滑動材料及其制造方法

滑動材料及其制造方法
【專利摘要】本發明的目的在于提供具有優異的耐磨耗性和耐氧化性的滑動構件的制造方法。制造本發明的滑動材料(10)的方法的特征在于，包括使含有自由基捕獲劑和高分子材料的基材(12)成形的工序、利用洗凈液洗凈所述基材(12)的表面的至少一部分(16)的工序、通過接枝鍵合將具有磷酰膽堿基的高分子鏈固定于洗凈后的所述表面的至少一部分(16)，由此在所述表面的至少一部分形成高分子膜(30)的工序。
【專利說明】滑動材料及其制造方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及醫療材料及其制造方法，特別涉及用于人工關節的滑動構件及其制造 方法。

【背景技術】
[0002] 近年，社會步入高齡化，需要援助和護理的患者數激增。這些患者的約20?30% 在運動器官（關節和脊椎等骨骼、用于活動骨骼的神經、肌肉和韌帶等）的功能上存在障 礙。特別是在喪失行走能力的情況下，癡呆癥、內臟疾病等其它疾病的風險增加。
[0003] 由于股關節的外傷（骨折等）或股關節的疾病（變形性股關節癥和類風濕性關節 炎等）而喪失行走能力的情況下，作為一個選項，有人工股關節置換術。所謂人工股關節置 換術是指將產生功能障礙的股關節置換為人工關節的手術。通過人工股關節置換術，患者 不僅可以恢復行走能力，還可以從股關節的痛苦中解脫出來。
[0004] 包括人工股關節的各種人工關節的耐用年數通常為約15?20年。因此，患者在 接受人工關節置換術起15?20年后，有可能必須接受更換人工關節的手術（人工關節再 置換術）。為了盡可能地回避人工關節再置換術，期望的是耐用年數長的人工關節。
[0005] 需要人工關節再置換術1個理由是人工關節的松動（loosening)。例如，在很多 人工股關節中使用聚乙烯（PE)制的內襯和金屬制或陶瓷制的股骨頭。使人工關節活動時， 由軟質材料形成的內襯被由硬質材料形成的股骨頭磨耗，產生亞微米尺寸的PE的磨耗粉。 若巨噬細胞吞噬在體內產生的磨耗粉，則巨噬細胞促進破骨細胞的形成和活性化。其結果 是，在植入物周圍的骨骼中，引起破骨細胞導致的骨溶解（osteolysis)，在骨骼和人工關節 之間形成空隙而發生人工關節的松動（loosening)。像這樣,人工關節的松動是由對被稱為 "PE的磨耗粉"的異物的生物體反應而引起的。
[0006] 因此，為了抑制人工關節的松動，"減少PE的磨耗粉的發生（提高耐磨耗性）"是 有效的。
[0007] 為了提高耐磨耗性，已知使用交聯PE (CLPE)制的內襯（例如，專利文獻1)。CLPE 是通過對通常的PE照射高能射線（伽馬射線、電子射線等）使其發生交聯反應而得到的。 CLPE與通常的PE相比，耐磨耗性優異，因此能夠使來自于內襯的磨耗粉的產生減少。
[0008] 但是，若通過高能射線的照射而在PE內產生自由基，則存在由于該自由基而PE的 分子鏈被切斷、內襯的機械強度降低的風險。另外，存在長期設置于體內的內襯由于氧化而 PE的分子鏈被切斷、內襯的機械強度降低的風險。內襯的機械強度的降低會使內襯的載荷 支承性、耐磨耗性降低，因此不符合期望。
[0009] 因此，為了使PE內的自由基不活性化，且為了提高PE的耐氧化性，嘗試使用含有 自由基捕獲劑（例如，維生素A、維生素C和維生素E)的PE來制造內襯（例如,專利文獻 2)。
[0010] 作為提高耐磨耗性的其他嘗試，已知內襯用高潤滑性的高分子膜覆蓋內襯的表面 的方法（例如，專利文獻3?5)。作為高分子膜，使用在濕潤環境下顯示出極高潤滑性的 2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿（MPC)膜。
[0011] 現有技術文獻
[0012] 專利文獻
[0013] 專利文獻1 :日本特表2000 - 514481號公報
[0014] 專利文獻2 :日本專利第4256096號公報
[0015] 專利文獻3 :日本特開2003 - 310649號公報
[0016] 專利文獻4 :日本專利第4963838號公報
[0017] 專利文獻5 :日本專利第5028080號公報


【發明內容】

[0018] 發明所要解決的課題
[0019] 為了進一步延長人工關節的耐用年數，要求兼顧內襯的耐磨耗性和耐氧化性。例 如，依據專利文獻2、3中公開的內容，若能夠制造"具備含有自由基捕獲劑的PE制的基材和 覆蓋于基材表面的高潤滑性的高分子膜的內襯"，則利用自由基捕獲劑和高分子膜的協同 效應，應該能夠得到能長期保持優異的耐磨耗性和耐氧化性的內襯。
[0020] 但是，發明人在制造這樣的內襯時，發生難以形成連續的高分子膜、或者高分子膜 容易從基材剝離等問題，未能達成如期待那樣的耐磨耗性和耐氧化性的兼顧。
[0021] 因此，本發明的目的在于，提供具有優異的耐磨耗性和耐氧化性的滑動構件（內 襯）的制造方法、以及利用該制造方法得到的滑動構件。
[0022] 用于解決課題的手段
[0023] 制造本發明的滑動材料的方法的特征在于，包括：使含有自由基捕獲劑和高分子 材料的基材成形的工序、利用洗凈液洗凈所述基材的表面的至少一部分的工序、通過接枝 鍵合將具有磷酰膽堿基的高分子鏈固定于洗凈后的所述表面的至少一部分，由此在所述表 面的至少一部分形成高分子膜的工序。
[0024] 用電子顯微鏡觀察未經洗凈工序形成有高分子膜的滑動構件時，確認到難以形成 連續的高分子膜、基材表面容易從高分子膜的缺損部（例如，高分子膜的孔等）露出的情 況，或者在形成的高分子膜與基材的界面產生間隙，高分子膜容易從基材剝離的情況。露出 的基材表面與被高分子膜覆蓋的基材表面相比容易磨耗，認為不能夠得到如期待那樣的耐 磨耗性。
[0025] 另一方面，按照本發明的方式在洗凈工序之后，能夠形成連續的（即，無缺損部的 高分子膜）且與基材的密合性優異的高分子膜。由此認為，能夠得到具有優異的耐磨耗性 和耐氧化性的滑動材料。
[0026] S卩，在本發明的制造方法中，通過包括"利用洗凈液洗凈所述基材的表面的至少一 部分的工序"，能夠得到耐磨耗性優異的滑動構件。
[0027] 另外，本發明的滑動構件是通過上述的方法制造的構件。
[0028] 具體而言，本發明的滑動構件的特征在于，包含含有自由基捕獲劑和高分子材料 的基材、和覆蓋該基材的表面的至少一部分的高分子膜，所述高分子膜由在所述表面的至 少一部分接枝鍵合的含磷酰膽堿基高分子鏈構成，所述高分子膜相對于水的接觸角為40° 以下。
[0029] 本發明的滑動構件是通過上述的方法制造的，具備與基材的密合性優異且連續的 高分子膜（即，無缺損部的高分子膜）。因此，本發明的滑動構件的耐磨耗性優異。
[0030] 另外，連續的高分子膜相對于水的接觸角成為40°以下。由此可知，在本發明的滑 動構件中，由于覆蓋滑動構件的高分子膜相對于水的接觸角為40°以下，因此具備連續的 高分子膜。因此，本發明的滑動構件的耐磨耗性優異。
[0031] 發明效果
[0032] 根據本發明的制造方法，通過包括用洗凈液進行洗凈的工序，能夠制造具有優異 的耐磨耗性和耐氧化性的滑動構件。另外，本發明的滑動構件具有優異的耐磨耗性和耐氧 化性，因此能夠得到耐用年數長的人工關節。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是使用實施方式1的滑動構件的人工股關節的示意圖。
[0034] 圖2是實施方式1的滑動構件的示意立體圖。
[0035] 圖3是實施方式1的滑動構件的制造方法的工序圖。
[0036] 圖4是表示關于實施例2中測定的試樣If?Ii的相對于水的接觸角的測定結果 的圖表。
[0037] 圖5A?D是實施例3中拍攝的試樣Ia?Id的透射電子顯微鏡（TEM)圖像。
[0038] 圖6是實施例4中測定的試樣Ia?If的測定結果。圖5A是表示表面原子濃度 的測定結果的圖表，圖5B是表示相對于水的接觸角的測定結果的圖表。
[0039] 圖7是表示實施例5中進行的試樣IcUlj和Ik的磨耗試驗1的結果的圖表。
[0040] 圖8是實施例5的磨耗試驗2中使用的磨耗試驗裝置的示意圖。
[0041] 圖9是表示實施例5中進行的試樣IcUlj和Ik的磨耗試驗2的結果的圖表。
[0042] 圖10A、B是表示實施例6中進行的試樣IcUlj和Ik的氧化實驗的結果的圖表。
[0043] 圖11是表示關于實施例7中測定的試樣Im?Ir的相對于水的接觸角的測定結 果的圖表。
[0044] 圖12是表示關于實施例9中測定的試樣2a?2h的相對于水的接觸角的測定結 果的圖表。
[0045] 圖13是表示關于實施例10中測定的試樣2a?2h的磷酸指數的測定結果的圖表。
[0046] 圖14是表示關于實施例11中測定的試樣2a?2h的膜厚的測定結果的圖表。
[0047] 圖15 (a)、（b)是關于實施例12中拍攝的試樣2b和2c的TEM圖像。
[0048] 圖16 (a)、（b)是關于實施例12中拍攝的試樣2e和2f的TEM圖像。
[0049] 圖17是表示關于實施例13中測定的試樣2a?2h的表面原子濃度的測定結果的 圖表。
[0050] 圖18是表示關于實施例15中測定的試樣3a?3i的相對于水的接觸角的測定結 果的圖表。
[0051] 圖19是表示關于實施例16中測定的試樣3a?3i的磷酸指數的測定結果的圖表。
[0052] 圖20是表示關于實施例17中測定的試樣3a?3i的膜厚的測定結果的圖表。
[0053] 圖21 (a)、（b)是關于實施例18中拍攝的試樣3d和3e的TEM圖像。
[0054] 圖22是表示關于實施例19中測定的試樣3a?3i的表面原子濃度的測定結果的 圖表。
[0055] 圖23是實施例22?25中測定的試樣4a?4j的測定結果。圖23 (a)是表示相 對于水的接觸角的測定結果的圖表，圖23(b)是表示磷酸指數的測定結果的圖表，圖23(c) 是表示膜厚的測定結果的圖表，圖23(d)是表示表面磷原子濃度的測定結果的圖表。
[0056] 圖24(a)?⑷是關于實施例26中拍攝的試樣4e、4f、4i和4j的TEM圖像。

【具體實施方式】
[0057] <實施方式1 >
[0058] 圖1是人工股關節1的示意圖。人工股關節1由固定于髖骨93的臼蓋94的滑動 構件（內襯）10和固定于股骨91的近端的股骨軸20構成。如圖1和圖2所示，內襯10具 有基材12和高分子膜30,所述基材12具有大致半球狀的白蓋固定面14和凹陷成大致半球 狀的滑動面16,所述高分子膜30覆蓋滑動面16。將股骨軸20的股骨頭22嵌入利用高分 子膜30覆蓋的滑動面16 (被覆滑動面161)而使其滑動，由此作為股關節起作用。
[0059] 內襯10的基材12含有自由基捕獲劑和1?分子材料。需要說明的是，基材12也可 以由自由基捕獲劑和高分子材料構成。作為高分子材料，可以使用例如PE系的材料。"自 由基捕獲劑"是指捕獲基材12內產生的自由基而使其不活性化的化合物。自由基捕獲劑還 具有使引起氧化的物質（活性氧等）不活性化的能力。
[0060] 在本發明中，為了形成內襯10的基材12,使用了含有高分子材料和自由基捕獲劑 的基材用材料。因此，在內襯10的制造工序中，即使在基材12中產生自由基，自由基也被 基材用材料中的自由基捕獲劑不活性化。由此，能夠抑制構成基材12的高分子材料因自由 基而發生劣化。另外，含有自由基捕獲劑的基材12能夠使活性氧等不活性化，因此能夠抑 制基材12在生物體內因活性氧等發生氧化劣化。
[0061] 覆蓋滑動面16的表面的高分子膜30由具有磷酰膽堿基的高分子構成。詳細而言， 該高分子膜30為具有磷酰膽堿基的高分子鏈在表面排列的結構。這樣的結構類似于生物 體膜的結構。
[0062] 構成生物體關節部等軟骨表面的生物體膜是磷脂分子的集合體。生物體膜的表面 微觀上被磷酰膽堿基覆蓋（石原：外科61卷132頁（1999))。對于生物體關節軟骨而言，通 過在該生物體膜與包含蛋白多糖、透明質酸的親水性高分子的聚集體的內部保持潤滑液， 構成摩擦系數極低的潤滑的關節面。與生物體關節軟骨同樣地，本發明的高分子膜30與潤 滑液的親和性高，因此可以在高分子膜30的內部保持潤滑液。因此，滑動面16與未被高分 子膜30覆蓋的現有的內襯10相比，滑動面16被高分子膜30覆蓋的本發明的內襯10的摩 擦系數變低。
[0063] 通過利用高分子膜30覆蓋PE制的基材12的滑動面16,能夠使滑動面16上的相 對于水的接觸角（以下稱為"接觸角"）從約90° (未被高分子膜30覆蓋的PE上的接觸 角）降低至約14° (理想的高分子膜30上的接觸角）。
[0064] 另外，若高分子膜30的連續性降低，則接觸角增加。由此，接觸角的值可以成為了 解高分子膜30的連續性的指標。另一方面，連續的高分子膜30與不連續的高分子膜30 (例 如，具有孔等缺損部的商分子I旲30、呈島狀散布的商分子I旲30等）相比，提商內襯10的滑 動特性（例如耐磨耗性）的效果高。由此，接觸角的值也可以成為了解內襯10的滑動特性 的指標。
[0065] 例如，若覆蓋內襯10的滑動面16的高分子膜30為接觸角40°以下，則能夠有意 地提高內襯10的耐磨耗性。這被認為是由于，接觸角40°以下的高分子膜30中不存在使 耐磨耗性降低這樣的尺寸的孔，因此能夠抑制局部磨耗。
[0066] 按照這樣，通過利用接觸角為40°以下的高分子膜30被覆滑動面16,在基材12 的滑動面16難以引起局部磨耗，因此能夠得到耐磨耗性優異的內襯10。由此，通過使用這 樣的內襯10,能夠延長人工關節的耐用年數。特別是，若利用接觸角為35°以下的高分子 膜30被覆滑動面16,則高分子膜30的連續性進一步提高，耐用年數進一步變長，因此更優 選。此外，若利用接觸角為15°以下的高分子膜30被覆滑動面16,則高分子膜30的連續 性進一步提高，耐用年數顯著變長，因此更優選。
[0067] 高分子膜30的缺損部越少，則高分子膜30的密度變得越高。由此，內襯10的高 分子膜30的密度越高，則內襯10的耐磨耗性變得越高。作為了解高分子鏈的密度的指標， 可以使用磷原子和氮原子的原子濃度。
[0068] 在具有磷酰膽堿基的單體1分子中，分別包含1原子的磷原子和氮原子。由此，測 定區域內包含的磷原子和氮原子的含有率（相當于原子濃度）與處于該范圍的單體的個數 成正比。即，磷原子和氮原子的原子濃度能夠可以成為了解高分子膜30的密度的指標。 [0069] 在磷原子和氮原子的原子濃度的確定中，可以使用X射線光電子能譜（XPS)分析。 XPS的分析區域極小，因此具有即使是試樣表面具有凹凸的形狀也能夠進行測定的優點。
[0070] 無缺損的2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿（MPC)聚合物膜的理論原子濃度中，磷 原子濃度為5. 3原子％，氮原子濃度為5. 3原子％。由此可以推測，各原子濃度越接近理論 值，越形成缺損少的高分子膜30。即，認為各原子濃度越接近理論值，越是高分子膜30對潤 滑液的親和性高、耐磨耗性等特性優異的內襯10。
[0071] 高分子膜30優選由XPS分析得到的磷原子濃度為3. 5原子％以上、氮原子濃度為 3. 5原子％以上的膜。具有這樣的原子濃度的高分子膜30被認為是密度高的高分子膜30。 利用這樣的高分子膜30覆蓋的滑動面16難以被磨耗，因此能夠形成具有良好的耐磨耗性 的人工關節。
[0072] 高分子膜30的磷原子濃度更優選為4. 5原子％?5. 3原子％，進一步優選為5. 0 原子％?5. 3原子％。1?分子膜30的氮原子濃度更優選為4. 5原子％?5. 3原子％，進一 步優選為5. 0原子％?5. 3原子％。具有這樣的高原子濃度的高分子膜30被認為是密度 更高且孔少的高分子膜30。由此能夠形成具有優異的耐磨耗性的人工關節。
[0073] 需要說明的是，磷原子濃度和氮原子濃度作為了解高分子膜30的密度的指標是 優異的，另一方面，存在不能夠反映宏觀地觀察高分子膜30時有無孔的情況。這是因為XPS 分析區域極小，因此宏觀地觀察時即使高分子膜30有孔，可能發生在測定范圍內不存在孔 這一狀況。由此，在高分子膜30的評價時，希望不僅僅由原子濃度的結果來判斷，而是與高 分子膜30的宏觀的物性測定（例如，相對于水的接觸角）的結果復合地進行判斷。
[0074] 若構成高分子膜30的高分子鏈變長（即，若高分子膜30的膜厚變厚），則高分子 膜30的連續性提高。這是因為，在高分子膜30的膜厚薄時被認作高分子膜30的"缺損部 (例如孔）"的部分由于該缺損部的周圍的高分子鏈變長而被遮蔽。但是，遮蔽被認作缺損 部的部分的高分子鏈未與從高分子膜30的缺損部露出的基材12的滑動面16鍵合。由此， 若從截面視角觀察高分子膜30,則在基材12的滑動面16與高分子膜30之間形成間隙。
[0075] 若基材12的滑動面16與高分子膜30之間存在間隙，則高分子膜30對滑動面16 的鍵合力變低。因此，高分子膜30的剝離強度有降低的傾向。換言之，滑動面16與高分子 膜30之間實質上不存在間隙時，高分子膜30對滑動面16的鍵合力高。因此，將具備實質 上不存在間隙的高分子膜30的內襯10作為人工關節使用時，高分子膜30從基材12剝離 的可能性變低，能夠延長人工關節的耐用年數。
[0076] 接著，參照圖3對本發明的滑動構件（內襯10)的制造方法進行說明。
[0077] 內襯10的制造方法包括，
[0078] 1.使基材12成形的工序（成形工序Cl)、
[0079] 2?洗凈基材表面的一部分（滑動面16)的工序（洗凈工序C4)、
[0080] 3?在滑動面16形成高分子膜30的工序（高分子膜形成工序C5)。
[0081] 此外，在成形工序Cl與洗凈工序C4之間還可以包括，使基材12中包含的高分子 材料交聯的交聯工序C2、C3。
[0082] 以下，對各工序進行詳述。
[0083] (1.使基材12成形的工序：成形工序Cl)
[0084] 在該工序中，使含有自由基捕獲劑和高分子材料的基材12成形。作為成形手段， 可以利用如下加工法，準備含有自由基捕獲劑和高分子材料的基材用材料的塊體，將該塊 狀的基材用材料進行切削加工而成形為基材12的形狀。塊狀的基材用材料可以通過例如 將粉末狀、粒狀或丸狀的高分子材料（例如超高分子量PE (UHMWPE)材料）與自由基捕獲劑 (液狀或粉末狀）混合而得到的混合物進行壓縮成型、擠出成型或射出成型來制造。使用 UHMWPE作為高分子材料時，UHMWPE是熱塑性樹脂，但即使在熔融溫度以上的流動性也低， 因此適宜將固體狀（特別是粉末狀或粒狀）的UHMWPE投入模具，在高熱高壓條件下成型。
[0085] 在此，壓縮成型可以包括例如常溫壓縮階段、壓力降低溫度上升階段、高溫高壓保 持階段和冷卻階段。
[0086] 在常溫壓縮階段，將包含UHMWPE與自由基捕獲劑的混合物的原料粉末投入成形 模具中，以壓力200?250MPa、溫度25°C (常溫）進行1?10分鐘壓縮（壓制）。
[0087] 在壓力降低溫度上升階段，使壓力從常溫壓縮階段中設定的值降低至20? 35MPa，使溫度從25°C上升至140?275°C，保持10?40分鐘。
[0088] 在高溫高壓保持階段，在使溫度保持在壓力降低溫度上升階段中設定的高溫的狀 態下，使壓力從壓力降低溫度上升階段中設定的值上升至100?180MPa，保持1?10分鐘。
[0089] 在冷卻階段，在使壓力保持在高溫高壓保持階段中設定的值的狀態下，用10?50 分鐘使溫度從高溫高壓保持階段中設定的值緩緩冷卻至25°C (常溫）。
[0090] 最后放開壓力并從模具中取出，得到壓縮成型體。在此得到的壓縮成型體包含維 生素E類等自由基捕獲劑。
[0091] 通過壓縮成型、擠出成型或射出成型得到的基材用材料可以在通過切削加工調整 形狀后供給至高分子膜形成工序。
[0092] 此外，也可以使用將混合粉末壓縮成型或射出成型為基材12的形狀的成形方法 (所謂同時復合成型法）。利用同時復合成型法成形的基材12不需要切削加工或略微切削 即可，因此能夠降低切削加工所花費的費用和工夫。
[0093](交聯工序（高能射線照射工序）C2)
[0094] 為了提高基材12的耐磨耗性，可以將構成基材12的高分子材料進行交聯處理。例 如，向成形前的塊狀的基材用材料照射高能射線（例如，X射線、伽馬射線或電子射線），使 基材用材料包含的高分子材料（例如PE)交聯，由此制造"交聯的塊狀的基材用材料（含有 交聯高分子材料（例如CLPE)) "，將得到的"交聯的塊狀的基材用材料"進行切削加工，從而 能夠得到基材12。
[0095] 在交聯處理中，通過向基材用材料照射高能射線，在基材用材料中包含的高分子 材料內產生自由基。通過該自由基，高分子材料的分子鏈間發生鍵合，高分子材料成為網眼 結構（交聯，CL)。由于該網眼結構，高分子材料內的分子鏈間的鍵合力提高，高分子材料的 機械特性（例如，耐磨耗性、耐沖擊性等）提高。
[0096] 在其他例中，也可以首先準備含有高分子材料（例如PE)的基材12,然后向該基材 12照射高能射線而對高分子材料進行交聯處理。
[0097] 按照本發明，在含有自由基捕獲劑的基材12的情況下，在基材12內產生的自由基 之中的一部分被自由基捕獲劑捕獲，因此交聯反應變得難以進行。由此，為了在含有自由基 捕獲劑的基材12內進行充分的交聯反應，必須以較高的射線能量（例如75kGy?200kGy， 更優選為IOOkGy?150kGy)照射高能射線。需要說明的是，在不含自由基捕獲劑的PE中， 通過照射50?IOOkGy的高能射線，可以進行充分的交聯反應。
[0098](交聯工序（熱處理工序）C3)
[0099] 照射高能射線之后，可以對高分子材料進行熱處理。通過進行熱處理，因高能射線 照射而在高分子材料內產生的自由基更高效地引起交聯反應，因此交聯反應被促進。熱處 理的溫度范圍優選為110?130°c，熱處理的處理時間優選為2?12小時的范圍。
[0100] 按照這樣，交聯處理可以在成形加工之前也可以在之后進行。但是，根據以下的理 由，希望交聯處理在成形加工之前進行。交聯處理所必需的高能射線照射有可能使基材12 的尺寸發生變化，因此不希望在成形加工之后進行交聯處理。另外，根據以下的理由，希望 交聯處理在"2.洗凈滑動面16的工序"之前進行。
[0101] 在本發明中，在"2.洗凈滑動面16的工序"之后進行"3.形成高分子膜的工序"。 滑動面16的洗凈效果隨著時間而降低，因此不希望在這些工序之間進行其它的處理（例如 交聯處理）。另外，交聯處理所需的高能射線照射對于高分子膜30而言不好，因此不希望在 "3.形成高分子膜的工序"之后進行交聯處理。根據這些理由，優選交聯處理在洗凈工序之 前進行。
[0102] 需要說明的是，高分子材料的交聯處理可以通過在基材用材料中添加交聯劑來進 行。但是，人工關節中使用的內襯10長期設置在生物體內，因此不優選使用生物體安全性 不確定的交聯劑。
[0103] (2?洗凈滑動面16的工序：洗凈工序C4)
[0104] 在該工序中，通過洗凈液洗凈基材12表面的至少一部分（具體為滑動面16)。通 過該工序，能夠在接下來的"3.形成高分子膜30的工序"中，將缺損少的高分子膜30形成 于滑動面16。
[0105] 為了形成高分子膜30,將構成高分子膜30的高分子鏈接枝鍵合于基材12的滑動 面16。通過接枝鍵合，可以將高分子鏈在基材12的滑動面16穩定地固定化。此外，通過控 制接枝鍵合時的條件（例如，增強紫外線照射強度、提高聚合引發劑濃度、延長紫外線照射 時間等），可以使聚合引發點增多。其結果是能夠使大量的磷酰膽堿鏈形成于基材的滑動 面，能夠提高高分子膜的密度。
[0106] 但是，若自由基捕獲劑存在于基材12的滑動面16,則出現高分子鏈在滑動面16變 得難以接枝鍵合的傾向。這被認為是由于，自由基捕獲劑介于形成高分子膜30的單體與滑 動面16之間，而單體不能夠接近滑動面16,結果高分子鏈在該附近區域不能夠接枝鍵合。 由此，在滑動面16的附近區域，在高分子膜30產生孔以及/或者在高分子膜30與滑動面 16之間產生間隙。
[0107] 另外，構成高分子膜30的高分子鏈通過使用了在滑動面16表面產生的自由基的 表面引發接枝聚合反應而形成。但是，高分子材料中包含的自由基捕獲劑捕獲該自由基聚 合中必要的自由基而使其不活性化，因此會阻礙表面引發接枝聚合反應。這也被認為是產 生高分子膜30的孔和間隙的原因之一。
[0108] 因此，在形成高分子膜30之前洗凈滑動面16,通過僅從滑動面16除去自由基捕獲 齊U，使得形成高分子膜30的單體能夠接近遍布滑動面16的整體。其結果是能夠形成不具 有孔、間隙等缺損或缺損少的高分子膜30。
[0109] 按照上述，在洗凈工序中，目的為洗凈滑動面16的自由基捕獲劑。由此，使用的洗 凈液優選自由基捕獲劑的洗凈效果高的洗凈液。另一方面，作為洗凈液，若使用能夠將構成 基材12的高分子材料溶解的有機溶劑，則有可能對滑動面16的表面帶來損傷，因此不優 選。另外，有可能還使高分子材料的內部中包含的自由基捕獲劑的濃度降低而使內襯10的 抗氧化能的降低，因此不優選。由此，作為洗凈液優選使用含有表面活性劑的水溶液。親油 性的自由基捕獲劑能夠利用表面活性劑的洗凈效果除去，親水性的自由基捕獲劑能夠利用 作為溶劑的水除去。另外，含有表面活性劑的水溶液還具有以下優點，即對由有機材料而成 的基材12帶來損傷的可能極低。
[0110] 在洗凈工序中，可以按照以下進行，在使基材浸漬于包含表面活性劑的洗凈液的 狀態下，洗凈溫度為40?80°C、進一步優選為70?80°C，洗凈時間為6?48小時、進一步 優選為12?48小時。若在該條件下洗凈，則在接下來的工序中形成高分子膜30時，能夠形 成孔、間隙等缺損極少的高分子膜30。例如，按洗凈溫度70°C、洗凈時間6小時進行洗凈， 則能夠形成缺損少的高分子膜30。需要說明的是，洗凈溫度低于70°C時，通過使洗凈時間 長于6小時，能夠得到同樣的效果。洗凈溫度高于70°C時，即便使洗凈時間短于6小時，也 能夠得到同樣的效果。
[0111] (3.形成高分子膜30的工序：高分子膜形成工序C5)
[0112] 在該工序中，將具有磷酰膽堿基的高分子鏈利用接枝鍵合而固定于洗凈后的基材 12表面的至少一部分（具體為滑動面16)，從而在滑動面16形成高分子膜30。高分子膜 30是為了使基材12的滑動面16的摩擦系數降低而形成的，因此至少形成于基材12的滑動 面16即可。例如，在制造人工股關節中的白杯這樣的情況下，在骨頭球滑動的杯內球面至 少形成高分子膜即可。
[0113] 制造本發明的內襯10需要在內襯10的滑動面16固定高分子膜30。至今已知若 干固定方法，但在本發明中，通過由滑動面16表面引發的接枝聚合反應，使作為具有磷酰 膽堿基的化合物（PC化合物）的聚合性單體鍵合于滑動面16,由此固定高分子膜30。該方 法能夠不使構成內襯10的高分子材料的強度等性能劣化而僅修飾滑動面16,且鍵合部分 在化學上穩定，還具有以下優點，即，能夠將大量的磷酰膽堿基形成于人工關節構件的滑動 面而提高高分子膜30的密度。
[0114] 形成高分子膜30的具體的順序包括：在使具有磷酰膽堿基的聚合性單體接觸滑 動面16的狀態下照射紫外線。紫外線強度優選為0. 5mW/cm2以上，能夠將高分子膜30形 成于滑動面16。
[0115] 照射強度更優選為I. OmW/cm2?13. OmW/cm2,能夠形成缺損少的高分子膜30。
[0116] 照射強度進一步優選為I. OmW/cm2?9. 5mW/cm2,特別優選為2. OmW/cm2?9. 5mW/ cm2,能夠形成缺損更少的高分子膜30。
[0117] 從制造效率的觀點出發，照射強度最優選為2. OmW/cm2?5. OmW/cm2。若為該照射 強度的范圍，則能夠形成缺損非常少的高分子膜30。
[0118] 另外，紫外線的照射時間優選為0. 5小時?24小時，在例如紫外線照射強度為 0. 5mW/cm2以上的范圍內，能夠在滑動面16形成連續的高分子膜30。
[0119] 照射時間更優選為0. 5小時?12小時，在例如紫外線照射強度為I. OmW/cm2以上 的范圍內，能夠在滑動面16形成連續的高分子膜30。
[0120] 照射時間進一步優選為0. 5小時?6小時，在例如紫外線照射強度為2. OmW/cm2以 上的范圍內，能夠在滑動面16形成連續的高分子膜30。
[0121] 照射時間特別優選為0. 5小時?3小時，在例如紫外線照射強度為5. OmW/cm2以 上的范圍內，能夠在滑動面16形成連續的高分子膜30。另外，從制造效率的觀點出發，優選 照射時間為3小時以下。
[0122] 將形成高分子膜30時照射的紫外線換算為總能量（=強度（mW/cm2) X時間 (秒））時，優選總能量為6000mJ/cm2?70000mJ/cm2,能夠在滑動面16形成連續的高分子 膜30。
[0123] 總能量更優選為7000mJ/cm2?50000mJ/cm2,能夠形成缺損少的高分子膜30。
[0124] 總能量進一步優選為10000mJ/cm2?45000mJ/cm2,能夠形成缺損更少的高分子膜 30 〇
[0125] 為了使具有磷酰膽堿基的聚合性單體接觸滑動面16,例如可以將內襯10的滑動 面16浸漬于含有聚合性單體的水溶液中。在浸漬于水溶液中的狀態下，向滑動面16照射 紫外線，由此能夠在滑動面16形成高分子膜30。
[0126] 水溶液中的聚合性單體的濃度優選為0. 15mol/L?I. Omol/L，能夠在滑動面16形 成高分子膜30。
[0127] 聚合性單體的濃度更優選0? 27mol/L?I. Omol/L，能夠形成連續的高分子膜30。
[0128] 聚合性單體的濃度進一步優選為0? 27mol/L?0? 8mol/L，特別優選為0? 27mol/ L?0. 55mol/L，能夠形成缺損少的高分子膜30。
[0129] 需要說明的是，從形成優選的高分子膜30的觀點出發，聚合性單體的濃度可以大 于I. Omol/L。但是，制備大于I. Omol/L濃度的水溶液時，使聚合性單體溶解于水溶劑變得 極為困難。另外，聚合性單體價格高，因此若使用濃度大于I. Omol/L的水溶液，則滑動構件 的制造成本有可能增加。
[0130] 另外，在所述紫外線的照射之前，可以在基材12表面的至少一部分（具體為滑動 面16)涂布光聚合引發劑。光聚合引發劑是按照激發所必要的強度照射激發所必要的波長 的光（例如紫外線等），由此被激發而產生自由基的化合物。若向涂布于滑動面16的光聚 合引發劑照射紫外線等，則首先在光聚合引發劑中產生自由基。接著，該產生的自由基移動 至滑動面16,移動的滑動面16表面的自由基與水溶液中的聚合性單體發生反應，開始接枝 聚合。水溶液中的聚合性單體不斷聚合，從而形成高分子鏈。由覆蓋滑動面16的高分子鏈 的集合體構成高分子膜30。
[0131] 若考慮這樣的高分子鏈的成長過程，則推測高分子膜30的厚度受水溶液中的聚 合性單體的濃度的影響。
[0132] 在高分子鏈的成長過程中，若水溶液中的聚合性單體處于高分子鏈的末端的自由 基，則自由基攻擊聚合性單體而進行聚合。為了使高分子鏈較長地成長，需要以使聚合性單 體在引起自由基的停止反應之前接觸自由基的方式，提高接觸幾率。
[0133] 水溶液的聚合性單體濃度和水溶液的溫度被認為對聚合性單體與自由基接觸的 幾率造成影響。例如，若聚合性單體濃度過低，則自由基與聚合性單體相遇的幾率變低，或 許在與聚合性單體接觸之前，不活性化的自由基增加。另外，若水溶液的溫度過低，則水溶 液中的單體的運動性降低，自由基與聚合性單體相遇的幾率變低，或許在與聚合性單體接 觸之前，不活性化的自由基增加。其結果是或許形成長度短的高分子鏈（即，厚度薄的高分 子膜30)。由此，為了增長高分子鏈（即，增厚高分子膜30)，考慮應該使用一定濃度以上和 一定溫度以上的聚合性單體水溶液。
[0134] 聚合性單體水溶液的合適的濃度能夠根據其它的聚合條件而變動，例如，可以為 0. 15mol/L以上。聚合性單體水溶液的適當的溫度能夠根據其它的聚合條件而變動，例如， 可以為40°C以上。
[0135] 得到的高分子膜30的密度可以根據紫外線的強度、照射時間而改變。
[0136] 另外，在高分子膜形成工序后，優選進行基于伽馬射線照射的滅菌處理。
[0137] 以下，對適于本發明的滑動構件及其制造方法的材料進行詳述。
[0138] (基材 12)
[0139] 內襯10的基材12由含有高分子材料和自由基捕獲劑的基材用的材料成形而成。
[0140] (高分子材料）
[0141] 作為基材12中包含的高分子材料，可以使用例如PE系的材料，特別是優選使用超 高分子量聚乙烯（UHMWPE)。UHMWPE在PE系材料之中耐磨耗性、耐變形性等機械特性優異， 因此適于基材12。UHMWPE的分子量越大，則耐磨耗性變得越高，因此優選使用至少分子量 為lX106g/mol(100萬g/mol)以上、優選分子量為3X106g/mol(300萬g/mol)以上、更優選 為 3 X 106g/mol (300 萬 g/mol)?7 X 106g/mol (700 萬 g/mol)、特別優選為 3 X 106g/mol (300 萬 g/mol)?4X 106g/mol (400 萬 g/mol)的 UHMWPE。
[0142] 在此，構成基材的UHMWPE的分子量是在135°C，通過十氫化萘（萘烷）溶液的粘度 測定，由下式（1)確定的分子量。
[0143] 【數學公式1】
[0144] 分子量=5. 37X IO4X (固有粘度）149... (1)
[0145] (自由基捕獲劑）
[0146] 作為基材12中包含的自由基捕獲劑，優選具有酚羥基或生育三烯酚基的自由基 捕獲劑。特別是，具有生育三烯酚基的自由基捕獲劑比具有生育酚基的自由基捕獲劑的抗 氧化能力高，因此更優選。
[0147] 作為自由基捕獲劑的具體例，可以使用受阻胺系自由基捕獲劑、受阻酚系自由基 捕獲劑、憐系自由基捕獲劑、硫系自由基捕獲劑等。
[0148] 作為受阻胺系自由基捕獲劑，可列舉例如1，2, 2,6,6，_五甲基哌啶基甲 基丙烯酸酯、2, 2, 6, 6,-四甲基哌啶基甲基丙烯酸酯、雙（2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌 啶）癸二酸酯、琥珀酸二甲酯與4-羥基-2, 2, 6, 6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合物、 N，N'，N"，N"' -四-(4, 6-雙-(丁基-(N-甲基-2, 2, 6, 6-四甲基哌啶-4-基）氨基）-三 嗪-2-基）-4, 7-二氮雜癸烷-1，10-二胺、、癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲基-1-(辛氧基）-4-哌 啶基）酯、雙（1，2, 2, 6, 6-五甲基-4-哌啶基）[[3, 5-雙（1，1-二甲基乙基）-4-羥基苯 基]甲基]丁基丙二酸酯、環己烷與過氧化正丁基-2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶胺-2, 4, 6-三 氯-1，3, 5-三嗪的反應生成物與2-氨基乙醇的反應生成物、雙（1，2, 2, 6, 6-五甲基-4-哌 啶基）癸二酸酯、甲基-1，2, 2, 6, 6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯、四（1，2, 2, 6, 6-五甲 基-4-哌啶）-1，2, 3, 4- 丁烷四羧酸酯等。
[0149] 作為受阻酚系自由基捕獲劑，可列舉例如2-叔丁基-4-甲氧基苯酚、3-叔丁 基-4-甲氧基苯酚、2, 6-二叔丁基-4-乙基苯酚、2, 2'-亞甲基-雙（4-甲基-6-叔丁基苯 酚）、4, 4 ' -硫代雙-(3-甲基-6-叔丁基苯酚）、4, 4 ' -亞丁基雙（3-甲基-6-叔丁基苯酚）、 1，1，3_ 二（2_ 甲基 _4_ 輕基 _5_ 叔丁基苯基）丁燒、1，3, 5_ 二甲基 _2, 4, 6_ 二（3, 5_ 二叔 丁基-4-羥基芐基）苯以及四-[亞甲基-3-(3'，5' -二叔丁基-4' -羥基苯基）丙酸酯] 甲燒等。
[0150] 作為磷系自由基捕獲劑，可列舉例如三苯基亞磷酸酯、二苯基異癸基亞磷酸酯、苯 基二異癸基亞磷酸酯、4, 4'-亞丁基-雙（3-甲基-6-叔丁基苯基雙十三烷基）亞磷酸酯、環 新戊烷四基雙（壬基苯基）亞磷酸酯、環新戊烷四基雙（二壬基苯基）亞磷酸酯、環新戊烷 四基三（壬基苯基）亞磷酸酯、環新戊烷四基三（二壬基苯基）亞磷酸酯、10-(2, 5-二羥基 苯基）-10H-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、二異癸基季戊四醇二亞磷酸酯和三（2, 4-二 叔丁基苯基）亞磷酸酯等。
[0151] 作為硫系自由基捕獲劑，可列舉例如3, 3'-硫代二丙酸二月桂酯、3, 3'-硫代二丙 酸二硬脂酯、N-環己基硫代鄰苯二甲酰亞胺和N-正丁基苯磺酰胺等。
[0152] 另外，作為自由基捕獲劑，還可以使用脂溶性維生素E類（生育酚類）。
[0153] 作為脂溶性維生素E類，包含生育酚和生育三烯酚以及它們的衍生物等，可列舉 a -生育酚、P _生育酚、Y _生育酚、S -生育酚、dl- a -生育酚、dl- 0 -生育酚、dl- Y _生 育酚、dl- S -生育酚、乙酸dl- a -生育酚、尼克酸-dl- a -生育酚、亞油酸-dl- a -生育酚、 琥珀酸dl- a _生育酚等生育酚及其衍生物、a _生育三烯酚、0 _生育三烯酚、Y _生育三 烯酚、S-生育三烯酚等。它們可以單獨使用，也可以多個并用，優選以混合物的狀態使用 的情況，作為混合物的狀態的物質包含稱為萃取生育酚、混合生育酚等的物質。
[0154] 在這些自由基捕獲劑之中，優選維生素E、受阻胺系化合物。維生素E和受阻胺系 化合物被確認了生物體安全性，適合用于在生物體內使用的基材12。
[0155] 需要說明的是，除上述的自由基捕獲劑以外，也可以將維生素A、維生素C等維生 素類；芳香族胺類；具有醛基或酮基的胺類；氨基苯酚的鹽及縮合物作為自由基捕獲劑使 用。
[0156] 從抗氧化效果的觀點出發，自由基捕獲劑的含量相對于構成基材12的高分子材 料優選為〇. 〇 1?5重量％，更優選為0. 05?0. 7重量％，特別優選為0. 05?0. 15重量％。
[0157] (高分子膜3〇)
[0158] 在高分子膜30的形成中，使用具有磷酰膽堿基的聚合性單體，特別是，通過選擇 一端具有磷酰膽堿基、另一端具有能夠與構成內襯10的高分子材料接枝聚合的官能團的 單體，能夠使高分子膜30接枝鍵合于內襯10的滑動面16。
[0159] 作為適于本發明的聚合性單體，例如，2 -甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿、2 -丙 烯酰氧基乙基磷酰膽堿、4 一甲基丙烯酰氧基丁基磷酰膽堿、6 -甲基丙烯酰氧基己基磷酰 膽堿、《 -甲基丙烯酰氧基亞乙基磷酰膽堿、4 一苯乙烯基氧（styryloxy)基丁基磷酰膽堿 等。特別是，優選2 -甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿（MPC)。
[0160] MPC單體具有如下述所示的化學結構式，具備磷酰膽堿基和聚合性的甲基丙烯酸 單元。MPC單體具有如下特征，S卩，能夠通過自由基聚合容易地形成高分子量的MPC聚合物 (Ishihara等：Polymer Journal刊22卷355頁（1990))。因此，若由MPC單體合成高分子 膜30,則可以在比較緩和的條件下進行高分子膜30與滑動面16的接枝鍵合，此外，能夠形 成密度高的高分子膜30,并使大量的磷酰膽堿基形成于滑動面16。
[0161] 【化學式1】
[0162]

【權利要求】
1. 一種滑動構件的制造方法，其是制造滑動材料的方法，并包括： 使含有自由基捕獲劑和商分子材料的基材成形的工序、 利用洗凈液洗凈所述基材的表面的至少一部分的工序、 通過接枝鍵合將具有磷酰膽堿基的高分子鏈固定于洗凈后的所述表面的至少一部分， 由此在所述表面的至少一部分形成高分子膜的工序。
2. 根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述洗凈液為含有表面活性劑的水 溶液。
3. 根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述表面活性劑為非離子性表面活 性劑。
4. 根據權利要求1?3中的任一項所述的制造方法，其特征在于，在所述洗凈工序中， 所述表面的至少一部分在40°C?80°C洗凈6小時以上。
5. 根據權利要求1?4中的任一項所述的制造方法，其特征在于，在所述洗凈工序中， 所述表面的至少一部分在70°C?80°C洗凈12小時以上。
6. 根據權利要求1?5中的任一項所述的制造方法，其特征在于，所述自由基捕獲劑具 有酚羥基或生育三烯酚基。
7. 根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述自由基捕獲劑為維生素E或受阻 胺系化合物。
8. 根據權利要求1?7中的任一項所述的制造方法，其特征在于， 所述制造方法在使所述基材成形的工序之如，還包括制備含有所述自由基捕獲材和商 分子材料的基材用材料的工序， 制備所述基材用材料的工序包括：將所述1?分子材料的粉末和所述自由基捕獲劑混合 的過程、和將得到的混合粉末壓縮成型而得到含有所述自由基捕獲材和高分子材料的所述 基材用材料的過程。
9. 根據權利要求1?8中的任一項所述的滑動構件的制造方法，其中， 形成所述高分子膜的工序包括：在使具有所述磷酰膽堿基的聚合性單體與所述表面的 至少一部分接觸的狀態下，照射強度為〇. 5mW/cm2以上的紫外線。
10. 根據權利要求9所述的制造方法，其特征在于， 所述紫外線的強度為1. OmW/cm2?13mW/cm2。
11. 根據權利要求9或10所述的制造方法，其特征在于， 照射的所述紫外線的總能量為6000mJ/cm2?70000mJ/cm2。
12. 根據權利要求9?11中的任一項所述的制造方法，其中，所述紫外線的照射時間為 0. 5小時?24小時。
13. 根據權利要求1?12中的任一項所述的滑動構件的制造方法，其中， 形成所述高分子膜的工序包括：在使所述基材的所述表面的至少一部分浸漬于含有具 有所述磷酰膽堿基的聚合性單體的水溶液中的狀態下，照射紫外線， 所述水溶液中的聚合性單體的濃度為〇. 15mol/L?1. Omol/L。
14. 根據權利要求13所述的滑動構件的制造方法，其中， 所述水溶液中的聚合性單體的濃度為〇. 27mol/L?1. Omol/L。
15. 根據權利要求9?14中的任一項所述的制造方法，其特征在于， 形成所述高分子膜的工序還包括：在所述紫外線的照射之前，在所述表面的至少一部 分涂布光聚合引發劑， 所述光聚合引發劑通過所述紫外線的照射被激發。
16. 根據權利要求1?15中的任一項所述的滑動構件的制造方法，其特征在于， 所述高分子材料為分子量3X 106g/mol以上的超高分子量聚乙烯。
17. 根據權利要求16所述的滑動構件的制造方法，其特征在于， 在所述洗凈工序之前，還包括使所述高分子材料交聯的工序。
18. -種滑動構件，其是通過權利要求1?17中的任一項所述的制造方法制造的。
19. 一種滑動構件，其特征在于，所述滑動構件包含含有自由基捕獲劑和高分子材料的 基材、以及覆蓋該基材的表面的至少一部分的高分子膜， 所述高分子膜由在表面的至少一部分接枝鍵合的含磷酰膽堿基高分子鏈構成， 所述高分子膜相對于水的接觸角為40°以下。
20. 根據權利要求18或19所述的滑動構件，其特征在于， 所述高分子膜的由X射線光電子能譜分析得到的磷原子濃度為3. 5原子％以上，氮原 子濃度為3. 5原子％以上。
【文檔編號】A61F2/34GK104349744SQ201380027464
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年5月30日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】京本政之, 山根史帆里, 雜賀健一 申請人:京瓷醫療株式會社