JP5704687B2 - シルクフィブロイン多孔質体 - Google Patents
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Description
これら多孔質体を構成する生体由来物質としては、セルロースやキチン等の糖類、コラーゲン、ケラチン、シルクフィブロイン等のタンパク質群が知られている。
シルクフィブロインは、衣類用途以外に、手術用縫合糸として長く使用されてきた実績があり、現在では食品や化粧品の添加物としても利用され、人体に対する安全性にも問題がないことから上記した多孔質体の利用分野に十分利用可能である。
上記したシルクフィブロイン多孔質体の作製手法と比較すると、確実で簡便な手法が報告されている(特許文献4;非特許文献1)。シルクフィブロイン水溶液に対して少量の水溶性有機溶媒を添加した後に、一定時間冷凍して融解することによってシルクフィブロイン多孔質体を得る手法である。この手法では、少量使用した有機溶媒も超純水による洗浄工程によって除去することができ、さらには、得られた含水状態の多孔質体は、それまでに報告されていたものよりも強度が高く形態安定性に優れている。
そこで、本発明は、非常に扱いやすく各種用途で多様化する要求に対応可能なシルクフィブロイン多孔質体を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、シルクフィブロインを含有し、引張弾性率0.5MPa以上であるシルクフィブロイン多孔質体を提供するものである。
本発明に係るシルクフィブロイン多孔質体は、例えば、シルクフィブロイン水溶液に特定の添加剤を添加してなり、シルクフィブロインの濃度が10〜50質量%であるシルクフィブロイン溶液を凍結し、融解することによって得ることができる。
また、上述の製造方法においては、融解後に得られたシルクフィブロイン多孔質体を純水中に浸漬して前記添加剤を除去する工程をさらに有することが好ましい。
本発明のシルクフィブロイン多孔質体の製造において、シルクフィブロインの濃度は、添加剤を添加したシルクフィブロイン溶液中で10〜50質量%となるような濃度であることが好ましく、15〜50質量%であることがより好ましく、20〜50質量%であることがさらに好ましい。この範囲内に設定することで、十分な強度を持った多孔質体を効率的に製造することができる。
水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、グリセロール、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ピリジン、アセトン、アセトニトリル等が挙げられる。
本発明のシルクフィブロイン多孔質体の製造において、シルクフィブロイン水溶液に添加する脂肪族カルボン酸としては、特に制限はないが、水溶性のものが好ましく、水への溶解度が高いものがより好ましい。また、本発明のシルクフィブロイン多孔質体の製造において用いられる脂肪族カルボン酸としては、pKaが、5.0以下のものが好ましく、3.0〜5.0のものがより好ましく、3.5〜5.0のものがさらに好ましい。
本発明のシルクフィブロイン多孔質体の製造において用いられる脂肪族カルボン酸としては、たとえば、炭素数1〜6の飽和または不飽和のモノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸を好ましく用いることができ、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、アクリル酸、2−ブテン酸、3−ブテン酸などのモノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、フマル酸などのジカルボン酸などが好ましく挙げられる。これらの脂肪族カルボン酸は、単独あるいは2種以上組み合わせて使用することができる。
これらのアミノ酸は、単独あるいは2種以上組み合わせて使用することができる。
また、脂肪族カルボン酸、アミノ酸及び水溶性有機溶媒から選択される2種
以上を組み合わせて使用することもできる。
静置する際の温度は、凝固しない温度であれば特に制限はないが、凝固のしにくさ、溶液のゲル化のしにくさ、あるいはフィブロイン分子の分解の起こりにくさを考慮すると、−5〜50℃であることが好ましく、−3〜20℃がより好ましく、3〜10℃がさらに好ましい。静置する温度は、シルクフィブロイン溶液を恒温槽中に入れるなどして調節できる。シルクフィブロイン溶液を静置する温度を調節することで、得られるシルクフィブロイン多孔質体の細孔直径や強度を調整することができ、温度を3〜10℃とすることで、細孔直径が小さく、強度の高い多孔質体が得られる。
シルクフィブロイン溶液を静置する時間は、10時間以上であればよいが、20〜200時間が好ましく、50〜100時間がより好ましく、70〜100時間がさらに好ましい。
シルクフィブロイン溶液の凍結温度としては−4〜−40℃程度が好ましく、−5〜−30℃程度がより好ましく、−10〜−20℃がさらに好ましい。
凍結時間としては、添加剤を添加したシルクフィブロイン水溶液が十分に凍結し、かつ凍結状態を一定時間保持できるよう、所定の凍結温度で2時間以上であることが好ましく、4時間以上であることがさらに好ましい。
過冷却状態とする方法としては、例えば一旦、5〜−10℃程度、好ましくは0〜−5℃程度で、30分以上保持して容器内を均一にして過冷却状態としてから、凍結温度まで下げて凍結することで、均一な構造のシルクフィブロイン多孔質体を得ることができる。静置あるいは過冷却状態から凍結温度までにかける時間を調整することで、多孔質体の構造や強度をある程度制御することが可能であり、例えば、0.1〜2℃/h程度でゆっくり温度を下げると、より高い強度のシルクフィブロイン多孔質体が得られる。
また、シルクフィブロイン多孔質体製造後に水分濃度を調整する方法としては、例えば、シルクフィブロイン多孔質体を乾燥して水分を蒸発させる方法が挙げられる。乾燥の方法としては、自然乾燥、風乾、凍結乾燥、加熱乾燥などが挙げられるが、乾燥時の収縮が抑えられるという観点からは、凍結乾燥が好ましい。
これらの型あるいは容器から取り出したシルクフィブロイン多孔質体の、該型あるいは容器に触れる面には、厚さ1〜100μm程度のフィルム層が形成している。該フィルム層は、実質的に細孔を有しない、あるいは該フィルム層に囲まれた内側にある多孔質体と比較して細孔の少ない層である。すなわち、本発明のシルクフィブロイン多孔質体は、多孔質層の他に、そのまわりを被覆するフィルム層を有していてもよく、多孔質層のみからなっていてもよい。シルクフィブロイン多孔質体がフィルム層を有する場合、その用途に応じて、フィルム層を取り除いて用いることもできるし、積極的にフィルム層を残したまま用いてもよい。
前記多孔質層は吸水速度が20〜30μl/s、及び/又は蒸発速度が0.008〜0.2g/m2・sであることが好ましく、かつ、前記フィルム層は吸水速度が0.1〜3.5μl/s、及び/又は蒸発速度が0.03〜0.07g/m2・sであることが好ましい。
シルクフィブロイン多孔質体(多孔質層又はフィルム層)に純水を100μl滴下し、吸収されるまでの時間を測定した。吸水速度は、測定した時間を用いて、下記の式より算出した値である。測定は5回行い、その平均値を吸水速度とした。
吸水速度(μl/s)=純水滴下量/吸水に要した時間
また蒸発速度は以下のように定義できる。
シルクフィブロイン多孔質体(多孔質層又はフィルム層)を48時間純水中に浸漬し、完全に吸水させた後、温度:40℃、相対湿度:50%の条件に設定した恒温恒湿槽中で金網上に静置し、10分経過までは1分ごとに、10分以降は2分ごとにその重量を測定し、その変化を水の蒸発量の変化とした。蒸発速度は、静置して1分後から30分までの蒸発量の変化から下記の式より算出した値である。
蒸発速度(g/m2・s)=(蒸発量の変化)/多孔質体表面積
また、型あるいは容器は、熱伝導を考慮してアルミニウム製のものを用ることが好ましいが、その内側に予めテフロンシートなどの樹脂シートや、ろ紙などといった表面が荒いシートを設置してから、シルクフィブロイン溶液を流し込んで、多孔質体を作製することができる。テフロンシートなどの樹脂シートを設置する場合には、フィルム層をより積極的に形成することができ、ろ紙などの表面が粗いシートを設置する場合には、型から取り出す際に該シートがフィルム層を剥離するため、フィルム層を有しない多孔質体が得られる。これらのシートの採用については、多孔質体の用途に応じて、適宜選択すればよい。
また、シルクフィブロイン多孔質体における多孔質層中の細孔の大きさ(平均細孔径)は、好ましくは1〜300μmであり、より好ましくは1〜50μmである。
また、本発明の多孔質体は、例えば、内視鏡観察下で切除された生体組織を牽引するための重りとして、好適に使用し得る。
さらに、組織工学や再生医工学における細胞培養支持体や組織再生支持体、微生物や細菌等の住処になる支持体として、好適に使用し得る。
その他、創傷被覆材や止血スポンジ、癒着防止膜、薬剤徐放担体等の医療分野、紙おむつや生理用品等の生活日用品分野などに好適に使用することができる。
(シルクフィブロイン溶液の調製)
シルクフィブロイン水溶液は、シルクフィブロイン粉末(KBセーレン社製、商品名:「フィブロインIM」)を9M臭化リチウム水溶液に溶解し、遠心分離で不溶物を除去したのち、超純水に対して透析を繰り返すことによって得た。得られたシルクフィブロイン水溶液を透析チューブ中で風乾し濃縮した。この濃縮液に酢酸水溶液を添加し、シルクフィブロイン濃度が10質量%、酢酸濃度が2質量%であるシルクフィブロイン溶液を調製した。
(多孔質体の製造)
このシルクフィブロイン溶液をアルミ板で作製した型(内側サイズ;80mm×40mm×4mm)に流し込み、下記条件で凍結した。
(凍結条件)
凍結は、予め低温恒温槽を−5℃に冷却しておいた低温恒温槽(EYELA社製NCB−3300)中にシルクフィブロイン溶液を入れた型を投入し、そのままの温度で2時間静置した。その後3℃/時間の速度で−20℃まで冷却し、そのままの温度で5時間保持した。
凍結した試料を自然解凍で室温に戻してから、型から取り出し、超純水に浸漬し、超純水を1日2回、3日間交換することによって、使用した酢酸を除去した。
(引張弾性率)
得られたシルクフィブロイン多孔質体の力学的特性を、INSTRON社マイクロテスター5548型を用いて評価した。作製したシルクフィブロイン多孔質体から40mm×4mm×4mmの試験片を切り出し、この試験片を2mm/minの条件で引っ張った際の強度とひずみをグラフ化し、傾きから引張弾性率を求めた。その結果を表1に示す。なお、測定結果は、作製した多孔質体から5点の試験片を作製し、さらに異なる日に作製した多孔質体から5点の試験片を切り出し、それら10点について測定を行った平均値を示している。
(空孔率)
得られた多孔質体を純水中に1日静置し完全に吸水させ、秤量した後(湿重量)、凍結乾燥して多孔質体中の水分を完全に除去し、再度秤量した(乾燥重量)。水の密度を1g/cm3、フィブロインの密度を1.2g/cm3、含水状態のフィブロイン多孔質体の密度を1g/cm3と仮定し、次式に従ってシルクフィブロイン多孔質体の空孔率の測定を行った。
空孔率(体積%)=(湿重量−乾燥重量/1.2)/湿重量×100
実施例1において、第1表に示されるシルクフィブロイン濃度、添加剤の種類及び添加剤の濃度とした以外は実施例1と同様にしてシルクフィブロイン多孔質体を得た。得られた多孔質体について、実施例1と同様にして引張弾性率及び空孔率を測定した。これらの数値を第1−1〜1−4表に示す。また、実施例2〜6で得られた多孔質体の断面(多孔質層)を、走査型電子顕微鏡を用いて撮影した。撮影した走査型電子顕微鏡写真を各々図2〜6に示す。
また、本発明の多孔質体は、例えば、内視鏡観察下で切除された生体組織を牽引するための重りとして、好適に使用し得る。
その他、創傷被覆材や止血スポンジ、癒着防止膜、薬剤徐放担体等の医療分野、紙おむつや生理用品等の生活日用品分野などに好適に使用することができる。
Claims (3)
- シルクフィブロインを含有し、弾性率が0.5MPa以上であるシルクフィブロイン多孔質体。
- 空孔率が55.0〜95.0体積%である請求項1に記載のシルクフィブロイン多孔質体。
- 前記多孔質体が、多孔質層と該多孔質層の一方の面のみに細孔を有しないフィルム層を有する請求項1又は2に記載のシルクフィブロイン多孔質体。
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