JPWO2006054799A1 - 円筒体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような足場材料として、ポリウレタン繊維等からなる0.3〜3cmの内径の孔を有する導管補綴材が提案されている(特許文献1)。しかし再生医療においては、生分解性材料であることが好ましい。
また、静電紡糸により得られたナノファイバーからなる足場材料の検討が行われている(非特許文献1)。ナノファイバーは、細胞外マトリックスに近似した長さ、径を有する。またナノファイバーは、繊維径が小さいため比表面積が大きく、通常の繊維と比較すると100倍以上の比表面積を有する。またそれに伴う細胞接着性が良好であるという利点を有する。そのため、ナノファイバー製の構造体は再生医療において優れた足場材料として期待されている。
しかし、これまでに検討がなされているナノファイバー製の足場材料は、均一な多孔質体であり、生体組織である血管とは構造が大きく相違する。即ち、実際の血管は、均一な構造ではなく、血管内面を被覆している内皮細胞を含む内膜、平滑筋細胞からなる中膜、繊維芽細胞からなる外膜から構成されている。内膜は物質の選択的な透過をコントロールするため空間体積の小さい密な構造を有しており、また中膜は血管特有の弾性機能を担っており、さらに外膜は血管の外から栄養分を取るため空間体積の大きい疎な構造を有している。
また、数ナノメートルから数十マイクロメートルの外径を有するコラーゲン、ポリウレタンなどの医療用高分子の繊維を用いて作製された不織布を含む人工血管が提案されている(特許文献2)。
本発明者は、血管と類似した構造を有し、かつ同程度の機械的強度を有し、血管再生用の足場材料として好適な材料について検討した。その結果、脂肪族ポリエステルを含有するドープを静電紡糸法で紡糸し、得られた繊維を巻き付けた、複数の層からなる円筒体が、血管と同程度の機械的強度を有し、血管再生用の足場材料に好適であることを見出し本発明を完成した。また、静電紡糸法において最外層を形成する際に静電除去装置を用いると、繊維密度が低く、空気透過率が良好で、生体血管の外膜と同様な空間体積の大きな層が形成されることを見出し本発明を完成した。
即ち本発明は、同心円状の複数の層からなり、外径が0.5〜50mmで、厚みが200〜5,000μmの中空の円筒体であって、各層は平均繊維径が0.05〜50μmの脂肪族ポリエステル繊維からなる円筒体である。
また本発明は、同心円状の複数の層からなる中空の円筒体を製造する方法であって、
(i)脂肪族ポリエステルおよび揮発性溶媒を含有するドープであって、層の数に対応する数のドープを準備する工程、
(ii)各ドープを静電紡糸法にて紡糸し、コレクタ上に巻き取り単層の円筒体を層の数だけ得る工程、並びに
(iii)得られた複数の円筒体を積層する工程、
からなる円筒体の製造方法である。
さらに本発明は、同心円状の複数の層からなる中空の円筒体を製造する方法であって、
(i)脂肪族ポリエステルおよび揮発性溶媒を含有するドープであって、層の数に対応する数のドープを準備する工程、
(ii)第1のドープを静電紡糸法にて紡糸し、コレクタ上に巻き取り、層を形成する工程、
(iii)得られた層の上に、次のドープで層を形成する工程、
からなる円筒体の製造方法である。
2. ドープ
3. 保持槽
4. 吐出側電極
5. 捕集側電極
6. 高電圧発生器
7. コレクタ
8. 静電除去器
9. 山部
10. 谷部
11. 外径
12. 山部の間隔
13. 谷部の深さ
14. 厚み
15. 内径
発明の効果
本発明の円筒体は、複数の層からなり、血管に類似した構造を有す。本発明の円筒体は、弾性率、弾性回復率に優れ、血管組織と同程度の弾性率、弾性回復率を有する。よって、本発明の円筒体は、血管組織の培養基材に好適である。また本発明の一態様である、グリコール酸由来の繰り返し単位を含む重合体からなる脂肪族ポリエステル繊維で構成された、最内層および/または最外層を有する円筒体は、細胞の生着性に優れ、血管組織の培養基材に適している。また本発明の一態様である空気透過率の高い最外層を有する円筒体は、空間体積が大きい外膜を有する生体血管の構造に類似している。そのため該円筒体は、細胞の浸潤性に優れ血管組織の再生に適している。
<円筒体>
本発明の円筒体は、同心円状の複数の層からなり、外径が0.5〜50mmで、厚みが200〜5,000μmである中空の円筒体であって、各層は平均繊維径が0.05〜50μmの脂肪族ポリエステル繊維からなる。
本発明の円筒体は、同心円状の複数の層からなる。各層の厚みは、好ましくは30〜500μmであり、より好ましくは50〜250μmである。各層は、脂肪族ポリエステル繊維が円筒体の軸を中心として、渦巻き状に巻き付けられたものが好ましい。
円筒体を構成する脂肪族ポリエステル繊維の平均繊維径は、0.05〜50μm、好ましくは0.2〜20μm、より好ましくは0.2〜10μmである。平均繊維径が、0.05μmよりも小さいと円筒体の強度が保てないため好ましくない。また平均繊維径が50μmを超えると繊維の比表面積が小さく生着する細胞数が少なくなるため好ましくない。平均繊維径は、光学顕微鏡による画像から20箇所の繊維径の測定値の平均である。
本発明の円筒体の断面の一例を図6に示す。図6は説明のための略図であり、本発明の円筒体の外面、内面には不規則な凹凸が存在する。本発明の円筒体は外径(11)が0.5〜50mm、好ましくは1〜30mmである。外径はマイクロメーターにより10箇所測定を行い、測定値の最小値と最大値の範囲で表す。円筒体の内部は中空であり、中空部の内径(15)は、好ましくは0.1〜45mm、より好ましくは0.5〜25mmである。内径は、測定された外径の値と厚みの値との差である。
本発明の円筒体は、厚み(14)が200〜5,000μm、好ましくは200〜2,000μmである。厚みが200μmより薄いと機械強度が低く、血管など負荷の高い組織の細胞培養基材としては好ましくない。厚みは円筒体を切り開き、長さ5cm、幅1cmの試料を調製し、マイクロメーターにより10箇所測定を行った際の、測定値の最小値と最大値の範囲で表す。
円筒体の引張弾性率は、0.1〜10MPaの範囲であることが好ましい。実際の人体の動脈血管の引張り弾性率は2MPaであるためである(臨床工学ライブラリーシリーズ2,P54(秀潤社)、生体物性/医用機械工学 池田研二、嶋津秀照著)。0.1MPaより低いと血液による負荷に耐えられず、破損する場合がある。また引張り弾性率が10MPaより高いと、移植した際コンプライアンスミスマッチが起こる場合がある。引張弾性率は、円筒体を切り開き、軸方向に5cm、円周方向に1cmの試料を作製し、軸方向に引張試験を行うことにより求める。
また本発明の円筒体の弾性回復率は、70〜100%であることが好ましい。70%未満であると血液による負荷に耐えられず、破損する可能性がある。よって、引張弾性率が0.1〜10MPa、弾性回復率が70〜100%である円筒体が好ましい。弾性回復率は、以下の式により算出した値である。
[L0−(L30−L0)]/L0×100(%)
L0:円筒体の長さ(mm)
L30:円筒体の長さに対し10%変位の引張り処理を30回行った後の円筒体の長さ値(mm)
また円筒体は、最外層の空気透過率が好ましくは30cm3/cm2・s以上、より好ましくは70〜250cm3/cm2・s、さらにより好ましくは70〜200cm3/cm2・sである。最外層の空気透過率が30cm3/cm2・s以上であると細胞の浸潤性が高く細胞培養基材として好ましい。最外層の空気透過率の上限は実質250cm3/cm2・sである。最外層の空気透過率は、差圧が125Pa、厚み100μmに換算した空気透過量で表され、JIS−L1096、JIS−R3420に従い測定した値である。
円筒体は、軸方向に連続する山部(9)および谷部(10)を有する蛇腹状の円筒体であり、山部の間隔(12)が2mm以下であり、谷部の深さ(13)が0.1〜10mmであることが好ましい。蛇腹状の円筒体の断面略図を図7に示す。山部の間隔(12)が2mmより長いと円筒体の伸縮性が十分でない。山部、および谷部の間隔は、光学顕微鏡により10箇所測定を行い、測定値の最大値と最小値との範囲で表す。図7は説明のための略図である。円筒体の蛇腹部の構造は規則的であっても不規則であっても良い。製法によっては円筒体の蛇腹部の構造は不規則であり、山部の高さ、谷部の深さ、およびこれらの間隔は一定ではない。
本発明においては円筒体を構成する層のうち少なくとも一層は他の層とは異なる層とすることが好ましい。実際の血管組織は、主に血管内面を被覆している内皮細胞を含む内膜、平滑筋細胞からなる中膜、繊維芽細胞からなる外膜といった異なる物理特性を示す3層構造からなる。それぞれの組織の構造または物理的特性は、内膜は物質の選択的な透過をコントロールするため密な構造を有しており、また中膜は血管特有の弾性機能を担っており、さらに外膜は血管の外から栄養分を取るため疎な構造を有している。このような構成により、血管組織特有の弾性機能(弾性率、弾性回復率)および細胞浸潤性(高い空気透過率)を達成することが可能となる。ここで他の層とは異なるとは、繊維構造体を構成するポリマーの種類、分子量、共重合比、組成比が異なること、および層の厚みや空気透過率等が異なることを言う。
脂肪族ポリエステルとしては、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリジオキサノン、トリメチレンカーボネート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、およびこれらの共重合体などが挙げられる。これらのうち、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトンおよびこれらの共重合体からなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
本発明に使用される円筒体の最外層を除く少なくとも1層は、血管組織特有の弾性機能を達成するために、カプロラクトン由来の繰り返し単位の含有量が15モル%以上の共重合体からなる脂肪族ポリエステル繊維であることが好ましい。このような共重合体として、乳酸とカプロラクトンとの共重合体が挙げられる。該共重合体は、50〜85モル%の乳酸由来の繰り返し単位および15〜50モル%のカプロラクトン由来の繰り返し単位からなることが好ましい。
円筒体の最外層は、細胞の生着性向上のために、グリコール酸由来の繰り返し単位を含むことが好ましい。グリコール酸由来の繰り返し単位を含む共重合体としては、乳酸とグリコール酸との共重合体が挙げられる。該共重合体は、20〜80モル%の乳酸由来の繰り返し単位および20〜80モル%のグリコール酸由来の繰り返し単位からなることが好ましい。最外層には、乳酸とカプロラクトンとの共重合体を含有していてもよい。該共重合体は、50〜90モル%の乳酸由来の繰り返し単位および10〜50モル%のカプロラクトン由来の繰り返し単位からなることが好ましい。
また最外層は、乳酸とグリコール酸との共重合体、および乳酸とカプロラクトンとの共重合体からなる組成物であることが好ましい。組成物中の前者の含有量は好ましくは50〜90重量%、後者の含有量は好ましくは10〜50重量%である。前者は、20〜80モル%の乳酸由来の繰り返し単位および20〜80モル%のグリコール酸由来の繰り返し単位からなることが好ましい。後者は、50〜90モル%の乳酸由来の繰り返し単位および10〜50モル%のカプロラクトン由来の繰り返し単位からなることが好ましい。
円筒体の最内層は、細胞の生着性向上のために、グリコール酸由来の繰り返し単位を含むことが好ましい。グリコール酸由来の繰り返し単位を含む共重合体としては、乳酸とグリコール酸との共重合体が挙げられる。該共重合体は、20〜80モル%の乳酸由来の繰り返し単位および20〜80モル%のグリコール酸由来の繰り返し単位からなることが好ましい。最内層には、乳酸とカプロラクトンとの共重合体を含有していてもよい。該共重合体は、50〜90モル%の乳酸由来の繰り返し単位および10〜50モル%のカプロラクトン由来の繰り返し単位からなることが好ましい。
また最内層は、乳酸とグリコール酸との共重合体、および乳酸とカプロラクトンとの共重合体からなる組成物であることが好ましい。組成物中の前者の含有量は好ましくは50〜90重量%、後者の含有量は好ましくは10〜50重量%である。前者は、20〜80モル%の乳酸由来の繰り返し単位および20〜80モル%のグリコール酸由来の繰り返し単位からなることが好ましい。後者は、50〜90モル%の乳酸由来の繰り返し単位および10〜50モル%のカプロラクトン由来の繰り返し単位からなることが好ましい。
最内層から最外層に向かって、第1層、第2層、第3層とする3層からなる円筒体が好ましい。この円筒体において、第1層および第3層は、20〜80モル%の乳酸と20〜80モル%のグリコール酸との共重合体50〜90重量%、および50〜90モル%の乳酸と10〜50モル%のカプロラクトンとの共重合体10〜50重量%からなる組成物であることが好ましい。第2層は、50〜90モル%の乳酸と、10〜50モル%のカプロラクトンとの共重合体であることが好ましい。
本発明の円筒体には、生体吸収性ポリマー以外の第2成分をさらに含有しても良い。該成分としては、リン脂質類、糖質類、糖脂質類、ステロイド類、ポリアミノ酸類、タンパク質類、およびポリオキシアルキレン類からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。具体的な第2成分としては、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルグリセロールなどのリン脂質類および/またはポリガラクチュロン酸、ヘパリン、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、デルマタン硫酸、コンドロイチン、デキストラン硫酸、硫酸化セルロース、アルギン酸、デキストラン、カルボキシメチルキチン、ガラクトマンナン、アラビアガム、トラガントガム、ジェランガム、硫酸化ジェラン、カラヤガム、カラギーナン、寒天、キサンタンガム、カードラン、プルラン、セルロース、デンプン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、グルコマンナン、キチン、キトサン、キシログルカン、レンチナンなどの糖質類および/またはガラクトセレブロシド、グルコセレブロシド、グロボシド、ラクトシルセラミド、トリヘキソシルセラミド、パラグロボシド、ガラクトシルジアシルグリセロール、スルホキノボシルジアシルグリセロール、ホスファチジルイノシトール、グリコシルポリプレノールリン酸などの糖脂質類および/またはコレステロール、コール酸、サポゲニン、ジギトキシンなどのステロイド類および/またはポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリジンなどのポリアミノ酸類および/またはコラーゲン、ゼラチン、フィブロネクチン、フィブリン、ラミニン、カゼイン、ケラチン、セリシン、トロンビンなどのタンパク質類および/またはポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンエーテルなどのポリオキシアルキレン類、FGF(繊維芽細胞増殖因子)、EGF(上皮増殖因子)、PDGF(血小板由来増殖因子)、TGF−β(β型形質転換増殖因子)、NGF(神経増殖因子)、HGF(肝細胞増殖因子)、BMP(骨形成因子)などの細胞増殖因子などが挙げられる。
<円筒体の製造>
(製法1)
本発明の円筒体は、
(i)脂肪族ポリエステルおよび揮発性溶媒を含有するドープであって、層の数に対応する数のドープを準備する工程、
(ii)各ドープを静電紡糸法にて紡糸し、コレクタ上に巻き取り、単層の円筒体を層の数だけ得る工程、並びに
(iii)得られた複数の円筒体を積層する工程、
により製造することができる。
(工程(i))
工程(i)は、脂肪族ポリエステルおよび揮発性溶媒を含有するドープであって、層の数に対応する数のドープを準備する工程である。
脂肪族ポリエステルは円筒体の項で説明した通りである。揮発性溶媒は、脂肪族ポリエステルを溶解し、常圧で沸点が200℃以下であり、室温で液体である物質である。具体的には、塩化メチレン、クロロホルム、アセトン、メタノール、エタノーノ、プロパノール、イソプロパノール、トルエン、テトラヒドロフラン、1,1,3,3−ヘキサフルオロイソプロパノール、水、1,4−ジオキサン、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトニトリルなどが挙げられる。これらのうち、脂肪族ポリエステルの溶解性等から、塩化メチレン、クロロホルム、アセトンが特に好ましい。これらの溶媒は単独で用いても良く、複数の溶媒を組み合わせても良い。また本発明においては、本目的を損なわない範囲で他の溶媒を併用しても良い。
ドープ中の脂肪族ポリエステルの濃度は、好ましくは1〜30重量%、より好ましくは2〜20重量%である。脂肪族ポリエステルの濃度が1重量%より低いと、濃度が低すぎるため繊維を形成することが困難となり好ましくない。また、30重量%より高いと得られる繊維の繊維径が大きくなり好ましくない。ドープは、層の数に対応する数だけ準備する。ドープによって、脂肪族ポリエステルの種類、濃度を変化させてもよい。
(工程(ii))
工程(ii)は、各ドープを静電紡糸法にて紡糸し、コレクタ上に巻き取り単層の円筒体を、層の数だけ得る工程である。このようにして個別に製造した複数の円筒体が、同心円状の複数の層を形成する。ドープは、脂肪族ポリエステルの種類、濃度が同じものを用いても良いが、隣接する層に用いるドープは、脂肪族ポリエステルの種類、濃度などの異なるものを用いる。
静電紡糸法とは、脂肪族ポリエステルおよび揮発性溶媒を含有するドープを電極間で形成された静電場中に吐出し、ドープを電極に向けて曵糸することにより、繊維状物質をコレクタに巻き付け円筒体を製造する方法である。繊維状物質とは既に溶液の溶媒が留去され、繊維状物質となっている状態のみならず、いまだ溶液の溶媒を含んでいる状態も示している。
静電紡糸法は、例えば図1に示す装置を用いて行うことができる。図1は、吐出側電極(4)を取り付けたノズル(1)および保持槽(3)を有する吐出器、捕集側電極(5)、並びに高電圧発生器(6)により構成される静電紡糸装置を示す。吐出側電極(4)と捕集側電極(5)との間には、高電圧発生器(6)により所定の電圧が付与される。図1に示す装置は、捕集側電極(5)がコレクタ(7)を兼ねる装置である。
図1に示す装置において、ドープ(2)を保持槽(3)に充填し、ノズル(1)を通じて静電場中に吐出させ、電界によって曳糸して繊維化させ、捕集側電極(5)に集めることにより円筒体を得ることができる。
電極は、吐出側電極(4)と捕集側電極(5)とからなる。これらの電極は、金属、無機物または有機物のいかなるものでも導電性を示しさえすれば良い。また、絶縁物上に導電性を示す金属、無機物または有機物の薄膜を持つものであっても良い。静電場は一対または複数の電極間で形成されており、いずれの電極に高電圧を印加しても良い。これは例えば電圧値が異なる高電圧の電極が2つ(例えば15kVと10kV)と、アースにつながった電極の合計3つの電極を用いる場合も含み、または3本を超える数の電極を使う場合も含む。
ドープを捕集側電極(5)に向けて曳糸する間に、条件に応じて溶媒が蒸発して繊維状物質が形成される。通常の室温であれば捕集側電極(5)に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、もし溶媒蒸発が不十分な場合は減圧条件下で曳糸しても良い。
捕集側電極(5)として鏡面仕上げされていない心棒を用いると、円筒体を簡便に製造することが出来る。静電紡糸法により心棒上に円筒体を形成する際、心棒を円周方向に回転させることが好ましい。捕集側電極(5)を回転させることにより、均質な厚さの円筒体を形成することができる。回転の速度は好ましくは1〜1,000rpm、より好ましくは5〜200rpmである。
電極間の距離は、帯電量、ノズル寸法、ドープ吐出量、ドープ濃度等に依存するが、10kV程度のときには5〜20cmの距離が適当である。また、印加される静電気電位は、好ましくは3〜100kV、より好ましくは5〜50kV、さらに好ましくは5〜30kVである。
ドープをノズルから静電場中に供給する場合、数個のノズルを用いて繊維状物質の生産速度を上げることもできる。ノズルの内径は好ましくは0.1〜5mm、より好ましくは0.1〜2mmである。
曳糸する温度は溶媒の蒸発挙動や紡糸液の粘度に依存するが、通常は、0〜50℃である。
図2は、吐出器の代わりに、ノズル(1)を有する保持槽(3)中に吐出側電極(4)を挿入した装置である。この装置では、ドープを吐出器で吐出する代わりに、ノズル(1)と捕集側電極(5)との距離を調整して、ドープをノズル(1)から捕集側電極(5)に飛散させるものである。図3は図2の斜視図である。
吐出側電極(4)と捕集側電極(5)との間に、図4に示すように、コレクタ(7)を設置して、繊維状物質を捕集することができる。コレクタ(7)は、上述した捕集側電極(5)に用いる心棒と同程度の表面粗さを有するものが好ましい。ベルト状のコレクタ(7)を電極間に設置することで、連続的な生産も可能となる。ドープをコレクタ(7)に向けて曵糸する間に、条件に応じて溶媒が蒸発して繊維状物質が形成される。通常の室温であればコレクタ(7)上に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、もし溶媒蒸発が不十分な場合は減圧条件下で曵糸しても良い。
脂肪族ポリエステルの種類、組成、ドープの組成、および種々の静電紡糸条件を変えるなどして、円筒体を構成する層のうち少なくとも一層は他の層とは異なる層である円筒体を得ることができる。
また、ノズル(1)と捕集側電極(5)の間に静電気除去器(8)を使用するのが好ましい。静電気除去器(8)を用いることにより最外層の空気透過率を高めることができる。
(工程(iii))
工程(iii)は、得られた複数の円筒体を積層する工程である。本発明の円筒体は、複数の円筒体を得た後、それらを重ねあわせることにより製造することができる。円筒体は、可塑性で、同じ大きさの捕集側電極(5)またはコレクタ(7)上に捕集された同一形状の複数の円筒体を重ねて製造することができる。また、捕集側電極(5)またはコレクタ(7)の外径を変化させ、外側の層の内径を少しづつ大きくし積層し易くすることもできる。複数の円筒体を積層した後、熱処理することが好ましい。熱処理温度は、好ましくは40〜90℃である。コレクタ上に繊維を連続的に捕集して、厚い繊維層を形成させると電極が絶縁された状態となって紡糸効率が低下する場合がある。しかし、本方法のように、単層の円筒体を複数形成し、それらを積層する方法を採用すれば、かかる問題は生じない。
(製法2)
本発明の円筒体は、
(i)脂肪族ポリエステルおよび揮発性溶媒を含有するドープであって、層の数に対応する数のドープを準備する工程、
(ii)第1のドープを静電紡糸法にて紡糸し、コレクタ上に巻き取り、層を形成する工程、
(iii)得られた層の上に、次のドープで層を形成する工程、
により製造することができる。工程(iii)を繰り返すことにより、3層以上の円筒体を得ることができる。製法1は層の数だけ円筒体を作製し、それを重ね合せるのに対し、製法2は、層の数に対応するドープを連続してコレクタ上に巻き取り複数の層を形成させる点で相違する。それ以外は製法1と同じである。
(蛇腹構造)
本発明によれば、円筒体を伸長させることにより、弾性回復率を損なわずに蛇腹構造を有する円筒体を得ることができる。伸長率としては50〜300%が好ましい。ここで50%伸長とは、10cmのものを15cmに伸長させることをいう。十分な回復弾性率を有する円筒体を得るために50%以上伸長させることが好ましい。また300%を超えて伸長させると円筒体自体が破断する場合がある。心棒から円筒体を取り外し、円筒体の両端を固定し伸長させることで、山部の間隔が2mm以下であり谷部の深さが0.1〜10mmの蛇腹構造を有する円筒体を得ることができる。蛇腹構造を有する円筒体の断面略図を図7に示す。
コレクタ(7)または捕集側電極(5)から円筒体を取り外すとき、円筒体の一端のみに応力をかけ蛇腹構造を得ることができる。即ち、円筒体の一端を固定しておき、コレクタ(7)または捕集側電極(5)をその固定端の方向に引き抜くことで、一端のみに応力をかけ、蛇腹構造を得ることができる。
(1)本実施例に使用したポリマーは以下の通りである。
PLGA(50/50): 乳酸(50モル%)−グリコール酸(50モル%)共重合体、固有粘度=1.08dL/g(HFIP中、30℃)Absorbable Polymers International社製、
PLCA(77/23): 乳酸(77モル%)−カプロラクトン(23モル%)共重合体、Mw=2.5×105、多木化学(株)製、
PLCA(68/32): 乳酸(68モル%)−ポリカプロラクトン(32モル%)共重合体、Mw=1.75×105、多木化学(株)製、
塩化メチレン、エタノール: 和光純薬工業(株)
(2)円筒体の物性は以下の方法により測定した。
平均繊維径:デジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE、VHX DIGITAL MICROSCOPE)により20箇所測定を行い、その平均値を平均繊維径とした。
外径: マイクロメーター(株式会社ミツトヨ)により10箇所測定を行い、測定値の最小値と最大値との範囲を外径とした。
厚み: 円筒体を切り開き、長さ5cm、幅1cmの試料を調製し、マイクロメーターにより10箇所測定を行い、測定値の最小値と最大値との範囲を厚みとした。
内径:測定された外径の値と厚みの値との差より求めた。
引張弾性率: 円筒体を切り開き、円筒体の軸方向に5cm、円周方向に1cmの試料を作製し、円筒体の軸方向に張力をかけテンシロン(EZ TEST:島津製作所)により引張試験を行った。
弾性回復率: 円筒体を切り開き、円筒体の軸方向に5cm、円周方向に1cmの試料を作製し、円筒体の軸方向に張力をかけ、L0およびL30を求め、以下の式により算出した。
[L0−(L30−L0)]/L0×100(%)
L0:円筒体の長さ(mm)
L30:円筒体の長さに対し10%変位の引張り処理を30回行った後の円筒体の長さ(mm)
最外層の空気透過率:円筒体を切り開き最外層部分のみを剥がし、5cm×5cmになるように形状を整え、フラジール・パーミヤメータ((株)東洋精機製作所)を用いて、JIS−L1096、JIS−R3420に従い空気透過率(cm3/cm2・s)を測定し、厚み100μmにおける空気透過率に換算した。
山部の間隔:デジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE、VHX DIGITAL MICROSCOPE)により、図7の12で示す長さを10箇所測定し、範囲を求めた。
谷部の深さ:デジタルマイクロスコープ(株式会社KEYENCE、VHX DIGITAL MICROSCOPE))により、図7の13で示す長さを10箇所測定し、範囲を求めた。
参考例1(ドープの調製)
(ドープAの調製)
PLCA(77/23)1g、塩化メチレン/エタノール=8/1(重量部/重量部)9gを室温(25℃)で混合し濃度10重量%のドープAを調製した。
(ドープBの調製)
PLCA(68/32)1g、塩化メチレン/エタノール=8/1(重量部/重量部)9gを室温(25℃)で混合し濃度10重量%のドープBを調製した。
(ドープCの調製)
PLGA(50/50)0.8g、PLCA(77/23)0.2gを塩化メチレン/エタノール=8/1(重量部/重量部)9gを室温(25℃)で混合し濃度10重量%のドープCを調製した。
参考例2(円筒体Aの製造)
図2に示す装置を組み立てた。ノズル(1)の内径は0.8mmとした。ノズル(1)から捕集側電極(5)までの距離は10cmに設定した。捕集側電極(5)として、外径4mm、長さ20cmのステンレス棒を用いた。
ドープAを保持槽(3)に入れ、吐出側電極(4)と捕集側電極(5)との電圧を14kVに設定し、捕集側電極(5)を100rpmで回転させながら、ドープAを捕集側電極(5)に向けて5分間吐出し、円筒体Aを得た。同じ操作を繰り返し、円筒体Aを5個得た。円筒体Aを構成する繊維の平均繊維径は4μm、円筒体Aは、長さ10cm、外径4.1〜4.2mm、内径4〜4.1mm、厚み90〜110μmであった。
参考例3(円筒体Bの製造)
ドープAの代わりにドープBを用いる以外は、参考例2の操作を繰り返し、円筒体Bを製造した。円筒体Bを構成する繊維の平均繊維径は4μm、円筒体Bは、長さ10cm、外径4.1〜4.2mm、内径4〜4.1mm、厚み90〜110μmであった。
実施例1(A/A/A/A/A)
第1の円筒体Aの内部に捕集側電極5と同じ外径のステンレス棒に入れた。その上に第2の円筒体Aを被せた。同様にして、第2〜5の円筒体Aを重ねた。円筒体Aは柔軟性があり、引っ張りながら重ねることができた。その後、70℃で10分間熱処理を行い、下から円筒体Aが5つ積み重ねられた円筒体を得た。得られた円筒体の物性を表1に示す。
実施例2(A/A/B/A/A)
実施例1において、下から3番目の円筒体Aの代わりに円筒体Bを用いた以外は、実施例1の操作を繰り返し、下から円筒体A/A/B/A/Aが積み重ねられた円筒体を得た。表1に実施例1〜2で得られた複数の層を有する円筒体の特性を示す。
図5に示す装置を組み立てた。ノズル(1)の内径は0.8mmとした。ノズル(1)から捕集電極(5)までの距離は10cmに設定した。捕集側電極(5)として、外径4mm、長さ20cmのステンレス棒を用いた。ノズル(1)と捕集側電極(5)との間に、コレクタ(7)および静電除去器(8)を図5に示す配置で設置した。
(第1層の形成)
ドープCを保持槽(3)に入れ、ドープCを捕集側電極(5)に向けて5分間吐出し、第1層を形成した。吐出側電極(4)と捕集側電極(5)との電圧は14kVに設定した。コレクタ(7)は100rpmで回転させながら捕集した。第1層の厚みは60〜80μmであった。第1層を構成する繊維の平均繊維径は6μmであった。
(第2層の形成)
さらに、ドープCの代わりにドープAを保持槽(3)に入れ、5分間吐出し、第2層を形成した。第2層の厚みは60〜80μmであった。第2層を構成する繊維の平均繊維径は4μmであった。
(第3層の形成)
次に、ドープAの代わりにドープCを保持槽(3)に入れ、5分間吐出し、第3層を形成し円筒体を得た。第3層の厚みは60〜80μmであった。得られた円筒体は、長さ10cm、外径4.4〜4.5mm、厚み200〜240μmであった。第3層を構成する繊維の平均繊維径は6μmであった。
(蛇腹構造の形成)
そして得られた円筒体を100%伸長させ、蛇腹構造を有する円筒体を得た。円筒体の特性を表2に示す。
実施例4(C/A/C)
第3層を形成する際、静電気除去器(8)を使用した以外は実施例3と同様に円筒体を得た。得られた蛇腹構造を有する円筒体の外観写真を図8に示す。図8中の1目盛りは1mmを表す。蛇腹の山部と谷部の形状は不規則である。またその断面写真を図9に示す。図9の断面写真によれば、最外層の繊維密度が内側の層に比べ疎であることが分かる。円筒体の特性を表2に示す。
実施例5(円筒体A/C)
(第1層の形成)
図5に示す装置を用いて、ドープAを捕集側電極(5)に10分間吐出し、第1層を形成した。ノズル(1)の内径は0.8mm、電圧は12kV、ノズル1から捕集電極(5)までの距離は20cmにした。形成された第1層の厚みは180〜220μmであった。第1層を構成する繊維の平均繊維径は4μmであった。
(第2層の形成)
さらにドープCを捕集側電極(5)に向けて1分間吐出し、第2層を形成し円筒体を得た。形成された第2層の厚みは40〜80μmであった。得られた円筒体は、長さ10cm、外径4.4〜4.5mm、厚み220〜260μmであった。第2層を構成する繊維の平均繊維径は6μmであった。
(蛇腹構造の形成)
円筒体の一端を指で抑えて固定し、捕集側電極(5)を、指で抑えて固定した側に引き抜き、蛇腹構造を有する円筒体を得た。得られた円筒体の特性を表2に示す。
実施例4で作製した円筒体内部にマウス胎児繊維芽細胞(NIH3T3細胞)(ATCC製)を1cm2あたり1×106個の密度で播種し10%ウシ胎児血清(HyClone社製)を含む培養液(DMEM、Gibco社製)を用いて5%CO2、37℃の環境下で7日間培養した。円筒体を切り開きMTTアッセイ(フナコシ)を行ったところ、細胞の増殖を確認することができた。
Claims (14)
- 同心円状の複数の層からなり、外径が0.5〜50mmで、厚みが200〜5,000μmの中空の円筒体であって、各層は平均繊維径が0.05〜50μmの脂肪族ポリエステル繊維からなる円筒体。
- 各層は、脂肪族ポリエステル繊維が円筒体の軸を中心として、渦巻き状に巻き付けられたものである請求項1に記載の円筒体。
- 引張弾性率が0.1〜10MPa、弾性回復率が70〜100%である請求項1に記載の円筒体。
- 最外層における差圧125Paにおける厚み100μm換算した空気透過率が30cm3/cm2・s以上である請求項1に記載の円筒体。
- 少なくとも一層は他の層とは異なる脂肪族ポリエステル繊維からなる請求項1に記載の円筒体。
- 脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトンおよびこれらの共重合体からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項5に記載の円筒体。
- 最外層を除く少なくとも一層が、カプロラクトン由来の繰り返し単位の含有量が15mol%以上の共重合体からなる脂肪族ポリエステル繊維である請求項1に記載の円筒体。
- 円筒体が、軸方向に連続する山部および谷部を有する蛇腹状の円筒体であり、山部の間隔が2mm以下であり、谷部の深さが0.1〜10mmである請求項1に記載の円筒体。
- 同心円状の複数の層からなる中空の円筒体を製造する方法であって、
(i)脂肪族ポリエステルおよび揮発性溶媒を含有するドープであって、層の数に対応する数のドープを準備する工程、
(ii)各ドープを静電紡糸法にて紡糸し、コレクタ上に巻き取り単層の円筒体を層の数だけ得る工程、並びに
(iii)得られた複数の円筒体を積層する工程、
からなる円筒体の製造方法。 - 複数の円筒体を積層した後、熱処理する請求項9に記載の円筒体の製造方法。
- 得られた円筒体を伸長させる工程を有する請求項9に記載の円筒体の製造方法。
- 同心円状の複数の層からなる中空の円筒体を製造する方法であって、
(i)脂肪族ポリエステルおよび揮発性溶媒を含有するドープであって、層の数に対応する数のドープを準備する工程、
(ii)第1のドープを静電紡糸法にて紡糸し、コレクタ上に巻き取り、層を形成する工程、
(iii)得られた層の上に、次のドープで層を形成する工程、
からなる円筒体の製造方法。 - 工程(iii)を繰り返す請求項12記載の円筒体の製造方法。
- 得られた円筒体を伸長させる工程を有する請求項12に記載の円筒体の製造方法。
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