JP2003180812A - 酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料および生体適合材料 - Google Patents
酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料および生体適合材料Info
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Abstract
類材料を被覆又は含浸させた多孔質材料を、加工性良
く、安価且つ安全に提供することにある。また化学構造
の均一な水溶性或いは水分散性の多糖類材料を被覆又は
含浸させた多孔質材料からなる生体適合性材料を提供す
る。 【解決手段】 多糖類材料を水中にて、N−オキシル化
合物の存在下で酸化処理することにより得られる水溶性
或いは水分散性の酸化多糖類材料を、材料に含浸或いは
塗布したことを特徴とする酸化多糖類材料を被覆又は含
浸させた多孔質材料を提供するものである。
Description
性に優れる酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料に
関し、特に加工性が良く、分子構造の制御された酸化多
糖類材料を被覆又は含浸させた材料に関する。
界に最も大量に存在する多糖類である。その化学構造
は、D−グルコースがβ1,4グリコシド結合したもの
で、グルコース単位当たり3個(D−グルコースのC2
位、C3位、C6位)の水酸基を有する。セルロース
は、分子内に親水性の水酸基を多く持ちながら、分子間
で強固に水素結合した高次構造を形成しているため、水
には不溶である。
体構造多糖類はキチンであり、D−グルコースのC2位
の水酸基の代わりにアセトアミド基が付いたN−アセチ
ルグルコサミンがセルロースと同様にβ1,4結合した
ものである。天然に存在するキチンは、C2位にアミノ
基が付いたグルコサミンのユニットを一部含み、タンパ
ク質等の生体物質とアミノ基を介して結合していること
が知られており、N−アセチルグルコサミン100%か
らなる訳ではない。一方キトサンは、キチンをアルカリ
等により脱アセチル化することで得られる物質である。
これらキチンとキトサンは、アセチル化度により明確に
区別できるものではない。またキトサンは希酸に対して
アミノ基が塩を形成して溶解するが、キチンはセルロー
ス同様に水不溶である。
て澱粉が挙げられる。澱粉はD−グルコースがα1,4
或いは1,6結合したものである。澱粉は、熱水には可
溶であるが、冷水には溶けない。
ては、前記水酸基を利用したエーテル化が代表的であ
る。カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセ
ルロース(MC)、ヒドロキシエチルセルロース(HE
C)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)等は、
水溶性のセルロース誘導体として、増粘剤、分散安定
剤、食品・化粧品添加剤、医療用材料等にも広く用いら
れている。
たグルコース単位当たり3個の水酸基に対してランダム
に反応し、選択性が低く、置換基分布は不均一なもので
ある。さらにCMC、MC、HEC、HPCの水溶液
は、重合度によるが2%水溶液で粘度が20〜2000
mPa・s程度と割合高粘度で、溶液濃度も3〜10%
程度が上限である。従って高濃度溶液での含浸加工やコ
ーティング加工等は困難であった。また医療用材料等に
用いる場合には、CMC、MC、HEC、HPCの代謝
の成り行きが明かでない等の問題もある。
ロロホルム中で二酸化窒素によりC6位の1級水酸基を
カルボキシル基に酸化して、水溶性のポリグルクロン酸
を得る方法が知られている。グルクロン酸は生体内で完
全に代謝されると言われている。しかし、二酸化窒素に
よる酸化反応は、副反応で、主鎖の解裂や、C2位、C
3位のケトンへの酸化も起こり、反応選択性が高いとは
言えない。さらに試薬の有害性にも問題がある。
止血用の生体吸収材料、体器官の癒合を抑制する医療用
材料等の生体適合性材料として、酸化セルロースやキチ
ン、キトサン、或いはコラーゲンやヒアルロン酸等の材
料の有用性が報告されている(特開平10−6672
3、特開平10−99422、特開平4−37025
8、等)。
由来材料は、生体適合性に優れる特徴を有するものの、
高価で材料の入手がしにくく、抗原性を有したり、細菌
感染による劣化等の問題がある。
進効果や抗菌性等の優位性も報告されているが、アミド
系の溶剤に溶解して湿式紡糸する等の工程が必要とな
る。
ガーゼを二酸化窒素で酸化したり、CMCやMCを塗工
したガーゼを酸化したりする手法(特開平10−667
23)が報告されているが、前記したようにCMCやM
Cの塗工性や、二酸化窒素の有害性に問題点を有する。
構造の均一な水溶性或いは水分散性の多糖類材料を被覆
又は含浸させた材料を、加工性良く、安価且つ安全に提
供することにある。また化学構造の均一な水溶性或いは
水分散性の多糖類材料を被覆又は含浸させた材料からな
る生体適合性材料を提供することにある。
類材料を水中にて、N−オキシル化合物の存在下で酸化
処理することにより得られる水溶性或いは水分散性の酸
化多糖類材料を、材料に含浸或いは塗布したことを特徴
とする酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料であ
る。
物が、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン
−N−オキシルであることを特徴とする請求項1に記載
の酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料である。
で臭化アルカリ金属またはヨウ化アルカリ金属の存在
下、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸およ
びそれらの塩のうち少なくとも1種の酸化剤を用いたこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化多糖類材料
を被覆又は含浸させた材料である。
カリを添加してpH9〜12に保ちながら酸化処理する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一に記載の酸
化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料である。
生セルロース、澱粉、再生キチン、キトサンの群から選
ばれるいずれか一を酸化処理することにより得られる、
前記各酸化多糖類の分子の還元末端、またはピラノース
環の第6位のみを選択的に酸化してカルボキシル基とし
た水溶性のウロン酸構造を有することを特徴とする請求
項1〜4のいずれか一に記載の酸化多糖類材料を被覆又
は含浸させた材料である。
細化セルロースを酸化処理することにより得られる、セ
ルロース分子の還元末端、またはピラノース環の第6位
のみを選択的に酸化してカルボキシル基とした水分散性
の酸化セルロースであることを特徴とする請求項1〜5
のいずれか一に記載の酸化多糖類材料を被覆又は含浸さ
せた材料である。
ボキシル基が、多糖類材料の構成単糖のモル数に対して
60%以上(酸化度60%以上)である水溶性の酸化多
糖類であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一
に記載の酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料であ
る。
ボキシル基が、多糖類材料の構成単糖のモル数に対して
10〜60%(酸化度10〜60%)である水分散性の
酸化多糖類であることを特徴とする請求項1〜4,6の
いずれか一に記載の酸化多糖類材料を被覆又は含浸させ
た材料である。
ス繊維又は再生セルロース繊維からなることを特徴とす
る請求項1〜8のいずれか一に記載の酸化多糖類材料を
被覆又は含浸させた材料である。
布、ガーゼ、スポンジ、多孔質シート、紙材であること
を特徴とする請求項1〜9のいずれか一に記載の酸化多
糖類材料を被覆又は含浸させた材料である。
酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料からなること
を特徴とする生体適合性材料である。
する。
キシル化合物(オキソアンモニウム塩)の存在下で、酸
化処理された酸化多糖類を材料に被覆又は含浸させた材
料に関するものである。本発明でいう被覆又は含浸させ
たとは、被覆のみをしていること、含浸のみをしている
こと、一部含浸し表面を被覆していることの3態様を意
味するものである。
類分子の還元末端、または構成単糖のピラノース環中一
級水酸基を選択的に酸化するものである。また、酸化の
程度に応じて、多糖類材料にカルボキシル基を均一かつ
効率よく導入できる。この酸化方法は、N−オキシル化
合物を触媒として、共酸化剤を用いて酸化することを特
徴とする。N−オキシル化合物としては水溶性の安定ラ
ジカルである2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペ
リジンN−オキシル(以下TEMPOと称する)などが
含まれる。N−オキシル化合物は触媒量で済み、例え
ば、多糖類の構成単糖のモル数に対して10ppm〜5
%あれば充分であるが、0.05%〜3%が好ましい。
ロゲン酸,亜ハロゲン酸や過ハロゲン酸又はそれらの
塩、ハロゲン酸化物、窒素酸化物、過酸化物など、目的
の酸化反応を推進し得る酸化剤であれば、いずれの酸化
剤も使用できる。
と、臭化物又はヨウ化物との共存下で行うのが有利であ
る。臭化物又はヨウ化物としては、水中で解離してイオ
ン化可能な化合物、例えば、臭化アルカリ金属やヨウ化
アルカリ金属などが使用できる。臭化物及び/又はヨウ
化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択で
き、例えば、多糖類の構成単糖のモル数に対し0〜10
0%、好ましくは1〜50%である。また、特にN−オ
キシル化合物にはTEMPOを用い、臭化ナトリウムの
存在下、共酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いる
のが好ましい。
ず、材料、及び使用する設備などによって最適化される
べきであるが、反応温度は室温以下で反応させると構成
単糖の一級水酸基への酸化の選択性を上げ、副反応を抑
えることができ、望ましい。また、反応系のpHは、反
応の効率の面から、pH9〜12の間で反応を行うこと
が望ましい。また、臭化物やヨウ化物との共存下で酸化
反応を行うと、温和な条件下でも酸化反応を円滑に進行
させることができ、カルボキシル基の導入効率を大きく
改善できるため、好ましい。
のpHを一定に保つために加えられるアルカリの量と、
反応時間をコントロールすることで、酸化度(1級水酸
基を変換して導入されるカルボキシル基量)をコントロ
ールすることが可能である。
特に制限するものではないが、セルロース、再生セルロ
ース、澱粉、キチン、キトサン、再生キチン、再生キト
サン、微細化セルロース等が挙げられ、目的、用途に応
じて様々なものを用いることができる。
ースやキチン等の結晶性の高い材料を用いる場合は、ア
ルカリにより膨潤させたり、溶解−再生の処理を行うこ
とで、均一に、選択性高く1級水酸基のみを酸化して、
ポリウロン酸類を得ることができる。
は、物理的にセルロース繊維を微細化したもので、例え
ばミクロフィブリル化セルロースや結晶セルロースのコ
ロイダルグレード等が好ましく用いられる。これらの酸
化物は水溶性とはならないが、表面のセルロース分子が
ウロン酸化され、安定性の高い水分散体を得ることがで
きる。
類材料の構成単糖のモル数に対して60%以上(酸化度
60%以上)まで酸化されると、水に対する溶解性が向
上してくる。一方結晶性の微細化セルロース等の酸化に
おいては、酸化度を60%以上に上げるには、反応条件
を厳しくする必要があり、副反応の増加や、分子量低下
を招き好ましくない。これらの材料においては、水不溶
でも酸化度を10〜60%に調整することが好ましい。
は、アルコール或いは水に可溶な有機溶剤で十分に洗浄
し、必要に応じて乾燥工程を経て、所定濃度の水溶液或
いは水分散液に調製される。
いは水分散液は、CMCやMC等、従来の水溶性多糖類
の水溶液に比べて低粘度であり、より高濃度で溶解させ
ることが可能である。本発明の酸化多糖類材料の溶液粘
度は、多糖類原料の重合度にもよるが、例えば重合度6
00の再生セルロースから得られた酸化度100%の酸
化セルロースの5%水溶液では、25℃での粘度が3〜
20mPa・sと低粘度であり、20%程度の水溶液ま
で調製することも可能である。
材料は、前記酸化多糖類の水溶液或いは水分散液を、公
知の含浸或いはコーティング設備を用いて、ディッピン
グコートやロールコート、スプレーコート、ブレードコ
ート、コンマコート、サイズプレス等公知の手法によ
り、材料に被覆することが可能である。
せるための材料は、特に制限するものではなく、用途に
応じて適宜選択することができる。例えば、ガーゼなど
の織布、不織布、スポンジ、紙材などのシートなどが挙
げられる。これらは、天然セルロース或いは再生セルロ
ース或いは酸化再生セルロース繊維等からなるものであ
ってもよいし、セルロース系以外の材料からなるもので
あってもよい。酸化多糖類材料を含浸させる場合は、多
孔質又は網目状質の材料が好ましい。
いは水分散液は、低粘度で、溶液濃度も高く設定できる
ことから、含浸やコーティングの加工における加工性お
よび効率を高めることができる。つまり、例えばセルロ
ース織布基材に3kgの酸化多糖類材料をコーティング
する場合、3%濃度の水溶液では100kgの液量を必
要とするが、10%濃度であれば液量は30kgで済
み、乾燥工程に要する熱量の大幅な低減、および加工速
度の向上が可能である。また低粘度であるため、特に含
浸加工において基材への浸透性が高く、加工速度は上が
り、より均一な含浸物が得られる。
材料を、生体適合性材料として、医療用途に用いる場合
は、医療用に利用可能な材料を用いるとともに、酸化多
糖類を被覆後、適切な滅菌処理を施すことが望ましい。
るが本発明を限定するものではない。
化ナトリウム2.54gを200mlの水に溶解し冷却
しておく。再生セルロース繊維ベンリーゼ(旭化成工業
(株)製)の小片10gを200mlの水中に分散さ
せ、前記TEMPO溶液と混合し、反応系を冷却し、次
に次亜塩素酸ナトリウム水溶液(Cl=5%)100m
lを添加し、酸化反応を開始する。反応温度は常に5℃
に維持した。反応中は系内のpHが低下するが、0.5
N−NaOH水溶液を逐次添加し、pH10.8付近に
調整した。6位の一級水酸基の全モル数に対し、100
%のモル数に対応するアルカリ添加量に達した時点で、
エタノールを添加し、反応を停止させ、水:アルコール
=2:8により十分洗浄した後、アセトンで脱水し、4
0℃で減圧乾燥させ、白色粉末の酸化セルロースを得
た。
を調製した。酸化セルロースは完全に溶解し、25℃で
B型粘度計にて測定した粘度は10〜15mPa・sで
あった。この溶液に日本薬局方ガーゼ3gを10秒間浸
漬して、金網上に広げて風乾し、実施例1の酸化セルロ
ース被覆ガーゼを得た。
重量増加から約1.5gの酸化セルロースが被覆されて
いた。
化ナトリウム2.54gを200mlの水に溶解し冷却
しておく。でんぷん試料としてACS(ACROS社
製)10gを200mlの水中に分散させ、60℃にて
加熱溶解後、5℃まで冷却し、前記TEMPO溶液と混
合し、次に次亜塩素酸ナトリウム水溶液(Cl=5%)
100mlを添加し、酸化反応を開始する。反応温度は
常に5℃に維持した。反応中は系内のpHが低下する
が、0.5N−NaOH水溶液を逐次添加し、pH1
0.8付近に調整した。6位の一級水酸基の全モル数に
対し、100%のモル数に対応するアルカリ添加量に達
した時点で、エタノールを添加し、反応を停止させ、
水:アルコール=2:8により十分洗浄した後、アセト
ンで脱水し、40℃で減圧乾燥させ、白色粉末の酸化澱
粉を得た。
した。酸化澱粉は加熱することなく完全に溶解し、25
℃でB型粘度計にて測定した粘度は7〜12mPa・s
であった。この溶液に日本薬局方ガーゼ3gを10秒間
浸漬して、金網上に広げて風乾し、実施例2の酸化澱粉
被覆ガーゼを得た。
加から約1.5gの酸化澱粉が被覆されていた。
製)10gを、45%水酸化ナトリウム水溶液150g
に浸漬し、室温以下で2時間攪拌した。これに砕いた氷
850gを少しずつ加え、容器の周囲を氷水で冷却しな
がら攪拌した。この処理によりキチンはほぼ溶解する。
その後塩酸を加えて中和し、十分に水洗した後、乾燥さ
せずに、この再生キチンを水200mlに懸濁した。T
EMPO0.192g、臭化ナトリウム2.54gを2
00mlの水に溶解した水溶液を加え、反応系を冷却
し、次に次亜塩素酸ナトリウム水溶液(Cl=5%)9
0mlを添加し、酸化反応を開始する。反応温度は常に
5℃に維持した。反応中は系内のpHが低下するが、
0.5N−NaOH水溶液を逐次添加し、pH10.8
付近に調整した。6位の一級水酸基の全モル数に対し、
100%のモル数に対応するアルカリ添加量に達した時
点で、エタノールを添加し、反応を停止させ、水:アル
コール=2:8により十分洗浄した後、アセトンで脱水
し、40℃で減圧乾燥させて、白色粉末の酸化キチンを
得た。
製した。酸化キチンは完全に溶解し、25℃でB型粘度
計にて測定した粘度は50〜70mPa・sであった。
この溶液に日本薬局方ガーゼ3gを10秒間浸漬して、
金網上に広げて風乾し、実施例3の酸化キチン被覆ガー
ゼを得た。
増加から約1.6gの酸化キチンが被覆されていた。
ロース セオラスクリームFP−03(旭化成工業
(株)製)の絶乾重量10g分に、TEMPO0.12
5g、臭化ナトリウム1.25gを200mlの水に溶
解し冷却しておいた水溶液を添加し、反応系を冷却し
て、次に次亜塩素酸ナトリウム水溶液(Cl=5%)1
00mlを添加し、酸化反応を開始する。反応温度は常
に5℃に維持した。反応中は系内のpHが低下するが、
0.5N−NaOH水溶液を逐次添加し、pH10.8
付近に調整した。1日後にエタノールを添加して反応を
停止し、水或いはアルコールにて十分洗浄し、最終的に
10%濃度の酸化セルロース水分散液に調製した。ここ
で酸化反応中に添加されたアルカリの量は、グルコース
単位の6位の一級水酸基の全モル数に対し、100%で
あった。
間浸漬して、金網上に広げて風乾し、実施例4の酸化セ
ルロース被覆ガーゼを得た。
重量増加から約1.2gの酸化セルロースが被覆されて
いた。
R分析による方法で求めたところ、その酸化度は約50
%であった。
よりIR分析を行った。試料中の水酸基に由来する33
50cm−1付近の吸光度と、カルボキシルアニオンに
由来する1620cm−1付近の吸光度比から、酸化度
を求めた。この際、未酸化の乾燥セルロース試料と実施
例1で作成した酸化度100%の乾燥酸化セルロース試
料を所定の混合比で混合して同様にIR分析を行い、1
00%酸化セルロースの含有率と上記吸光度比から検量
線を作成した。100%酸化セルロース含率をもって、
上記酸化セルロースの酸化度とした。
MC セロゲンPR(第一工業製薬(株)製)5gを、
水95gに懸濁した。完全には溶解せず、粘調な液体と
なった。これに日本薬局方ガーゼ3gを10秒間浸漬し
て、金網上に広げて風乾し、比較例1のCMC被覆ガー
ゼを得たが、CMCの被覆状態にはムラがあり、不均一
なものであった。
MC セロゲンPR(第一工業製薬(株)製)2gを、
水98gに溶解し、2%水溶液を得た。溶液の粘度を2
5℃にてB型粘度計で測定したところ100〜110m
Pa・sであった。これに日本薬局方ガーゼ3gを10
秒間浸漬して、金網上に広げて風乾し、比較例2のCM
C被覆ガーゼを得た。
が、重量増加から計算した被覆されたCMC量は約0.
1gと少なかった。
させた材料は、被覆又は含浸されている酸化多糖類の化
学構造が均一であり、完全に代謝されるウロン酸構造を
有するため、生体に対する安全性が高い。またその酸化
反応も水系で温和な条件下で行われ、二酸化窒素による
酸化方法に比べて安全性が高いと言える。
対する溶解性が高く、溶液粘度も低いことから、材料に
対して含浸やコーティング加工を行う際の加工性が良
く、均一で良好な酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた
材料が得られる。さらに、溶液濃度を高く設定できるこ
とから、乾燥熱量の低減、加工速度の向上による、加工
コストの削減にも繋がる。
ヒアルロン酸やコンドロイチン等の生体由来材料の化学
構造は、グルクロン酸とN−アセチルグルコサミンの共
重合構造を成しているが、本発明における酸化キチン及
び酸化キトサンの化学構造はN−アセチルグルコサミン
或いはグルコサミンのC6位にカルボキシル基が導入さ
れた構造であり、化学構造が類似しており、同様の機能
を発現することも期待できる。本発明の酸化多糖類の酸
化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料、特に酸化キチ
ン及び酸化キトサンの被覆材料は、生体適合性材料とし
ての可能性が大きく、未確認ではあるが、生理活性等を
有することにも期待が持たれる。
Claims (11)
- 【請求項1】多糖類材料を水中にて、N−オキシル化合
物の存在下で酸化処理することにより得られる水溶性或
いは水分散性の酸化多糖類材料を、材料に含浸或いは塗
布したことを特徴とする酸化多糖類材料を被覆又は含浸
させた材料。 - 【請求項2】前記N−オキシル化合物が、2,2,6,
6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシルであ
ることを特徴とする請求項1に記載の酸化多糖類材料を
被覆又は含浸させた材料。 - 【請求項3】前記酸化処理が、水中で臭化アルカリ金属
またはヨウ化アルカリ金属の存在下、次亜ハロゲン酸、
亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸およびそれらの塩のうち少
なくとも1種の酸化剤を用いたことを特徴とする請求項
1又は2に記載の酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた
材料。 - 【請求項4】前記酸化処理が、アルカリを添加してpH
9〜12に保ちながら酸化処理することを特徴とする請
求項1〜3のいずれか一に記載の酸化多糖類材料を被覆
又は含浸させた材料。 - 【請求項5】前記酸化多糖類が、再生セルロース、澱
粉、再生キチン、キトサンの群から選ばれるいずれか一
を酸化処理することにより得られる、前記各酸化多糖類
の分子の還元末端、またはピラノース環の第6位のみを
選択的に酸化してカルボキシル基とした水溶性のウロン
酸構造を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれ
か一に記載の酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材
料。 - 【請求項6】前記酸化多糖類が、微細化セルロースを酸
化処理することにより得られる、セルロース分子の還元
末端、またはピラノース環の第6位のみを選択的に酸化
してカルボキシル基とした水分散性の酸化セルロースで
あることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一に記載
の酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料。 - 【請求項7】前記酸化多糖類のカルボキシル基が、多糖
類材料の構成単糖のモル数に対して60%以上(酸化度
60%以上)である水溶性の酸化多糖類であることを特
徴とする請求項1〜5のいずれか一に記載の酸化多糖類
材料を被覆又は含浸させた材料。 - 【請求項8】前記酸化多糖類のカルボキシル基が、多糖
類材料の構成単糖のモル数に対して10〜60%(酸化
度10〜60%)である水分散性の酸化多糖類であるこ
とを特徴とする請求項1〜4、6のいずれか一に記載の
酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料。 - 【請求項9】前記材料が、セルロース繊維又は再生セル
ロース繊維からなることを特徴とする請求項1〜8のい
ずれか一に記載の酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた
材料。 - 【請求項10】前記材料の形状が、布、ガーゼ、スポン
ジ、多孔質シート、紙材であることを特徴とする請求項
1〜9のいずれか一に記載の酸化多糖類材料を被覆又は
含浸させた材料。 - 【請求項11】請求項1から10の酸化多糖類材料を被
覆又は含浸させた材料からなることを特徴とする生体適
合性材料。
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JP2001382872A JP4846147B2 (ja) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | 酸化多糖類材料を被覆又は含浸させた材料の製造方法 |
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