JPH0342294B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、例えば生物の細胞を培養するための
培養床等の生体適合性材料として用いられる生体
適合性材料用成形品に関するものである。 最近においては、生物の細胞の種々の条件下に
おける反応その他の特性の研究或いは特定の細胞
の活動により得られる生成物の研究が活発に行な
われている。特に純人工的には合成不可能な或い
は合成が極めて困難な物質を、特定の細胞の活動
を利用して製造することが多方面において検討さ
れている。そのような物質の具体例としては、例
えばインターフエロン、ホルモン、リンフオカイ
ン、その他を挙げることができる。 細胞の培養は、一般には細胞を培養床に植込み
或いは接種したものを培地中に置き、当該細胞に
適応した環境条件下でインキユベーシヨンするこ
とによつて行なわれるが、細胞の培養を行なうに
は種々の制約がある。その制約のうちの大きなも
のとして培養床の問題がある。 例えば、正常２倍体細胞等の増殖に対して接着
依存性を有する細胞は、培養床に細胞が接着した
後に培養床表面において単層で増殖するために、
培養収量は使用される培養床の状態、特に細胞の
接着性の良否、即ち生体適合性によつて大きく左
右される。従来においては、多糖類の高分子物
質、或る種の合成重合体等が培養床等に適した生
体適合性物質として用いられているが、必ずしも
良好な結果を得ることができない。 また特定の生体適合性物質のみにより培養床を
構成せしめることは、当該物質が高価であるので
経済上不利であるのみならず、物理的性質、例え
ば機械的強度などによつて成形加工等に制約があ
る場合があり、例えばペトリ皿或いはマイクロタ
イタープレートの形状に生体適合性物質を成形す
ることが困難なことが多い。また、生体適合性材
料、例えば培養床においては、細胞等が接着して
活動することとなる特定の表面が生体適合性を有
すればそれで十分であることから、キヤステイン
グ法を利用して、生体適合性物質の揮発性溶剤溶
液を特定形状の基体の表面上に塗布し、その後溶
剤を揮発蒸散せしめることにより、生体適合性物
質からなる表面層を有して成る生体適合性材料を
得ることも考えられるが、この場合には、生体適
合性物質からなる表面層と基体との間の接着性若
しくは一体性が小さくて大きな耐久性が得られ
ず、その上キヤステイングに長時間を必要とし、
更に基体の表面形状が複雑なものであるときに
は、生体適合性物質からなる表面層を基体の表面
に均一に形成することができない。 また細胞を培養するための粒子状培養床とし
て、低温プラズマを樹脂粒子表面に接触させ、こ
れによつて樹脂粒子表面を酸化させ、その親水性
を高めて、細胞の樹脂表面への接着性と増殖性を
高めるようにしたものが知られている。（特開昭
57−22691号公報）。 この培養床は具体的には酸素プラズマ中或いは
空気プラズマ中でポリスチレン表面を酸化し、表
面を親水化したものである。しかしながら酸素プ
ラズマは次のような欠点を持つている。即ち酸素
原子や酸素分子は電子親和力が大きく、プラズマ
中で容易に負イオンになるため自動イオン化
（Au−to ionization）現象が起る。そのため反応
容器内のプラズマ状態は、外部から加えるエネル
ギー、例えば高周波電力やマイクロ波電力等によ
つて一義的に決まるわけではなく、空間的にイオ
ンの疎な所と密な所が生じたり、それらが振動し
たりするので、不安定となる。酸素プラズマによ
る表面処理は、このような理由から、均一な表面
処理は容易ではなく、培養床としての一つの要件
が表面の性質が均一であることを考えると、酸素
プラズマによる培養床の製造は必ずしも有利な方
法ではない。 本発明は以上の如き事情に基いて鋭意研究を重
ねた結果完成されたものであつて、その目的は、
大きな耐久性を有し、任意の形状のものを容易に
かつ短時間で製造することのできる生体適合性材
料として用いられる生体適合性材料用成形品を提
供するものである。即ち本発明は、プラズマ重合
性物質ガスの存在下でプラズマ処理することによ
つて、基体の表面に含硫黄親水基及び含窒素親水
基から選ばれる少なくとも一種の親水基を有する
プラズマ重合体膜を形成してなることを特徴とす
る生体適合性材料用成形品を提供するものであ
る。 以下本発明を具体的に説明する。 本発明の生体適合性材料用成形品は、プラズマ
重合性物質ガスの存在下でプラズマ処理すること
によつて、基体の表面に含硫黄親水基及び含窒素
親水基から選ばれる少なくとも一種の親水基を有
するプラズマ重合体膜を形成してなるものであ
り、例えば下記の生体適合性材料用成形品を例示
することができる。 １ 含硫黄親水基を有するプラズマ重合性物
質ガス、又は前記のガスと酸素若しくは酸
素化合物ガスとの混合ガスの存在下において
プラズマ処理することにより、表面に含硫黄
親水基を有するプラズマ重合体膜が形成され
ていることを特徴とする生体適合性材料用成
形品。 ２ 含窒素親水基を有するプラズマ重合性物
質ガス、 窒素及び／若しくはアンモニアと炭化水素
化合物との混合ガス、又は 前記若しくはのガスと酸素若しくは酸
素化合物ガスとの混合ガスの存在下において
プラズマ処理することにより、表面に含窒素
プラズマ重合体膜が形成されていることを特
徴とする生体適合性材料用成形品。 第１の例においては、適当な固体物質より成る
基体の外面に、含硫黄親水基を有するプラズマ重
合性物質のプラズマ重合体膜を形成して目的とす
る生体適合性材料用成形品を構成せしめる。 例えば第１図に示すように、真空ポンプ（図示
せず）に接続された反応容器１の一端小径部にコ
イル２を設けてこれに高周波電源３を接続し、反
応容器１内の支持台４上には、目的する生体適合
性材料用成形品となるべき基体Ｓを保持し、反応
容器１内を真空排気しながらガス入口５を介して
反応容器１内に含硫黄親水基を有するプラズマ重
合性物質のみ又はこれに酸素若しくは酸素化合物
を混合したガスを導入し、前記コイル２に電源３
よりの高周波電圧を印加して反応容器１内にプラ
ズマを発生せしめ、このプラズマを前記基体Ｓの
外面に作用せしめてこれに前記プラズマ重合性物
質によるプラズマ重合体膜を形成せしめる。 或いは第２図に示すように、ベルジヤーにより
構成される反応容器１０内に互に対向するよう一
対の電極１１，１１を設けてその間に生体適合性
材料用成形品となるべき基体Ｓを保持し、電極１
１，１１間には例えば周波数10KHzの電源１２を
接続してこれにより電極１１，１１間にプラズマ
を発生せしめ、このプラズマを前記基体Ｓの外面
に作用せしめてこれに前記プラズマ重合性物質に
よるプラズマ重合体膜を形成せしめる。１３は排
気管、１４，１４は反応ガス導入管である。 以上において、基体としては、真空中にあつて
大量のガスを放出しない固体物質、例えばプラズ
マ反応系でのガス放出量が0.1Pa・m³・sec^-1・
m^-1以下の固体物質であれば特に制限されること
なしに何れのものをも用いることができ、例えば
ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、
ポリエステル、オルガノポリシロキサン、スチレ
ン−ブタジエン共重合ゴム、フツ素ゴム、ポリイ
ソプレンゴム等の樹脂状又はゴム状重合体、及び
金属、半導体物質、セラミツクス等の無機物質を
用いることができる。また固体物質の形状も特に
限定するものではなく、例えば100Å〜10mm径の
粒子形状、ペトリ皿形状、マイクロタイタープレ
ート形状等任意の形状のものを用いることができ
る。 上記含硫黄親水基としては、例えばスルホン
基、メルカプト基などを挙げることができ、プラ
ズマ反応系においてガス化が可能なスルホン基を
有するプラズマ重合性物質の例としては、メタン
スルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホ
ン酸等のスルホン化炭化水素類、ベンゼンスルホ
ン酸、スチレンスルホン酸等の芳香族スルホン化
炭化水素類等を、またプラズマ反応系においてガ
ス化が可能なメルカプト基を有するプラズマ重合
性物質の例としては、メチルメルカプタン、エチ
ルメルカプタン、プロピルメルカプタンなどのメ
ルカプタン類を挙げることができる。 また上記酸素化合物としては、一酸化炭素、二
酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、亜酸化窒
素、等のプラズマ反応系においてガス化が可能で
ある酸素化合物を挙げることができ、酸素若しく
は酸素化合物を使用する場合の使用量は、含硫黄
親水基を有するプラズマ重合性物質１モルに対し
て0.2モル以下が好ましい。 なお、上記プラズマ重合系にメタン、エタン、
プロパン、エチレン、プロピレン、アセチレン、
ベンゼン、スチレン等のガス化が可能な炭化水素
のプラズマ重合性物質を共存させてもよい。 プラズマ処理のための装置としては、第１図及
び第２図に示したものに限られることなく、例え
ばプラズマ発生のためのエネルギー源が、直流、
交流の何れの電源であつてもよく、また交流の場
合には低周波、高周波、マイクロ波の何れの周波
数のものであつてもよい。またマイクロ波の場合
の増幅器とプラズマ系とのカツプリング方法はハ
シゴ型、キヤビテイー型等のいずれでもよい。さ
らにプラズマ発生用電極の型、即ち誘導型、容量
型等についても、制限するものではない。 更に、プラズマ処理の条件、例えば反応容器内
の真空度、プラズマ重合性物質ガスの流量、放電
電力等については、通常のプラズマ重合反応にお
ける条件と同等であるが、反応容器内の真空度は
１ミリTorr〜10Torr、プラズマ重合性物質ガス
の流量は、反応容器の容量が50の場合には標準
状態で１分間当り数c.c.〜数百c.c.程度が適当であ
る。また放電電力は得られる成形品の生体適合性
に対するバラツキを小さくするうえから、プラズ
マの電子温度が８万度以下、特に５千〜６万度と
なるようにされるのが好ましい。 プラズマ処理時間は、基体上に形成すべきプラ
ズマ重合体膜の厚さによつて異なる。そしてこの
プラズマ重合体膜の厚さは、特に限定するもので
はないが、通常は100〜5000Å程度の厚さであれ
ばよく、従つてプラズマ処理時間は短くてすみ、
例えば数十分間以下である。また含硫黄親水基を
有するプラズマ重合体膜の表面の硫黄原子と炭素
原子の比（Ｓ／Ｃ）は特に限定するものではない
が、一般には0.05〜0.5が好ましく、特に0.05〜
0.2が好ましい。 この第１の例によれば、基体の外面がプラズマ
重合体膜によつて覆われ、従つてその表面が当該
プラズマ重合体膜により形成された生体適合性材
料用成形品が得られる。即ち、当該プラズマ重合
体膜は含硫黄親水基を有する有機物より成るもの
であり、好適な生体適合性が得られる。例えばこ
れを細胞培養床として用いた場合には、細胞の接
着性が高く、増殖が円滑に進行し、従つて初期の
細胞の培養、特に培養床上において単層で増殖す
る接着依存性を有する細胞の培養を高い効率で行
なうことが可能である。ここに細胞の種類又は細
胞は特に限定されるものではないが、例えばハム
スター肺細胞、ヒト胎児肺細胞、チンパンジー肺
繊維芽細胞、ヒト包皮細胞、ニワトリ胎児繊維芽
細胞等を挙げることができる。 第２の例においては、適当な固体物質より成る
基体の外面に含窒素親水基を有するプラズマ重合
性物質のプラズマ重合体膜を形成して生体適合性
材料用成形品を構成せしめる。 以上においてプラズマ発生装置及びプラズマ発
生条件は、実質上第１の例と同じである。含窒素
親水基としてはシアノ基、アミノ基、イミノ基な
どを例示することができ、含窒素親水基を有する
プラズマ重合性物質としては、メチルアミン、ジ
メチルアミン、トリメチルアミン、アニリン、エ
チレンジアミン、尿素、アリルアミン、ピリジ
ン、ピリミジン等のプラズマ反応系でガス化が可
能な含窒素親水基を有する化合物を挙げることが
できる。 また上記第２の例においては、アンモニアと炭
化水素化合物とによつてプラズマ重合体膜が形成
される。ここに炭化水素化合物としては、メタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、
アセチレン、ベンゼン、スチレン等のプラズマ反
応系においてガス化が可能であつてプラズマ重合
可能な炭化水素化合物を挙げることができる。こ
れらの炭化水素化合物は、窒素及び／又はアンモ
ニア１モルに対して１モル以下の混合比が好まし
く、この場合は得られる含窒素親水基を有するプ
ラズマ重合体膜の生体適合性が特に優れたものに
なる。 また上記第２の例における酸素化合物として
は、第１の例における酸素化合物と同様の化合物
を例示することができる。第２の例において酸素
若しくは酸素化合物を使用する場合の使用量は、
含窒素親水基を有するプラズマ重合性物質又は窒
素及び／若しくはアンモニアと炭化水素化合物１
モルに対して0.2モル以下が好ましい。 この第２の例によれば、基体の表面が上記ガス
の存在下におけるプラズマの作用を受けることに
より、基体の表面に含窒素親水基を有するプラズ
マ重合体膜が形成され、このプラズマ重合体膜は
第１の例のプラズマ重合体膜と同様の生体適合性
を有し、従つて生体適合性材料として好適に用い
られる生体適合性材料用成形品が得られる。この
場合の含窒素親水基を有するプラズマ重合体膜の
表面の窒素原子と炭素原子の比（Ｎ／Ｃ）は、
0.1以上が好ましく、この場合にも特に優れた生
体適合性を発揮する。Ｎ／Ｃはガスの種類、量又
はプラズマ条件等によつて適宜調整することがで
きるが、一般的には１以下となる。なお、含窒素
親水基を有するプラズマ重合物質ガスにも前記炭
化水素化合物等を併用することができ、これによ
つてＮ／Ｃを容易に調整することができる。 また上記第１及び第２の例においては、それぞ
れの例において使用するガスに、更に他の例にお
いて使用するガスを混合してもよい。 上記第１及び第２の例によれば、基体の外面に
形成されたプラズマ重合体膜は基体との接着性若
しくは一体性が大きく、従つて大きな耐久性を有
し、しかもプラズマ重合が気相において進行する
ので基体の表面形状が如何なるものであつても基
体の表面に均一なプラズマ重合体膜が形成され、
従つて、平坦面は勿論、深い溝を有する面、凹凸
面等の任意の形状の生体適合性材料用成形品を得
ることができる。更に、製造が容易であつて製造
に要する時間も短く、基体の材質が殆ど制約を受
けないことも加わつて非常に有利なものとなる。 以上のように、本発明によれば、大きな耐久性
を有し、任意の形状のものを容易にかつ短時間で
製造することのできる、優れた生体適合性材料と
して用いられる生体適合性材料用成形品を提供す
ることができる。 また本発明の生体適合性材料用成形品は、細胞
の培養床以外にも、基材を適宜選択することによ
り人工血管、人工骨頭、人工関節、人工歯等の人
工の人体形成材料としても用いることができ、そ
のほか人体の縫合糸、止血材料や抗原、抗体等の
免疫反応性物質の担体等としても好適に用いるこ
とができる。 以下、本発明の実施例について説明するが、こ
れらによつて本発明が限定されるものではない。 実施例 １ 第１図に示した構成の反応装置を用い、支持台
上にはポリスチレン製シヤーレを基体として保持
し、プラズマ重合性物質としてスチレンスルホン
酸ガスを４c.c.（STP）／分の流速で反応容器内
に導入しながら当該容器内を20ミリTorrの真空
度に保ち、コイルに高周波電圧を印加して電子温
度2.5±0.3万度のプラズマを発生せしめ、10分間
に亘つて反応し前記基体の表面にプラズマ重合体
膜を形成した。ここに、プラズマの電子温度は、
加熱された探針（図示せず）により測定した値で
ある。また、形成されたプラズマ重合体膜の厚さ
は、基体の近傍に配置しておいた水晶振動子膜厚
計（図示せず）のセンサーによる発振周波数変化
から、当該重合体膜の密度を１と仮定した場合に
おいて400±100Åに相当するものと認められた。 以上の方法により10個のシヤーレを作つた。こ
れらのシヤーレ表面のスルホン基の存在は、FT
−IR−ATR（反射型フーリエ変換赤外分光計）
を用い、1225〜1195cm^-1に現われるスルホン基の
特性吸収を測定することにより確認した。さらに
ESCA（Electron Spectroscopy for Chemical
Analysis）によつてシヤーレ表面のC_1S（284eV）
とS_2S1/2（229eV）とのピークを測定し、それぞ
れのピーク面積からイオン化断面積を考慮するこ
とによつて得たＳ／Ｃの値は0.12〜0.14であつ
た。 上記10個のシヤーレを24時間空気中に保存した
後24時間の間高温殺菌処理を施し、別途培養して
おいたチヤイニーズハムスター肺由来の細胞株Ｖ
−79を0.25重量％のトリプシン溶液によつて遊離
の細胞として各シヤーレに植込み、10重量％牛胎
児血清含有のイーグルMEM培地（日水製薬社
製）を用い、炭酸ガス５体積％、空気95体積％の
雰囲気のインキユベーター中において、温度37℃
で細胞培養を行なつた。 培養時間が120分間に達した時に各シヤーレを
インキユベーターより取り出して培地を除き、リ
ン酸緩衝生理食塩水により洗浄した後、プロナー
ゼEDTA溶液１mlを各シヤーレに加えることに
より、培養床表面に接着していた細胞を遊離させ
血球計算盤を用いて細胞数を測定した。そして接
着していた細胞数の全細胞数に対する割合（接着
率）を求めた。結果を第１表に示す。またプラズ
マ重合体膜形成処理を施さないほかは本実施例と
同様に行なつた比較テストによる結果を第１表に
示す。

【表】 実施例 ２ アルミニウム製シヤーレを基体として用い、プ
ラズマ重合性物質としてエタンスルホン酸ガスを
用い、エタンスルホン酸ガスの流量を20c.c.
（STP）／分とし、電子温度4.5±0.3万度のプラ
ズマを発生させ、処理時間を30分間としたほかは
実施例１と同様にして、600±200Åの厚さのプラ
ズマ重合体膜で被覆されたシヤーレを10個作り、
プラズマ処理をしない10個の比較テスト用シヤー
レと共に、実施例１と同様の細胞培養に共し、
各々における接着率を求めた。結果を第２表に示
す。 なお、本実施例におけるシヤーレ表面のスルホ
ン基の存在はFT−IR−ATRで確認した。また
ESCAから求めたシヤーレ表面のＳ／Ｃの値は
0.06〜0.07であつた。

【表】 実施例 ３ 実施例２におけるエタンスルホン酸ガスの代り
にメタンスルホン酸ガス20c.c.（STP）／分と酸
素ガス２c.c.（STP）／分との混合ガスを用いた
以外は実施例２と同様にして400±100Åの厚さの
プラズマ重合体膜で被覆されたシヤーレ10個を作
つた。このシヤーレを実施例１と同様の細胞培養
に供し、各々における接着率を求めた。結果を第
３表に示す。 なお本実施例におけるシヤーレ表面のスルホン
基の存在はFT−IR−ATRで確認した。また
ESCAから求めたシヤーレ表面のＳ／Ｃの値は
0.08〜0.10であつた。

【表】 実施例 ４ プラズマの電子温度が７±0.5万度となるよう、
高周波電力を大きくしたことのほかは、実施例１
と全く同様にして300±100Åの厚さのプラズマ重
合体膜で被覆されたシヤーレを10個作り、これ
を、比較テスト(1)のためのプラズマ処理をしない
10個のシヤーレおよび比較テスト(2)のためのポリ
スチレン製シヤーレを硫酸中に浸漬してスルホン
化した10個のスルホン化ポリスチレン製シヤーレ
と共に実施例１と同様の細胞培養に供し、各々の
接着率を求めた。結果を第４表に示す。 なお本実施例におけるシヤーレおよび比較テス
ト(2)のためのスルホン化ポリスチレン製シヤーレ
表面のスルホン基の存在はFT−IR−ATRで確
認した。またESCAから求めた本実施例における
シヤーレ表面のＳ／Ｃの値は0.02〜0.05であり、
比較テスト(2)のためのスルホン化ポリスチレン製
シヤーレ表面のＳ／Ｃの値は0.02〜0.04であつ
た。

【表】 実施例 ５ 第２図に示した構成の反応装置を用い、ポリス
チレン製シヤーレを基体として保持し、プラズマ
重合性物質としてモノエチルアミンガスを50c.c.
（STP）／分、真空度を50ミリTorr、電子温度を
２±0.5万度の条件によりシヤーレ表面に約500Å
の厚さのプラズマ重合体膜を形成した。 得られたシヤーレ表面を十分に乾燥し、乾燥雰
囲気下、FT−IR−ATRを用いてシヤーレ表面
の吸収を測定したところ、3450cm^-1付近にアミノ
基の２本の特性吸収が見られ、また3350cm^-1付近
にイミノ基の特性吸収が観測された。 またESCAによつてシヤーレ表面のC_1S（284eV）
とN_1S1/2（399eV）のピーク面積から求めたＮ／
Ｃの値は0.1〜0.2であつた。 このシヤーレを実施例１と同様の細胞培養に供
し、各々における接着率を求めた。結果を第５表
に示す。 実施例 ６ 実施例５におけるモノエチルアミンガスの代り
にモノエチルアミンガス50c.c.（STP）／分と酸
素ガス５c.c.（STP）／分の混合ガスを用いた以
外は実施例５と同様にして300±100Åの厚さのプ
ラズマ重合体膜で被覆されたシヤーレ10個を作つ
た。このシヤーレを実施例１と同様の細胞培養に
供し、各々における接着率を求めた。結果を第５
表に示す。 なお本実施例におけるシヤーレ表面のアミノ基
の存在はFT−IR−ATRで確認した。またESCA
から求めたシヤーレ表面のＮ／Ｃの値は0.1〜0.2
であつた。 実施例 ７ 第２図に示した構成の反応装置を用い、ポリス
チレン製シヤーレを基体として保持し、プラズマ
重合性物質としてメチルメルカプタンガスを100
c.c.（STP）／分、真空度を100ミリTorr、電子温
度を4.5万度の条件によりシヤーレ表面に250±
100Åのプラズマ重合体膜を形成した。以上の方
法によりシヤーレ10個を作つた。これらのシヤー
レ表面のメルカプト基の存在はET−IR−ATR
による2550cm^-1付近の特性吸収によつて確認し
た。またESCAによつて求めたシヤーレ表面の
Ｓ／Ｃの値は0.13〜0.17であつた。 このシヤーレを実施例１と同様の細胞培養に供
し各々における接着率を求めた。結果を第５表に
示す。 実施例 ８ 実施例７において電子温度を7.5万度に代えた
以外は実施例７と同様にして150±100Åの厚さの
プラズマ重合体膜で被覆されたシヤーレ10個を作
つた。このシヤーレを実施例１と同様の細胞培養
に供し、各々における接着率を求めた。結果を第
５表に示す。 なお本実施例におけるシヤーレ表面のメルカプ
ト基の存在はET−IR−ATRで確認した。また
ESCAから求めたＳ／Ｃの値は0.08〜0.10であつ
た。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々本発明に係る成形品の
製造に用いることのできる反応装置の構成を示す
説明図である。 １，１０…反応容器、Ｓ…基体、２…コイル、
１１…電極、４…支持台、１３…排気管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プラズマ重合性物質ガスの存在下でプラズマ
   処理することによつて、基体の表面に含硫黄親水
   基及び含窒素親水基から選ばれる少なくとも一種
   の親水基を有するプラズマ重合体膜を形成してな
   ることを特徴とする生体適合性材料用成形品。