JP2023036623A - Sulfate-esterified cellulose nanofiber and dried product thereof - Google Patents
Sulfate-esterified cellulose nanofiber and dried product thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023036623A JP2023036623A JP2022194428A JP2022194428A JP2023036623A JP 2023036623 A JP2023036623 A JP 2023036623A JP 2022194428 A JP2022194428 A JP 2022194428A JP 2022194428 A JP2022194428 A JP 2022194428A JP 2023036623 A JP2023036623 A JP 2023036623A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sulfate
- cnf
- hydrogel
- cross
- salt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 59
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims abstract description 117
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 115
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims abstract description 62
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims abstract description 27
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 10
- 230000032050 esterification Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 43
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 27
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 2
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 abstract description 41
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 47
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 23
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 18
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 18
- WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N Acetic anhydride Chemical compound CC(=O)OC(C)=O WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- -1 alkali metal salt Chemical class 0.000 description 10
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 10
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 6
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 6
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 6
- NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N hexane-1,6-diamine Chemical compound NCCCCCCN NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 6
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 6
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 6
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 5
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 230000000840 anti-viral effect Effects 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 4
- 238000003381 deacetylation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000012567 medical material Substances 0.000 description 4
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 230000006196 deacetylation Effects 0.000 description 3
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 3
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 3
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 description 3
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 description 3
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 3
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 description 2
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 2
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 206010061592 cardiac fibrillation Diseases 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- AEUTYOVWOVBAKS-UWVGGRQHSA-N ethambutol Chemical compound CC[C@@H](CO)NCCN[C@@H](CC)CO AEUTYOVWOVBAKS-UWVGGRQHSA-N 0.000 description 2
- 230000002600 fibrillogenic effect Effects 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 2
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- ATHGHQPFGPMSJY-UHFFFAOYSA-N spermidine Chemical compound NCCCCNCCCN ATHGHQPFGPMSJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PFNFFQXMRSDOHW-UHFFFAOYSA-N spermine Chemical compound NCCCNCCCCNCCCN PFNFFQXMRSDOHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 2
- GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 1,2-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC=C1N GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WURBVZBTWMNKQT-UHFFFAOYSA-N 1-(4-chlorophenoxy)-3,3-dimethyl-1-(1,2,4-triazol-1-yl)butan-2-one Chemical compound C1=NC=NN1C(C(=O)C(C)(C)C)OC1=CC=C(Cl)C=C1 WURBVZBTWMNKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MSWZFWKMSRAUBD-IVMDWMLBSA-N 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose Chemical compound N[C@H]1C(O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O MSWZFWKMSRAUBD-IVMDWMLBSA-N 0.000 description 1
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N Acetamide Chemical group CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002567 Chondroitin Polymers 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- GSNUFIFRDBKVIE-UHFFFAOYSA-N DMF Natural products CC1=CC=C(C)O1 GSNUFIFRDBKVIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001503 Glucan Polymers 0.000 description 1
- 108010003272 Hyaluronate lyase Proteins 0.000 description 1
- 102000001974 Hyaluronidases Human genes 0.000 description 1
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000881 Modified starch Polymers 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OVRNDRQMDRJTHS-UHFFFAOYSA-N N-acelyl-D-glucosamine Natural products CC(=O)NC1C(O)OC(CO)C(O)C1O OVRNDRQMDRJTHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OVRNDRQMDRJTHS-FMDGEEDCSA-N N-acetyl-beta-D-glucosamine Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O OVRNDRQMDRJTHS-FMDGEEDCSA-N 0.000 description 1
- MBLBDJOUHNCFQT-LXGUWJNJSA-N N-acetylglucosamine Natural products CC(=O)N[C@@H](C=O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO MBLBDJOUHNCFQT-LXGUWJNJSA-N 0.000 description 1
- 241001263478 Norovirus Species 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000738 acetamido group Chemical group [H]C([H])([H])C(=O)N([H])[*] 0.000 description 1
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000033115 angiogenesis Effects 0.000 description 1
- 230000002155 anti-virotic effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 1
- MSWZFWKMSRAUBD-UHFFFAOYSA-N beta-D-galactosamine Natural products NC1C(O)OC(CO)C(O)C1O MSWZFWKMSRAUBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 229940105329 carboxymethylcellulose Drugs 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- RQFQJYYMBWVMQG-IXDPLRRUSA-N chitotriose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](N)[C@H](O)O[C@H](CO)[C@H]1O[C@H]1[C@H](N)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)N)[C@@H](CO)O1 RQFQJYYMBWVMQG-IXDPLRRUSA-N 0.000 description 1
- DLGJWSVWTWEWBJ-HGGSSLSASA-N chondroitin Chemical compound CC(O)=N[C@@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@H](O)[C@@H]1OC1[C@H](O)[C@H](O)C=C(C(O)=O)O1 DLGJWSVWTWEWBJ-HGGSSLSASA-N 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000850 deacetylating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- AFOSIXZFDONLBT-UHFFFAOYSA-N divinyl sulfone Chemical compound C=CS(=O)(=O)C=C AFOSIXZFDONLBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229960000285 ethambutol Drugs 0.000 description 1
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229960002442 glucosamine Drugs 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229960002773 hyaluronidase Drugs 0.000 description 1
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019426 modified starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229950006780 n-acetylglucosamine Drugs 0.000 description 1
- XZEUAXYWNKYKPL-URLMMPGGSA-N ormeloxifene Chemical compound C1([C@@H]2[C@H](C3=CC=C(C=C3OC2(C)C)OC)C=2C=CC(OCCN3CCCC3)=CC=2)=CC=CC=C1 XZEUAXYWNKYKPL-URLMMPGGSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- PZZICILSCNDOKK-UHFFFAOYSA-N propane-1,2,3-triamine Chemical compound NCC(N)CN PZZICILSCNDOKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003586 protic polar solvent Substances 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229940063673 spermidine Drugs 0.000 description 1
- 229940063675 spermine Drugs 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229920000247 superabsorbent polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 241000712461 unidentified influenza virus Species 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 230000029663 wound healing Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
Description
本発明は、硫酸エステル化セルロースナノファイバー（以下、「硫酸ＣＮＦ」と略称する場合がある。また、「セルロースナノファイバー」を「ＣＮＦ」と略称する場合がある。）に由来するハイドロゲル、その製造方法及びその乾燥物に関する。本発明のハイドロゲルは、保湿、保水、抗菌、抗ウイルス、創傷ケア、ドラッグデリバリー、ヘルスケア等を求められる用途に好適に使用できる。 The present invention provides a hydrogel derived from sulfate-esterified cellulose nanofibers (hereinafter sometimes abbreviated as "sulfuric acid CNF", and "cellulose nanofibers" may be abbreviated as "CNF"), It relates to a manufacturing method and its dried product. The hydrogel of the present invention can be suitably used for applications requiring moisturizing, water retention, antibacterial, antiviral, wound care, drug delivery, health care, and the like.
ヒドロゲルは、親水性高分子鎖間が物理的又は化学的に架橋された三次元ネットワーク構造を持つ高分子マトリックスに水や保湿剤等を含むものである。架橋点の数や部位によってヒドロゲルの物性が大きく変化する。
ヒドロゲルの用途としては、衛生用品・化粧品、創傷ケア、人工筋肉、人工軟骨、ドラッグデリバリー、再生医療、生体機能チップの培養、農業・食品、法医学・研究、ヘルスケア等の用途が挙げられる。多糖類を使ったヒドロゲルは、特に、食品、化粧品、薬物送達、組織工学に至るまで、数多くの用途に有用である。
A hydrogel contains water, a moisturizing agent, etc. in a polymer matrix having a three-dimensional network structure in which hydrophilic polymer chains are physically or chemically crosslinked. The physical properties of hydrogels vary greatly depending on the number and sites of cross-linking points.
Applications of hydrogels include sanitary goods/cosmetics, wound care, artificial muscle, artificial cartilage, drug delivery, regenerative medicine, biofunctional chip culture, agriculture/food, forensic medicine/research, and healthcare. Polysaccharide-based hydrogels are particularly useful in many applications ranging from food and cosmetics to drug delivery and tissue engineering.
しかし、ヒドロゲルの決定的な弱点は、乏しい力学強度である。特に一般電解質ゲルは指で触るだけで容易く壊れてしまうほど脆く，負荷がかかる応用にはまったく使用できないため、その応用範囲が大きく制限されている。特に人工筋肉や軟骨等再生医療の場合、ゲルの強度問題を解決しなければならない。
また、医療材とした場合、もう一つ課題は生体安全性問題である。また、創傷被覆材とした場合、抗菌性と抗ウイルス活性及び生分解性を併せ持つことも求められている。
しかしながら、現在利用可能な超吸収性高分子ヒドロゲルは、ほとんど専らアクリル系の製品であり、それ故に生物分解性ではない。環境保護問題における興味が高まっていることを考慮すると、近年にわたり、従来の超吸収性ポリアクリル類の特性と同様の特性を有する、生分解性重合体に基づく超吸収性材料の開発に膨大な興味が注がれてきた。
A critical weakness of hydrogels, however, is their poor mechanical strength. In particular, general electrolyte gels are so fragile that they can easily break when touched with a finger, and cannot be used for applications where loads are applied. In particular, in the case of regenerative medicine such as artificial muscle and cartilage, the problem of gel strength must be resolved.
Moreover, when it is used as a medical material, another issue is the biological safety issue. In addition, when used as a wound dressing, it is also required to have both antibacterial properties, antiviral activity and biodegradability.
However, currently available superabsorbent polymer hydrogels are almost exclusively acrylic-based products and are therefore not biodegradable. Considering the growing interest in environmental protection issues, over the last years a great deal of effort has been devoted to the development of superabsorbent materials based on biodegradable polymers, which have properties similar to those of conventional superabsorbent polyacrylics. Interest has been pouring in.
多糖の物理的ゲル化は、親溶媒性相互作用と疎溶媒性相互作用のバランスを保つことで実現できる。高分子鎖の再構成は、単純なヒドロゲル集合体を形成する処理手段の１つである溶媒交換によって実現できる。従来技術では、キトサンヒドロゲル、セルロースナノファイバーゲル、ＣＭＣゲル、ＨＰＣゲル、ＭＣゲル等が挙げられる。しかし、これらのセルロース誘導体に由来するヒドロゲルの三次元ネットワーク構造が物理的作用により形成されるため、ヒドロゲルが弱い。さらに、吸水率も低い。 Physical gelation of polysaccharides can be achieved by balancing solvophilic and solvophobic interactions. Polymer chain rearrangement can be accomplished by solvent exchange, one of the simpler hydrogel assembly forming procedures. Prior art includes chitosan hydrogel, cellulose nanofiber gel, CMC gel, HPC gel, MC gel, and the like. However, since the three-dimensional network structure of hydrogels derived from these cellulose derivatives is formed by physical action, the hydrogels are weak. Furthermore, the water absorption rate is also low.
例えば、１９９０年には、ＡｎｂｅｒｇｅｎおよびＯｐｐｅｒｍａｎｎ（非特許文献１）は、完全にセルロース誘導体から作られた超吸収性材料の合成のための方法を提唱した。具体的には、彼らはヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）およびカルボキシメチルセルロースナトリウム塩（ＣＭＣＮａ）を用い、ジビニルスルホンで塩基性溶液中にて化学的に架橋した。しかしながら、このような材料の吸収特性は、アクリル系の超吸収性材料のそれと比較して高くはない。 For example, in 1990, Anbergen and Oppermann [1] proposed a method for the synthesis of superabsorbent materials made entirely of cellulose derivatives. Specifically, they used hydroxyethylcellulose (HEC) and carboxymethylcellulose sodium salt (CMCNa) and chemically crosslinked them with divinyl sulfone in basic solution. However, the absorption properties of such materials are not as high as those of acrylic superabsorbent materials.
また、非特許文献２に記載されたアクリル酸系変性された超吸水性デンプン誘導体およびセルロース誘導体は、吸水率が高いものの、生物安全性が配慮されている。 In addition, although the acrylic acid-modified superabsorbent starch derivative and cellulose derivative described in Non-Patent Document 2 have a high water absorption rate, biosafety is taken into consideration.
また、特許文献１は、水溶性硫酸セルロースにカリウム塩又はナトリウム塩を加え、加熱冷却して得られる硫酸セルロースゲルであり、強度、弾力性がそれほど大きいものではなく、かつ離水現象をも呈するので、殆どの用途に対しては不充分なものである。同じ特許文献１では、これらの問題を改良するために、水溶性硫酸セルロースとアルカリ金属塩の水溶液に別種の水溶性高分子を添加して熱可逆性ゲルを生成させる方法を発明したが、第２水溶性ポリマーを添加することが必要であり、得られるゲルの保水率（３５倍以下）や強度は低く、且つ時間が経過すると離水現象が発生し、保水率はさらに低下する問題がある。また、熱可逆性ゲルであるため、ゲルを温めると再び水溶液に戻る。
Further,
本発明は、硫酸エステル化セルロースナノファイバーとキトサン（Ｂ）又はアミン（Ｃ）を複合して硫酸ＣＮＦヒドロゲルを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a sulfated CNF hydrogel by combining sulfated cellulose nanofibers with chitosan (B) or amine (C).
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、表面の水酸基が一部又は全てが硫酸エステル化修飾される硫酸エステル化セルロースナノファイバー（Ａ）とキトサン（Ｂ）又はアミン（Ｃ））が複合化ヒドロゲルを形成することができることを見出し以下の発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors found that sulfate-esterified cellulose nanofibers (A) in which some or all of the hydroxyl groups on the surface are sulfate-esterified and modified with chitosan (B) or amine ( C)) can form a composite hydrogel and completed the following invention.
〔１〕 表面の水酸基の一部又は全てが硫酸エステル化修飾される硫酸エステル化セルロースナノファイバー（Ａ）を架橋剤で架橋したヒドロゲルであって、前記架橋剤は、キトサン（Ｂ）、及び／又はジアミン、トリアミン及びポリアミンの群から選ばれる少なくとも一つ以上のアミン（Ｃ）であることを特徴とする硫酸エステル化セルロースナノファイバーヒドロゲル。
〔２〕 前記硫酸エステル化セルロースナノファイバーが、平均直径１～２０ｎｍであり、平均長さ０．５～１０μｍであり、Ｉ型結晶構造を有し、セルロースの構成単位である無水グルカン１つあたり硫酸エステル基が０．０５～１．０の硫酸エステル化セルロースナノファイバーであることを特徴とする前記〔１〕に記載の硫酸エステル化セルロースナノファイバーヒドロゲル。
〔３〕 前記キトサン（Ｂ）が、ＳＰ値１０以上の溶媒に溶けることを特徴とする前記〔１〕又は前記〔２〕に記載の硫酸エステル化セルロースナノファイバーヒドロゲル。
〔４〕 前記硫酸エステル化セルロースナノファイバー（Ａ）と前記架橋剤の比率は、前記架橋剤がキトサン（Ｂ）の場合、前記硫酸エステル化セルロースナノファイバー（Ａ）とキトサン（Ｂ）の重量比で９８／２～４０／６０であり、アミン（Ｃ）の場合、前記硫酸エステル化セルロースナノファイバー（Ａ）とアミン（Ｃ）の重量比で９９．５／０．５～９０／１０であることを特徴とする前記〔１〕～〔３〕のいずれかに記載の硫酸エステル化セルロースナノファイバーヒドロゲル。
〔５〕 表面の水酸基の一部又は全てが硫酸エステル化修飾される硫酸エステル化セルロースナノファイバー（Ａ）又はその塩（Ａ塩）の分散液（Ａ’）と、キトサン（Ｂ）又はその溶液（Ｂ’）又はジアミン、トリアミン及びポリアミンの群から選ばれる少なくとも一つ以上のアミン（Ｃ）又はその溶液（Ｃ’）を溶液中で混合又は接触させることを特徴とする硫酸エステル化セルロースナノファイバーヒドロゲルの製造方法。
〔６〕 前記〔１〕～〔４〕のいずれかに記載した硫酸エステル化セルロースナノファイバーヒドロゲルを乾燥して得られる複合材。
[1] A hydrogel in which sulfate esterified cellulose nanofibers (A) in which some or all of the hydroxyl groups on the surface are modified by sulfate ester are crosslinked with a crosslinking agent, wherein the crosslinking agent is chitosan (B) and/or Or a sulfate esterified cellulose nanofiber hydrogel characterized by being at least one or more amines (C) selected from the group of diamines, triamines and polyamines.
[2] The sulfate-esterified cellulose nanofiber has an average diameter of 1 to 20 nm, an average length of 0.5 to 10 μm, has a type I crystal structure, and is an anhydroglucan, which is a constituent unit of cellulose. The sulfate-esterified cellulose nanofiber hydrogel according to [1] above, which is a sulfate-esterified cellulose nanofiber having a sulfate group of 0.05 to 1.0.
[3] The sulfate-esterified cellulose nanofiber hydrogel according to [1] or [2] above, wherein the chitosan (B) is soluble in a solvent having an SP value of 10 or more.
[4] When the cross-linking agent is chitosan (B), the ratio of the sulfate-esterified cellulose nanofibers (A) to the cross-linking agent is the weight ratio of the sulfate-esterified cellulose nanofibers (A) to chitosan (B). is 98/2 to 40/60, and in the case of amine (C), the weight ratio of the sulfate-esterified cellulose nanofiber (A) to amine (C) is 99.5/0.5 to 90/10. The sulfate-esterified cellulose nanofiber hydrogel according to any one of [1] to [3], characterized in that:
[5] A dispersion (A') of sulfate-esterified cellulose nanofibers (A) or a salt thereof (A-salt) in which some or all of the hydroxyl groups on the surface are modified by sulfate esterification, and chitosan (B) or a solution thereof (B') or at least one or more amines (C) selected from the group of diamines, triamines and polyamines, or solutions thereof (C') are mixed or brought into contact with each other in a solution. A method for producing a hydrogel.
[6] A composite material obtained by drying the sulfate-esterified cellulose nanofiber hydrogel described in any one of [1] to [4] above.
硫酸ＣＮＦを出発試料として用いたヒドロゲルの特性は、従来多糖類ヒドロゲルと比べ以下の４点が挙げられる。（１）硫酸エステル化修飾されることにより吸水率が高い、（２）硫酸陰イオンとキトサン（Ｂ）又はアミン（Ｃ）のアミノ基とイオン結合により架橋した３次元ネートワークが強いため、得られるヒドロゲルはカルボン酸や水酸基と比べ、強度が大幅向上する。（３）カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）等のセルロース誘導体と異なり、セルロースナノファイバー状であるため得られたヒドロゲルはもっと強い、且つ耐水性が高い。（４）本発明者は本発明の硫酸ＣＮＦの抗ウイルス活性（例えば、ファージ、インフルエンザウイルス，ノロウイルス）とヒアルロニダーゼ阻害活性等の生物活性を確認した。そのため、本発明のヒドロゲルについても同様の生物活性も期待できる。 The hydrogel using CNF sulfate as a starting sample has the following four characteristics compared to conventional polysaccharide hydrogels. (1) high water absorption rate due to sulfate ester modification; The strength of the hydrogels obtained is greatly improved compared to carboxylic acid and hydroxyl groups. (3) Unlike cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC) and hydroxypropyl cellulose (HPC), the resulting hydrogels are stronger and more water resistant because they are in the form of cellulose nanofibers. (4) The present inventor confirmed the antiviral activity (for example, phage, influenza virus, norovirus) and biological activity such as hyaluronidase inhibitory activity of the CNF sulfate of the present invention. Therefore, similar biological activities can be expected for the hydrogels of the present invention.
また、硫酸ＣＮＦは無修飾ＣＮＦやＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦと比べ、硫酸エステル基の吸水率又は保水率が高く、生物活性を持つため、化粧品や医療材等への適用が期待できる。 In addition, compared to unmodified CNF and TEMPO-oxidized CNF, sulfated CNF has a higher water absorption rate or water retention rate of the sulfate group, and has biological activity, so it can be expected to be applied to cosmetics, medical materials, and the like.
さらに、硫酸ＣＮＦとキトサン又はアミンの配合比を制御することにより吸水率や物性を用途に応じて制御できる。 Furthermore, by controlling the compounding ratio of CNF sulfate and chitosan or amine, the water absorption rate and physical properties can be controlled depending on the application.
本発明の硫酸エステル化セルロースナノファイバーヒドロゲルは、表面の水酸基の一部又は全てが硫酸エステル化修飾される硫酸エステル化セルロースナノファイバー（Ａ）を架橋剤で架橋した三次元ネットワーク構造を有する。架橋剤は、キトサン（Ｂ）又はジアミン、トリアミン及びポリアミンの群から選ばれる少なくとも一つ以上のアミン（Ｃ）であることを特徴とする。
なお、架橋剤としてのキトサン（Ｂ）及びアミン（Ｃ）は、単独で用いるのが好ましいが、両者を混合して用いることもできる。
The sulfate-esterified cellulose nanofiber hydrogel of the present invention has a three-dimensional network structure in which sulfate-esterified cellulose nanofibers (A) whose surface hydroxyl groups are partly or entirely modified by sulfate esterification are crosslinked with a crosslinking agent. The cross-linking agent is characterized by being chitosan (B) or at least one or more amines (C) selected from the group consisting of diamines, triamines and polyamines.
Chitosan (B) and amine (C) as cross-linking agents are preferably used alone, but they can also be used in combination.
硫酸エステル化セルロースナノファイバーを架橋剤で架橋反応すると、硫酸エステル基は架橋剤のアミノ基とイオン結合を形成し、三次元ネットワークを形成する。架橋密度を制御するには、硫酸ＣＮＦの表面の硫酸エステル基のモル数と架橋剤のモル比により決められる。 When the sulfate-esterified cellulose nanofibers are cross-linked with a cross-linking agent, the sulfate groups form ionic bonds with the amino groups of the cross-linking agent to form a three-dimensional network. To control the crosslink density, it is determined by the molar ratio of the number of moles of sulfate ester groups on the surface of CNF sulfate and the crosslinker.
硫酸ＣＮＦを架橋剤で架橋したヒドロゲルのイメージを図１に示す。 Fig. 1 shows an image of a hydrogel obtained by cross-linking CNF sulfate with a cross-linking agent.
キトサン（Ｂ）とアミン（Ｃ）等の架橋剤の種類について特に限定しないが、架橋剤の構造は架橋密度、さらにヒドロゲルの吸水率、安全性、生物活性等に影響を与えるため、用途により適切に選定すればよい。その中で、キトサンは抗菌性と生理活性が認められ、安全性が高いため特に好ましい。 The type of cross-linking agent such as chitosan (B) and amine (C) is not particularly limited, but the structure of the cross-linking agent affects the cross-linking density, the water absorption rate of the hydrogel, safety, biological activity, etc., so it is appropriate for the application. should be selected. Among them, chitosan is particularly preferable because it is recognized to have antibacterial properties and bioactivity and is highly safe.
本発明に用いる硫酸エステル化セルロースナノファイバー（硫酸ＣＮＦ）は、これまで知られていない新規の修飾セルロースナノファイバーである。平均繊維径が１ｎｍ～２０ｎｍであり、天然セルロース固有のＩ型結晶構造を有し、かつ、セルロースナノファイバー表面の水酸基が硫酸エステル化修飾されている。 The sulfated cellulose nanofibers (CNF sulfate) used in the present invention are novel modified cellulose nanofibers that have not been known hitherto. It has an average fiber diameter of 1 nm to 20 nm, has a type I crystal structure unique to natural cellulose, and the hydroxyl groups on the surface of the cellulose nanofibers are modified by sulfate esterification.
本発明に用いる硫酸ＣＮＦは、天然セルロース固有のＩ型結晶構造を持つため、水に不溶であり、かつ、高い粘度とチキソトロピー性及び高い機械強度を有する。また、この硫酸ＣＮＦは、親水性又は吸水性が高いため、乾燥して粉状になっても容易に再分散することができ、取扱い性にすぐれる。そのため、硫酸ＣＮＦをベースとしたヒドロゲルは、化粧材、創傷被覆材、人工軟骨等に最適である。 Since the CNF sulfate used in the present invention has a type I crystal structure unique to natural cellulose, it is insoluble in water and has high viscosity, thixotropy and high mechanical strength. In addition, since this CNF sulfate has high hydrophilicity or water absorbency, it can be easily redispersed even if it is dried and powdered, and is excellent in handleability. Therefore, hydrogels based on CNF sulfate are ideal for cosmetic materials, wound dressings, artificial cartilage, and the like.
一方、コンドロイチンを代表とした天然硫酸エステル化多糖類やセルロース等の多糖類を出発試料とした人口合成の硫酸エステル化多糖も良く知られているが、Ｉ型結晶構造を持たず、水に溶解するため取り扱い性は悪い、かつ耐久性と機械強度が低いため、好ましくない。 On the other hand, artificially synthesized sulfated polysaccharides starting from natural sulfated polysaccharides such as chondroitin and polysaccharides such as cellulose are well known, but they do not have a type I crystal structure and are soluble in water. Therefore, the handleability is poor, and the durability and mechanical strength are low, which is not preferable.
セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）の表面水酸基の硫酸エステル化修飾率については、特に制限しないが、ＣＮＦの硫黄含有率を尺度として評価する場合は、０．０３重量％～３５重量％、平均置換度を尺度とした場合、セルロースの構成単位である無水グルカン１つあたり硫酸エステル基が０．０５～１．０であれば良い。より好ましくは０．１～０．８、最も好ましくは０．１５～０．６である。０．０５以下になると、吸水性が低く、生物活性が殆ど発見できないため好ましくない。一方、１．０以上になるとＩ型結晶構造を失う恐れがあるため好ましくない。 The rate of modification by sulfate esterification of the surface hydroxyl groups of cellulose nanofibers (CNF) is not particularly limited. As a scale, it is sufficient if the number of sulfate ester groups per anhydroglucan, which is a structural unit of cellulose, is 0.05 to 1.0. More preferably 0.1 to 0.8, most preferably 0.15 to 0.6. If it is less than 0.05, the water absorbency is low and biological activity can hardly be found, which is not preferable. On the other hand, if it is 1.0 or more, the type I crystal structure may be lost, which is not preferable.
硫酸ＣＮＦは、繊維径が小さいほど、表面積が大きいため、吸水率、生物活性と透明性が高くなるため、好ましい。しかし、平均繊維径が１ｎｍより低くなるとＩ型結晶構造を失う恐れがあるため好ましくない。また、２０ｎｍより大きくなると表面積が小さくなるため好ましくない。 Sulfuric acid CNF is preferable because the smaller the fiber diameter, the larger the surface area, and the higher the water absorption rate, biological activity and transparency. However, if the average fiber diameter is less than 1 nm, the type I crystal structure may be lost, which is not preferable. Moreover, if it exceeds 20 nm, the surface area becomes small, which is not preferable.
繊維長は、長いほど、三次元ネットワークが強くなるため好ましい。平均繊維長は０．５μｍ以下になると得られたヒドロゲルが弱いため好ましくない。好ましくは０．５～１０μｍである。よく好ましくは０．８～８μｍ。長すぎると取扱が難しくなるため最も好ましくは１．０～５μｍである。 The longer the fiber length, the stronger the three-dimensional network, so it is preferable. If the average fiber length is less than 0.5 μm, the obtained hydrogel will be weak, which is not preferable. It is preferably 0.5 to 10 μm. Well preferably 0.8-8 μm. If the length is too long, handling becomes difficult, so the most preferable length is 1.0 to 5 μm.
Ｉ型結晶構造を持つ硫酸ＣＮＦが好ましい。Ｉ型結晶構造の比率（結晶化度）が高くなる程、得られたヒドロゲルの強度と安定性が高くなるため好ましい。Ｉ型結晶構造を待たない硫酸ＣＮＦは、水に溶解するため、取扱い性が悪くなったり、得られたヒドロゲルの物性が大幅に低下したりする恐れがあるため好ましくない。 Sulfate CNF having a type I crystal structure is preferred. The higher the ratio (crystallinity) of the type I crystal structure, the higher the strength and stability of the resulting hydrogel, which is preferable. CNF sulfate, which does not have a type I crystal structure, dissolves in water, and is therefore not preferable because it is likely to be difficult to handle and the physical properties of the obtained hydrogel may be significantly reduced.
コトンパルプや木材パルプを原料として調製した硫酸ＣＮＦの結晶化度は、実質上９０％を超えることが難しいため、２０～９０％が好ましい。より好ましくは３０～８５％。最も好ましくは４０～８０％である。なお、ここの結晶化度はＸＲＤにより測定したものと言う。 The crystallinity of CNF sulfate prepared from cotton pulp or wood pulp as a raw material is preferably 20 to 90%, because it is difficult to substantially exceed 90%. More preferably 30-85%. Most preferably 40-80%. The crystallinity here is said to be measured by XRD.
本発明に用いる硫酸ＣＮＦは、本発明者がＰＣＴ出願済みのＷＯ２０１８／１３１７２１号に記載の方法で製造することができる。
本発明に用いる硫酸ＣＮＦは、高い吸水・保水率、チキソロトピー性、粘度、機械物性を持ち、生体に優しい、更に、抗ウイルス等の様々な生物活性が認められたため、医療材や化粧料としての利用価値が期待されている。
The CNF sulfate used in the present invention can be produced by the method described in WO2018/131721, which has been filed for PCT by the present inventor.
The CNF sulfate used in the present invention has high water absorption/retention rate, thixotropic properties, viscosity, and mechanical properties, is biofriendly, and has various biological activities such as antivirus. Therefore, it can be used as medical materials and cosmetics. Utility value is expected.
本発明に用いる架橋剤は、キトサン（Ｂ）又はジアミン、トリアミン及びポリアミンの群から選ばれる少なくとも一つ以上のアミン（Ｃ）である。 The cross-linking agent used in the present invention is chitosan (B) or at least one or more amines (C) selected from the group consisting of diamines, triamines and polyamines.
本発明に用いるキトサン（Ｂ）は、特に制限しないが、ＳＰ値１０以上の溶媒に溶解することが好ましい。 The chitosan (B) used in the present invention is not particularly limited, but preferably dissolves in a solvent having an SP value of 10 or more.
キトサンは、キチン骨格中の２位の炭素上のアセトアミド基を脱アセチル化し、遊離の第一級アミノ基に変換することにより得られたものである。通常、キチンのキトサンへの変換（脱アセチル反応）は完全には進まず、糖鎖上に一部 Ｎ－アセチルグルコサミンを含むことが多い。脱アセチル化の割合 又はアミノ基の比率が高いほど、キトサンの溶解性が高くなる。脱アセチル化の割合が低すぎると、キトサンの溶解性が低くなるため取り扱い性が悪くなり、得られたヒドロゲルの架橋密度や抗菌性が低下する恐れがあるため好ましくない。本発明に用いるキトサンの脱アセチル化の割合は６０％以上が好ましい。より好ましくは７０％、最も好ましくは８０％である。 Chitosan is obtained by deacetylating the acetamido group on the 2-position carbon in the chitin skeleton and converting it into a free primary amino group. Usually, conversion of chitin to chitosan (deacetylation reaction) does not proceed completely, and in many cases, part of N-acetylglucosamine is included on the sugar chain. The higher the percentage of deacetylation or the percentage of amino groups, the higher the chitosan solubility. If the deacetylation ratio is too low, the chitosan becomes less soluble and thus difficult to handle, and the crosslink density and antibacterial properties of the obtained hydrogel may decrease, which is not preferable. The deacetylation ratio of chitosan used in the present invention is preferably 60% or more. More preferably 70%, most preferably 80%.
キトサンを構成するグルコサミンの重合度については、特に制限しない。例えば、２～２０００が好ましい。より好ましくは５～１５００、さらに好ましくは６～１０００である。最も好ましくは６～５００である。重合度が２以上になると一分子当たりアミノ基の数は２つ以上があるため三次元ネットワークが形成できる。しかし、重合度が低いほど、キトサンのアミノ基が硫酸ＣＮＦの硫酸エステル基との接触率又は反応率が減少し、ヒドロゲルの架橋密度が低下したり、フリーなキトサン分子が残留したりする恐れがあるため
好ましくない。一方、重合度が高すぎるとキトサンの溶解性が低下する恐れがあるため好ましくない。溶解性の面からは、重合度は、８００以下が好ましく、５００以下が特に好ましい。
一方、キトサンの生理活性が求める場合、生理活性の高い６量体～１５量体が最も好ましい。よって、より好ましくは重合度３～１０００である。最も好ましくは６～５００のキトサンである。
The degree of polymerization of glucosamine constituting chitosan is not particularly limited. For example, 2-2000 is preferred. More preferably 5-1500, still more preferably 6-1000. Most preferably 6-500. When the degree of polymerization is 2 or more, the number of amino groups per molecule is 2 or more, so a three-dimensional network can be formed. However, the lower the degree of polymerization, the lower the rate of contact or reaction between the amino group of chitosan and the sulfate ester group of CNF sulfate, which may lead to a decrease in the crosslink density of the hydrogel and residual free chitosan molecules. I don't like it because On the other hand, if the degree of polymerization is too high, the solubility of chitosan may decrease, which is not preferable. From the viewpoint of solubility, the degree of polymerization is preferably 800 or less, particularly preferably 500 or less.
On the other hand, when the physiological activity of chitosan is required, hexamers to 15mers with high physiological activity are most preferable. Therefore, the degree of polymerization is more preferably 3-1000. Most preferred is 6-500 chitosan.
キトサンを溶解する溶媒としては、より好ましくは、ＳＰ値１１以上の溶媒が好ましい。特にＤＭＡｃ、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、メタノール、エタノール、ＩＰＡ、水等のプロトン性溶媒に溶けることが好ましい。キトサンの溶解性はそのアミノ基とアセチルアミド基のモル比とキトサンの重合度に影響される。アミノ基の比率が高くなる程、溶解性が高くなるため好ましい。 As a solvent for dissolving chitosan, a solvent having an SP value of 11 or more is more preferable. In particular, it is preferably soluble in protic solvents such as DMAc, DMF, DMSO, methanol, ethanol, IPA and water. The solubility of chitosan is affected by the molar ratio of its amino groups and acetylamide groups and the degree of polymerization of chitosan. The higher the ratio of amino groups, the higher the solubility, which is preferable.
架橋剤として本発明に用いるアミン（Ｃ）は、ジアミン、トリアミン及びポリアミンであれば良く、特に限定しないが、例えばジアミンの場合、エチレンジアミン（２炭素）、プトレシン（４炭素）、カダベリン（５炭素）、ヘキサメチレンジアミン（６炭素）などの直鎖ジアミン、又は、エタンブトールやフェニレンジアミンが挙げられ、トリアミンの場合メラミンと１，２，３－プロパントリアミンが挙げられ、ポリアミンの場合は、スペルミンとスペルミジンが挙げられる。その中でも、ヒドロゲルの強度の点から、トリアミンとポリアミンが特に好ましい。 The amine (C) used in the present invention as a cross-linking agent may be diamine, triamine or polyamine, and is not particularly limited. , hexamethylenediamine (6 carbons), or ethambutol and phenylenediamine; triamines include melamine and 1,2,3-propanetriamine; and polyamines include spermine and spermidine. mentioned. Among them, triamines and polyamines are particularly preferable from the viewpoint of hydrogel strength.
硫酸ＣＮＦと架橋剤の比率については、基本的には、架橋剤の一分子当たり２つ以上のアミノ基が硫酸ＣＮＦの硫酸エステル基と反応して三次元ネットワークを形成することにより、ヒドロゲルの形成ができる比率であればよい。
そして、ヒドロゲルの吸水率と生物活性（抗ウイルス性など）の面からは、硫酸ＣＮＦと架橋剤の比率は、硫酸ＣＮＦの比率が大きいほど好ましい。一方、ヒドロゲルの抗菌性の面からは、架橋剤の比率が大きいほど好ましい。これらの性能をバランスよく持つヒドロゲルを調製するため、硫酸ＣＮＦと架橋剤の比率を適切に調整すれば良い。例えば、キトサンを架橋剤とした場合、硫酸ＣＮＦと架橋剤の重量比は９８／２～４０／６０が好ましい。より好ましくは９５／５～５０／５０、さらに好ましくは９０／１０～６０／４０である。一方、架橋剤はアミンの場合、アミノ基の当量が小さいことと一分子あたりアミノ基の数が少ないため、硫酸化ＣＮＦと架橋剤の重量比は９９．５／０．５～９０／１０であることが好ましい。より好ましくは９９／１～９２／８、最も好ましくは９８／２～９５／５である。
Regarding the ratio of CNF sulfate and the cross-linking agent, basically, two or more amino groups per molecule of the cross-linking agent react with the sulfate group of CNF sulfate to form a three-dimensional network, thereby forming a hydrogel. Any ratio that allows
From the viewpoint of the water absorption rate and biological activity (such as antiviral properties) of the hydrogel, the ratio of the CNF sulfate to the cross-linking agent is preferably as large as the ratio of the CNF sulfate. On the other hand, from the viewpoint of antibacterial properties of the hydrogel, the higher the ratio of the cross-linking agent, the better. In order to prepare a hydrogel having these properties in a well-balanced manner, the ratio of CNF sulfate and the cross-linking agent should be appropriately adjusted. For example, when chitosan is used as a cross-linking agent, the weight ratio of CNF sulfate and cross-linking agent is preferably 98/2 to 40/60. More preferably 95/5 to 50/50, still more preferably 90/10 to 60/40. On the other hand, when the cross-linking agent is an amine, the weight ratio of the sulfated CNF and the cross-linking agent is 99.5/0.5 to 90/10 because the amino group equivalent weight is small and the number of amino groups per molecule is small. Preferably. More preferably 99/1 to 92/8, most preferably 98/2 to 95/5.
上記重量比の範囲から外れる硫酸ＣＮＦ又は架橋剤が過剰になる範囲では、ゲル化できなくなったり、ゲル化速度が遅くなったりする。また、生成したヒドロゲルの架橋密度が低くなってしまう。そのため、ゲルの強度と弾力性が低下して好ましくない。
また、架橋剤が過剰になると、ヒドロゲル中に未反応のアミノ基として残存する割合が高くなり、上記問題点に加えて、ゲルの着色度合いが増すという問題も生じる。
If the CNF sulfate or the cross-linking agent is excessive and is outside the above weight ratio range, gelation may not be possible or the gelation speed may be slowed down. In addition, the resulting hydrogel has a low crosslink density. Therefore, the strength and elasticity of the gel are lowered, which is not preferable.
Moreover, when the cross-linking agent is excessive, the ratio of remaining unreacted amino groups in the hydrogel increases, and in addition to the above problems, the problem of increased coloration of the gel also arises.
架橋剤の割合が硫酸ＣＮＦに比べて多くなり、硫酸エステル基と架橋剤のアミノ基のモル比が１を超える場合、即ち、硫酸エステル基の数がアミノ基より多い場合、ヒドロゲル中の前記硫酸ＣＮＦの硫酸エステル基の一部は、酸型（－ＳＯ３Ｈ）のままで、残存することになる。
ヒドロゲル中の前記硫酸ＣＮＦの硫酸エステル基は、酸型（－ＳＯ３Ｈ）のままでも良いが、フリーの硫酸エステル基を塩型（－ＳＯ３Ｍ、Ｍは１価の陽イオン）に変化させても良い。例えば、一部の硫酸エステル基の対イオンをＫ＋、Ｎａ＋、Ｌｉ＋等のアルカリ金属イオンやアンモニウムイオン（有機アンモニウムイオンを含む。以下も同じ。）に変えればよく、そうすることによりヒドロゲルの吸水性が高くなるため好ましい。
また、硫酸エステル基が残存する場合は、酸型の硫酸エステル基を有するヒドロゲルが、酸性のために劣化しやすいので、塩に変換することが好ましい。
When the proportion of the cross-linking agent is greater than that of the CNF sulfate, and the molar ratio of the sulfate ester groups to the amino groups of the cross-linking agent exceeds 1, i.e., when the number of sulfate ester groups is greater than the amino groups, the sulfuric acid in the hydrogel Some of the CNF sulfate ester groups remain in the acid form (--SO 3 H).
The sulfate ester group of the CNF sulfate in the hydrogel may remain in the acid form (-SO 3 H), but the free sulfate ester group is changed to the salt form (-SO 3 M, M is a monovalent cation). You can let me. For example, the counter ions of some sulfate ester groups may be changed to alkali metal ions such as K +, Na +, Li + or ammonium ions (including organic ammonium ions; the same shall apply hereinafter). is preferred because it is higher.
Moreover, when the sulfate ester group remains, the hydrogel having the acid-type sulfate ester group is easily deteriorated due to acidity, and therefore, it is preferable to convert it to a salt.
Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｌｉ＋等のアルカリ金属イオンやアンモニウムイオンの塩型硫酸エステル基の比率が多いほど、得られたヒドロゲルは柔らかくなり、柔軟性と吸水率が高くなる。逆に、少ない程、得られたヒドロゲルの架橋密度と強度が高くなる。その代わりに吸水率が低くなる。即ち、用途に応じて、塩型と酸型の比率を適切に制御すれば良い。 The higher the proportion of salt-type sulfate ester groups of alkali metal ions such as K + , Na + , Li + and the like or ammonium ions, the softer the resulting hydrogel and the higher its flexibility and water absorption. Conversely, the less, the higher the crosslink density and strength of the resulting hydrogel. Instead, the water absorption rate is lowered. That is, the ratio of the salt form and the acid form should be appropriately controlled depending on the application.
前記塩型が有機アンモニウムイオンの場合、塩基性の観点から一級アミンと２級アミンがより好ましい。さらに、親水性の面から、アミンのアルキル基の炭素数が６以下が好ましい、さらに好ましくは４以下である。アミンを対イオンとすると、得られるヒドロゲルは電解質に対し安定である。一方、アミン対イオンの比率が多いほど、親水性が低くなるので好ましくない。硫酸ＣＮＦの硫酸エステル基の５０％以下が好ましい。より好ましくは４０％以下、更に好ましくは３０％以下である。 When the salt type is an organic ammonium ion, primary amines and secondary amines are more preferable from the viewpoint of basicity. Furthermore, from the viewpoint of hydrophilicity, the number of carbon atoms in the alkyl group of the amine is preferably 6 or less, more preferably 4 or less. With amines as counterions, the resulting hydrogels are electrolyte stable. On the other hand, the higher the ratio of amine counterions, the lower the hydrophilicity, which is not preferable. 50% or less of the sulfate groups of the CNF sulfate is preferred. More preferably 40% or less, still more preferably 30% or less.
本発明の硫酸ＣＮＦは更に、ヒアルロン酸、コラーゲン、グリセリン、ポリエチレングリコール及び尿素のいずれか１つ以上を含むことが好ましい。
これらの成分を添加することにより、それぞれが有する特性をヒドロゲルに持たせることができる。
ヒドロゲルの保湿性や生物活性を向上するためヒアルロン酸、グリセリン、ポリエチレングリコール、尿素等の群から選ばれた少なくとも一つを含むことが好ましい。
ヒアルロン酸は、血管新生および創傷治癒を促す湿潤した創傷部位の維持を促進するため、創傷被覆材として最も好ましい。
The CNF sulfate of the present invention preferably further contains any one or more of hyaluronic acid, collagen, glycerin, polyethylene glycol and urea.
By adding these components, the hydrogel can have the properties of each.
At least one selected from the group of hyaluronic acid, glycerin, polyethylene glycol, urea, etc. is preferably included in order to improve the moisture retention and biological activity of the hydrogel.
Hyaluronic acid is most preferred as a wound dressing as it promotes angiogenesis and maintenance of a moist wound site which promotes wound healing.
本発明の硫酸ＣＮＦは、更に、セラミックス粒子及び／又はハイドロキシアパタイト粒子を含むことが好ましい。
ヒドロゲルは人口軟骨などの再生医療に応用する場合、無機粒子を含むことが好ましい。これらの無機粒子を含むことによりヒドロゲルの強度、硬さや耐久性を改善することができる。
The CNF sulfate of the present invention preferably further contains ceramic particles and/or hydroxyapatite particles.
The hydrogel preferably contains inorganic particles when applied to regenerative medicine such as artificial cartilage. Inclusion of these inorganic particles can improve the strength, hardness and durability of the hydrogel.
次に、本発明の硫酸ＣＮＦヒドロゲルの製造方法。について説明する。
本発明の硫酸ＣＮＦヒドロゲルは、硫酸ＣＮＦ（Ａ）又はその塩（Ａ塩）と、キトサン（Ｂ）又はジアミン、トリアミン若しくはポリアミンの群から選ばれる少なくとも一つ以上のアミン（Ｃ）を溶液中で混合することで製造できるが、硫酸ＣＮＦ（Ａ）又はその塩（Ａ塩）は、分散液として用いるのが好ましい。
Next, a method for producing the CNF sulfate hydrogel of the present invention. will be explained.
The CNF sulfate hydrogel of the present invention contains CNF sulfate (A) or a salt thereof (A salt) and chitosan (B) or at least one or more amines (C) selected from the group of diamines, triamines or polyamines in a solution. Although it can be produced by mixing, CNF sulfate (A) or its salt (A salt) is preferably used as a dispersion.
好ましい硫酸ＣＮＦヒドロゲルの製造方法としては、硫酸ＣＮＦ（Ａ）又はその塩（Ａ塩）の分散液（Ａ’）と、キトサン（Ｂ）又はその溶液（Ｂ’）又はジアミン、トリアミン及びポリアミンの群から選ばれる少なくとも一つ以上のアミン（Ｃ）又はその溶液（Ｃ’）を溶液中で混合又は接触させることにより製造することができる。
架橋剤を溶液として用いる方が、得られたヒドロゲルの均一性等の品質が良く、且つ、ヒドロゲルを希望の形状になるように制御できるためより好ましい。
A preferred method for producing a CNF sulfate hydrogel includes a dispersion (A') of CNF sulfate (A) or a salt thereof (A salt) and a chitosan (B) or solution (B') thereof or a group of diamines, triamines and polyamines. It can be produced by mixing or contacting at least one or more amines (C) selected from or a solution thereof (C') in a solution.
It is preferable to use the cross-linking agent in the form of a solution, because the obtained hydrogel has good quality such as uniformity, and the hydrogel can be controlled to have a desired shape.
本発明において、硫酸ＣＮＦ（Ａ）又はその塩（Ａ塩）の分散液（Ａ’）のいずれを用いるかについては、特に制限はない。例えば、硫酸ＣＮＦを調製した後、中和せず得られた硫酸ＣＮＦ（Ａ）は、１００％の硫酸エステル基は酸型（－ＳＯ３Ｈ）である。一方、硫酸ＣＮＦの塩（Ａ塩）は、硫酸ＣＮＦを調整した後、部分中和で硫酸エステル基の一部を塩型（－ＳＯ３Ｍ）に変換、または、完全中和で全ての硫酸エステル基を塩型（－ＳＯ３Ｍ）に変換方法により得ることができる。 In the present invention, there is no particular limitation as to whether CNF sulfate (A) or the dispersion (A′) of its salt (A salt) is used. For example, in the CNF sulfate (A) obtained without neutralization after preparing the CNF sulfate, 100% of the sulfate groups are in the acid form (--SO 3 H). On the other hand, the salt of CNF sulfate (A salt) converts a part of the sulfate ester group to the salt form (-SO 3 M) by partial neutralization after adjusting the CNF sulfate, or completely neutralizes all the sulfuric acid It can be obtained by a method of converting an ester group into a salt form (--SO 3 M).
硫酸ＣＮＦの塩（Ａ塩）を使用しても、硫酸ＣＮＦの塩は、架橋剤と混合する際に、硫酸エステル塩基の対イオンはアミノ基に置換され、アミン硫酸塩が形成される。元の対イオンは変換され、例えば、ナトリウムの場合は水酸化ナトリウムに変換され、得られるヒドロゲルを洗浄する際に除かれる。 Even if a CNF sulfate salt (A salt) is used, when the CNF sulfate salt is mixed with a cross-linking agent, the counter ion of the sulfate ester base is substituted with an amino group to form an amine sulfate. The original counterion is converted, eg sodium hydroxide in the case of sodium, and is removed when the resulting hydrogel is washed.
前記硫酸ＣＮＦの塩（Ａ塩）は、硫酸ＣＮＦの硫酸エステル基の全てが塩を形成しているものだけではなく、硫酸エステル基の一部が塩になっているものも含む。 The CNF sulfate salt (A salt) includes not only those in which all of the sulfate groups of CNF sulfate form salts, but also those in which some of the sulfate groups form salts.
硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液の作製について特に制限はない。例えば、ＷＯ２０１８／１３１７２１号に記載の方法と同様に、硫酸ＣＮＦ又はその塩を蒸留水に分散させて、ミキサーで数分攪拌することにより分散液が得られる。硫酸ＣＮＦ又はその塩は乾燥した粉末で入手される場合、粉末を水等の分散媒に分散させてから利用することもできる。 There are no particular restrictions on the preparation of dispersions of CNF sulfate or salts thereof. For example, similarly to the method described in WO2018/131721, CNF sulfate or a salt thereof is dispersed in distilled water and stirred for several minutes with a mixer to obtain a dispersion. When CNF sulfate or a salt thereof is obtained as a dry powder, the powder can be dispersed in a dispersion medium such as water before use.
硫酸ＣＮＦ（Ａ）又はその塩（Ａ塩）を分散させる分散液としては、架橋剤を溶解できる水、メタノール、エタノール、ＳＰ値１１以上のセロソルブ類、ジメチルスルホキシド等を例示することができ、その中でも水、エタノールとジメチルスルホキシドが好ましい。 Examples of dispersions in which CNF sulfate (A) or a salt thereof (A salt) is dispersed include water, methanol, ethanol, cellosolves with an SP value of 11 or more, dimethyl sulfoxide, etc., which can dissolve the cross-linking agent. Among them, water, ethanol and dimethylsulfoxide are preferred.
硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液の濃度は、特に限定しないが、０．０１～１０重量％が好ましい。より好ましくは０．０３～８重量％、さらに好ましくは０．０５～５重量％である。濃度が低すぎるとゲル化時間が長くなったり、得られたヒドロゲルが弱くなったりするおそれがあるため好ましくない。一方、濃度が高すぎると、流動性が低くなるためヒドロゲルの形状を制御しにくくなったり、ヒドロゲルの中に気泡が含まれたりするおそれがあるため好ましくない。最も好ましくは０．０６～３重量％である。 The concentration of the CNF sulfate or its salt dispersion is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10% by weight. More preferably 0.03 to 8% by weight, still more preferably 0.05 to 5% by weight. If the concentration is too low, the gelation time may become longer, and the resulting hydrogel may become weaker, which is not preferable. On the other hand, if the concentration is too high, the fluidity of the hydrogel will be low, which may make it difficult to control the shape of the hydrogel, and the hydrogel may contain air bubbles, which is not preferable. Most preferably 0.06 to 3% by weight.
硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液は、その粘度が高い場合は、ドープ状になる場合があるが、ドープ状の場合を含めて分散液として以下説明する。
硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液及び架橋剤そのものを用いる場合は、硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液に架橋剤を加え、攪拌しながら溶解と混合することにより、硫酸ＣＮＦヒドロゲルを製造することができる。
架橋反応温度は室温～７０℃であれば良い。ゲル化時間は１０分～６０分であれば良い。攪拌方法は機械攪拌又は磁性スターラーの何れも用いることができる。
この方法の特徴は、ヒドロゲルを簡単で製造できことであるが、得られたヒドロゲルは粒子状になりがちである。
If the viscosity of the dispersion of CNF sulfate or a salt thereof is high, it may become dope-like.
When using a dispersion of CNF sulfate or a salt thereof and a cross-linking agent itself, a CNF sulfate hydrogel can be produced by adding a cross-linking agent to a dispersion of CNF sulfate or a salt thereof, and dissolving and mixing with stirring. .
The cross-linking reaction temperature may be room temperature to 70°C. The gelation time may be 10 to 60 minutes. As a stirring method, either mechanical stirring or a magnetic stirrer can be used.
A feature of this method is that the hydrogel can be easily produced, but the resulting hydrogel tends to be particulate.
硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液及び架橋剤の溶液を用いてヒドロゲルを調製する場合、双方の溶液を撹拌、混合する方法及び双方の溶液を接触させる方法がある。 When preparing a hydrogel using a dispersion of CNF sulfate or a salt thereof and a solution of a cross-linking agent, there are a method of stirring and mixing both solutions and a method of contacting both solutions.
架橋剤を溶液にする溶媒としては、キトサンの場合は、水、酸性水、ＳＰ値１１以上のアルコール、ジメチルスルホキシド等を例示することができ、その中でも水、メタノール、エタノール、ジメチルスルホキシドが好ましく、アミンの場合は水、ＳＰ値１１以上のアルコール、ＳＰ値１１以上のセロソルブ類、ジメチルスルホキシド等を例示することができ、その中でも水、メタノールとエタノールが好ましい。 As a solvent for dissolving the cross-linking agent, in the case of chitosan, water, acidic water, alcohol having an SP value of 11 or more, dimethyl sulfoxide, etc. can be exemplified. Examples of amines include water, alcohols with an SP value of 11 or more, cellosolves with an SP value of 11 or more, dimethylsulfoxide, etc. Among them, water, methanol and ethanol are preferred.
架橋剤の濃度は、特に限定しないが、低すぎるとゲル化速度が遅くなったり、得られたヒドロゲルの架橋密度が低くなったりする可能性があるため好ましくない。一方、濃度が高すぎると架橋密度の不均一性が生じたり、架橋密度が高くなったりする恐れがあるため好ましくない。０．０１～１０重量％が好ましい。より好ましくは０．０３～８重量％、さらに好ましくは０．０５～６重量％、最も好ましくは０．０７～５重量％である。 The concentration of the cross-linking agent is not particularly limited, but if it is too low, the gelation speed may become slow, or the resulting hydrogel may have a low cross-linking density, which is not preferable. On the other hand, if the concentration is too high, the crosslink density may become non-uniform or the crosslink density may increase, which is not preferable. 0.01 to 10% by weight is preferred. More preferably 0.03 to 8% by weight, still more preferably 0.05 to 6% by weight, most preferably 0.07 to 5% by weight.
双方の溶液を撹拌、混合する方法は、前記した硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液と架橋剤を混合する条件及び方法で撹拌、混合を行えばよい。 Both solutions may be stirred and mixed under the conditions and method for mixing the dispersion of CNF sulfate or a salt thereof and the cross-linking agent.
双方の溶液を接触させる方法としては、硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液に架橋剤の溶液を加えて、室温で静置することにより、架橋剤を硫酸ＣＮＦ分散液に浸透させて硫酸ＣＮＦヒドロゲルを製造することができる。
または、架橋剤の溶液中に硫酸ＣＮＦ又はその塩の分散液をノズルから注入した後、室温で静置することにより硫酸ＣＮＦヒドロゲルを製造することができる。場合により架橋剤溶液を攪拌しながら硫酸ＣＮＦ分散液を注入することも可能である。攪拌することにより架橋剤の硫酸ＣＮＦへの浸透が加速する効果がある。
As a method of contacting both solutions, a solution of a cross-linking agent is added to a dispersion of CNF sulfate or a salt thereof and allowed to stand at room temperature, so that the cross-linking agent is permeated into the CNF sulfate dispersion to form a CNF sulfate hydrogel. can be manufactured.
Alternatively, a CNF sulfate hydrogel can be produced by injecting a dispersion of CNF sulfate or a salt thereof into a solution of a cross-linking agent through a nozzle and then allowing the mixture to stand at room temperature. Optionally, it is also possible to inject the CNF sulfate dispersion while stirring the crosslinker solution. Stirring has the effect of accelerating the permeation of the cross-linking agent into the CNF sulfate.
ゲル化時間については、特に制限しないが、ヒドロゲルの形状とサイズ、求める架橋密度により調製すれば良い。例えば、０．１～２４時間、更に、好ましくは０．２～１２時間が挙げられる。 The gelling time is not particularly limited, but may be adjusted according to the shape and size of the hydrogel and desired crosslink density. For example, 0.1 to 24 hours, preferably 0.2 to 12 hours.
ヒドロゲルを形成する又は架橋反応する温度は特に制限しないが、１０～６０℃が好ましい。より好ましくは１５～５０℃、更に好ましくは２５℃～４５℃である。温度が低すぎるとキトサンやアミンの溶解性が低下し、ゲル化の途中で析出する恐れがあるため好ましくない。一方、温度が高すぎると、ヒドロゲルが変性したりする恐れがあるため好ましくない。 The temperature at which hydrogel is formed or the cross-linking reaction is performed is not particularly limited, but is preferably from 10 to 60°C. It is more preferably 15 to 50°C, still more preferably 25 to 45°C. If the temperature is too low, the solubility of chitosan and amine is lowered, and there is a risk of precipitation during gelation, which is not preferable. On the other hand, if the temperature is too high, the hydrogel may denature, which is not preferable.
所定のゲル化時間が経つと得られたヒドロゲルを蒸留水で更に洗浄することにより過剰の架橋剤や架橋剤により置換された硫酸エステル基の対イオンからなるアルカリを除くことができる。 After a predetermined gelation time has elapsed, the resulting hydrogel is further washed with distilled water to remove the excess cross-linking agent and the alkali consisting of the counterions of the sulfate ester groups substituted by the cross-linking agent.
次に、硫酸ＣＮＦヒドロゲルの硫酸エステル基と架橋剤のアミノ基のモル比が１を超える場合には架橋されない硫酸エステル基が残存するが、その場合に硫酸エステル基を塩にする方法について説明する。 Next, when the molar ratio of the sulfate group of the sulfated CNF hydrogel and the amino group of the cross-linking agent exceeds 1, the sulfate group that is not crosslinked remains. In that case, a method of converting the sulfate group into a salt will be described. .
硫酸エスエル基を塩型にするために次の何れかを用いることができる。
一つの方法は、得られた酸型硫酸エステル基を有するヒドロゲルを所定のアルカリ溶液に浸透させることにより酸型の硫酸エステル基を塩に変換することができる。
この場合は、アルカリ溶液の濃度は０．１Ｍ以下が好ましい。さらに好ましくは０．０５Ｍ、最も好ましくは０．０１Ｍである。濃度が高すぎると架橋剤により形成されたアミノ基と硫酸エステル基の結合が切断されることにより、架橋密度が低下したり、ゲルが崩壊したりする恐れがあるため好ましくない。一方、アルカリ溶液の濃度が低すぎると硫酸エステル基の中和速度又は塩への変換速度が遅すぎるため好ましくない。
Either of the following can be used to salt the sulfate group.
One method is to convert the acid-form sulfate groups into salts by permeating the obtained hydrogel having acid-form sulfate groups in a predetermined alkaline solution.
In this case, the concentration of the alkaline solution is preferably 0.1M or less. More preferably 0.05M, most preferably 0.01M. If the concentration is too high, the bond between the amino group and the sulfate ester group formed by the cross-linking agent may be cut, which may reduce the cross-linking density or cause the gel to collapse, which is not preferable. On the other hand, if the concentration of the alkaline solution is too low, the rate of neutralization of the sulfate group or the rate of conversion to a salt is too slow, which is not preferred.
次に、最初から硫酸ＣＮＦの塩（Ａ塩）の分散液を用いて、架橋剤のアミノ基のモル比をＡ塩の硫酸エステル基塩に比べて少なくして製造する方法がある。
架橋剤のアミノ基が少ないので、硫酸ＣＮＦの未反応の硫酸エステル基塩が残存する。
Next, there is a method in which a dispersion of a salt of CNF sulfate (A salt) is used from the beginning and the molar ratio of the amino group of the cross-linking agent is made smaller than that of the sulfate ester base salt of the A salt.
Since there are few amino groups in the cross-linking agent, unreacted sulfate base salts of CNF sulfate remain.
また、硫酸ＣＮＦ（Ａ）の分散液を架橋剤と混合する時に、中和用のアルカリを同時に共存させることにより部分中和することもできる。 In addition, when the dispersion of CNF sulfate (A) is mixed with the cross-linking agent, it can be partially neutralized by allowing an alkali for neutralization to coexist at the same time.
本発明は、硫酸ＣＮＦの安定性とヒドロゲルの成形過程の便利さの面から、硫酸ＣＮＦを調製した後、架橋剤と混合する前に部分中和又は完全中和することが好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of the stability of the CNF sulfate and the convenience of the hydrogel molding process, it is preferable to partially or completely neutralize the CNF sulfate after it is prepared and before mixing it with the cross-linking agent.
ヒドロゲルを乾燥することにより硫酸ＣＮＦとキトサン又はアミンの複合シートが得られ、応用の際に、必要な溶媒を吸収させてから利用できる。
用途に応じて、ノズルを選んで、複合材の形状を制御することができる。例えば、繊維状、膜状、シート状等が挙げられる。乾燥方法としては、ヒドロゲルを室温～１００℃の温度範囲内で乾燥させることにより水分を蒸発させる。乾燥温度が高すぎると得られた複合材の形状は崩れたり、割れたりする恐れがあるため好ましくない。特に好ましい温度範囲は３０～９５℃、より好ましくは、４０～９０℃である。乾燥は常圧又は減圧下で行うことができる。乾燥後の複合材の緻密性を求める用途であれば常圧且つ低温乾燥が好ましい。一方、多孔質状の複合材が求める場合、より高い温度且つ減圧乾燥が好ましい。
By drying the hydrogel, a composite sheet of CNF sulfate and chitosan or amine can be obtained, which can be used after absorbing the necessary solvent during application.
Depending on the application, the nozzle can be selected to control the shape of the composite. For example, fibrous, membranous, sheet-like and the like can be mentioned. As a drying method, the hydrogel is dried within a temperature range of room temperature to 100° C. to evaporate water. If the drying temperature is too high, the resulting composite material may lose its shape or crack, which is not preferable. A particularly preferred temperature range is 30 to 95°C, more preferably 40 to 90°C. Drying can be performed under normal pressure or reduced pressure. Drying at normal pressure and low temperature is preferable for applications that require the denseness of the composite material after drying. On the other hand, if a porous composite is desired, higher temperature and vacuum drying are preferred.
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例は、本発明の硫酸ＣＮＦに由来するヒドロゲル及びその製造方法の実施例である。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below based on examples, but the present invention is not limited by these examples. In addition, an example is an example of the hydrogel derived from CNF sulfate of this invention, and its manufacturing method.
〔硫酸ＣＮＦの製造〕
硫酸ＣＮＦは、ＷＯ２０１８／１３１７２１号の実施例に記載の方法と同様にすれば製造できるが、以下に本発明に使用した硫酸ＣＮＦの製造について説明する。
用いた原料および装置の詳細は以下の通りである。
（用いたセルロース、無水酢酸、硫酸およびＤＭＳＯ）
原料セルロースとして、セルロースパルプを用いた。セルロースパルプは市販木材パルプ（Ｇｅｏｒｇｉａ Ｐａｃｉｆｉｃ社製、商品名：フラッフパルプＡＲＣ４８０００ＧＰ、含水率：９重量％）である。
原料セルロースは、解繊前にサンプル瓶に入るサイズ（１ｃｍ～３ｃｍ角程度）まで千切った。
無水酢酸、硫酸およびＤＭＳＯはナカライテスク（株）から購入した。
（スターラー）
スターラーは小池精密機器製作所製のマイティ・スターラー（モデルＨＥ－２０Ｇ）を用いた。なお、オーバル型の強力撹拌子を用いた。
（ミキサー）
硫酸ＣＮＦを調製するため、パナソニック社製のミキサー（商品番号：ＭＸ－Ｘ７０１）を用いた。
[Production of CNF sulfate]
CNF sulfate can be produced in the same manner as described in the examples of WO2018/131721, but the production of CNF sulfate used in the present invention will be described below.
The details of the raw materials and equipment used are as follows.
(cellulose, acetic anhydride, sulfuric acid and DMSO used)
Cellulose pulp was used as raw material cellulose. The cellulose pulp is commercially available wood pulp (manufactured by Georgia Pacific, trade name: fluff pulp ARC48000GP, water content: 9% by weight).
The raw material cellulose was shredded to a size (approximately 1 cm to 3 cm square) that would fit in a sample bottle before fibrillation.
Acetic anhydride, sulfuric acid and DMSO were purchased from Nacalai Tesque.
(Stirrer)
As the stirrer, a Mighty Stirrer (model HE-20G) manufactured by Koike Precision Instruments Co., Ltd. was used. A powerful oval stirrer was used.
(mixer)
In order to prepare CNF sulfate, a Panasonic mixer (product number: MX-X701) was used.
（硫酸ＣＮＦの製造）
ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）２７ｇ、無水酢酸３ｇ、硫酸０．４ｇを５０ｍｌのサンプル瓶に入れ、２３℃の室温下で磁性スターラーを用いて約１分撹拌し、解繊溶液を調製した。
次いで、セルロースパルプ０．９ｇを加え、同じ室温でさらに１２０分撹拌した。撹拌後、反応物を蒸留水２００ｍｌで３回洗浄することによりＤＭＳＯ、無水酢酸と残留硫酸を除き、硫酸エステル化セルロースパルプを得た。得られた硫酸エステル化パルプ（水を含む状態）と蒸留水２５０ｍｌをそれぞれミキサーに入れ、５分攪拌することにより硫酸エステル化セルロースナノファイバーの水分散液を得た。固形分を秤量した結果、０．２５ｗｔ％であった。硫酸エステル基の平均置換度を測定した結果、０．３５であった。ＦＴ－ＩＲの分析（図２）により周波数１２５０ｃｍ－１と８２０ｃｍ－１付近に硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出された。
(Production of CNF sulfate)
27 g of dimethyl sulfoxide (DMSO), 3 g of acetic anhydride, and 0.4 g of sulfuric acid were placed in a 50 ml sample bottle and stirred at room temperature of 23° C. for about 1 minute using a magnetic stirrer to prepare a fibrillation solution.
Then 0.9 g of cellulose pulp was added and stirred for another 120 minutes at the same room temperature. After stirring, the reactant was washed with 200 ml of distilled water three times to remove DMSO, acetic anhydride and residual sulfuric acid, thereby obtaining sulfate-esterified cellulose pulp. The obtained sulfate-esterified pulp (containing water) and 250 ml of distilled water were each put in a mixer and stirred for 5 minutes to obtain an aqueous dispersion of sulfate-esterified cellulose nanofibers. As a result of weighing the solid content, it was 0.25 wt%. As a result of measuring the average degree of substitution of sulfate ester groups, it was 0.35. FT-IR analysis (FIG. 2) detected absorption bands characteristic of sulfate ester near frequencies of 1250 cm −1 and 820 cm −1 .
ＳＥＭ観察の結果、硫酸ＣＮＦの平均繊維径は１０ｎｍ以下で、繊維径が２０ｎｍ以上のファイバーが実質的に含まれていないことが分った。また、ＸＲＤパターンが天然セルロースと同様であるため、Ｉ型の結晶構造を持つことを確認できた。結晶化度は６０％であった。 As a result of SEM observation, it was found that the CNF sulfate had an average fiber diameter of 10 nm or less and did not substantially contain fibers having a fiber diameter of 20 nm or more. Moreover, since the XRD pattern was similar to that of natural cellulose, it was confirmed to have a type I crystal structure. Crystallinity was 60%.
得られた硫酸ＣＮＦについて以下の評価を行った。
（硫酸ＣＮＦの形状観察）
硫酸ＣＮＦの形状はＦＥ－ＳＥＭ（日本電子（株）製、製品名：「ＪＳＭ－６７００Ｆ」、測定条件：２０ｍＡ、６０秒）を用いて観察した。なお、平均繊維径は、ＳＥＭ写真の画像からランダムに５０個の繊維を選択し、加算平均して算出した。
（硫酸ＣＮＦの結晶化度）
得られた硫酸ＣＮＦの結晶化度は、参考文献（Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓ． Ｊ． ２９：７８６－７９４（１９５９））の記載に基づき、ＸＲＤ分析法（Ｓｅｇａｌ法）により測定し、下記式により算出した。
結晶化度（％）＝［（Ｉ２００－ＩＡＭ）／Ｉ２００］×１００％
［式中、Ｉ２００はＸ線回折における格子面（００２面）（回折角２θ＝２２．６°）の回折強度、ＩＡＭはアモルファス部（００２面と１１０面間の最低部、回折角２θ＝１８．５°）の回折強度である］。
（硫酸ＣＮＦの硫酸エステル基の平均置換度の定量）
燃焼吸収－ＩＣ法を用いて硫黄含有率を定量した。すなわち、磁性ボードに乾燥した硫酸ＣＮＦ（０．０１ｇ）を入れ、酸素雰囲気（流量：１．５Ｌ／分）環状炉（１３５０℃）にて燃焼させ、発生したガス成分を３％過酸化水素水（２０ｍｌ）に吸収させた。得られた吸収液を純水で１００ｍｌにメスアップし、希釈液のイオンクロマトグラフィー測定結果から硫酸イオン濃度（重量％）を算出した。硫酸イオン濃度から平均置換度を換算した。分析には、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、イオンクロマトグラフ ＩＣＳ－１５００型を用いた。なお、平均置換度は、セルロースの構成単位であるグルガン１つ当たり硫酸エステル基のモル数である。
（ＩＲスペクトル）
乾燥した硫酸ＣＮＦをＦＴ－ＩＲ（ＡＴＲモード）で分析し、周波数１２５０ｃｍ－１および８２０ｃｍ－１の硫酸エステル基に由来吸収バンドの有無により硫酸エステル化修飾を確認した。測定は、ＮＩＣＯＬＥＴ社製「ＮＩＣＯＬＥＴ ＭＡＧＮＡ－ＩＲ７６０ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」を用い、反射モードで分析した。さらに、ヒドロゲルの乾燥物の組成分析にも用いた。
The following evaluation was performed about the obtained CNF sulfate.
(Shape observation of CNF sulfate)
The shape of CNF sulfate was observed using an FE-SEM (manufactured by JEOL Ltd., product name: "JSM-6700F", measurement conditions: 20 mA, 60 seconds). The average fiber diameter was calculated by randomly selecting 50 fibers from the SEM photograph image and averaging them.
(Crystallinity of CNF sulfate)
The crystallinity of the obtained CNF sulfate was measured by the XRD analysis method (Segal method) based on the description of the reference (Textile Res. J. 29:786-794 (1959)) and calculated by the following formula.
Crystallinity (%) = [(I200-IAM) / I200] × 100%
[In the formula, I200 is the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6°) in X-ray diffraction, IAM is the amorphous part (the lowest part between the 002 plane and the 110 plane, the diffraction angle 2θ = 18 .5°) diffraction intensity].
(Quantification of average degree of substitution of sulfate ester group of sulfate CNF)
The combustion absorption-IC method was used to quantify the sulfur content. That is, put dry sulfuric acid CNF (0.01 g) on the magnetic board, burn it in an oxygen atmosphere (flow rate: 1.5 L / min) in a tubular furnace (1350 ° C.), and generate a 3% hydrogen peroxide solution (20 ml). The obtained absorption liquid was diluted with pure water to 100 ml, and the sulfate ion concentration (% by weight) was calculated from the ion chromatography measurement results of the diluted liquid. The average degree of substitution was calculated from the sulfate ion concentration. For the analysis, an ion chromatograph ICS-1500 manufactured by Thermo Fisher Scientific was used. The average degree of substitution is the number of moles of sulfate ester groups per glucan, which is a structural unit of cellulose.
(IR spectrum)
The dried sulfated CNF was analyzed by FT-IR (ATR mode), and the sulfated modification was confirmed by the presence or absence of absorption bands derived from sulfate groups at frequencies of 1250 cm −1 and 820 cm −1 . The measurement was performed in reflection mode using a "NICOLET MAGNA-IR760 Spectrometer" manufactured by NICOLET. Furthermore, it was also used for composition analysis of dried hydrogels.
〔硫酸ＣＮＦヒドロゲルの製造〕
（硫酸ＣＮＦ）
前記したように製造した硫酸ＣＮＦの分散液を２等分に分けて、それぞれに所定量の水酸化ナトリウムの水溶液（濃度０．４％）を加え、硫酸エステル基の半分中和と完全中和の２種類の分散液を調製した。
（用いた架橋剤）
キトサンとして、東京化成（株）製のキトサンオリゴ糖を用いた。分子量は２０，０００、重合度に換算すると１１１程度である。水に可溶する。
アミンとして、ナカライテスク（株）社製ヘキサメチレンジアミンを用いた。
[Production of CNF sulfate hydrogel]
(CNF sulfate)
The dispersion of CNF sulfate prepared as described above is divided into two equal parts, and a predetermined amount of aqueous solution of sodium hydroxide (concentration 0.4%) is added to each to half and completely neutralize the sulfate group. were prepared.
(Crosslinking agent used)
Chitosan oligosaccharide manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd. was used as chitosan. The molecular weight is 20,000, which is about 111 when converted to the degree of polymerization. Soluble in water.
As the amine, hexamethylenediamine manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd. was used.
（架橋剤の水溶液の作製）
表１に示すように、所定量のキトサン又はヘキサメチレンジアミンを所定量の蒸留水に加え、スターラーにて攪拌することによりキトサン溶液を調製した。
(Preparation of aqueous solution of cross-linking agent)
As shown in Table 1, a chitosan solution was prepared by adding a predetermined amount of chitosan or hexamethylenediamine to a predetermined amount of distilled water and stirring with a stirrer.
（ヒドロゲルの調製と評価）
０．２５％の硫酸ＣＮＦの水分散液をサンプル瓶に加え、液面を平らに整えた後、架橋剤溶液１０ｇをスポイドで吸い取ってサンプル瓶の壁に沿って滴下して、室温で２４時間静置し、硫酸ＣＮＦ分散液に浸透させてゲル化させた。得られたゲルを回収し、蒸留水で数回洗浄することにより過剰の架橋剤を除くことにより円柱形ヒドロゲルが得られた。得られたヒドロゲルの表面水分をキムワイプ（商品名）で拭き取った後、天秤で重さを秤量し、吸水率（ヒドロゲルの重さ／硫酸ＣＮＦの重さ）の尺度として評価した。同じヒドロゲルを室温で一週間放置した後重さを再び評価し、放置前後の重量差を離水性の尺度として評価した。
(Preparation and evaluation of hydrogel)
Add 0.25% sulfuric acid CNF aqueous dispersion to the sample bottle, level the liquid surface, absorb 10 g of the cross-linking agent solution with a dropper, drop it along the wall of the sample bottle, and leave it for 24 hours at room temperature. It was allowed to stand still and permeated with a CNF sulfate dispersion to gel. The resulting gel was recovered and washed several times with distilled water to remove the excess cross-linking agent to obtain a cylindrical hydrogel. After wiping off the moisture on the surface of the obtained hydrogel with Kimwipe (trade name), the weight was weighed with a balance and evaluated as a measure of water absorption (weight of hydrogel/weight of CNF sulfate). After the same hydrogel was left at room temperature for one week, the weight was evaluated again, and the weight difference before and after the standing was evaluated as a measure of syneresis.
（ヒドロゲルの強さ評価）
得られた円柱形のヒドロゲル（高さ約２ｃｍ、直径約２ｃｍ）の上に、２００ｇの分銅を載せて、３０秒が経つと分銅を除いて、ヒドロゲルの形状が元に戻るかを確認した。戻る場合、強度及び弾力が良好、戻れない又は崩れた場合、強度又は弾力が悪い、として評価した。
(Evaluation of hydrogel strength)
A weight of 200 g was placed on the obtained cylindrical hydrogel (height: about 2 cm, diameter: about 2 cm), and after 30 seconds, the weight was removed and it was confirmed whether the shape of the hydrogel returned to its original shape. When it returned, the strength and elasticity were evaluated as good, and when it did not return or collapsed, the strength or elasticity was evaluated as poor.
〔実施例１～４〕、〔比較例１～３〕
表１に示す組成を基に、前記に示したヒドロゲルの作製方法によりゲル化時間２４時間で、円柱形ヒドロゲルを調製、評価した。
評価結果を表１に示す。
図３に実施例１）及び実施例３で得られたヒドロゲルの写真（左：実施例１；右：実施例３）を示す。
[Examples 1 to 4], [Comparative Examples 1 to 3]
Based on the composition shown in Table 1, a cylindrical hydrogel was prepared and evaluated by the hydrogel preparation method shown above with a gelation time of 24 hours.
Table 1 shows the evaluation results.
FIG. 3 shows photographs of the hydrogels obtained in Example 1) and Example 3 (left: Example 1; right: Example 3).
実施例１及び実施例２共に、ヒドロゲルを圧縮した後の形状が回復し強度及び弾力が良好なヒドロゲルを生成することができた。
さらに、実施例２と比べて架橋剤濃度が高い実施例１の方は、得られたヒドロゲルの吸水率が低く、離水率（（調製後の重量－放置後の重量）／調製後の重量）が大きくなった。
また、架橋剤の濃度が低い比較例１から得られたヒドロゲルは吸水率が高いものの、荷重をかけるとゲルが崩壊することが分った。さらに、架橋剤を加えない比較例２と比較例３ではゲル化ができず、ヒドロゲルが得られなかった。
実施例３では、実施例１と同量の硫酸ＣＮＦ分散液にシリカゾル０．２５ｇを加えた以外は実施例１と同様に円柱形ヒドロゲルを調製した。なお、シリカナノ粒子の粒径は５０ｎｍであった。得られたヒドロゲルはシリカナノ粒子に起因する青白の色であった。吸水率、離水率と強度の評価結果は、実施例１と大きい差が見られなかった。
実施例４では、キトサンに代えてアミンを用いた以外は実施例１と同様にヒドロゲルを調製した。外観は実施例とほぼ同様であったが、吸水率と保水率は実施例１と比べやや低下した。
In both Example 1 and Example 2, the shape of the hydrogel after compression was recovered, and a hydrogel having good strength and elasticity could be produced.
Furthermore, in Example 1, which has a higher cross-linking agent concentration than in Example 2, the resulting hydrogel has a lower water absorption rate and a water separation rate ((weight after preparation - weight after standing) / weight after preparation). has grown.
In addition, it was found that the hydrogel obtained from Comparative Example 1, in which the concentration of the cross-linking agent was low, had a high water absorption rate, but the gel disintegrated when a load was applied. Furthermore, in Comparative Examples 2 and 3, in which no cross-linking agent was added, gelation was not possible, and no hydrogel was obtained.
In Example 3, a cylindrical hydrogel was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.25 g of silica sol was added to the same amount of CNF sulfate dispersion as in Example 1. The particle size of the silica nanoparticles was 50 nm. The resulting hydrogel had a bluish-white color due to silica nanoparticles. There was no significant difference from Example 1 in the evaluation results of water absorption rate, water separation rate and strength.
In Example 4, a hydrogel was prepared as in Example 1, except that an amine was used in place of chitosan. The appearance was almost the same as that of the example, but the water absorption and water retention were slightly lower than those of the example 1.
さらに、実施例１～実施例４及び比較例１で得られたヒドロゲルを乾燥し、それぞれをＦＴ－ＩＲで分析した。結果は図２に示すように、実施例の場合は、周波数１７３０ｃｍ－１、１６５０ｃｍ－１、１５４０ｃｍ－１の吸収バンドが確認できた。一方、比較例１では周波数１７３０ｃｍ－１吸収バンドが殆ど検出できなかった。この結果は、実施例１から実施例４で調製したヒドロゲルは硫酸エステル基とアミノ基の間に化学結合が形成されたことを示唆した。 Furthermore, the hydrogels obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were dried and analyzed by FT-IR. As a result, as shown in FIG. 2, absorption bands at frequencies of 1730 cm −1 , 1650 cm −1 and 1540 cm −1 were confirmed in the case of the example. On the other hand, in Comparative Example 1, almost no absorption band with a frequency of 1730 cm −1 could be detected. This result suggested that the hydrogels prepared in Examples 1 to 4 had chemical bonds formed between the sulfate groups and the amino groups.
（ヒドロゲル乾燥物の調製と評価）
所定濃度の硫酸ＣＮＦの水分散液を透明スチロール角形ケースに加え、液面を平らに整えた後、架橋剤溶液をスポイントで吸い取ってケースの周り壁に沿って滴下した。室温で所定時間まで静置し、ゲル化させた。得られたゲルを回収し、蒸留水で数回洗浄することにより過剰の架橋剤を除くことによりシート状ヒドロゲルが得られる。シート状ヒドロゲルを５０℃の送風乾燥機で５時間乾燥した後、さらに９０℃で３時間乾燥することにより乾燥シートが得た。得られた乾燥シートの引張強度を強度機で評価した。
(Preparation and evaluation of dried hydrogel)
An aqueous dispersion of CNF sulfate having a predetermined concentration was added to a transparent square polystyrene case, and after leveling the liquid surface, the cross-linking agent solution was sucked up with a spot point and dripped along the surrounding wall of the case. It was allowed to stand at room temperature for a predetermined period of time to gel. The resulting gel is collected and washed several times with distilled water to remove the excess cross-linking agent, thereby obtaining a sheet-like hydrogel. The sheet-like hydrogel was dried in a blower dryer at 50°C for 5 hours, and then dried at 90°C for 3 hours to obtain a dry sheet. The tensile strength of the resulting dry sheet was evaluated with a strength machine.
［実施例５］
実施例１と同量の硫酸ＣＮＦ分散液と架橋剤溶液を用いて、シート状のヒドロゲルを調製、乾燥した。乾燥したシートの厚みは０．２ｍｍであった。引張物性を測定した結果、強度と弾性率がそれぞれ１３０ＭＰａと３６００ＭＰａの強靭なシートであることが分った。
[Example 5]
Using the same amount of CNF sulfate dispersion and cross-linking agent solution as in Example 1, a sheet-like hydrogel was prepared and dried. The dry sheet thickness was 0.2 mm. As a result of measuring tensile physical properties, it was found to be a tough sheet with strength and modulus of 130 MPa and 3600 MPa, respectively.
硫酸ＣＮＦは無修飾ＣＮＦやＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦと比べ、硫酸エステル基の吸水率又は保水率が高く、生物活性を持つため、化粧品や医療材等への適用が期待できる。 Compared to unmodified CNF and TEMPO-oxidized CNF, sulfated CNF has a higher water absorption rate or water retention rate of the sulfate ester group, and has biological activity, so it can be expected to be applied to cosmetics, medical materials, and the like.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022194428A JP2023036623A (en) | 2018-10-22 | 2022-12-05 | Sulfate-esterified cellulose nanofiber and dried product thereof |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018198785A JP2020066658A (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Sulfated esterified cellulose nanofiber and dry matter thereof |
| JP2022194428A JP2023036623A (en) | 2018-10-22 | 2022-12-05 | Sulfate-esterified cellulose nanofiber and dried product thereof |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018198785A Division JP2020066658A (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Sulfated esterified cellulose nanofiber and dry matter thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023036623A true JP2023036623A (en) | 2023-03-14 |
Family
ID=70389592
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018198785A Pending JP2020066658A (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Sulfated esterified cellulose nanofiber and dry matter thereof |
| JP2022194428A Pending JP2023036623A (en) | 2018-10-22 | 2022-12-05 | Sulfate-esterified cellulose nanofiber and dried product thereof |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018198785A Pending JP2020066658A (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | Sulfated esterified cellulose nanofiber and dry matter thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP2020066658A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7283192B2 (en) * | 2019-04-08 | 2023-05-30 | 横河電機株式会社 | Cell activator and hyaluronic acid degradation inhibitor |
| CN112106976B (en) * | 2020-08-27 | 2022-10-14 | 杭州纸友科技有限公司 | Preparation method of minced fillet product additive rich in modified nano-cellulose |
| WO2023249083A1 (en) * | 2022-06-23 | 2023-12-28 | 横河電機株式会社 | Sulfate esterified chitin, sulfate esterified chitin fiber, and production methods therefor |
| CN115613154B (en) * | 2022-11-15 | 2024-06-07 | 浙江恒百华化纤有限公司 | Three-dimensional super-bright DTY fiber and production process thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5944564B1 (en) * | 2015-07-08 | 2016-07-05 | 第一工業製薬株式会社 | Method for producing gel composition and gel composition obtained thereby |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5811881B2 (en) * | 1975-07-22 | 1983-03-05 | ライオン株式会社 | Reyu Sanka Sero - Sunoseizouhou |
| DE102005011367B4 (en) * | 2005-03-11 | 2010-12-09 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Process for the preparation of cellulose sulphate with improved properties |
| EP2501753A4 (en) * | 2009-11-16 | 2014-01-22 | Kth Holding Ab | Strong nanopaper |
| CN104524866A (en) * | 2014-12-04 | 2015-04-22 | 上海洁晟环保科技有限公司 | Composite antibacterial air filtration material and preparation method thereof |
| JP2017008176A (en) * | 2015-06-19 | 2017-01-12 | 日本製紙株式会社 | Dry solid article of cellulose nanofiber and manufacturing method thereof |
| JP6833268B2 (en) * | 2015-10-22 | 2021-02-24 | 第一工業製薬株式会社 | Hydrophilic resin composition |
| JP5939695B1 (en) * | 2015-12-16 | 2016-06-22 | 第一工業製薬株式会社 | Viscous aqueous composition and method for producing the same |
| JP6712875B2 (en) * | 2016-03-04 | 2020-06-24 | 第一工業製薬株式会社 | Fibroblast proliferation promoter |
| JP7170380B2 (en) * | 2016-12-15 | 2022-11-14 | 日本製紙株式会社 | Process for producing chemically modified pulp dry solids |
| CN110446722B (en) * | 2017-01-16 | 2024-06-11 | 横河电机株式会社 | Sulfate modified cellulose nanofiber and method for producing cellulose nanofiber |
-
2018
- 2018-10-22 JP JP2018198785A patent/JP2020066658A/en active Pending
-
2022
- 2022-12-05 JP JP2022194428A patent/JP2023036623A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5944564B1 (en) * | 2015-07-08 | 2016-07-05 | 第一工業製薬株式会社 | Method for producing gel composition and gel composition obtained thereby |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2020066658A (en) | 2020-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2023036623A (en) | Sulfate-esterified cellulose nanofiber and dried product thereof | |
| Kassem et al. | Phosphoric acid-mediated green preparation of regenerated cellulose spheres and their use for all-cellulose cross-linked superabsorbent hydrogels | |
| Tang et al. | Mussel-inspired biocompatible polydopamine/carboxymethyl cellulose/polyacrylic acid adhesive hydrogels with UV-shielding capacity | |
| Khan et al. | Production and properties of nanocellulose-reinforced methylcellulose-based biodegradable films | |
| Kumar et al. | Development of sodium alginate-xanthan gum based nanocomposite scaffolds reinforced with cellulose nanocrystals and halloysite nanotubes | |
| Yuan et al. | Thermosensitive and photocrosslinkable hydroxypropyl chitin-based hydrogels for biomedical applications | |
| Ma et al. | Synthesis and characterization of injectable self-healing hydrogels based on oxidized alginate-hybrid-hydroxyapatite nanoparticles and carboxymethyl chitosan | |
| Chang et al. | Structure and properties of hydrogels prepared from cellulose in NaOH/urea aqueous solutions | |
| Liu et al. | Rapid gelling, self-healing, and fluorescence-responsive chitosan hydrogels formed by dynamic covalent crosslinking | |
| Lewandowska-Łańcucka et al. | Alginate-and gelatin-based bioactive photocross-linkable hybrid materials for bone tissue engineering | |
| Lin et al. | TEMPO-oxidized nanocellulose participating as crosslinking aid for alginate-based sponges | |
| Karaaslan et al. | Wood hemicellulose/chitosan-based semi-interpenetrating network hydrogels: Mechanical, swelling and controlled drug release properties | |
| Zhang et al. | Fabrication and characterization of bamboo shoot cellulose/sodium alginate composite aerogels for sustained release of curcumin | |
| Chen et al. | High strength gelatin-based nanocomposites reinforced by surface-deacetylated chitin nanofiber networks | |
| Maiz-Fernández et al. | Photocrosslinkable and self-healable hydrogels of chitosan and hyaluronic acid | |
| do Nascimento et al. | Cellulose nanocrystals-reinforced core-shell hydrogels for sustained release of fertilizer and water retention | |
| Onyianta et al. | The effects of morpholine pre-treated and carboxymethylated cellulose nanofibrils on the properties of alginate-based hydrogels | |
| Poonguzhali et al. | Synthesis of alginate/nanocellulose bionanocomposite for in vitro delivery of ampicillin | |
| Guan et al. | Nanoreinforced hemicellulose-based hydrogels prepared by freeze–thaw treatment | |
| Edlund et al. | A microspheric system: hemicellulose-based hydrogels | |
| Rao et al. | Genipin-crosslinked gelatin-based composite hydrogels reinforced with amino-functionalized microfibrillated cellulose | |
| Wang et al. | Microsphere-structured hydrogel crosslinked by polymerizable protein-based nanospheres | |
| US20210309836A1 (en) | Cellulose composition, cellulose molded body, and method for producing cellulose composition | |
| Wang et al. | Formation of composite hydrogel of carboxymethyl konjac glucomannan/gelatin for sustained release of EGCG | |
| Kim et al. | Photocrosslinked poly (γ-glutamic acid) hydrogel for 3D bioprinting |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221205 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230829 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20240305 |