专利名称：：多孔生物吸收材料及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及多孔体，特别是涉及在以组织工程或再生医学工程为中心的医疗领域中有用的多孔生物吸收材料及其制造方法。技术背景植入生物体内的材料所使用的生物吸收材料，主要被用于再生医疗用支架材料或防粘连材料。前者即再生医疗用支架材料，为了使细胞在其内部增殖，最好是使用多孔体。只要是多孔体，在其孔内种植细胞使其增殖，再将其移植到生物体内，在生物体内引起组织再生，同时，作为支架的生物吸收材料在生物体内慢慢地被分解、吸收。从而，可以将用于细胞增殖的支架直接与增殖细胞一起移植到生物体内。而且，在使用生物吸收性聚合物作为这种多孔再生医疗用支架材料的场合，为了使细胞侵入到多孔体内，希望多孔体的孔隙尺寸经较大。作为上述多孔再生医疗用支架材料所使用的多孔体的制造方法，例如，人们已经知道下述专利文献(1)(4)中所述的冷冻干燥方法。另外，本发明人也提出了一种技术方案，通过对下面所述的混合溶液进行冷冻干燥处理，可以在解决上述现有技术的问题的从小孔径到大孔径的宽范围内控制孔径，并且使制造工程简单的生物吸收性聚合物多孔化而制造生物吸收材料(专利文献5)。专利文献l:特开平10-234844号公报专利文献2:特开2001-49018号公4艮专利文献3:特表2002-541925号公报专利文献4:特开平02-265935号公报专利文献5:特颜2005-80059
发明内容本发明要解决的任务多孔生物吸收材料、特别是防粘连材料所使用的多孔生物吸收材料，具有用来向与该材料接触的生物体组织供给营养成分等的多孔结构。但同时，为了不让细胞侵入其孔内、产生组织粘连，其孔隙尺寸必须较小。再有，通常，防粘连材料是以薄膜形状使用的，因而即使是多孔薄膜形状的生物吸收材料，也希望具有大的应力。但是，采用目前常用的多孔生物吸收材料的薄膜制造方法，不能制造满足上述要求的多孔薄膜。例如，3001im以下的多孔生物吸收材料的薄膜，其强度过低，不能缝合，容易破裂、开孔，不易从^^莫型上剥离等，存在很多问题。为了解决上述问题，人们考虑加大防粘连材料的膜厚。但是，这样一来，将防粘连材料插入、配置到需要治疗的部位变得困难。因此，难以获得尽管是多孔薄膜但具有大的强度、特别是具有作为防粘连材料所需要的强度的多孔生物吸收材料。本发明提供了一种多孔生物吸收材料、特别是可以用作防粘连材料的多孔生物吸收材料及其制造方法，所述的多孔生物吸收材料可以防止细胞的侵入，同时均一地具有适合透过营养补给等物质的较小的孔，而且，虽然是多孔体但具有大的最大应力。用于解决上述任务的措施本发明人通过提供下面所述的多孔生物吸收材料及该多孔生物吸收材料的制造方法，从而能够解决上述技术任务，所述的多孔生物吸收材料的特征是，该生物吸收材ifr的最大应力为3~23MPa,气孔率为0.1~82%，孔径(平均)(下文中也称为平均孔径)为9-34拜。本发明的多孔生物吸收材料可以通过下述工序来制造使用生物吸收性聚化物的工序；对上述凝胶化物进行冷冻处理的工序；以及减压干燥上述冷冻处理物的工序。上面所说的良溶剂，是指对生物吸收性聚合物的溶解性比较大的溶剂，另外，所说的弱溶剂，是指对生物吸收性聚合物的溶解性比较小的溶剂。制备上述凝胶化物的工序按以下所述进行，即，通过控制至少由生物吸收材料、上述良溶剂和弱溶剂构成的混合物的弱溶剂的配合量，使上述混合物相分离成为溶剂相和凝胶相，上述相分离所需要的弱溶剂的配合量，根据各种必要条件例如构成上述生物吸收材料的单体成分的组成或组成比、分子量、上述生物吸收材料与良溶剂和弱溶剂的组合及其比率、周围温度等而改变。以下，根据实施方式详细地说明本发明。1.生物吸收性聚合物作为本发明中的生物吸收性聚合物，例如可以举出丙交酯与己内酯的共聚物。该共聚物可以是无规聚合物、嵌段聚合物中的任一种，其分子量(重均分子量)没有特别的限制，例如是5000~2000000,优选的是10000~1500000，最好是100000-1000000。另外，丙交酯和己内酯的摩尔比，例如是90:10-10:90的范围,优选的是85:15-20:80的范围，最好是80:20~40:60的范围。上述丙交酯和己内酯的共聚物的聚合方法没有特别的限制，可以使用以往公知的方法。例如，作为起始原料，可以通过开环聚合使丙交酯和己内酯进行共聚，也可以由乳酸合成丙交酯(乳酸的环状二聚物)，使其与己内酯共聚。上述的丙交酯，可以使用L-丙交酯、D-丙交酯以及它们的混合物(D，L丙交酯)，另夕卜，作为乳酸，可以使用L-乳酸、D-乳酸及它们的混合物(D，L-乳酸)。像这样使用乳酸作为起始原料的场合，将单体的乳酸换算成二聚物的丙交酯，换算过的丙交酯和己内酯的摩尔比最好是上述的范围。另外，作为内酯，例如可以举出s-己内酯、y-丁内酯、5-戊内酯，其中，特别优先选择s-己内酯。在上述说明中，作为本发明的多孔化的对象的生物吸收性聚合物，以丙交酯和己内酯的共聚物为例具体地进行了说明，不过，即使是其他的生物吸收性聚合物，只要利用由该聚合物的良溶剂和弱溶剂构成的上述溶剂可以凝胶化，也包括在本发明的多孔生物吸收性聚合物中。作为这样的生物吸收性聚合物，除了丙交酯和己内酯外，还可以含有构成其他的生物吸收性聚合物的共聚成分作为构成成分，这样的共聚成分可以举出由乙醇酸、亚丙基碳酸酯、P-羟基丁酸、蛋白质、糖类衍生的共聚成分。2.凝胶化物有上述生物吸收性聚合物、该生物吸收性聚合物的彼此相混溶的弱溶剂和良溶剂的混合物中，作为上述弱溶剂，配合将上述生物吸收性聚合物凝胶化所必需的量，使上述生物吸收性聚合物形成凝胶化状态来进行相分离，将相分离物分离。另外，上述混合物中的上述生物吸收性聚合物的量没有特别的限制，通常是0.1~24质量％，{尤选的是2~8质量％,最好是3~5质量％。3.溶剂彼此相混溶的上述良溶剂和弱溶剂的种类，例如可以根据所用的生物吸收性聚合物的种类决定，作为制备上述丙交酯和己内酯的共聚物所必需的弱溶剂，可以使用水、乙醇、叔丁醇(tBuOH)等，另外，作为良溶剂，可以使用与上述弱溶剂显示出相容性的1，4-二嗯烷、碳酸二曱基酯等有机溶剂等，特别优先选择弱溶剂是水、良溶剂是l,4-二嗯烷的组合。在具有上述生物吸收性聚合物、弱溶剂和良溶剂的混合物中，将上述生物吸收性聚合物凝胶化所必需的弱溶剂的配合量，可以根据构成该混合物的生物吸收性聚合物、弱溶剂或者良溶剂的种类等适当地确定，如果该弱溶剂的配合量不到使上述混合物形成凝胶化状态所必需的量，就不会形成凝胶化状态，反之，如果超过形成凝胶化状态所必需的量，生物吸收性聚合物就会过剩而发生凝集，一部分成为薄膜状态，即使进行冷冻干燥也不能充分地形成多孔化。因此，为了使上述混合物形成凝胶化状态所必需的弱溶剂的量，根据所使用的具有生物吸收性聚合物、弱溶剂和良溶剂的每一种混合物适当地决定。另外，通过在可以制备上述凝胶化物的范围内改变弱溶剂的配合量，可以控制多孔生物吸收性聚合物的气孔率(如表3所示)、多孔生物吸收性聚合物的最大应力(如表4和图l所示)、或者多孔生物吸收性聚合物的平均孔径(如表2、表6~8、图3所示)。冷冻工序上述凝胶化物的冷冻，可以使用公知的冷冻工艺和冷冻装置。另外，凝胶化物的冷冻温度只要是将该凝胶化物完全冻结的共晶点以下的温度即可，没有什么限制，在上述生物吸收性聚合物是丙交酯和己内酯共聚物的凝胶化物的场合，优选的是-3。C以下，最好是-l(TC以下的范围。另外，当改变凝胶化物的冷却速度时，所得到的多孔生物吸收材料的孔尺寸会发生变化，因此，通过选择凝胶化物的冷却速度，可以控制多孔生物吸收材料的孔尺寸。图1是表示实施例1和比较例的多孔生物吸收材料的最大应力的图。图2是表示多孔生物吸收材料的最大应力测定方法的图。图3是表示多孔生物吸收材料的平均孔径的图。图4是多孔体E的用电子显微镜(SEM)拍摄的300倍的断面照片。图5是多孔体E的用电子显微镜(SEM)拍摄的1000倍的表面照片。图6是水分添加率为0。/。的多孔体A的用电子显微镜(SEM)拍摄的100倍的断面照片。图7是表示实施例3中使用的葡萄糖透过性试验机的图。图8是表示实施例3的葡萄糖透过性试验结果的图。符号说明1硅酮插头2取样口3室(葡萄糖一侧)4硅酮膜5由试样D、E和A制成的多孔体薄膜构成的试样膜6室(RO水一侧)7搅拌器具体实施方式改变混合溶液中的含水率，使生物吸收性聚合物多孔化，制成多孔生物吸收材料。实施例1通过急冷制造多孔丙交酯-己内酯共聚物，将L-丙交酯与s-己内酯的组成比(摩尔比)为75:25的丙交酯-己内酯共聚物(以下也称为LA/CL共聚物)、1，4-二嗯烷和水混合，制备下面表1所示的AR的17种混合液12g。在这些试样中，试样D-R发生了凝胶化，而试样AC是溶液状态。试样A~R的组成示于下表1中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>包括上面表l的记载，在本发明中，"添加水分率，，是指重量％。使上述试样D~R相分离，将上述L-丙交酯-s己内酯共聚物的凝胶化物分离。将该分离的凝胶化物分别供入不锈钢培养皿中，将上述凝胶化物成形为0.5mm厚度。另外，将溶液状态的试样A也供入不锈钢培养亚中。将放入上述凝胶化物或溶液的培养皿放置在冷冻千燥机、例如TF5-85ATANCS(商品名，宝制作所制造)的冷却至-5(TC的冷却搁板上，用约l小时进行快速冷冻。接着，在减压下用12小时使冷冻干燥机内的温度从-5(TC上升至25。C，制成多孔体。这些多孔体的平均孔径(pm)示于下面的表2和图3中，另外其气孔率示于下面的表3中。在下面的表2中示出多孔体A-R的平均孔径(pm)。在下面表2中，添加水分率是10%以下，平均孔径大，并且该平均孔径随着添加水分率不同而发生大的变化。另外，可以看出，添加水分率在10%以下时，平均孔径的标准偏差大，所得到的多孔体的孔径有偏差波动。另一方面，可以看出，添加水分率在12%以上时，平均孔径小，平均孔径的标准偏差非常小。由此可知，按照本发明，可以得到孔径较小、该孔径比较均一的多孔体。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在图4中示出上述多孔体E的用电子显微镜(SEM)拍摄的300倍的断面照片。另外，在图5中示出该多孔体的用1000倍的电子显微4竟(SEM)拍摄的表面照片。由这些图可以看出，由本实施例的凝胶化物得到的多孔体，其孔径大致是均一的。与此相反，将未混合水的溶液状态的LA/CL共聚物、1，4-二噪、烷和水的混合比率为4:96:0(重量％)的混合物(试样A),与实施例1同样地进行快速冷冻干燥，制成多孔体，用100倍的电子显微镜(SEM)拍摄该多孔体的断面照片，示于图6中。如图6中所示，多孔体的孔在局部具有不同的取向性(例如在;f黄向或纵向有取向性)，并且孔径也从显著的大到显著的小。多孔体AR的气孔率(％)示于下面表3中。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>实施例2按照上述实施例1的制造方法，制备上述试样A、C-H、J、L以及下面表5中所示的溶液状态的试样S。与上述实施例1同样，将这些试样制成成形物，采用-3。C/小时的冷却速度，与上述实施例1的多孔体的制造方法同样操作，将这些成形物制成多孔体，另外，与上述实施例1同样梯:作，将上述试样E、F、G制成成形物，采用-5。C/小时和-10。C/小时的冷却速度，与上述实施例1多孔体的制造方法同样地操作，将这些成形物制成多孔体，制成的多孔体的平均孔径(fim)示于表78中。试样S的组成示于下表5中。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在下面的表6中示出以-3'C/小时的冷却速度制成的多孔体的平均孔径。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在上表中，添加水分率为10%以下时，平均孔径大，并且该平均孔径随着添加水分率而发生大的变化。在下面表7中示出以-5。C/小时的冷却速度制成的多孔体的平均孔径。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在下面表8中示出以-10。C/小时的冷却速度制成的多孔体的平均孔径。表8<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由上述实施例1和2的结果可知，将丙交酯-己内酯共聚物的凝胶化物冷冻干燥时，与实施例1那样快速冷却的情况相比，像实施例2那样緩慢冷却时，平均孔径有一些增大，但是，与快速冷却时同样地进行緩冷时平均孔径都小，平均孔径的大小也趋于一致。与此相对，在通过緩冷将丙交酯-己内酯共聚物的溶液进行冷冻干燥时，如同由上面表6、图3和图6所看到的那样，平均孔径增大，而且平均孔径也随着弱溶剂水的配合量发生大的变化。上述实施例1和2中制成的多孔体的平均孔径按以下所述进行测定。将得到的圓板状的多孔体薄膜切断，使之露出断面。用电子显微镜观察上述切断的多孔体试样的切断面，设定放大倍率，使每1个视野能够确认约30至100个左右的孔径，拍摄SEM照片。在得到的SEM照片中选择10个孔径比较大、出现频率高的孔径的孔，用图像分析软件(NIHimage)进行分析、计算。多孔体的最大应力按以下所述测定上述实施例1中制成的多孔体的最大应力。使用拉伸试验机(商品名才-卜夕'，7，岛津制作所制造)，如图2所示从上述圓板状的多孔体试样上切耳又lx5cm的长方形的试样进行测试，试-睑时的夹头间距是20mm,拉伸速度是50mm/min，通过拉伸测定该试样的最大应力。测定结果示于图1中。另外，作为比较例，测定市售的合成吸收性防粘连材料(^工^if4厶-夕、y^7抹式会社制造，商品名赛普拉膜(Seprafilm:生物可吸收膜，注册商标))的最大应力，测定结果示于图1中。由图1的结果可知，由丙交酯-己内酯共聚物的凝胶化物(试样D-R)制成的多孔体，与由丙交酯-己内酯共聚物的溶液(试样A、B、C)制成的多孔体相比，最大应力大，具有与非多孔体的硅酮片相同程度或其以上的大的最大应力。另外，本发明的多孔体具有比用作比较例的市售的合成吸收性防粘连材料的最大应力更大的最大应力。多孔体的气孔率上述实施例1中制成的多孔体的气孔率按以下所述进行测定。将圆板状的多孔体切断成1.5xl.5cm的正方形，测定试片的重量。接着，用数字显微镜(々-工y只公司制造)测定试片的膜厚。由得到的试样的重量和膜厚求出多孔体试样的密度(p)。再用同样的方法求出用与该多孔体试样相同组成的丙交酯-己内酯共聚物制成的薄膜的密度(po),按下式计算出气孔率(％)(p)。p=1-p/p0由上面表3所示的气孔率的试验结果可知，由丙交酯-己内酯共聚物的凝胶化物制成的多孔体，当作为弱溶剂的水的配合量增大时，气孔率显著地减小。从上述实施例1和2的试验结果可知，由丙交酯-己内酯共聚物的凝胶化物制成的多孔体，与由相同的丙交酯-己内酯共聚物的溶液制成的多孔体相比(l)最大应力极大，(2)气孔率显著地小，是致密的结构体，(3)无论冷冻干燥工序的冷却方法是急冷还是缓冷，平均孔径的变化都小，并且孔的大小整齐，而且平均孔径小的多孔体由弱溶剂得到。再有，通过改变凝胶制备工序的弱溶剂水的配合量，无论冷冻干燥工序的冷却方法是急冷还是緩冷，都能够维持上述特性，平均孔径本身也能够变化。再有，从上述实施例1的试验结果可知，由试样DR的丙交酯-己内酯共聚物的凝胶化物制成的多孔体，其生物吸收材料的最大应力是3.4-23.1(MPa)，气孔率(％)是0.1~82%，平均孔径是921(fim)。实施例3对于采用上述实施例1的制造方法得到的试样E(添加水分率14%、膜厚150pm)、G(添加水分率15%、膜厚170|um)的薄膜，使用图7所示的透过试验机，按以下所述对其葡萄糖透过性进行试验。另外，作为比较例，对于试样C(添加水分率10%、膜厚lOO)im)进行了同样的研究。使评价试样5和硅酮膜4介于容积为直径14mmx长度80mm的2个室(3、6)之间，将它们液密地连接(螺旋夹)。接着，在室3中充填250mg/dL浓度的葡萄糖溶液10mL，在室6中充填RO水10mL。接着，用搅拌器7平稳地搅拌室3和6内，每隔规定时间从取样口取试样20iuL，以其作为试验的试样。使用葡萄糖定量药剂盒(夕、、>--久CII亍久卜7--(和光纯薬工i^朱式会制造，商品名))，利用吸光度求出室3和6中的葡萄糖浓度。其结果示于图8中。由图8的结果可以看出，与试样A(溶液添加水分率10%)相比，试样F(凝胶添加水分率14%)和G(凝胶添加水分率15%)具有低的葡萄糖透过性。另外，将试样F与试样G进行比较，葡萄糖的透过性不同。由本发明得到的凝胶制成的生物吸收多孔体具有葡萄糖透过性，同时，在其制造过程中通过改变添加水分率可以控制葡萄糖透过能力。实施例4防粘连材料的制造采用上述实施例1的制造方法，在上述不锈钢培养亚中由试样DR的丙交酯-己内酯共聚物的凝胶化物形成膜厚50~600nm、优选50~300pm的多孔丙交酯-己内酯共聚物的薄膜，从上述不锈钢培养亚中取出该薄膜。此时，构成薄膜的多孔丙交酯-己内酯共聚物的最大应力大，因而在该薄膜上没有产生龟裂。另外，如上所述，多孔丙交酯-己内酯共聚物的薄膜的孔(孔隙)较小，具有趋于一致的平均尺寸，而且是具有大的最大应力的致密结构体。因此，如上所述，尽管本发明的多孔的生物吸收材料是多孔薄膜形状，但具有大的应力，而且其孔(孔隙)较小，有利于防止细胞侵入，并且孔(孔隙)的孔径也是均匀的，具有葡萄糖透过性，因而有利于透过营养补给等物质，因此作为防粘连材料、例如作为防键粘连材料是极其有用的。产业上的应用可能性采用本发明的多孔生物吸收材料的制造方法，如图4所示，冷冻干燥工序的冷却方法无论是急冷还是缓冷(-3、-5、-10。C/小时),孔径都是一致的，而且该一致的孔径较小。再有，通过改变凝胶化物的制备阶段中的弱溶剂的酉己合量，可以控制多孔生物吸收性聚合物的气孔率、最大应力或者平均孔径。另外，采用本发明的多孔生物吸收材料的制造方法制成的多孔生物吸收材料，其平均孔径小，趋于一致，而且是具有大的最大应力的致密结构体。因此，尽管是多孔薄膜形状，但是具有大的应力，而且其孔(孔隙)较小，对防止细胞进入是有利的，并且孔(孔隙)的孔径也是均一的，具有葡萄糖透过性，因而有利于透过营养补给等物质，因此作为薄膜形状的多孔生物吸收材料，特别是作为防粘连材料是极其有用的。.权利要求1.多孔生物吸收材料，其特征在于，生物吸收材料的最大应力是3～23MPa，气孔率是0.1～82％，平均孔径是9～34μm。2.根据权利要求1所述的多孔生物吸收材料，其中，生物吸收性聚合物是丙交酯与己内酯的共聚物。3.根据权利要求1或2所述的多孔生物吸收材料，其中，该多孔生物吸收材料是50~600]um的薄膜。4.根据权利要求3所述的多孔生物吸收材料，其中，该多孔生物吸收材料是50~500pm的薄膜的防腱粘连材料。5.根据权利要求14中任一项所述的多孔生物吸收材料，其特征在于，该多孔生物吸收材料是按以下所述制成的利用具有混溶性的、生物吸收性聚合物的良溶剂和弱溶剂使该生物吸收性聚合物凝胶化，将该凝胶化的生物吸收性聚合物冷冻干燥。6.权利要求1~5中任一项所述的多孔生物吸收材料的制造方法，其特征在于，利用具有混溶性的、生物吸收性聚合物的良溶剂和弱溶剂的混合溶剂使该生物吸收性聚合物凝胶化，将该凝胶化的凝胶化物冷冻干燥、使之多孔化。7.根据权利要求6所述的生物吸收材料的制造方法，其特征在于，良溶剂是二嗯烷，弱溶剂是水。8.根据权利要求6或7所述的生物吸收材料的制造方法，其中，弱溶剂的配合量是12~40重量％。9.根据权利要求68中任一项所述的生物吸收材料的制造方法，其中，通过改变所述凝力交化物的冷却速度来控制多孔生物吸收性聚合物的孔径。10.根据权利要求69中任一项所述的生物吸收材料的制造方法，其中，通过改变所述凝胶化物的制备阶段中的弱溶剂的配合量来控制多孔生物吸收性聚合物的气孔率。全文摘要提供了平均孔径小且趋于一致、又是具有大的最大应力的致密结构体的薄膜形状的多孔生物吸收材料，特别是作为防粘连材料极其有用的多孔生物吸收材料。本发明的多孔生物吸收材料的特征是，利用具有混溶性的、生物吸收性聚合物的良溶剂和弱溶剂使该生物吸收性聚合物凝胶化，将该凝胶化的生物吸收性聚合物冷冻干燥而使之多孔化。本发明的多孔生物吸收材料的制造方法的特征是，使用具有相溶性的、生物吸收性聚合物的良溶剂和弱溶剂的混合溶剂使生物吸收性聚合物凝胶化，将该凝胶化的凝胶化物冷冻干燥从而使之多孔化。文档编号C08J9/00GK101405038SQ20078000963公开日2009年4月8日申请日期2007年3月20日优先权日2006年3月20日发明者井手纯一,平山史子,栈敷俊信,花木尚幸申请人:株式会社Jms