説明

改良された長期効能を有する抗菌性プラスチック体の製造法

【課題】新規な抗菌性プラスチック体の製造法を提供する。
【解決手段】前駆体を成形する工程を含む抗菌性プラスチック体の製造法であって、該成形工程の前に、該前駆体の少なくとも1種の成分を金属コロイドで処理することを特徴とする該製造法。さらに、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、ゼオライト、雲母、タルク、カオリンの無機粒子を含有し、この無機粒子が、金属コロイドで処理されている該製造法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、抗菌性金属含有プラスチック体、特に、医療用途に供される物品の製造法に関する。該物品は、特にカテーテルの形態で使用される。
【背景技術】
【0002】
医療用途に供されるプラスチック製物品、特に短時間用および長時間用カテーテルの重大な欠点は、使用するプラスチックが多剤耐性病原菌によって汚染され易いことである。該病原菌はプラスチック体の表面またはカテーテルの外側と内側にバイオフィルムを形成する。このような表面に抗生物質を含浸させることによって、耐性微生物は排除されるが、これは該抗生物質の高い選択性に起因するものである。
【0003】
このため、最近になって、例えば、硝酸銀、酢酸銀および塩化銀等を由来源とする銀イオンをプラスチック表面に含浸させる多数の研究がおこなわれている。全ての重金属イオンの中で、銀イオンは非常に広い抗菌スペクトルと微生物に対する高い毒性を示すが、動物細胞に対しては、低い毒性しか示さない。該高毒性は、例えば、SH−基を介する細胞壁への結合、呼吸連鎖の遮断、DNA−結合による細胞増殖の阻止等に起因する。しかしながら、種々の臨床的研究においては、微生物に対する十分な効果は観察されていない。さらに、銀塩の腐食作用と低水溶性は、銀イオンの利用において別の問題となっている。
【0004】
金属、例えば、銀等の表面と生理的NaCl溶液の接触に際しては、金属イオン(例えば、銀イオン等)が、金属表面の大きさに応じて、遊離する。小さな表面積に起因して、比較的高濃度の金属粉末(例えば、銀粉末等)が必要となるので、該金属粉末をポリマー(例えば、ポリウレタン等)と混合させることができない。このため、ポリマー材料に機械的な問題がもたらされる。従って、抗菌効果をもたらすのに必要な臨界的表面積は、金属粉末の混合によって得ることはできない。
【0005】
特許文献1には新しい技術が開示されている。この場合は、金属銀をポリウレタンフィルム上に蒸着させ、これを粉砕形態で配合する。これによって、銀粒子をポリマー材料中へ均一に分散させることができるので、抗菌効果を達成するのに十分な表面積を得ることができる。このプラスチック体の抗菌効果は、菌の付着性、バイオフィルム形成および長期滞留の低減と防止の観点並びに毒性と適合性の観点から、非常に良好であることが裏付けられている。しかしながら、上記のプラスチック体の適用性は、時間のかかるコスト高な製造工程、特に銀の蒸着工程に起因して、制限される。
【0006】
特許文献2には、第1の殺菌層と該殺菌層を保護するための第2の保護層を有する無機粒子を含有する抗菌性組成物が開示されている。該組成物の製造法は比較的複雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】ヨーロッパ特許EP−A−0711113号明細書
【特許文献2】米国特許US−A−5180585号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、抗菌作用を示すプラスチック体の製造法であって、上述の欠点を伴わない製造法、即ち、該プラスチック体が簡単に製造されると共に、十分な濃度の銀イオンを該プラスチック体の表面へ付与できる製造法を提供するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この課題は、プラスチック体の成形前に、該成形体の前駆体の少なくとも1種の成分を銀のような金属のコロイドで処理することを特徴とする製法によって解決された。
【発明を実施するための形態】
【0010】
プラスチック体の出発原料としては、従来から医療分野において常用されている多くのポリマー化合物を使用することができるが、特に以下のポリマーが例示される:ポリエチレン、ポリプロピレン、架橋ポリシロキサン、ポリウレタン、(メタ)アクリレート系ポリマー、セルロースおよびその誘導体、ポリカーボネート、ABS、テトラフルオロエチレンポリマーおよびポリエチレンテレフタレート並びにこれらの対応するコポリマー。特に好ましいポリマーはポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレン−ポリプロピレン−コポリマーである。
【0011】
本発明において使用される好ましい金属は、銀、銅、金、亜鉛およびセシウム等である。これらの金属のうちでも、銀が特に好ましい。
【0012】
本発明によるプラスチック体の製造に際しては、金属コロイドと共に、1種または複数種のポリマー材料が使用される。金属コロイドとプラスチックとの混合物には、別の添加剤を添加することもできる。このような添加剤としては、特に無機粒子、例えば、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、ゼオライト、雲母、タルクおよびカオリン等の粒子が例示される。この場合、特に好ましい無機物質は硫酸バリウムである。硫酸バリウムは、特殊な用途において、レントゲン造影剤として利用することができる。
【0013】
成形に先だって、1種または複数種のポリマー成分を、金属のコロイド溶液で処理し、および/または1種または複数種の無機添加剤を添加する。
【0014】
金属コロイドを用いて(部分的に)処理した出発原料との混合後、得られた混合物をさらに加工処理することによって、プラスチック成形体を得る。この加工処理は、ミキサー、ニーダー、押出機、射出成形機または加熱プレスを用いておこなうことができる。
【0015】
プラスチックまたは無機粒子を処理するために用いる金属コロイドは、金属塩溶液の還元によって調製するのが適当である。生成するコロイドを安定化させるために、保護剤、例えば、ゼラチン、珪酸またはデンプン等を使用することができる。
【0016】
好ましい金属である銀を使用する場合、例えば、アンモニア性硝酸銀溶液をゼラチン中において、適当な還元剤と共にゆっくりと反応させる。還元剤としては、アルデヒド(例えば、アセトアルデヒド)の他に、アルドース(例えば、グルコース)、キノン(例えば、ヒドロキノン)、無機複合水素化物(例えば、水素化ホウ素ナトリウムまたは水素化ホウ素カリウム)、還元性窒素化合物(例えば、ヒドラジンまたはポリエチレンイミン)およびアスコルビン酸。
【0017】
プラスチック製前駆体(例えば、ペレット等)および/または無機粒子(例えば、硫酸バリウム粒子)をこのコロイド銀溶液で処理し、処理物を乾燥させた後、適当な形態にする。出発原料への銀コロイドの付着とその後の乾燥は複数回おこなってもよく、これによって、プラスチック材料中の銀濃度を非常に高くすることができる。このような処理操作は硫酸バリウムで銀を被覆する場合に特に有利である。何故ならば、この処理によって、例えば、プラスチック製ペレットを予め被覆することが必ずしも必要でなくなるからである。
【0018】
この懸濁液から溶剤を濾過によって除去し、濾過物を5%アンモニア水溶液で洗浄した後、蒸留水で数回洗浄することによって、全ての低分子量有機化合物を除去することができる。濾過残渣を、上述のようにして、風乾させることによって、均一物が得られる。この処理操作は複数回繰り返してもよい。
【0019】
銀が無機粒子によって吸着される場合には、コロイド安定剤、例えば、ゼラチン、フュームドシリカまたはデンプン等の使用は省略することができる。何故ならば、還元中に生成される微結晶銀粒子は吸着によって無機粒子表面へ吸着し、これによって、固体上での連続的な銀被覆層の形成が回避されるからである。使用する水溶性補助剤は水と共に除去することができる。
【0020】
コロイド安定剤と還元剤の種類を変えるか、またはこれらを省略することによって、銀の粒子サイズおよび銀イオンの移動渡を広範囲にわたって調整することができる。さらに、ゼラチンを部分的に架橋する低分子量アルデヒドを還元剤として使用することによって、ポリマーに対する付着性を非常に高くすることができる。
【実施例】
【0021】
以下、本発明を実施例によって説明する。
実施例1
銀コロイドの調製
ゼラチン(DAB)1.0gを蒸留水(40℃)100ml中へ、攪拌下において溶解させた。次いで、AgNO p.a. 1.0g(5.88mmol)を添加し、得られた溶液を、25%NH水1.0ml(14.71mmol)と混合した。銀コロイドを調製するために、アセトアルデヒド258.7mg(5.88mmol;330μl)を蒸留水50mlに溶解させた溶液を、40℃において、上記の溶液中へ30分間かけてゆっくりと滴下した。
【0022】
実施例2
ポリウレタンペレットの被覆
実施例1における滴下操作を停止してから10分間経過後、「テコザン(Tecothane)TT−1085A」製のポリウレタンペレット約50mgを添加し、40℃において混合物を2時間にわたって激しく攪拌し、次いで室温において3時間撹拌を続行することによって、該ペレットを銀コロイドで被覆した。
適当な孔径を有する折りたたみフィルター上での急速濾過によって銀コロイドを分離させ、ペレットは濾液で再び洗浄し、湿潤状態のペレットを蒸発皿へ移した。ポリマーへ付着しなかった余分の銀コロイド溶液を除去した後、得られた生成物を70℃で10時間乾燥させた。
【0023】
実施例3
硫酸バリウム粒子上への銀コロイドの吸着
a)50℃において、蒸留水500ml中へゼラチン0.666gを溶解させた後、さらにAgNO6.66gを溶解させた。25%アンモニア水溶液約8.5mlを添加することによって、反応溶液を幾分アルカリ性にした。
無水α−D−グルコース3.53gを蒸留水150mlに溶解させた溶液を、50℃において激しく撹拌しながらゆっくりと滴下した。グルコース溶液の約半分を滴下させた直後に、得られた銀コロイドを硫酸バリウム333gと混合させた。滴下終了後、懸濁液を50℃で約2時間さらに撹拌し、次いで、揮発性成分を蒸発によって除去し、残渣を70℃で乾燥させた。得られた生成物をハンドヘルド乳鉢で微粉砕した。
b)ゼラチンの代わりに、デグッサ社製のフュームドシリカ「アエロシル200」6.66gを使用する以外は、上記の手順a)に従って操作をおこなった。コロイド銀の粒子径は、走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ、10〜50nmであった。
【0024】
実施例4
硫酸バリウム粒子上への銀コロイドの別の吸着法
蒸留水1.2リットル、ゼラチン2g、AgNO20gおよび25%アンモニア水溶液26mlを使用する以外は、実施例3のa)の手順に従って操作をおこなった。この場合、還元剤としては、グルコース10.59gを蒸留水400mlに溶解させた溶液を使用し、硫酸バリウム333gをa)の手順に従って混合した。懸濁液は50℃で3時間撹拌した後、70℃で8時間保持することによって、反応を完結させた。できる限り温かく保持した懸濁液を濾過処理に付した後、濾過物を蒸留水で4回洗浄することによって、硫酸バリウム粒子上に吸着された銀コロイドから水分および該水分中に溶存する成分(ゼラチン、グルコン酸、NHNOおよびNH)を除去した。実施例3の手順a)に従って、70℃で乾燥をおこなった後、微粉砕処理をおこなった。
実施例4に従って得られた生成物中に含まれる有機物(ゼラチン、グルコン酸、グルコース)の残存量は、ゼラチンとグルコン酸が、使用条件下において、水に対して比較しうる溶解度を示したという仮定のもとに、2つの別々の方法によって測定した。
【0025】
燃焼分析法
この分析において、CとHの値は、測定装置のメーカーによって示された測定許容度(0.3%)よりも低い値であり、最終的に配合されたポリウレタン材料中のBaSOおよびAgの含有量はそれぞれ20%および0.8%であった。有機残渣の全量は理論的には多くて0.182%(この値は、該測定装置によって決定することができる最低値である)である。従って、実際の値はかなり低いものである。
【0026】
熱重量測定法
実施例4で得られた材料を対照材料、即ち、洗浄処理をおこなわず(重量損失:約3.2%)、また、純粋なBaSOを使用する以外は同じ方法によって調製した材料を比較したところ、全重量損失は多くて0.28%(ゼラチン0.045wt%、グルコン酸0.235wt%)であり、より優れた結果が得られた。BaSO 20%とAg 0.8%を含有する最終的に配合されたポリウレタン材料中に含まれる有機残渣の全量は0.056wt%以下(ゼラチン0.009wt%以下、グルコン酸0.047wt%以下)であった。熱重量測定法は燃焼分析法に比べてより高い感度を示すので、前者の方が好ましい。
【0027】
実施例5
抗菌活性の測定
本発明のプラスチック体が菌により感染し得るかどうか決定するために、それぞれのプラスチック(直径3mm、長さ13mm)からなる5つの円筒状サンプルをトリプカーゼ−ソイ−ブロス(Trypcase-Soy-Broth)栄養溶液中、表皮ブドウ球菌含有組成物により175℃でインキュベートした。以下のプラスチック体を試験した(No.1は未処理の市販品であり、No.2および3は本発明のものである):
試料1:カンパニー・アロウ(the Company Arrow)から入手したPUカテーテルから取ってきた断片(ES04701)
試料2:本発明の実施例2によるもの
試料3:本発明の実施例3によるもの
【0028】
5つの試料をそれぞれについて以下の条件下で4つの試験法に供した:
試験法1:表皮ブドウ球菌の初期濃度5×10CFU/ml
試験法2:表皮ブドウ球菌の初期濃度10CFU/ml
試験法3:試験法1と同様であるが、先のインキュベーション5時間後、生理緩衝溶液中、37℃で測定した。
試験法4:試験法1と同様であるが、プラスチック体は37℃で4時間無菌ろ過した天然尿で処理されている。
【0029】
感染したプラスチック体の数を視覚管理により測定し、表1に示す。
【表1】

【0030】
配合後、カテーテル材料は治療目的で要求される機械的特性(粗さ、均一性および弾力性)が低下しない。ポリウレタンペレットを被覆すること(実施例2)、またはX線造影媒体(実施例3および4)によって銀をポリマー材料に導入するかどうかに関係なく、抗菌活性は維持されるため、方法は製造方法における様々な要求に容易に適応させることができる。
【0031】
本発明によるプラスチック物品は、比較的低い毒性の従来技術の材料と比較して、密着性およびバイオフィルム形成に関する有意に高い抗菌活性ならびにかなり改善された長時間性能(long-time performance)を示す。
本発明による調製方法は容易に制御可能で、経済的であり、大規模生産に適している。さらに実施例4は、無機造影媒体から全ての「アジュバント化学物質」を除去する方法を提供するので、当該方法における保護証明書の交付が可能である。
【0032】
実施例6
抗菌活性の時間依存
カテーテル(量は最終配合材料に基づいている)
1)ポリウレタンカテーテル 20%BaSO+0.8%Ag、長さ1cm(実施例4)
2a)シリコンカテーテル 25%BaSO+1%Ag、長さ1cm、厚さ1.3mmおよび幅2mm(実施例4)
2b)シリコンカテーテル 25%BaSO+0.33%Ag+0.33%SiO(実施例3b)シリコン壁部、長さ1cm、厚さ1mmおよび幅2mm
3)対照 アルゲン・テック・1・ルーメン・カテーテル(Argen Tec 1 lumen catheter)(シクリス(Sicuris))抽出物(Extr.)1/99 20%BaSO+0.9−1%Ag
【0033】
殺菌:熱空気キャビネット中、90℃で3時間保存。先の試験は、上記時間経過後はサンプルが菌フリーであることを示した。(上記時間の前でさえ、サンプルは菌によってあまり感染されていない)
:表皮ブドウ球菌(レファレンス:インフェクション・サプリメント6/99(ref.:Infection Suppl. 6/99))
大腸菌 同上
栄養媒体:トリプカーゼ・ソージャ(Trypcase Soja)
【0034】
処置方法
−サンプルを5×10菌により室温で0.45%NaClの2.5%グルコースとの懸濁液中、8時間インキュベートする。
−その後、菌懸濁液を遠心分離により取り出す。
−洗浄2回(回転撹拌させながら、生理塩化ナトリウム水溶液中、2分間の再懸濁)
−サンプルをペトリ皿の無菌塩化ナトリウム溶液中に移送する。
−1時間ごと、6時間後からは2時間ごとにサンプルを採取し、当該サンプルを生理塩化ナトリウム溶液中、少し回転撹拌させた後、トリプカーゼ・ソージャ媒体に移送する。
−24〜36時間インキュベーション
−殺菌性についてサンプルを評価する(濁度=終点の測定)。
【0035】
表皮ブドウ球菌による試験結果
全てのサンプルを5回試験する(+++++)。
【表2】

+=培養液(broth)は36時間後、濁る。
−=培養液は36時間後、透明である(殺菌されている)。
【0036】
検討
この試験で、時間に依存する固体の抗菌活性を試験できた。銀充填サンプルは6時間後すでに抗菌活性を示し、汚染されたカテーテルは非生理学的(unphysiologically)に高い接種物においてさえ上記時間内で再び殺菌され得ることが示される。サンプル2bにおいてのような低いAg濃度も肯定的な結果をもたらすだろう。
【0037】
大腸菌による試験結果
全てのサンプルを5回試験する(+++++)。
【表3】

【0038】
生理NaCl溶液中で1、2および3週間、銀を溶出した後でさえ、表皮ブドウ球菌の結果は同等に良好であり、当該結果は表1と一致する。
カンパニー・トキシコン・ベドフォード・マス米国(the company Toxikon, Bedford Mass., USA)によって細胞毒性の試験を行った。調製されたサンプルは毒性がなく、溶出試験ISO 10993の要件を満たすことが示された。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
前駆体を成形する工程を含む抗菌性プラスチック体の製造法において、該成形工程の前に、該前駆体の少なくとも1種の成分を金属コロイドを用いて処理することを特徴とする該製造法。
【請求項2】
前駆体が1種または複数種のポリマー材料を含む請求項1記載の方法。
【請求項3】
前駆体がポリウレタンを含む請求項2記載の方法。
【請求項4】
プラスチック製前駆体に対して、ポリマー材料のほかに、別の添加剤を添加する請求項1から3いずれかに記載の方法。
【請求項5】
添加剤が無機粒子から成る請求項4記載の方法。
【請求項6】
無機粒子が硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、ゼオライト、雲母、タルクまたはカオリンを含有する請求項5記載の方法。
【請求項7】
無機粒子が硫酸バリウムおよび/またはフュームドシリカを含有する請求項6記載の方法。
【請求項8】
1種または複数種の前駆体成分を金属コロイドを用いて処理する請求項1から7いずれかに記載の方法。
【請求項9】
プラスチックと無機粒子を金属コロイドを用いて処理する請求項4から7いずれかに記載の方法。
【請求項10】
無機粒子を金属コロイドを用いて処理する請求項4から7いずれかに記載の方法。
【請求項11】
金属コロイドが銀コロイドである請求項1から10いずれかに記載の方法。
【請求項12】
処理された前駆体に、混合、混練、押出し、射出または加熱プレスよって最終的な形態を付与する請求項1から11いずれかに記載の方法。
【請求項13】
請求項1から12いずれかに記載の方法によって得られるプラスチック体。
【請求項14】
銀コロイドが10〜50nmの粒径を有する請求項13記載のプラスチック体。
【請求項15】
カテーテルの形態を有する請求項13または14記載のプラスチック体。

【公開番号】特開2011−252162(P2011−252162A)
【公開日】平成23年12月15日(2011.12.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−170935(P2011−170935)
【出願日】平成23年8月4日(2011.8.4)
【分割の表示】特願2001−514032(P2001−514032)の分割
【原出願日】平成12年7月28日(2000.7.28)
【出願人】(502036686)
【氏名又は名称原語表記】J. Peter Guggenbichler
【出願人】(502036697)
【氏名又は名称原語表記】Andreas Hirsch
【Fターム(参考)】