(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物ポリマーの表面を親水化する方法であって、
(a)被加工物表面を清浄化し活性化するために被加工物表面を前処理するステップと、
(b)前記前処理された被加工物表面を予備コーティングするステップと、さらに
(c)前記予備コーティングされた被加工物表面を後続コーティングするステップとを具備し、
ステップ(a)における前記前処理は不活性ガスに基づいて形成された高周波気体プラズマにおいて行われ、
ステップ(b)に従うポリ（アクリル酸）による予備コーティングは、ガス混合物から発生された高周波気体プラズマを用いて行われ、前記ガス混合物は不活性ガスと生体適合性で重合性のカルボキシ基を有するモノマーとで形成された第１のガスとからなり、
ステップ(c)に従う後続コーティングは、前記第１のガスとは異なる、すなわち、アクリル酸モノマーを実質的に含む第２のガスを用いて行われることを特徴とする被加工物ポリマーの表面を親水化する方法。
【請求項２】
前記第１のガスを形成する前記モノマーはアクリル酸及びアクリル酸無水物の中から選択される請求項１記載の方法。
【請求項３】
ステップ(a)において用いられる前記高周波プラズマを発生するためのガスは、前記不活性ガスの分圧の10分の１未満に相当する量の前記第１のガスを含んでいる請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
ステップ(b)において用いられる前記ガス混合物において、前記第１のガスの分圧は前記不活性ガスの分圧の少なくとも４分の１で最大で２倍である請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ステップ(c)において用いられる前記第２のガスにおける不活性ガスの分圧はアクリル酸モノマーで形成されるガスの分圧の10分の１未満である請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
アルゴンが前記不活性ガスを形成する請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ステップ(b)において適用される前記コーティングはコーティング厚監視装置により監視され50乃至400オングストロームの範囲から選択されるコーティング厚に達したとき停止される請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
ステップ(a)における前記高周波プラズマのための前記不活性ガスの圧力は15乃至60 mTorr (約２乃至８Pa)であり、ステップ(b)における前記高周波プラズマのための前記第１のガスの圧力は30乃至90 mTorr (約４乃至12 Pa)である請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
ステップ(b)の直後において、(cb)前記不活性ガスの供給を抑制し前記第２のガスを供給するステップをさらに具備し、ステップ(c)における前記第２のガスの圧力は0.3 mTorr (約40 mPa)未満である請求項１乃至８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
ステップ(b)の直後又はステップ(cb)が実行される場合その直後において、(bc)高周波プラズマのスイッチを切り不活性ガスの供給を停止し前記第２のガスを供給するステップをさらに具備し、ステップ(c)における前記第２のガスの圧力は1.5及び６Torr の間(約0.13 乃至0.8 kPa)である請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
ステップ(c)に続いて、(d)前記コーティングされた被加工物を親水性溶媒ですすぐことで親水性層から水溶性成分を除去するステップをさらに具備する請求項１乃至10のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記親水性溶媒は等張食塩水液又は脱塩水である請求項11記載の方法。
【請求項１３】
前記被加工物は少なくともその表面において主として又は実質的にシリコン、シリコンヒドロゲル、又は、PLA又はPLGAのような多孔性で生物吸収可能なポリマーで形成される請求項１乃至12のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記被加工物は少なくともその表面において主として又は実質的にポリ（ジメチルシロキサン）で形成される請求項13記載の方法。
【請求項１５】
前記被加工物を前記コーティングの前にコンタクトレンズ又は眼内レンズに成形することを具備する請求項14記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体材料に基づく被加工物の表面処理に関し、特に、プラズマ化学蒸着(PECVD)及びその後の化学蒸着(CVD)によるそのような被加工物の表面の恒久的な親水化に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばコンタクトレンズ又はインプラントのような、人体又は動物組織において一時的又は恒久的に用いられる被加工物には、炎症を防ぐ目的で、生体適合性があることが強く要求される。そのような高い生体適合性を確保するためには、そのような被加工物の製造に用いられる材料は、それぞれの目的での使用に対してだけでなくその後の生物組織との接触に対しても適した性質を有していなければならない。
【０００３】
生体適合性とも呼ばれる材料の生物学的コンプライアンスはその表面の性質により大きく左右される。コンタクトレンズについては、表面の親水性が生体適合性を高める上で重要である。再生医療（自家生体組織の確立）の文脈におけるインプラントについては、スキャホールド（足場）物質ポリマーの親水性表面が生体組織細胞のコロニー形成を改善し、治療を成功させる。また、生きた細胞のイン・ビトロ試験法においては、物質ポリマーの表面が親水性であれば細胞を固定するうえで都合がよい。
【０００４】
例えば国際出願WO 99/57177に記載されているように、生体材料ポリマー表面の生体適合性親水化はプラズマ酸化による表面ポリマーの修飾により達成される。しかしながら、そのような親水化表面は充分に長期間にわたって安定ではない。
【０００５】
生体材料ポリマー表面のより恒久的な親水化は、それを親水性生体適合性材料でコーティングすることにより達成される。ポリメチルメタクリレート(PMMA)製のコンタクトレンズ上に親水性表面をつくりだす目的で、特許文献US 5,080,924において、例えば、表面にポリアクリル酸をグラフト重合させるプラズマ沈着プロセスが示唆された。グラフト重合されたPMMA表面の水との接触角は35乃至50度であり、それは材料表面を充分に水濡れさせるという点からは大きすぎる値である。接触角をさらに小さくするためには、例えばポリアクリル酸と架橋するポリアクリル酸とは異なるさらなる生体適合性材料を適用することによりコーティングに後処理を施す必要がある。複数層をコーティングすることを含むそのようなプロセスは高い装置コストとともにより長いコーティング時間を要する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したことから、長期間安定な親水性表面を可能にする生体材料ポリマーの複雑でないコーティングを提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのようなコーティングプロセスは、被加工物ポリマーの表面を親水化するプロセスを具備し、そのプロセスは、(a)不活性ガスに基づいて形成された高周波気体プラズマで前処理する過程において被加工物表面を清浄化し活性化するステップと、(b)ガス混合物から形成された高周波気体プラズマを用いて前処理された被加工物表面をポリアクリル酸で予備コーティングするステップであって、前記ガス混合物は不活性ガスと生体適合性で重合性のカルボキシ基を有するモノマーで形成された第１のガスとからなるステップと、(c)アクリル酸モノマーを実質的に含む第２のガスを用いて前記予備コーティングされた被加工物表面を後続コーティングするステップとを具備している。
【０００８】
コーティングすることは、被加工物表面に、上記に特定されるステップを具備するプロセスにより得られるポリアクリル酸の親水化表面コーティングをもたらすことを具備する。
【０００９】
特定されたプロセスによりコーティングされた被加工物は優れた濡れ性の長期間安定な親水性表面を有し、人体組織と接触したとき良好な生体適合性を呈し、それにより、コンタクトレンズをそのようにコーティングすれば目の炎症はほとんど発生せず、そのようにコーティングされた再生医療のためのスキャホールド物質に対して人体細胞がより容易に付着する。
【００１０】
文脈から異なる意味が明確に意図されていなければ、明細書及び特許請求の範囲の記載における「有する」、「具備する」、「含む」、「包含する」、「を伴う」などの語及びそれらの文法的派生物は、排他的又は網羅的とは逆の意味に、すなわち「それを含んでいるがそれに限定されない」と理解されるべきである。
【００１１】
本プロセスの好適な実施形態において、前記第１のガスを形成する生体適合性で重合性のモノマーは（メタ）アクリル酸及び（メタ）アクリル酸無水物から選択され、それにより、高周波プラズマにおいてアクリル酸モノマーが高い比率で発生しそれが本プロセスのステップ(a)において活性化された被加工物表面に付着して共有結合を形成する。
【００１２】
他の好適な実施形態において、高周波プラズマを発生するプロセスのステップ(a)において用いられるガスは、不活性ガスの分圧の10分の１未満の分圧に相当する量の前記第１のガスを含んでおり、それにより、被加工物表面の優れた清浄化と活性化が確保される。
【００１３】
被加工物表面へのアクリル酸モノマーの安定的な付着を達成するため、好適な実施形態において、ステップ(b)では前記第１のガスの分圧が前記不活性ガスの分圧の少なくとも４分の１で最大２倍であるガス混合物が使用される。
【００１４】
密度が高く安定なポリ（アクリル酸）コーティングを得ることをめざして、ステップ(c)において用いられる前記第２のガスにおける不活性ガスの分圧は、実施形態において、アクリル酸モノマー形成ガスの分圧の10分の１未満である。
【００１５】
実施形態において、前記不活性ガスとしてアルゴンが用いられる。
【００１６】
予備コーティングプロセスの優れた制御として、実施形態において、ステップ(b)において施されるコーティングは層厚制御装置により監視され、50乃至400オングストロームの範囲から選択される層厚の値に達したらプロセスは停止される。
【００１７】
特に好適な実施形態において、ステップ(a)における高周波プラズマのための不活性ガスの圧力は15乃至60 mTorr (約２乃至８Pa)の範囲内の値に設定されステップ(b)における高周波プラズマのための前記第１のガスの圧力は30乃至90 mTorr (約４乃至12 Pa)の範囲内の値に設定される。
【００１８】
被加工物表面へのアクリル酸ポリマーコーティングの固定について、実施形態はさらにステップ(b)の直後において、(cb)不活性ガスの供給を抑制し第２のガスを供給することを具備するステップを含み、ここで、ステップ(cb)における第２のガスの圧力は0.3 mTorr (約 40 mPa)未満である。
【００１９】
予備コーティングされた被加工物表面へのアクリル酸モノマーの付着及び架橋を促進するため、実施形態は、ステップ(b)の直後又はステップ(cb)が実行される場合その直後において、(bc)高周波プラズマのスイッチを切り不活性ガスの供給を停止し第２のガスを供給するステップをさらに具備し、ステップ(c)における前記第２のガスの圧力は1.5及び６Torr の間(約0.13乃至0.8 kPa)である。
【００２０】
生体適合性を改善するために、実施形態は、ステップ(c)に続いて、(d)前記コーティングされた被加工物を、例えば等張食塩水液又は意図された被加工物の用途に応じて脱塩水のような親水性溶媒ですすぐことで親水性層から水溶性成分を除去するステップを具備している。
【００２１】
さらに好ましい実施形態において、被加工物は少なくともその表面において主として又は実質的にシリコン、特にポリ（ジメチルシロキサン）、シリコンヒドロゲル、又はPLA又はPLGAのような多孔性で生物吸収可能なポリマーで形成される。コンタクトレンズに関係する第１のケースに関する実施形態における被加工物の厚さの範囲は好ましくは50及び300μmの間、５及び40μmの間、又は２及び12μmの間である。多孔性PLA又はPLGAによる実施形態におけるコーティングの厚さは好ましくは５及び40 nmの間である。
【００２２】
実施形態において、被加工物はシリコンコンタクトレンズである。これら被加工物の親水化表面コーティングは平均厚さ５乃至40μmのPAA層からなる。
【００２３】
他の実施形態において、被加工物はポリ（α-ヒドロキシカルボン酸）の多孔性マトリックスである。これら被加工物の親水化表面コーティングは平均厚さ５乃至40 nmのPAA層からなる。
【００２４】
本発明の更なる特徴事項は特許請求の範囲及び図面に併せて以下の実施形態の記述から明らかである。本発明は実施形態の記述に限定されず、添付された請求項の範囲によって決定される。特に、本発明に係る実施形態の個々の特徴事項は以下に記載された例におけるよりも異なる数又は組み合わせで実現されうる。以下の実施形態の説明において、添付図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】生体材料ポリマーの生体適合性コーティングのためのシステムを表す概略図である。
【図２】生体材料ポリマーをポリ（アクリル酸）でコーティングするための本質的なプロセスステップを表すフロー図である。
【図３】図２のプロセスで達成可能な層厚を表す蛍光の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１に示される構成は、被加工物ポリマー90を表面親水性を呈する材料でコーティングするための装置の重要な構成要素を示している。被加工物は好ましくはコンタクトレンズであり、特にこの場合には、シリコン製又はシリコンヒドロゲル製のものであり、或いはまた、再生医療に適した好ましくはPLA（ポリラクチド）製又はPLGA（ポリグラクチン）製のスキャホールド（足場）ポリマーのいずれかである。
【００２７】
装置100は、その内部15に高周波プラズマを発生する装置を有する真空容器10を備えている。高周波プラズマ発生装置は図１の構成において２つの電極11及び12で表されているが、電極の使用には限定されない。明瞭性及び簡潔性のために、図１には本発明を理解するために必要と考えられる構成要素のみが図示されていることに注意すべきである。例えば容器10を排気するためのポンプのように、装置を作動させるために必要であるが発明を理解するためには無関係である構成要素が図示されていないが存在している。少なくとも真空又は低圧ゲージ13、及び振動クオーツのようなコーティング厚測定装置14が容器10の内部15と関連付けられている。
【００２８】
コーティング装置100はさらに不活性ガス貯蔵器21と一つ以上のコーティング材料貯蔵器22及び23を含んでいる。貯蔵器（貯蔵容器）21、22及び23の各々は、貯蔵器（貯蔵容器）に貯蔵されていてガス化又は蒸気化された物質が容器10の内部15に導かれるようにそれぞれダクト71、72及び73により容器10と結合されている。ダクト71、72及び73に配置された制御バルブ41、42及び43はそれぞれのガス又は蒸気の容器10への流れの制御を可能にする。図示された実施形態において、制御バルブは貯蔵器21、22及び23に出口を与えるために交互に使用される。他の実施形態において、別のバルブと必要があれば別のダクトがこの目的のために使用される。
【００２９】
装置100はさらに、例えば制御線61、62、63、64、65及び信号線66、67によりコーティングのプロセスを制御し又は必要があれば調節するために適合された制御器80を含んでいる。必要に応じて、制御器は全自動的又は半自動的なコーティング制御に適合されうる。ドイツ語の用法から逸脱して、本明細書においては、制御することと調節することとは区別されないことに注意すべきである。すなわち、二つの用語は同義的に使われており、制御という用語は、調節という用語が単なる制御チェーンをいう場合があると同様に制御量又はその測定値を戻すことを含んでいる。これらの用語の文法的派生語についても同様である。装置の調節的（部分的）な制御は例えば内部15に関連付けられたセンサー装置からの出力信号を使用して実現される。一例として、容器10の内部15において予め定められた一定のガス又は蒸気圧と予め定められた一定の分圧が維持されるように、バルブ41、42及び43が真空又は低圧ゲージ13を用いて制御される。さらに、制御装置80はコーティング厚監視装置14によりコーティングの完了を監視し所望のコーティング厚に達したときにそれを停止するべく適合される。加えて、制御器80はプロセスの要求に応じて高周波装置11及び12を制御するために配置される。
【００３０】
図２のフロー図200は、ポリ（アクリル酸）のコーティングにより被加工物の表面を親水化するプロセスの重要なステップを表している。好ましくは被加工物90又はその表面領域を製造するために生体材料ポリマーが用いられ、ここで、「生体材料」という用語は治療又は診断の過程において生物組織又は体液との接触が意図されているすべての材料に関している。
【００３１】
ステップS0における被加工物90の準備に続いて、ステップS1において、オプションとして被加工物を清浄化し、それを容器10に置き、その後、容器を排気することで、被加工物表面がその後のコーティングに備えられる。
【００３２】
そのために、１つ以上の被加工物が設置された容器がポンプ（図示せず）により最初に好ましくは最大10-4mbar（10 mPa）の圧力まで排気される。所望の真空圧に達したのち、内部15はポンプによる排気を継続しつつ不活性ガス好ましくはアルゴンでパージされ、ここで不活性ガスの供給はポンプによる排気の速度に調節されて容器10の内部15において一定の圧力が維持される。不活性ガス31は不活性ガス貯蔵器21から容器へ供給される。この実施形態において、アルゴンガスの圧力は約25 mTorr(約3.3 Pa)である。容器15の内部の不活性ガスの圧力が安定したのち、プラズマ発生器例えば高周波発生器のスイッチが入れられ、それにより被加工物90を囲む不活性ガスのプラズマが発生する。プラズマは被加工物表面に吸着されている物質を取り除いて清浄化しさらにその後の重合プロセスに有益なイオンとフリーラジカルを形成することにより被加工物表面を活性化する。
【００３３】
ステップS1の清浄化と活性化の効果は、公知のごとく、発生器の周波数、プラズマに結合される電力、プラズマへの露出時間、及びプラズマに使用される不活性ガスの種類に依る。それぞれの適用の適切な設定値は当業者により決定される。今、記述されているプロセスにおいて、不活性ガスとしてアルゴンが好ましく、その理由は新たな望ましくない化合物を発生させることなく被加工物表面の活性化を可能にするからである。勿論、同様な結果をもたらすのであれば、それに代えて窒素のような他の不活性ガスを採用してもよい。例示的な実施形態において、アルゴンへの露出時間は約１分以下である。この時間ののち、プラズマ発生器のスイッチが切られプロセスは第１のコーティングステップS2へ進む。
【００３４】
上記から逸脱して、被加工物の前処理に採用されるプラズマは、純粋なアルゴンに代えて、不活性ガスとその後の予備コーティングステップにおいて用いられる反応性成分との混合物に基づいて発生させてもよい。ガス混合物における反応性成分の分圧は不活性ガスの分圧の10分の１未満であるべきである。
【００３５】
プロセスのステップS1からステップS2への移行に関し、容器の内部への不活性ガスの供給は好ましくは維持され或いはオプションとしてステップS2を遂行するに適した値であるように調節される。ガス混合物の生成については、気相状態の生体適合性で重合性のカルボキシ基を有するモノマーが容器10内で不活性ガスに混合される。カルボキシ基を有するモノマーは好ましくはアクリル酸又は（メタ）アクリル酸無水物のようなアクリル酸前駆体である。いくつかの実施形態における第１のコーティング材料の分圧PeSGは不活性ガスの分圧pIGの少なくとも４分の１で最大で２倍である。より好ましくは、分圧比peSG:pIGは１：１から１：0.5の範囲から選択される。例えば、このプロセスの実施形態におけるアルゴンの分圧はガス混合物全体の圧力45 mTorr (約600 mPa)において30 mTorr (約400 mPa)であり、これにより第１のコーティング材料の分圧（反応性成分の分圧）PeSGに対するアルゴン分圧pArの比の値が２：１となる。
【００３６】
第１のコーティング材料ガスを生成する反応性成分として好ましくは（メタ）アクリル酸無水物が使用され、それは図１の貯蔵器22又は23の一方において気化されてダクト72又は73を経て容器10の内部15に導かれる。コーティング材料ガスの分圧はその流入量を介して調節され、さらに、バルブ42又は43を介して制御される。勿論、（メタ）アクリル酸無水物に代えて（メタ）アクリル酸が使用可能である。（メタ）アクリル酸又は（メタ）アクリル酸無水物が液体の形で貯蔵器22又は23に、例えば150 ml供給される。アクリル酸又はその前駆体の重合を阻止し禁止するために、塩化第一銅が混合されてもよい。さらに、満たされた後の反応成分容器22及び23は反応成分の液体中に泡が現れなくなるまで脱気される。通常の周囲温度22乃至25℃における反応性成分の蒸気圧は第１のコーティング材料ガスを形成するのに通常充分である。
【００３７】
所望のガス混合物とガス混合物圧力を調節したのち、プラズマ発生器を起動することを通して実際の予備コーティングのプロセスが開始され、それによってプラズマにおいて励起されたアクリル酸モノマーが活性化された被加工物の表面に付着し更なる過程においてポリ（アクリル酸）層を形成する。このプラズマで強化された予備コーティングの段階は所望のコーティング厚に達するまで維持される。コーティングの確立はコーティング沈着測定装置14によって連続的に監視される。原理的には、30μmに相当する30,000 nmまでの厚さのコーティングが沈着されるが、コーティング沈着測定装置14が与えられた許容範囲、例えば50乃至400オングストローム内の所望のコーティング厚の達成を指示したらコーティングプロセスは停止される。予備コーティングのプロセスにおいて沈着されるべき親水性コーティングの厚さは特定の用途に依存し、再生医療のためのスキャホールド（足場）物質の場合においては通常30乃至50nmの範囲である。コンタクトレンズの親水化については、例えば約５乃至40nmの範囲の厚さの予備コーティングが有益であることが分かった。用途及びそれによって要求される厚さに応じて、予備コーティングの段階は10分と80分の間で或いは120分まで行われる。プラズマコーティングの間、ガスの供給は好ましくは変更されない。プロセスの第１の変形において、予備コーティングはプラズマ発生器のスイッチを切ることにより停止される。
【００３８】
前述の予備コーティングステップS2の第１の変形の後に、後続コーティングステップS3の第１の変形が続き、プラズマ発生器のスイッチが切られた後に最初に不活性ガスの供給が中断され、予備コーティングされた被加工物表面が、可能であれば、水を含まないアクリル酸によって形成される反応性成分の全蒸気圧にさらされる。反応性成分の蒸気圧は5 Torr (約667 Pa)未満であってはならない。貯蔵器22又は23内の反応性成分のわずかな冷却又は加温が圧力を調節するうえで適している。反応性成分を全蒸気圧において容器10へ導入することにより、大量の反応性ガスが供給され、予備コーティングされた表面上に存在する活性中心と反応して比較的厚いポリ（アクリル酸）層（PAA層）をもたらし、それは結晶性であり得る。
【００３９】
図３に測定値のグラフが示されており、その図から前述のようにして形成されたPAA層の厚さは約10μmであることが導き出される。この測定において、親水性PAA層を蛍光染料としてのローダミン６Ｇで着色し共焦点顕微鏡で蛍光を各深さにおいて測定した。蛍光トラックの右部分からわかるように、親水性層は被加工物の深部に顕著に延伸している。図３における測定されたコンタクトレンズは測定箇所の厚さが117.5μmである。測定の解像度は0.6μmである。得られたデータから、表面のコーティングの深さは約10±0.6μm（垂直線の間の領域）でありサイドあたりの浸透深さは約15 乃至 20±0.6μmであったことが導き出される。したがって、記述された変形において、本プロセスは、その表面の親水性、コーティングの耐久性並びに光学的性質が等しく重要であるシリコンコンタクトレンズの用途に特に適している。
【００４０】
本プロセスの第２の変形においては、予備コーティングステップS2の終わりにおいてプラズマ発生器のスイッチは切られずしたがって後続コーティングステップS3への移行の時点で依然として動作中である。この変形において、アルゴンの供給はほとんど又は完全に停止され反応性ガス、すなわちアクリル酸の供給は減少され、その結果、高周波の発生が維持され容器10が継続的に排気されることにより、0.3 mTorr (約 40 mPa)未満の範囲の圧力平衡が達成される。或る例示的な実施形態において、圧力は0.1 mTorr (約13 mPa)未満の値に調節される。この後続コーティング段階は５乃至15分間維持され、再生医療のための多孔性で吸収性のスキャホールド（足場）物質を有し水に対して著しく低い接触角と例えば90％以上又は95％以上の優れた細胞付着率を有する被加工物表面が得られる。記述されたプロセスの第２の変形は、したがって、再生医療の過程において細胞の浸潤のために採用されるコーティングされたスキャホールド物質の製造に特に適している。
【００４１】
ステップS4においてプロセスを終了したのち、コーティングされた被加工物90は容器から出され、オプションとして品質チェックが行われる。
【００４２】
前述したプロセスは生体材料ポリマー表面の耐久性のある親水化を可能にし、その表面は優秀な水濡れ性を有し、それにより高い生体適合性を有する。
【図１】
0005855769.tif 000002
【図２】
0005855769.tif 000003
【図３】
0005855769.tif 000004