疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーおよびイオン性ポリマーを含む水膨潤可能なＰＮまたは半ＩＰＮを含む組成物、かかる組成物から作製された製品、ならびにかかる製品を使用する方法。本発明は、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの固体形態と接触させてイオン化性モノマー溶液を置く工程と；疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの中にイオン化性モノマー溶液を拡散させる工程と；疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの内部でイオン性ポリマーを形成するためにイオン化性モノマーを重合し、それによってＩＰＮまたは半ＩＰＮを形成する工程とを含む、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーから水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮを産生する方法も含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００８年７月７日に出願された米国特許出願第６１／０７８，７４１号；２００８年７月８日に出願された米国特許出願第６１／０７９，０６０号；２００８年９月８日に出願された米国特許出願第６１／０９５，２７３号；および２００９年４月２日に出願された米国特許出願第６１／１６６，１９４号の利益を主張し；これらの先行出願の各々の開示は、参照として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［参照としての組み込み］
本明細書において言及されるすべての出版物および特許出願は、各々の個別の出版物または特許出願が参照として組み込まれることが具体的かつ個別に示される場合と同じ程度に、参照として本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本発明は、半相互貫入ポリマーネットワークおよび完全相互貫入ポリマーネットワーク、半相互貫入ポリマーネットワークおよび完全相互貫入ポリマーネットワークを製作する方法、かかる半相互貫入ポリマーネットワークおよび完全相互貫入ポリマーネットワークから作られた製品、ならびにかかる製品を使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
完全相互貫入ポリマーネットワーク（ＩＰＮ）および半相互貫入ポリマーネットワーク（「半ＩＰＮ」）は、様々な出発材料から生成され、様々な適用に使用されている。ＩＰＮおよび半ＩＰＮは、それらが作製されるポリマーの有利な特性を組み合わせることができ、それらの成分ポリマーの所望されない特性のいくつかを回避することができる。
【０００５】
従来のＩＰＮおよび半ＩＰＮは、インプラントのためにコーティングまたは人工軟骨などの生物医学的適用における使用のために提案されている。例えば、米国特許第２００５／０１４７６８５号；米国特許第２００９／００３５３４４号；および米国特許第２００９／００８８４６号を参照。しかしながら、提案された適用に対する従来のＩＰＮおよび半ＩＰＮの有用性は、それらの組成物の特性によって限定される。さらに、出発材料およびかかる従来の組成物を作製するプロセスは、ＩＰＮまたは半ＩＰＮのもたらされた特性だけでなく、製造プロセスおよびかかるプロセスで作製された製品の商業的実用化も限定する。さらに、従来のＩＰＮおよび半ＩＰＮの機械的特性は使用される成分ポリマーの機械的特性によってしばしば限定され、大部分の実質的に親水性で水膨潤可能なポリマーの事例において、機械的特性は通常かなり低い。例えば、先行技術は、ポリウレタンまたはＡＢＳなどの商業的に入手可能な疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーから水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮを作製する実行可能なプロセスを記載していない。
【０００６】
最終的に、従来のＩＰＮおよび半ＩＰＮ組成物の有用性、およびかかる組成物から形成された製品の価値は、強度、潤滑性および摩耗抵抗性などの所望の特徴を持つＩＰＮおよび半ＩＰＮを生成できないことによって限定されている。
【発明の概要】
【０００７】
特定の医学的適用のために所望される機械的特性は、多くの親水性出発材料の可能な範囲をしばしば越えている。従って、本発明の１つの態様は、他の望ましい特性に加えて高機械強度の目標を達成する有用な手段として、疎水性出発材料の高機械強度を利用し、特定のイオン性ポリマーとそれらの材料を組み合わせる。したがって、先行技術は水膨潤可能なポリマーを採用しそれらをより強くしようとしたが、本発明の１つの態様は強い材料を採用しそれらをより水膨潤可能にする。
【０００８】
本出願の目的のために、「相互貫入ポリマーネットワーク」または「ＤＰＮ」は、分子スケールで少なくとも部分的に織り交ぜられる２つまたはそれ以上のポリマーネットワークを含む材料であるが、互いに共有結合されておらず、化学結合が破断されない限り分離することができない。「半相互貫入ポリマーネットワーク」または「半ＩＰＮ」は、少なくともいくつかの線状マクロ分子または分岐マクロ分子による少なくとも１つのネットワークの分子スケールでの貫入によって特徴づけられる、１つまたは複数のポリマーネットワークおよび１つまたは複数の線状ポリマーまたは分岐ポリマーを含む材料である。ＩＰＮから区別されるように、半ＩＰＮは、成分ポリマーネットワークの少なくとも１つが共有結合によって化学的に架橋されないポリマーブレンドである。
【０００９】
「ポリマー」は、ホモポリマー（１種類のモノマーに由来するポリマー）、およびコポリマー（１つよりも多い種類のモノマーに由来するポリマー）を含むマクロ分子を含む物質である。「疎水性ポリマー」は、以下の２つの特性の少なくとも１つを有する予備形成されたポリマーネットワークである。（１）少なくとも４５°の表面水接触角および（２）ＡＳＴＭ試験基準Ｄ５７０に従って室温で２４時間後に２．５％以下の吸水を示す。「親水性ポリマー」は、４５°未満の表面水接触角を有するポリマーネットワークであり、ＡＳＴＭ試験基準Ｄ５７０に従って室温で２４時間後に２．５％を超える吸水を示す。「イオン性ポリマー」は、イオン性モノマーまたはイオン化性モノマー（または両方）を、それらの性質および位置に関係なく、重量で少なくとも２％含有するマクロ分子からなるポリマーとして定義される。「イオン化性モノマー」は、ポリマーを形成するために他のモノマーに化学的に結合することができ、カルボン酸および／またはスルホン酸などの酸性官能基の存在のために負に荷電する能力も有する低分子である。「熱硬化性ポリマー」は熱可塑性ポリマーとは異なり、加熱された場合融解しないものである。熱硬化性ポリマーは、最初に作製されたときに所定形状へと「硬化」し、その後流動または融解しないが、加熱に際してむしろ分解し、しばしば高度に架橋および／または共有結合により架橋される。「熱可塑性ポリマー」は、熱硬化性ポリマーとは異なり、加熱されたときに融解または流動するものである。熱可塑性ポリマーは通常共有結合により架橋されない。「相分離」は、単相系の多相系への変換、特に、２つのブロックコポリマーの非混和性ブロックの二相への分離（少ない程度の混合が起こる小さな中間相の可能性を持つ）として定義される。本発明は、強度、潤滑性、電気伝導性および摩耗抵抗性などの新しい特性を提供するために、ポリウレタンまたはＡＢＳなどの一般的な商業的に入手可能な疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを修飾するプロセスを含む。他の可能な疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーは以下に記載される。本発明はＩＰＮ組成物および半ＩＰＮ組成物に加えて、かかる組成物から作製された製品およびかかる製品を使用する方法も含む。本発明のＩＰＮ組成物および半ＩＰＮ組成物は１つまたは複数の以下の特徴を達成することができる。高引張強度および高圧縮強度；低摩擦係数；高含水率および高膨潤能；高透過性；生体適合性；および生体安定性。
【００１０】
本発明の適用は、２つのベアリング面の間の静摩擦係数および動摩擦係数を減少させ、船舶、潜水服もしくは水着、他の水上バイクもしくは水上の物体、またはパイプ中の抗力および／またはバイオフィルム形成および／またはフジツボ形成を減少させる、親水性で潤滑な外装または被覆の生成である。さらに、本発明は、電流の伝導、またはプロトン交換膜、燃料電池、ろ過装置およびイオン交換膜などのイオンの透過性を必要とする電気化学的適用における可能性を有する。さらに、本発明は、エンジン、ピストンまたは他の機械もしくは機械部品などの適用のためのベアリングおよび可動部品を作製する方法として使用することができる。本発明は、軟骨代替物、整形外科領域の関節置換物および表面再建装置またはそのコンポーネント、椎間円板、ステント、血管カテーテルまたは尿道カテーテル、コンドーム、心臓弁、血管移植片、ならびに身体の他の領域（皮膚、脳、脊柱、胃腸系、喉頭および軟組織一般など）における短期および長期両方のインプラントを含む多数の生物医学的適用にも使用することができる。さらに、それは、様々な手術道具および手術器具のコンポーネントとして使用することができる。これらの適用のすべてにおいて、薬物は、局所的な薬物送達のために材料の中に取り込むことができる。これらの相互貫入ポリマーネットワークは治療剤がポリマーマトリックスから放出される特異的薬物送達ベヒクルを製作するためにも使用することができる。本発明の１つの態様は、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーおよびイオン性ポリマーの水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮの組成物を提供する。いくつかの実施形態において、ＩＰＮまたは半ＩＰＮは、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーよりも低い摩擦係数を示す。いくつかの実施形態において、ＩＰＮまたは半ＩＰＮは疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーよりもより水膨潤可能であり、より高いクリープ抵抗を示し、ならびに／またはより高い伝導性および透過性を示す。組成物のいくつかの実施形態は抗酸化剤も含む。
【００１１】
いくつかの実施形態において、ＩＰＮまたは半ＩＰＮは、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの中にイオン化性モノマー前駆体溶液を拡散させイオン性ポリマーを形成するためにモノマーを重合することによって形成される。
【００１２】
いくつかの実施形態において、組成物は水も含み、それは組成物の第１の部分から組成物の第２の部分への水和勾配を形成することができる。電解質は水中に溶解することができる。ＩＰＮまたは半ＩＰＮは負に荷電することもできる。様々な実施形態において、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーは、イオン性ポリマーと物理的に絡み合うか、または化学的に架橋されうる。
【００１３】
いくつかの実施形態において、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーは規則性ドメインおよび非規則性ドメインを有し、イオン性ポリマーは非規則性ドメイン中に配置することができる。
【００１４】
様々な実施形態において、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーは、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサンおよびアクリロニトリルブタジエンスチレンからなる群から選択することができる。イオン性ポリマーは、例えばポリ（アクリル酸）またはポリ（スルホプロピルメタクリレート）、その組み合わせまたは誘導体でありえる。イオン性ポリマーはカルボキシレート基および／またはスルホン酸基（sulfonate group）を含むことができる。
【００１５】
いくつかの実施形態において、イオン性ポリマーは、組成物の第１の部分から組成物の第２の部分への濃度勾配を形成する。濃度勾配は、例えば、組成物内に剛性勾配および／または水和勾配を提供することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態は、第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーとは別の層中に配置することができるか、または第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの全体にわたって拡散させることができる、第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを含む。
【００１７】
本発明の別の態様は、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーから水膨潤可能なＢＰＮまたは半ＩＰＮを産生するためのプロセスであって、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの固体形態と接触させてイオン化性モノマー溶液を置く工程と；熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの中にイオン化性モノマー溶液を拡散させる工程と；熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの内部でイオン性ポリマーを形成するためにイオン化性モノマーを重合し、それによってＩＰＮまたは半ＩＰＮを形成する工程とを含むプロセスを提供する。
【００１８】
いくつかの実施形態は、抗酸化剤を加える工程を含む。いくつかの実施形態は、例えば、組成物の第１の部分から組成物の第２の部分への水和勾配を形成するために水によりＩＰＮまたは半ＩＰＮを膨潤する工程を含む。方法は、電解質溶液によりＩＰＮまたは半ＩＰＮを膨潤する工程も含むことができる。様々な実施形態は、イオン性ポリマーと疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを化学的に架橋するか、または物理的に絡み合わせる工程を含む。
【００１９】
疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが規則性ドメインおよび非規則性ドメインを有する実施形態において、方法は、重合工程の前にイオン化性モノマー溶液により非規則性ドメインを膨潤する工程を含むことができる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーは、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン、アクリロニトリルブタジエンスチレンからなる群から選択される。イオン化性モノマー溶液はアクリル酸溶液でありえ、カルボキシレート基および／またはスルホン酸基を持つモノマーを含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施形態において、方法は、例えば、組成物内で剛性勾配および／または水和勾配を提供するために、疎水性の熱可塑性ポリマーの熱硬化物の中のイオン化性モノマー溶液の位置選択的な拡散を介して、ＩＰＮまたは半ＩＰＮの内のイオン性ポリマーの濃度勾配を形成する工程を含む。
【００２２】
方法のいくつかの実施形態は、第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの固体形態と接触させてイオン化性モノマー溶液を置く工程と；第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの中にイオン化性モノマー溶液を拡散させる工程とを重合工程の前に含むことができる。かかる実施形態において、第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーは、第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーに隣接する別の層中にありうるか、または第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマー内に拡散されうる。
【００２３】
いくつかの実施形態は、ＩＰＮまたは半ＩＰＮの加熱などによって、第１の形状から第２の形状へＩＰＮまたは半ＩＰＮを変化させる工程を含む。
【００２４】
さらに本発明の別の態様は、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーおよびイオン性ポリマーを含む水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮを含み、骨表面に一致する骨接触面を形作る医療用インプラントを提供する。いくつかの実施形態は、インプラントの内部の領域中に配置された液体カプセルも含む。いくつかの実施形態は、骨の中への挿入に適合した挿入部分、ならびに関節腔内の配置に適合し、ＩＰＮまたは半ＩＰＮを骨および／または骨接触面から延長するステムに付着する骨の係合に適合し、骨の中への挿入に適合した関節界面部分（ＩＰＮまたは半ＩＰＮと係合された骨ネジ、縫合糸またはステープルなど）を有する。医療用インプラントは、金属ベースの人工器官のような別の装置のベアリングコンポーネントとしても取り込むことができる。
【００２５】
医療用インプラントは、医療用インプラントの骨への付着（骨接触面で形成される骨内方成長表面など）に適合した接着剤も含むことができる。いくつかの実施形態において、イオン性ポリマーは、インプラントの第１の部分からインプラントの第２の部分へ濃度勾配を形成する。いくつかの実施形態は、第１の疎水性の熱硬化性樹脂または熱可塑性ポリマーに隣接する第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを有し、イオン性ポリマーは少なくとも第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーに相互貫入する。
【００２６】
いくつかの実施形態において、水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮは、天然の軟骨の剛性および潤滑性の特性を模倣する特性を有し、関節中の軟骨の置換に適合し構成される。ＩＰＮまたは半ＩＰＮは、キャップ、カップ、プラグ、マッシュルームならびにステムおよびパッチからなる群から形状を選択することができ、関節丘、脛骨プラトー、半月板、関節唇または関節窩の嵌合に適合させることができる。
【００２７】
本発明のさらに別の態様は、天然の軟骨を、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーおよびイオン性ポリマーを有する水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮで置換する工程、および関節を画成する骨表面とＩＰＮまたは半ＩＰＮを係合する工程を含む、整形外科領域の関節を修復する方法を提供する。方法は、骨表面にＩＰＮまたは半ＩＰＮを接着、縫合、ステープル留め、および／またはネジ留めする工程も含むことができる。方法は金属ベースの人工器官のような別の装置のベアリングコンポーネントとして材料を取り込むことも含むことができる。方法は、骨表面の中へのステム部分を挿入する工程も含むことができる。整形外科領域の関節は、肩関節、手指関節、手関節、足首関節、足関節、足指関節、膝内側関節、膝蓋大腿関節、全膝関節、膝半月板、大腿関節、寛骨臼関節、関節唇関節、肘、椎間ファセット、脊椎関節からなる群から選択することができる。
【００２８】
本発明のさらに別の態様は、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーおよびイオン性ポリマーを含む水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮを含み、海洋性船体への付着に適合した船体接触面を有する、海洋性船体被覆を提供する。被覆は紫外線防護剤および／または抗酸化剤も含むことができる。
【００２９】
本発明の新規の特色は、以下の請求項で特に説明される。本発明の特色および利点の良好な理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明、および添付の図面を参照することによって得られるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明の１つの態様に記載のＩＰＮまたは半ＩＰＮを形成する方法を示した図である。
【図１Ｂ】本発明の１つの態様に記載のＩＰＮまたは半ＩＰＮを形成する方法を示した図である。
【図１Ｃ】本発明の１つの態様に記載のＩＰＮまたは半ＩＰＮを形成する方法を示した図である。
【図１Ｄ】本発明の１つの態様に記載のＩＰＮまたは半ＩＰＮを形成する方法を示した図である。
【図２】厚み方向に沿って製品中に形成された組成勾配を説明した図である。
【図３】放射方向に沿って製品中に形成された組成勾配を説明した図である。
【図４Ａ】本発明に従う熱可塑性勾配ＩＰＮを製作する方法を示した図である。
【図４Ｂ】本発明に従うＩＰＮ内部の勾配特性の変化を示した図である。
【図４Ｃ】勾配ＩＰＮにわたるイオン性ポリマーの変化を示す。
【図５】ラミネート構造またはＩＰＮもしくは半ＩＰＮを示した図である。
【図６Ａ】勾配ＩＰＮ製品の造形を示した図である。
【図６Ｂ】勾配ＩＰＮ製品の造形を示した図である。
【図７Ａ】ＩＰＮの形状加熱を示した図である。
【図７Ｂ】ＩＰＮの形状加熱を示した図である。
【図７Ｃ】ＩＰＮの形状加熱を示した図である。
【図７Ｄ】ＩＰＮの形状加熱を示した図である。
【図８Ａ】表面に対する勾配ＩＰＮ製品の接着を示した図である。
【図８Ｂ】表面に対する勾配ＩＰＮ製品の接着を示した図である。
【図８Ｃ】表面に対する勾配ＩＰＮ製品の接着を示した図である。
【図８Ｄ】表面に対する勾配ＩＰＮ製品の接着を示した図である。
【図９Ａ】関節内の軟骨を置換または増大するために本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片インプラントをどのように使用することができるか示した図である。
【図９Ｂ】関節内の軟骨を置換または増大するために本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片インプラントをどのように使用することができるか示した図である。
【図９Ｃ】関節内の軟骨を置換または増大するために本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片インプラントをどのように使用することができるか示した図である。
【図９Ｄ】関節内の軟骨を置換または増大するために本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片インプラントをどのように使用することができるか示した図である。
【図１０Ａ】靭帯を提供する開口を有する骨軟骨移植片を示した図である。
【図１０Ｂ】靭帯を提供する開口を有する骨軟骨移植片を示した図である。
【図１１Ａ】膝関節内の軟骨の置換または増大に必要とされる単独または任意の組み合わせで使用することができる、本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片を示した図である。
【図１１Ｂ】膝関節内の軟骨の置換または増大に必要とされる単独または任意の組み合わせで使用することができる、本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片を示した図である。
【図１１Ｃ】膝関節内の軟骨の置換または増大に必要とされる単独または任意の組み合わせで使用することができる、本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片を示した図である。
【図１１Ｄ】膝関節内の軟骨の置換または増大に必要とされる単独または任意の組み合わせで使用することができる、本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片を示した図である。
【図１１Ｅ】膝関節内の軟骨の置換または増大に必要とされる単独または任意の組み合わせで使用することができる、本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片を示した図である。
【図１２Ａ】本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮのＩＰＮから形成され、手指関節における使用ために形作られた骨軟骨移植片を示した図である。
【図１２Ｂ】本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮのＩＰＮから形成され、手指関節における使用ために形作られた骨軟骨移植片を示した図である。
【図１３Ａ】肩関節唇または股関節唇の置換または表面再建で使用される本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された関節唇人工器官を示した図である。
【図１３Ｂ】肩関節唇または股関節唇の置換または表面再建で使用される本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された関節唇人工器官を示した図である。
【図１４】図１４は、滑液包骨軟骨移植片、関節唇骨軟骨移植片、関節窩骨軟骨移植片および上腕頭骨軟骨移植片としての本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮの使用を示した図である。
【図１５】椎間ファセットの表面再建のための人工器官としての本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮの使用を示した図である。
【図１６Ａ】本発明の勾配ＩＰＮ組成物から形成された人工器官軟骨プラグを示した図である。
【図１６Ｂ】多孔性表面が軟骨プラグ上に形成される実施形態を示した図である。
【図１６Ｃ】多孔性表面が軟骨プラグ上に形成される実施形態を示した図である。
【図１６Ｄ】多孔性表面が軟骨プラグ上に形成される実施形態を示した図である。図１６Ｃの実施形態の底部正面図である。
【図１７】骨へのプラグの固定のためのネジを形成する螺旋状のネジ山を持つステムが提供される人工器官軟骨プラグの実施形態を示した図である。
【図１８Ａ】固定のための骨中の穴の中への圧入嵌合挿入のための３つのステムを有する人工器官軟骨プラグの実施形態の側面図である。
【図１８Ｂ】固定のための骨中の穴の中への圧入嵌合挿入のための３つのステムを有する人工器官軟骨プラグの実施形態の底部正面図である。
【図１９】露出した頭部がステムと実質的に同じ直径である人工器官軟骨プラグの実施形態を示した図である。
【図２０】露出した頭部がステムよりも狭く、ステムが土台に向かって広くなる人工器官軟骨プラグの実施形態を示した図である。
【図２１】固定を支援するためにステムが円周状のネジ山を有する人工器官軟骨プラグの実施形態を示した図である。
【図２２】ステムへ粗い多孔性表面を加えた図１９のものに類似する実施形態を示した図である。
【図２３】ネジまたはステムなどの追加の固定なしに骨を物理的に把持するように形成された骨軟骨移植片の実施形態を示した図である。
【図２４】ネジ固定のためのネジ穴を有する骨軟骨移植片の実施形態を示した図である。
【図２５】ネジ固定のためのネジ穴およびネジ頭くぼみを有する骨軟骨移植片の実施形態を示した図である。
【図２６】骨中の穴の中への挿入のためのステムを有する骨軟骨移植片の実施形態を示した図である。
【図２７Ａ】両面が潤滑なインプラントを作製するために使用される本発明の組成物の実施形態を示した図である。
【図２７Ｂ】両面が潤滑なインプラントを作製するために使用される本発明の組成物の実施形態を示した図である。
【図２８】関節中などの、互いに対して移動する２つの骨または他の解剖学的な要素の表面へ付着されている整形外科領域のインプラントを示した図である。
【図２９】関節中などの、互いに対して移動する２つの骨または他の解剖学的な要素の表面へ付着されている整形外科領域のインプラントを示した図である。
【図３０Ａ】骨軟骨移植片および本発明の他のインプラントの骨の中への統合化を経時的に示した図である。
【図３０Ｂ】骨軟骨移植片および本発明の他のインプラントの骨の中への統合化を経時的に示した図である。
【図３１Ａ】本発明に従う軟骨の関節表面を修復するために骨軟骨インプラントの可能な配置を示した図である。
【図３１Ｂ】本発明に従う軟骨の関節表面を修復するために骨軟骨インプラントの可能な配置を示した図である。
【図３１Ｃ】本発明に従う軟骨の関節表面を修復するために骨軟骨インプラントの可能な配置を示した図である。
【図３２】船舶の船体を表面再建する本発明の潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮの組成物の使用を示した図である。
【図３３】互いに対して移動する機械部品の境界表面を修飾する潤滑な熱可塑性または熱硬化性のＩＰＮの使用を示した図である。
【図３４】パイプの内部表面上の液体抗力を減少させる潤滑な熱可塑性または熱硬化性のＩＰＮの使用を示す。
【図３５】鉗子によって保持される水和したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ勾配材料の写真である。
【図３６】実施例３２と関連した接触角解析を示した図である。
【図３７Ａ】実施例３３と関連した透過電子顕微鏡解析によるＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料を示した図である。
【図３７Ｂ】実施例３３と関連した透過電子顕微鏡解析によるＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料を示した図である。
【図３８】実施例３４と関連した概略図と共に透過電子顕微鏡解析によるＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料を示した図である。
【図３９】実施例３５と関連したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の引張応力−歪み挙動を示した図である。
【図４０】実施例３６と関連したＤＳＣによって分析されたＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料のサーマグラム（ｔｈｅｒｍａｇｒａｍ）を示した図である。
【図４１】実施例３６と関連したＤＳＣによって分析されたＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の熱解析の結果を示した図である。
【図４２】実施例３７と関連した静止荷重下のＰＥＵ／ＰＡＡ上のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩擦係数を示した図である。
【図４３】実施例３８と関連した静止荷重下の金属上のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩擦係数を示した図である。
【図４４Ａ】金属・オン・ＵＨＭＷＰＥからのＵＨＭＷＰＥサンプル摩耗試験と比較した、実施例３９と関連したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩耗試験の結果を示した図である。
【図４４Ｂ】金属・オン・ＵＨＭＷＰＥからのＵＨＭＷＰＥサンプル摩耗試験と比較した、実施例３９と関連したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩耗試験の結果を示した図である。
【図４４Ｃ】金属・オン・ＵＨＭＷＰＥからのＵＨＭＷＰＥサンプル摩耗試験と比較した、実施例３９と関連したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩耗試験の結果を示した図である。
【図４５Ａ】実施例３９と関連したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩耗試験の結果を示Ａした図である。
【図４５Ｂ】実施例３９と関連したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩耗試験の結果を示Ａした図である。
【図４５Ｃ】実施例３９と関連したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩耗試験の結果を示Ａした図である。
【図４６】実施例３９と関連したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の摩耗試験の結果の定量化を示した図である。
【図４７】実施例４０と関連した様々な水性溶媒および有機溶媒中のポリエーテルウレタンおよびＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの膨潤挙動を示した図である。
【図４８Ａ】実施例４１と関連した、水中のポリエーテルウレタンおよびＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの膨潤の結果を示した図である。
【図４８Ｂ】実施例４１と関連した、酢酸中のポリエーテルウレタンおよびＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの膨潤の結果を示した図である。
【図４９】実施例４２と関連した、膨潤溶液中のアクリル酸の量の関数としてのＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ中ポリアクリル酸含有量を示した図である。
【図５０】実施例４３と関連した、半ＩＰＮ中のポリアクリル酸の量の関数としてのＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの膨潤を示した図である。
【図５１Ａ】実施例４４と関連した、ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の動的圧縮試験の結果を示した図である。
【図５１Ｂ】実施例４４と関連した、ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料の動的圧縮試験の結果を示した図である。
【図５２】実施例４４と関連した、ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料への多段階の応力弛緩圧縮応力試験の適用とその後の弛緩の結果を示した図である。
【図５３】実施例４４と関連した、ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料への圧縮応力の適用の結果を示した図である。
【図５４−１】本発明に従って作製した材料の部分的リストを示した図である。
【図５４−２】本発明に従って作製した材料の部分的リストを示した図である。
【図５４−３】本発明に従って作製した材料の部分的リストを示した図である。
【図５４−４】本発明に従って作製した材料の部分的リストを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、一般的な商業的に入手可能な疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーに潤滑性、透過性、伝導性および摩耗抵抗性などの特質を付与する修飾のためのプロセスを含む。かかる疎水性ポリマーは通常水を吸い上げず、一般的には機械強度、不透過性および絶縁能力について有用である。本発明のプロセスによって修飾可能な疎水性ポリマーの例示的なリストは、以下を含む。アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、セルロイド、酢酸セルロース、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＡＬ）、カイデックス（Ｋｙｄｅｘ）（商標登録アクリル／ＰＶＣアロイ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭまたはアセタール）、ポリアクリレート（アクリル）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮまたはアクリロニトリル）、ポリアミド（ＰＡまたはナイロン）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫまたはケトン）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）（ポリスルホンを参照）、ポリエチレンクロリネート（ＰＥＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、スペクトラロン、スチレン−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、およびポリウレタン（ＰＵ）。様々なポリウレタンは、本明細書に記載されるように、様々なハードセグメント、ソフトセグメントおよび鎖延長剤組成物と共に使用することができる。
【００３２】
本発明の１つの態様は、いくつかの修飾可能な熱硬化性疎水性ポリマーまたは熱可塑性疎水性ポリマーの特徴を利用する。ポリマー内の規則性ドメインおよび非規則性（非晶性）ドメインの存在。例えば、ポリウレタンなどのいくつかの疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーは相分離し、ハードセグメントの第１のドメインおよびソフトセグメントの第２のドメインを含有し、２つのドメインはモノマーの相互貫入に関して異なる溶解特性を示す。ポリウレタンにおいて、ハードセグメントは主として規則性ドメイン内に配置され、ソフトセグメントは主として非規則性（非晶性）ドメイン内に配置される（開始ポリマーは当然本発明の範囲から逸脱せずに２つ以上のドメインを含有することができる）。本発明のプロセスは、相分離ポリマーの２つのドメインの間の特性のこの差によって、材料のバルクにわたってまたは材料の一部のみにわたって（例えば、特定の領域中に、または勾配で）拡張することができる新しい特性をポリマーへ与えることができる。例えば、非潤滑なポリマーは潤滑にすることができ、そのままでは非伝導性のポリマーは伝導性にすることができ、そのままでは非透過性のポリマーは透過性にすることができる。さらに、プロセスは開始ポリマーへ１つ以上の新しい特性を導入するために反復して行うことができる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、ポリマー中の相分離は、例えば溶媒および／またはモノマーによるポリマー内の１つまたは複数の分離相の差異的な膨潤を可能にし、次いでそれを使用して新しい特性が与えられる。本発明に従って、例えば、イオン性モノマーを加えることおよび重合することによって、そのままでは非潤滑な材料へ潤滑さを導入することができる。１つの実施形態において、高機械強度および潤滑表面を持つポリマー材料を、イオン化性ビニルモノマーに由来するそのままでは非潤滑な疎水性ポリマーおよび親水性ポリマーから作製することができる。本発明は、そのままでは疎水性の材料を固体および液体（水）の両方の相を持つ二相性材料に変換することによって、医学的適用、商業的適用および工業的適用で使用される潤滑で高強度の材料に対する当技術分野における必要性に対処する。
【００３４】
図１Ａ〜Ｄは、ハードセグメント１０（白い長方形として示される）およびソフトセグメント１２（線として示される）のネットワークを含有する熱可塑性ポリウレタンベースのポリマーに関するプロセスを示す。図１Ｂにおいて、ソフトセグメント１２は、開始剤および架橋剤（図示せず）と共にビニルベースのモノマー１４（円として示される）および随意の溶媒により膨潤され、一方ハードセグメント材料はほとんど影響されない。この膨潤プロセスはポリマーの溶解ではなく、ソフトセグメントはモノマーおよび随意の溶媒を吸収するので、ハードセグメントは材料を保持する物理的な架橋として作用する。モノマーの重合および架橋の後に、第２のネットワーク１６（図１Ｃおよび１Ｄ中で太線として示される）が第１のネットワークの存在下において形成され、第１のポリマーの柔軟な非晶性ドメイン内に第２のポリマー（すなわち重合されたモノマー）が主として隔離されたＩＰＮが生成される。ある程度の分子再構成およびさらなる相分離があるにもかかわらず、ハードセグメントの大部分は規則性および結晶性のままであり、材料へ構造および強度を提供する。
【００３５】
このＩＰＮによって提供される新しい特性は、導入された重合モノマーの特性および任意の随意の重合後処理に依存する。かかる新しい特性の実施例は、潤滑さ、伝導性、硬さ、吸収性、透過性、光反応性および熱反応性を含む。例えば、図１Ｄ中で示されるように、緩衝水性溶液中での随意の膨潤後に、図１ＣのＩＰＮの第２のネットワークは、イオン化されるようになり１８、ＩＰＮは水膨潤され潤滑である。したがって、親水性（すなわち吸水性）を、そのままでは疎水性の材料へと導入することができる。ポリウレタンまたはＡＢＳなどの疎水性ポリマー材料が水を吸収するように、ポリアクリル酸および／またはポリ（スルホプロピルメタクリレート）などの様々なイオン性ポリマーを浸透させることができる。
【００３６】
吸収性に加えて、様々なレベルの透過性（水、イオン、および／または溶質の輸送）を、そのままでは非透過性材料へと導入することができる。例えば、上記されるように、ポリウレタンまたはＡＢＳなどの疎水性ポリマー材料が水を吸収するように、ポリアクリル酸および／またはポリ（スルホプロピルメタクリレート）などのイオン性ポリマーを浸透させることができる。材料のバルクのこの水和は、溶質およびイオンの輸送を可能にする。溶質およびイオンの輸送および水に対する透過性は、ＩＰＮの水和相の相連続性によって可能になる。これは、薬物送達、分離プロセス、プロトン交換膜および触媒プロセスを含む様々な適用における有用である。液体が材料にわたりまたは材料を介して流動するので、溶質を捕捉、濾過、またはキレート化するために透過性を利用することができる。さらに、この透過性があるので、本発明の材料は、長期荷重または反復荷重後に液体を再吸収する能力に起因して、それらのコンポーネントの疎水性ポリマーと比較して、クリープ抵抗性および疲労抵抗性を増加させることができる。
【００３７】
そのままでは非伝導性の材料へと伝導性を導入することができる。例えば、ハイブリッド材料の少なくとも一部が電流に対して伝導性であるように、ポリウレタンなどの絶縁ポリマー材料は伝導性ポリマー（多価電解質）を浸透させることができる。
【００３８】
本発明は、第２のポリマーの化学基の改変、および別のポリマー、分子または生体分子のための第２のポリマー中の連結点の使用も含む。さらに、任意のドメインは、抗酸化剤、イオン、アイオノマー、造影剤、粒子、金属、色素、着色剤、生体分子、ポリマー、タンパク質および／または治療剤などの任意の数の材料でドープされうる。
【００３９】
例えば、アクリロキシ官能基、メタクリロキシ官能基、アクリルアミド官能基、アリルエーテル官能基、またはビニル官能基が、ポリウレタンプレポリマーの１つの末端または両方の末端へと取り込まれるならば、第１のポリマーは第２のポリマーをさらに架橋または共重合することができ、次いで開始剤の存在下においてＵＶまたは温度によって硬化させることができる。例えば、ポリウレタンジメタクリレートまたはポリウレタンビスアクリルアミドは、溶媒（ジメチルアセトアミドなどの）の存在下における硬化および次いで溶媒の蒸発によって、第１のネットワーク中で使用することができる。ＩＰＮへ化学的架橋（単なる物理的架橋ではなく）の追加は、連続的な動荷重によって引き起こされるクリープまたは疲労に対する機械的安定性のレベルを増加させる。
【００４０】
さらに、マルチアーム（多官能性）ポリオールまたはイソシアネートはポリウレタン中で架橋を生成するために使用することができる。この事例において、完全相互貫入ポリマーネットワークが生成される（半相互貫入ポリマーネットワークではなく）。結果は、ポリウレタンの高強度および高靭性、ならびにポリ（アクリル酸）の潤滑表面および二相性バルク挙動を持つコンポジット材料である。あるいは、他の架橋方法は、ガンマ線または電子線の照射を含むが、これらに限定されないものを使用することができる。これらの特色は、人工関節表面などのベアリング適用のために、または血管系または皮膚などの身体の他の領域におけるより生体適合性で血栓抵抗性の長期インプラントとして特に重要である。水による膨潤は、身体の標的領域への局所送達のための治療剤または薬物などの溶質による吸収も可能にする。
【００４１】
別の実施形態において、本発明の、第１のポリマーは第２のポリマーに結びつけることができる。例えば、ポリウレタンはビニル末端基を介して結びつけることができる。末端基と重合されているモノマーの間の反応比に依存して、異なる鎖立体配置をもたらすことができる。例えば、モノマーとそれ自体の反応性がモノマーと末端基よりもはるかに高ければ、第１のポリマーが鎖へ追加される前に、第２のポリマーがほとんど完全に形成されるだろう。一方、モノマーおよび末端基の反応性が類似していれば、ランダムなグラフトタイプ共重合が起こるだろう。モノマーおよび末端基は、例えばThe Polymer Handbook中で公表された相対的反応性比の表の使用によって、それらの反応性比に基づいて選択することができる。これらの結果はハイブリッドコポリマー／相互貫入ポリマーネットワークであるだろう。
【００４２】
任意の数または組み合わせのエチレン性不飽和モノマーまたはマクロモノマー（すなわち反応性二重結合／ビニル基を持つ）は、単独でまたは様々な溶媒と組み合わせて使用することができ、かかるモノマーの少なくとも２％がイオン化性である限り、すなわちカルボン酸官能基および／またはスルホン酸官能基を含有する限り、ポリマーの１つまたは複数の相へと選択的に導入することができる。他のモノマーは、ジメチルアクリルアミド、アクリルアミド、ＮＩＰＡＡｍ、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート／メタクリレート、およびスルホン酸基を含有する任意のビニルベースのモノマー（例えばアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、３−スルホプロピルアクリレート（または３−スルホプロピルメタクリレート）、２−メチル−２−プロペン−１−スルホン酸ナトリウム塩９８％）、またはスルホン酸がコンジュゲートされる任意のモノマー（アリルエーテル、アクリレート／メタクリレート、ビニル基またはアクリルアミド）を含むが、これらに限定されない。モノマーは、アリルエーテル、アクリレート／メタクリレート、ビニル基またはアクリルアミドへコンジュゲートされるカルボン酸基を含有する任意のモノマーも含むことができる。さらに、カルボキシレート／スルホネートコポリマーを生成するために、カルボキシル酸含有モノマーおよびスルホン酸含有モノマーの両方などの組み合わせでモノマーを使用することができる。これらのモノマーおよびモノマーの組み合わせからもたらされるポリマー上のペンダント官能基は、最終的なポリマーへ他の官能基を与える後続の化学反応を行うことができる。
【００４３】
１つの実施形態において、前形成熱可塑性ポリマーは、モノマーに対して約０．１％ｖ／ｖの架橋剤（例えばトリエチレングリコールジメタクリレートまたはＮ，Ｎメチレンビスアクリルアミド）、およびモノマーに対して約０．１％ｖ／ｖの光開始剤（例えば２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン）と共に、アクリル酸中で（またはアクリル酸（１％〜１００％）の溶液または他のビニルモノマー溶液中で）浸漬することができる。アクリル酸溶液は、水、塩緩衝液または有機溶媒（ジメチルアセトアミド、アセトン、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、トルエン、ジクロロメタン、プロパノール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドまたはテトラヒドロフランなど）をベースとすることができる。ポリマー中のソフトセグメントの溶媒和のために、ポリマーをモノマーによって膨潤することができる。膨潤されたポリマー中のモノマー含有量は、最小で約１％から最大で約９０％にわたることができる。
【００４４】
次いでモノマーで膨潤したポリマーを取り出し、ガラス、石英または透明なポリマーから作製された型中に置き、次いで重合を開始するために紫外線（または高温）に曝露し、モノマーを架橋することができる。あるいは、型を使用する代わりに、大気または不活性雰囲気（例えば窒素またはアルゴン）に完全にまたは部分的に曝露しながら、またはあるいは油（例えばパラフィンまたはミネラルまたはシリコーンオイル）などの別の液体の存在下において、モノマーで膨潤したポリマーは重合することができる。医学的適用のために、型なしにインビボで重合工程を行うことができる可能性がある。
【００４５】
使用される開始剤に依存して、紫外線、赤外線もしくは可視光線、化学物質、電荷、または高温への曝露は、疎水性ポリマー内のイオン化性モノマーの重合および架橋をもたらす。一例として、酸性モノマー（例えばアクリル酸）を重合して予備形成された熱可塑性で疎水性のマトリックス内でイオン性ポリマーを形成し、相互貫入ポリマーネットワーク（「ＩＰＮ」）を形成する。溶媒は、熱および対流によって、または溶媒抽出によって抽出することができる。溶媒抽出はポリマーからの溶媒の抽出に異なる溶媒（水などの）の使用を伴うが、熱または対流は溶媒の蒸発に依存する。イオン性ポリマーのｐＫａ（例えばＰＡＡ＝４．７のｐＫａ）に依存して、酸性ｐＨはイオン性ポリマーをよりプロトン化するが、より塩基性のｐＨはよりイオン化する。
【００４６】
中性ｐＨのリン酸緩衝食塩水（または他の緩衝塩溶液）などの水性溶液中でのＩＰＮの膨潤は、ポリ（アクリル酸）のイオン化ならびに水および塩によるさらなる膨潤をもたらすだろう。生じた膨潤されたＩＰＮは、親水性で荷電したポリ（アクリル酸）によって付与された潤滑表面、ならびに熱可塑性物質によって付与された高靭性および高機械強度を有するだろう。ポリウレタンベースのＩＰＮの事例において、ＩＰＮは、ポリウレタン中の結晶性ハードセグメントが第１のネットワーク中の物理的架橋として作用する構造を有するが、化学的架橋が第２のネットワーク中に存在するだろう。
【００４７】
材料はγ線または電子ビーム放射線を使用して合成後に架橋することもできる。１つの実施例において、ポリウレタン／ポリアクリル酸を合成し、次いで例えば、５、１０、１５、２０または２５ｋＧｙの線量のγ線照射によって、例えば架橋することができる。この事例において、ポリアクリル酸の重合は架橋剤の非存在下において行われ、ポリマーブレンド（物理的ＩＰＮ）の形成後に、材料はγ線に曝露されるだろう。これは、ポリウレタンの滅菌および架橋の二重目的を有する。γ線照射を使用するポリ（アクリル酸）ヒドロゲルの架橋がポリマーの架橋に対して線量依存性を示すことは当技術分野において公知である。このプロセスは、第１のネットワークポリマーおよび第２のネットワークポリマーの他の組み合わせ（例えばポリウレタンおよびポリメチルメタクリレート、ＡＢＳおよびポリアクリル酸など）にも適用することができる。
【００４８】
上で同定された開始の熱硬化性疎水性ポリマーおよび熱可塑性疎水性ポリマーに加えて、かかるポリマーに対する修飾物およびその誘導体（スルホン化ポリウレタンなど）を使用することができる。ポリウレタンの事例において、ポリウレタンポリマーは、商業的に入手可能な材料、商業的に入手可能な材料の修飾物、または新素材でありえる。任意の数の化学的性質および化学量論をポリウレタンポリマーを生成するために使用することができる。ハードセグメントについては、使用されるイソシアネートは、１，５ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、イソフォロンイソシアネート（ＩＰＤＩ）、３，３−ビトルエンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、メチレンビス（ｐ−シクロヘキシルイソシアネート）（Ｈ₁₂ＭＤＩ）、シクロヘキシルジイソシアネート（ＣＨＤＩ）、２，６トリレンジイソシアネートもしくは２，４トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチルジイソシアネート、またはメチレンビス（ｐ−フェニルイソシアネート）である。ソフトセグメントについては、使用される化学物質は、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリ（テトラメチレンオキシド）（ＰＴＭＯ）、ヒドロキシブチル末端ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエチレンアジパート、ポリカプロラクトン、ポリテトラメチレンアジパート、ヒドロキシル末端ポリイソブチレン、ポリヘキサメチレンカルボネートグリコール、ポリ（１，６ヘキシル１，２−エチルカルボネート）、および水素添加ポリブタジエンを含む。イソシアネートを持つ反応性末端基が使用されるならば、任意の数のテレケリックポリマーをソフトセグメントおいて使用することができる。例えば、ヒドロキシルアミン末端ポリ（ビニルピロリドン）もしくはアミン末端ポリ（ビニルピロリドン）、ジメチルアクリルアミド、カルボキシレートポリマーもしくはスルホン化ポリマー、テレケリック炭化水素鎖（ヒドロキシル末端基および／またはアミン末端基を持つ）、ジメチロールプロピオン酸（ＤＭＰＡ）、または互いと組み合わせたこれらのもの、もしくは上で言及された他のソフトセグメント（例えばＰＤＭＳ）と組み合わせたこれらのものを使用することができる。ジヒドロキシエチルプロピオン酸（ＤＭＰＡ）（またはその誘導体）などのイオン性ソフトセグメント（または鎖延長剤）は、イオン性鎖延長剤が材料の２％以上含まれない限り、水分散性ポリウレタンを作製するために使用することができる。
【００４９】
鎖延長剤は、例えば、１，４ブタンジオール、エチレンジアミン、４，４’メチレンビス（２−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、エチレングリコールおよびヘキサンジオールを含む。他の適合性のある鎖延長剤は、単独でまたは組み合わせで使用することができる。イソシアネート反応性末端基（例えばヒドロキシルまたはアミン）およびビニルベースの官能基（例えばビニル、メタクリレート、アクリレート、アリルエーテルまたはアクリルアミド）を含有する使用できる架橋鎖延長剤は、いくつかまたはすべての鎖延長剤の代わりに使用することができる。実施例は１，４ジヒドロキシブテンおよびグリセロールメタクリレートを含む。あるいは、架橋は、イソシアネートとの反応のための２つ以上のヒドロキシル基を含有するグリセロールなどのポリオールの使用を介して達成することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態において、第２のネットワーク中の親水性モノマーの少なくとも２％はイオン化性および陰イオン性（負に荷電可能）である。１つのかかる実施形態において、ポリ（アクリル酸）（ＰＡＡ）ヒドロゲルは、アクリル酸モノマーの水性溶液から形成されて、第２のポリマーネットワークとして使用される。他のイオン化性モノマーは、メタクリル酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、スルホプロピルメタクリレート（またはスルホプロピルアクリレート）、ビニルスルホン酸などの負に荷電したカルボン酸基またはスルホン酸基を含有するもの、またはヒアルロン酸、ヘパリン硫酸およびコンドロイチン硫酸のビニルコンジュゲートバージョンに加えて、その誘導体または組み合わせを含む。第２のネットワークモノマーは正に荷電しているかまたは陽イオン性でもありえる。これらの他のモノマーは、さらに水または有機溶媒のいずれか中で１％〜９９％の範囲であるか、または純粋（１００％）でありえる。第２のネットワークを形成するために使用されるモノマーの１つの実施形態は以下の特徴によって記載することができる。（１）ポリウレタンを膨潤することができる、（２）重合することができる、および（３）イオン化性である。
【００５１】
他の実施形態は、イオン性ポリマーに加えて、非イオン性でありえるコモノマー（アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、メチルメタクリレート、Ｎ−ビニルピロリドン、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレートまたはその誘導体など）を使用する。これらは、メチルメタクリレートなどのより親水性でない種またはより疎水性のモノマーもしくはマクロモノマーと共重合することができる。これらは、単独で重合できるか、または前記の親水性モノマーおよび／またはイオン化性モノマーと共重合することもできる。
【００５２】
これらのモノマーに基づく架橋した線状ポリマー鎖（すなわちマクロ分子）に加えて、タンパク質およびポリペプチド（例えばコラーゲン、ヒアルロン酸またはキトサン）などの生体マクロ分子（線状または架橋された）も、第２のネットワークにおいて使用することができる。第２の材料の選択は標的適用に依存し、例えば整形外科領域の適用において、ヒアルロン酸は関節軟骨の主なコンポーネントであるので有用であろう。さらに、生物学的分子は、それらを材料コンポーネントとして有用にする、固有の生体適合性または治療上の（例えば創傷治癒および／または抗菌）特性などの特定の利益を保有することができる。
【００５３】
例えば、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート（またはジエチレングリコールジアクリレート）、メチレングリコールジメタクリレート（またはメチレングリコールジアクリレート）、テトラエチレングリコールジメタクリレート（またはテトラエチレングリコールジアクリレート）、ポリエチレングリコールジメタクリレートもしくはポリエチレングリコールジアクリラート、メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビスアクリルアミド、その誘導体または組み合わせなどの、任意のタイプの適合性のある架橋剤は、任意の前記の第１のネットワークの存在下において、第２のネットワークを架橋するために使用することができる。任意の数の光開始剤も、前駆体溶液／材料との可溶性に依存して使用することができる。これらは、２−ヒドロキシ−２−メチル−プロピオフェノンおよび２−ヒドロキシ−１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−メチル−１−プロパノンを含むが、これらに限定されない。さらに、過酸化ベンゾイル、２−オキソグルタール酸、アゾビスイソブチロニトリルまたは過硫酸カリウム（または過硫酸ナトリウム）などの他の開始剤を使用することができる。例えば、過酸化ベンゾイルは温度開始重合に有用であるが、アゾビスイソブチロニトリルおよび過硫酸ナトリウムはラジカル開始剤として有用である。
【００５４】
別の実施形態において、溶媒はモノマーを送達する「トロイの木馬」として使用することができ、モノマーはそのままではポリマーの１つまたは複数の相に対してポリマーを混合しない（または可溶化しない）。溶媒は、ポリマーおよびモノマーの特異的な特質および相に基づいて慎重に選択されなくてはならない。例えば、酢酸は多くのポリウレタンを膨潤することができるが、溶解しない。したがって、酢酸はポリウレタンのバルクの中へアクリルアミド溶液（そのままではポリウレタンに入り込まない）などの他のモノマーを運ぶために使用することができる。これは、アクリルアミドがポリウレタンの１つの相の内部に選択的に重合されることを可能にする。次いで、酢酸は、１つまたは複数の新しい特性を持つポリウレタンを残して洗浄することができる。使用することができる他の溶媒は、ジクロロメタン、メタノール、プロパノール、ブタノール、（または任意のアルキルアルコール）、アセトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、またはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。ポリマーの相中での可溶性を考慮して、１つの様々な膨潤度を持つ溶媒を選択することができる。膨潤される材料の溶媒およびコンポーネントの可溶性は、The Polymer Handbookなどのポリマー教科書から得ることができるか、または実験的に測定することができる。
【００５５】
本発明は、ポリマー材料上にバルク相互貫入された被覆を形成するために使用することができる。この被覆は、下層にあるポリマーマトリックスとほどけずに絡み合い、材料が表面にグラフトされるかまたは連結される従来の表面被覆とは対照的である。バルク相互貫入された被覆の１つの実施例において、熱可塑性ポリマーは１つまたは複数の側面上に被覆されるか、または光開始剤および架橋剤の存在下においてアクリル酸などのイオン化性モノマー中で浸漬される。次いで熱可塑性物質を型中に置き、次いで所定の時間で開始剤（例えば紫外線または熱）に曝露する。型は、モノマーの局部的に特異的な硬化を促進するために完全にまたは部分的に透明におよび／またはマスクすることができる。次いで修飾される材料を緩衝生理食塩溶液中に浸漬して、イオン性ポリマーを中和し表面を潤滑で親水性にする。次いで修飾されるプラスチックは、熱、溶媒、および／または圧力の適用によってさらに再成型することができ、次いで所望される寸法に形作ることができる。次いで修飾されるプラスチックを、未修飾のプラスチック表面に熱または溶媒（アセトンなど）を適用すること、および表面を対象となる表面と接触させることによって、金属、ガラス、プラスチックまたは他の材料などの様々な表面に接着させることができる。
【００５６】
本発明の適用の中には、船舶、潜水服もしくは水着、他の水上バイクもしくは水上の物体、パイプ中の抗力および／またはバイオフィルム形成および／またはフジツボ形成を減少させる、親水性で潤滑な外装または被覆の生成がある。さらに、本発明は、エンジン、ピストンまたは他の機械もしくは機械部品などの適用のためのベアリングおよび可動部品を製作する方法として使用することができる。本発明は、人工関節系または身体の他の領域における長期インプラント（血管系もしくは尿路系のためのステントおよびカテーテルまたは皮膚のためのインプラント、パッチもしくは包帯など）においても使用することができる。
【００５７】
図２および３は、開始ホモポリマー内で組成勾配を生成するためにどのように本発明を使用することができるかを示す。図２において、ＩＰＮは１つの側面２２上で形成され、別の側面２４に向かって濃度が減少（例えば実質的にホモポリマーのみ）して広がり、厚み方向に沿って材料２０中で勾配が形成される。図３において、ＩＰＮは外側表面３２で最高濃度であり、ＩＰＮは中心またはコア３４で最低濃度を有しており、ＩＰＮ濃度勾配は材料３０内で放射状となる。円筒または球体の事例において、ＩＰＮを形状のコアに配置し疎水性ポリマーを形状の外面に配置して逆の勾配も作製することができる。これは、勾配組成物を介する絶縁疎水性材料内でカプセル化された伝導性半ＩＰＮワイヤーを生成するのに有用である。
【００５８】
図４Ａは、本発明に従う熱可塑性物質勾配ＩＰＮを製作する方法を示す。熱可塑性物質材料４０の１つの側面は、光開始剤（図示せず）および架橋剤（図示せず）に加えてモノマー溶液４２を吸収し、次いでモノマーは熱可塑性物質内で重合および架橋されて（例えば紫外線４４により）、勾配ＩＰＮ４６を形成する。中性にｐＨを増加させること４７および周囲の液体の中へ塩を導入すること４８は、第２のポリマーネットワークのイオン化をもたらす。あるいは、非イオン性モノマーを（コポリマーを形成するために）部分的に基礎として使用することができる。非イオン性ポリマーは緩衝液溶液によってイオン化されないが、それでもなお親水性表面を生成する。いずれのタイプのモノマー系も水または有機溶媒のいずれかと併用して使用することができる。
【００５９】
１つの実施形態において、ポリウレタン（「ＰＵ」）が１つの側面上のみのＡＡ中で膨潤されるならば、または膨潤時間がＴＰのバルクを介するモノマーの拡散が完了しないように限定されるならば、ＴＰ／ＰＡＡ ＩＰＮは勾配を生成することができる。これは、整形外科領域の関節置換材料のための骨軟骨移植片の生成で特に有用である。例えば軟骨置換材料の事例において、材料の１つの側面は潤滑で水膨潤になるが、他の側面が固体（純粋な熱可塑性物質）のままである。その間はＴＰ／ＰＡＡのＩＰＮとＴＰとの間の移行であり、ＰＡＡ含有量は１つの表面から他の表面へと減少する。あるいは、ＴＰの中へのＡＡの拡散がバルクの中へのモノマーの浸透のタイミングによって正確に制御されるならば、ＴＰ／ＰＡＡのＩＰＮ外面およびＰＵのみの「コア」を持つバルク材を作製することができる。この立体配置から生じる差異的な膨潤は、材料の機械的挙動および疲労挙動の促進を支援することができる残留応力（膨潤側面で圧縮、非膨潤側面で引張）をもたらすことができる。厚み勾配を持つ材料の事例において、熱可塑性物質のみの材料の土台は、解剖学的な領域または対象に対して装置を錨着、固着、または縫合するために使用することができる。この土台は少ない領域に制限されるか、または大きくなりえ（例えばスカート）、単一のコンポーネントまたは複数のコンポーネント（例えばストラップ）として外側へ延長することができる。処理の間にまたは膨潤後に熱可塑性物質内で構築された内部応力は、温度誘発性アニーリングによって減少させることができる。例えば、６０〜１２０℃の温度をポリマーをアニールする様々な時間（３０分乃至数時間）に対し使用することができ、熱はオーブン中で、熱面によって、放射によって、またはヒートガンによって適用することができる。熱可塑性物質は、例えば、ガンマ線または電子線の放射を使用して後に架橋することができる。
【００６０】
図４Ｂは、所望される組成物を産生するために勾配ＩＰＮの特性がどのように変化することができるかを示す。図４Ｃは、勾配ＩＰＮの厚み（２つの表面の間の）にわたって疎水性ポリマーおよびイオン性ポリマーの濃度勾配がどのように変化することができるかを示す。組成勾配は、ＩＰＮが１つの側面上で水和されておりより軟質であり、他の側面上であまり水和されておらず（またはまったく水和されていない）剛性である特性勾配を産出する。
【００６１】
図５で示されるように、本発明のＩＰＮおよび半ＩＰＮから作製された製品はラミネート構造中でも形成することができる。１つの実施例において、ＩＰＮ構造５０は、ポリエーテルウレタンなどの第１の熱可塑性物質（ＴＰ１）に相互貫入しているポリ（アクリル酸）などの親水性ポリマー（Ｐ）からなり、ポリカーボネートウレタンなどの第２の熱可塑性物質（ＴＰ２）の上に形成される。ＴＰ１およびＴＰ２の両方は、それら自身で様々な硬さおよび特性の多層からなることができる。さらに、２つ以上の多数の熱可塑性物質層を使用することができ、１つまたは複数の熱可塑性物質を架橋することができる。最終的に、非熱可塑性要素をこの構築物の中へ取り込むことができる。
【００６２】
本発明の勾配または均質のＩＰＮおよび半ＩＰＮから形成された製品は所望されるように形作ることができる。図６は勾配ＩＰＮ製品の造形を示す。このプロセスは均質のＩＰＮまたは半ＩＰＮを形作るためにも使用することができる。
【００６３】
図６中で示されるように、勾配ＩＰＮの熱可塑性物質側面５０におけるポリマー中の物理的架橋（例えばポリウレタン中のハードセグメント）を再アニールするために熱６１を使用することができ、曲げ（例えば型または鋳型の上の）および冷却の後に異なる所望の湾曲をもたらす。図６は、勾配ＩＰＮの熱可塑性物質側面上の凸面６２および凹面６４の両方の湾曲を示す。当然他の形状は所望されるように形成することができる。熱可塑性物質の使用は、例えば、射出成形、反応性射出成形、圧縮成形あるいは代わりに浸漬キャストによって、所望される形状への装置の成形を促進する。次いで成形された装置は、新しいＩＰＮ材料を産出するために、続いてネットワーク浸透および重合工程を行うことができる。
【００６４】
本発明に従うＩＰＮおよび半ＩＰＮ製品の造形は人体内でなどのインシトゥーで形成することができる。例えば、図７Ａ〜Ｂは、熱可塑性物質勾配ＩＰＮ７０が大腿骨骨頭の湾曲７２のまわりを包むことが可能になるように加熱すること７１を示す。図７Ｃ〜Ｄは、熱可塑性物質勾配ＩＰＮ７３が股関節ソケット７５の湾曲に順応することを可能になるように熱７４を適用することを図示する。
【００６５】
本発明に従って作製された、形作られたか、または形作られていないＩＰＮおよび半ＩＰＮ製品は、他の表面へ付着させることができる。図８Ａ〜Ｄは、熱可塑性物質勾配ＩＰＮ製品８０を接着界面８３で表面８２へ付着するために、溶媒、セメントまたはグルーなどの接着剤８１をどのように使用することができるかを示す。溶媒の追加は、例えば、材料を局所的に溶解し、熱可塑性物質は表面との接触および溶媒の乾燥の後に表面に固着する。この方法は、船舶船体表面を含むが、これらに限定されない様々な物体の本発明の「パネル」を生成するために使用することができる。「被覆」は、容器の外形または容器の一部にわたる材料の真空成形によって適用することができる。類似したアプローチは関節中の骨表面へ勾配ＩＰＮを付着させるために使用することができる。
【００６６】
例えば、本発明の方法によって形成された本発明の組成物は、様々な設定において使用することができる。１つの特定の使用法は骨軟骨移植片中の人工軟骨としてである。本発明は、天然の軟骨の分子構造、および同様に、弾性係数、破砕強度ならびに潤滑表面を模倣する相互貫入ポリマーネットワークに基づいた骨温存関節形成装置を提供する。少なくとも天然の軟骨のこれらの構造面および機能面のいくつかをまねて、本発明の半ＩＰＮおよびＩＰＮは、新規の骨温存の「生体模倣性表面再建」関節形成手順の基礎を形成する。軟骨のみを置換するようにデザインされたかかる装置は、潤滑な関節面および骨統合可能な骨界面を特色とする、１セットの可撓性でインプラント可能な装置として製作される。
【００６７】
原理上は、装置は身体中のいかなる関節面に対して作製することができる。例えば、脛骨プラトーを覆う装置は類似した骨調製およびポリマーサイジングプロセスを必要とする。股関節中の大腿骨骨頭を覆う装置については、キャップ形状装置が大腿骨骨頭の外形にわたり緊密に嵌合する。寛骨臼を被覆する装置については、半球カップ形状の装置は関節唇を覆って伸びて、合わせ面に大腿骨骨頭を提供するようにソケット中の所定の位置に嵌め込むことができる。このような方法で、患者の股関節の両側は修復することができ、キャップ・オン・キャップ関節連結が生成される。しかしながら、表面の１つのみが破損されるならば、１つの側面のみをキャップすることができ、キャップ・オン・軟骨関節連結が生成される。さらに、本発明の材料は、別の関節置換物の関節連結表面または代替のベアリング面として働く表面再建装置（典型的には金属からなる）のキャッピングまたはライニングに使用することができる。
【００６８】
本発明を肩関節（ボール・アンド・ソケット関節も）に対して使用してキャップ形状装置を生成するために、股関節のプロセスに類似するプロセスが使用される。例えば、浅いカップは関節窩の内側をライニングするために生成することができる。さらに、手、手指、肘、足首、足および椎間ファセット中の他の関節のための装置もこの「キャッピング」概念を使用して生成することができる。遠位大腿骨の１つの実施形態において、遠位大腿骨装置体積は骨の外形に従うが、前十字靭帯および後十字靭帯を温存している。
【００６９】
本発明に従って形成された人工器官軟骨の１つ実施形態において、７５Ｄのショア硬さで予備形成されたポリエーテルウレタン装置が射出成形される。この装置は、次いで５５Ｄの乾燥ショア硬さに配合されたポリエーテルウレタンを含有するビタミンＥ含有溶液中で溶液キャストする（例えば、ジメチルアセトアミド中の２５％エラスタン（Ｅｌａｓｔｈａｎｅ）（商標）５５Ｄ）。次いでキャスト層は溶媒を除去するためにコンベクションオーブン中で乾燥することができる。次いで装置をアクリル酸、光開始剤および架橋剤の溶液中で２４時間浸漬し、次いでガラス鋳型の上に置き、紫外線に曝露することができる。次いで生じた装置をリン酸緩衝食塩水中で浸漬および洗浄することができる。このプロセスは関節形成適用のための凸面装置または凹面装置のいずれかを生成するために使用される。射出成形された予備形成物は、その側面の１つの上に複数の空間（孔またはフィーチャー）を有し、従来の整形外科の骨セメントにより骨へ錨着することができるようにする。
【００７０】
装置の別の実施形態において、１つの側面上で表面フィーチャーを持つ予備形成されたポリカーボネートウレタンを製作し、続いてポリエーテルウレタンの溶液中で側面の１つの浸漬キャストを行い、次いで上述のものに類似するプロセスを行った。なお別の実施形態において、ショア硬さ５５Ｄ（例えばエラスタン（商標）５５Ｄ）のポリエーテルウレタン予備形成物を射出成形し、続いて上述のようにモノマー溶液中で浸漬を行う。第２のポリマーネットワークの硬化後に、装置はショア硬さ７５Ｄのポリカーボネートウレタンを持つ１つの側面上で浸漬キャストされる。これらの実施形態のいずれかにおいて、追加の表面フィーチャーは、機械加工（旋盤およびエンドミル）、溶液キャスト、溶剤溶着、超音波溶着または熱溶着を含むが、これらに限定されない多数の手段を介して装置の骨界面側に加えることができる。
【００７１】
多孔性ポリカーボネートウレタンＩＰＮおよび半ＩＰＮ構造は本発明に従って作製することができる。バイオネート（Ｂｉｏｎａｔｅ）（登録商標）５５Ｄ、バイオネート（登録商標）６５Ｄおよびバイオネート（登録商標）７５Ｄを含むが、これらに限定されないポリカーボネートウレタンの粒子（サイズ範囲：２５０〜１５００μｍ）は、熱（２２０〜２５０℃）、圧力（０．００１〜１００ＭＰａ、および／または１０〜３０分間の溶媒を使用して、型中で焼結することができる。構造は、５０〜２０００μｍの最終的な孔サイズ、１５〜７０％の多孔率、および１０ＭＰａを越える圧縮強度を有するだろう。最終的な構造は、医学的適用および獣医学的適用のための組織内方成長／統合化を促進する多孔率を有する。この構築物は単独で、または本発明中に記載される任意の潤滑なポリマーから作製された重層ベアリング面と共に使用することができる。軟骨が破損された場合、以下に記載されるように、身体の関節中の軟骨置換プラグとしてこの材料を使用することができる。
【００７２】
例えば本発明の方法に従って作製された本発明の組成物は、完全にまたは部分的に合成した骨軟骨移植片として使用することができる。骨軟骨移植片は、多孔性骨または合成多孔性骨様の構造に錨着することができる潤滑な軟骨様の合成ベアリング層からなる。ベアリング層は、潤滑な表面層および剛性の骨固着層の２つの領域を有する。１つの実施形態において、上部のベアリング層の潤滑な領域は、２つのポリマーからなる相互貫入ポリマーネットワークからなる。第１のポリマーは、ポリエーテルウレタン、ポリカーボネートウレタン、シリコーンポリエーテルウレタンおよびシリコーンポリカーボネートウレタンを含むが、これらに限定されない高機械強度を持つ疎水性熱可塑性物質、または取り込まれた尿素結合を持つこれらの材料、または取り込まれた尿素結合を持つこれらの材料（例えばポリウレタンウレア）でありえる。第２のポリマーは、アクリル酸および／またはスルホプロピルメタクリレートを含むが、これらに限定されないイオン化性ビニルモノマーに由来する親水性ポリマーでありえる。ベアリング層の下部領域（骨錨着層）は、超音波溶着振動、超音波エネルギー、レーザーエネルギー、熱、ＲＦエネルギーおよび電気エネルギーにより流動が引き起こすことができる、剛性の再吸収不可能な熱可塑性物質でありえる。骨錨着層は、骨または骨様の多孔質構造へベアリング層を錨着するために使用される。多孔性骨が使用されるならば、それはヒトまたは動物からの海綿質骨でありえる。合成骨様の材料が使用されるならば、それは多孔性リン酸カルシウム（および／または多孔性炭酸アパタイト、βリン酸三カルシウムまたはヒドロキシアパタイトを含むが、これらに限定されない他の材料）、またはポリカーボネートウレタン、ポリエーテルウレタン、ＰＬＡ、ＰＬＬＡ、ＰＬＡＧＡ、および／またはＰＥＥＫを含むが、これらに限定されない上記されるような多孔性の再吸収可能なまたは再吸収不可能な熱可塑性物質からなることが可能である。ベアリング層は、骨または骨様の構造の孔または空間の中へ骨錨着材料を融解および流動させるために、エネルギーと組み合わせた加圧を介して多孔性骨または骨様の構造に錨着され、その後エネルギー源を除去し、材料は再凝固される）。エネルギー源は、振動、超音波エネルギー、レーザーエネルギー、熱、ＲＦエネルギーおよび電気エネルギーを含むことができるが、これらに限定されない。
【００７３】
以下の図は、哺乳類（動物またはヒト）の身体中の損傷を受けた関節を部分的にまたは完全に表面再建する装置としての本発明の様々な実施形態を示す。これらの装置は、圧入嵌合、ネジ（金属またはプラスチック、再吸収可能または再吸不収可能のいずれか）、縫合糸（再吸収可能または再吸収不可能）、グルー、粘着剤、光硬化可能粘着剤（例えば、ポリウレタン、または樹脂ベースの）、またはセメント（ポリメチルメタクリレートもしくはリン酸カルシウムまたは歯科用セメントなど）などの任意の数の手段を介して骨へ固定させることができる。
【００７４】
図９Ａ〜Ｄは、本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片インプラントを、股関節または肩関節などの関節内で軟骨を置換または増大するためにどのように使用することができるかを示す。図９Ａ中で示されるように、人工器官軟骨９０は、キャップ部分９１および随意の環９２を有するソックスとして形成される。人工器官９０は、図９Ｂ中で示されるように裏返しであり、上腕骨または大腿骨の頭部９４を覆って滑らせることができる。図１０Ａ〜Ｂ中で示される代替の実施形態において、人工器官９０は、靭帯９６または他の解剖学的構造を提供する開口９５を含むことができる。
【００７５】
インプラントおよび他の製品は本発明に従う様々な複合体形状で作製することができる。図１１Ａ〜Ｅは、膝関節内で軟骨を置換または増大するために必要な、単独でまたは任意の組み合わせで使用できる本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された骨軟骨移植片を示す。図１１Ａは、複数の大腿顆（あるいは単に１つの顆）に係合するように適合させた骨軟骨移植片１１０を示す。図１１Ｂは、脛骨プラトー１１３の１つの側面または両側に係合するように適合させた骨軟骨移植片１１１および１１２を示す。図１１Ｃは、膝蓋骨１１４に係合するように適合させ、膝蓋大腿部溝１１５に係合するように適合させた骨軟骨移植片１１９により関節連結した、骨軟骨移植片１１８を示す。図１１Ｄは、外側半月および内側半月を係合するように適合された骨軟骨移植片１１６および１１７を示す。図１１Ｅは、これらの人工器官のいくつかが膝関節内部でどのように適所に組み立てることができるかを示す。
【００７６】
骨軟骨移植片は、手指または手または足首または肘または足または脊椎などの他の関節においても使用することができる。例えば、図１２Ａ〜Ｂは、本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成され、手指関節における使用ために形作られた骨軟骨移植片１２１および１２２を示す。図１３Ａ〜Ｂは、肩関節唇または股関節唇の置換または表面再建で使用される本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮから形成された関節唇人工器官１３１を示す。図１４は、滑液包骨軟骨移植片１４１、関節唇骨軟骨移植片１４２、関節窩骨軟骨移植片１４３および上腕頭骨軟骨移植片１４４としての本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮの使用を示す。図１５は、椎間ファセットの表面再建のための人工器官１５１および１５２としての本発明のＩＰＮまたは半ＩＰＮの使用を示す。
【００７７】
ＩＰＮおよび半ＩＰＮの本発明の組成物は関節面の部分的表面再建のための人工器官軟骨プラグとして形成することができる。図１６Ａは、本発明の勾配ＩＰＮ組成物から形成された人工器官軟骨プラグ１６０を示す。プラグ１６０は製品の熱可塑性側面上にステム部分１６１を形成し、骨の穴または開口部の中に挿入されるように適合させる。上記されるようにプラグの頭部１６２は潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮであるように形成される。図１６Ｂは、頭部１６２の下側１６３上でおよびステム１６１の土台１６４上で多孔性表面が形成される変化を示す。図１６Ｃ〜Ｄの実施形態において、多孔性表面は土台１６４の中心部分１６５中のみに形成される。すべて実施形態において、ステム１６１は骨の穴または開口部の中へ圧入嵌合することができ、潤滑なＩＰＮ表面が人工器官軟骨として作動するように曝露される。
【００７８】
図１７は、骨へのプラグの固定のためのネジを形成するために、ステム１７１が螺旋状のネジ山１７３を持って提供される人工器官軟骨プラグ１７０の実施形態を示す。頭部１７２の上部表面は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００７９】
図１８は、固定のための骨の穴の中への圧入嵌合挿入のための３つのステム１８１を有する人工器官軟骨プラグ１８０の実施形態を示す。プラグ頭部１８２の上部表面は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００８０】
図１９は、露出した頭部部分１９２がステム１９１と実質的に同じ直径である人工器官軟骨プラグ１９０の実施形態を示す。ステム１９１は固定のために骨の穴へ圧入嵌合することができる。プラグ頭部１９２の上部表面は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００８１】
図２０は、露出した頭部部分２０２がステム２０１よりも狭く、ステム２０１が土台２０３に向かって広くなる、人工器官軟骨プラグ２００の実施形態を示す。ステム２０１は固定のために骨の穴の中へ圧入嵌合することができる。プラグ頭部２０２の上部表面は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００８２】
図２１は、固定を支援するためにステム２１１が円周状のネジ山を有する人工器官軟骨プラグ２１０の実施形態を示す。ステム２１１は固定のために骨の穴の中へ圧入嵌合することができる。プラグ頭部２１２の上部表面は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００８３】
図２２はステム２２１へ粗い多孔性表面を加えた図１９のものに類似する実施形態を示す。プラグ頭部２２２の上部表面は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００８４】
図２３は、ネジまたはステムなどの追加の固定なしに骨を物理的に把持するように形成された骨軟骨移植片２３０の実施形態を示す。この実施形態において、人工器官の潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮ部分は装置の凹面２３１上にある。装置の反対の凸面２３２は、人工器官２３０が付着される骨の形状に一致させるように形作られる。表面２３２は骨の内方成長を促進するように多孔性である。この事例における多孔性物質は、塩化ナトリウム、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、糖およびその誘導体または組み合わせであるポロゲンにより、本発明において記載されようにポロゲン法から製作することができる。あるいは、多孔性は、熱または溶媒を使用して、ポリマービーズ（例えばポリエーテルウレタンまたはポリカーボネートウレタン）をともに焼結させることに由来することができる。
【００８５】
骨への固定のために骨軟骨移植片へネジ穴を提供することができる。図２４において、人工器官２４０は、ネジ２４２のために２つの穴２４１を持って提供される。人工器官２４０の骨と接触する凹側２４４は骨の内方成長を促進するように多孔性であり（上述のように）、骨の物理的把持に適合した形状を有する。人工器官の外凸面２４３は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００８６】
図２５において、骨軟骨移植片２５０は、ネジ２５３の頭部の収容のためのくぼみ２５２に加えてネジ穴２５１を持って提供される。人工器官２５０の骨と接触する凹側２５４は骨の内方成長を促進するのに多孔性であり（上述のように）、骨の物理的把持に適合した形状を有する。人工器官の外凸面２５５は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００８７】
図２６は、骨中の穴の中へ挿入のためのステム２６１を有する骨軟骨移植片２６０の実施形態を示す。人工器官２６０の骨と接触する凹側２６２は骨の内方成長を促進するように多孔性であり（上述のように）、骨の物理的把持に適合した形状を有する。人工器官の外凸面２６３は上述のように潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮである。
【００８８】
図２７Ａ〜Ｂは、両側で潤滑なインプラントを作製するために使用される本発明の組成物の実施形態を示す。図２７Ａにおいて、インプラント２７０は椎間円板を置換するために大きさを合わせて構成される。インプラント２７０はその上部側面および下部側面上に潤滑なＩＰＮ表面または半ＩＰＮ表面２７１および２７２（例えば上記されるように形成された）を有する。図２７Ｂは、Ｖ字形の横断面を有する膝スペーサー２７３を示す。ディスク人工器官２７０のように、スペーサー２７３もその上部側面および下部側面上に潤滑なＩＰＮ表面または半ＩＰＮ表面２７４および２７５を有する。
【００８９】
上記された骨軟骨移植片および他のインプラントの多くは単一の骨表面に張り付けられる。図２８および２９は、互いに対して移動する２つの骨または他の解剖学的な要素の表面（関節中など）へ付着されている整形外科領域のインプラントを示す。図２８中で、インプラント２８０は、骨の内方成長を促進するために、多孔性であるように形成された上部骨接触領域および下部骨接触領域２８１および２８２を有する（上記されるように）。インプラント２８０の内部は液体で満たされたカプセル２８３である。内部に面するベアリング面２８４および２８５は潤滑なＩＰＮ表面または半ＩＰＮ表面である（上述のように）。インプラント２８０は、例えば、中間挿入スペーサーならびに関節の滑液嚢および軟骨のための置換物として使用することができる。図２９のインプラント２９０は、図２８のインプラントに類似するが、関節を画成する骨の対応する穴における挿入および固定のための上部ステムおよび下部ステム２９１および２９２を加える。
【００９０】
図３０Ａ〜Ｂは、本発明の骨軟骨移植片および他のインプラントの骨の中への統合化を経時的に示す。図３０Ａ中で、上記されるように形成された骨軟骨移植片インプラント３００は骨３０１を覆って置かれる。インプラント３００は、潤滑なＩＰＮまたは半ＩＰＮの表面３０２、および熱硬化性または熱可塑性の疎水性ポリマー単独から形成された骨界面表面３０３（上記されるように随意で多孔性である）を有する。表面３０２と表面３０３との間が、ＩＰＮまたは半ＩＰＮと疎水性ポリマーとの間の勾配または移行のゾーン３０４である。経時的に、図３０Ｂ中で図示されるように、骨組織は、骨３０１から骨接触面３０３の中へおよび骨接触面３０３を介して増殖する。
【００９１】
図３１Ａ〜Ｃは、本発明に従って軟骨の関節表面を修復する骨軟骨インプラントの３つの可能な立体配置を図示する。図３１Ａにおいて、インプラント３１０は、上記されるように、熱硬化性または熱可塑性の疎水性ポリマーから形成された骨接触表面３１２へ移行する潤滑なＩＰＮ表面または半ＩＰＮ表面３１１を有するキャップとして形成される。インプラントされたときに、インプラント３１０は骨３１３の外側表面を覆う。
【００９２】
図３１Ｂおよび３１Ｃは、上記されるように、インプラント３１４が熱硬化性または熱可塑性の疎水性ポリマーから形成された骨接触表面３１６へ移行する潤滑なＩＰＮ表面または半ＩＰＮ表面３１５を有するパッチまたはプラグ（それぞれ）として形成される立体配置を示す。インプラントされたときに、インプラント３１４は骨３１３の調製された開口３１７内で嵌合する。
【００９３】
本発明は非医学的適用を有する。例えば、図３２は、船舶の船体を表面再建するために本発明の潤滑なＩＰＮ組成物または半ＩＰＮ組成物の使用を示す。熱可塑性物質勾配ＩＰＮのパネル３２０（上記されるように）は、抗力およびバイオフィルム形成を減少させるために船体３２２の表面へ付着されている。あるいは、ＩＰＮ材料は、いくつかの実施形態において、液体として船体上に塗布し、硬化または固化させることが可能である。勾配ＩＰＮは、その表面上で負に荷電または非荷電でありえ、１つまたは複数のタイプのモノマー種から作製することができる。様々なＵＶ保護剤および酸化防止剤、または他の添加剤も、性能を改善するためにこれらの材料の中へ取り込むことができる。
【００９４】
図３３は、回転および平行移動する部品３３０の表面３３１ならびに静止部品３３２の表面３３３などの互いに対して移動する機械部品の境界表面を修飾する潤滑な熱可塑性または熱硬化性のＩＰＮ（上記されるように）の使用を示す。図３４は、パイプ３４２の内部表面３４０上の液体抗力を減少させるための潤滑な熱可塑性または熱硬化性のＩＰＮ（上記したされように）の使用を示す。
【００９５】
本発明の材料は電気化学的伝導性を必要とする適用において有用性を有する。ＩＰＮおよび半ＩＰＮの伝導性は材料の水和したマトリックスを介するイオンの流動に基づく。ポリエーテルウレタンの薄いフィルムを、アクリル酸および水の混合物の４つの異なる組成物（水中で１５、３０、５０および７０％のアクリル酸）により膨潤した。次いで各々の膨潤したフィルムを紫外線中で硬化させて半ＩＰＮを形成した。次いでフィルムをＰＢＳ中で中和した。材料の電気抵抗はオーム計を使用して測定した。抵抗を測定するために、ＩＰＮフィルムはペーパータオルで軽くなでて過剰のＰＢＳを除去し、オーム計プローブを６０〜７０ｍｍのフィルム幅にわたってフィルムへ留めた。初期抵抗値および定常状態抵抗値を記録した。さらに、未修飾のポリエーテルウレタンフィルムおよび液体のＰＢＳの抵抗を測定した。ＰＢＳの抵抗は、プローブとの間が６０ｍｍのおよその距離で、ＰＢＳ槽の中にオーム計プローブを直接置くことによって測定した。抵抗測定を以下の表中に示す。
【表１】

【００９６】
結果は、半ＩＰＮの抵抗が純粋なＰＢＳの液体単独未満（しかし同じ桁内）であることを示す。オーム計の限界は４０，０００オームであった。絶縁体（ポリウレタンを含むについての典型的な値は１０¹⁴〜１０¹⁶オームであり、したがってＰＥＵ単独の抵抗値は使用されるメーターの範囲外であった。ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの透過性は、Permeability of articular cartilage. Nature, 1968. 219(5160): p.1260-1中でMaroudas et al.によって記載されたものに類似する装置を使用して測定した。透過性はダルシーの法則（Ｑ＝ＫＡΔｐ／Ｌ）に従って計算され、式中、Ｑは流速［ｍｍ³／ｓｅｃ］、Ａはプラグの横断面積［ｍｍ²］、Δｐは適用される圧力勾配［ＭＰａ］（加圧液体）、Ｌはヒドロゲルの厚みである。７０％のアクリル酸から調製されたＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの透過性は、Ｋ＝１．４５×１０^-17ｍ⁴／Ｎ＊秒であることが見出された。天然の軟骨については、文献の値は１．５×１０^-16乃至２×１０^-15ｍ⁴／Ｎ＊秒にわたる。したがって、ＰＥＵ／ＰＡＡは軟骨よりも１０〜１００倍透過性が少なく、それは天然の軟骨と比較して延長した圧縮荷重下での脱水の傾向を少なくすることができる。ＩＰＮの透過性は膨潤溶液中のＡＡの濃度の変更によって調整することができ、ＡＡ含有量が高いほど、透過性は高い。これとは対照的に、未修飾のＰＥＵ材料単独は溶質に対して効果的に非透過性であり、ある程度の水分（〜１％）を保持するが、実際には溶質透水性マトリックスとして働かない。
【００９７】
上記の組成物、製品および方法に対する他の変化および修飾物は以下のものを含む。
【００９８】
第１のポリマーは、商業的に入手可能またはカスタムメイドであり、多数の手段（例えば、押出、射出成形、圧縮成形、反応射出成形（ＲＩＭ）または溶液キャスト）によって作製されるものでありえる。第１のポリマーは架橋されないか、または様々な手段によって架橋することができる。どちらのポリマーも、例えばγ線または電子線放射によって架橋することができる。
【００９９】
全体でイオン化性化学基を重量で少なくとも２％含有する限り、任意の数または組み合わせのエチレン性不飽和モノマーまたはエチレン性不飽和マクロモノマー（例えば、反応性二重結合を含有する）を、第２のネットワークまたは次のネットワークの基礎として使用することができる。これらは、ビニル基、アクリレート基、メタクリレート基、アリルエーテル基またはアクリルアミド基を含有するものを含むが、これらに限定されない。および多数のペンダント官能基は、カルボン酸、スルホン酸、アセテート、アルコール、エーテル、フェノール、芳香族基または炭素鎖を含むが、これらに限定されないエチレン性不飽和基へコンジュゲートすることができる。
【０１００】
ポリウレタンベースのポリマーは以下の通りでありえるが、これらに限定されない。ポリエーテルウレタン、ポリカーボネートウレタン、ポリウレタンウレア、シリコーンポリエーテルウレタンまたはシリコーンポリカーボネートウレタン。他のハードセグメント、ソフトセグメントおよび鎖延長剤を持つ他のポリウレタンが可能である。
【０１０１】
他のポリマーは、シリコーン（ポリジメチルシロキサン）またはポリエチレンのホモポリマーまたはコポリマーなどの第１のネットワーク中で使用することができる。
【０１０２】
ポリウレタンベースのポリマーが第１のポリマーとして使用される場合、ポリウレタンベースのポリマーの物理的架橋および化学的橋架の程度は、広範囲な化学的橋架から物理的架橋のみ（熱可塑性物質）の間で変動させることができる。化学的橋架の事例において、架橋可能ポリウレタンは、単独で、または熱可塑性物質（架橋されない）ポリウレタンとの混合物として使用することができる。
【０１０３】
重合の条件（すなわち、雰囲気酸素、ＵＶ強度、ＵＶ波長、露光時間、温度）を変動することができる。
【０１０４】
組成勾配の配向および峻度は、モノマー中での浸漬の時間および／または方法などの様々な手段、ならびに外部静水陽圧または外部静水陰圧の適用によって変動させることができる。
【０１０５】
熱可塑性物質は、発泡または塩溶脱などの様々な技術によって多孔性にすることができる。モノマー（ＡＡなど）による多孔質ポリマー（ＰＵなどの）の膨潤の後に、続いて重合またはＡＡが行われ、多孔性ＩＰＮは形成される。
【０１０６】
熱可塑性物質の追加層を、表面へ新しい熱可塑性物質を硬化させることまたは乾燥させることによって、ＩＰＮ側面または熱可塑性物質側面のみ上のいずれかで材料に追加することができる。層はすべて同じ材料でありえるか、または異なる材料（例えば、ＡＢＳ＋ポリウレタン、ポリエーテルウレタン＋ポリカーボネートウレタンなど）でありえる。
【０１０７】
ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、エタノール、メタノール、アセトン、水、ジクロロメタン、プロパノール、メタノール、またはその組み合わせを含むが、これらに限定されない多数の異なる溶媒を、ポリウレタン、第２のネットワーク、または両方の合成の間に使用することができる。
【０１０８】
光開始剤（例えば、フェノン含有化合物およびイルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）（登録商標）産物）、熱開始剤または化学開始剤などの任意の数の開始剤を使用することができる。熱開始剤の実例は、アゾ化合物、過酸化物（例えば過酸化ベンゾイル）、過硫酸塩（例えば過硫酸カリウムまたは加硫酸アンモニウム）、その誘導体または組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【０１０９】
架橋同一性および密度（例えばモノマーに対する架橋剤のモルで０．０００１％〜２５％）、開始剤濃度（例えばモノマーに対するモルで０．０００１％〜１０％）、前駆体ポリマーの分子量、ポリマーの相対的重量パーセント、光波長（ＵＶから可視範囲）、光強度（０．０１ｍＷ／ｃｍ²〜１Ｗ／ｃｍ²）、温度、ｐＨおよび膨潤液体のイオン強度、ならびに水和のレベルの変化。
【０１１０】
第２のネットワーク材料は、架橋薬剤の非存在下において合成することができる。
【０１１１】
これらの材料の含水量は２％乃至９９％の間にわたりうる。
【０１１２】
ＩＰＮの異なるコンポーネントは、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（エチレングリコール）−アクリレート、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）、他のビニル基含有スルホン酸、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、ポリ（ジメタクリルアミド）、およびその組み合わせまたは誘導体などのイオン化性モノマーと組み合わせて取り込むことができる。例えば、アクリル酸およびビニルスルホン酸または２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸のコポリマーを第２のネットワークのために生成して、ポリウレタンの第１のネットワークおよびポリ（アクリル酸−コ−アクリルアミド−メチル−プロパンスルホン酸）コポリマーの第２のネットワークを形成することができる。それらがイオン化性モノマーを重量で少なくとも２％含有し、第１のポリマーが入り込む（膨潤する）ことができる限り、任意のモノマーまたはモノマーの組み合わせは適切な溶媒と併用して使用することができる。
【０１１３】
ＩＰＮは、抗酸化剤（例えば、ビタミンＣ、ビタミンＥ、イルガノックス（Ｉｒｇａｎｏｘ）（登録商標）、またはサントホワイト粉末）および／または抗微生物剤（例えば抗生物質）などの特定の添加剤を、バルクまたは表面内に、化学的にまたは物理的のいずれかで取り込むことができた。これらは、例えば、メタクリレート、アクリレート、アクリルアミド、ビニルまたはアリルエーテルなどの任意のビニル基含有モノマーによる抗酸化剤のエステル化によって、材料に化学的に結びつけることができる。
【０１１４】
２つ以上のネットワーク（例えば、３つまたはそれ以上）も形成することができ、その各々は架橋されるかまたは架橋されない。
【０１１５】
ポリウレタンそれ自体は、水素化ナトリウムの存在下における１，３プロパンスルホンの反応によるウレタン基でのスルホン化、または過剰のイソシアネート基との反応によるウレタン基でのアロファネート結合の形成によってなどの多数の手段で修飾することができる。例えば、ジラウリン酸ジブチルすずの存在下においてトルエン中でポリウレタンと過剰のイソシアナトエチルメタクリレートを２．５時間反応させて、メタクリロキシコンジュゲートポリウレタン表面を産出することができる。次いでメタクリロキシ基を続いて使用して、フリーラジカル重合によって他のメタクリロキシ(または他のビニル基)を含有するモノマーまたはマクロモノマーを連結することができる。ＩＰＮの第２のネットワークの形成の前にまたはその後に、かかる修飾を実行することができる。
【０１１６】
他の修飾は当業者に明らかである。
【実施例】
【０１１７】
実施例１
１つの実施例において、ポリカーボネートウレタン（バイオネート５５Ｄ）を、一晩のモノマーに対して０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｖ／ｖのトリエチレングリコールジメタクリレートを含有する水中の７０％アクリル酸中で一晩浸漬した。ポリカーボネートウレタンを溶液から取り出し、２つのスライドグラスの間に置き、紫外線（２ｍＷ／ｃｍ²）に１５分間曝露した。生じた半ＩＰＮを取り出し、リン酸緩衝食塩水中で洗浄および膨潤した。材料は膨潤し、数時間以内に潤滑になった。他の実施例において、シリコーンポリエーテルウレタンおよびシリコーンポリカーボネートウレタンに加えて、セグメント化ポリウレタン尿素をアクリル酸溶液中に置き、同じ様式で重合および洗浄して、潤滑なＩＰＮを産出した。
【０１１８】
実施例２
別の実施例において、ポリエーテルウレタン（エラスタン（商標）５５Ｄ）は、モノマーに対して０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｖ／ｖのトリエチレングリコールジメタクリレートを含有する水中の７０％アクリル酸中で一晩浸漬した。ポリエーテルウレタンを溶液から取り出し、２つのスライドグラスの間に置き、次いで紫外線（２ｍＷ／ｃｍ²）に１５分間曝露した。生じた半ＩＰＮは取り出し、次いでリン酸緩衝食塩水中で洗浄および膨潤した。材料は膨潤し、数時間以内に潤滑になった。他の実施例において、シリコーンポリエーテルウレタンおよびシリコーンポリカーボネートウレタンに加えて、ポリカーボネートウレタン、セグメント化ポリウレタン尿素をアクリル酸溶液中に置き、同じ様式で重合および洗浄して、潤滑なＩＰＮを産出した。
【０１１９】
実施例３
別の実施例において、シリコーンポリエーテルウレタンおよびシリコーンポリカーボネートウレタンを、モノマーに対して０．１％ｖ／の２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｖ／ｖのトリエチレングリコールジメタクリレートが加えられた１００％アクリル酸溶液中に別々に一晩置いた。重合および架橋の後に、半ＩＰＮは膨潤し、潤滑になった。ポリウレタン中にシリコーン（ポリジメチルシロキサン）を追加することは、有用な可能性のある界面化学および特性に加えて、特別なレベルの生体安定性を材料へ追加する。
【０１２０】
実施例４
別の実施例において、メタクリロキシ官能基化ポリカーボネートウレタンを紫外線に曝露してポリカーボネートウレタンを架橋し、次いでモノマーに対して０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｖ／ｖのトリエチレングリコールジメタクリレートを含有する７０％アクリル酸中で一晩膨潤した。材料を溶液から取り出し、２つのスライドグラスの間に置き、次いで紫外線（２ｍＷ／ｃｍ²）に１５分間曝露して、ポリカーボネートウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いで、ポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１２１】
実施例５
別の実施例において、メタクリロキシ官能基化ポリエーテルウレタンを紫外線に曝露して（０．１％の２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％のメチレングリコールジメタクリレートの存在下において）ポリエーテルウレタンを架橋し、次いで前記の光開始剤および架橋剤を含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１２２】
実施例６
別の実施例において、０．１％の前記の光開始剤と共にＤＭＡＣ中で２５％のメタクリロキシ官能基化ポリカーボネートウレタンの溶液を紫外線に曝露して、ポリカーボネートウレタンを架橋した。加熱した（６０℃）コンベクションオーブン中で溶媒を除去した後に、次いでポリカーボネートウレタンの追加層を架橋したポリカーボネートウレタンの１つの側面上でキャストしてラミネート構造を産出し、次いで架橋した側面のみを、０．１％の２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％のトリエチレングリコールジメタクリレートを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリカーボネートウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いで、ポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１２３】
実施例７
別の実施例において、０．１％の前記の光開始剤と共にＤＭＡＣ中で２５％のメタクリロキシ官能基化ポリカーボネートウレタンの溶液を紫外線に曝露してポリエーテルウレタンを架橋した。加熱した（６０℃）コンベクションオーブン中で溶媒を除去した後に、次いで、ポリエーテルウレタンの追加層を架橋したポリカーボネートウレタンの１つの側面上でキャストしてラミネート構造を産出し、次いで架橋した側面のみを、０．１％の２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％のトリエチレングリコールジメタクリレートを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１２４】
実施例８
実施例の別のセットにおいて、メタクロキシ（ｍｅｔｈａｃｒｏｘｙ）官能基化ポリエーテルウレタンの層を射出成形されたポリエーテルウレタンの層上にキャストし、別々に、もう一つの層を射出成形されたポリカーボネートウレタンの層上にキャストした。各々を紫外線に曝露してラミネート構造を産出した。架橋した側面のみを、０．１％の２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％のトリエチレングリコールジメタクリレートを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いで、ポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１２５】
実施例９
１つの実施例において、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）を、モノマーに対して０．１％のｖ／ｖ ２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％のｖ／ｖトリエチレングリコールジメタクリレートを含有する水中で１００％のアクリル酸に１５分間曝露した。表面の曝露は、ＡＢＳの表面上のモノマー溶液を３０分間ドロップキャストすることによって遂行した。次いでＡＢＳを２つのスライドグラスの間に置き、次いで紫外線（２ｍＷ／ｃｍ²）に１５分間曝露した。生じたＡＢＳ／ＰＡＡ勾配ＩＰＮを取り出し、次いでリン酸緩衝食塩水中で洗浄および膨潤した。ポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。材料は膨潤し、数時間以内に潤滑になった。
【０１２６】
実施例１０
熱可塑性物質勾配ＩＰＮを再び形作るために、熱を適用した。ＡＢＳ／ＰＡＡ勾配ＩＰＮはヒートガンを使用して加熱し、次いで円筒状ポリプロピレンチューブ上に置いた。材料を室温まで冷却した後に、アセトンをＡＢＳ／ＰＡＡとポリプロピレンとの間に射出した。手動で圧力を適用し、サンプルを乾燥させた後に、熱可塑性物質勾配ＩＰＮでまわりが包まれ、ポリプロピレンチューブへ接着された。
【０１２７】
実施例１１
別の実施例において、熱可塑性物質勾配ＡＢＳ／ＰＡＡのＩＰＮを、ＡＢＳとポリカーボネートウレタンとの間のアセトンの射出および手動の圧力の適用によって、ポリカーボネートウレタンへ付着させて、ポリカルボウレタンへ接着させた熱可塑性物質勾配ＩＰＮを産出した。
【０１２８】
実施例１２
別の実施例において、湾曲したポリカーボネートウレタンＩＰＮは、ヒートガンを使用してポリウレタン側面上に熱を適用すること、手動で材料の湾曲を回復させること、および水中でＩＰＮを冷却することによって、再び直線状にした。
【０１２９】
実施例１３
別の実施例において、ポリエーテルウレタン溶液（例えばジメチルアセトアミド（「ＤＭＡＣ」）中で２０％）をラミネート構造でポリカーボネートウレタンの上にキャストし、加熱した（６０℃）コンベクションオーブン中で乾燥させ、次いでポリエーテルウレタン表面のみを、モノマーに対して０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｖ／ｖのメチレングリコールジメタクリレートを含有する水中で７０％のアクリル酸に１５分間曝露した。表面の曝露は、前記のモノマー溶液中で浸漬された製作物のベッド上にラミネート材ポリエーテルウレタン側面を下して置くことによって遂行した。材料を製作物のマットから取り出し、２つのスライドグラスの間に置き、次いで紫外線（２ｍＷ／ｃｍ²）に１５分間曝露した。生じた勾配半ＩＰＮを取り出し、リン酸緩衝食塩水中で洗浄および膨潤した。材料は膨張し、数時間以内に潤滑になった。他の実施例において、ポリエーテルウレタン、セグメント化ポリウレタン尿素、シリコーンポリエーテルウレタンおよびシリコーンポリカーボネートウレタンを同じ手段で扱って、潤滑な半ＩＰＮを産出した。
【０１３０】
実施例１４
別の実施例において、重量で５０％塩化ナトリウムを含有するポリカーボネートウレタン（ＤＭＡＣ中で２０％）の層を、予備作製されたポリエーテルウレタンポリカーボネートウレタン上で溶液キャストし、対流下の８０℃で乾燥した。塩を水中で洗浄してラミネート状のポリウレタン上に多孔性側面を産出した。他の材料は１０％乃至８０％の間で変動する食塩濃度により作製された。
【０１３１】
実施例１５
別の実施例において、２０％のリン酸三カルシウムを含有するポリカーボネートウレタン（ＤＭＡＣ中で２０％）の層を、予備作製されたポリエーテルウレタン−ポリカーボネートウレタン上で溶液キャストし、対流下の８０℃で乾燥した。リン酸三カルシウムは骨誘導剤としてポリウレタン内に埋め込んだままにした。他の材料は０．００１％〜２０％で変動するリン酸三カルシウム濃度により作製した。
【０１３２】
実施例１６
別の実施例において、ポリウレタンウレア（例えばジメチルアセトアミド中で２０％）をラミネート構造でポリカーボネートウレタンの上にキャストし、次いでポリウレタンウレア表面のみを、モノマーに対して０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｖ／ｖのメチレングリコールジメタクリレートを含有する水中で７０％のアクリル酸に１５分間曝露した。表面の曝露は、前記のモノマー溶液中で浸漬された製作物のベッド上にラミネート材ポリウレタンウレア側面を下にして置くことによって遂行した。ポリカーボネートウレタンを製作物のマットから取り出し、２つのスライドグラスの間に置き、次いで紫外線（２ｍＷ／ｃｍ²）に１５分間曝露した。生じた勾配半ＩＰＮは取り出し、次いでリン酸緩衝食塩水中で洗浄および膨潤した。材料は膨潤し、数時間以内に潤滑になった。ポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、材料をＰＢＳ中で洗浄した。
【０１３３】
実施例１７
別の実施例において、溶液中で熱可塑性ポリエーテルウレタン（ジメチルアセトアミド中で２５％）と混合した、メタクリロキシ官能基化ポリエーテルウレタンを紫外線に曝露して、ポリカーボネートウレタンを架橋した。次いでポリエーテルウレタンの追加層を架橋したポリエーテルウレタンの１つの側面上にキャストしてラミネート構造を産出し、次いで架橋した側面のみを前記の光開始剤および架橋剤を含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１３４】
実施例１８
１つの実施例において、平らなシートを（ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）中で熱可塑性ポリウレタンの溶液キャストによって生成した。ポリエーテルウレタン（エラスタン（商標））、ポリカーボネートウレタン（バイオネート）、ポリエーテルウレタン尿素（バイオスパン（Ｂｉｏｓｐａｎ））、シリコーンポリカーボネートウレタン（カルボシル（Ｃａｒｂｏｓｉｌ））およびシリコーンポリエーテルウレタン（パーシル（Ｐｕｒｓｉｌ））のポリウレタン溶液は、製造業者によって約２５％の固形分濃度でジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）中で合成された。
【０１３５】
実施例１９
球の形状は、ポリウレタン溶液（ＤＭＡＣ中で）中でシリコーン球体に加えて、浸漬被覆ガラスによってもキャストされた。ポリカーボネートウレタン（ＤＭＡＣ中で２０％）を、球状ガラス型（４９．５ｍｍの外径）上に、および別にシリコーン球体上に浸漬被覆した。溶媒はコンベクションオーブン中で８０℃で乾燥させることによって除去した。このプロセスは合計で３つの被覆を生成するためにさらに２回反復した。次いで球体をポリエーテルウレタン（ＤＭＡＣ中で２０％）中で浸漬被覆し、次いで対流下の８０℃で乾燥した。このプロセスもさらに２回反復した。生じたキャップ形状のラミネート状のポリウレタンを型から取り出し、その外側を０．１％の２−ヒドロキシ−２−メチル−プロピオフェノンおよび０．１％のメチレングリコールジメタクリレートを含有する水中で７０％のアクリル酸溶液中に１．５時間浸漬した。キャップを裏返し、球状ガラス型を覆って戻し、紫外線（２ｍＷ／ｃｍ²）に１５分間曝露した。次にキャップを型から取り出し、リン酸緩衝食塩水中に置いた。１つの潤滑表面および１つの純粋な熱可塑性物表面を持つ球形の勾配ＩＰＮが結果として得られた。このプロセスを実行するために、他の温度および他の溶媒も他の型材料およびポリマー成分に加えて使用することができる。
【０１３６】
実施例２０
別の実施例において、ポリエーテルウレタンは、０．１％の２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％のメチレンビスアクリルアミドを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤した。材料の１つの側面を軽く叩いて乾燥させ、次いで大気に曝露し、紫外線により処理した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、生じた勾配半ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。他の実験において、材料を硬化の間に窒素またはアルゴンに曝露した。
【０１３７】
実施例２１
別の実施例において、ポリエーテルウレタン（エラスタン（商標）５５Ｄ）を射出成形し、次いで０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｗ／ｗのメチレンビスアクリルアミドを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１３８】
実施例２２
別の実施例において、ポリエーテルウレタン（エラスタン（商標）７５Ｄ）を、ポリエーテルウレタン溶液（２５％のＤＭＡＣ中のエラスタン（商標）５５Ｄ）中で、１つの側面上に射出成形、浸漬キャスト（溶液キャスト）し、ＤＭＡＣ溶媒を除去するためにコンベクションオーブン中で乾燥させた。乾燥させた材料を、０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｗ／ｗのメチレンビスアクリルアミドを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１３９】
実施例２３
別の実施例において、ポリカーボネートウレタン（バイオネート７５Ｄ）を、ポリエーテルウレタン溶液（２５％のＤＭＡＣ中のエラスタン（商標）５５Ｄ）中で、１つの側面上に射出成形、浸漬キャスト（溶液キャスト）し、ＤＭＡＣ溶媒を除去するためにコンベクションオーブン中で乾燥した。乾燥させた材料を、０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｗ／ｗのメチレンビスアクリルアミドを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１４０】
実施例２４
別の実施例において、ポリエーテルウレタン（エラスタン（商標）７５Ｄ）を射出成形し次いで前記の光開始剤と共にメタクリロキシ官能基化ポリエーテルウレタン溶液（２５％のＤＭＡＣ中のエラスタン（商標）５５Ｄ）中で浸漬キャスト（溶液キャスト）し、次いで紫外線に曝露してメタクリロキシ官能基化ポリエーテルウレタンを架橋した。次いで材料はＤＭＡＣ溶媒を除去するためにコンベクションオーブン中で乾燥した。次いで乾燥させた材料は、０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｗ／ｗのメチレンビスアクリルアミドを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１４１】
実施例２５
別の実施例において、ポリカーボネートウレタン（バイオネート７５Ｄ）を射出成形し、次いでメタクリロキシ官能基化ポリエーテルウレタン溶液（２５％のＤＭＡＣ中でエラスタン（商標）５５Ｄ）中で浸漬キャスト（溶液キャスト）し、次いで紫外線に曝露して、メタクリロキシ官能基化ポリエーテルウレタンを架橋した。次いで材料をＤＭＡＣ溶媒を除去するためにコンベクションオーブン中で乾燥した。次いで乾燥させた材料を、０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｖ／ｖのメチレングリコールジメタクリレートを含有する７０％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、任意の未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１４２】
実施例２６
別の実施例において、ポリエーテルウレタン（エラスタン（商標）５５Ｄ）溶液をキャストし、次いで０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｗ／ｗのメチレンビスアクリルアミドを含有する酢酸中の３５％のスルホプロピルメタクリレート中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いで半ＩＰＮを酢酸を除去するために水により洗浄し、次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために塩水溶液中で洗浄した。
【０１４３】
実施例２７
別の実施例において、ポリエーテルウレタン（エラスタン（商標）５５Ｄ）溶液をキャストし、次いで、０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｗ／ｗのメチレンビスアクリルアミドを含有する水中の３５％のスルホプロピルメタクリレートおよび３５％のアクリル酸中で膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ポリエーテルウレタンおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）／ポリ（スルホプロピルメタクリレート）コポリマーを中和し、平衡膨潤を達成し、任意の未反応モノマーを除去するために、半ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１４４】
実施例２８
別の実施例において、ＰＭＭＡ（プレキシグラス）の矩形のサンプルを、０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｗ／ｗのメチレンビスアクリルアミドを含有する水中の１００％のアクリル酸中で短時間膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ＰＭＭＡおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。次いでポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１４５】
実施例２９
別の実施例において、ポリジメチルスルホキシド（ＰＤＭＳ、シルガード（Ｓｙｌｇａｒｄ）（登録商標）１８４）の矩形の試料を製造者の仕様書に従って調製し、次いで０．１％ｖ／ｖの２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノンおよび０．１％ｖ／ｖのメチレングリコールジメタクリレートと共にテトラヒドロフラン中の３５％のアクリル酸溶液中で短時間膨潤し、続いてＵＶ開始架橋を行って、ＰＤＭＳおよびポリ（アクリル酸）の完全相互貫入ポリマーネットワークを産出した。ポリ（アクリル酸）を中和し、平衡膨潤を達成し、未反応モノマーを除去するために、ＩＰＮを塩水溶液中で洗浄した。
【０１４６】
実施例３０
図３５は水和した関節形成装置の横断面であり、関節形成装置が、実際には、１つの側面上で天然の軟骨の構造、弾性係数、破砕強度および潤滑表面、ならびに他の側面上で骨梁の剛性、強度および多孔率をまねる、骨軟骨移植片の合成バージョンであることを示す。装置は、剛性で多孔性の骨様の錨着表面へとスムーズに移行する、潤滑な軟骨様のポリマーを特色とする複合勾配材料からなる。勾配は、天然の関節に先天的な組成の勾配（そこでは軟質で滑らかな軟骨が厚み方向に沿って表面から深い所へ次第により固くより骨様になる）を模倣するようにデザインされた。実際には、この「生体模倣的」勾配は、それらの接触点で装置と骨の剛性を効果的に一致させることによって、骨界面でも微細動作を最小限にしながら下層にある骨に対して生理的な応力分配をもたらすべきである。適切な材料は例えば以下の中で記載され、その開示は参照として本明細書に組み込まれる米国特許出願第６１／０７９，０６０号（２００８年７月８日に出願）；米国特許出願第６１／０９５，２７３号（２００８年９月８日に出願）；および米国特許出願第１２／１４８，５３４（２００８年４月１７日に出願）。
【０１４７】
実施例３１
図３６は接触角解析を示し、本発明の材料が非常に親水性であることを指摘する。一滴の水が表面上に置かれる場合、滴がとる形状は表面の組成物に依存する。親水性表面は水を引きつけてより平らな滴を生成するが、疎水性表面は水を退けてより丸い滴を生成する。表面の親水性の程度は表面と水滴との間で生成された角度の測定によって推測され、接触角と呼ばれる。典型的には、より親水性の表面は水で約０〜４５°の接触角を有するが、より疎水性の表面は水で４５°よりも大きい接触角を有する。
【０１４８】
本発明によって作製された荷電したヒドロゲルＩＰＮと水の間の接触角が決定された。簡潔には、１枚のエラスタン（商標）５５Ｄ（ポリエーテルウレタン）を開始剤および架橋剤を含有するアクリル酸中で浸漬し、半ＩＰＮ（ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ）を形成するために硬化させた。硬化後に、荷電したＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮはリン酸緩衝食塩水中で水和させた。材料を溶液から取り出し、残りの液体を除去するために表面を短時間軽く叩いた。一滴の水を材料の表面上に置き、ゴニオメーターを使用して接触角を読み取った。結果は、約８°の接触角を示した。比較のために、溶液キャストされたポリウレタンおよび射出成形されたポリウレタンの出発材料上でとられた読み取りはそれぞれ約７２°および６９°の接触角であった。この結果は、本発明に従うポリウレタンの中へのポリ（アクリル酸）ネットワークの取り込みが劇的に表面親水性を増加させることを実証する。
【０１４９】
実施例３２
荷電したヒドロゲルＩＰＮおよびポリウレタンの構造の差は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって示される。ＴＥＭは、材料の高度に拡大されたイメージを生成する。本発明のポリエーテルウレタン／ポリ（アクリル）酸の半ＩＰＮ（ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ）のサンプルおよび未修飾ポリエーテルウレタンのサンプルでＴＥＭを行った。簡潔には、１枚のエラスタン（商標）５５Ｄ（ポリエーテルウレタン）を開始剤および架橋剤を含有するアクリル酸中で浸漬および硬化した。それを、ＴＥＭ解析を行う標準的な手順によって四酸化オスミウムで染色した。図３７ＢはＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮを示すが、図３７ＡはＰＥＵの３４ｋ倍の拡大イメージを示す。非晶性（ソフト）ドメインおよび規則性（ハード）ドメインに対応する明るい領域および暗い領域のサイズは、未修飾のＰＥＵと比較してＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮのＴＥＭイメージで増加した。ＰＥＵサンプルと比較してＰＥＵ／ＰＡＡサンプル中でのより大きなドメインサイズに基づいて、ＰＡＡはＰＥＵソフトセグメント内に隔離されたようであり、未修飾のＰＥＵと比較してＰＥＵ／ＰＡＡサンプル中の相分離の程度はより高い。
【０１５０】
実施例３３
図３８は１２．４ｋ倍の拡大で図３７と同じＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ材料のＴＥＭを示す。概略図は、ハードセグメントが相互貫入されたポリマーネットワークのソフトセグメントからどのように相分離するのかを示す。
【０１５１】
実施例３４
図３９は、整形外科インプラントの例示的な関節界面表面を含むＰＥＵ／ＰＡＡのＩＰＮの静的な機械的特性を示す。初期ヤング率、破断時歪みおよび材料の破断時応力を決定するために、一軸引張試験を行った。ドッグボーン試料を、０．３％／秒の歪み率でＡＳＴＭ Ｄ６３８に従って試験した。関節界面材料の材料についての平均真応力−真歪み曲線を図４０中に示す。曲線の直線状部分において、弾性係数（真応力、真歪み曲線から提供されるように）は、天然の軟骨について報告された引張特性に非常に近く、Ｅ＝１５．３ＭＰａである。最終的な真応力は、ε_ult＝１４３％の真歪みで、約σ_ult＝５２ＭＰａであることが見出された（軟骨は約６５％の歪みで破壊されることに注目）。張力下の歪み硬化は８０％以上の真歪みで観察された。ポアソン比（平衡）は、ドッグボーンのネック領域の側面の収縮の測定によって推定され、ｖ＝０．３２で歪み範囲に沿って一定していることが見出された。したがって、体積弾性率は等式Ｋ＝Ｅ／３（１−２ｖ）から計算され、１８．３ＭＰａであることが見出された。ＡＳＴＭ Ｄ６９５に従う非拘束圧縮プラグ試験から、１５．６ＭＰａの圧縮剛性係数（真応力−歪みに基づいて、引張係数と同じように）、および５０ＭＰａを越える破壊強度で、ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮが優れた圧縮特性を有することが明らかにされる。
【０１５２】
実施例３５
図４０は、毎分４０℃の加熱率の示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）によって評価したＰＥＵおよびＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮサンプルの熱曲線を示す。図４１は、２つの異なる加熱率のＤＳＣによって評価したＰＥＵおよびＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮサンプルの熱転移を比較する。ガラス転移温度Ｔ_g、結晶化温度および融解温度Ｔｍを含む熱転移温度が決定された。Ｔ_g未満では、ポリマーの熱容量はより低く、ポリマーはより硬いかまたはよりガラス質である。Ｔ_gより上では、ポリマーの熱容量は増加し、ポリマーはより可撓性になる。この温度より上では、いくつかのポリマーについては結晶化温度であり、少なくとも分子のドメインのいくつかはより組織化され本質的には結晶性になる。結晶性部分が完全に融解する場合、より高い温度が融解温度である。変調示差走査熱量計および冷凍冷却システム（ＲＣＳ９０）を持つＴＡ器具Ｑ２００ ＤＳＣシステムを使用して、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０３試験方法に従って、手順を行った。簡潔には、１枚のエラスタン（商標）５５Ｄ（ポリエーテルウレタン）を開始剤および架橋剤を含有するアクリル酸中で浸漬し、次いで硬化させた。少量（２〜６ｍｇ）のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮサンプルを第１のアルミニウムパンの中に置いた。パンの上部に覆いを置き、ユニバーサルクリンピングプレスによりクリンプしてパンと覆いの間のサンプルを挟んだ。第１のパンおよび別に参照パンに熱を適用し、各々に対する電流を変化させて２つの材料の温度を同じに保った。試験材料の熱流を温度に対してグラフ上に表し、曲線の傾斜は熱転移温度を示す（図４０）。いくつかの試験は異なる加熱率（毎分１０℃および４０℃）を使用して行われた。異なる加熱率で試験を行うことによって、図４１において見られるように、異なる分解能が熱転移について得られる。Ｔ_gが材料の以前の熱履歴に依存しうるので、材料は２つの熱サイクルで行われる。第１の熱サイクルはポリマーがその試験状態で達する条件を標準化するために使用され、第２の試験サイクルは転移温度を生成するために使用される。加熱率が毎分１０℃で維持されたときに、ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮおよびＰＥＵの両方についてのガラス転移温度（Ｔ_g）は、２１℃の付近であった。ＰＥＵと比較して、結晶化温度および融解温度はＰＥＵ／ＰＡＡにおいてより低かった。毎分４０℃の加熱率では、結晶化温度は、ＰＥＵの９３℃と比較してＰＥＵ／ＰＡＡについては９０℃であった。加熱率を毎分１０℃に低下させたときは、観察された結晶化温度は、ＰＥＵの９２℃と比較してＰＥＵ／ＰＡＡについては７９℃であった。最終的に、毎分４０℃の加熱率では、Ｔ_m温度は、ＰＥＵの１７８℃と比較してＰＥＵ／ＰＡＡについては１６４℃だった。加熱率を毎分１０℃に低下させたときは、観察されたＴ_m温度は、ＰＥＵの１７６℃および１８６℃に対してＰＥＵ／ＰＡＡについては１５４℃であった。ＰＥＵのいくつかの分析において、２つのＴ_mが観察され（１７６℃および１８６℃）、それはポリマー中で異なるセグメントのためであろう。Ｔ_mの変化は、少なくとも部分的には、ポリマーの体積あたりより少ないハードセグメントをもたらす、ＰＡＡの追加によって引き起こされるポリマー体積の増加のためである。
【０１５３】
実施例３６
本発明のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮのそれ自体に対する摩擦係数μは、ビルトインのトルクセルを使用して摩耗試験の間にリアルタイムで測定され、０．０６乃至０．０１５の間の範囲で見出され、図４２中に示されるように軟骨・オン・軟骨のμ値に類似する。そのより低い（軟骨と比較して）透過性のために、本発明のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮは、より長く、より高い接触圧力でより低い摩擦係数を持ち続けることができる。図４２は、２．４ＭＰａの連続的な（静的）接触圧力下で、関節界面材料（グラフ中で「ＰＥＵ／ＰＡＡ・オン・ＰＥＵ／ＰＡＡ」と標識された）の摩耗試験の間に効果的な摩擦係数を示す。天然の軟骨値に関する文献報告およびＵＨＭＷＰＥ・オン・ＣｏＣｒに関する実験データー／文献報告もプロット中で示される（Mow, 2005; Wright 1982）。予想されるように、摩擦係数は荷重を１Ｈｚのサイクルで適用された時間経過にわたって変わらないことが見出され、類似した結果が軟骨について報告される。材料中の低い摩擦係数は、（ａ）ハイドロプレーニング作用、（ｂ）材料の固相と液相との間の荷重の共有、（ｃ）水としての薄いフィルムの潤滑性が材料の表面上に持続することで説明することができる。圧力下の材料の軽微な部分的な脱水は、静止荷重下のμの軽微な増加について説明することができる。それに比べて、天然の軟骨は、静止荷重下で大部分のその水を失い、したがってその摩擦係数は迅速により高いレベルまで増加する。荷重の除去および続いて行われる再水和により、天然の軟骨の最初の摩擦係数は回復される。
【０１５４】
実施例３７
摩擦係数は、物体の横移動に耐える力を示す数である。それは垂直力に対する摩擦力の単位のない比として表現される。ポリエーテルウレタン／ポリアクリル酸（ＰＥＵ／ＰＡＡ）半ＩＰＮについての動摩擦係数を金属上で試験し、動摩擦係数を時間の関数として示す。簡潔には、１片のエラスタン（商標）５５Ｄ（ポリエーテルウレタン）を開始剤および架橋剤を含有するアクリル酸中で浸漬し、硬化して本発明の水の膨潤可能な半ＩＰＮを形成した。直径８．８ｍｍおよび厚み１ｍｍのプラグを切断し、ＰＢＳ中で膨潤し、次いでＰＢＳ中に沈めながら２．０ＭＰａの接触応力で３／１６インチステンレス鋼ディスクに対して１Ｈｚの頻度で回転させた。力荷重セルおよびトルク荷重セルの両方を装備したＡＳＴＭ Ｆ７３２スタンダードに従って作製されたカスタムメイドの摩耗試験装置を使用して、動摩擦係数を摩耗試験実験の間にリアルタイムで測定した。材料の動摩擦係数は３６時間の期間にわたり０．００５乃至０．０１５の間で変動した。
【０１５５】
実施例３８
本発明のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの摩耗実験は、ピン・オン・ディスク立体配置を使用して、ＡＳＴＭ Ｆ７３２に従って行われた。結果は図４４、４５および４５中に示される。関節界面材料から形成されたディスクおよびピンを２，５００，０００のサイクルまで試験した。業界基準材料への比較のための根拠として、ＣｏＣｒピン・オン・ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン上のコバルト・クロム）ディスク立体配置も、１，０００，０００のサイクルで試験した。
【０１５６】
本発明のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの試験において、ピンは直径８．８ｍｍ厚み２．５ｍｍであった。ディスクは直径８８ｍｍおよび厚み２．５ｍｍであった。ピンは、空気圧によって適用される繰返し荷重下で、半径２４ｍｍおよび１．３３Ｈｚの速度でディスクに対して回転させた。圧力調節器は、所望される力が適用されるように大気圧力を調整するために使用された。荷重は、ディスクの下に荷重セル（センソテック・ハネウェル（Ｓｅｎｓｏｔｅｃ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）社、カリフォルニア）を使用して直接測定した。データー収集カード（ナショナル・インスツルメンツ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社、テキサス）を装備したコンピューターに接続されたトルクセル（トランスデューサー・テクニクス（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）社、カリフォルニア）によって、ディスクとピンとの間で生成された摩擦によって引き起こされたトルクを測定できるように、ディスクおよびピンは機械的に隔離された。ピンおよびディスクはＰＢＳにより充填されたチャンバー中に含有されていた。温度は、熱電対−抵抗器−ファンシステムを使用して制御され３７℃で一定に保たれた。等式μ＝Ｔ／ｒ＊Ｆ（式中、Ｔは測定されたトルク、ｒは回転半径（＝２４ｍｍ）、Ｆはピン上に適用された全ての力）を使用して、摩擦係数を持続的にモニタリングした。摩擦係数は０．０１６であり、接触圧力（試験された範囲０．１〜３．５ＭＰａ）に依存せず、大きな静的接触荷重下で０．０２１にわずかに増加したが、液体の回復後にもとの値に戻ることが見出された。１００万サイクルごとに重量方法を使用して摩耗を測定した。ディスクおよびピンを３日間の真空乾燥後に別々に秤量した。摩耗試験溶液（ＰＢＳ）を収集し、視覚的に検討したところ、目視可能な摩耗粒子の徴候は試験のすべての工程で指摘されなかった。摩耗試験のＰＢＳ溶液を、任意の摩耗粒子を捕捉するために２．５μｍポアフィルターを使用して真空濾過し、残存するＰＢＳの塩を除去するために脱イオン水によりフラッシングし、次いで真空および乾燥剤下で一晩乾燥した。対照として、類似した試験を、ＵＨＭＷＰＥ（オルトプラスティックス（Ｏｒｔｈｏｐｌａｓｔｉｃｓ）社、英国）上のＣｏＣｒピン（フォートウェイン・メタルズ（Ｆｏｒｔ Ｗａｙｎｅ Ｍｅｔａｌｓ）社、インディアナ）を使用して行った。ＯＤ＝７ｍｍの３個の磨いた（Ｒａ＜１．６μｍ）ＣｏＣｒの水平なピンを、２．５ｍｍの厚みおよびＯＤ＝８８ｍｍ（回転半径＝２４ｍｍ）の磨いたＵＨＭＷＰＥディスクに対して、同じ器具において３．４ＭＰａの静的接触荷重下で、７℃の隔離された環境で１．２Ｈｚで回転させて試験した。
【０１５７】
試験後の本発明のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮから形成されたディスクの観察（図４４Ａ）から、ピン・オン・ディスク関節連結表面に沿って肉眼で知覚可能な摩耗トラックは示されなかった（図４４Ｂは摩耗トラックの所在の近接概観図である。破線は経路を示すために追加され、放射状の矢印はディスクの中心から始まる）。比較では、図４４Ｃ中で示されるように、ＣｏＣｒピンに対する２．０Ｍサイクルの摩耗後のＵＨＭＷＰＥディスクは、目視可能な１２６μｍの深さのトラックを有する。
【０１５８】
０．０１ｍｇの分解能を有する秤（メトラー・トレド（Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ）社、オハイオ）を使用する摩耗試験溶液濾過液の秤量は、ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの体積測定摩耗率が約０．６ｍｇ／１０⁶サイクルまたは０．６３ｍｍ³／１０６サイクルまたは０．６３ ｍｍ³／１５０×１０³ｍであることを示した。しかしながらこの値は方法の分解能に近い。ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮからなる発明の関節界面材料の摩耗試験からの摩耗試験溶液の概略図を図４５Ａ中で示し、ＰＢＳ溶液中で粒子が存在しないことを実証する。図４５Ｂおよび４５Ｃ中で示されるＵＨＭＷＰＥディスクの摩耗試験溶液の概略図（ＣｏＣｒ・オン・ＵＨＭＷＰＥ摩耗試験の間に生成された実質的な摩耗残屑粒子を示す）に対して図４５Ａを比較せよ。
【０１５９】
結果の正確性を増すために、ほこり、水分および静電気などの外部要因を除去することに関心が払われたが、摩耗値は、利用可能な方法の統計的限界および実用的検出限界に非常に近い。これらの結果は、本発明に従うＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ（天然の軟骨のように）が、ほとんど水からなり、表面が水のフィルムにより持続的に潤滑にされるので、固体マトリクスの間で接触が（たとえあるにしても）ほとんどないという仮説と一致している。
【０１６０】
摩耗粒子測定はＣｏＣｒ・オン・ＵＨＭＷＰＥ実験についても行われ、ＵＨＭＷＰＥディスク上に目視可能な摩耗トラック（図４４Ｂ）だけでなく、実質的な肉眼的摩耗残屑（図４５ＢおよびＣ）を生じた。ＵＨＭＷＰＥディスクは秤量され、重量の差から６４ｍｇ／１０⁶のサイクルまたは６９ｍｍ³／１５０×１０³ｍの平均摩耗率が与えられた（図４６）。この研究は、本発明の関節界面材料（「ＰＥＵ／ＰＡＡ・オン・ＰＥＵ／ＰＡＡ」と標識された）は、関節全置換術において広く使用されるＣｏＣｒ−ＵＨＭＷＰＥの従来の組み合わせよりも摩耗に対して少なくとも１００倍以上耐性のあることを指摘する。
【０１６１】
実施例３９
図４７は、様々な水性溶媒および有機溶媒中のＰＥＵ／ＰＡＡおよびＰＥＵの膨潤挙動を示す。簡潔には、１枚のエラスタン（商標）５５Ｄ（ポリエーテルウレタン）を開始剤および架橋剤を有するアクリル酸中で浸漬し、半ＩＰＮを形成するために硬化させた。ＩＰＮまたはエラスタン（商標）５５Ｄの小片を得て秤量した。サンプルを図中で示された溶媒を含有する溶液中で２０時間浸漬した（サンプルは膨潤されたが溶解しなかった）。サンプルを溶媒から取り出し、短時間軽く叩いて乾燥し、次いで再び秤量した。膨潤に起因する重量の変化は％差として表現する。エラスタン（商標）５５Ｄは単独で水を取り込まないが、本発明のＩＰＮは容易に水により膨張して潤滑で水和したＩＰＮを形成する。さらに、他の溶媒は出発ポリマーを膨潤するために使用して、本発明のＩＰＮを生成することができる。ポリウレタンの事例において、様々な溶媒が材料を膨潤する能力は、溶媒中のポリマー成分（例えばハードセグメントおよびソフトセグメント）の相対的可溶性に加えて、溶媒（その極性、酸度および分子量など）の特性にも依存する。
【０１６２】
実施例４０
水および酢酸中のアクリル酸によるポリエーテルウレタンの膨潤を検査した。膨潤溶液は、脱イオン水（図４８Ａ）および酢酸（図４８Ｂ）中に１０、３０、５０および７０％のアクリル酸モノマーを含有して調製された。エラスタン（商標）（登録商標）５５Ｄ（ポリエーテルウレタン）の小片を得て測定した。エラスタン（商標）のサンプルを各々の溶液中に置いた。サンプルは溶媒から取り出し、表面を短時間軽く叩いて乾燥し、次いで再び測定した。膨潤に起因する変化は、もとの長さ（Ｌ_o）引く１で割った平衡膨潤後の試料の最終的な長さ（Ｌ_f）として表現し、このような方法で、初期状態（ｙ＝０）に対する長さの部分的増加を、時間に対してプロットする。エラスタン（商標）５５Ｄの膨潤を溶媒として水または酢酸のいずれかを使用して観察した。より多量のアクリル酸を膨潤溶液中で使用したときにより多くの膨潤が観察された。水または酢酸が溶媒として使用されたかどうかに依存して、エラスタン（商標）サンプルの膨潤に対するアクリル酸の濃度依存性が異なることが、注目される。
【０１６３】
実施例４１
図４９は、硬化させた後のＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ中に存在するポリ（アクリル酸）の量が、異なる膨潤溶液中のアクリル酸モノマーの出発濃度の関数として、プロットされることを示す。
【０１６４】
膨潤溶液は、脱イオン水および酢酸中に１０、３０、５０および７０％のアクリル酸モノマーを含有して調製された。エラスタン（商標）５５Ｄ（ポリエーテルウレタン）の小片を得て秤量した。サンプルを、架橋剤および開始剤と共に各々の水／アクリル酸または酢酸／アクリル酸溶液の中に置いた。サンプルを硬化させ、水または酢酸のいずれか中のアクリル酸中で膨潤し、溶液から取り出し、乾燥し、次いで再び秤量した。半ＩＰＮを形成するエラスタン（商標）５５Ｄの中へのアクリル酸の取り込みは溶媒として水または酢酸のいずれかを使用して観察された。アクリル酸のより高い濃度が膨潤溶液中に存在するときに、より多くのアクリル酸の取り込みが観察された。
【０１６５】
実施例４２
半ＩＰＮは本質的には図４９中に記載されるように調製し、ＩＰＮのポリアクリル酸含有量を決定した。乾燥した材料を秤量し、平衡が達成されるまで塩類溶液中で膨潤し、再び秤量した。半ＩＰＮの重量の変化は、ポリアクリル酸の各々の濃度について、膨潤された材料の重量／乾燥材料の重量の比（Ｗｓ／Ｗｄ）として表現される。ポリマー中のポリアクリル酸の量の増加は、水膨潤可能な半ＩＰＮの中への塩類溶液の取り込みの増加と相関する。これらの実験において半ＩＰＮがｐＨ７．４に中和され、一価カチオン（主に２３ｇ／ｍｏｌの分子量を有するナトリウム）は材料中でカルボキシレート基に対するカウンターイオンであるので、これらの実験において半ＩＰＮの乾燥重量は塩類膨潤溶液中に存在する塩を含んでいた。
【０１６６】
実施例４３
図５１〜５４は、クリープおよび応力弛緩／圧縮の試験の結果を示す。試験は、開始剤および架橋剤を含有するアクリル酸中で浸漬および硬化させた、エラスタン（商標）５５Ｄ（ポリエーテルウレタン）から形成されたＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ上で行った。
【０１６７】
図５１は、繰返し圧縮試験の結果を示す。ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの挙動は、永久クリープおよびクリープ回復を決定するために動的圧縮条件下で検査された。永久クリープは、定荷重下の材料の時間依存的変形である。クリープ回復は、荷重が除去された後の適用された変形の減少率を測定したものである。圧縮試験の実験装置はＡＳＴＭの標準Ｄ６９５（Standard Test Method for Compressive Properties of Rigid Plastics）に従い、歩行周期において見られる生理的で周期的圧縮荷重を模倣するようにデザインされた正弦波荷重スキームを行うサンプルを用いた。
【０１６８】
ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮのサンプルを取り出して厚み方向で測定し、６０，０００以上のサイクルについて１Ｈｚの頻度で０〜３ＭＰａの圧縮応力のサイクルを行い、厚み方向で再び測定し、クリープから回復させＰＢＳ中で再平衡化（弛緩）させ、厚み方向で再び測定した。図５１Ａは、１つの図中で重ねた、長さ１秒のサイクルの試験（１番目、１０００番目、１０，０００番目、２０，０００番目、４０，０００番目、および６０，０００番目のサイクルで）を行った代表的なサンプルでの厚み測定の結果を示す。図５１Ｂは、材料の厚みがどのように試験のすべてサイクルにわたって変化するのかを示す。材料の厚み（サイクルの間に荷重を除去した後に測定される）は、１番目のサイクルで２．１６０ｍｍの初期値から、６０，０００番目のサイクルまでに約２．０００ｍｍに低下した。しかしながら、ＰＢＳ中の再平衡（弛緩）および最後のサイクルでのクリープ回復後に、材料は２．１３５ｍｍの厚みに戻り、永久クリープに起因する全厚み減少は１．１％のみであった。
【０１６９】
図５２は、多工程の応力緩和試験を介して決定されるＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの平衡圧縮挙動を示し、その試験では既定の変位を適用し、次いで材料を弛緩（平衡化）させる。特に、これらの試験条件下で、図５２中の最後のデーターポイントによって示されるように、荷重の除去後に材料はその平衡値に完全に回復し、完全なクリープ回復を示す。２．２０ＭＰａの応力（４番目のデーターポイント）は、有限要素モデルによって予測される股関節装置における最大の機能的応力（股関節を介した体重の３倍の荷重）よりも１５％高い。
【０１７０】
静的クリープ試験も行った（データー不掲載）。クリープは、定荷重下の材料の時間依存的変形である。静的圧縮下で試験されたＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮの挙動は、ＡＳＴＭ Ｄ２２９０−０１「Standard Test Methods for Tensile, Compressive, and Flexural Creep and Creep-Rupture of Plastics」に従って試験された。９．５２５ｍｍの初期直径および１．１１５ｍｍの厚みを持つＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮのプラグを、液体ＰＢＳの槽中に初期応力４ＭＰａ下で置いた。約２０，０００秒間応力を適用した後（１４．２９％の全歪みまで）、荷重を解除し、ＰＢＳ中で材料を弛緩（再平衡化）させた。プラグの最終的な厚みは１．１０９ｍｍであった。４０，０００サイクル以上の後に最終的に回復しないクリープは２．７％であった。
【０１７１】
図５３は、ＡＳＴＭ Ｄ３９５に従う圧縮永久ひずみ試験の結果を示す。この試験において、９．５２５ｍｍの初期直径および２．１３ｍｍの厚みを持つＰＥＵ／ＰＡＡのプラグに、ＰＢＳを満たした液体槽中で室温で２３時間１５％の一定の圧縮歪みをかけた。材料をＰＢＳ中で弛緩および再平衡化させた後に、プラグの最終的な厚みは２．０８ｍｍであった。これは９．５％の圧縮永久ひずみ値を与える。比較の根拠として、ＰＥＵ単独（エラスタン（商標）５５Ｄ）は、同じ条件（２２時間、室温）下で約４５％の圧縮永久ひずみ値を示す。したがって、ＰＥＵ／ＰＡＡ半ＩＰＮ中の多価電解質が存在することにより、負に荷電した多価電解質の親水性および高膨潤能に起因する水によるマトリックスの再水和を介して、永久クリープがＰＥＵ材料で起こらないようにする手段が提供される。
【０１７２】
実施例４４
図５４は、本発明に従って作製したいくつかの材料のリストを示す。第１のカラムは使用した疎水性ポリマーを示す。修飾が第２のカラムにおいて示されるように疎水性ポリマーに対して行われるならば、修飾のための材料は材料と共にキャストされるか、または、修飾が架橋官能基ならば、修飾を追加し、材料を調製および架橋し、反応させた架橋と共にその後使用した。モノマー、コモノマー（もしあれば）、架橋剤および開始剤は、調製した疎水性ポリマーを膨潤するために、示された溶媒中に図中に示されるように追加された。各々の疎水性ポリマーサンプルは最大２日間膨潤させ、溶液から取り出し、標準的な手順に従う示された方法を使用して硬化させた。材料をＰＢＳ中で洗浄および膨潤した。使用される略称は以下のとおりである。ＭＢＡＡ＝メチレンビスアクリルアミド、ＨＭＰＰ＝２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、ＴＥＧＤＭＡ＝メチレングリコールジメタクリレート、およびＨ₂Ｏ＝水。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーおよびイオン性ポリマーを含む水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮを含む組成物。
【請求項２】
前記ＩＰＮまたは半ＩＰＮが、前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーよりも低い摩擦係数を示す、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記ＩＰＮまたは半ＩＰＮが、前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーよりも水膨潤可能である、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記ＩＰＮまたは半ＩＰＮが、前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーよりも高い伝導度を示す、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記ＩＰＮまたは半ＩＰＮが、疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの中にイオン化性モノマー前駆体を拡散させること、およびイオン性ポリマーを形成するためにモノマーを重合することによって形成される、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
抗酸化剤をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
水をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記水が、組成物の第１の部分から組成物の第２の部分への水和勾配を形成する、請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
水中に溶解した電解質をさらに含む、請求項７に記載の組成物。
【請求項１０】
前記ＩＰＮまたは半ＩＰＮが負に荷電している、請求項１に記載の組成物。
【請求項１１】
前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーがイオン性ポリマーと物理的に絡み合っている、請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーがイオン性ポリマーに化学的に架橋される、請求項１に記載の組成物。
【請求項１３】
前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、規則性ドメインおよび非規則性ドメインを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項１４】
前記イオン性ポリマーが前記非規則性ドメイン中に配置される、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン及びアクリロニトリルブタジエンスチレンからなる群から選択される、請求項１に記載の組成物。
【請求項１６】
前記イオン性ポリマーがカルボキシレート基を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項１７】
前記イオン性ポリマーがスルホン酸基をさらに含む、請求項１６に記載の組成物。
【請求項１８】
前記イオン性ポリマーがスルホン酸基を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項１９】
前記イオン性ポリマーがポリアクリル酸である、請求項１に記載の組成物。
【請求項２０】
前記イオン性ポリマーが、前記組成物の第１の部分から前記組成物の第２の部分への濃度勾配を形成する、請求項１に記載の組成物。
【請求項２１】
前記濃度勾配が組成物内で剛性勾配を提供する、請求項２０に記載の組成物。
【請求項２２】
前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを含み、第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーをさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項２３】
前記第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、前記第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーとは別の層中に配置される、請求項２２に記載の組成物。
【請求項２４】
前記第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、前記第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの全体にわたって拡散される、請求項２２に記載の組成物。
【請求項２５】
疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーから水膨潤可能なＩＰＮまたは半ＩＰＮを製造する方法であって、
疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの固体形態と接触させてイオン化性モノマー溶液を置くことと；
熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの中にイオン化性モノマー溶液を拡散させることと；
熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの内部でイオン性ポリマーを形成するためにイオン化性モノマーを重合し、それによってＩＰＮまたは半ＩＰＮを形成することと
を含む方法。
【請求項２６】
抗酸化剤をさらに加えることを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
水によりＩＰＮまたは半ＩＰＮを膨潤することをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
組成物の第１の部分から組成物の第２の部分への水和勾配を形成することをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
電解質溶液によりＩＰＮまたは半ＩＰＮを膨潤することをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
イオン性ポリマーに疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを化学的に架橋することをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
イオン性ポリマーと疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを物理的に絡み合わせることをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、規則性ドメインおよび非規則性ドメインを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３３】
重合工程の前にイオン化性モノマー溶液により非規則性ドメインを膨潤することをさらに含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン及びアクリロニトリルブタジエンスチレンからなる群から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記イオン化性モノマーがカルボキシレート基を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
前記イオン化性モノマーがスルホン酸基をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
前記イオン化性モノマーがスルホン酸基を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３８】
前記イオン化性モノマー溶液がアクリル酸溶液である、請求項２５に記載の方法。
【請求項３９】
疎水性の熱可塑性ポリマーの熱硬化物の中のイオン化性モノマー溶液の位置選択的な拡散を介して、ＩＰＮまたは半ＩＰＮの内のイオン性ポリマーの濃度勾配を形成することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項４０】
前記濃度勾配が組成物内で剛性勾配を提供する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーであり、
第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの固体形態と接触させてイオン化性モノマー溶液を置く工程と；
第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの中にイオン化性モノマー溶液を拡散させる工程と
を重合工程の前にさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、前記第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーに隣接する別の層中にある、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第２の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーが、前記第１の疎水性の熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマー内に拡散される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
第１の形状から第２の形状へＩＰＮまたは半ＩＰＮを変化させることをさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項４５】
前記変化させる工程がＩＰＮまたは半ＩＰＮを加熱することを含む、請求項４４に記載の方法。

【図１Ａ】

【図１Ｂ】

【図１Ｃ】

【図１Ｄ】

【図２】

【図３】

【図４Ａ】

【図４Ｂ】

【図４Ｃ】

【図５】

【図６Ａ−６Ｂ】

【図７Ａ−７Ｂ】

【図７Ｃ−７Ｄ】

【図８Ａ−８Ｂ】

【図８Ｃ−８Ｄ】

【図９Ａ】

【図９Ｂ】

【図９Ｃ】

【図９Ｄ】

【図１０Ａ】

【図１０Ｂ】

【図１１Ａ】

【図１１Ｂ】

【図１１Ｃ】

【図１１Ｄ】

【図１１Ｅ】

【図１２Ａ】

【図１２Ｂ】

【図１３Ａ】

【図１３Ｂ】

【図１４】

【図１５】

【図１６Ａ】

【図１６Ｂ】

【図１６Ｃ】

【図１６Ｄ】

【図１７】

【図１８Ａ】

【図１８Ｂ】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７Ａ】

【図２７Ｂ】

【図２８】

【図２９】

【図３０Ａ−３０Ｂ】

【図３１Ａ】

【図３１Ｂ】

【図３１Ｃ】

【図３２】

【図３３】

【図３４】

【図３５】

【図３６】

【図３７Ａ】

【図３７Ｂ】

【図３８】

【図３９】

【図４０】

【図４１】

【図４２】

【図４３】

【図４４Ａ】

【図４４Ｂ】

【図４４Ｃ】

【図４５Ａ】

【図４５Ｂ】

【図４５Ｃ】

【図４６】

【図４７】

【図４８Ａ】

【図４８Ｂ】

【図４９】

【図５０】

【図５１Ａ】

【図５１Ｂ】

【図５２】

【図５３】

【図５４−１】

【図５４−２】

【図５４−３】

【図５４−４】

【公表番号】特表２０１１−５２７３７７（Ｐ２０１１−５２７３７７Ａ）
【公表日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１７５２６（Ｐ２０１１−５１７５２６）
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４９８４６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００５９９２
【国際公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５１０２５２４２７）バイオミメディカ　インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】