成果報告書詳細
管理番号20100000002273
タイトル平成19年度-平成21年度成果報告書 ナノテク・先端部材実用化研究開発/非対称ナノハニカム構造を持つ高機能癒着防止膜とその自己組織化製造プロセスの開発
公開日2011/1/25
報告書年度2007 - 2009
委託先名国立大学法人東北大学 国立大学法人北海道大学 富士フイルム株式会社 帝人株式会社
プロジェクト番号P05023
部署名ナノテクノロジー・材料技術開発部
和文要約外科手術後の癒着防止は、術後のQOLにおいて重要である。現在、市販の癒着防止材としては、ヒアルロン酸や再生酸化セルロースを主成分とする膜が利用されている。これらの膜は、体液等で膨潤したゲル化皮膜を形成することで創傷部位に密着し癒着を防止するものであるが、最大の難点として、乾燥時には脆く破れやすい厚膜状であること、濡れるとすぐにゲル化するため患部などのぬれた表面で貼り直しができないなど、取り扱い性に問題がある。現状に於いて、我が国では腹腔内と骨盤腔内の手術に限定されているが、利便性、手術中の取り扱い性などの面で多くの課題が解決されれば、適用範囲はさらに広がると考えられる。本研究プロジェクトの目的は、多孔体である非対称ナノハニカム構造膜を作製し、多孔質構造に基づく毛管力と保水量によって損傷部位に吸着することで術後の癒着を防止する、新しい作用機序を有する癒着防止膜を開発することにある。ハニカム構造を持つ癒着防止膜の開発によって、密着性、膜厚、柔軟性などの制御が可能で様々な形状の創傷部位に対応可能な、取り扱いに優れた癒着防止膜が期待される。具体的には、湿式製膜における結露現象を利用して数百ナノメータ(600±300nm)領域で孔径制御された生分解性高分子からなる非対称ナノハニカム構造膜を作製する自己組織化製造プロセス技術を構築した。さらに、既存の癒着防止膜の問題点を解決するとともに、さらに新たな疾患(眼科領域)への適用を目指した研究開発を行った。ステージIにおいて、以下の研究開発実績を得た。(1)ブレード塗布の概念を発展させ、均一な溶液塗布、加湿、および乾燥の単位操作を連続一体化した精密な製膜ユニットを開発することで、ナノオーダー(600±300ナノメータ)の孔径を有するハニカム構造膜の作製を実現した。(2)ハニカムフィルムの重要な構造パラメーターは孔径とその規則性にある。レーザー光干渉を用いた光学測定により、非対称ナノハニカム構造膜の細孔径を簡便に検定する手法の開発を行い、製造プロセスへの導入を検討した。(3)ハニカム構造を持つ癒着防止膜の密着性は、主として多孔質構造に基づく毛管力と保水量のバランスで決定される。上記装置で作製したハニカム構造膜を用いた吸着力実験において、数百ナノメータの細孔径で最も大きな密着力が得られることの原理確認を行った。(4)ハニカム構造膜の作製では、鋳型となる水滴の安定性を向上させるために少量の界面活性剤を高分子溶液に添加する。本研究開発では、FDAや厚生労働省によって安全性が認められた高分子素材とリン脂質界面活性剤との組み合わせによるハニカム構造膜を作製し、生体適合性に優れた癒着防止膜に目処をつけた。(5)非対称ナノハニカム構造膜がラット腹腔内の癒着モデルに対して、既存品と同等以上の効果を示すことを明らかにした。(6)ウサギ緑内障モデルによるハニカム構造膜の眼圧上昇抑止効果の評価技術を確立し、ハニカム構造膜の有効性を検証した。具体的にはウサギ緑内障モデルを用い、線維柱帯切除術にハニカム構造膜を用いることによって、眼圧上昇抑止効果とその持続効果を確認した。既存の治療法である抗生物質を用いた化学療法との比較実験においても、ハニカム膜構造の有効性が明らかになった。
英文要約Title:【High-performance adhesion preventing polymer films having asymmetric nano-honeycomb structure】(FY2007-FY2009) Final Report
Prevention of postoperative adhesion formation is significantly important for QOL after many kinds of surgical operations. Physical separation of the injured tissue from surroundings is one of the clinical methods reducing adhesion formation. Polymer films, e.g. bioresorbable film composed of chemically modified hyaluronate and carboxymethylcellulose, are used as physical barriers. Due to the crispy, filmy properties and high wettability, the barrier membranes of the carboxymethylcellulose derivatives are difficult to handle in the operation. Regulation of the "bioadhesion" properties, especially affinity and adhesive force, of the barrier membrane is required as well as easy handling at the operation. This project aims at fabrication of the novel functional postoperative barrier film with regulated "bioadhesion" properties by using the "asymmetric nano-honeycomb membranes". The "asymmetric nano-honeycomb membrane" is porous polymer film which has honeycomb-like regularly arranged pores in one side and smooth flat surface in another side of the film. The honeycomb-patterned surface is formed by using regularly arranged water droplets, condensed during solvent evaporation of the simple wet casting process of polymer film, as a template. Following issues are achieved in this research project. (1) Machinery production of the "asymmetric nano-honeycomb membrane" fabrication. Casting of the polymer solution on the flat substrate surface by using the sharp blade edge is effective for providing thin homogeneous liquid film for rapid solvent evaporation. By using the pilot fabrication machine having the blade-type application apparatus for thin polymer solution casting, we have succeeded to prepare the 25mm x 30mm size honeycomb-patterned film having regularly arranged fine pores of 300nm~600nm in the diameter. (2) "Bioadhesion" properties of the "asymmetric nano-honeycomb membrane". Pore size is one of the essential determining factors for the adhesion force of the honeycomb-patterned polymer film. According to the theoretical calculation, decreasing the pore size into the sub-micrometer scale increases the adhesion force of the "asymmetric honeycomb membrane" to wet surfaces. We have experimentally revealed that the adhesion force of the honeycomb film to the wet-gel surface drastically increased with decreasing pore size to several hundreds nanometers. (3) Surgical evaluation of the "asymmetric honeycomb membrane" as novel anti-adhesion film. To evaluate the effectiveness of the honeycomb-patterned film compared with an antibiotic, mitomycin C (MMC), on glaucoma filtration surgery in rabbits was done. A long term of effectiveness of a honeycomb-patterned film on the bleb survival in glaucoma filtration surgery in rabbits was investigated. The honeycomb structure had an important role for the anti-adhesion on the subconjunctival Tenon tissue. We confirmed that the honeycomb-patterned film is a safe and effective on glaucoma filtration surgery, too.
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