合使用共聚了上述亲水性单元的含有羧酸酯单元的高分子。作为向功能层的表面中导入高分子的方法,可以举出例如使溶解了高分子的溶液与模块内的中空纤维膜接触的方法;中空纤维膜纺丝时使包含高分子的注入液与中空纤维膜内侧接触的方法。
使溶解了上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子的水溶液在模块内的中空纤维膜中通液从而导入表面时,如果水溶液的高分子的浓度过小,则无法将充分量的高分子导入表面。因此,上述水溶液中的高分子浓度优选为10ppm以上、更优选为100ppm以上、进一步优选为300ppm以上。但是,如果水溶液的高分子的浓度过大,则存在来自模块的溶出物增加的担忧,因此上述水溶液中的高分子浓度优选为100,000ppm以下、更优选为10,000ppm以下。
应予说明,上述含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子未在水中溶解规定的浓度时,可以在不溶解中空纤维膜的有机溶剂、或者与水相容且不溶解中空纤维膜的有机溶剂和水的混合溶剂中,溶解高分子。作为上述有机溶剂或混合溶剂中能够使用的有机溶剂,可以举出例如甲醇、乙醇或丙醇等醇系溶剂,但不限于此。
此外,如果上述混合溶剂中的有机溶剂的比例变多,则中空纤维膜溶胀,有时强度降低。因此,上述混合溶剂中的有机溶剂的重量分数优选为60%以下、更优选为10%以下、进一步优选为1%以下。
进一步,从提高中空纤维膜整体的亲水性的观点出发,优选使聚砜系高分子和含有亲水性单元的高分子混合并纺丝。
上述生物体成分附着抑制材料为了防止所导入的含有羧酸乙烯基酯单元的高分子在使用时溶出,在将高分子导入表面后,优选进行放射线照射、热处理而不溶化,进行固定。
上述放射线照射可以使用α射线、β射线、γ射线、x射线、紫外线或电子射线等。在此,人工肾脏等血液净化器的情况中,在出厂前有灭菌的义务,该灭菌近年来从残留毒性少、简便性的观点出发,多使用利用γ射线、电子射线的放射线灭菌法。因此,在使医疗用分离膜模块内的中空纤维膜与溶解了本发明中使用的高分子的水溶液接触的状态下使用放射线灭菌法,在灭菌的同时还能够实现该高分子的不溶化,故而优选。
上述生物体成分附着抑制材料中,在同时进行中空纤维膜的灭菌和改性时,放射线的照射剂量优选为15kgy以上、更优选为25kgy以上。其理由在于,为了将血液净化用模块等用γ射线灭菌,15kgy以上是有效的。此外,上述照射线量优选为100kgy以下。其理由在于,如果照射线量大于100kgy,则容易引起高分子三维交联、羧酸乙烯基酯单元的酯基部分的分解等,有时血液适应性降低。
为了抑制照射放射线时的交联反应,还可以使用抗氧化剂。抗氧化剂是指具有容易向其他分子给予电子的性质的物质,可以举出例如维生素c等水溶性维生素类、多酚类、或者甲醇、乙醇或丙醇等醇系溶剂,但不限于此。这些抗氧化剂可以单独使用,也可以混合使用2种以上。将抗氧化剂用于上述医疗用分离膜模块时,由于需要考虑安全性,因此适合使用乙醇、丙醇等毒性低的抗氧化剂。
人工肾脏用模块等血液净化器的情况中,因蛋白质、血小板附着,不仅分级性能、透水性能降低,而且以血液凝固为原因而导致在中空纤维膜内部血液无法流通,有时无法持续体外循环。血小板、蛋白质在中空纤维膜内部的附着特别是在与血液接触起60分钟以内显著发生,因此通过测定使血液循环60分钟后的中空纤维膜内表面上的纤维原蛋白相对附着量,能够评价其性能。
血液凝固、血液成分的活化据信以纤维原蛋白在生物体成分附着抑制材料表面上的附着作为起点而引发,即,纤维原蛋白的附着量越少,则可以称为抗血栓性越高的生物体成分附着抑制材料。
本发明中,中空纤维膜的纤维原蛋白的附着量可以通过后述的方法而测定。纤维原蛋白的附着量为了不因血液而产生偏差,还同时进行作为对照的东レ公司制人工肾脏“トレライト”cx的中空纤维膜的测定,作为其相对附着率而进行计算。
本发明中,具有抗血栓性是指纤维原蛋白的相对附着量为90%以下,优选为55%以下。生物体成分附着抑制材料的纤维原蛋白的相对附着量从抑制血液凝固、血液成分的活化的观点出发,优选为25%以下、更优选为20%以下、进一步优选为15%以下。
另一方面,本发明的生物体成分附着抑制材料还能够用于分离用材料、分析用材料。作为分离用材料,可以举出例如抗体提纯用分离膜。抗体提纯用分离膜为了从血清、腹水、细胞培养液中提取igg、igm、iga、igd、ige之类的抗体,以去除其他蛋白质等杂质为目的而使用,但存在因抗体附着于分离膜表面而导致回收率降低的课题。通过使用本发明的生物体成分附着抑制材料,能够抑制回收率的降低。例如,提纯igg时,根据分离膜的使用方法而不同,从成本的观点出发,回收率优选为50%以上、更优选为55%以上、进一步优选为60%以上。
此外,作为分析用材料,可以举出例如血糖值传感器。血糖值传感器中,测定血清等体液中的葡萄糖浓度,但因体液中的蛋白质在传感器元件表面上的附着,导致无法识别葡萄糖,存在灵敏度降低的课题。通过使用本发明的生物体成分附着抑制材料,能够抑制灵敏度的降低。
实施例
以下,举出实施例来说明本发明,但本发明不因这些例子而受到限定。
<评价方法>
(1)数均分子量
制备水/甲醇=50/50(体积比)的0.1nlino3溶液,作为gpc洗脱溶液。在该溶液2ml中溶解高分子2mg。将该高分子溶液100μl注入连接了柱(东ソーgmpwxl)的gpc中。将流速设为0.5ml/min,测定时间为30分钟。检测通过示差折射率检测器rid-10a(岛津制作所公司制)而进行,由溶出时间为15分钟附近处出现的源自高分子的峰,算出数均分子量。数均分子量将十位四舍五入而算出。标准曲线制作使用agilent公司制聚环氧乙烷标准样品(0.1kd~1258kd)。
(2)羧酸乙烯基酯单元的摩尔分数
将共聚物2mg溶解于99.7%的氘代氯仿(和光纯药,具有0.05v/v%tms)2ml中,装入nmr样品管,进行nmr测定(超导ftnmrex-270:jeol公司制)。温度设为室温,累算次数设为32次。根据该测定结果,由在2.7~4.3ppm间确认到的源自乙烯基吡咯烷酮中与氮原子相邻的碳原子上键合的质子(3h)的峰和基线所包围的区域的面积:3apvp、以及在4.3~5.2ppm间确认到的源自羧酸乙烯基酯中与α位的碳键合的质子(1h)的峰和基线所包围的区域的面积:avc,算出avc/(apvp+avc)×100的值,记作羧酸乙烯基酯单元的摩尔分数。应予说明,本方法是在乙烯基吡咯烷酮与羧酸乙烯基酯的共聚物中测定摩尔分数的情况的例子,在由其他单体的组合形成的共聚物的情况中,适当选择源自适当的质子的峰来求出摩尔分数。摩尔分数将个位四舍五入而算出。
(3)tof-sims测定
中空纤维膜的情况中,用单刃切削为半圆筒状,测定中空纤维膜的功能层的表面(内侧表面)的3个不同部位。平膜等除了中空纤维膜之外的情况中,也根据需要使功能层表面露出,测定功能层的表面的3个不同部位。测定样品用超纯水润洗后,在室温、0.5torr下干燥10小时,然后供于测定。测定装置、条件如下所述。
测定装置:tof.sims5(ion-tof公司制)
1次离子:bi3++
1次离子加速电压:30kv
脉冲宽度:5.9ns
2次离子极性:负
扫描数:64扫描/循环
循环时间:140μs
测定范围:200×200μm2
质量范围(m/z):0~1500。
由所得质量m/z的谱图,确认在生物体成分附着抑制材料表面中是否存在羧酸离子。但是,羧酸离子强度相对于总2次离子强度为0.4%以下时,判断为噪音,记作不存在羧酸。
(4)x射线光电子能谱法(xps)测定
中空纤维膜的情况中,用单刃切削为半圆筒状,测定中空纤维膜的功能层的表面(内侧表面)的2个不同部位。平膜等除了中空纤维膜之外的情况中,也根据需要使功能层表面露出,测定功能层的表面的2个不同部位。测定样品用超纯水润洗后,在室温、0.5torr下干燥10小时,然后供于测定。测定装置、条件如下所述。
测定装置:escalab220ixl(vg公司制)
激发x射线:单色alkα1,2射线(1486.6ev)
x射线直径:0.15mm
光电子逃逸角度:90°(检测器相对于试样表面的倾斜度)。
c1s的峰由主要源自chx、c-c、c=c、c-s的成分、主要源自c-o、cn的成分、源自π-π*卫星峰的成分、源自c=o的成分、源自coo的成分这5个成分而构成。对以上的5个成分进行分峰。源自coo的成分是在从chx、c-c的主峰(285ev附近)起+4.0~4.2ev处出现的峰。该各成分的峰面积比将小数第2位进行四舍五入而算出。应予说明,分峰的结果如果峰面积百分数为0.4%以下,则记作检测限以下。
(5)atr-ir测定
将中空纤维膜用单刃切削为半圆筒状,用超纯水润洗后,在室温、0.5torr下干燥10小时,制成表面测定用的试样。平膜等除了中空纤维膜之外的情况中,也根据需要使功能层表面露出,用超纯水润洗后,在室温、0.5torr下干燥10小时,制成表面测定用的试样。将该干燥试样的功能层的表面使用jasco公司制irt-3000,通过显微atr法而测定。测定将视野(光圈)设为100μm×100μm,测定范围为3μm×3μm,累算次数测定30次。所得谱图的波长1549~1620cm-1的范围中画出基线,将该基线与谱图的正部分所包围的部分记作源自聚砜芳族基团c=c的峰面积(ac=c)。同样地,在1711~1751cm-1的范围中画出基线,将该基线与谱图的正部分所包围的部分记作源自酯基的峰面积(ac=o)。但是,根据羧酸乙烯基酯单元的种类、聚砜系高分子的种类,峰有可能偏移±10cm-1左右,因此此时适当重新画出基准线。
对上述操作,测定同一中空纤维膜的3个不同部位,算出(ac=o/ac=c)的平均值,使用将小数第3位四舍五入的值。
此外,在1617~1710cm-1的峰的范围中画出基线,将该基线与谱图的正部分所包围的部分记作源自酯基的峰面积(an-c=o)。对上述操作,测定同一中空纤维膜的3个不同部位,算出(an-c=o/ac=c)的平均,使用将小数第3位四舍五入的值。
(6)平膜的血小板附着试验方法
在18mmφ的聚苯乙烯制的圆形板上贴附双面胶带,在其上固定切取为0.5cm见方的平膜。如果平膜表面上存在污脏、损伤、折痕等,则在该部分血小板附着,有时无法进行正确评价,因此使用不存在污脏、损伤、折痕的平膜。在裁切为筒状的falcon(注册商标)管(18mmφ,no.2051)中,安装该圆形板以使得贴附了平膜的表面朝向圆筒内部,用parafilm填埋间隙。将该圆筒管内用生理食盐水清洗后,用生理食盐水充满。采集人的静脉血后,立刻添加肝素以达到50u/ml。废弃上述圆筒管内的生理食盐水后,将上述血液在采血后10分钟以内向圆筒管内加入1.0ml,在37℃下振荡1小时。其后,将平膜用10ml的生理食盐水清洗,用2.5%戊二醛生理食盐水进行血液成分的固定,用20ml的蒸馏水清洗。将经清洗的平膜在20℃、0.5torr下减压干燥10小时。将该平膜用双面胶带贴附于扫描型电子显微镜的试样台上。其后,通过溅射,在平膜表面上形成pt-pd的薄膜,制成试样。对该平膜的表面,用场发射型扫描型电子显微镜(日立公司制s800),以1500倍的倍率观察试样的内表面,对1个视野中(4.3×103μm2)的附着血小板数进行计数。附着50个以上的情况记作没有血小板附着抑制效果,附着数记作50个。在平膜中央附近,将20个不同视野中的附着血小板数的平均值记作血小板附着数(个/4.3×103μm2)。应予说明,使用视野面积不同的电子显微镜时,适当换算以得到血小板附着数(个/4.3×103μm2)即可。
(7)纤维原蛋白的相对附着量测定
使添加了15%的acd-a液的人新鲜血液4ml以1ml/min的流速在中空纤维膜模块中循环1小时。将磷酸缓冲溶液(pbs)通液并进行20分钟清洗后,从微型模块中切出10cm等效的中空纤维,切碎为约2mm长,装入微量离心管(eppendorftube)。用pbs清洗(1ml×3次,残留血液时反复进行)。将tween-20(片山化学)用pbs调整以达到0.05重量%(以下简称为pbs-t)。使脱脂牛奶溶解于pbs-t中以达到0.1重量%,用该溶液清洗3次。将抗人纤维原蛋白(hpr)抗体用0.1重量%的脱脂牛奶/pbs-t溶液稀释至10000倍,添加1ml后,在室温下用转子旋转并搅拌2小时。用0.1重量%的脱脂牛奶/pbs-t溶液清洗2次后,用0.1重量%的脱脂牛奶/pbs溶液清洗2次。添加1ml的单组分tmb显色液(tmbonesolution),用微型混合机搅拌。观察显色情况,添加6n的盐酸200μl,终止反应(控制反应以使得后述的对照的吸光度落入1~1.5的范围的范围)。通过吸光度测定装置:マイクロプレートリーダーmpr-a4i(东ソー公司制)测定450nm的吸光度。由对照(“トレライト”cx)的吸光度(ac)与对象样品的吸光度(as),通过下述式求出纤维原蛋白的相对附着量。
纤维原蛋白的相对附着量(%)=as/ac×100。
应予说明,进行除了中空纤维膜之外的纤维原蛋白的相对附着量测定时,通过在血液中浸渍等方法,使样品的功能层与人新鲜血4ml接触1小时,使用磷酸缓冲溶液(pbs)来清洗样品。其后,与中空纤维膜同样地测定吸光度,算出纤维原蛋白的相对附着量。对照使用在功能层上将含有饱和脂肪族单羧酸乙烯基酯单元的高分子固定化前的材料。
(8)抗体提纯模型试验方法
准备添加了igg(源自人血清,オリエンタル酵母工业)100mg的人血浆10ml,在抗体提纯用分离膜模块中,在流速3ml/min、过滤流速1.5ml/min、pbs的辅液流速1.5ml/min的条件下循环1小时。用5ml的pbs清洗分离膜内表面,将该液体添加至循环后的血浆中,作为回收液。igg的回收率用(回收液中包含的igg的重量)/(原先的血浆中包含的igg的重量)×100%而算出。igg的重量使用elisa试剂盒(フナコシ公司制)来测定igg浓度,通过乘以液体量的值而算出。
<中空纤维膜模块的制造方法>
将聚砜(テイジンアモコ公司制ユーデルp-3500)18重量份、聚乙烯基吡咯烷酮(basf公司制k30)9重量份添加至n,n-二甲基乙酰胺72重量份、水1重量份中,在90℃下加热溶解14小时。将该制膜原液从外径0.3mm、内径0.2mm的孔型双重圆筒型头孔喷出,作为芯液,喷出包含n,n-二甲基乙酰胺57.5重量份、水42.5重量份的溶液,通过干式长度350mm后,导入水100%的凝固浴中,得到中空纤维膜。所得中空纤维膜的径的内径为200μm,膜厚为40μm。在塑料管中穿入50根中空纤维膜,将两端用粘接剂固定,制作有效长度为100mm的塑料管微型模块。使溶解了上述高分子的水溶液从上述微型模块的血液侧入口向透析液侧入口通液。进一步,将0.1重量%乙醇水溶液从上述中空纤维膜模块的血液侧入口向透析液侧入口、和从血液侧入口向血液侧出口通液后,照射25kgy的γ射线,制成中空纤维膜模块。
(实施例1)
通过以下的方法制作乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物。混合乙烯基吡咯烷酮单体(和光纯药工业)16.2g、己酸乙烯酯单体(东京化成工业)20.8g、作为聚合溶剂的异丙醇(和光纯药工业)56g、作为聚合引发剂的偶氮双(二甲基丁腈)0.35g,在氮气氛围下、70℃下搅拌8小时。将反应液冷却至室温,浓缩后,将浓缩残渣投入己烷中。回收析出的白色沉淀物,在50℃下进行12小时减压干燥,得到乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物25.0g。根据1h-nmr的测定结果,己酸乙烯酯单元的摩尔分数为40%。根据gpc的测定结果,数均分子量为2,200。
使溶解了所制作的上述乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物300ppm的1.0重量%乙醇水溶液从通过上述中空纤维膜模块的制造方法制作的中空纤维膜模块的血液侧入口向透析液侧入口通液。进一步,将0.1重量%乙醇水溶液从上述中空纤维膜模块的血液侧入口向透析液侧入口、和从血液侧入口向血液侧出口通液后,照射25kgy的γ射线,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上存在己酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。根据atr-ir的测定结果,可知中空纤维膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.03。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定。其结果如表1所示,相对附着量为12%。
(实施例2)
将中空纤维膜模块制作时的共聚物的浓度由300ppm变更为500ppm,除此之外,通过与实施例1相同的手段,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上存在己酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。根据atr-ir的测定结果,可知中空纤维膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.08。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定。其结果如表1所示,相对附着量为7%。
(实施例3)
通过以下的方法制作乙烯基吡咯烷酮/丙酸乙烯酯无规共聚物。混合乙烯基吡咯烷酮单体19.5g、丙酸乙烯酯单体17.5g、作为聚合溶剂的叔戊醇56g、作为聚合引发剂的2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)0.175g,在氮气氛围下、70℃下搅拌6小时。将反应液冷却至室温而终止反应,浓缩后,投入己烷中。回收析出的白色沉淀物,减压干燥,得到共聚物21.0g。
根据1h-nmr的测定结果,丙酸乙烯酯单元的摩尔分数为40%。此外,根据gpc的测定结果,数均分子量为16,500。
替代乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物,使用乙烯基吡咯烷酮/丙酸乙烯酯无规共聚物,除此之外,通过与实施例1相同的手段,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上存在丙酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。中空纤维膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.06。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定。其结果如表1所示,相对附着量为5%。
(实施例4)
替代乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物,使用乙烯基吡咯烷酮/戊酸乙烯酯无规共聚物(戊酸乙烯酯单元的摩尔分数40%,数均分子量3,900),除此之外,通过与实施例1相同的手段,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上存在戊酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。中空纤维膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.02。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定的结果如表1所示那样,相对附着量为25%。
(实施例5)
替代乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物300ppm,使用乙烯基乙酰胺/特戊酸乙烯酯无规共聚物100ppm(特戊酸乙烯酯单元的摩尔分数50%,数均分子量7,700),除此之外,通过与实施例1相同的手段,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上存在特戊酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。中空纤维膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.06。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定的结果如表1所示那样,相对附着量为9%。
(比较例1)
替代乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物,使用聚乙烯基吡咯烷酮(basf公司制“k90”),除此之外,通过与实施例1相同的手段,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上不存在羧酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰,但在1711~1751cm-1的范围中不存在峰。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定。其结果如表1所示,相对附着量为90%。
(比较例2)
替代乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物,使用乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯无规共聚物(basf公司制“コリドンva64”),除此之外,以与实施例1同样的方式,制作中空纤维膜模块。根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上存在乙酸酯。
此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。可知中空纤维膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.04。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定的结果如表1所示那样,相对附着量为60%。
(比较例3)
替代乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物,使用乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯无规共聚物(basf公司制“コリドンva64”),将中空纤维膜模块制作时的共聚物的浓度由300ppm变更为1000ppm,替代0.1重量%乙醇水溶液,全部使用水,除此之外,通过与实施例1相同的手段,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上存在乙酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。中空纤维膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.12。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定的结果如表1所示那样,相对附着量为65%。
(比较例4)
使1.0重量%乙醇水溶液从通过上述中空纤维膜模块的制造方法制作的中空纤维膜模块的血液侧入口向透析液侧入口通液。接着,将0.1重量%乙醇水溶液从上述中空纤维膜模块的血液侧入口向透析液侧入口、和从血液侧入口向血液侧出口通液后,照射25kgy的γ射线,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上不存在羧酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰,但在1711~1751cm-1的范围中不存在峰。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定的结果如表1所示那样,相对附着量为110%。
(比较例5)
替代1.0重量%乙醇水溶液,全部使用1.0重量%己醇水溶液,除此之外,通过与比较例4相同的手段,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上不存在羧酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰,但在1711~1751cm-1的范围中不存在峰。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定的结果如表1所示那样,相对附着量为73%。
(比较例6)
替代乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物,使用乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯嵌段共聚物(乙酸乙烯酯单元的摩尔分数40%,数均分子量4,600),将中空纤维膜模块制作时的共聚物的浓度由300ppm变更为30ppm,除此之外,通过与实施例1相同的手段,制作中空纤维膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在中空纤维膜功能层的表面上存在乙酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。中空纤维膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.04。对所制作的中空纤维膜模块进行纤维原蛋白相对附着量测定的结果如表1所示那样,相对附着量为83%。
[表1]
<平膜的制造方法>
将高分子溶解于氯仿(和光纯药工业)中,调整至浓度1重量%。在直径2cm的载玻片上,滴加1ml的高分子溶液,在20℃下进行1小时自然干燥。照射γ射线(25kgy),通过将高分子在玻璃表面上交联·固定化,得到平膜。
(实施例6)
作为上述高分子,使用聚丙酸乙烯酯均聚物(数均分子量15,500),通过上述平膜的制造方法而制作平膜。
进行所得平膜的tof-sims测定和xps测定的结果可知,存在丙酸酯。进行血小板附着试验时,如表2所示那样,血小板附着数为6个,可知血小板的附着显著受到抑制。
(实施例7)
作为上述高分子,使用乙烯基吡咯烷酮/癸酸乙烯酯无规共聚物(癸酸乙烯酯单元的摩尔分数40%,数均分子量35,000),通过上述平膜的制造方法而制作平膜。
进行所得平膜的tof-sims测定和xps测定的结果可知,存在癸酸酯。进行血小板附着试验时,如表2所示那样,血小板附着数为11个,可知血小板的附着显著受到抑制。
(实施例8)
作为上述高分子,使用乙烯基吡咯烷酮/己酸乙烯酯无规共聚物(己酸乙烯酯单元的摩尔分数40%,数均分子量2,200),通过上述平膜的制造方法而制作平膜。
进行所得平膜的tof-sims测定和xps测定的结果可知,存在己酸酯。进行血小板附着试验时,如表2所示那样,血小板附着数为0个,可知血小板的附着显著受到抑制。
(实施例9)
作为上述高分子,使用乙烯基吡咯烷酮/丙酸乙烯酯无规共聚物(丙酸乙烯酯单元的摩尔分数40%,数均分子量16,500),通过上述平膜的制造方法而制作平膜。
进行所得平膜的tof-sims测定和xps测定的结果可知,存在丙酸酯。进行血小板附着试验时,如表2所示那样,血小板附着数为1个,可知血小板的附着显著受到抑制。
(实施例10)
作为上述高分子,使用乙烯基乙酰胺/特戊酸乙烯酯无规共聚物(特戊酸乙烯酯单元的摩尔分数30%,数均分子量5,500),通过上述平膜的制造方法而制作平膜。
进行所得平膜的tof-sims测定和xps测定的结果可知,存在特戊酸酯。进行血小板附着试验时,如表2所示那样,血小板附着数为2个,可知血小板的附着显著受到抑制。
(比较例7)
针对未固定高分子的未处理的载玻片,进行血小板附着试验。
其结果如表2所示那样,血小板附着数为50个。
(比较例8)
作为上述高分子,使用聚乙烯基吡咯烷酮(basf公司制“k30”),通过上述平膜的制造方法而制作平膜。
进行所得平膜的tof-sims测定和xps测定的结果可知,不存在羧酸酯。进行血小板附着试验时,血小板附着数为47个,可知未抑制血小板的附着。
(比较例9)
作为上述高分子,使用乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯无规共聚物(乙酸乙烯酯单元的摩尔分数20%,数均分子量3,200),通过上述平膜的制造方法而制作平膜。
进行所得平膜的tof-sims测定和xps测定的结果可知,存在乙酸酯。进行血小板附着试验时,血小板附着数为43个,可知未抑制血小板的附着。
[表2]
<抗体提纯用分离膜模块的制造方法>
将芯液设为n,n-二甲基乙酰胺65重量份、水35重量份,除此之外,以与中空纤维膜模块的制造方法相同的方式,制作分离膜模块。
(实施例11)
使溶解了乙烯基吡咯烷酮/丙酸乙烯酯无规共聚物(丙酸乙烯酯单元的摩尔分数20%,数均分子量12,500)50ppm的0.1重量%乙醇水溶液从通过上述抗体提纯用分离膜模块的制造方法制作的分离膜模块的血液侧入口向透析液侧入口通液。其后,照射25kgy的γ射线,制作分离膜模块。
根据tof-sims测定和xps测定的结果,确认到在分离膜功能层的表面上存在丙酸酯。此外,根据atr-ir的测定结果,可知在1711~1751cm-1、1617~1710cm-1和1549~1620cm-1的范围中存在峰。根据atr-ir的测定结果,可知分离膜内表面的共聚物固定化量(1711~1751cm-1的范围的峰面积ac=o、1549~1620cm-1的范围的峰面积ac=c的比率ac=o/ac=c的平均值)为0.01。进行抗体提纯模型试验时,igg回收率为70%。
(比较例10)
未将高分子的溶液通液,照射25kgy的γ射线,制作分离膜模块。进行所得分离膜的tof-sims测定和xps测定的结果可知,不存在羧酸酯。进行抗体提纯模型试验时,igg回收率为45%。
工业实用性
本发明的生物体成分附着抑制材料的生物体适应性优异,能够抑制血小板、蛋白质等生物体成分的附着,能够适合地用作医疗材料、生物体成分的分离用材料、分析用材料。本发明的生物体附着抑制材料特别是能够通过抑制生物体成分的附着而长时间使用,因此能够适合地用作血液净化器的材料。