医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブ
【課題】医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブにおいて、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となり、低摩擦性が得られるようにする。
【解決手段】直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のＣＮＴ２Ｂをベースマトリックス２Ａ中に分散させてなる複合材料２を用いて、医療用チューブ１を構成する。
【解決手段】直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のＣＮＴ２Ｂをベースマトリックス２Ａ中に分散させてなる複合材料２を用いて、医療用チューブ１を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブに関する。例えば、生体に挿入または接触させて用いる各種医療用器具に用いる医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療用チューブ、例えば、生体内に挿入され湾曲された内視鏡のチャンネル管を通じて生体内に挿入されるカテーテル等においては、チャンネル管との挿入性を好適に確保するため、また生体組織を損傷させず目的部位まで確実に挿入することを可能とするため、チューブ外面の低摩擦性とチューブの柔軟性とが要求されている。また、カテーテル内に挿入されたガイドワイヤ等により生体内の目的部位まで誘導される医療用チューブにおいては、カテーテルとガイドワイヤとの摺動抵抗を低減し、ガイドワイヤの操作性を高めるために、チューブ内腔面の低摩擦性も要求されている。
例えば、特許文献１には、このような低摩擦性を満足するカテーテルチュ−ブ等の医療用チューブとして、樹脂とこの樹脂で構成されるマトリックス中に分散されたナノカーボンとからなる複合材料から形成される層を少なくとも含む医療用チューブが提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１３４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブには以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、低摩擦性を得るために、チューブ表面に繊維状のカーボンナノチューブによって微細な凹凸を形成する構成が開示されており、医療用チューブとして好適となる表面粗さが開示されている。そして、カーボンナノチューブの直径φは最大２０００ｎｍであり、この直径の範囲では、繊維長さは数十μｍ以上であってもよいことが記載されている。また、カーボンナノチューブの含有量が４０ｗｔ％を越えると、樹脂マトリックスに対してカーボンナノチューブが保持されにくくなり、複合材料の破断強度が低下することが開示されている。
ところが、このような複合材料は、低摩擦性を有するといえども、表面は摩耗することが考えられる。また、カーボンナノチューブは、樹脂マトリックスに埋め込まれているため、含有量が４０ｗｔ％以下でも表面から離脱する場合がある。
このため、医療用複合材料、医療用チューブとしては、表面が摩耗したり表面から離脱したりしてカーボンナノチューブが生体内に残留した場合に安全性が確保されることが重要となる。ところが、特許文献１には、安全性を確保しつつ低摩擦性を得るための構成については全く開示されていない。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となる低摩擦性の医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の医療用複合材料は、直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと略称する）を高分子材料中に分散させてなる構成とする。
この発明によれば、直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のＣＮＴを高分子材料中に分散させるので、生体に対して低摩擦となり、例えば、摩耗などによってＣＮＴが離脱しても生体内に蓄積したり残留したりしないようにすることができる。
ＣＮＴの直径φが３０ｎｍより小さいと、生体内でＣＮＴが離脱した場合、生体内で移動しやすくなり、内臓などに蓄積されやすくなる。
ＣＮＴの直径φが２００ｎｍより大きいと、生体内でＣＮＴが離脱した場合、生体内から排泄されにくくなり、生体内に残留しやすくなる。
【０００６】
また、本発明の医療用複合材料では、前記カーボンナノチューブのカーボン純度は、９５ｗｔ％以上、かつ前記カーボンナノチューブの残留重金属濃度は、３０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
この場合、ＣＮＴが生体内に蓄積、残留した場合でも、生体に悪影響を与えないようにすることができる。
【０００７】
本発明の医療用チューブは、生体に挿入または接触させて用いる医療用チューブであって、チューブ外表面および内表面の少なくともいずれかが、本発明の医療用複合材料で形成された構成とする。
この発明によれば、チューブ外表面および内表面の少なくともいずれかを本発明の医療用複合材料で形成するので、このような医療用複合材料で形成されたチューブ外表面またはチューブ内表面を生体に挿入または接触させた場合にも生体に対して低摩擦となるとともに、摩耗などによってＣＮＴが離脱しても、生体に対して悪影響を与えないようにすることができる。
【０００８】
また、本発明の医療用チューブでは、チューブ断面が単層構造とされ、前記医療用複合材料の前記カーボンナノチューブの含有量が、４０ｗｔ％以下であることが好ましい。
この場合、チューブ断面が単層構造の場合に医療用複合材料のＣＮＴの含有量を４０ｗｔ％以下とするので、医療用チューブの柔軟性が向上し、良好な最小曲げ半径Ｒを有する医療用チューブを形成することができる。
【０００９】
また、本発明の医療用チューブでは、カーボンナノチューブを含有しないチューブ基体の外表面および内表面にそれぞれ前記医療用複合材料の被覆層が形成され、該被覆層のそれぞれにおける前記医療用複合材料の前記カーボンナノチューブの含有量が、７５ｗｔ％以下であることが好ましい。
この場合、医療用複合材料のＣＮＴの含有量を７５ｗｔ％以下とするので、低摩擦性が良好となり、ＣＮＴを含む医療用複合材料とＣＮＴを含有しないチューブ基体との多層構造とするため、医療用チューブの柔軟性が向上し、良好な最小曲げ半径Ｒを有する医療用チューブを形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブによれば、生体に対して低摩擦となり、仮にチューブ内のＣＮＴが離脱しても生体内の蓄積性や残留性の特性が良好となるので、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、実施形態が異なる場合でも共通する部材には、共通の符号を付して説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブについて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る医療用複合材料を用いた医療用チューブの模式的な正面図および側面図である。
【００１３】
本実施形態の医療用チューブ１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、内径Ｄ１、外径Ｄ２の円環状断面を有する長さＬのチューブ部材からなり、生体内に挿入したり、生体に接触させたりして医療用に用いるものである。医療用チューブ１の具体例としては、例えば、カテーテルチューブ、ステント用チューブ、内視鏡の挿入部に用いる内視鏡用チューブなどを挙げることができる。
医療用チューブ１の形状は、これらの具体的な適用例に応じて必要な寸法に設定することができる。
【００１４】
このような医療用チューブ１では、外表面１ａおよび内表面１ｂの少なくともいずれかが生体やカテーテルなどと接触して相対移動するため、適宜の摺動特性を備える必要がある。
本実施形態の医療用チューブ１は、ベースマトリックス２ＡにＣＮＴ２Ｂを分散して低摩擦性を備えるようにした複合材料２を、円環状に成形して、複合材料２による単層構造のチューブ部材を構成したものである。このように、外表面１ａおよび内表面１ｂに、ＣＮＴ２Ｂが分散配置されることで、表面に微細な凹凸を形成し、表面の低摩擦性を実現している。
【００１５】
ベースマトリックス２Ａとしては、生体に接触させて使用可能な適宜の高分子材料を採用することができる。例えば、ポリエステルエラストマー、ポリオレフィン、オレフィン系共重合体、ポリオレフィンエラストマー、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのビニル系ポリマー、ポリアミドエラストマー（ＰＡＥ）、ポリイミド、ポリスチレン、スチレン・エチレン-ブチレン・スチレン（ＳＥＢＳ）樹脂、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマー、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、フッ素樹脂（ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニルケン化物、エチレン−ビニルアルコール共重合体、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、セルロースアセテート、ビニルポリスルホン、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）などの各種熱可塑性樹脂、加硫ゴム、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタンなどの熱硬化または架橋性樹脂などの中から、使用条件や生体に対する適性を考慮して選択することができる。また、これらの組合せからなる高分子材料も採用することができる。
【００１６】
ＣＮＴ２Ｂとしては、例えば、単層、二層、多層などの円環状の断面構造を有するＣＮＴである。ＣＮＴ２Ｂの長さは特に限定されないが、生体内の移動性を考慮して、ＣＮＴ外径φは、３０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下とする。
このようなＣＮＴ２Ｂの製造方法としては、特に限定されない。例えば、アーク放電法、レーザ蒸発法、触媒気相成長法（ＣＣＶＤ）などを挙げることができる。ＣＣＶＤは、高純度のＣＮＴを効率よく製造できるため量産性が高いので特に好ましい。
本実施形態では、ＣＣＶＤの一種である浮遊流動反応法を採用している。
浮遊流動反応法は、炭化水素ガスと、重金属からなる触媒粒子とを反応雰囲気に浮遊せしめることにより、触媒粒子を核としてＣＮＴを成長させる周知の製造方法である。触媒粒子の径と同程度の外径を有するＣＮＴが得られるところから、ＣＮＴ外径の制御性に優れる製造方法であり、本実施形態のように、ＣＮＴ外径を制限する場合でも、効率よく量産することが可能である。
【００１７】
ＣＮＴ２Ｂのアスペクト比、すなわち、外径に対する長さの比は、上述のように特に限定されない。ただし、浮遊流動反応法など重金属の触媒粒子を用いる場合には、アスペクト比が小さすぎると、例えば、ＣＮＴに対する触媒粒子である重金属の割合が大きくなるため、一定のＣＮＴ含有量に対して、残留重金属濃度が高くなってしまう。
そのため、本実施形態では、反応条件を調整してＣＮＴの成長長さを制御することで、アスペクト比を調整している。これにより残留重金属濃度を所定範囲に収めるようにしている。
ＣＮＴ２Ｂの残留重金属濃度の所定範囲としては、本実施形態では、生体の健康面から、３０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。後述する具体例では、アスペクト比が１０〜１００の間に分布する状態で、このような残留重金属濃度が達成できている。
ここで、重金属とは、生体の健康に影響のある重金属を意味しており、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏなどを挙げることができる。
【００１８】
また、ＣＮＴ２Ｂのカーボン純度は、本実施形態では、生体の健康面から９５ｗｔ％以上としている。浮遊流動反応法では、炭化水素を原料としているため、反応条件によってはある程度の有機不純物が発生し、この有機不純物の中には生体の健康に影響を与える化合物も含まれると考えられる。このため、カーボン純度を高めることで、このような有機不純物の量を許容範囲内に収めることができる。
【００１９】
次に、このような医療用チューブ１の作用について、具体的な実験結果に基づいて説明する。
医療用チューブ１は、用途に応じて、生体内に円滑に挿入したり、所望の形状に湾曲させたり、カテーテルを滑らかに挿通させたりするために、低摩擦性や柔軟性（湾曲性）などが求められるが、生体と接触して用いられることから生体に対する安全性を確保することが重要となる。
ＣＮＴは、材質面では純カーボンである限りにおいて生体に影響しないと考えられるが、機械的、化学的に安定した微細繊維状の物質であるため、万一、生体内に残留した場合、長期的に健康に影響する可能性がある。
そこで、発明者は、鋭意、研究を進めたところ、ＣＮＴの生体内の残留特性には、ＣＮＴ外径が大きく寄与していることが判明し、本発明に至ったものである。
【００２０】
［実験例１］
まず、ＣＮＴ外径と体内の残留特性との関係について、ラットにＣＮＴ外径を変えたＣＮＴを注入し、ラット体内における移動特性、残留特性について調べた実験について説明する。
本実験では、浮遊流動反応法によって、外径φが１５ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、７５ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２２５ｎｍ、３５０ｎｍ、６００ｎｍのＣＮＴを製造した。それぞれは、ラットの健康が、カーボン純度、残留重金属の影響を受けないように、カーボン純度は９９．５ｗｔ％、重金属濃度は１５００ｐｐｍに設定した。
なお、この実験条件はＣＮＴの生体内の挙動を短時間で調べるためのもので、このＣＮＴの注入量（約１５ｍｇ）は、医療用チューブ１から離脱する可能性のあるＣＮＴの量に対してあり得ないほど過剰に設定されている。例えば、ポリエステルエラストマーにＣＮＴを１０ｗｔ％含有させた、外径Ｄ２が３ｍｍ、内径Ｄ１が２ｍｍ、長さ２ｍの医療用チューブ１は、ＣＮＴを１ｇ含んでいるが、１５ｍｇのＣＮＴを離脱させるには、摩耗が医療用チューブ１の全長全周に亙り層厚の１．５％に達した状態でなければならず、これは現実には起こりえない使用条件である。
【００２１】
そして、これらのＣＮＴをそれぞれ生理食塩水に３０ｗｔ％分散させた溶液５０ｍｌを調製し、この溶液を各１０匹のラットに対して、食道より注入し、１０日間放置した。
その後、ラットの脳、心臓、大腸の細胞を採取し、パラフィンに包埋し、ミクロトームにより３μｍ程度に薄切りし、脳細胞に対してはＡｚａｎ染色、心臓に対しては、ポディアン染色、大腸に対してはＨＥ染色で染色後、電子顕微鏡にて、ＣＮＴの有無を確認した。
この実験結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１の実験結果によれば、ＣＮＴ外径φが３０ｎｍ〜６００ｎｍでは、ＣＮＴは、ラットの心臓および脳への移動が確認されず、１５ｎｍ、２５ｎｍでは、心臓および脳にＣＮＴが検出され、ＣＮＴの移動が確認された。また、ＣＮＴ外径φが１５ｎｍ〜２００ｎｍでは、大腸での残留が確認されず、２２５ｎｍ、３５０ｎｍ、６００ｎｍでは、大腸での残留が検出された。
【００２４】
ＣＮＴ外径が小さい場合にＣＮＴが心臓、脳へ移動しているのは、ＣＮＴ外径が小さいために、ＣＮＴが細胞に容易に貫入できるため、細胞内を移動したり、血管に侵入したりし易いためだと考えられる。
ＣＮＴ外径が大きい場合にＣＮＴが大腸に残留するのは、ＣＮＴ外径が大きいことで細胞への貫入性が悪くなって、内臓を移動できなくなるものの、大腸内壁には引っ掛かりやすくなるので、体外へは排泄できなくなるためだと考えられる。
【００２５】
このような実験結果に基づいて、本実施形態の医療用チューブ１では、ＣＮＴ２ＢのＣＮＴ外径φを３０ｎｍ〜２００ｎｍに設定している。これにより、仮に、使用時に医療用チューブ１の表面からＣＮＴが離脱したとしても、生体内の移動や残留が起こらないため、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となる。
【００２６】
［実験例２］
実験例２では、このようなＣＮＴ２Ｂにおけるカーボン純度と残留重金属濃度との影響について調べるため、ＣＮＴ外径φを、３０ｎｍ、２００ｎｍに固定し、それぞれ、カーボン純度（ｗｔ％）を、９０、９２．５、９５、９７．５、９９．５に、また残留重金属濃度（ｐｐｍ）を、１５００、２０００、３０００、３２５０、４５００、６０００に設定して、各組合せにおいて、これらのＣＮＴをそれぞれ生理食塩水に３０ｗｔ％分散させた溶液５０ｍｌを調製し、この溶液を各１０匹のラットに対して、食道より注入し、１０日間放置した。
そして、各ラットの体温、心拍数、体重、血圧、その他症状（下痢、嘔吐、震え、衰弱、異常な行動）が平常値と変化したか、変化していないかを観察し、安全性の指標として、安全性（％）＝正常なラット数/ラット総数を評価した。
この実験結果について、表２、表３に示す。
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
【００２９】
本実験例の条件では、ＣＮＴ外径をＣＮＴが生体内を移動したり生体内に残留したりしない限界値に設定しているため、ＣＮＴが生体内に残留することによる問題は発生しないはずであるが、不純物や重金属を含むＣＮＴが多量に注入されることで、生体の健康に影響し、安全性評価が低下している。
表２、３のいずれの結果でも、カーボン純度９５ｗｔ％以上、残留重金属濃度３０００ｐｐｍ以下の条件において、安全性評価が１００％となっている。
このため、このような条件下であれば、万一、ＣＮＴが医療用チューブ１から離脱して、ＣＮＴの不純物や重金属が生体内に摂取されても、生体に対して安全である。
【００３０】
［実験例３］
次に、ＣＮＴ２Ｂを用いた医療用チューブ１の摩擦特性、曲げ特性を評価するため、ベースマトリックス２Ａとして、ポリエステルエラストマーを用い、ＣＮＴ２Ｂの含有量を変えて試料１〜１０を作成した。
ここで、ＣＮＴ２Ｂは、ＣＮＴ外径φを４０ｎｍ、カーボン純度が９９．５ｗｔ％、残留重金属濃度が２０００ｐｐｍとし、試料１〜１０は、ＣＮＴ２Ｂの含有量（ｗｔ％）が０．１、０．３、０．５、１０、３０、４０、５０、７５、８０となるように設定した。ただし、試料１は複合材料ではなく、比較例として用意したものである。
これらの試料を用いて、押出し成形により外径Ｄ２が３ｍｍ、内径Ｄ１が１．５ｍｍのチューブを作製した。
作製したチューブに対して、ゴム硬度Ｄ用の硬度計（デュロメータ タイプＤ、JIS K 6253）によりチューブの硬度を測定し、レーザ顕微鏡によりチューブの表面粗さを計測した。
また、外径Ｄ２が５ｍｍ、内径Ｄ１が４ｍｍのフッ素樹脂チューブを曲率半径Ｒが４０ｍｍになるように湾曲させた状態とし、この内部に上記の各試料で作成したチューブを挿入し、フッ素樹脂チューブ（ニチアス（株）製）に対する接触力量をフォースゲージで測定した。さらに、豚の腸を、曲率半径４０ｍｍに湾曲させた形状で固定できるポリウレタン製の治具に配置して、上記の各試料で作成したチューブを挿入し、豚の腸に対する接触力を同様のフォースゲージで測定した。
また、上記各試料で作成したチューブを、座屈することなしに曲率半径３０ｍｍ（Ｒ３０ｍｍ）に曲げることができるかを確認した。
これらの実験結果を、表４に示す。ここで、曲げ特性における「○」はＲ３０ｍｍに曲げることができたことを、「×」は座屈してしまいＲ３０ｍｍに湾曲させることができなかったことを表す。また表４のＣＮＴ含有量と接触力量との関係のグラフを図２に示す。図２は、横軸がＣＮＴ含有量（ｗｔ％）、縦軸が接触力量（Ｎ）である。
【００３１】
【表４】
【００３２】
表４より、ＣＮＴ含有量が増大するにつれて、チューブの硬度が増大していることがわかる。このため、チューブの柔軟性が低下し、ＣＮＴ含有量５０ｗｔ％以上（試料８、９、１０）では、Ｒ３０ｍｍに曲げることができなくなった。したがって、Ｒ３０ｍｍの曲げ特性を実現するには、ＣＮＴ含有量を４０ｗｔ％以下にする必要がある。
【００３３】
また、表面粗さは、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の間で急峻に増大し、０．５ｗｔ％〜７５ｗｔ％の間で略直線的により緩やかに増大し、７５ｗｔ％〜８０ｗｔ％の間でさらに急峻に増大するような変化を示している。
一方、フッ素樹脂チューブ、豚の腸に対する接触力量は、それぞれ図２の曲線１００、１０１に示すように、いずれも、ＣＮＴ含有量が増大すると、ＣＮＴ含有量０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の間では、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％の場合に比べて接触力量が低下し、さらにＣＮＴ含有量が増えるにしたがって、緩やかに接触力量が増大している。そして、ＣＮＴ含有量７５ｗｔ％以上で、急峻に接触力量が増大している。
実験データは、ややバラツキがあるものの、接触力量の変化は、概ね表面粗さの変化と相関があることが分かる。なお、ＣＮＴ含有量５０ｗｔ％、７５ｗｔ％における接触力量の増加は、後述する実験例４、５の結果と比較すると、曲げ特性の悪化に関係すると考えられる。
対フッ素樹脂チューブと対豚の腸とでは、曲線１０１に示すように豚の腸の方が、ベースマトリックス２Ａに対する摩擦係数が小さいため、全体に接触力量が低く、０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％の場合に比べて低接触力量となっている。
したがって、医療用チューブ１を生体に対して用いる場合、少なくともＣＮＴ含有量０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、摩擦特性が向上されているものである。
以上より、医療用チューブ１では、ＣＮＴ含有量を４０ｗｔ％以下に設定することで、良好な曲げ特性が得られる。この場合、ＣＮＴを含有しないチューブに比べて生体に対して低摩擦性を有する。
これらが相俟って、生体に対する挿入性を向上することができる。
【００３４】
このように、本実施形態の医療用チューブ１によれば、生体に対して低摩擦となり、摩耗などによってＣＮＴが離脱しても生体内の蓄積性や残留性の特性が良好となるので、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となる。
【００３５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る医療用チューブについて説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る医療用チューブの模式的な正面図および側面図である。
【００３６】
本実施形態の医療用チューブ１０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、内径Ｄ１、外径Ｄ２の円環状断面を有する長さＬのチューブ部材からなり、上記第１の実施形態の医療用チューブ１と同様に、生体内に挿入したり、生体に接触させたりして医療用に用いるものである。
そして、医療用チューブ１０は、上記第１の実施形態の医療用チューブ１が複合材料２のみからなる単層構造であるのに対して、外表面１０ａ、内表面１０ｂが、それぞれ被覆層１１、１３で形成され、被覆層１１、１３の間にベース層１２（チューブ基体）を有する三層構造からなる点が異なる。
被覆層１１、１３は、上記第１の実施形態の複合材料２が、それぞれ層厚ｔ１、ｔ３に設けられたものである。
ベース層１２は、医療用チューブ１０の基材であり、被覆層１１、１３に比べて柔軟性を有する高分子材料によって、厚さｔ２に形成する。ここで、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＝（Ｄ２−Ｄ１）／２である。
ベース層１２の材質としては、例えば、ベースマトリックス２Ａに好適となる高分子材料から選択することができる。ベース層１２は、被覆層１１、１３のベースマトリックス２Ａと同じである必要はないが、同じものを採用すれば、被覆層１１、１２に比べて確実に柔軟性が大きくなり、しかも、被覆層１１、１３の形成が容易となる。
また、ベース層１２として、被覆層１１、１３のベースマトリックス２Ａと異なる材料を採用する場合、ベース層１２は、被覆層１１、１３によって被覆され、外表面１０ａ、内表面１０ｂに露出せず生体に接触しない。そのため、被覆層１１、１３の耐久性に問題がなければ、ベースマトリックス２Ａのように生体と接触させた場合のことを考慮することなく、材料を選定することができる。
【００３７】
次に、このような医療用チューブ１０の作用について、具体的な実験結果に基づいて説明する。
【００３８】
［実験例４］
医療用チューブ１０の摩擦特性、曲げ特性を評価するため、上記第１の実施形態のベースマトリックス２Ａを用いて、ベース層１２を形成し、試料１〜１０を用いて、被覆層１１、１３を形成したチューブをそれぞれ試料１１〜２０として作製した。
ここで、医療用チューブ１０の外径Ｄ２、内径Ｄ１は、上記第１の実施形態と同様に、Ｄ２が３ｍｍ、Ｄ１が１．５ｍｍとした。そして、被覆層１１、ベース層１２、被覆層１３の層厚構成は、ｔ１：ｔ２：ｔ３＝３：４：３とした。
そして、上記実験例３と同様にして、試料ごとに、ゴム硬度、表目粗さ、フッ素樹脂チューブおよび豚の腸に対する接触力量、曲げ特性の測定、評価を行った。
これらの実験結果を、表５に示す。また表５のＣＮＴ含有量と接触力量との関係のグラフを図４に示す。図４は、横軸がＣＮＴ含有量（ｗｔ％）、縦軸が接触力量（Ｎ）である。
【００３９】
【表５】
【００４０】
表５より、ＣＮＴ含有量に対するゴム硬度の変化は実験例３と同様であり、ＣＮＴ含有量に対する表面粗さは実験例３と若干差があるものの実験誤差を考慮すれば略同様である。
【００４１】
また、表面粗さは、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の間で急峻に増大し、０．５ｗｔ％〜７５ｗｔ％の間で略直線的により緩やかに増大し、７５ｗｔ％〜８０ｗｔ％の間でさらに急峻に増大するような変化を示している。
フッ素樹脂チューブ、豚の腸に対する接触力量は、それぞれ図４の曲線１１０、１１１に示すように、いずれも、ＣＮＴ含有量が増大すると、ＣＮＴ含有量０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の間では、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％の場合に比べて接触力量が低下し、さらにＣＮＴ含有量が増えるにしたがって、緩やかに接触力量が増大している。そして、ＣＮＴ含有量７５ｗｔ％以上で、急峻に接触力量が増大している。
実験データのバラツキはややあるものの、接触力量の変化は、表面粗さの変化と相関があることが理解される。特に、図２に比べて、ＣＮＴ５０ｗｔ％、７５ｗｔ％の場合の対フッ素樹脂チューブの接触力は低くなっており、実験例３に比べると、より表面粗さの変化に忠実な直線的な変化を示していると言える。
これは、接触力量を測定しているため、表面状態の同一性による摩擦係数が同一であっても、チューブがフッ素樹脂チューブを通る際に柔軟性が低くなると、医療用チューブ１０、１が湾曲に抵抗する程度の差に応じて、フッ素樹脂チューブに対する抗力が発生するためと考えられる。
このため、本実験例では、対フッ素樹脂チューブ、対豚の腸のいずれに対しても、曲線１１０、１１１に示すように、０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％の場合に比べて低接触力量となっている。
したがって、医療用チューブ１０は、少なくともＣＮＴ含有量０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、摩擦特性が向上されているものである。
【００４２】
一方、曲げ特性の評価結果によれば、実験例３と異なり、ＣＮＴ含有量０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、Ｒ３０ｍｍに曲げることができ、良好な曲げ特性が得られている。
これは、医療用チューブ１０が、三層構造で構成されているため、被覆層１１、１２のＣＮＴ含有量が増大して、硬度や曲げ剛性が増大しても、医療用チューブ１０の曲げ特性は、被覆層１１、１３よりも柔軟性に富んだベース層１２を合わせた全体の曲げ剛性で決まるためである。
【００４３】
［実験例５］
実験例５は、医療用チューブ１０の層構成が曲げ特性に及ぼす影響を調べるため、ＣＮＴ含有量を１０ｗｔ％に固定し、三層構造の被覆層１１、１３の層厚比を変化させて、実験例４と同様の評価を行った。ただし、曲げ評価は、曲率半径２０ｍｍ（Ｒ２０ｍｍ）、１０ｍｍ（Ｒ１０ｍｍ）に曲げられるかどうかの確認も併せて行った。
試料２１、２２は、医療用チューブ１０において、ＣＮＴ含有量を１０ｗｔ％とし、被覆層１１、ベース層１２、被覆層１３の層厚構成をｔ１：ｔ２：ｔ３を、それぞれ、１：８：１、２：６：２としたものである。表６ではこれらを区別するため、層厚構成比の代わりに複合材料層厚比として、（ｔ１＋ｔ３）／｛（Ｄ２−Ｄ１）／２｝の値を％表示した。
これらの評価結果を表６に示す。ここで、比較のため、試料１５（表５）を再掲し、さらに参考のため試料１（表４）、試料５（表４）の結果も記載した。
【００４４】
【表６】
【００４５】
表６によれば、曲げ特性においては、試料１５、２２、２１の順に小さな曲率半径まで曲げることができるようになり、柔軟性が向上していることが分かる。特に、試料２１は、複合材料を用いない試料１と同等の曲げ特性が得られている。
また、試料１５、２２、２１の接触力量は、このような柔軟性の順序にしたがって低減されている。そして、試料２１は、複合材料２を用いない試料１に比べて、曲げ特性が同等でありながら、接触力量は、対フッ素樹脂チューブで約４５％、対豚の腸で約１３％と格段に低減されている。
【００４６】
このように、本実施形態の医療用チューブ１０によれば、生体に対して低摩擦となり、摩耗などによってＣＮＴが離脱しても生体内の蓄積性や残留性の特性が良好となるので、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となる。また、被覆層１１、ベース層１２、被覆層１３の層厚比を変えることで、生体に対する接触力量、曲げ特性が良好となるように設定することができる。
【００４７】
なお、上記の説明では、最も好ましい条件として、複合材料２のカーボン純度、残留重金属濃度は、実験例２の結果から、それぞれ９５ｗｔ％以上、３０００ｒｐｍ以下とした場合の例で説明したが、これらの条件は、ＣＮＴの現実的な離脱量と生体内の滞留時間における不純物や重金属の毒性に応じて、適宜、安全な範囲に設定することができる。
【００４８】
また、上記の説明では、医療用チューブの外表面および内表面に医療用複合材料が露出する場合の例で説明したが、摺動性が要求される表面が一方に限られる場合には、外表面または内表面に医療用複合材料が露出する構成としてもよい。
【００４９】
また、上記の第２の実施形態の説明では、医療用チューブ１０の被覆層１１、１３の層厚が等しい場合の例で説明したが、それぞれの層厚は相違していてもよい。
【００５０】
また、上記の第２の実施形態の説明では、多層構造として３層構造の例で説明したが、被覆層１１、１３の間にＣＮＴが含まれない複数の層構造を有する４層以上の多層構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る医療用複合材料を用いた医療用チューブの模式的な正面図および側面図である。
【図２】実験例３におけるＣＮＴ含有量と接触力量の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る医療用チューブの模式的な正面図および側面図である。
【図４】実験例４におけるＣＮＴ含有量と接触力量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１、１０ 医療用チューブ
１ａ、１０ａ 外表面
１ｂ、１０ｂ 内表面
２ 複合材料（医療用複合材料）
２Ａ ベースマトリックス（高分子材料）
２Ｂ カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
１１、１３ 被覆層
１２ ベース層（チューブ基体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブに関する。例えば、生体に挿入または接触させて用いる各種医療用器具に用いる医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療用チューブ、例えば、生体内に挿入され湾曲された内視鏡のチャンネル管を通じて生体内に挿入されるカテーテル等においては、チャンネル管との挿入性を好適に確保するため、また生体組織を損傷させず目的部位まで確実に挿入することを可能とするため、チューブ外面の低摩擦性とチューブの柔軟性とが要求されている。また、カテーテル内に挿入されたガイドワイヤ等により生体内の目的部位まで誘導される医療用チューブにおいては、カテーテルとガイドワイヤとの摺動抵抗を低減し、ガイドワイヤの操作性を高めるために、チューブ内腔面の低摩擦性も要求されている。
例えば、特許文献１には、このような低摩擦性を満足するカテーテルチュ−ブ等の医療用チューブとして、樹脂とこの樹脂で構成されるマトリックス中に分散されたナノカーボンとからなる複合材料から形成される層を少なくとも含む医療用チューブが提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１３４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブには以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、低摩擦性を得るために、チューブ表面に繊維状のカーボンナノチューブによって微細な凹凸を形成する構成が開示されており、医療用チューブとして好適となる表面粗さが開示されている。そして、カーボンナノチューブの直径φは最大２０００ｎｍであり、この直径の範囲では、繊維長さは数十μｍ以上であってもよいことが記載されている。また、カーボンナノチューブの含有量が４０ｗｔ％を越えると、樹脂マトリックスに対してカーボンナノチューブが保持されにくくなり、複合材料の破断強度が低下することが開示されている。
ところが、このような複合材料は、低摩擦性を有するといえども、表面は摩耗することが考えられる。また、カーボンナノチューブは、樹脂マトリックスに埋め込まれているため、含有量が４０ｗｔ％以下でも表面から離脱する場合がある。
このため、医療用複合材料、医療用チューブとしては、表面が摩耗したり表面から離脱したりしてカーボンナノチューブが生体内に残留した場合に安全性が確保されることが重要となる。ところが、特許文献１には、安全性を確保しつつ低摩擦性を得るための構成については全く開示されていない。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となる低摩擦性の医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の医療用複合材料は、直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと略称する）を高分子材料中に分散させてなる構成とする。
この発明によれば、直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のＣＮＴを高分子材料中に分散させるので、生体に対して低摩擦となり、例えば、摩耗などによってＣＮＴが離脱しても生体内に蓄積したり残留したりしないようにすることができる。
ＣＮＴの直径φが３０ｎｍより小さいと、生体内でＣＮＴが離脱した場合、生体内で移動しやすくなり、内臓などに蓄積されやすくなる。
ＣＮＴの直径φが２００ｎｍより大きいと、生体内でＣＮＴが離脱した場合、生体内から排泄されにくくなり、生体内に残留しやすくなる。
【０００６】
また、本発明の医療用複合材料では、前記カーボンナノチューブのカーボン純度は、９５ｗｔ％以上、かつ前記カーボンナノチューブの残留重金属濃度は、３０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
この場合、ＣＮＴが生体内に蓄積、残留した場合でも、生体に悪影響を与えないようにすることができる。
【０００７】
本発明の医療用チューブは、生体に挿入または接触させて用いる医療用チューブであって、チューブ外表面および内表面の少なくともいずれかが、本発明の医療用複合材料で形成された構成とする。
この発明によれば、チューブ外表面および内表面の少なくともいずれかを本発明の医療用複合材料で形成するので、このような医療用複合材料で形成されたチューブ外表面またはチューブ内表面を生体に挿入または接触させた場合にも生体に対して低摩擦となるとともに、摩耗などによってＣＮＴが離脱しても、生体に対して悪影響を与えないようにすることができる。
【０００８】
また、本発明の医療用チューブでは、チューブ断面が単層構造とされ、前記医療用複合材料の前記カーボンナノチューブの含有量が、４０ｗｔ％以下であることが好ましい。
この場合、チューブ断面が単層構造の場合に医療用複合材料のＣＮＴの含有量を４０ｗｔ％以下とするので、医療用チューブの柔軟性が向上し、良好な最小曲げ半径Ｒを有する医療用チューブを形成することができる。
【０００９】
また、本発明の医療用チューブでは、カーボンナノチューブを含有しないチューブ基体の外表面および内表面にそれぞれ前記医療用複合材料の被覆層が形成され、該被覆層のそれぞれにおける前記医療用複合材料の前記カーボンナノチューブの含有量が、７５ｗｔ％以下であることが好ましい。
この場合、医療用複合材料のＣＮＴの含有量を７５ｗｔ％以下とするので、低摩擦性が良好となり、ＣＮＴを含む医療用複合材料とＣＮＴを含有しないチューブ基体との多層構造とするため、医療用チューブの柔軟性が向上し、良好な最小曲げ半径Ｒを有する医療用チューブを形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブによれば、生体に対して低摩擦となり、仮にチューブ内のＣＮＴが離脱しても生体内の蓄積性や残留性の特性が良好となるので、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、実施形態が異なる場合でも共通する部材には、共通の符号を付して説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る医療用複合材料およびそれを用いた医療用チューブについて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る医療用複合材料を用いた医療用チューブの模式的な正面図および側面図である。
【００１３】
本実施形態の医療用チューブ１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、内径Ｄ１、外径Ｄ２の円環状断面を有する長さＬのチューブ部材からなり、生体内に挿入したり、生体に接触させたりして医療用に用いるものである。医療用チューブ１の具体例としては、例えば、カテーテルチューブ、ステント用チューブ、内視鏡の挿入部に用いる内視鏡用チューブなどを挙げることができる。
医療用チューブ１の形状は、これらの具体的な適用例に応じて必要な寸法に設定することができる。
【００１４】
このような医療用チューブ１では、外表面１ａおよび内表面１ｂの少なくともいずれかが生体やカテーテルなどと接触して相対移動するため、適宜の摺動特性を備える必要がある。
本実施形態の医療用チューブ１は、ベースマトリックス２ＡにＣＮＴ２Ｂを分散して低摩擦性を備えるようにした複合材料２を、円環状に成形して、複合材料２による単層構造のチューブ部材を構成したものである。このように、外表面１ａおよび内表面１ｂに、ＣＮＴ２Ｂが分散配置されることで、表面に微細な凹凸を形成し、表面の低摩擦性を実現している。
【００１５】
ベースマトリックス２Ａとしては、生体に接触させて使用可能な適宜の高分子材料を採用することができる。例えば、ポリエステルエラストマー、ポリオレフィン、オレフィン系共重合体、ポリオレフィンエラストマー、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのビニル系ポリマー、ポリアミドエラストマー（ＰＡＥ）、ポリイミド、ポリスチレン、スチレン・エチレン-ブチレン・スチレン（ＳＥＢＳ）樹脂、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマー、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、フッ素樹脂（ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニルケン化物、エチレン−ビニルアルコール共重合体、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、セルロースアセテート、ビニルポリスルホン、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）などの各種熱可塑性樹脂、加硫ゴム、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタンなどの熱硬化または架橋性樹脂などの中から、使用条件や生体に対する適性を考慮して選択することができる。また、これらの組合せからなる高分子材料も採用することができる。
【００１６】
ＣＮＴ２Ｂとしては、例えば、単層、二層、多層などの円環状の断面構造を有するＣＮＴである。ＣＮＴ２Ｂの長さは特に限定されないが、生体内の移動性を考慮して、ＣＮＴ外径φは、３０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下とする。
このようなＣＮＴ２Ｂの製造方法としては、特に限定されない。例えば、アーク放電法、レーザ蒸発法、触媒気相成長法（ＣＣＶＤ）などを挙げることができる。ＣＣＶＤは、高純度のＣＮＴを効率よく製造できるため量産性が高いので特に好ましい。
本実施形態では、ＣＣＶＤの一種である浮遊流動反応法を採用している。
浮遊流動反応法は、炭化水素ガスと、重金属からなる触媒粒子とを反応雰囲気に浮遊せしめることにより、触媒粒子を核としてＣＮＴを成長させる周知の製造方法である。触媒粒子の径と同程度の外径を有するＣＮＴが得られるところから、ＣＮＴ外径の制御性に優れる製造方法であり、本実施形態のように、ＣＮＴ外径を制限する場合でも、効率よく量産することが可能である。
【００１７】
ＣＮＴ２Ｂのアスペクト比、すなわち、外径に対する長さの比は、上述のように特に限定されない。ただし、浮遊流動反応法など重金属の触媒粒子を用いる場合には、アスペクト比が小さすぎると、例えば、ＣＮＴに対する触媒粒子である重金属の割合が大きくなるため、一定のＣＮＴ含有量に対して、残留重金属濃度が高くなってしまう。
そのため、本実施形態では、反応条件を調整してＣＮＴの成長長さを制御することで、アスペクト比を調整している。これにより残留重金属濃度を所定範囲に収めるようにしている。
ＣＮＴ２Ｂの残留重金属濃度の所定範囲としては、本実施形態では、生体の健康面から、３０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。後述する具体例では、アスペクト比が１０〜１００の間に分布する状態で、このような残留重金属濃度が達成できている。
ここで、重金属とは、生体の健康に影響のある重金属を意味しており、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏなどを挙げることができる。
【００１８】
また、ＣＮＴ２Ｂのカーボン純度は、本実施形態では、生体の健康面から９５ｗｔ％以上としている。浮遊流動反応法では、炭化水素を原料としているため、反応条件によってはある程度の有機不純物が発生し、この有機不純物の中には生体の健康に影響を与える化合物も含まれると考えられる。このため、カーボン純度を高めることで、このような有機不純物の量を許容範囲内に収めることができる。
【００１９】
次に、このような医療用チューブ１の作用について、具体的な実験結果に基づいて説明する。
医療用チューブ１は、用途に応じて、生体内に円滑に挿入したり、所望の形状に湾曲させたり、カテーテルを滑らかに挿通させたりするために、低摩擦性や柔軟性（湾曲性）などが求められるが、生体と接触して用いられることから生体に対する安全性を確保することが重要となる。
ＣＮＴは、材質面では純カーボンである限りにおいて生体に影響しないと考えられるが、機械的、化学的に安定した微細繊維状の物質であるため、万一、生体内に残留した場合、長期的に健康に影響する可能性がある。
そこで、発明者は、鋭意、研究を進めたところ、ＣＮＴの生体内の残留特性には、ＣＮＴ外径が大きく寄与していることが判明し、本発明に至ったものである。
【００２０】
［実験例１］
まず、ＣＮＴ外径と体内の残留特性との関係について、ラットにＣＮＴ外径を変えたＣＮＴを注入し、ラット体内における移動特性、残留特性について調べた実験について説明する。
本実験では、浮遊流動反応法によって、外径φが１５ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、７５ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２２５ｎｍ、３５０ｎｍ、６００ｎｍのＣＮＴを製造した。それぞれは、ラットの健康が、カーボン純度、残留重金属の影響を受けないように、カーボン純度は９９．５ｗｔ％、重金属濃度は１５００ｐｐｍに設定した。
なお、この実験条件はＣＮＴの生体内の挙動を短時間で調べるためのもので、このＣＮＴの注入量（約１５ｍｇ）は、医療用チューブ１から離脱する可能性のあるＣＮＴの量に対してあり得ないほど過剰に設定されている。例えば、ポリエステルエラストマーにＣＮＴを１０ｗｔ％含有させた、外径Ｄ２が３ｍｍ、内径Ｄ１が２ｍｍ、長さ２ｍの医療用チューブ１は、ＣＮＴを１ｇ含んでいるが、１５ｍｇのＣＮＴを離脱させるには、摩耗が医療用チューブ１の全長全周に亙り層厚の１．５％に達した状態でなければならず、これは現実には起こりえない使用条件である。
【００２１】
そして、これらのＣＮＴをそれぞれ生理食塩水に３０ｗｔ％分散させた溶液５０ｍｌを調製し、この溶液を各１０匹のラットに対して、食道より注入し、１０日間放置した。
その後、ラットの脳、心臓、大腸の細胞を採取し、パラフィンに包埋し、ミクロトームにより３μｍ程度に薄切りし、脳細胞に対してはＡｚａｎ染色、心臓に対しては、ポディアン染色、大腸に対してはＨＥ染色で染色後、電子顕微鏡にて、ＣＮＴの有無を確認した。
この実験結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
表１の実験結果によれば、ＣＮＴ外径φが３０ｎｍ〜６００ｎｍでは、ＣＮＴは、ラットの心臓および脳への移動が確認されず、１５ｎｍ、２５ｎｍでは、心臓および脳にＣＮＴが検出され、ＣＮＴの移動が確認された。また、ＣＮＴ外径φが１５ｎｍ〜２００ｎｍでは、大腸での残留が確認されず、２２５ｎｍ、３５０ｎｍ、６００ｎｍでは、大腸での残留が検出された。
【００２４】
ＣＮＴ外径が小さい場合にＣＮＴが心臓、脳へ移動しているのは、ＣＮＴ外径が小さいために、ＣＮＴが細胞に容易に貫入できるため、細胞内を移動したり、血管に侵入したりし易いためだと考えられる。
ＣＮＴ外径が大きい場合にＣＮＴが大腸に残留するのは、ＣＮＴ外径が大きいことで細胞への貫入性が悪くなって、内臓を移動できなくなるものの、大腸内壁には引っ掛かりやすくなるので、体外へは排泄できなくなるためだと考えられる。
【００２５】
このような実験結果に基づいて、本実施形態の医療用チューブ１では、ＣＮＴ２ＢのＣＮＴ外径φを３０ｎｍ〜２００ｎｍに設定している。これにより、仮に、使用時に医療用チューブ１の表面からＣＮＴが離脱したとしても、生体内の移動や残留が起こらないため、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となる。
【００２６】
［実験例２］
実験例２では、このようなＣＮＴ２Ｂにおけるカーボン純度と残留重金属濃度との影響について調べるため、ＣＮＴ外径φを、３０ｎｍ、２００ｎｍに固定し、それぞれ、カーボン純度（ｗｔ％）を、９０、９２．５、９５、９７．５、９９．５に、また残留重金属濃度（ｐｐｍ）を、１５００、２０００、３０００、３２５０、４５００、６０００に設定して、各組合せにおいて、これらのＣＮＴをそれぞれ生理食塩水に３０ｗｔ％分散させた溶液５０ｍｌを調製し、この溶液を各１０匹のラットに対して、食道より注入し、１０日間放置した。
そして、各ラットの体温、心拍数、体重、血圧、その他症状（下痢、嘔吐、震え、衰弱、異常な行動）が平常値と変化したか、変化していないかを観察し、安全性の指標として、安全性（％）＝正常なラット数/ラット総数を評価した。
この実験結果について、表２、表３に示す。
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
【００２９】
本実験例の条件では、ＣＮＴ外径をＣＮＴが生体内を移動したり生体内に残留したりしない限界値に設定しているため、ＣＮＴが生体内に残留することによる問題は発生しないはずであるが、不純物や重金属を含むＣＮＴが多量に注入されることで、生体の健康に影響し、安全性評価が低下している。
表２、３のいずれの結果でも、カーボン純度９５ｗｔ％以上、残留重金属濃度３０００ｐｐｍ以下の条件において、安全性評価が１００％となっている。
このため、このような条件下であれば、万一、ＣＮＴが医療用チューブ１から離脱して、ＣＮＴの不純物や重金属が生体内に摂取されても、生体に対して安全である。
【００３０】
［実験例３］
次に、ＣＮＴ２Ｂを用いた医療用チューブ１の摩擦特性、曲げ特性を評価するため、ベースマトリックス２Ａとして、ポリエステルエラストマーを用い、ＣＮＴ２Ｂの含有量を変えて試料１〜１０を作成した。
ここで、ＣＮＴ２Ｂは、ＣＮＴ外径φを４０ｎｍ、カーボン純度が９９．５ｗｔ％、残留重金属濃度が２０００ｐｐｍとし、試料１〜１０は、ＣＮＴ２Ｂの含有量（ｗｔ％）が０．１、０．３、０．５、１０、３０、４０、５０、７５、８０となるように設定した。ただし、試料１は複合材料ではなく、比較例として用意したものである。
これらの試料を用いて、押出し成形により外径Ｄ２が３ｍｍ、内径Ｄ１が１．５ｍｍのチューブを作製した。
作製したチューブに対して、ゴム硬度Ｄ用の硬度計（デュロメータ タイプＤ、JIS K 6253）によりチューブの硬度を測定し、レーザ顕微鏡によりチューブの表面粗さを計測した。
また、外径Ｄ２が５ｍｍ、内径Ｄ１が４ｍｍのフッ素樹脂チューブを曲率半径Ｒが４０ｍｍになるように湾曲させた状態とし、この内部に上記の各試料で作成したチューブを挿入し、フッ素樹脂チューブ（ニチアス（株）製）に対する接触力量をフォースゲージで測定した。さらに、豚の腸を、曲率半径４０ｍｍに湾曲させた形状で固定できるポリウレタン製の治具に配置して、上記の各試料で作成したチューブを挿入し、豚の腸に対する接触力を同様のフォースゲージで測定した。
また、上記各試料で作成したチューブを、座屈することなしに曲率半径３０ｍｍ（Ｒ３０ｍｍ）に曲げることができるかを確認した。
これらの実験結果を、表４に示す。ここで、曲げ特性における「○」はＲ３０ｍｍに曲げることができたことを、「×」は座屈してしまいＲ３０ｍｍに湾曲させることができなかったことを表す。また表４のＣＮＴ含有量と接触力量との関係のグラフを図２に示す。図２は、横軸がＣＮＴ含有量（ｗｔ％）、縦軸が接触力量（Ｎ）である。
【００３１】
【表４】
【００３２】
表４より、ＣＮＴ含有量が増大するにつれて、チューブの硬度が増大していることがわかる。このため、チューブの柔軟性が低下し、ＣＮＴ含有量５０ｗｔ％以上（試料８、９、１０）では、Ｒ３０ｍｍに曲げることができなくなった。したがって、Ｒ３０ｍｍの曲げ特性を実現するには、ＣＮＴ含有量を４０ｗｔ％以下にする必要がある。
【００３３】
また、表面粗さは、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の間で急峻に増大し、０．５ｗｔ％〜７５ｗｔ％の間で略直線的により緩やかに増大し、７５ｗｔ％〜８０ｗｔ％の間でさらに急峻に増大するような変化を示している。
一方、フッ素樹脂チューブ、豚の腸に対する接触力量は、それぞれ図２の曲線１００、１０１に示すように、いずれも、ＣＮＴ含有量が増大すると、ＣＮＴ含有量０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の間では、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％の場合に比べて接触力量が低下し、さらにＣＮＴ含有量が増えるにしたがって、緩やかに接触力量が増大している。そして、ＣＮＴ含有量７５ｗｔ％以上で、急峻に接触力量が増大している。
実験データは、ややバラツキがあるものの、接触力量の変化は、概ね表面粗さの変化と相関があることが分かる。なお、ＣＮＴ含有量５０ｗｔ％、７５ｗｔ％における接触力量の増加は、後述する実験例４、５の結果と比較すると、曲げ特性の悪化に関係すると考えられる。
対フッ素樹脂チューブと対豚の腸とでは、曲線１０１に示すように豚の腸の方が、ベースマトリックス２Ａに対する摩擦係数が小さいため、全体に接触力量が低く、０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％の場合に比べて低接触力量となっている。
したがって、医療用チューブ１を生体に対して用いる場合、少なくともＣＮＴ含有量０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、摩擦特性が向上されているものである。
以上より、医療用チューブ１では、ＣＮＴ含有量を４０ｗｔ％以下に設定することで、良好な曲げ特性が得られる。この場合、ＣＮＴを含有しないチューブに比べて生体に対して低摩擦性を有する。
これらが相俟って、生体に対する挿入性を向上することができる。
【００３４】
このように、本実施形態の医療用チューブ１によれば、生体に対して低摩擦となり、摩耗などによってＣＮＴが離脱しても生体内の蓄積性や残留性の特性が良好となるので、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となる。
【００３５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る医療用チューブについて説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る医療用チューブの模式的な正面図および側面図である。
【００３６】
本実施形態の医療用チューブ１０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、内径Ｄ１、外径Ｄ２の円環状断面を有する長さＬのチューブ部材からなり、上記第１の実施形態の医療用チューブ１と同様に、生体内に挿入したり、生体に接触させたりして医療用に用いるものである。
そして、医療用チューブ１０は、上記第１の実施形態の医療用チューブ１が複合材料２のみからなる単層構造であるのに対して、外表面１０ａ、内表面１０ｂが、それぞれ被覆層１１、１３で形成され、被覆層１１、１３の間にベース層１２（チューブ基体）を有する三層構造からなる点が異なる。
被覆層１１、１３は、上記第１の実施形態の複合材料２が、それぞれ層厚ｔ１、ｔ３に設けられたものである。
ベース層１２は、医療用チューブ１０の基材であり、被覆層１１、１３に比べて柔軟性を有する高分子材料によって、厚さｔ２に形成する。ここで、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＝（Ｄ２−Ｄ１）／２である。
ベース層１２の材質としては、例えば、ベースマトリックス２Ａに好適となる高分子材料から選択することができる。ベース層１２は、被覆層１１、１３のベースマトリックス２Ａと同じである必要はないが、同じものを採用すれば、被覆層１１、１２に比べて確実に柔軟性が大きくなり、しかも、被覆層１１、１３の形成が容易となる。
また、ベース層１２として、被覆層１１、１３のベースマトリックス２Ａと異なる材料を採用する場合、ベース層１２は、被覆層１１、１３によって被覆され、外表面１０ａ、内表面１０ｂに露出せず生体に接触しない。そのため、被覆層１１、１３の耐久性に問題がなければ、ベースマトリックス２Ａのように生体と接触させた場合のことを考慮することなく、材料を選定することができる。
【００３７】
次に、このような医療用チューブ１０の作用について、具体的な実験結果に基づいて説明する。
【００３８】
［実験例４］
医療用チューブ１０の摩擦特性、曲げ特性を評価するため、上記第１の実施形態のベースマトリックス２Ａを用いて、ベース層１２を形成し、試料１〜１０を用いて、被覆層１１、１３を形成したチューブをそれぞれ試料１１〜２０として作製した。
ここで、医療用チューブ１０の外径Ｄ２、内径Ｄ１は、上記第１の実施形態と同様に、Ｄ２が３ｍｍ、Ｄ１が１．５ｍｍとした。そして、被覆層１１、ベース層１２、被覆層１３の層厚構成は、ｔ１：ｔ２：ｔ３＝３：４：３とした。
そして、上記実験例３と同様にして、試料ごとに、ゴム硬度、表目粗さ、フッ素樹脂チューブおよび豚の腸に対する接触力量、曲げ特性の測定、評価を行った。
これらの実験結果を、表５に示す。また表５のＣＮＴ含有量と接触力量との関係のグラフを図４に示す。図４は、横軸がＣＮＴ含有量（ｗｔ％）、縦軸が接触力量（Ｎ）である。
【００３９】
【表５】
【００４０】
表５より、ＣＮＴ含有量に対するゴム硬度の変化は実験例３と同様であり、ＣＮＴ含有量に対する表面粗さは実験例３と若干差があるものの実験誤差を考慮すれば略同様である。
【００４１】
また、表面粗さは、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の間で急峻に増大し、０．５ｗｔ％〜７５ｗｔ％の間で略直線的により緩やかに増大し、７５ｗｔ％〜８０ｗｔ％の間でさらに急峻に増大するような変化を示している。
フッ素樹脂チューブ、豚の腸に対する接触力量は、それぞれ図４の曲線１１０、１１１に示すように、いずれも、ＣＮＴ含有量が増大すると、ＣＮＴ含有量０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の間では、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％の場合に比べて接触力量が低下し、さらにＣＮＴ含有量が増えるにしたがって、緩やかに接触力量が増大している。そして、ＣＮＴ含有量７５ｗｔ％以上で、急峻に接触力量が増大している。
実験データのバラツキはややあるものの、接触力量の変化は、表面粗さの変化と相関があることが理解される。特に、図２に比べて、ＣＮＴ５０ｗｔ％、７５ｗｔ％の場合の対フッ素樹脂チューブの接触力は低くなっており、実験例３に比べると、より表面粗さの変化に忠実な直線的な変化を示していると言える。
これは、接触力量を測定しているため、表面状態の同一性による摩擦係数が同一であっても、チューブがフッ素樹脂チューブを通る際に柔軟性が低くなると、医療用チューブ１０、１が湾曲に抵抗する程度の差に応じて、フッ素樹脂チューブに対する抗力が発生するためと考えられる。
このため、本実験例では、対フッ素樹脂チューブ、対豚の腸のいずれに対しても、曲線１１０、１１１に示すように、０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、ＣＮＴ含有量０ｗｔ％の場合に比べて低接触力量となっている。
したがって、医療用チューブ１０は、少なくともＣＮＴ含有量０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、摩擦特性が向上されているものである。
【００４２】
一方、曲げ特性の評価結果によれば、実験例３と異なり、ＣＮＴ含有量０．１ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で、Ｒ３０ｍｍに曲げることができ、良好な曲げ特性が得られている。
これは、医療用チューブ１０が、三層構造で構成されているため、被覆層１１、１２のＣＮＴ含有量が増大して、硬度や曲げ剛性が増大しても、医療用チューブ１０の曲げ特性は、被覆層１１、１３よりも柔軟性に富んだベース層１２を合わせた全体の曲げ剛性で決まるためである。
【００４３】
［実験例５］
実験例５は、医療用チューブ１０の層構成が曲げ特性に及ぼす影響を調べるため、ＣＮＴ含有量を１０ｗｔ％に固定し、三層構造の被覆層１１、１３の層厚比を変化させて、実験例４と同様の評価を行った。ただし、曲げ評価は、曲率半径２０ｍｍ（Ｒ２０ｍｍ）、１０ｍｍ（Ｒ１０ｍｍ）に曲げられるかどうかの確認も併せて行った。
試料２１、２２は、医療用チューブ１０において、ＣＮＴ含有量を１０ｗｔ％とし、被覆層１１、ベース層１２、被覆層１３の層厚構成をｔ１：ｔ２：ｔ３を、それぞれ、１：８：１、２：６：２としたものである。表６ではこれらを区別するため、層厚構成比の代わりに複合材料層厚比として、（ｔ１＋ｔ３）／｛（Ｄ２−Ｄ１）／２｝の値を％表示した。
これらの評価結果を表６に示す。ここで、比較のため、試料１５（表５）を再掲し、さらに参考のため試料１（表４）、試料５（表４）の結果も記載した。
【００４４】
【表６】
【００４５】
表６によれば、曲げ特性においては、試料１５、２２、２１の順に小さな曲率半径まで曲げることができるようになり、柔軟性が向上していることが分かる。特に、試料２１は、複合材料を用いない試料１と同等の曲げ特性が得られている。
また、試料１５、２２、２１の接触力量は、このような柔軟性の順序にしたがって低減されている。そして、試料２１は、複合材料２を用いない試料１に比べて、曲げ特性が同等でありながら、接触力量は、対フッ素樹脂チューブで約４５％、対豚の腸で約１３％と格段に低減されている。
【００４６】
このように、本実施形態の医療用チューブ１０によれば、生体に対して低摩擦となり、摩耗などによってＣＮＴが離脱しても生体内の蓄積性や残留性の特性が良好となるので、生体に挿入または接触させて用いるのに好適となる。また、被覆層１１、ベース層１２、被覆層１３の層厚比を変えることで、生体に対する接触力量、曲げ特性が良好となるように設定することができる。
【００４７】
なお、上記の説明では、最も好ましい条件として、複合材料２のカーボン純度、残留重金属濃度は、実験例２の結果から、それぞれ９５ｗｔ％以上、３０００ｒｐｍ以下とした場合の例で説明したが、これらの条件は、ＣＮＴの現実的な離脱量と生体内の滞留時間における不純物や重金属の毒性に応じて、適宜、安全な範囲に設定することができる。
【００４８】
また、上記の説明では、医療用チューブの外表面および内表面に医療用複合材料が露出する場合の例で説明したが、摺動性が要求される表面が一方に限られる場合には、外表面または内表面に医療用複合材料が露出する構成としてもよい。
【００４９】
また、上記の第２の実施形態の説明では、医療用チューブ１０の被覆層１１、１３の層厚が等しい場合の例で説明したが、それぞれの層厚は相違していてもよい。
【００５０】
また、上記の第２の実施形態の説明では、多層構造として３層構造の例で説明したが、被覆層１１、１３の間にＣＮＴが含まれない複数の層構造を有する４層以上の多層構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る医療用複合材料を用いた医療用チューブの模式的な正面図および側面図である。
【図２】実験例３におけるＣＮＴ含有量と接触力量の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る医療用チューブの模式的な正面図および側面図である。
【図４】実験例４におけるＣＮＴ含有量と接触力量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１、１０ 医療用チューブ
１ａ、１０ａ 外表面
１ｂ、１０ｂ 内表面
２ 複合材料（医療用複合材料）
２Ａ ベースマトリックス（高分子材料）
２Ｂ カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
１１、１３ 被覆層
１２ ベース層（チューブ基体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のカーボンナノチューブを高分子材料中に分散させてなることを特徴とする医療用複合材料。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブのカーボン純度は、９５ｗｔ％以上、かつ前記カーボンナノチューブの残留重金属濃度は、３０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の医療用複合材料。
【請求項３】
生体に挿入または接触させて用いる医療用チューブであって、
チューブ外表面および内表面の少なくともいずれかが、請求項１または２に記載の医療用複合材料で形成されたことを特徴とする医療用チューブ。
【請求項４】
チューブ断面が単層構造とされ、前記医療用複合材料の前記カーボンナノチューブの含有量が、４０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項３に記載の医療用チューブ。
【請求項５】
カーボンナノチューブを含有しないチューブ基体の外表面および内表面にそれぞれ前記医療用複合材料の被覆層が形成され、該被覆層のそれぞれにおける前記医療用複合材料の前記カーボンナノチューブの含有量が、７５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項３に記載の医療用チューブ。
【請求項１】
直径φが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のカーボンナノチューブを高分子材料中に分散させてなることを特徴とする医療用複合材料。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブのカーボン純度は、９５ｗｔ％以上、かつ前記カーボンナノチューブの残留重金属濃度は、３０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の医療用複合材料。
【請求項３】
生体に挿入または接触させて用いる医療用チューブであって、
チューブ外表面および内表面の少なくともいずれかが、請求項１または２に記載の医療用複合材料で形成されたことを特徴とする医療用チューブ。
【請求項４】
チューブ断面が単層構造とされ、前記医療用複合材料の前記カーボンナノチューブの含有量が、４０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項３に記載の医療用チューブ。
【請求項５】
カーボンナノチューブを含有しないチューブ基体の外表面および内表面にそれぞれ前記医療用複合材料の被覆層が形成され、該被覆層のそれぞれにおける前記医療用複合材料の前記カーボンナノチューブの含有量が、７５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項３に記載の医療用チューブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−３９４３９（Ｐ２００９−３９４３９Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１００８８（Ｐ２００７−２１００８８）
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]