JP2023518334A

JP2023518334A - ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料

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Publication number: JP2023518334A
Application number: JP2022542053A
Authority: JP
Inventors: ユーグゥァンヂョン; チュンイェンヂョン
Original assignee: チュンイェンヂョン; ユーグゥァンヂョン; ハイナンイェーゴーフーズシーオー．，エルティーディー; ナンジンイェーゴーフーズシーオー．，エルティーディー; バオディングゥァンユーフルーツプロセッシングフードシーオー．，エルティーディー
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2023-05-01
Anticipated expiration: 2040-01-07
Also published as: WO2021138790A1; US20220331476A1; JP7445770B2

Abstract

本発明は、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を提供する。該複合材料は、アルギン酸繊維スパンレース不織布にナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維が吸着されてなるものであって、ナノ酸化亜鉛はバクテリアセルロースマイクロ繊維の表面に均一に分布される。本発明の複合材料は、良好な生体適合性、力学性能と吸水性能を有し、傷口被覆材、人体修復材料及び組織工学材料等バイオメディカル分野において大きく応用される見通しがある。

Description

本発明は複合セルロース材料の分野に属し、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料に関する。

従来から、繊維材料は医用分野において広く応用されてきている。例えば、傷口の治療には被覆材製品がよく使われ、その中、繊維材料をスパンレース法で製造した不織布は、よく使われる被覆材製品の一つである。現在、臨床上よく使用される不織布被覆材繊維材料としては、綿繊維、ビスコース繊維、キトサン繊維、アルギン酸繊維等がある。また、組織修復医学の発展に伴い、ますます多くの繊維材料が組織修復ステントの製造によく用いられている。繊維材料は複雑な多段構造に加工でき、それによって組織の細胞外マトリックスを模擬し、同時に良好な力学性能、組織適合性、細胞浸透性などを具備しているので、組織修復の基本的な要求を満たすことができる。

バクテリアセルロースは、グルコースがβ－１，４－グリコシド結合で繋いでなる高分子化合物であり、優れた生物材料として、独特な物理、化学性能を有するものであり、バクテリアセルロースは、天然な三次元ナノネットワック構造や、高い引っ張り強度と弾性率や、高い親水性、良好な通気、吸水、透水性能、並外れた保水性と高湿強度を具備している。また、多くの研究から示されているように、バクテリアセルロースは良好な体内／体外の生体適合性と生分解性を持つため、バクテリアセルロース自身がバイオメディカル分野に応用できるようになる。海外では、単純なバクテリアセルロースハイドロゲルを被覆材とすることがすでに報告され、かつ、すでに工業化され臨床に使用されている。加えて、バクテリアセルロース材料で製造された各類組織修復ステントが良く報告され、現在、バクテリアセルロース材料は血管、骨、軟骨、尿道、鼓膜等多種の組織器官の修復に応用できることがすでに証明されている。ただし、天然発酵のバクテリアセルロースハイドロゲルはセルロースナノ繊維より形成された緻密な三次元ネットワック構造を具備しているものであり、傷口の修復において傷口滲出液の吸收が遅く、且、細菌が繁殖して傷口に感染しやすく、組織の修復において、緻密な構造が細胞の進入を阻害してしまう。これらの問題はいずれも、バクテリアセルロースの繊維材料としての応用を制限してしまう。

そのため、バクテリアセルロースの天然なナノ繊維としての利点をいかに発揮し、それの医用分野における応用を広げることは、バクテリアセルロース材料にとって解決すべき重要な問題である。

本発明の一つの目的は、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を提供することである。本発明のもう一つの目的は、該ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法を提供することである。本発明の更に一つの目的は、該ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の皮膚修復被覆材、人体修復材料及び組織工学材料における応用を提供することである。

本発明の目的は、以下の技術案により実現される。

本発明は、アルギン酸繊維スパンレース不織布にナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維が吸着されてなる複合材料であって、前記ナノ酸化亜鉛は前記バクテリアセルロースマイクロ繊維の表面に均一に分布される、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を提供する。

該複合材料において、前記バクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量、前記ナノ酸化亜鉛の含有量は必要に応じて調整される。

前記複合材料において、好ましくは、前記ナノ酸化亜鉛の粒径は５～２０ｎｍであり、前記バクテリアセルロースマイクロ繊維は、平均直径が３０～４０ｎｍであり、平均長さが１０～２０μｍであり、結晶度が６０％～７５％であり、前記アルギン酸繊維スパンレース不織布のグラム重は４０～１００ｇ／ｍ^２である。

本発明のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料は、巨視的に、不織布のぼくぼくとした構造を持ち、ミクロンレベルのアルギン酸繊維の表面にナノレベルのバクテリアセルロースマイクロ繊維が絡まっている同時に、ナノマイクロ繊維の表面にナノ酸化亜鉛粒子が均一に分布されている。バクテリアセルロースマイクロ繊維の平均長さと直径の分布が集中しており、各類のナノセルロース繊維系医療材料の製造が容易になる。このような特殊構造の繊維複合材料は皮膚修復被覆材、人体修復材料及び組織工学材料等の分野に広く運用できる。

また、本発明は、上記ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法であって、
バクテリアセルロースハイドロゲルを水中で分散開繊処理を行うことにより、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得ることと、
バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液にアルギン酸ナトリウムと亜鉛塩を入れ、加熱処理を行い、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得ることと、
アルギン酸繊維スパンレース不織布を、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に浸漬した後、冷凍乾燥によりナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を得ることと、
を含む、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法を更に提供する。

本発明は分散開繊手段を用いて、本来のバクテリアセルロースの三次元繊維ネットワックを分散して安定で均一なバクテリアセルロースマイクロ繊維とし、その表面で抗菌性能のあるナノ酸化亜鉛をｉｎ－ｓｉｔｕ合成し、更に、アルギン酸スパンレース不織布との複合により、最終的にナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を得る。このような複合材料は良好な生体適合性、力学性能と吸水性能を有し、傷口被覆材、人体修復材料及び組織工学材料等のバイオメディカル分野に大きな応用の見通しがある。

上記の製造方法において、アルギン酸繊維スパンレース不織布に吸着される、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースの量は、不織布自身の吸着飽和を基準とし、実際の必要に応じて調節される。

上記の製造方法において、好ましくは、前記バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液において、前記バクテリアセルロースマイクロ繊維と、前記アルギン酸ナトリウムと前記亜鉛塩との質量比は（５～１０）：（０．５～１）：（３～５）である。

上記の製造方法において、好ましくは、前記亜鉛塩は酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、臭化亜鉛、塩化亜鉛及び硫酸亜鉛の１種又は複数種の組み合わせを含む。

上記の製造方法において、好ましくは、加熱処理を行う温度は４０℃～６０℃であり、加熱処理の時間は６～１２ｈである。加熱条件の下で、正に帯電する亜鉛イオンは、まず、バクテリアセルロースナノ繊維表面の負に帯電する水酸基と相互作用し、大量の亜鉛イオンはセルロースナノ繊維表面に均一に吸着されるとともに、加熱条件の下で、亜鉛イオンはアルギン酸ナトリウム分子における水酸基及びエステル基とが相互作用し、ナノ酸化亜鉛を得る。前記のナノ酸化亜鉛は粒子直径５～２０ｎｍの球形粒子であり、バクテリアセルロースマイクロ繊維表面に均一に分布される。

上記の製造方法において、好ましくは、前記バクテリアセルロースハイドロゲルは菌株発酵により得られたものであり、前記菌株は、アセトバクターキシリナム、リゾビウム属、スポロサルシナ属、シュードモナス属、アクロモバクター属、アルカリゲネス属、アエロバクター属及びアゾトバクター属の１種又は複数種の組み合わせを含む。

上記の製造方法において、好ましくは、発酵により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルを精製処理すること、具体的には：
７０℃～１００℃の温度で、バクテリアセルロースハイドロゲルを質量分率０．３％～１％の水酸化ナトリウム水溶液に２～４ｈ浸漬してから、質量分率１％～５％のラウリル硫酸ナトリウム水溶液に２～４ｈ浸漬し、更に、バクテリアセルロース上の菌体蛋白とセルロース膜に粘着された残留培地を除去し、精製後のバクテリアセルロースハイドロゲルを得るように、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングすることを更に含む。

上記の製造方法において、好ましくは、バクテリアセルロースハイドロゲルを水中で分散開繊処理を行う方法は、
バクテリアセルロースハイドロゲルを切り身にし、水中に煮沸した後、高速分散機で均質化処理を行うことにより、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得てから、
バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を０．８～２ｗｔ％に調整し、その後、高圧ホモジナイザーで均質化処理を行い、
続いて、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を５～１０ｗｔ％に調整し、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得ることである。

従来技術では、発酵により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルは、ナノレベルのセルロース繊維により形成された三次元ネットワック構造であり、バクテリアセルロースのナノ繊維と繊維との間は水素結合作用があるため、セルロース繊維を均一に分散しにくい。本発明において、複数回分散（高速分散、高圧均質化）方法を採用することで、セルロース繊維を水溶液において段階的に均一に分散し、かつ、開繊処理によって繊維の平均長さと直径の分布を集中させる。同時に、セルロース繊維結晶度は、従来の８５％～９０％に比べて、一定程度の低下が見られるため、処理過程において繊維の非晶質領域が増加し、繊維の吸着性能とその後の加工性能の向上に寄与することが明らかになった。

上記の製造方法において、好ましくは、前記バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に、更に、カルボキシメチルセルロースを０．２～０．４ｗｔ％添加される。一般的に、ナノセルロース繊維の分散溶液は、高圧滅菌の時、高温環境であるため、ナノ繊維の凝集を促進し、その後の加工に影響してしまう。少量なカルボキシメチルセルロースの添加は、安定剤の役割を果たし、体系中のナノセルロース繊維の凝集を防止するとともに、滅菌後のバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の安定を確保できる。

上記の製造方法において、好ましくは、バクテリアセルロースハイドロゲルを切り取った形態は、立方体、直方体、または球体を含むが、これらに限らない。より好ましくは、辺の長さ０．５～１ｃｍである立方体に切り取る。

上記の製造方法において、好ましくは、切り身を煮沸する時間は１０～３０ｍｉｎである。

上記の製造方法において、好ましくは、高速分散機で均質化する回転速度が５０００～２５０００ｒｐｍであり、均質化時間が５～１０ｍｉｎである。

上記の製造方法において、好ましくは、高圧ホモジナイザーで均質化する圧力が１３０～１７０ＭＰａであり、そのマイクロチューブ通路による均質化処理の回数が１０～６０回である。

本発明はそれぞれ、高速分散機と高圧ホモジナイザーを用いて順次に分散・均質化処理を行う。このような方法では、バクテリアセルロースのナノ繊維を最大限に分散できるとともに、マイクロ繊維の均一性を確保でき、その後の加工に寄与する。

上記の製造方法において、好ましくは、前記アルギン酸繊維スパンレース不織布は、アルギン酸繊維が通常のスパンレース法加工により得られた不織布である。

上記の製造方法において、好ましくは、前記アルギン酸繊維は、アルギン酸ナトリウム水溶液を通常に湿式紡糸した後、塩化カルシウム凝固浴において形成される、繊維直径５～１０μｍのアルギン酸繊維である。

上記の製造方法において、好ましくは、アルギン酸繊維スパンレース不織布を、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に浸漬する時間は１２～２４ｈであり、温度は室温である。

ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液をアルギン酸繊維スパンレース不織布に吸着させ、それによって得られたナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料は多段階構造を持つ。巨視的に、該複合材料はスパンレース不織布のぼくぼくした繊維構造を有し、ミクロンレベルのアルギン酸繊維の表面にナノレベルのバクテリアセルロースマイクロ繊維が絡まっている同時に、更に、ナノマイクロ繊維の表面にナノ酸化亜鉛粒子が均一に分布されている。

上記の製造方法において、好ましくは、前記ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液において、前記ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量が１０～２０ｗｔ％となるように、浸漬前に、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を高圧滅菌釜によりナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の固形分を更に調整する。

上記の製造方法において、好ましくは、滅菌温度は１２１℃であり、時間は１５～３０ｍｉｎであり、圧力は０．１２ＭＰａである。滅菌処理は、医療材料を最終製品に製造される際に必須となる工程であり、本発明の高圧滅菌は、便利で実行しやすい手段である。

さらに、本発明は、上記ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の、皮膚修復被覆材、人体修復材料または組織工学材料の製造における応用を更に提供する。

本発明の有利な效果としては、
（１）本発明は分散開繊手段を用いて、本来のバクテリアセルロースの三次元繊維ネットワックを分散して安定で均一なバクテリアセルロースマイクロ繊維とし、その表面で抗菌性能のあるナノ酸化亜鉛をｉｎ－ｓｉｔｕ合成し、更に、アルギン酸スパンレース不織布との複合により、最終的にナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を得る。このような複合材料は良好な生体適合性、力学性能と吸水性能を有し、傷口被覆材、人体修復材料及び組織工学材料等のバイオメディカル分野に大きな応用の見通しがある。

（２）本発明の方法では、複数回分散の方法を採用することで、バクテリアセルロース繊維を水溶液において段階的に均一に分散し、かつ、開繊処理によって繊維の平均長さと直径の分布を集中させ、各類のナノセルロース繊維系医療材料の製造に用いられる。

本発明の技術特徴、目的と有利な效果をより分かりやすくするために、ここで本発明の技術案を以下のように詳しく説明するが、本発明の実施可能な範囲に対する限定だと理解してはならない。

以下の実施例に使用される実験方法は、特に断らない限り、いずれも常法である。

以下の実施例に用いられる材料、試薬等は、特に断らない限り、いずれも商業的に入手できる。

実施例１
本実施例は、以下のステップを含むナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法を提供した。

（１）アセトバクターキシリナムを用いた発酵によって天然バクテリアセルロースハイドロゲルを得、１００℃で、バクテリアセルロースハイドロゲルを０．３ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に４ｈ浸漬した後、１ｗｔ％のラウリル硫酸ナトリウム水溶液に４ｈ浸漬し、バクテリアセルロース上の菌体蛋白とセルロース膜に粘着された残留培地を除去し、精製後のバクテリアセルロースハイドロゲルを得るように、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングした。

（２）精製により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルを辺の長さ０．５ｃｍの立方体に切り取った。切り取られたバクテリアセルロースハイドロゲル立方体を沸騰水中で１０ｍｉｎ蒸煮した後、高速分散機で５０００ｒｐｍの回転速度でサンプルを１０ｍｉｎ均質化し、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を０．８ｗｔ％に調整した後、高圧ホモジナイザーで１７０ＭＰａ圧力で、マイクロチューブ通路による均質化処理を１０回行った。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を１０ｗｔ％に調整した後、０．４ｗｔ％のカルボキシメチルセルロースを添加し、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。精製・開繊処理後のバクテリアセルロースマイクロ繊維は、平均直径が３０ｎｍであり、平均長さが２０μｍであり、結晶度が７５％であった。

（３）均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に、１ｗｔ％のアルギン酸ナトリウムと５ｗｔ％の酢酸亜鉛をそれぞれ添加し、４０℃、６ｈ加熱処理をし、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。その中、ナノ酸化亜鉛は平均直径１０ｎｍの球形粒子であり、バクテリアセルロースマイクロ繊維表面に均一に分布された。

（４）アルギン酸ナトリウム水溶液を湿式紡糸した後、塩化カルシウム凝固浴において繊維直径１０μｍのアルギン酸繊維を形成した。その後、アルギン酸繊維をスパンレース法加工によりグラム重４０ｇ／ｍ^２のアルギン酸繊維スパンレース不織布を得た。

ステップ（３）におけるナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を高圧滅菌釜に入れ、系中のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量を１０ｗｔ％に調節し、高温高圧で滅菌し（滅菌温度は１２１℃であり、時間は１５ｍｉｎであり、圧力は０．１２ＭＰａであった。）、滅菌後のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

アルギン酸繊維スパンレース不織布を滅菌後の、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に浸漬し、室温で２４ｈ浸漬した。取り出した後、冷凍乾燥して、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を得た。

実施例２
本実施例は、以下のステップを含むナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法を提供した。

（１）リゾビウム属を用いた発酵によって天然バクテリアセルロースハイドロゲルを得、９０℃で、バクテリアセルロースハイドロゲルを０．４ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に４ｈ浸漬した後、２ｗｔ％のラウリル硫酸ナトリウム水溶液に４ｈ浸漬し、バクテリアセルロース上の菌体蛋白とセルロース膜に粘着された残留培地を除去し、精製後のバクテリアセルロースハイドロゲルを得るように、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングした。

（２）精製により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルを辺の長さ０．６ｃｍの立方体に切り取った。切り取られたバクテリアセルロースハイドロゲル立方体を沸騰水中で１０ｍｉｎ蒸煮した後、高速分散機で１００００ｒｐｍの回転速度でサンプルを１０ｍｉｎ均質化し、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を１．０ｗｔ％に調整した後、高圧ホモジナイザーで１６０ＭＰａ圧力で、マイクロチューブ通路による均質化処理を２０回行った。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を９ｗｔ％に調整した後、０．４ｗｔ％のカルボキシメチルセルロースを添加し、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。精製・開繊処理後のバクテリアセルロースマイクロ繊維は、平均直径が３０ｎｍであり、平均長さが２０μｍであり、結晶度が７０％であった。

（３）均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に、０．９ｗｔ％のアルギン酸ナトリウムと５ｗｔ％の酢酸亜鉛をそれぞれ添加し、６０℃、７ｈ加熱処理をし、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。その中、ナノ酸化亜鉛は平均直径２０ｎｍの球形粒子であり、バクテリアセルロースマイクロ繊維表面に均一に分布された。

（４）アルギン酸ナトリウム水溶液を湿式紡糸した後、塩化カルシウム凝固浴において繊維直径９μｍのアルギン酸繊維を形成した。その後、アルギン酸繊維をスパンレース法加工によりグラム重８０ｇ／ｍ^２のアルギン酸繊維スパンレース不織布を得た。

ステップ（３）におけるナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を高圧滅菌釜に入れ、系中のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量を１２ｗｔ％に調節し、高温高圧で滅菌し（滅菌温度は１２１℃であり、時間は１５ｍｉｎであり、圧力は０．１２ＭＰａであった。）、滅菌後のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

実施例３
本実施例は、以下のステップを含むナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法を提供した。

（１）スポロサルシナ属を用いた発酵によって天然バクテリアセルロースハイドロゲルを得、８０℃で、バクテリアセルロースハイドロゲルを０．５ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に３ｈ浸漬した後、３ｗｔ％のラウリル硫酸ナトリウム水溶液に３ｈ浸漬し、バクテリアセルロース上の菌体蛋白とセルロース膜に粘着された残留培地を除去し、精製後のバクテリアセルロースハイドロゲルを得るように、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングした。

（２）精製により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルを辺の長さ０．７ｃｍの立方体に切り取った。切り取られたバクテリアセルロースハイドロゲル立方体を沸騰水中で１５ｍｉｎ蒸煮した後、高速分散機で１５０００ｒｐｍの回転速度でサンプルを８ｍｉｎ均質化し、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を１．２ｗｔ％に調整した後、高圧ホモジナイザーで１５０ＭＰａ圧力で、マイクロチューブ通路による均質化処理を３０回行った。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を８ｗｔ％に調整した後、０．３ｗｔ％のカルボキシメチルセルロースを添加し、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。精製・開繊処理後のバクテリアセルロースマイクロ繊維は、平均直径が３０ｎｍであり、平均長さが１５μｍであり、結晶度が７０％であった。

（３）均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に、０．８ｗｔ％のアルギン酸ナトリウムと４ｗｔ％の酢酸亜鉛をそれぞれ添加し、５０℃、８ｈ加熱処理をし、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。その中、ナノ酸化亜鉛は平均直径１５ｎｍの球形粒子であり、バクテリアセルロースマイクロ繊維表面に均一に分布された。

（４）アルギン酸ナトリウム水溶液を湿式紡糸した後、塩化カルシウム凝固浴において繊維直径７μｍのアルギン酸繊維を形成した。その後、アルギン酸繊維をスパンレース法加工によりグラム重６０ｇ／ｍ^２のアルギン酸繊維スパンレース不織布を得た。

ステップ（３）におけるナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を高圧滅菌釜に入れ、系中のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量を１４ｗｔ％に調節し、高温高圧で滅菌し（滅菌温度は１２１℃であり、時間は２０ｍｉｎであり、圧力は０．１２ＭＰａであった。）、滅菌後のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

アルギン酸繊維スパンレース不織布を滅菌後の、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に浸漬し、室温で１８ｈ浸漬した。取り出した後、冷凍乾燥して、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を得た。

実施例４
本実施例は、以下のステップを含むナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法を提供した。

（１）シュードモナス属を用いた発酵によって天然バクテリアセルロースハイドロゲルを得、７０℃で、バクテリアセルロースハイドロゲルを０．６ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に３ｈ浸漬した後、４ｗｔ％のラウリル硫酸ナトリウム水溶液に３ｈ浸漬し、バクテリアセルロース上の菌体蛋白とセルロース膜に粘着された残留培地を除去し、精製後のバクテリアセルロースハイドロゲルを得るように、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングした。

（２）精製により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルを辺の長さ０．８ｃｍの立方体に切り取った。切り取られたバクテリアセルロースハイドロゲル立方体を沸騰水中で２０ｍｉｎ蒸煮した後、高速分散機で２００００ｒｐｍの回転速度でサンプルを７ｍｉｎ均質化し、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を１．４ｗｔ％に調整した後、高圧ホモジナイザーで１５０ＭＰａ圧力で、マイクロチューブ通路による均質化処理を４０回行った。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を７ｗｔ％に調整した後、０．３ｗｔ％のカルボキシメチルセルロースを添加し、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。精製・開繊処理後のバクテリアセルロースマイクロ繊維は、平均直径が４０ｎｍであり、平均長さが１５μｍであり、結晶度が６５％であった。

（３）均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に、０．７ｗｔ％のアルギン酸ナトリウムと４ｗｔ％の酢酸亜鉛をそれぞれ添加し、５０℃、９ｈ加熱処理をし、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。その中、ナノ酸化亜鉛は平均直径１０ｎｍの球形粒子であり、バクテリアセルロースマイクロ繊維表面に均一に分布された。

（４）アルギン酸ナトリウム水溶液を湿式紡糸した後、塩化カルシウム凝固浴において繊維直径６μｍのアルギン酸繊維を形成した。その後、アルギン酸繊維をスパンレース法加工によりグラム重４０ｇ／ｍ^２のアルギン酸繊維スパンレース不織布を得た。

ステップ（３）におけるナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を高圧滅菌釜に入れ、系中のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量を１６ｗｔ％に調節し、高温高圧で滅菌し（滅菌温度は１２１℃であり、時間は２０ｍｉｎであり、圧力は０．１２ＭＰａであった。）、滅菌後のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

実施例５
本実施例は、以下のステップを含むナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊
維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法を提供した。

（１）アセトバクターキシリナム、アクロモバクター属とアルカリゲネス属を用いた発酵によって天然バクテリアセルロースハイドロゲルを得、１００℃で、バクテリアセルロースハイドロゲルを０．７ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に２ｈ浸漬した後、５ｗｔ％のラウリル硫酸ナトリウム水溶液に２ｈ浸漬し、バクテリアセルロース上の菌体蛋白とセルロース膜に粘着された残留培地を除去し、精製後のバクテリアセルロースハイドロゲルを得るように、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングした。

（２）精製により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルを辺の長さ０．９ｃｍの立方体に切り取った。切り取られたバクテリアセルロースハイドロゲル立方体を沸騰水中で２５ｍｉｎ蒸煮した後、高速分散機で２５０００ｒｐｍの回転速度でサンプルを５ｍｉｎ均質化し、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を１．８ｗｔ％に調整した後、高圧ホモジナイザーで１３０ＭＰａ圧力で、マイクロチューブ通路による均質化処理を５０回行った。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を６ｗｔ％に調整した後、０．２ｗｔ％のカルボキシメチルセルロースを添加し、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。精製・開繊処理後のバクテリアセルロースマイクロ繊維は、平均直径が４０ｎｍであり、平均長さが１０μｍであり、結晶度が６０％であった。

（３）均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に、０．６ｗｔ％のアルギン酸ナトリウムと３ｗｔ％の酢酸亜鉛をそれぞれ添加し、４０℃、１０ｈ加熱処理をし、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。その中、ナノ酸化亜鉛は平均直径１０ｎｍの球形粒子であり、バクテリアセルロースマイクロ繊維表面に均一に分布された。

（４）アルギン酸ナトリウム水溶液を湿式紡糸した後、塩化カルシウム凝固浴において繊維直径５μｍのアルギン酸繊維を形成した。その後、アルギン酸繊維をスパンレース法加工によりグラム重４５ｇ／ｍ^２のアルギン酸繊維スパンレース不織布を得た。

ステップ（３）におけるナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を高圧滅菌釜に入れ、体系中のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量を１８ｗｔ％に調節し、高温高圧で滅菌し（滅菌温度は１２１℃であり、時間は３０ｍｉｎであり、圧力は０．１２ＭＰａであった。）、滅菌後のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

アルギン酸繊維スパンレース不織布を滅菌後の、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に浸漬し、室温で１２ｈ浸漬した。取り出した後、冷凍乾燥して、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を得た。

実施例６
本実施例は、以下のステップを含むナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法を提供した。

（１）アエロバクター属とアゾトバクター属を用いた発酵によって天然バクテリアセルロースハイドロゲルを得、１００℃で、バクテリアセルロースハイドロゲルを１ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に２ｈ浸漬した後、６ｗｔ％のラウリル硫酸ナトリウム水溶液に２ｈ浸漬し、バクテリアセルロース上の菌体蛋白とセルロース膜に粘着された残留培地を除去し、精製後のバクテリアセルロースハイドロゲルを得るように、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングした。

（２）精製により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルを辺の長さ１ｃｍの立方体に切り取った。切り取られたバクテリアセルロースハイドロゲル立方体を沸騰水中で３０ｍｉｎ蒸煮した後、高速分散機で１５０００ｒｐｍの回転速度でサンプルを５ｍｉｎ均質化し、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を２ｗｔ％に調整した後、高圧ホモジナイザーで１３０ＭＰａ圧力で、マイクロチューブ通路による均質化処理を６０回行った。

バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を５ｗｔ％に調整した後、０．２ｗｔ％のカルボキシメチルセルロースを添加し、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。精製・開繊処理後のバクテリアセルロースマイクロ繊維は、平均直径が４０ｎｍであり、平均長さが１５μｍであり、結晶度が６５％であった。

（３）均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に、０．５ｗｔ％のアルギン酸ナトリウムと３ｗｔ％の酢酸亜鉛をそれぞれ添加し、４０℃、１２ｈ加熱処理をし、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。その中、ナノ酸化亜鉛は平均直径５ｎｍの球形粒子であり、バクテリアセルロースマイクロ繊維表面に均一に分布された。

（４）アルギン酸ナトリウム水溶液を湿式紡糸した後、塩化カルシウム凝固浴において繊維直径１０μｍのアルギン酸繊維を形成した。その後、アルギン酸繊維をスパンレース法加工によりグラム重５５ｇ／ｍ^２のアルギン酸繊維スパンレース不織布を得た。

ステップ（３）におけるナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を高圧滅菌釜に入れ、体系中のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量を２０ｗｔ％に調節し、高温高圧で滅菌し（滅菌温度は１２１℃であり、時間は３０ｍｉｎであり、圧力は０．１２ＭＰａであった。）、滅菌後のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得た。

性能テスト実験：
実施例１で製造されたナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料について、以下の性能テストを行った。

生体適合性テスト実験：ＧＢ／Ｔ１６８８６医療器械のバイオ学評価に参照し、複合材料（実施例１）に対して、細胞毒性、モルモット遅延型接触過敏接触性感作、皮膚刺激等をそれぞれ評価した。

細胞内毒性試験は、ＧＢ／Ｔ１６８８６－５＜医療器械バイオ学評価第５部：体外細胞毒性試験＞に準じてテストを行った。モルモット遅延型接触性感作試験は、ＧＢ／Ｔ１６８８６－１０＜医療器械バイオ学評価第１０部：刺激と遅延型感作反応試験＞に準じてテストを行った。皮膚刺激試験は、ＧＢ／Ｔ１６８８６－１０＜医療器械バイオ学評価第１０部：刺激と遅延型感作反応試験＞に準じてテストを行った。

その結果、複合材料（実施例１）では、細胞毒性が２級未満であり、皮膚アレルギー反応や皮内刺激反応がなく、良好な生体安全性を有することが明らかになった。

抗菌性能テスト実験：
本複合材料（実施例１）は、ＧＢ／Ｔ２０９４４．１－２００７＜織物の抗菌性能の評価第１部：寒天プレート拡散法＞に参照し、基準によれば、実験サンプルの抗菌帯の幅が１ｍｍ超であると、サンプルが良好な抗菌效果を有すると示した。実験結果から、本発明複合材料（実施例１）は大腸菌（ＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉＡＴＣＣ８７３９）と黄色ブドウ球菌（ＳｔａｐｈｙｌｉｃｏｃｃｕｓａｕｒｅｕｓＡＴＣＣ６５３８）に対する抗菌帯の幅がそれぞれ、９ｍｍと１２ｍｍであったため、サンプルが良好な抗菌效果を有することが明らかになった。

Claims

アルギン酸繊維スパンレース不織布にナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維が吸着されてなる複合材料であって、前記ナノ酸化亜鉛は前記バクテリアセルロースマイクロ繊維の表面に均一に分布される、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料。
前記ナノ酸化亜鉛の粒径は５～２０ｎｍであり、
前記バクテリアセルロースマイクロ繊維は、平均直径が３０～４０ｎｍであり、平均長さが１０～２０μｍであり、結晶度が６０％～７５％であり、
前記アルギン酸繊維スパンレース不織布のグラム重は４０～１００ｇ／ｍ^２である、
請求項１に記載のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料。
バクテリアセルロースハイドロゲルを水中で分散開繊処理を行うことにより、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得ることと、
バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液にアルギン酸ナトリウムと亜鉛塩を入れ、加熱処理を行い、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得ることと、
アルギン酸繊維スパンレース不織布を、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に浸漬した後、冷凍乾燥によりナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料を得ることと、
を含む、請求項１または２に記載のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の製造方法。
前記バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液において、前記バクテリアセルロースマイクロ繊維と、前記アルギン酸ナトリウムと前記亜鉛塩との質量比は（５～１０）：（０．５～１）：（３～５）であり、
好ましくは、前記亜鉛塩は酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、臭化亜鉛、塩化亜鉛及び硫酸亜鉛の１種又は複数種の組み合わせを含み、
好ましくは、加熱処理を行う温度は４０℃～６０℃であり、加熱処理の時間は６～１２ｈである、
請求項３に記載の製造方法。
前記バクテリアセルロースハイドロゲルは菌株発酵により得られたものであり、前記菌株は、アセトバクターキシリナム、リゾビウム属、スポロサルシナ属、シュードモナス属、アクロモバクター属、アルカリゲネス属、アエロバクター属及びアゾトバクター属の１種又は複数種の組み合わせを含む、請求項３に記載の製造方法。
発酵により得られたバクテリアセルロースハイドロゲルを精製処理すること、具体的には、７０℃～１００℃の温度で、バクテリアセルロースハイドロゲルを質量分率０．３％～１％の水酸化ナトリウム水溶液に２～４ｈ浸漬してから、質量分率１％～５％のラウリル硫酸ナトリウム水溶液に２～４ｈ浸漬し、更に、バクテリアセルロース上の菌体蛋白とセルロース膜に粘着された残留培地を除去し、精製後のバクテリアセルロースハイドロゲルを得るように、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングすること、を更に含む、請求項５に記載の製造方法。
バクテリアセルロースハイドロゲルを水中で分散開繊処理を行う方法は、
バクテリアセルロースハイドロゲルを切り身にし、水中に煮沸した後、高速分散機で均質化処理を行うことにより、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得てから、
バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を０．８～２ｗｔ％に調整し、その後、高圧ホモジナイザーで均質化処理を行い、
続いて、バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液の固形分を５～１０ｗｔ％に調整し、均一に分散されたバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を得ることである、
請求項３に記載の製造方法。
前記バクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に、０．２～０．４ｗｔ％のカルボキシメチルセルロースも添加されている、請求項７に記載の製造方法。
バクテリアセルロースハイドロゲルを切り取った形態は、立方体、直方体、または球体を含み、
好ましくは、辺の長さ０．５～１ｃｍである立方体に切り取り、
好ましくは、切り身を煮沸する時間は１０～３０ｍｉｎである、
請求項７に記載の製造方法。
高速分散機で均質化する回転速度は５０００～２５０００ｒｐｍであり、均質化時間は５～１０ｍｉｎであり、
高圧ホモジナイザーで均質化する圧力は１３０～１７０ＭＰａであり、そのマイクロチューブ通路による均質化処理回数は１０～６０回である、
請求項７に記載の製造方法。
前記アルギン酸繊維スパンレース不織布は、アルギン酸繊維がスパンレース法により加工して得られた不織布である、請求項３に記載の製造方法。
前記アルギン酸繊維は、アルギン酸ナトリウム水溶液を湿式紡糸した後、塩化カルシウム凝固浴において形成される、繊維直径５～１０μｍのアルギン酸繊維である、請求項１１に記載の製造方法。
アルギン酸繊維スパンレース不織布をナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液に浸漬する時間は１２～２４ｈであり、温度は室温である、請求項３に記載の製造方法。
前記ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液において、前記ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の含有量が１０～２０ｗｔ％となるように、浸漬前に、ナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維水溶液を高圧滅菌釜によりナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維の固形分を更に調整し、
好ましくは、滅菌温度は１２１℃であり、時間は１５～３０ｍｉｎであり、圧力は０．１２ＭＰａである、
請求項１３に記載の製造方法。
請求項１または２に記載のナノ酸化亜鉛を担持したバクテリアセルロースマイクロ繊維／アルギン酸繊維複合材料の、皮膚修復被覆材、人体修復材料または組織工学材料の製造における応用。