JPH08509148A

JPH08509148A - 非酸化性高分子医療用埋め込み具

Info

Publication number: JPH08509148A
Application number: JP7500438A
Authority: JP
Inventors: サン，デー−チュアン; エフスターク，キャスパー
Original assignee: ハウメディカインク
Priority date: 1993-06-01
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1996-10-01
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: AU684500B2; ATE171078T1; US5543471A; EP1005872B1; CA2162927C; EP0847765B1; DE69434462T2; US5728748A; US20020107299A1; DE69413395T2; US20030207957A1; DE9490446U1; EP0701453B1; US5414049A; US5650485A; US6818020B2; ATE196095T1; ES2122260T3; ATE302032T1; JP2836965B2

Abstract

(57)【要約】以下の工程を含む製法によって製造される耐酸化性に優れた高分子材料から医療用埋め込み具が製造される。密封容器に樹脂粉末を入れ、真空、酸素吸収または不活性ガスでのフラッシングによって密封容器から実質的に酸素を取り除き、次いでその容器を、窒素、アルゴン、ヘリウム、または不オンのようなガスで再加圧して、長期間保存を可能にする。使用に際して、樹脂を成形装置に移し、酸素を減少させた雰囲気で溶融して成型し、ロッドやバーの形状の高分子原材料とする。次いで、この原材料から成型した医療用埋め込み具を、酸素を減少させた雰囲気中でアニールし、気密なパッケージ内にシールする。さらに、この埋め込み具を放射線滅菌し、その後、パッケージ内で、隣接する高分子鎖中のフリー・ラジカル間で架橋を形成するのに十分な予め設定した時間及び温度でアニールする。

Description

【発明の詳細な説明】非酸化性高分子医療用埋め込み具発明の分野本発明は、超高分子量ポリエチレンのような高分子材料で形成され、放射先処理において優れた耐酸化性を有する医療用埋め込み具及びその製法に関する。従来の技術種々の高分子系が、バイオメディカル用途の人工プロテーゼ、特に整形外科の分野で用いられている。それらの中で、超高分子量ポリエチレンは、人工膝や股関節置換体の連結面として広く用いられている。超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）は、デカハイドロナフタレン中で１３５℃における０．０５％濃度の溶液の相対粘度が、２．３以上である線状ポリエチレンと定義される。見かけの数平均分子量は、少なくとも４０，０００であり、１０，０００，０００を上限とし、通常は３，０００，０００から６，０００，０００である。製造工程は、微粉末状の高分子を供給することから開始され、その微粉末を、ラム押出しや圧縮成型を用いてロッドやスラブ等の種々の形状に固化する。その後、固化したロッドやスラブを、整形外科用の埋め込み部材の最終形状に加工する。また、この部材をＵＨＭＷＰＥ樹脂粉末の圧縮成型によって製造することもできる。次いで、すべての部材は、使用に先立って、通常はパッケージした後に滅菌工程を通される。医療分野で用いられるエチレンオキサイド、熱、または放射線などを利用する滅菌方法がいくつか知られている。しかし、パッケージ済みの高分子医療用製品に熱をかけることは、パッケージ材料（特に、滅菌後のパッケージ内への細菌の侵入を防止するシール部分）または製品自体を破壊する可能性があッた。エチレンオキサイドは、環境及び作業者の安全に悪影響を及ぼすことがあるので、好ましい滅菌手段として、ガンマ線、Ｘ線、または電子線放射が用いられている。これらのタイプの放射線は、パッケージした医療用製品内の細菌、ウイルス、または他の微生物種を殺傷して製品の無菌性を達成するために、高エネルギーのビームを用いる。しかし、放射線のタイプによらず、高エネルギーのビームは、照射中に高分子内にフリー・ラジカルを生成させることがわかっている。また、生成するフリー・ラジカルの量は高分子が受ける放射線のドーズ量に依存し、高分子埋め込み具内でのフリー・ラジカルの分布は、部材の形状、ポリマーの種類、ドーズ速度、放射線ビームの種類に依存している。フリー・ラジカルの生成は、以下の反応式で表される（ポリオレフィン及びガンマ線放射の場合を例示した）。酸素の有無によって、一次のフリー・ラジカルｒ・は、以下の反応式に従って酸素及び高分子と反応する。これらの反応式は、「ポリマーに対する放射線効果 (Radiation Effect on Polymers)」、ロジャー・Ｌ・クロウ（Roger L．Clough ）及びシャラビー・Ｗ・シャラビー（Shalaby W．Shalaby）編、アメリカン・ケミカル・ソサエティ（American Chemical Society）、ワシントンＤ．Ｃ．、１９９１年、に記載されている。酸素存在下空気中での放射では、一次のフリー・ラジカルｒ・は酸素と反応してペルオキシル（peroxyl）・フリー・ラジカルｒＯ₂・を形成し、これがポリオレフィン（例えばＵＨＭＷＰＥ）と反応して酸化的鎖切断反応（反応式２から６）を開始させる。これらの反応を通して、分子量、引張り強さ、及び磨耗性といったプラスチックの材料特性が低下する。近年、反応式３及び５で生成されるハイドロペルオキシド（ｒＯＯＨ及びＰＯＯＨ）は、反応式７に示したように徐々に分解し、放射後崩壊を開始することがわかった。反応式８及び９は、フリー・ラジカルが停止してエステルまたは炭素 −炭素架橋結合を形成する段階を表している。ポリマーの種類によって、反応２から７に対する反応８及び９の割合は変化する。放射線処理したＵＨＭＷＰＥについて、架橋に対する鎖切断の比率として０．３という値が得られており、このことは、ポリエチレンの放射線処理において、架橋形成が主要な機構であるが、かなりの量の鎖切断も起こっていることを示している。不活性雰囲気での放射線の適用では、酸化物（oxidant）が存在しないため、一次のフリー・ラジカルｒ・または二次のフリー・ラジカルＰ・は、周囲の他のフリー・ラジカルとのみ反応し、下記反応式１０から１２に従って炭素−炭素架橋を形成する。すべてのフリー・ラジカルが反応式１０から１２の通りに反応した場合は、鎖切断は無く、分子量の低下も生じない。さらに、架橋の程度は、放射線処理以前の最初の高分子を越えて増大する。一方、生成されたフリー・ラジカルのすべてが反応式１０から１２のように反応しない場合は、プラスチック成分内にフリー・ラジカルが残存する。不活性雰囲気内ｒ・ポリオレフィン−−−→Ｐ・（１０）２ｒ・−−−→ｒ-ｒ（Ｃ-Ｃ架橋）（１１）２Ｐ・−−−→Ｐ-Ｐ（Ｃ-Ｃ架橋）（１２）フリー・ラジカルが少ないほど、高分子はその物理的特性を長時間維持できることがわかっている。フリー・ラジカルが多いほど、より重大な分子量及び高分子特性の低下が起こる。本出願人は、フリー・ラジカルの架橋反応の完結の程度が、反応速度及び反応を起こすために与えられる時間に依存していることを見いだした。ＵＨＭＷＰＥの物理的特性を向上させることを試みた従来技術の特許がいくつか存在する。欧州特許出願第０１７７５２２Ｂ１号には、ＵＨＭＷＰＥ粉末を加熱圧縮して均一に溶融し、結晶化したモルフォロジーとし、最初のＵＨＭＷＰＥの粒子形状を残さず、向上したモジュラスと強度を得ることが開示されている。米国特許５，０３７，９２８は、引張り及び曲げ特性を犠牲にすることなく、（２３℃、相対湿度５０％に２４時間、１０００ｐｓｉの圧縮下で曝したときに）１％未満のクリープ抵抗であることを含む特性を示すＵＨＭＷＰＥを製造するために規定された加熱及び冷却工程を開示している。英国特許出願ＧＢ２１８０８１５Ａは、放射線滅菌で滅菌したバッグ内にシールした医療用具のパッケージ方法を開示しており、その医療用具は、放射後酸化を防止するために、ハーメチック・シールした酸素不透過性の包装材内に脱酸素剤とともに収納されている。米国特許５，１５３，０３９は、酸素バリア性を持つ高密度ポリエチレン製品に関し、米国特許５，１６０，４６４は、真空での高分子放射線処理法に関するものである。発明の要旨本発明は、放射線処理に際して優れた耐酸化性を有するＵＨＭＷＰＥのような高分子材料を提供する方法に関する。本発明を説明するために、ＵＨＭＷＰＥを例として用いる。しかし、以下に述べる理論及び方法は、特に述べないが、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、及びポリメタクリル酸メチル等の他の高分子材料にも適用可能である。上述したように、ＵＨＭＷＰＥは安定であり、強酸化剤以外の攻撃的媒体に対して極めて良好な耐性を持つ。放射線滅菌に際して、フリー・ラジカルが生成され、それによってＵＨＭＷＰＥが化学反応及び物理変化に対して活性化される。起こりうる化学反応は、酸素、水、体液、及び他の化合物との反応を含み、物理変化は、密度、結晶性、色、及び他の物理的性質を含む。本発明では、新たな放射線滅菌法により、従来の放射線処理法において生じていた悪影響が著しく低減される。さらに、この新たな滅菌法は、バイオメディカルまたは整形外科的応用において悪影響を及ぼす可能性のある安定化剤、酸化防止剤、または他の化合物を用いなくてもよい。本発明の滅菌法では、放射線滅菌される整形外科用高分子埋め込み具部材が、酸素または水（あるいは水分）のような酸化剤、またはフリー・ラジカルを含まない。このことは、本発明の一部をなすここで述べるような特別な方法で、埋め込み具用の原材料を製造することによって達成される。仕上げを施した整形外科用高分子埋め込み具部材は、酸化剤無しの雰囲気内にシールされる。この酸化剤無しの雰囲気は、放射線処理の間維持される。次いで放射線処理した高分子部材を加熱し、フリー・ラジカル同志を架橋させる。この処理の間、酸化剤無しの雰囲気が維持される。放射線処理し、加熱処理されたプラスチック部材は、もはや使用可能である。酸素または水分に曝しても酸化されない。あらゆる酸化剤に対する耐酸化性は、放射線処理しない元の高分子の耐酸化性と同等である。従って、本発明の目的は、放射線処理後でも優れた耐酸化性を有する整形外科用高分子埋め込み具を提供することにある。本発明の他の目的は、そのような埋め込み具を樹脂粉末から製造する方法であって、最終的な滅菌工程を通した後に空気に曝しても酸化による劣化を生じない方法を提供することにある。これら及び他の目的は、高分子樹脂を密封容器内に配置し、その容器から酸素を実質的に取り除く工程を含む高分子医療用埋め込み具の製法によって達成される。予め設定した時間の後、その容器は、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはネオン等の不活性ガスで再加圧される。その後、樹脂は成型装置に移され、通常は酸素を減少させた雰囲気内で溶融され成型され、高分子原材料を生ずる。ＵＨＭＷＰＥ等からなるこの高分子原材料は、脛骨トレーや股臼カップのライナーのような埋め込み具に加工される。仕上げた部材は、酸素を減少した雰囲気内でパッケージ内にシールされる。このパッケージは、気密性であり、シール後のパッケージに酸素や水分が侵入するのを防止している。パッケージされた埋め込み具は放射線滅菌され、次いで、周囲の高分子鎖のフリー・ラジカル間に架橋を形成するのに十分な予め決められた時間及び温度で加熱処理される。これによって、埋め込み具をパッケージから取り出したときに、さらに酸化されることが防止される。一般的に、埋め込み具は、約３７℃から約７０℃の温度で少なくとも４８時間、好ましくは、５０℃で１４４時間加熱する。好ましい実施態様の説明好ましい方法では、ＵＨＭＷＰＥのような高分子原材料は、例えば、ラム押出し、圧縮成型、または他の成型法によって得る。これらの方法では、新しい高分子粉末を出発材料として用いる。しかし、新しい高分子樹脂粉末は空気や水分を含んでいるかもしれず、それらは樹脂の微細構造中に存在したり樹脂表面に単に析出しているかもしれない。成型工程の前に樹脂粉末から空気や水分を取り除かないと、それらは成型したプラスチック・マトリクス中に捕捉され、逃れることはできない。これは、真空またはガス・フラッシング技術を用いても起こる。放射線滅菌工程の間、捕捉された空気または水あるいはその両方は、プラスチック内に生成されたフリー・ラジカルと反応して酸化を起こす。また、捕捉された水分は、放射線を吸収して酸素及び水素フリー・ラジカルに分解し、プラスチックと反応して酸化を起こす可能性もある。従って、成型工程に先立って空気及び水分を取り除くことにより、放射線滅菌中の酸化を避けることができる。空気及び水分を取り除く好ましい方法は、高分子樹脂を水銀柱３インチ（７６ｔｏｒｒ）未満の真空にして一定時間おくことにより、空気及び水分を最小即ち許容値レベルまで低減させることである。酸素のレベルは、０．５％（容量／容量で１％以下）が好ましい。水分レベルは、相対湿度１０％（相対湿度２０％以下）が好ましい。ここで、酸素吸収剤や水分乾燥剤といった脱酸化剤の十分な量を密閉した容器内に高分子樹脂とともに配置し、空気及び水分のレベルを最小即ち許容値まで低減させる。酸素吸収剤の一例はアグレス（AGELESS）（登録商標）であり、これは酸化鉄化合物であって、Ｗ．Ｒ．グレース・アンド・カンパニー（ W.R.Grace & co.）、ドゥンカン（Duncan）、Ｓ．Ｃ．のクリオバック（Cryovac ）部門から市販されている。水分乾燥剤の一例は、市販されているシリカゲルである。これらの物質は、密閉容器内に樹脂とともに約１０時間おいておく。また、これと組み合わせてもよいが、窒素、アルゴン、ヘリウム、または不オン等の不活性ガスを用いて容器をフラッシングし、高分子樹脂粉末の空気及び水分のレベルを許容値に保持してもよい。もちろん、上述の方法を組み合わせて用いることもできる。整形外科用埋め込み具の原材料が酸素を含まないことを確実にするため、ＵＨＭＷＰＥ樹脂粉末が空気及び水分を含まないだけでなく、例えば、ラム押出し、圧縮成型、または他の成型方法といったすべての成型操作も、同様の不活性即ち低酸素雰囲気で行なうべきである。成型工程の間、この工程においてかけられる高温高圧によって、ＵＨＭＷＰＥ高分子鎖は、破壊されてフリー・ラジカル及び架橋を生成するかもしれない。成型工程で生成される架橋は、材料特性に悪影響を及ぼさないが、生成されたフリー・ラジカルは、上述したように空気または酸化剤と反応する。従って、酸化を最小にするために、成型工程の間不活性雰囲気を維持することが重要である。成型工程が終了したら、即座にアニールによってすべてのフリー・ラジカルを取り除くべきである。成型したＵＨＭＷＰＥがフリー・ラジカルを含んでいると、成型工程後に空気や他の酸化剤に曝した場合に酸化が起こる。高分子は、不活性雰囲気下で一定時間、高温でアニールする必要がある。これは、フリー・ラジカル反応（反応式１０から１２）の速度が、温度の上昇につれて以下の式に従って上昇するからである。室温に比較して、高温では、反応速度定数ｋ₁およびｋ₂が大きくなるだけでなく、プラスチック・マトリクス中でのフリー・ラジカルｒ・及びＰ・の泳動を早めて周囲の他のフリー・ラジカルと衝突して架橋反応を起こすことを促進する。一般に、設定される温度は、室温から高分子の融点までである。ＵＨＭＷＰＥでは、この温度範囲は約２５℃から１４０℃である。しかし、好ましいアニール温度は３７℃から１３５℃である。好ましい時間と温度は、１３０度で２０時間だが、アニール時間は最低でも（温度範囲の上限の温度で）約４時間である。温度を高くすれば、フリー・ラジカルを結合させるのに要する時間が短くなることを記しておく。さらに、ＵＨＭＷＰＥ溶融物の粘度が高いので、成型したＵＨＭＷＰＥは、成型工程の最終段階である冷却工程における不完全な緩和から生ずる残存（内部）ひずみを含んでいることが多い。ここで述べたアニール工程は、この残存ひずみを取り除いたり低減したりする働きもする。プラスチック・マトリクスに含まれる残存ひずみは、寸法の不安定性をもたらすこともあるので、一般に好ましくないものである。整形外科用埋め込み具等への応用において、成型されたＵＨＭＷＰＥは、設計した形状にさらに加工される。一般に、加工は室温で行われるので、プラスチックの損傷は生じない。しかし、ある種の加工機を高速で運転したとき、局所的に高温になり、ＵＨＭＷＰＥ高分子鎖の熱的破壊を生じることがある。この場合、パッケージする前に、上述したアニール工程を施して、新たに生成したフリー・ラジカルを取り除いてもよい。加工後、高分子部材を、酸素無しの雰囲気下で、気密性のパッケージに収納する。従って、すべての空気及び水分は、密封工程の前にパッケージから取り除かれる。これを達成する機械は、オリクス工業インポレーション（Orics Industri es Inc.）、カレッジ・ポイント（college Point）、ニュー・ヨーク、から市販されており、それによると、パッケージを選択した不活性ガスでフラッシングし、容器を真空にし、容器を再びフラッシングし、次いで容器をリド（lid）でヒートシールする。一般に、０．５％（容量／容量）未満の酸素濃度が常に得られる。酸化剤不透過性（気密性）のパッケージ材料として好ましい材料の一例は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。この酸化剤不透過性パッケージ材料の他の例は、ポリ（エチレンビニルアルコール）及びアルミホイルであり、その酸素及び水蒸気透過速度が実質的にゼロである材料である。これらの材料は、すべて市販されている。他の好ましい市販パッケージ材料には、優れた酸素及び水分バリア性を持つ複合材料をなす層構造のものもある。このタイプの材料の一例は、ポリ-プロピレン／ポリ（エチレンビニルアルコール）／ポリプロピレンの層状複合体からなる。一般に、パッケージした埋め込み具の放射線滅菌工程は、数時間で完了する。上述したように、この時間内における酸素や水分などの酸化剤の容器内への侵入は、最小即ち酸化を避けるために許容される値に維持しなければならない。放射線滅菌に続いて、不活性雰囲気下かつ高温で加熱処理を行い、フリー・ラジカルが酸化することなく架橋するようにする。正しいパッケージ材料及び方法を用い、酸化剤侵入速度が最低であるときは、容器内では酸素無し雰囲気が維持されるので、滅菌後の熱処理では、空気循環を備えた通常のオーブンを用いることができる。容器内への酸化剤の漏洩が無いことを絶対的に確実にするために、このオーブンを真空にするかまたは不活性ガスで追い出してから作動させてもよい。一般に、温度を高くすると、設計した耐酸化性及び架橋のレベルを達成するのに必要な時間が短縮される。多くの場合、反応温度と反応速度との関係は、下記のよく知られたアレニウスの式に従う。ｋ₁またはｋ₂＝Ａ＊ｅｘｐ（ΔＨ／Ｔ）（１４）ここで、ｋ₁及びｋ₂は、反応式１３及び１４からの速度定数、Ａは、反応に依存した定数、 ΔＨは、反応の活性化エネルギー、Ｔは絶対温度（Ｋ）である。しかし、温度は、パッケージ材料またはプラスチック部材いずれかの破壊温度を越えないようにする。ＵＨＭＷＰＥでは、温度範囲は約２５℃から約１４０℃ である。しかし、パッケージ劣化を考慮すると、好ましい温度は３７℃から７０ ℃である。加熱処理によってフリー・ラジカルの数が最小即ち許容レベルまで減少したことを確認するのは重要である。これは、酸化剤の存在が、最初から存在するフリー・ラジカルの酸化だけでなく、反応式２から７を通して新たなフリー・ラジカルを生成するからである。フリー・ラジカルの数が増加すると、以下の式に従って、酸化の程度及び酸化速度が上昇する。ここで、酸化剤の存在下でフリー・ラジカルｒ・及びＰ・の数が増加すると、酸化速度が上昇する。また、酸化反応速度定数ｋ₃及びｋ₄は、ｋ₁及びｋ₂と同様に温度上昇にともなって増大する。従って、残存するフリー・ラジカルのあるレベルが許容されるか否かを決定するために、温度をかけながら保存またはエージングした後の特定の材料特性を評価することが必要である。この保存またはエージングの時間は、プラスチック部材の応用で望まれる時間と同等かそれ以上である。エージング効果を評価する他の方法は、時間を短縮するためにプラスチック部材のエージング温度を上昇させることである。これにより、反応速度定数ｋ₃ 及びｋ₄はかなり増大し、エージング時間は短縮される。許容されるフリー・ラジカルのレベルは、整形外科用埋め込み具に用いられるＵＨＭＷＰＥでは、１．０×１０¹⁷／ｇであることがわかった。加熱処理の後、放射線処理したプラスチック部材は、もはや使用可能である。パッケージを開封し、空気や水分に曝しても酸化は起こらない。滅菌したプラスチック部材の他の酸化剤に対する耐酸化性は、元の放射線処理していない高分子と同等である。サンプルの作製ラム押出しで成型した手術用グレードのＵＨＭＷＰＥ製ロッドを、設計した形状に加工した。これらの加工したサンプルを用いて、以下の方法によって４組のサンプルを作製した。方法Ａ：ＵＨＭＷＰＥを加工したままで、放射線処理しない。方法Ｂ：ＵＨＭＷＰＥサンプルを、空気中で、グリコール修飾ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）イーストマン・プラスティクス・インコーポレーション（Eastman Plastics．Inc.）、キングスポート、テネシー、製）ブリスタ（bl ist er）に、０．１ｍｍ厚のアルミニウム製リドを用いてヒートシールした。ＵＨＭＷＰＥシートを収納しシールしたブリスタを、２．５Ｍｒａｄのドーズ量のガンマ線照射によって滅菌した。次いで、パッケージを開封し、室内の空気に曝した。方法Ｃ：ＵＨＭＷＰＥサンプルをＰＥＴＧブリスタに入れ、乾燥窒素下で、０．１ｍｍ厚のアルミ製リドを用いてヒートシールした。ヒートシールは、オリクス真空ガス・フラッシュ・ヒートソール・マシン（調製した雰囲気下でのパッケージ用のモデルＳＬＳ−ＶＧＦ−１００Ｍ、オリクス工業インコーポレーション、カレッジポイント、ニューヨーク、製）を用い、以下のサイクルを通して行った。 i）窒素ガス（水分無し）で５秒間フラッシングする。 ii）水銀柱３インチ以下まで真空にする。 iii）窒素ガス（水分無し）で５秒間フラッシングする。 iV）ヒートシールシールしたブリスタ内の酸素濃度をモコン（Mocon）酸素分析機で測定したところ、０．３２５％（容量／容量）であった。ＵＨＭＷＰＥサンプルを収納しシールしたブリスタを、２．５Ｍｒａｄのドーズ量のガンマ線照射で滅菌した。放射線滅菌後のシールしたブリスタ内の酸素濃度測定では、０．３５０％であった。次いで、パッケージを開封して室内の空気に曝した。方法Ｄ：方法Ｃと同様にしてガンマ線を照射した後、ＵＨＭＷＰＥサンプルを収納しシールしたブリスタを、オーブン内で５０℃で１４４時間加熱処理した。次いで、オーブンから出し、室温で冷却した。パッケージが室温まで冷却された後、モコン酸素分析機で測定した酸素濃度は０．３６０％であった。次いで、パッケージを開封し室内の空気に曝した。上記の方法で作製したサンプルを、以下の実施例における評価に用いた。実施例１上記の方法ＡからＤまでの方法で作製した２組の１ｍｍ厚のＵＨＭＷＰＥシートを、各々１１及び２３日間、８０℃の空気中でオーブンによるエージングを行った。これらのシートを室温に冷却した後、エージングした１ｍｍ圧のＵＨＭＷＰＥシート各々から約１００μｍの薄膜試料を切り出し、ＩＲ窓に設置して標準的なＦＴＩＲ（ニコレット（Nicolet）７１０ＦＴＩＲシステムを用いた）を走査させた。全部で３２回のスペクトル（スキャン）を集計して平均をとった。酸化の程度を決定するために、カルボニル（Ｃ-Ｏ）基に対応する１６６０から１８００ｃｍ^-1の周波数範囲にある吸収ピークを積分してピーク面積を求めた。ピーク面積は、試料中の酸化されたＵＨＭＷＰＥ量に比例する。試料厚の違いを補正するために、積分したピーク面積を、試料厚に比例する１４６３ｃｍ^-1（メチル）ピークの面積で除して、試料厚に対して規格化した。得られた比を、酸化係数と定義した。第３の試料として、方法ＡからＤで作製し、エージングを施さなかった試料についても、比較のために同様のＦＴＩＲ法で評価した。得られた酸化係数を表１に示す。表１の結果から、放射線処理しないＵＨＭＷＰＥサンプル（方法Ａ）では、８０℃の空気中で２３日間のオーブン・エージングをしても酸化は起こらない。一方、空気中で放射線処理をしたＵＨＭＷＰＥサンプル（方法Ｂ）では、かなりの酸化が起こり、（酸化係数で示される）酸化の程度はエージング時間とともに増大し、２３日間のオーブン・エージング後では０．１１に達した。窒素中で放射線処理したＵＨＭＷＰＥサンプル（方法Ｃ）では、オーブン・エージング前の酸化係数は０．０１であって重大ではないが、オーブン・エージングの間に、酸化係数が１１日間で０．０４に、２３日間で０．０８に増大した。これらの結果によると、不活性雰囲気で放射線処理することは、空気中での酸化は改善されるが、放射線処理したプラスチック部材は、空気や他の酸化剤に長時間曝されるとさらに酸化されることが示された。それに対して、窒素下で放射線処理し、その後５０℃で１４４時間加熱処理したＵＨＭＷＰＥサンプル（方法Ｄ）は、最初の酸化係数が０．０１であり、それは１１または２３日間のオーブン・エージングによっても増大しないことから、方法ＢまたはＣで作製されたサンプルよりも優れた耐酸化性を持つことを示している。実施例２１ｍｍ厚のＵＨＭＷＰＥシ一卜２組を、サンプル作製において述べた方法ＢからＤで作製し、各々を１１及び２３日間、８０℃の空気中でオーブン・エージングした。これらのシートを室温に戻した後、ＡＳＴＭＤ６３８（タイプＩＶ）に従って、ダンベル型の６つの引張り試験用試料を、１ｍｍ厚のエージングしたＵＨＭＷＰＥシート各々から切り出した。各試料に対して、２インチ／分の速度で標準的な引張り試験を行った。サンプル作製における方法ＢからＤで作製した１ｍｍ厚のＵＨＭＷＰＥシートであってエージングを行わないものについても、比較のために同様の引張り試験で評価した。引張り破壊強度の結果（各条件について６回の試験の平均）を、表２に示す。表２から、引張り破壊試験で最も破壊されやすいのは、空気中で放射線処理されたサンプル（方法Ｂ）であることがわかる。窒素下で放射線処理されたサンプル（方法Ｃ）は、方法Ｂで作製したサンプルより幾分改善された。しかし、オーブン・エージングによる引張り破壊強度の低下は生じていた。それに対して、窒素下で放射線処理し、その後加熱処理（５０℃、１４４時間）したサンプル（方法Ｄ）では、引張り破壊強度の変化は起こらず、優れた耐酸化性を示した。実施例３サンプル作製で述べた方法Ｂ及び方法Ｄで作製した２組の１ｍｍ厚ＵＨＭＷＰＥシートを、８０℃の空気中で、各々１１及び２３日間オーブン・エージングした。これらのシートを室温まで冷却してから、シートからサンプルを切り出し、高温ゲル・パーミエーション・クロマトグラフ（ＧＰＣ）カラムによって分子量分布を調べた。サンプルは熱トリクロロベンゼン（ＴＣＢ）に溶解した。次に、ウォータース（Waters）１５０Ｃクロマトグラフ上で、１４５℃のカラム・オーブン温度で、ジョルディ・ゲル・ミクスド・ベッド・カラム（Jordi Gel Mixed Bed Column）、５０ｃｍｘ１０．０ｍｍＩＤを用いて、１．２ｍｌ／分で上記の溶媒中で流した。インジェクション・サイズは、０．１％溶液２５０ｕＬとした。高分子の分解を防止するために、すべての高温ＧＰＣサンプルに酸化防止剤（Ｎ− フェニル−２−ナフチルアミン）を添加した。サンプルを流す前に、狭い分子量分布を持ったポリスチレン標準物質を用いてカラムを校正した。サンプルは、架橋によって一部しか溶媒に溶解しないので、このようにして決定した分子量分布は可溶部分のみについてのものである。架橋（溶解性）の程度を決定するために、２００ミリグラムのサンプルをシートから切り出し、１００ｃｃの１，２，４−トリクロロベンゼンに溶解させた。次いで、各サンプルに酸化防止剤のＮ−フェニル−２＝ナフチルアミンを添加し、約１７０℃に加熱して６時間おいた。さらに、各サンプル毎に、予め秤量した高温フィルタを用いて、約１７０℃で高温濾過した。濾過後、フィルターを室温まで冷却し、個々にジクロロメタンで洗浄した。次いで、それらのフィルターを対流オーブンに入れ、１０５℃で６時間乾燥させて再秤量した。非溶解性（架橋）部分の重量分率を、初期重量の２００ｍｇに対して決定した。各サンプルに存在する低分子量部分を決定するために、ＧＰＣで決定した可溶性部分における分子量１０⁵未満の重量分率に溶解率を乗ずることにより、各サンプルの低分子量部分の重量分率を得た。結果を表３に示す。表３から、方法Ｄで作製したサンプルは、方法Ｂで作製したサンプルより多くの架橋を含む（即ち、溶解性が低い）ことがわかる。オーブン・エージングに当たり、方法Ｂで作製したサンプル中の（１０⁵未満と定義した）低分子量部分は、０．２７５から０．４８１に増加したが、方法Ｄで作製したサンプルでは、２３日のオーブン・エージング後でも約０．１８で実質的に変化しなかった。低分子量部分の増加は、酸化的反応によって起こる鎖切断によるものである。これらの結果は、方法Ｄが、優れた耐酸化性を持つ放射線処理された高分子を製造できることを示している。実施例４サンプル作製で述べた方法Ｂ及び方法Ｄで作製した０．５インチ直方体のＵＨＭＷＰＥサンプルの負荷変形（クリープ抵抗）を評価した。ＡＳＴＭＤ６２１（Ａ）（２４時間／２３℃／１０００ｐｓｉ／９０分回復）による試験方法を用いた。結果を表４に示す。表４から、本発明、即ち方法Ｄで作製したサンプルは、方法Ｂで作製したサンプル（０．８％）より優れたクリープ抵抗（０．６％）を持つと結論づけられる。実施例５２つの１ｍｍ厚ＵＨＭＷＰＥサンプルを、サンプル中の残存応力を取り除くため、各々、空気と乾燥窒素（酸素含有量０．２％未満）で満たしたオーブン内で、１３０℃で２０時間アニールした。シートをオーブン内で室温まで冷却した後、オーブンから取り出し、ダンベル型の引張り試験用試料（ＡＳＴＭＤ６３８、タイプＶ）を切り出した。空気中及び乾燥窒素中でアニールした各々６個の試料に対して、ＡＳＴＭＤ６３８に従って、２インチ／分の速度で引張り試験を行った。結果を表５に示す。上記の表より、窒素中でアニールしたサンプルは、空気中でアニールしたサンプルより高い破断時の伸び、高い引張り破壊強度、及び高いじん性を示すが、引張り耐力強度は２つのサンプルで同程度であった。これらの結果は、窒素中でアニールしたサンプルの方が、空気中でアニールしたサンプルより延性に富むことを示している。空気中でアニールしたサンプルにおける延性の低下は、酸化的鎖切断による。これら２つのサンプルの酸化係数を決定するため、アニールした１ｍｍ厚のＵＨＭＷＰＥシート各々から約１００μｍ厚の薄膜資料を切り出し、ＩＲ窓に設置して標準的なＦＴＩＲ（ニコレット７１０ＦＴＩＲシステムを用いた）を走査させた。方法は、サンプル作製で採用したものを用いた。得られた酸化係数を今日６に示す。上記の結果から、ラム押出し後に空気中でアニールしたＵＨＭＷＰＥサンプルは、かなり酸化されていることがわかり、これは成型工程で生じたフリー・ラジカルによるものである。それに対して、窒素中でアニールしたＵＨＭＷＰＥサンプルでは酸化は見られなかった（ＦＴＩＲ検出下限以下であった）。よって、窒素中でアニールすることは、高分子の酸化を防止し、優れた延性を持つ高分子を製造すると結論づけられる。本発明のいくつかの実施例を述べたが、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく、多くの変更及び変形が可能であることは言うまでもない。

Claims

【特許請求の範囲】１．耐酸化性に優れた材料からなる医療用高分子埋め込み具の製法において、高分子材料から埋め込み具を成型し、成型した埋め込み具を、酸素を減少させた雰囲気内でパッケージ内にシールし、前記パッケージした埋め込み具を放射線滅菌し、そして、前記パッケージした埋め込み具を、隣接する高分子鎖のフリー・ラジカル間の架橋を形成するのに十分な、予め設定した時間及び温度で加熱する工程からなる埋め込み具の製法。２．前記予め設定した温度が、約３７℃から約７０℃である請求項１記載の埋め込み具の製法。３．前記予め設定した時間が、少なくとも４８時間である請求項２記載の埋め込み具の製法。４．前記予め設定した温度が５０℃であり、前記予め設定した時間が１４４時間である請求項３記載の埋め込み具の製法。５．前記高分子材料が、４００，０００から１０，０００，０００の分子量を持つ超高分子量ポリエチレンである請求項１記載の埋め込み具の製法。６．前記予め設定した温度が５０℃であり、前記予め設定した時間が１４４時間である請求項５記載の埋め込み具の製法。７．前記放射線滅菌が、ガンマ線、Ｘ線、または電子線によって行われる請求項１記載の埋め込み具の製法。８．前記酸素を減少させた雰囲気が、１％以下の酸素を含む雰囲気である請求項１記載の埋め込み具の製法。９．前記酸素を減少させた雰囲気が、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、及びそれらの混合物からなる群から選択されるガスからなる請求項８記載の埋め込み具の製法。１０．前記酸素を減少させた雰囲気が、水銀柱３インチ未満の真空で形成される請求項８記載の埋め込み具の製法。１１．前記酸素を減少させた雰囲気でのシールが、まず、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、及びそれらの混合物からなる群から選択されるガスでパッケージ内をフラッシングし、次いで、そのパッケージ内を水銀柱３インチ未満の真空にし、さらにそのパッケージを前記の群から選択されるガスでフラッシングすることによって行われる請求項８記載の埋め込み具の製法。１２．１×１０¹⁷／ｇ未満のフリー・ラジカル濃度を持つ高分子鎖からなる高分子材料で形成される医療用埋め込み具において、前記フリー・ラジカルが酸化される前に、該埋め込み具を、酸素を減少させた雰囲気内で、約３７℃から約７０℃の温度で少なくとも４８時間加熱することによって得られる医療用埋め込み具。１３．前記高分子材料が、４００，０００から１０，０００，０００の分子量を持つポリエチレンである請求項１２記載の医療用埋め込み具。１４．医療用埋め込み具用の耐酸化性に優れた高分子原材料をプラスチック樹脂粉末から製造する製法において、前記樹脂を密封容器内に配置し、この密封容器から、酸素を実質的に取り除き、前記密封容器内を、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、及びそれらの混合物からなる群から選択されるガスで再加圧し、次いで前記樹脂を成型装置に移し、酸素を減少した雰囲気中で前記樹脂を溶融及び成型して原材料を製造し、その後、前記原材料を、予め設定した温度で、予め設定した時間アニールする工程からなる製法。１５．前記密封容器内の酸素含有量が１％未満である請求項１４記載の製法。１６．前記成型装置が、酸素１％未満の雰囲気下で作動する請求項１５記載の製法。１７．前記樹脂材料が、４００，０００から１０，０００，０００の分子量を持つポリエチレンである請求項１４記載の製法。１８．前記容器から酸素を取り除く方法が、真空化、不活性ガスによるフラッシング、酸素吸収剤の使用、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１４記載の製法。１９．前記アニール工程が、酸素を減少させた雰囲気下で、約３７℃から約１３５℃の温度で少なくとも４時間行われる請求項１４記載の製法。２０．耐酸化性に優れた医療用埋め込み具をプラスチック樹脂粉末から製造する製法において、前記樹脂を密封容器内に配置し、この密封容器から、酸素を実質的に取り除き、前記密封容器内を、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、及びそれらの混合物からなる群から選択されるガスで再加圧し、次いで前記樹脂を成型装置に移し、酸素を減少した雰囲気中で前記樹脂を溶融及び成型して原材料を製造し、その後、前記原材料を、予め設定した温度で、予め設定した時間アニールし、前記高分子原材料から埋め込み具を成型し、成型した埋め込み具を、酸素を減少させた雰囲気内でパッケージ内にシールし、前記パッケージした埋め込み具を放射線滅菌し、そして、前記パッケージした埋め込み具を、隣接する高分子鎖のフリー・ラジカル間の架橋を形成するのに十分な、予め設定した時間及び温度で加熱する工程からなる埋め込み具の製法。２１．前記容器から酸素を取り除く方法が、真空化、不活性ガスによるフラッシング、酸素吸収剤の使用、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項２０記載の製法。２２．前記アニール工程が、酸素を減少させた雰囲気下で、約３７℃から約１３５℃の温度で少なくとも４時間行われる請求項２０記載の製法。２３．耐酸化性に優れた医療用高分子埋め込み具材料の製法において、高分子材料から埋め込み具を成型し、成型した埋め込み具を、酸素を減少させた雰囲気内でパッケージし、前記酸素を減少させた雰囲気を維持しながら前記パッケージした埋め込み具を放射線滅菌し、そして、前記パッケージした埋め込み具を、前記酸素を減少させた雰囲気を維持しながら、約３７℃から約７０℃の温度で少なくとも４８時間加熱する製法。２４．前記高分子材料が、４００，０００から１０，０００，０００の分子量を持つ超高分子量ポリエチレンである請求項２３記載の製法。２５．前記予め決められた温度が５０℃であり、前記予め設定した時間が１４４時間である請求項２３記載の製法。２６．前記酸素を減少させた雰囲気が、１％以下の酸素を含む雰囲気である請求項１９記載の製法。２７．前記酸素を減少させた雰囲気が、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、及びそれらの混合物からなる群から選択されるガスからなる請求項２６記載の製法。２８．前記酸素を減少させた雰囲気が、水銀柱３インチ未満の真空で形成される請求項２６記載の製法。２９．前記加熱工程が、不活性ガス雰囲気中で行われる請求項２３記載の製法。