JP2004162215A - ポリグリコール酸繊維構造体、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】柔軟性を有するポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体およびその製造方法の提供。
【解決手段】平均繊維径が１０〜１００００ｎｍであるポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体を作成し、さらに超臨界ニ酸化炭素中に浸漬する繊維構造体の製造方法。なお繊維構造体を作成する方法としては静電紡糸法が好ましい。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体およびその製造方法に関する。更に詳しくは、引張強度を急激に低下させることなく、柔軟性に優れたポリグリコール酸繊維構造体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
再生医療分野においては、細胞を培養する際に基材として多孔体が用いられることがある。多孔体としては凍結乾燥による発泡体や繊維構造体が知られている。これら多孔体は細胞との親和性や生体内分解性、安全性などが必要とされる。
【０００３】
また手術用縫合糸などに用いられるポリグリコール酸は優れた生体適合性と生体内分解性、安全性を有しており、ポリグリコール酸からなる繊維構造体を基材に用いることが検討されている（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、これら方法で得られる繊維構造体は繊維径が大きすぎるため、繊維構造体の柔軟性が不十分であり、より繊維径の小さい繊維構造体が望まれていた。
【０００４】
一方繊維径の小さい繊維構造体を製造する方法として、静電紡糸法は公知である。静電紡糸法は、液体、例えば繊維形成物質を含有する溶液等を電場内に導入し、これにより液体を電極に向かって曳かせ、繊維状物質を形成させる工程を包含する。普通、繊維形成物質は溶液から曳き出される間に硬化させる。硬化は、例えば冷却（例えば、紡糸液体が室温で固体である場合）、化学的硬化（例えば、硬化用蒸気による処理）、または溶媒の蒸発などにより行われる。また、得られる繊維状物質は、適宜に配置した受容体上に捕集され、必要ならばそこから剥離することも出来る。
【０００５】
例えば特定条件を満たした紡糸液を高電圧下で紡糸することによりポリビニルアルコールの微細繊維シートが得られることが報告されている（例えば、特許文献１参照。）。また、紡糸液の表面張力と蒸発速度を制御することで直径が０．５μｍ未満の繊維物質が得られることが報告されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし柔軟性の点ではいまだ不十分であった。
【０００６】
ポリグリコール酸に関しても、同様に静電紡糸法によって繊維径の非常に小さい繊維よりなる繊維構造体が得られることが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。しかしながら、これら静電紡糸法を用いて得られた繊維構造体も、細胞を培養する基材（足場）として用いるには柔軟性が不十分であった。また柔軟性のみを確保するため通常の紡糸条件の中で条件変更をすると、引張強度が急激に低下し実質的に取り扱いが困難となる可能性が大きい。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−１４５４６５号公報（１〜３頁）
【０００８】
【特許文献２】
特開平３−２２０３０５号公報（１〜４頁）
【０００９】
【非特許文献１】
大野典也、相澤益男監訳代表「再生医学」株式会社エヌ・ティー・エス、２００２年１月３１日、２５８頁
【００１０】
【非特許文献２】
Ｅｕｇｅｎｅ Ｄ． Ｂｏｌａｎｄ， Ｇａｒｙ Ｌ． Ｂｏｗｌｉｎ， Ｄａｖｉｄ Ｇ． Ｓｉｍｐｓｏｎ， Ｇａｒｙ Ｅ． Ｗｎｅｋ著、Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００１，８５，５１
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は引張強度を急激に低下させることなく、柔軟性を有するポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体を提供することにある。また本発明の他の目的は、柔軟性を有するポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のとおりである。
１．平均繊維径が１０〜１００００ｎｍであるポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体を作成し、さらに超臨界二酸化炭素中に浸漬する繊維構造体の製造方法。
２．そのポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体を作成する際に、ポリグリコール酸を含む紡糸液を電極間で形成された静電場中に吐出し、紡糸液を電極に向けて曳糸し、形成される繊維状物質を捕集する静電紡糸法によって繊維構造体を作成する１．に記載の繊維構造体の製造方法。
３．超臨界二酸化炭素中に浸漬する際の超臨界二酸化炭素の温度が、３２℃〜２００℃である１．または２．に記載の製造方法。
４．１．〜３．のいずれか１つに記載の製造方法によって製造された繊維構造体。
５．平均繊維径が１０〜１００００ｎｍであり、引張弾性率が５〜２０ＭＰａかつ引張強度が１〜４ＭＰａであるポリグリコール酸繊維構造体。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳述する。
【００１４】
本発明における繊維構造体は平均繊維径が１０〜１００００ｎｍであるポリグリコール酸を主成分とする。また繊維構造体とは、得られた単数または複数の繊維が積層され、織り、編まれ、若しくはその他の手法により集積されて形成された３次元の構造体を好ましく挙げられるが、単繊維であるフィラメントおよびフィラメントを複数集めたヤーンもまた好ましい例として包含するものとする。またポリグリコール酸は繊維形成性を有し、かつ必要な物性を示せば、特に分子量は制限されないが、通常は、固有粘度［η］に換算して０．６〜２．５（２０℃、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール中）であることが好ましい。また「主成分とする」とは、全重合体中の少なくとも７０重量％以上がポリグリコール酸に由来する化学構造であることを指す。
【００１５】
また本発明において、ポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体の平均繊維径は１０〜１００００ｎｍである。平均繊維径が１０ｎｍより小さいと、生体内分解性が早すぎるため好ましくない。また、平均繊維径が１００００ｎｍより大きいと柔軟性が不十分であり、好ましくない。より好ましい平均繊維径は２０〜５０００ｎｍであり、特に好ましい平均繊維径は５０〜３０００ｎｍである。なお繊維径とは繊維断面の直径を表す。
【００１６】
本発明においては、その目的を損なわない範囲で、他のポリマーを併用（例えばポリマー共重合、ポリマーブレンド等）しても良い。他のポリマーとしては、例えばポリ乳酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、若しくはポリカプロラクトンといった脂肪族ポリエステル；ポリエチレングリコール等の脂肪族ポリエーテル；コラーゲン、若しくはゼラチンといったポリアミノ酸；またはアルギン酸、キチン、若しくはキトサンといった多糖類などを挙げることが出来る。
【００１７】
またポリグリコール酸の繊維構造体を製造する方法としては、通常の高分子体の溶液から紡糸・繊維構造体を作成する方法であれば、いずれも用いることができる。例えば溶融紡糸法、乾式紡糸法、湿式紡糸法により繊維を得た後、得られた繊維をスパンボンド法により製造する方法、メルトブロー法により製造する方法もしくは静電紡糸法により製造する方法が挙げられる。なかでも静電紡糸法によって製造するのが好ましい。以下静電紡糸法により製造する方法について詳細に説明する。
【００１８】
本発明で用いる静電紡糸法ではポリグリコール酸を含む紡糸液を電極間で形成された静電場中に吐出し、紡糸液を電極に向けて曳糸し、形成される繊維状物質を捕集することによって得ることができる。繊維状物質とは既に紡糸液の溶媒が留去され、繊維構造体となっている状態のみならず、いまだ紡糸液の溶媒を含んでいる状態も示している。本発明で用いられる電極は、金属、無機物、または有機物のいかなるものでも導電性を示しさえすれば良い。また、絶縁物上に導電性を示す金属、無機物、または有機物の薄膜を持つものであっても良い。本発明における静電場は一対又は複数の電極間で形成されており、いずれの電極に高電圧を印加しても良い。これは例えば電圧値が異なる高電圧の電極が２つ（例えば１５ｋＶと１０ｋＶ）と、アースにつながった電極の合計３つの電極を用いる場合も含み、または３本を越える数の電極を使う場合も含むものとする。
【００１９】
本発明における紡糸液中のポリグリコール酸の濃度は１〜１５重量％であることが好ましい。ポリグリコール酸の濃度が１重量％より小さいと、濃度が低すぎるため繊維構造体を形成することが困難となり好ましくない。また、１５重量％より大きいと得られる繊維構造体の繊維径が大きくなり好ましくない。より好ましいポリグリコール酸の濃度は２〜１２重量％である。
【００２０】
紡糸液を形成する溶媒はポリグリコール酸を所定の濃度に溶解することが可能であれば特に制限されないが、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノールがポリグリコール酸の溶解性から好ましく用いることが出来る。
【００２１】
紡糸液を静電場中に吐出するには、任意の方法を用いることが出来る。例えば、一例として図１を用いて以下説明する。紡糸液２をノズルに供給することによって、紡糸液を静電場中の適切な位置に置き、そのノズルから紡糸液を電界によって曳糸して繊維化させる。このためには適宜な装置を用いることができ、例えば注射器の筒状の紡糸液保持槽３の先端部に適宜の手段、例えば高電圧発生器６にて電圧をかけた注射針状の紡糸液噴出ノズル１を設置して、紡糸液をその先端まで導く。接地した繊維状物質捕集電極５から適切な距離に該噴出ノズル１の先端を配置し、紡糸液２が該噴出ノズル１の先端を出るときにこの先端と繊維状捕集電極５の間にて繊維状物質を形成させる。
【００２２】
また当業者には自明の方法で紡糸液の微細滴を静電場中に導入することもできる。一例として図２を用いて以下に説明する。その際の唯一の要件は液滴を静電場中に置いて、繊維化が起こりうるような距離に繊維状物質捕集電極５から離して保持することである。例えば、ノズル１を有する紡糸液保持槽３中の紡糸液２に直接、直接繊維状物質捕集電極に対抗する電極４を挿入しても良い。
【００２３】
紡糸液をノズルから静電場中に供給する場合、数個のノズルを用いて繊維状物質の生産速度を上げることもできる。電極間の距離は、帯電量、ノズル寸法、紡糸液流量、紡糸液濃度等に依存するが、１０ｋＶ程度のときには５〜２０ｃｍの距離が適当であった。また、印加される静電気電位は、一般に３〜１００ｋＶ、好ましくは５〜５０ｋＶ、一層好ましくは５〜３０ｋＶである。所望の電位は任意の適切な方法で作れば良い。
【００２４】
本発明においては、紡糸液を電極に向けて曳糸する間に、条件に応じて溶媒が蒸発して繊維状物質が形成される。通常の室温であれば繊維状物質捕集電極上に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、もし溶媒蒸発が不十分な場合は減圧条件下で曳糸しても良い。また、曳糸する温度は溶媒の蒸発挙動や紡糸液の粘度に依存するが、通常は、０〜５０℃である。そして繊維状物質が繊維状物質捕集電極５上に集積されて繊維構造体が製造される。
【００２５】
本発明における繊維構造体が３次元の構造体である時、その厚みは特に限定されないが、通常は０．０５〜５ｍｍであることが好ましい。厚みが０．０５ｍｍより小さいと繊維構造体の取扱性が悪くなり好ましくない。また、５ｍｍより大きいと柔軟性が不十分となり、好ましくない。好ましい厚みは０．１〜３ｍｍである。
【００２６】
本発明の製造方法は、上記方法によって繊維構造体を作成し、さらに超臨界二酸化炭素中に浸漬することである。この超臨界二酸化炭素中に浸漬することが必須である。原因はいまだに不明であるが、超臨界状態の二酸化炭素に浸漬することで引張強度を急激に低下させることなく、繊維構造体の柔軟性が向上する。
【００２７】
超臨界状態は気体と液体が共存できる限界の温度、圧力を超えた状態であり、二酸化炭素の場合温度３１．１℃、圧力７．３８ＭＰａ以上である。本発明の製造方法においては、超臨界二酸化炭素の温度は３２℃〜２００℃であることが好ましい。３２℃より低いと引張強度を急激に低下させることなく、柔軟性を向上することが困難であり好ましくない。また、２００℃より高いと繊維構造体がその形状を維持することが困難であり、好ましくない。より好ましい温度は３５℃〜１００℃である。
【００２８】
本発明の超臨界二酸化炭素の圧力は、７．３８ＭＰａ以上であれば特に限定されないが、装置の安全上やコストの観点から、４０ＭＰａ以下が好ましい。より好ましい圧力は、８〜２０ＭＰａである。
【００２９】
また超臨界状態とは上述のように、気体と液体が共存できる限界の温度、圧力を超えた状態であり、気体と液体の両方の特性をもつ状態なので「浸漬する」とは液体（或いはそれに近似した）状態に浸漬するという通常思料される概念のみにとどまるものではなく、気体（或いはそれに近似した）状態に接触するという概念も含むものである。
【００３０】
本発明において、繊維構造体を超臨界二酸化炭素中に浸漬しているとき、温度と圧力を一定に保っても良いし、変化させても良い。本発明において、繊維構造体を超臨界二酸化炭素中に浸漬する時間は、５分以上であるとその柔軟性が向上する効果が顕著になり好ましい。より好ましい浸漬時間は３０分以上である。このような製造方法にて製造された繊維構造体が再生医療分野において、好ましい性質を発現する。
【００３１】
なお本発明においては、例えば上記のような製造方法に限定されず、他の製造方法で得られた平均繊維径が１０〜１００００ｎｍであり、引張弾性率が５〜２０ＭＰａかつ引張強度が１〜４ＭＰａであるポリグリコール酸繊維構造体も再生医療分野において細胞を培養する基材（足場）として好ましい。好ましくは２０〜５０００ｎｍ、より好ましくは５０〜３０００ｎｍの平均繊維径のポリグリコール酸繊維構造体である。また好ましくは１．２〜４ＭＰａ、より好ましくは１．５〜４ＭＰａの引張強度のポリグリコール酸繊維構造体である。平均繊維径が１０〜１００００ｎｍの範囲外の場合に好ましくないのは先述のとおりであり、引張弾性率が５ＭＰａ未満では繊維構造体として取り扱いが困難であり、２０ＭＰａを超えると柔軟性が不十分で細胞を培養する基材（足場）としての使用が困難となり好ましくない。また引張強度が１ＭＰａ未満では繊維構造体としての取り扱いが困難であり、引張強度が４ＭＰａを超えると引張弾性率が２０ＭＰａを超えることがあり、柔軟性が不十分となり好ましくない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明はポリグリコール酸を主成分とする柔軟な繊維構造体の製造方法およびポリグリコール酸繊維構造体を提供する。また本発明によって得られる繊維構造体は、良好な柔軟性と充分な強度を有するため体内に埋め込んだ際に周囲の組織との親和性が優れ、また細胞培養の基材（足場）として用いる際に細胞との親和性が優れるなど大変好ましい性質を示すものである。
【００３３】
【実施例】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
（１）ポリグリコール酸の固有粘度［η］
１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール中、２０℃にて、ウベローデ粘度管を用いて測定した。
（２）引張強度、引張伸度、引張弾性率
試長２０ｍｍ、引張速度２０ｍｍ／分で伸長し、破断時の強度、伸度および伸長開始時の弾性率を測定した。測定は５回行い、その平均値を用いた。
【００３４】
［実施例１］
ポリグリコール酸（［η］＝１．０）を１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノールに溶解して５重量％の溶液とした。図２にしめす装置を用いて、該溶液を繊維状物質捕集電極５に１５分間吐出した。紡糸速度は５ｍｌ／ｈｒであり、電圧は８ｋＶ、噴出ノズル１から繊維状物質捕集電極５までの距離は１０ｃｍであった。得られた繊維構造体を走査型電子顕微鏡で測定したところ、平均繊維径は５００ｎｍであり、平均繊維径が１００ｎｍ以下と２０００ｎｍ以上の繊維構造体は存在しなかった。
【００３５】
このようにして得られた繊維構造体を、４０℃、１５ＭＰａの超臨界二酸化炭素中に４時間浸漬した。得られた平均繊維径は５００ｎｍの繊維構造体について、引張強度、引張伸度、引張弾性率を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００３６】
［実施例２］
４０℃、１５ＭＰａの超臨界二酸化炭素中に浸漬する代わりに、５０℃、１５ＭＰａの超臨界二酸化炭素中に浸漬した以外は実施例１と同様の操作を行った。得られた平均繊維径は５００ｎｍの繊維構造体について、その結果を表１に示す。
【００３７】
［比較例１］
超臨界二酸化炭素中に浸漬しなかった以外は実施例１と同様の操作を行った。得られた結果を表１に示す。
【００３８】
［比較例２］
超臨界二酸化炭素の代わりに、空気中で４０℃に４時間保持した以外は実施例１と同様の操作を行った。得られた結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法のなかで、紡糸液を静電場中に吐出する静電紡糸法で用いる装置の一例である。
【図２】本発明の製造方法のなかで、紡糸液の微細滴を静電場中に導入する静電紡糸法で用いる装置の一例である。
【符号の説明】
１． 噴出ノズルまたはノズル
２． 紡糸液
３． 紡糸液保持槽
４． 電極
５． 繊維状物質捕集電極
６． 高電圧発生器

Claims (5)

1. 平均繊維径が１０〜１００００ｎｍであるポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体を作成し、さらに超臨界ニ酸化炭素中に浸漬する繊維構造体の製造方法。
2. 該ポリグリコール酸を主成分とする繊維構造体を作成する際に、ポリグリコール酸を含む紡糸液を電極間で形成された静電場中に吐出し、紡糸液を電極に向けて曳糸し、形成される繊維状物質を捕集する静電紡糸法によって繊維構造体を作成する請求項１記載の繊維構造体の製造方法。
3. 超臨界二酸化炭素中に浸漬する際の超臨界二酸化炭素の温度が、３２℃〜２００℃である請求項１または２に記載の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法によって製造された繊維構造体。
5. 平均繊維径が１０〜１００００ｎｍであり、引張弾性率が５〜２０ＭＰａかつ引張強度が１〜４ＭＰａであるポリグリコール酸繊維構造体。

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