專利名稱：基材表面處理方法及處理了表面的基材、醫(yī)療材料和器具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，是有關(guān)形成類鉆碳膜的基材的表面處理方法、以及施加表面處理的基材、具有優(yōu)良的適合生命體特性的醫(yī)療用材料、與醫(yī)療用器具。
背景技術(shù)：
由于類鉆碳膜(DLC膜)堅(jiān)硬細(xì)致且具有不活性表面，由在金屬或陶瓷等無機(jī)類材料及樹脂等有機(jī)是材料等構(gòu)成的基材表面形成，能夠賦予基材表面耐磨耗性、耐蝕性及表面平滑性等性質(zhì)。
例如，眾所周知，以類鉆碳膜(DLC膜)在金屬模具或治工具表面施加涂層，能夠提高耐久性、離型性等。并且由于其表面非常平滑且不活性，作為不喜生命體物質(zhì)的相互作用的醫(yī)療用器具的基材的表面處理方法也受到期待(參照專利文獻(xiàn)1及非專利文獻(xiàn)1)。
另一方面，由以各種物質(zhì)修飾(modification)材料表面來賦予材料表面高度機(jī)能，也正受到研究。由此，例如，在以功能性成分來修飾的半導(dǎo)體表面進(jìn)行分子認(rèn)識的奈米元件的開發(fā)、或在基材表面以抗血栓性材料修飾的抗血栓性醫(yī)療用材料的開發(fā)等都受到期待。
特別是，有關(guān)在醫(yī)療用材料表面賦予抗血栓性等的適合生命體特性的方法，有著各種研究，例如眾所周知的、將2-methacryloyl-oxyethyl phosphorylcholine(MPC)或o-Methacryloyl-L-serine(SerMA)等、以具有類似生命體膜構(gòu)成成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)的人工材料為成分的一的聚合物修飾到醫(yī)療用材料表面，在醫(yī)療用材料表面產(chǎn)生與生命體膜表面相同的水凝膠(hydrogel)層，能賦予醫(yī)療用材料表面優(yōu)良適合生命體特性。
以如此功能性成分修飾的基材表面，宜為不具反應(yīng)性且不活性。在基材表面的反應(yīng)性高時(shí)，基材表面與修飾的功能性分子的相互作用，可能使得修飾的功能性成分變質(zhì)去活化。并且，根據(jù)使用環(huán)境，基材本身將產(chǎn)生劣化。因此，以非常平滑不活性的類鉆碳膜(DLC膜)施加涂層的材料，被期待作為以功能性成分等修飾的基材的發(fā)揮優(yōu)良性能。
(專利文獻(xiàn)1)特開平10-248923號公報(bào)(非專利文獻(xiàn)1)伊藤晴夫等、<生命體材料>、1985年第3卷、p.45-53(所要解決的課題) 然而，由于類鉆碳膜(DLC膜)平滑而不活性，因此非常難以使用適合生命體特性材料等功能性成分來加以修飾。由于表面非常不活性、因此幾乎不可能使其與功能性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而共同結(jié)合。同時(shí)，由于其表面非常平滑，也幾乎不可能使其物理性的吸附。而且，即使使其一時(shí)的間吸附功能性成分也馬上脫離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，使用適合生命體特性材料等功能性成分來長期穩(wěn)定修飾使基材表面涂層的類鉆碳膜(DLC膜)，實(shí)現(xiàn)被修飾的類鉆碳膜(DLC膜)持續(xù)的涂層的基材及優(yōu)良適合生命體特性的醫(yī)療用材料。
(解決課題的方法) 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上以適合生命體特性材料為首的功能性成分在表面接枝的類鉆碳膜(DLC膜)使基材上施加涂層。
具體而言，在特征上，本發(fā)明的基材具備了形成在表面的類鉆碳膜、與在類鉆碳膜表面被接枝的聚合物。按照本發(fā)明的基材，由于在類鉆碳膜(DLC膜)表面具備了被接枝的聚合物，聚合物不會從類鉆碳膜(DLC膜)脫離，因此以聚合物將基材表面長期穩(wěn)定性地修飾將成為可能。
本發(fā)明的第1醫(yī)療用材料，其特征在于在基材表面形成的類鉆碳膜表面，具有適合生命體特性的成分被化學(xué)鍵形式結(jié)合。
按照第1醫(yī)療用材料，由于在基材表面形成的類鉆碳膜(DLC膜)表面具有適合生命體特性的成分受到結(jié)合，因此能夠賦予類鉆碳膜(DLC膜)表面優(yōu)良的適合生命體特性。并且，由于具有適合生命體特性的成分在類鉆碳膜(DLC膜)表面被化學(xué)性結(jié)合，因此不會從類鉆碳膜(DLC膜)表面輕易脫離。進(jìn)而，由于類鉆碳膜(DLC膜)能夠在種種基材表面進(jìn)行堅(jiān)固細(xì)致的涂層，類鉆碳膜(DLC膜)本身將不會產(chǎn)生脫離，而能夠抑制基材本身的劣化。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)療用材料其具有適合生命體特性的成分不會產(chǎn)生脫離、而顯示長期穩(wěn)定的適合生命體特性的性質(zhì)。
在第1醫(yī)療用材料中，具有適合生命體特性的成分，宜為在類鉆碳膜表面以接枝聚合導(dǎo)入的聚合物。
若是如此的構(gòu)成，將能夠自由設(shè)計(jì)各種分子將其導(dǎo)入類鉆碳膜(DLC膜)表面。
進(jìn)而，在第1醫(yī)療用材料中，具有適合生命體特性的成分，可以是在類鉆碳膜表面被接枝的含氟的乙烯型單體的聚合物，也可以是含硅的分子。并且，可以在類鉆碳膜表面以共同鍵而結(jié)合，也可以由離子鍵來結(jié)合。由如此構(gòu)成，能夠確實(shí)獲得具有適合生命體特性的成分而不會從類鉆碳膜(DLC膜)脫離的醫(yī)療用材料。
在第1醫(yī)療用材料中，具有適合生命體特性的成分，宜為從環(huán)氧乙烯基、羥基、磷酸基、氨基(amino group-NH3)、氨基(amido group-ONH)、磷酸膽堿基(phosphorylcholine)、磺酸基或羧基組成的群所被選擇至少具有1個(gè)官能基。由具有這樣官能基，能夠在醫(yī)療用材料表面確實(shí)賦予其適合生命體特性。
在第1醫(yī)療用材料中，也可以在基材與類鉆碳膜的間，設(shè)置用來提高基材與類鉆碳膜的緊密粘結(jié)性的中間層。由此結(jié)構(gòu)，能夠在基材表面施加更為堅(jiān)固的類鉆碳膜(DLC膜)涂層。并且，中間層宜為以硅及碳為主成分的非結(jié)晶膜。
本發(fā)明的第2醫(yī)療用材料，其特征在于在基材表面形成的類鉆碳膜表面，導(dǎo)入親水性的官能基。按照第2醫(yī)療用材料，由于在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入親水性官能基，類鉆碳膜(DLC膜)本身顯示出親水性，能夠獲得長期穩(wěn)定適合生命體特性的醫(yī)療用材料。
本發(fā)明的醫(yī)療用材料中，基材宜為金屬材料、陶瓷材料、或高分子材料，或是上述材料的復(fù)合體。
本發(fā)明的醫(yī)療用器具是使用本發(fā)明的醫(yī)療用材料。由如此構(gòu)成，能夠獲得具有優(yōu)良適合生命體特性的醫(yī)療用器具。
本發(fā)明的醫(yī)療用器具，宜為埋入生命體用的醫(yī)療用器具，也可以是導(dǎo)管(catheter)、引導(dǎo)線(guiderwire)、血管支架(stent)、人工心臟瓣膜或是人工關(guān)節(jié)。
本發(fā)明的第1基材的表面處理方法，其特征在于包括在基材表面形成類鉆碳膜的類鉆碳膜形成工序，在類鉆碳膜表面使產(chǎn)生成為聚合開始點(diǎn)的反應(yīng)性部位的活化工序，以及由以聚合開始點(diǎn)使單體聚合在類鉆碳膜表面將單體的聚合物予以接枝的聚合工序。
按照第1基材的表面處理方法，由于具備在類鉆碳膜表面使產(chǎn)生成為聚合開始點(diǎn)的反應(yīng)性部位的活化工序以及以聚合開始點(diǎn)使單體聚合的工序，因此將能夠在不活性的類鉆碳膜(DLC膜)表面接枝聚合物，而能夠以聚合物將類鉆碳膜(DLC膜)表面長期穩(wěn)定的修飾，而能夠賦予類鉆碳膜(DLC膜)的耐久性等特性與聚合物所具有的特性。
第1基材的表面處理方法，最好的是在類鉆碳膜形成工序前，進(jìn)一步具備中間層形成工序，在基材表面形成提高基材與類鉆碳膜的緊密粘結(jié)性的中間層。由此，能夠在基材表面確實(shí)施加涂層類鉆碳膜(DLC膜)。并且，在中間層形成工序中，最好的是使用硅及碳為主成分的非結(jié)晶膜來形成中間層。
在第1基材表面處理方法中，最好的是活化工序?yàn)樽鳛榫酆祥_始點(diǎn)使產(chǎn)生自由基的工序，活化工序?yàn)樵陬愩@碳膜表面照射等離子射線的等離子射線照射工序。由此，能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面確實(shí)使聚合開始點(diǎn)產(chǎn)生。并且，等離子射線照射工序中等離子射線宜使用氬(Ar)、氙(Xe)、氖(Ne)、氦(He)、氪(Kr)、氮(N)、氧(O)、氨(NH3)、氫(H)或水蒸氣(H2O)。
在第1基材的表面處理方法中，最好的是，基材是醫(yī)療用材料的基材，聚合物具有適合生命體特性成分。由如此構(gòu)成，能夠獲得顯示長期穩(wěn)定適合生命體特性的基材，而能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良適合生命體特性的醫(yī)療用材料。
有關(guān)本發(fā)明的第2基材的表面處理方法，其特征在于具備在基材表面形成類鉆碳膜的類鉆碳膜形成工序，由在類鉆碳膜表面照射等離子射線使類鉆碳膜表面產(chǎn)生反應(yīng)性部位的等離子射線照射工序，以及由使反應(yīng)性部位與含氧分子發(fā)生反應(yīng)在類鉆碳膜表面導(dǎo)入羥基的表面修飾工序。
按照第2基材表面處理方法，由于具備在類鉆碳膜表面照射等離子射線使類鉆碳膜表面產(chǎn)生反應(yīng)性部位的等離子射線照射工序以及使反應(yīng)性部位與含氧分子發(fā)生反應(yīng)在類鉆碳膜表面導(dǎo)入羥基的表面修飾工序，因此能夠使類鉆碳膜(DLC膜)表面為親水性，實(shí)現(xiàn)具有良好適合生命體特性的基材。并且，能夠進(jìn)一步的置換羥基，將能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面自由導(dǎo)入官能基，以種種化合物予以修飾。
-發(fā)明效果- 按照本發(fā)明，由在基材表面施加涂層的類鉆碳膜(DLC膜)以適合生命體特性材料為首的功能性成分長期穩(wěn)定予以修飾，而能夠?qū)崿F(xiàn)施加修飾的類鉆碳膜(DLC膜)表面涂層的基材、以及良好適合生命體特性持續(xù)的醫(yī)療用材料、醫(yī)療用器具。


圖1，是本發(fā)明一實(shí)施例子的醫(yī)療用材料的制造方法中所使用的離子蒸鍍裝置的模式圖。
圖2，是本發(fā)明一實(shí)施例的醫(yī)療用材料的制造方法中所使用的等離子射線照射裝置的模式圖。
圖3(a)及圖3(b)，是本發(fā)明一實(shí)施例的醫(yī)療用材料制造方法所制造、以鋁為基材的類鉆碳膜(DLC膜)表面使用XPS加以測量的結(jié)果，圖3(a)是HMPA接枝前的測量結(jié)果，圖3(b)是HMPA接枝后的測量結(jié)果。
(符號說明) 1 基板2 電弧放電等離子射線發(fā)生器11基材21反應(yīng)室22真空泵23電極24電極25高頻電源26匹配網(wǎng)路(matching network)
具體實(shí)施例方式本申請案的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由向原本不具反應(yīng)性、不活性的類鉆碳膜(DLC膜)照射等離子射線等能夠活化類鉆碳膜(DLC膜)，而能在類鉆碳膜(DLC膜)表面由將單體接枝聚合進(jìn)行接枝或?qū)敕N種官能基。
由此，例如在由金屬、陶瓷、樹脂或橡膠等構(gòu)成的基材表面形成類鉆碳膜(DLC膜)，使形成的類鉆碳膜(DLC膜)表面活化的后，以接枝聚合、或共有鍵或若離子鍵等方法，將種種功能性成分在類鉆碳膜(DLC膜)表面予以化學(xué)性結(jié)合來保護(hù)基材表面，同時(shí)，能夠?qū)拈L期穩(wěn)定賦予種種的特性。
并且本申請案的發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)由使在類鉆碳膜(DLC膜)表面化學(xué)性結(jié)合的成分為具有適合生命體特性的成分，則能夠?qū)崿F(xiàn)一種醫(yī)療用材料，具有適合生命體特性的成分不會從基材表面脫離、及基材不會劣化、顯示出長期優(yōu)良適合生命體特性，而完成本發(fā)明。以下說明本發(fā)明的構(gòu)成。
本發(fā)明中所使用的基材為，金屬材料、硅等半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、橡膠或樹脂等高分子材料或上述材料的復(fù)合體等，經(jīng)過種種加工后，作為醫(yī)療用途、半導(dǎo)體用途或其他用途所用。例如在醫(yī)療用途中成為形成醫(yī)療用器具的醫(yī)療用材料的母材，醫(yī)療用器具與以導(dǎo)管(catheter)、引導(dǎo)線(guiderwire)、血管支架(stent)、人工心臟瓣膜或人工關(guān)節(jié)等所代表的生命體或與生命體成分接觸的醫(yī)療用器具。這里所謂醫(yī)療用材料為醫(yī)療用器具所使用的電線、管及平板等的素材，以及將這些素材予以形成醫(yī)療用器具的形狀及形成中途。并且，在半導(dǎo)體用途中，可以舉出成為半導(dǎo)體元件材料的半導(dǎo)體基板等。
作為基材的材質(zhì)并沒有特別有所限定，例如可以使用鐵(Fe)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鈦(Ti)、白金(Pu)、鎢(W)或鉭(Ta)等金屬。并且，也可以使用上述合金，如SUS316L等不銹鋼、鈦鎳合金(Ti-Ni合金)或銅鋁錳合金(Cu-Al-Mn合金)等的形狀記憶合金、銅鋅合金(Cu-Zn合金)、鎳鋁合金(Ni-Al合金)、鈦合金(Ti合金)、鉭合金(Ta合金)、鉑合金(Pu合金)或鎢合金(W合金)等合金。
也可以是硅(Si)或鎵(Ga)是的半導(dǎo)體材料，鋁(Al)、硅(Si)或鋯(Zr)石等的氧化物、氮化物或碳化物等的陶瓷，或是磷灰石、生命體玻璃等具有生命體活性的陶瓷。并且，也可以是甲斟丙烯酸甲酯(PMMA)、高密度聚乙烯或聚縮醛等高分子樹脂或二甲基聚硅氧烷(polydimethylsiloxane)等硅聚合物或聚四氯乙烯等氟是聚合物。
本發(fā)明中在基材表面形成的類鉆碳膜(DLC膜)為由類似鉆石的碳(也可以微量含有作為雜質(zhì)的其他成分)所組成的薄膜，原本為非常平滑而不活性的膜?？墒牵陬愩@碳膜(DLC膜)表面照射等離子射線等，由使表面鉆石(碳-碳)鍵的一部分裂開產(chǎn)生自由基或離子種，因此將能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面使功能性成分以接枝聚合加以接枝，或是由活化后使各種物質(zhì)反應(yīng)而導(dǎo)入種種官能基。
并且，雖然在基材表面存在微尺度(microscale)或奈米尺度的凹凸，但是由在表面形成類鉆碳膜(DLC膜)能夠使其平滑化。由此，將能夠在基材表面均一地照射等離子射線，而在基材表面能夠進(jìn)行均一接枝聚合。并且，由于類鉆碳膜(DLC膜)為非常細(xì)致且堅(jiān)固的膜，能夠防止外部成分滲入類鉆碳膜(DLC膜)使基材惡化。因此，能夠使用在要求耐酸性與耐堿性的環(huán)境中使用的制品的基材、或在生命體內(nèi)使用的制品的基材。
在本發(fā)明中在基材表面形成類鉆碳膜(DLC膜)，能夠使用濺鍍法、直流磁式濺鍍法、交流磁式濺鍍法、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)、等離子射線化學(xué)氣相沉積法、等離子射線離子植入法、重疊型RF等離子射線離子植入法、離子電鍍法、電弧離子電鍍法、離子光束蒸鍍法、或雷射熔蝕法等周知方法。此外，其厚度并沒有特別限定，較好的是0.01μm～3μm的范圍，更好是0.02μm～1μm的范圍。
同時(shí)，能夠直接在基材表面形成類鉆碳膜(DLC膜)，但是，為了使基材與類鉆碳膜(DLC膜)更為堅(jiān)固密接，也可以在基材與類鉆碳膜(DLC膜)的間設(shè)置中間層。能夠按照基材種類使用各種材質(zhì)作為中間層的材質(zhì)，也能夠使用周知的、硅(Si)與碳(C)、鈦(Ti)與碳(C)、或鉻(Cr)與碳(C)構(gòu)成的非結(jié)晶膜等。其厚度雖然并沒有特別限定，最好的是0.005μm～0.3μm的范圍，更好是0.01μm～0.1μm的范圍。
中間層能夠使用周知方法加以形成，例如，濺鍍法、化學(xué)氣相沉積法、等離子射線化學(xué)氣相沉積法、溶射法、離子電鍍法或電弧離子電鍍法即可。
在本發(fā)明中，能夠由對類鉆碳膜(DLC膜)進(jìn)行等離子射線或光等能源照射來活化類鉆碳膜(DLC膜)表面，在類鉆碳膜(DLC膜)表面產(chǎn)生成為聚合開始點(diǎn)的自由基、離子等。進(jìn)行等離子射線照射時(shí)，例如將氬(Ar)、氖(Ne)、氦(He)、氪(Cr)、氙(Xe)、氮?dú)?N2)、氧氣(O2)、氨氣(NH4)、氫氣(H2)或水蒸氣(H2O)等、能夠?qū)⒋嬖谟陬愩@碳膜(DLC膜)表面的碳-碳鍵予以切斷使其產(chǎn)生聚合開始點(diǎn)的氣體或上述的混合氣體使用作為等離子射線氣體種。此外，紫外線或紫外臭氧照射等也能夠活化類鉆碳膜(DLC膜)表面。
活化的類鉆碳膜(DLC膜)表面，存在著作為聚合開始點(diǎn)的自由基等。因此，將種種自由基能夠聚合的單體在活化的類鉆碳膜(DLC膜)表面予以接枝聚合而能夠接枝種種有機(jī)成分。例如，能夠?qū)分子式1]所示具有普通式的乙烯型單體、[分子式2]所示具有普通式的亞乙烯型單體，[分子式3]所示具有普通式的乙烯型(vinylene)單體、或[分子式4]所示具有普通式的環(huán)狀乙烯型(vinylene)單體等的能夠附加聚合的單體，在類鉆碳膜(DLC膜)表面產(chǎn)生的聚合開始點(diǎn)加以接枝聚合。
并且，由于只有在類鉆碳膜(DLC膜)表面接受能源照射的部分產(chǎn)生聚合開始點(diǎn)，因此，由使用適當(dāng)遮罩能夠僅在基材表面的所要位置接枝聚合導(dǎo)入聚合物。進(jìn)而，也能夠自由調(diào)整在基材表面的聚合物密度。例如，對基材賦予抗血栓性時(shí)，調(diào)整在類鉆碳膜(DLC膜)表面接枝的抗血栓性高分子材料表面密度將成為重要，而在本發(fā)明中能夠簡單調(diào)整表面密度。
[分子式1] [分子式2] [分子式3] [分子式4] 從[分子式1]到[分子式3]中所示單體構(gòu)造中的置換基X及Y為酯或胺，是-COOR1或-CONR2等所代表的結(jié)構(gòu)，在同一分子中的X及Y可以是相同也可以相異。[分子式4]所示單體結(jié)構(gòu)中的置換基Z，為形成環(huán)狀構(gòu)造的酯或胺，為-CO-O-CO-或-CO-NR3-CO-等所代表的結(jié)構(gòu)。
特別是在使用基材作為醫(yī)療用途時(shí)，為從R1到R3顯示出高適合生命體特性的環(huán)氧乙烯基、羥基、氨基、磷酸膽堿基、磷酸基、磺酸基或是核酸鹽基等官能基，或是含單糖或多糖的結(jié)構(gòu)，在接枝聚合時(shí)最好的是與水的界面形成高水凝膠層分子。
并且，在親水性單體以外，也可以是含硅氧乙烷(dimethylsiloxane)或含氟等單體，其在接枝聚合的情況下顯示難以吸附蛋白質(zhì)、具高疏水性及適合生命體特性。
具體而言，可以使用使與2-methacryloyl-oxyethyl phosphorylcholine(MPC)、2-acryloyl-oxyethyl phosphorylcholine、1-methyl-2-methacryloyl-amidoethyl phosphrylcholine、2-glucoxy-oxyethyl methacryl acid、sulfated 2-glucoxy-oxyethyl methacryl acid、p-N-vinylbezyl-D-lactone amido、p-N-vinylbezyl-D-propione amido、o-Methacryloyl-L-threonine、o-Methacryloyl-L-tyrosine、o-Methacryloyl-L-hydroxyproline、2-methoxyethyl methacryl amido、2-methoxyethyl acryl amido、2-hydroxyethyl acryl acid、N-2-hydroxypropyl methacryl amido、N-isopropylacrylamido、N-vinylpyrrolidone、vinylphenol、N-2-hydoxyacrylamido、丙烯酸胺衍生物單體、甲基丙烯酸胺(methacrylamido)衍生物單體、類磷脂乙烯型單體、或聚環(huán)氧乙烯的單體等接枝聚合時(shí)能夠使用已知的具有適合生命體特性的聚合物的聚合可能單體。
例如，由在類鉆碳膜(DLC膜)表面以接枝聚合導(dǎo)入MPC，能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面形成阻礙異物認(rèn)識的水凝膠層。并且，由于在血液中存在的磷脂質(zhì)在類鉆碳膜(DLC膜)表面被接枝的MPC為中核予以配向·排列，而能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面賦予與生命體膜類似機(jī)能。
這些單體，可以是單獨(dú)接枝聚合，也可以是作為多元共聚物使其接枝聚合。并且，可以是進(jìn)行1階段的接枝聚合，也可以是多階段的重復(fù)進(jìn)行接枝聚合。
由接枝聚合所獲得的聚合物的最適分子量根據(jù)基材用途及接枝單體等而不同，但是可以不僅是高分子，聚合物分子量在1000以下的低聚合物(oligomer)，特別是將基材作為醫(yī)療用途時(shí)，只要是基材表面可濕性等性質(zhì)具變化性即可。
再者，在以上雖然顯示了使用自由基聚合的例子，在類鉆碳膜(DLC膜)表面，使陽離子種或陰離子種產(chǎn)生作為聚合開始點(diǎn)，也能夠以陰離子聚合或陽離子聚合來代替自由基聚合加以接枝。這些聚合開始點(diǎn)，也能夠以低溫等離子射線照射、紫外線照射、或紫外線臭氧照射、γ線等。
以功能性成分修飾在基材表面涂層的類鉆碳膜(DLC膜)表面的方法，除了接枝聚合單體的方法的外，也能夠使用由例如將氨基或羧基等官能基導(dǎo)入類鉆碳膜(DLC膜)表面，使導(dǎo)入類鉆碳膜(DLC膜)表面的官能基與分子鎖鏈具有的官能基產(chǎn)生反應(yīng)來接枝分子鎖鏈的方法。
例如以等離子射線處理來活化類鉆碳膜(DLC膜)表面，使其產(chǎn)生自由基等活性點(diǎn)后，由使活性點(diǎn)與水或氧產(chǎn)生反應(yīng)，能夠簡單將羥基導(dǎo)入類鉆碳膜(DLC膜)表面。
在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入的羥基，能夠使其與3-aminopropyltrimethoxysilane等官能性烷氧硅烷(alkoxylsilane)衍生物、2-mercaptoaceticacid等的官能性羧酸衍生物、二興氰酸環(huán)聚合物衍生物、2-methacryloyl-oxyethyl isocyanate、2-acryloyl-oxyethyl iso cyanate、N-methacryloyl succineimide、或N-acryloyl succineimide等產(chǎn)生反應(yīng)，而能夠簡單的變換為氨基、羧基、異氰酸鹽(isocyanate)基或乙烯樹脂基。與在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入的官能基產(chǎn)生反應(yīng)，例如氨基、羧基、異氰酸鹽基、或三甲氧基硅烷(trimethoxysilane)、三乙氧基硅烷(triethoxysilane)、三烷基硅烷(trialkyloxysilane)等官能基在分子中所含功能性成分，能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面使容易產(chǎn)生共有鍵。并且，由使用2官能性試劑，即使功能性成分不具有與類鉆碳膜(DLC膜)表面官能基直接反應(yīng)的官能基時(shí)，也能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面使的共有鍵結(jié)合。
特別是將基材作為醫(yī)療用途時(shí)，將具有肽、蛋白質(zhì)、核酸鹽基、糖鎖鏈、麥糖(chitin)或聚葡萄胺糖(chitosan)等官能基的生命體由來成分或是在高分子鎖鏈末端以連鎖移動反應(yīng)導(dǎo)入羥基、羧基或氨基等具有適合生命體特性的高分子鎖鏈，與在類鉆碳膜(DLC膜)表面預(yù)先導(dǎo)入的官能基使其產(chǎn)生耦合反應(yīng)而以共有鍵結(jié)合加以固定化即可。同時(shí)，不僅是高分子鎖鏈，也可以是氨基酸或單糖或其低聚合物等的低分子成分。進(jìn)而，轉(zhuǎn)換官能基的反應(yīng)也不限一階段，也可以是多階段的反應(yīng)，也可以是由羥基經(jīng)氨基得到乙烯基的類的多階段轉(zhuǎn)換官能基。
進(jìn)而，使用存在于類鉆碳膜(DLC膜)表面及適合生命體特性成分的羧基、氨基或磷酸基等離子性官能基，使在類鉆碳膜(DLC膜)表面與適合生命體特性成分的間形成離子鍵，在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入具有適合生命體特性成分。這種情況下，即使具有適合生命體特性成分為羥磷石灰等無機(jī)物，也能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面簡單加以導(dǎo)入。
并且，由在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入官能基取代在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入具有其他適合生命體特性成分，使類鉆碳膜(DLC膜)表面本身改變?yōu)橛H水性，賦予類鉆碳膜(DLC膜)本身具適合生命體特性。
(實(shí)施例)以下，按照一實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，不過，本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
—類鉆碳膜的涂層—首先，說明對基材施加的類鉆碳膜(DLC膜)涂層。在本實(shí)施例中，基材使用長50mm、寬5mm、厚55μm的鋁合金(相當(dāng)于JIS-8021材合金)及聚酯塑膠(PET)。
圖1是模式顯示本實(shí)施例所使用的離子蒸鍍裝置為一般的離子化蒸鍍裝置，在真空反應(yīng)室內(nèi)部設(shè)置的直流電弧放電等離子射線發(fā)生器2，由導(dǎo)入作為碳源的苯(C6H6)氣產(chǎn)生的等離子射線，使其與負(fù)電壓為偏壓的涂層對象的基板1沖突，在基板1上固體化來成膜。
將基材安設(shè)于圖1所示電離蒸鍍裝置的反應(yīng)室內(nèi)，在反應(yīng)室導(dǎo)入氬氣(Ar)使其壓力為10-3～10-5Torr，進(jìn)行放電產(chǎn)生氬(Ar)離子，使產(chǎn)生的氬(Ar)離子沖突基材表面進(jìn)行約30分鐘的轟擊。
接著，反應(yīng)室導(dǎo)入四甲硅烷(Si(CH3)4)，形成以硅(Si)及碳(C)為主成分的非結(jié)晶膜狀、厚度為0.02μm～0.05μm的中間層。
形成中間層后，將苯酚氣(C6H6氣)導(dǎo)入反應(yīng)室，使氣壓為10-3Torr。以30ml/min的速度連續(xù)導(dǎo)入苯酚(C6H6)來進(jìn)行放電使苯酚(C6H6)離子化，進(jìn)行大約10分鐘的離子蒸鍍，在基材表面形成厚0.1μm的類鉆碳膜(DLC膜)。
形成類鉆碳膜(DLC膜)時(shí)的基板電壓為1.5kV，基板電流為50mA，燈絲電壓為14V，燈絲電流為30A，陽極電壓為50V，陽極電流為0.6A，反射電壓為50V，反射電流為6mA。并且，基板溫度為約160℃。
并且，中間層是用來提高基材與類鉆碳膜(DLC膜)的緊密粘結(jié)性而設(shè)，如果能夠確?；呐c類鉆碳膜(DLC膜)的充分緊密粘結(jié)性時(shí)也可以予以省略。
并且，本實(shí)施例中使用苯酚(C6H6)單獨(dú)氣體作為碳源，但是也可以使用苯酚(C6H6)與四氟化碳(CF4)等氟利昂混合氣體，在基材表面形成含氟的類鉆碳膜(DLC膜)。
—類鉆碳膜(DLC膜)的活化—由對在基材表面形成的類鉆碳膜(DLC膜)照射等離子射線使其表面活化后，在類鉆碳膜(DLC膜)表面接枝功能性成分。圖2模式性顯示本實(shí)施例中所使用的等離子射線照射裝置。
如圖2所示，等離子射線照射裝置為一般性等離子射線照射裝置，在反應(yīng)室21底面及中央部設(shè)置電極23與電極24，反應(yīng)室21是由連接了真空泵22、能夠置換氣體的分離式燒瓶(separable flask)所構(gòu)成，由在該電極通過匹配網(wǎng)路(matching network)25從高頻電源26施加高頻在反應(yīng)室21內(nèi)部使其發(fā)生等離子射線。
首先，將形成類鉆碳膜(DLC膜)的基材11安設(shè)到等離子射線照射裝置的反應(yīng)室21內(nèi)部，流入氬(Ar)氣體使反應(yīng)室21的內(nèi)壓為1.3Pa。接著，使用高頻電源26(日本電子制，JRF-300型；頻率13.56MHz)施加20W的高頻到電極23及24，使反應(yīng)室21內(nèi)部產(chǎn)生等離子射線。由向形成類鉆碳膜(DLC膜)的基材11照射等離子射線約2分鐘使類鉆碳膜(DLC膜)表面產(chǎn)生自由基。
—類鉆碳膜(DLC膜)的接枝—在本實(shí)施例中，以向活化的類鉆碳膜(DLC膜)接枝親水性的2-水解聚馬來酸酐(HPMA)的例子加以說明。
照射等離子射線后，將基材暴露于空氣中約1分鐘，接著將HPMA的乙醇溶液(濃度＝0.17g/ml)10ml一起放入玻璃制聚合管。由反復(fù)數(shù)次進(jìn)行液體氮中的凍結(jié)-脫氣-氮置換來除去聚合管內(nèi)的溶氧，其后，在減壓下密封聚合管在80℃進(jìn)行24小時(shí)聚合，在類鉆碳膜(DLC膜)表面使HPMA接枝聚合來接枝HPMA的聚合物。
其次，在大量的乙醇中浸漬聚合后的基材，以大量磷酸緩沖液(pH＝7.4)洗滌后，進(jìn)行凍結(jié)干燥獲得接枝了HPMA的聚合物的接枝基材。并且，照射等離子射線后的基材，不一定需要暴露在空氣中。
所獲得的接枝基材，由使用X射線光電子光譜法(XPS)測量存在其表面的元素的組成來確認(rèn)HPMA的導(dǎo)入。XPS測量中，使用PerkinElmer公司制造的XPS/ESCA裝置Model5600CiMC，以輸出100w(14kv、7mA)使用monochromatized Alkα(1486.5eV)作為X線光源。同時(shí)，測量時(shí)使用中和劑作為中和電子槍，其測量深度為4nm。
圖3是以XPS測量把鋁作為基材的類鉆碳膜(DLC膜)表面存在元素的分布結(jié)果，圖3(a)顯示測量接枝HPMA的聚合物前的基材表面的結(jié)果，圖3(b)顯示了接枝HPMA聚合物后的測量結(jié)果。
如圖3(b)所示，在接枝HPMA聚合物的后的類鉆碳膜(DLC膜)表面，觀測到接枝前(圖3(a))所沒有的氮(N)的1s峰值。并且，從峰值面積求得的碳(C)、氧(O)、氮(N)的構(gòu)成比率在接枝前為C85.1％、O13.93％、N0.89％，接枝后為C67.14％、O22.22％、N10.63％、相對于C，N及O大幅增加。此顯示了由類鉆碳膜(DLC膜)表面HPMA的聚合物被接枝在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入了氨基(amido group)。
并且，在以PET為基材的類鉆碳膜(DLC膜)表面接枝了HPMA聚合物時(shí)也進(jìn)行相同測量，與以把鋁作為基材時(shí)相同，HPMA的聚合物接枝后觀測到了接枝前所沒有的氮1s峰值，而確認(rèn)導(dǎo)入了HPMA的聚合物。
其次，采用接觸角測量機(jī)測量所獲得的接枝基材表面的濡濕性。測量接觸角時(shí)，使用Erma公司制造的測角(goniometer)式接觸角測量機(jī)G-I型，把15μl的水滴放在醫(yī)療用材料表面上，50秒后測量左面接觸角，70秒后測量右面接觸角。并且，測量值為10件的平均值。
在以鋁為基材的類鉆碳膜(DLC膜)表面接枝了HPMA聚合物時(shí)，接枝HPMA聚合物前為67.8±3.5°的接觸角，下降到51.8±3.0°。此表示由于在類鉆碳膜(DLC膜)表面接枝了HPMA聚合物使表面親水化，提高了接枝基材的適合生命體特性。
并且，如果以PET為基材時(shí)，在接枝HPMA聚合物前接觸角是80.2±2.2°，下降到52.1±2.5°，與以鋁為基材情況相同表面親水化。
如以上說明，由在醫(yī)療用材料形成的類鉆碳膜(DLC膜)表面接枝HPMA聚合物，類鉆碳膜(DLC膜)表面被親水化，由于在類鉆碳膜(DLC膜)表面產(chǎn)生阻礙生命體的異物認(rèn)識的水凝膠層，提高了醫(yī)療用材料的適合生命體特性。并且，在類鉆碳膜(DLC膜)表面由接枝聚合導(dǎo)入HPMA聚合物，由于不容易脫離，因此能夠長期維持穩(wěn)定的適合生命體特性。
并且，以本實(shí)施例的方法能夠在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入親水性的羥基。若按照本實(shí)施例的方法以等離子射線處理類鉆碳膜(DLC膜)，進(jìn)而在空氣中進(jìn)行2分鐘暴露處理后，進(jìn)行XPS測量及接觸角測量。在XPS測量中，觀測到287eV附近未處理的類鉆碳膜(DLC膜)表面沒有的C1s的C-O結(jié)合峰值，確認(rèn)了羥基被導(dǎo)入。并且，在等離子射線處理前接觸角是79.2±3.0°，下降到69.8±3.2°降低，類鉆碳膜(DLC膜)表面的濡濕性也增加。此顯示將類鉆碳膜(DLC膜)等離子射線處理后，由暴露于空氣中，在類鉆碳膜(DLC膜)表面產(chǎn)生的自由基與空氣中的氧產(chǎn)生反應(yīng)，而在類鉆碳膜(DLC膜)表面導(dǎo)入羥基。
如以上說明，按照本發(fā)明，以平滑而不活性的類鉆碳膜(DLC膜)覆蓋基材表面，進(jìn)而將能夠以各種分子自由修飾類鉆碳膜(DLC膜)表面。由此，不僅賦予基材耐久性，也能夠賦予修飾類鉆碳膜(DLC膜)表面的分子的功能性。例如，若使具有適合生命體特性機(jī)能的分子修飾類鉆碳膜(DLC膜)，則能夠獲得耐久性高、進(jìn)而長期顯示穩(wěn)定的適合生命體特性的醫(yī)療用材料。并且，由在類鉆碳膜(DLC膜)表面接枝刺激應(yīng)答性的適合生命體特性凝膠，使得其作為剝離時(shí)的損壞小的細(xì)胞培養(yǎng)用基材，或作為活性高的生物反應(yīng)器用的基材。
進(jìn)而，例如以類鉆碳膜(DLC膜)在半導(dǎo)體基板表面施加涂層后，由以聚合物接枝聚合，能夠穩(wěn)定導(dǎo)入聚合物，也能夠在基板表面作為進(jìn)行分子認(rèn)識的類的有機(jī)半導(dǎo)體元件的基材。并且，將不僅能夠在類鉆碳膜(DLC膜)整體表面進(jìn)行接枝，由于也能夠?qū)θ我鈭D形予以接枝，因此能夠應(yīng)用來作為在測量微量物質(zhì)等使用的微感應(yīng)器的基材等。
(產(chǎn)業(yè)上利用的可能性) 本發(fā)明的基材表面處理方法及施加表面處理的基材、醫(yī)療用材料用、醫(yī)療用器具，能以適合生命體特性材料為首的功能性成分長期穩(wěn)定修飾在基材表面涂層的類鉆碳膜，實(shí)現(xiàn)被修飾的類鉆碳膜涂層的基材，由此實(shí)現(xiàn)在生命體內(nèi)中具有持續(xù)優(yōu)良適合生命體特性的醫(yī)療用材料及醫(yī)療用器具。因此，作為表面處理類鉆碳膜形成的基材方法及表面處理的基材等不僅有用，且作為具有優(yōu)良適合生命體特性的醫(yī)療用材料及其醫(yī)療用器具等也非常有用。并且，也能夠賦予基材適合生命體特性以外的機(jī)能，即使作為有機(jī)半導(dǎo)體元件的基材等也非常有用。
權(quán)利要求
1.一種基材，其特征為包括在表面形成的類鉆碳膜，以及在上述類鉆碳膜表面被接枝的聚合物。
2.一種醫(yī)療用材料，其特征為在基材表面形成的類鉆碳膜的表面，具有適合生命體特性的成分以化學(xué)鍵的形式結(jié)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)療用材料，其特征為上述具有適合生命體特性的成分，是在上述類鉆碳膜表面由接枝聚合而被導(dǎo)入的聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醫(yī)療用材料，其特征為上述具有適合生命體特性的成分，是在上述類鉆碳膜表面被接枝的含氟的乙烯型單體聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醫(yī)療用材料，其特征為上述具有適合生命體特性的成分，是由在上述類鉆碳膜表面被接枝的含硅分子所組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)療用材料，其特征為上述具有適合生命體特性的成分，是在上述類鉆碳膜表面由共有鍵結(jié)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)療用材料，其特征為上述具有適合生命體特性的成分，是在上述類鉆碳膜表面由離子鍵結(jié)合。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)療用材料，其特征為上述具有適合生命體特性的成分，是從環(huán)氧乙烯基、羥基、磷酸基、氨基、氨基化合物基、磷酸膽堿基、磺酸基或羧基組成的群所選擇出至少具有1個(gè)的官能基。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)療用材料，其特征為在上述基材與上述類鉆碳膜的間設(shè)置了中間層，用來提高上述基材與上述類鉆碳膜的緊密粘結(jié)性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的醫(yī)療用材料，其特征為上述中間層，是以硅及碳為主要成分的非結(jié)晶膜。
11.一種醫(yī)療用材料，其特征為在基材表面形成的類鉆碳膜表面導(dǎo)入親水性的官能基。
12.根據(jù)權(quán)利要求2～11的任一項(xiàng)所述的醫(yī)療用材料，其特征為上述基材為金屬材料、陶瓷材料、高分子材料，或上述材料的復(fù)合體。
13.一種醫(yī)療用器具，其特征為使用權(quán)利要求2～11的任一項(xiàng)所述的醫(yī)療用材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的醫(yī)療用器具，其特征為上述醫(yī)療用器具，為埋入生命體用的醫(yī)療用器具。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的醫(yī)療用器具，其特征為上述醫(yī)療用器具，為導(dǎo)管、引導(dǎo)線、支架、人工心臟瓣膜或人工關(guān)節(jié)。
16.一種基材表面處理方法，其特征為包括類鉆碳膜形成工序，在基材表面形成類鉆碳膜，活化工序，在上述類鉆碳膜表面使成為聚合開始點(diǎn)的反應(yīng)性部位產(chǎn)生，以及聚合工序，由使用上述聚合開始點(diǎn)來聚合單體，在上述類鉆碳膜表面接枝上述單體聚合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的基材表面處理方法，其特征為進(jìn)一步包括中間層形成工序，該中間層形成工序，于上述類鉆碳膜形成工序前，在上述基材表面形成中間層以用來提高上述基材與上述類鉆碳膜的緊密粘結(jié)性。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的基材表面處理方法，其特征為在上述中間層形成工序中，以硅及碳為主成分的非結(jié)晶膜來形成上述中間層。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的基材表面處理方法，其特征為上述活化工序，作為上述聚合開始點(diǎn)使其發(fā)生自由基的工序。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的基材表面處理方法，其特征為上述活化工序，是在上述類鉆碳膜表面照射等離子射線的等離子射線照射工序。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的基材表面處理方法，其特征為上述等離子射線照射工序，在上述等離子射線中使用氬、氙、氖、氦、氪、氮、氧、氨、氫或水蒸氣。
22.根據(jù)權(quán)利要求16～21所述的基材表面處理方法，其特征為上述基材，是醫(yī)療用材料的基材，上述聚合物，具有適合生命體特性的成分。
23.一種基材表面處理方法，其特征為包括類鉆碳膜形成工序，在基材表面形成類鉆碳膜，等離子射線照射工序，由在上述類鉆碳膜表面照射等離子射線，使在上述類鉆碳膜表面產(chǎn)生反應(yīng)性部位，以及表面修飾工序，由使上述反應(yīng)性部位與含氧分子發(fā)生反應(yīng)，在上述類鉆碳膜表面導(dǎo)入羥基。
全文摘要
在由陶瓷等無機(jī)材料或樹脂等有機(jī)材料構(gòu)成的基材表面形成類鉆碳膜(DLC膜)，由等離子射線等處理來活化形成的類鉆碳膜表面，在活化的類鉆碳膜表面，由將具有適合生命體特性等種種單體予以接枝聚合，在類鉆碳膜表面接枝單體聚合物。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)以不容易脫離的聚合物修飾的類鉆碳膜所施加涂層的基材。
文檔編號A61M29/00GK1938224SQ20058001050
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者阿部義紀(jì), 中谷達(dá)行, 岡本圭司, 白石浩平, 杉山一男 申請人:東洋先進(jìn)機(jī)床有限公司