KR20210021373A - 나노원섬유 셀룰로오스 생성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

나노원섬유 셀룰로오스 생성물 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210021373A
KR20210021373A KR1020217001137A KR20217001137A KR20210021373A KR 20210021373 A KR20210021373 A KR 20210021373A KR 1020217001137 A KR1020217001137 A KR 1020217001137A KR 20217001137 A KR20217001137 A KR 20217001137A KR 20210021373 A KR20210021373 A KR 20210021373A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cellulose
product
nanofibrous
nanofibrous cellulose
layer
Prior art date
Application number
KR1020217001137A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102661264B1 (ko
Inventor
타파니 부오리넨
페그 칸자니
쌔디어스 말로니
사라 체케리니
마르쿠스 누오포넨
카리 루우코
Original Assignee
유피엠-큄메네 코퍼레이션
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유피엠-큄메네 코퍼레이션 filed Critical 유피엠-큄메네 코퍼레이션
Publication of KR20210021373A publication Critical patent/KR20210021373A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102661264B1 publication Critical patent/KR102661264B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/02—Oxycellulose; Hydrocellulose; Cellulosehydrate, e.g. microcrystalline cellulose
    • C08B15/04—Carboxycellulose, e.g. prepared by oxidation with nitrogen dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/005—Crosslinking of cellulose derivatives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/02—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by special physical form
    • A61K8/0204—Specific forms not provided for by any of groups A61K8/0208 - A61K8/14
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/72—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing organic macromolecular compounds
    • A61K8/73—Polysaccharides
    • A61K8/731—Cellulose; Quaternized cellulose derivatives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00—Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/22—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons containing macromolecular materials
    • A61L15/28—Polysaccharides or their derivatives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00—Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16—Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/42—Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L15/44—Medicaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D101/00—Coating compositions based on cellulose, modified cellulose, or cellulose derivatives
    • C09D101/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/22—Processes using, or culture media containing, cellulose or hydrolysates thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/0068—General culture methods using substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/70—Polysaccharides
    • C12N2533/78—Cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2537/00—Supports and/or coatings for cell culture characterised by physical or chemical treatment
    • C12N2537/10—Cross-linking

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Birds (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

본 출원은 나노원섬유 셀룰로오스 생성물의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은 나노원섬유 셀룰로오스를 제공하는 단계, 다가 양이온을 제공하는 단계, 나노원섬유 셀룰로오스를 다가 양이온과 접촉시키는 단계, 일정 시간 동안 반응시켜 가교 결합된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 수득하는 단계를 포함한다. 본 출원은 또한 나노원섬유 셀룰로오스 및 다가 양이온을 포함하는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제공하며, 여기서 나노원섬유 셀룰로오스는 다가 양이온에 의해 가교된다.

Description

나노원섬유 셀룰로오스 생성물 및 그 제조 방법
본 출원은 가교된 나노원섬유(nanofibrillar) 셀룰로오스 생성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
셀룰로오스는 미세원섬유(microfibrillar) 또는 나노원섬유 셀룰로오스와 같은 원섬유 셀룰로오스를 수득하기 위해 원섬유화될 수 있다. 원섬유(fibrillar) 셀룰로오스는 분리 된 셀룰로오스 원섬유 또는 셀룰로오스 원료에서 파생된 원섬유 다발을 의미한다. 원섬유 셀룰로오스, 특히 나노원섬유 셀룰로오스는 물에서 점성 겔을 형성하는 능력이 있다.
나노원섬유 셀룰로오스 생산 기술은 펄프 섬유(fibers)의 수 분산액의 기계적 원섬유화를 기반으로 한다. 분산액 내 나노원섬유 셀룰로오스의 농도는 일반적으로 약 0.3 - 5 %로 매우 낮다. 원섬유화 과정 후 수득된 나노원섬유 셀룰로오스 물질은 희석된 점탄성 하이드로겔이다.
물을 제거하여 막이나 다른 형태의 자립형 구조로 존재하는 정도까지 나노원섬유 셀룰로오스로 구조적 생성물을 만드는 데 관심이 있다.
그러나 수득된 막 또는 기타 생성물의 특성은 개선이 필요하다. 예를 들어 막은 부서지기 쉽고 탄력성과 유연성이 부족하다. 또한 사용자 및 환경 친화적인 공정과 생물학적으로 호환되는 생분해성 생성물이 필요하다.
[발명의 요약]
다가 양이온은 나노원섬유 셀룰로오스로부터 형성된 겔과 같은 나노 원섬유 셀룰로오스 물질의 형성을 제어하기 위해 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 다가 양이온은 나노원섬유 셀룰로오스를 가교 결합하여 겔을 경화시키는 데 사용될 수 있다. 이것은 층, 코팅, 시트 또는 막의 가로 또는 세로 수축과 같은 건조 중 수축을 제한한다.
그러나 가용성 다가 양이온과 음이온 젤의 균일한 혼합은 어려울 수 있다. 이러한 구성 요소의 혼합은 즉각적이고 제어할 수 없는 원섬유 응집 및 무리 형성으로 이어질 수 있다. 또한 음이온 셀룰로오스 나노원섬유와 다가 양이온의 필름, 막, 시트 또는 필라멘트와 같은 특정 구조가 응집 또는 뭉침 형성없이 어떻게 제조될 수 있는지도 밝혀졌다. 주요 원리는 다가 양이온과의 가교 전에 구조를 준비하는 것이다.
본 출원은 나노원섬유 셀룰로오스 생성물의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은
- 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스 제공 단계,
- 다가 양이온 제공 단계,
- 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스를 다가 양이온과 접촉시키는 단계, 및
- 가교된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 수득하기 위해 일정 시간 동안 반응을 허용하는 단계를 포함한다.
본 출원은 또한 나노원섬유 셀룰로오스 및 다가 양이온을 포함하는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제공하며, 여기서 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 다가 양이온에 의해 가교된다. 상기 생성물은 본원에 기술된 방법으로 수득될 수 있다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 본원에 기술된 의료 또는 과학 제품과 같은 다양한 생명 과학 제품으로 형성될 수 있다.
본 출원은 또한 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 층을 제공한다. 상기 층은 예를 들어 코팅, 필름, 시트 또는 막일 수 있다.
본 출원은 또한
- 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 층, 및
- 거즈 또는 부직포 층을 포함하는 의료용 다층 생성물을 제공한다.
본 출원은 또한 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 의료 생성물을 제공한다. 상기 의료 생성물은 상처 치유 생성물 일 수 있다.
본 출원은 또한 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 세포 배양 생성물을 제공한다.
본 출원은 또한 본 명세서에 개시된 최종 생성물을 제조하기 위해 개시된 물질 또는 가교된 생성물의 용도를 제공한다.
주요 실시 양태는 독립항에 특징이 있다. 다양한 실시 양태가 종속 항에 개시되어있다. 종속항 및 설명에 인용된 실시 양태는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 상호 자유롭게 결합할 수 있다.
수득된 생성물은 특히 습한 조건에서 높은 인열 강도 (인열 저항), 인장 강도, 파단 변형, 탄성, 유연성 등과 같은 향상된 기계적 강도 및 기타 특성을 나타낸다. 부서지기 쉬우며 젖었을 때 유연성이 떨어지는 유사한 비-가교 생성물에 비해 수득된 생성물은 파손없이 취급 및 기계적 응력을 잘 견뎌냈다. 특히 탈수 중 생성물의 수축이 적다. 생성물은 예를 들어 드레싱 및 패치, 세포 배양 생성물, 필터 및 식품 포장 또는 코팅 등과 같은 의료 및 과학 제품에 사용될 수 있다. 이 생성물은 생분해성이며 의료, 과학 및 식품 응용 분야 및 용도와 호환되며 생분해되지 않는 플라스틱 필름을 대체하는 데 사용할 수 있다. 준비 과정은 안전하며 반응성이 높거나 유해한 시약이나 극한 조건이 필요하지 않다. 건조 및 재 습윤 처리가 가능하며, 이 처리 후에도 원하는 특성을 나타내는 생성물을 얻을 수 있다. 필름으로 형성했을 때 생성물은 부드럽고 매끄럽고 탄력이 있었고 특히 공기 건조시 피부와 같은 느낌을 나타냈다. 그러나 이러한 특성을 수득하기 위해 유연제 등의 첨가제가 필요하지 않았다. 이 생성물은 높은 수분 함량을 흡수하고 유지할 수 있어 생명 과학 응용 분야에서 유리하다.
본원에 기술된 생성물은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 물질이 살아있는 조직과 접촉하는 의료 응용 분야에서 유용하다. 나노원섬유 셀룰로오스가 예를 들어 피부에 적용될 때 특이한 특성을 제공한다는 것이 발견되었다. 본원에 기술된 나노원섬유 셀룰로오스를 함유하는 생성물은 생체 조직과 매우 생체 적합성이 높고 여러 가지 유리한 효과를 제공한다. 어떤 특정 이론에 구속되지 않고, 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층은 매우 높은 표면적을 제공하는 것으로 믿어지며, 이는 피부 또는 다른 조직에 적용될 때 피부에서 물을 흡수하고 조직과 나노원섬유 셀룰로오스을 포함하는 층 사이에 특별한 조건을 형성한다. 효과를 높이기 위해 생성물을 촉촉하게 할 수도 있다. 또한, 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층의 표면에 얇은 겔 층이 형성될 것이며, 이 겔 층과 피부 사이에 물 분자가 존재한다. 나노 원섬유 셀룰로오스의 유리 하이드록실(free hydroxyl) 그룹은 물질과 물 분자 사이에 수소 결합 형성을 촉진한다. 이것은 피부와의 접촉을 향상시키고 피부에서 생성물로 또는 생성물에서 피부로 액체 및 / 또는 제제의 이동을 가능하게 한다.
상기 생성물이 석고, 드레싱, 의료용 패치 또는 석고의 일부, 패치 또는 드레싱과 같이 상처나 기타 손상 또는 부상을 덮는 데 사용되는 경우 여러 가지 효과가 제공된다. 제품이 찢어지거나 찢어지지 않고 쉽게 탈부착될 수 있어 사용성이 좋다. 상처를 덮는데 사용할 때 생성물의 재료는 인공 피부 역할을 하여 상처를 보호하고 상처가 치유되면 느슨해진다. 유연성과 탄력성 덕분에 대상물에 생성물을 조심스럽게 적용하여 대상물의 윤곽에 달라 붙기 때문에 까다로운 대상에도 제품을 적용할 수 있다. 이 생성물은 치료 부위를 손상시키지 않고 제거하기가 매우 어려운 기존의 재료처럼 되돌릴 수없는 방식으로 손상된 피부에 부착되지 않는다. 제품과 피부 사이의 상태는 손상된 부위의 치유를 촉진한다.
특히 나노원섬유 셀룰로오스로만 이루어진 생성물에서 현재의 가교 결합된 소재는 상처 치유 등의 중간 제품으로 적합하지 않은 다루기 힘든 성질 및 비 유연성의 기존 나노원섬유 생성물과 달리 유연성, 탄력성 및 기계적 강도를 제공한다.
실시 양태의 의료 제품은 피부 이식과 같은 이식편의 치료에 특히 유리하다. 생성물은 이식 부위를 덮는 데 사용할 수 있으며 보호층 역할을 한다. 이식편이 치유됨에 따라 막은 딱지 모양의 구조를 형성하여 치유를 촉진한다.
상기 생성물은 치료제 또는 미용제와 같은 제제를 환자 또는 사용자에게 제어 가능하고 효과적으로 전달하는 데 사용될 수 있다.
제품은 또한 성형성을 나타낼 수 있다. 나노원섬유 셀룰로오스에 수분이 포함되어 있으면 우수한 투과성을 나타낼 수 있다. 이러한 특성은 예를 들어 제품이 상처 치유를 위한 드레싱으로 사용되거나, 치료제 또는 미용 제제를 전달하기 위해, 생물학적 필터로서 또는 생성물이 세포 배양 배지와 같은 세포 배양 용도로 사용되는 경우, 의료 및 생명 과학 제품에 유용하다.
유연성은 의료 응용 분야, 필름 또는 필라멘트와 같은 많은 응용 분야에서 원하는 기능이다. 신축성(신율)에도 동일하게 적용된다. 예를 들어, 나노 원섬유 셀룰로오스를 포함하는 유연성 및 / 또는 탄성 옷, 패치 및 드레싱은 예를 들어 상처 및 기타 손상 또는 부상 (예 : 화상)을 덮거나 활성제를 전달하기 위해 피부에 적용하는 데 유용하다. 예를 들어 코팅 또는 함침과 같은 원섬유 셀룰로오스의 유연성 및 탄성은 거즈 또는 부직포의 경우와 같이 전체 제품의 유연성 및 / 또는 탄성을 제한할 수 있으므로, 향상된 유연성 및 / 또는 탄성이 향상된 복합재 또는 적층 제품을 제공할 수 있다.
실시 양태의 의료 생성물은 또한 높은 흡수 능력 및 흡수 속도를 제공하는데, 이는 상처 치유 등과 같은 의료 용도에서 요구되는 특성이다. 넓은 영역을 덮는 데 사용할 수 있는 대형 막이 준비 될 수 있다.
상기 생성물은 예를 들어 세포 배양에 대한 지원으로 세포 배양 응용 프로그램에 사용할 수 있다. 실시 양태의 나노원섬유 셀룰로오스는 세포외기질과 유사한 천연 기질 역할을 하며, 세포에 대한 구조적 스캐폴드 및 효율적인 세포 이동, 신호 전달 및 세포로의 영양 전달을 위한 상호 연결된 기공의 네트워크를 제공한다. 또한, 생성물은 생분해성 및 무독성이며, 예를 들어 배양물에서 세포를 수득하기 위해 세포에 해를 끼치지 않고 효소적으로 분해 될 수 있다. 상기 물질에는 세포 배양 및 다운 스트림 응용 분야에서 면역 반응의 위험과 다양한 유형의 독성 문제를 일으킬 수 있는 동물성 화합물이 포함되어 있지 않다.
도면 1은 Ca2+ 형태로 NFC / 펄프 필름을 준비하는 원리를 보여줍니다. (a) NFC / 펄프 혼합물은 3 % 일관성으로 지지대에 뿌려진다. (b) 지지체의 젖은 필름을 수성 CaCl2에 담그고 1 ~ 3 시간 동안 유지하여 건조 전에 필름의 이온 교환 및 응고를 완료한다.
도면 2는 동결 건조된 HT BHKP / NFC 필름 (표면)(a) 및 수성 CaCl2 (b) 및 MgCl2 (c)에 담근 후의 SEM 이미지를 보여준다.
도면 3은 Na+ (a), Ca2+ (b) 및 Mg2+ (c) 형태의 HT BHKP / NFC 필름의 동결 파괴 표면의 SEM 이미지를 보여준다.
도면 4는 23 ℃ 및 50 % RH에서 테스트한 NFC / 펄프 필름의 파단 변형률 (a) 및 밀도 (b)에 대한 인장 지수를 보여준다.
도면 5는 23 ℃ 및 50 % RH에서 PCC-HT BHKP 및 NFC의 서로 다른 몰비로 제조된 셀룰로오스 필름의 파단 변형률 (a) 및 밀도 (b)에 대한 인장 지수를 보여준다.
도면 6은 CaCO3 용해 전 (a, b) 및 후 (c, d) PCC-HT BHKP 70 % 및 NFC 30 %로 만든 셀룰로오스 필름 표면의 SEM 이미지를 보여준다.
도면 7은 서로 다른 배율에서 교차 결합 처리 전 (a, b) 및 후 (c, d)의 AC2O 첨가 후 70 %의 PCC-HT BHKP 및 30 %의 NFC로 만든 셀룰로오스 필름의 동결 파단 표면의 SEM 이미지를 보여준다.
도면 8은 산화된 NFC 및 펄프의 얇은 피부 유사 필름의 샘플; (수성 CaCl2로 처리됨)을 보여준다.
도면 9는 산화된 NFC 및 절단된 아마(flax) 섬유의 두꺼운 필름의 샘플; (수성 CaCl2로 처리됨)을 보여준다.
본 명세서에서, 백분율 값은 특별히 달리 명시되지 않는 한 중량 (w / w)을 기준으로 한다. 숫자 범위가 제공되는 경우 범위에는 상한 및 하한 값도 포함된다. 농도는 달리 표시되지 않는 한 건조 중량으로 표시된다. 최종 생성물의 성분 비율은 합계가 100 % 이다. 최종 생성물은 당업계에 통상적인 소량의 첨가제를 함유할 수 있다.
본원에 기재된 원섬유 셀룰로오스 생성물을 제조하는 방법에서, 상기 방법은
- 음이온으로 변형된 원섬유 셀룰로오스를 제공하는 단계,
- 다가 양이온, 더 구체적으로 하나 이상의 유형의 다가 양이온을 제공하는 단계,
- 원섬유 셀룰로오스를 다가 양이온과 접촉시키는 단계, 및
- 가교된 원섬유 셀룰로오스 생성물을 얻기 위해 일정 시간 동안 반응하는 단계를 포함한다.
나노원섬유 셀룰로오스는 다가 양이온과 접촉 및 / 또는 반응할 때 습윤 상태여야 하며, 예를 들어 하이드로겔 형태 일 수 있다. 나노원섬유 셀룰로오스는 예를 들어 90-99.5 % (w / w)인 70-99.9 % (w / w)) 또는 80-99.9 %와 같은 50-99.9 % (w / w) 또는 20-99.9 % (w / w) 범위와 같은 적어도 50 % (w / w), 또는 적어도 20 % (w / w), 적어도 10 % (w / w)의 수분 함량을 가질 수 있다. 나노원섬유 셀룰로오스는 상기 수분 함량으로 제공될 수 있거나, 다가 양이온과 접촉 및 / 또는 반응하기 전에 보습 또는 습윤될 수 있다.
원섬유 셀룰로오스는 물질이 셀룰로오스 및 물과 결합을 형성할 수 있는 노출된 유리 히드록실기와 같이 원섬유 셀룰로오스에 전형적인 특성을 나타내는 정도로 원섬유화되는 모든 유형의 셀룰로오스일 수 있으며, 따라서 물속에서 점성 겔을 형성할 수도 있다. 그러나 음이온으로 변형된 원섬유 셀룰로오스가 바람직하다. 상기 음이온으로 변형된 원섬유 셀룰로오스는 예를 들어 음이온으로 변형되어 고도로 원섬유화되거나 정제된 펄프, 음이온으로 변형된 미세원섬유 셀룰로오스 또는 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스일 수 있다. 미세원섬유 셀룰로오스는 100-1000 nm 또는 220-1000 nm와 같이 2 마이크로미터 미만의 평균 원섬유 직경 및 / 또는 5-50 마이크로미터와 같은 0.5-50 마이크로미터의 원섬유 길이와 같은 평균 원섬유 직경 및 / 또는 평균 원섬유 직경의 길이보다 높은 길이 및/또는 평균 원섬유 직경을 특징으로 할 수 있다. 또한 유변학적 특성이 다르다.
그러나 가장 좋은 결과는 고도로 원섬유화된 나노원섬유 셀룰로오스, 특히 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스, 특히 산화된 나노원섬유 셀룰로오스를 사용하여 획득되어졌다. 일 실시 양태에서 원섬유 셀룰로오스는 본원에 기재된 바와 같이 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스이다. 나노원섬유 셀룰로오스를 제품의 유일한 섬유 재료로 사용하는 것이 가능하다. 섬유 재료는 섬유 및 섬유를 포함하여 천연 및 합성 섬유에서 파생된 재료를 의미한다.
일 실시 양태는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은
- 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스를 유일한 섬유 물질로 제공하는 단계,
- 다가 금속 양이온과 같은 다가 양이온을 제하는 단계,
- 음이온성 나노원섬유 셀룰로오스를 다가 양이온과 접촉시키는 단계, 및
- 가교된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 얻기 위해 일정 시간 동안 반응하는 단계를 포함한다.
도면 1에도 제시된 확산 보조 브리징 (Diffusion-aided bridging)이라고 하는 방법에서, 필름, 시트, 막, 필터 또는 음이온으로 변형된 원섬유화된 셀룰로오스 섬유 및 / 또는 원섬유를 포함하는 필라멘트와 같은 균질한 습식 제품 또는 재료는 먼저 제조되거나 제공된 다음 다가 양이온의 수용액으로 처리된다. 상기 다가 양이온은 구조 내부에서 확산되어 시간이 지남에 따라 고형화된다. 응고에 필요한 시간은 구조 또는 재료의 두께와 시스템의 다가 양이온 농도에 따라 다르다. 적절한 시간 후 및 건조 전에, 구조물은 과량의 다가 양이온을 제거하기 위해 물에서 2차 처리될 수 있다. 건조되면 구조가 고유한 특성을 갖게 된다.
따라서, 일 실시 양태에서 다가 상기 양이온은 수용액으로 제공된다. 상기 수용액은 기존의 나노원섬유 셀룰로오스 생성물과 같은 제품 일 수 있는 원 섬유 셀룰로오스에 적용된다. 즉, 원섬유 셀룰로오스 물질은 다가 양이온의 수용액과 접촉한다. 기존의 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 형태 및 / 또는 모양을 갖는 제품과 같이 미리 준비된 제품으로 고체 또는 겔 형태일 수 있다. 탈수되거나 원하는 수분 또는 건조 함량으로 건조되었을 수 있다.
상기 방법은 일정 시간 후, 즉 가교 결합 후, 예를 들어 수용액으로 세척 한 후 원섬유 셀룰로오스 물질을 세척하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 시간은 원하는 가교가 발생하는 데 필요한 시간이며, 예를 들어 1 ~ 3 시간과 같은 1 ~ 240 분 또는 30 ~ 240 분의 최소 범위, 최소 1 분과 같은 분 또는 시간일 수 있다. 상기 원섬유 셀룰로오스 물질은 다가 양이온의 수용액에 담글 수 있다. 예를 들어 진공을 사용하여 원섬유 셀룰로오스 물질에 수용액을 첨가하고 제품 내부의 용액 침투를 돕는 것도 가능하다. 이는 예를 들어 원섬유 셀룰로오스가 적용된 필터를 제공하고 필터를 통해 진공을 제공하여 다가 양이온의 수용액을 먼저 적용함으로써 후속 탈수에 사용할 수 있는 진공 지원 방법 및 배열로 수행할 수 있다. 먼저 진공을 사용하여 생성물에 다가 양이온 수용액을 적용하기 위해 필터를 통해 진공을 제공하고, 선택적으로 진공을 차단하여 다가 양이온이 예를 들어 10 초 내지 3 시간 동안 원 섬유 셀룰로오스와 반응할 수 있도록 한 다음 진공을 사용하여 생성물을 탈수시킨다.
특정 실시 예에서, 수성 염화칼슘 및 물에서 음이온 원섬유 셀룰로오스 및 화학 펄프의 습식 필름의 후속 처리는 구조를 건조시킨 후 정상적인 주변 조건에서 매우 오랜 시간 동안 습도를 유지하는 젖은 피부와 같은 구조를 초래했다 (도면 8). 건조된 구조물을 잠시 물에 담근 후 다시 건조 시키면 종이와 같은 단단한 구조물이 수득되었다. 이 구조물을 반복적으로 물에 담그면 습윤 강도가 높게 유지되었다.
확산 보조 브리징은 산업적으로 실현하기 어려울 수 있으므로 브리지를 만드는 대체 방법이 제공된다. 이를 시간-트리거 브리징 (time-triggered bridging)이라고 한다. 주요 아이디어는 셀룰로오스 섬유 및 / 또는 원섬유, 불용성 (고체) 다가 양이온 염 및 시간이 지남에 따라 산을 방출하는 화학 성분 또는 화합물을 포함하는 구조를 형성하는 것이다. 예를 들어 pH는 중성 또는 약산성에서 약 4로 낮아진다. 산도가 증가하면 시간이 지남에 따라 다가 양이온 염이 용해되고, 그 후에 유리 양이온이 브릿지를 형성할 수 있다.
일 실시 양태에서 상기 다가 양이온은 불용성 염으로 제공된다. 일 실시 양태에서, 방법은 산-방출 화합물을 제공 하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 방출된 산은 다가 양이온을 가용화할 수 있다. 보다 구체적으로, 산-방출 화합물은 원하는 가교 결합을 수득하기 위해 다가 양이온 또는 적어도 상당량의 다가 양이온을 용해시키기 위해 산을 제공할 수 있는 양 및 / 또는 형태로 제공된다. 산은 지연 또는 연장 방출로서, 즉, 수초에서 수 시간, 예를 들어 1 초 내지 24 시간, 예컨대 1 초 내지 1 시간이 될 수 있는 일정 기간에 걸쳐 방출되도록 배열될 수있다. 이는 다가 양이온의 가용화 및 방출을 지연시킨다. 마지막으로 이것은 원섬유 셀룰로오스의 지연된 가교를 초래한다. 이를 통해 재료가 완전히 가교되기 전에 최종 생성물을 형성할 수 있다.
일 실시 양태에서 상기 다가 양이온은 다가 금속 양이온이다. 이는 칼슘, 마그네슘, 아연, 알루미늄, 금, 백금 및 / 또는 티타늄의 양이온을 포함하거나 그로부터 선택될 수 있다. 특정 다가 양이온은 최종 생성물에 추가 특정 특성을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 금은 항균성을 제공할 수 있다. 백금 및 티타늄은 티타늄의 경우 광촉매 특성과 같은 촉매 특성을 제공 할 수 있습니다. 따라서 촉매 특성을 나타내는 재료를 수득할 수 있다. 이러한 물질은 광촉매 응용에 사용될 수 있으며, 예를 들어 물질을 빛으로 비추어 물질에 활성 산소 종을 제공 할 수 있다. 이러한 활성 산소 종은 필터, 막 및 기타 의료 및 생명 과학 제품과 같은 재료를 살균하는 데 사용될 수 있다.
상기 불용성 염은 탄산 칼슘과 같은 다가 양이온의 탄산염일 수 있다. 상기 불용성 염은 분말 형태로 도입되거나 셀룰로오스 섬유에 침전된 형태로 제공될 수 있다. 일 실시 양태에서 탄산 칼슘은 나노원섬유 셀룰로오스 원섬유 및 / 또는 비-나노원섬유 셀룰로오스의 섬유일 수 있는 셀룰로오스 섬유에 침전된다.
소량의 첨가제 다가 양이온 및 산 방출 화합물만이 음이온 섬유 / 원섬유의 거의 완전한 브리징을 달성하는 데 필요하다 (예컨대 0.1-2 % (w /w)와 같은 0.1-3 % (w / w) 범위). 브릿지 형성 전의 지연 시간은 산 방출 성분의 선택, 제제의 농도, 원섬유 물질의 농도, 시스템의 초기 pH 등에 의해 제어 될 수 있다.
상기 브리징으로 인해 원섬유 네트워크는 건조 중에 덜 통합되고 브리징없이 준비된 재료에 비해 낮은 재료 밀도에서 높은 강도가 달성된다.
일 실시 양태에서, 나노원섬유 셀룰로오스를 다가 양이온과 접촉시키는 단계는 나노원섬유 셀룰로오스, 다가 양이온 및 산-방출 화합물의 혼합물을 형성하는 것을 포함한다.
일 실시 양태에서 상기 산-방출 화합물은 무수물, 더 구체적으로 아세트산 무수물 (아세탄하이드라이드, acetanhydride)과 같은 산 무수물 및 에틸 아세테이트와 같은 에스테르로부터 선택된다.
수성 현탁액 또는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 겔 및 / 또는 다가 양이온 (들)을 포함하는 수용액과 같은 시스템의 초기 pH는 7-8과 같은 6-9 범위 일 수 있다. 상기 불용성 염을 가용화하기 위해 pH를 낮추면 5 이하, 4.5 이하 (예 : 4.5-3 또는 3.5-4.5)로 낮아질 수 있다.
층 또는 다른 구조의 인열 강도는 합성 또는 천연 섬유 (예: 셀룰로오스)와 같은, 원섬유 셀룰로오스를 포함하는 구조 또는 막에 비 - 원섬유 섬유의 양을 추가함으로써 추가로 향상될 수 있다. 상기 비 - 원섬유 섬유는 또한 굵은 섬유 및 / 또는 장 섬유로 지칭될 수 있으며, 천연 섬유, 예를 들어 펄프와 같은 연목 또는 경목 또는 비 - 목재 재료 일 수있는 목재 섬유일 수 있다. 셀룰로오스 섬유와 같은 상대적으로 적은 양의 비 - 원섬유 섬유도 인열 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 막의 제조 공정에서 강화된 인열 강도는 또한 막이 찢어지지 않기 때문에 필터 직물과 같은 지지체로부터 건조된 막의 제거를 용이하게 한다. 비 - 원섬유 셀룰로오스 또는 기타 섬유는 또한 최종 제품에 다공성을 제공할 수 있으며, 이는 예를 들어 의료 응용 분야, 필터 등에서 바람직 할 수 있다. 상기 비 - 원섬유 섬유는 또한 탄산 칼슘과 같은 불용성 다가 양이온을 운반하는데 사용될 수 있다. 비 - 원섬유 셀룰로오스 또는 기타 섬유의 양도 탈수를 향상시킬 수 있다. 상기 비 - 원섬유 섬유는 특히 원섬유 셀룰로오스가 나노원섬유 셀룰로오스인 경우 비-나노 원섬유 섬유라고도 불릴 수 있다. 비 - 원섬유 섬유를 함유하는 이러한 제품은 예를 들어 부직포, 종이 또는 보드 (board)일 수 있다.
적합한 비 원섬유 천연 섬유의 예는 기계적 펄프, 화학 펄프, 화학 열역학적 펄프, 증기 폭발 펄프, 박테리아 셀룰로오스, 크라프트 (kraft) 펄프 및 아마 섬유와 같은 펄프를 포함한다. 다른 비 - 목재 섬유도 사용할 수 있다. 상기 비 - 원섬유 천연 섬유의 길이는 0.5 ~ 100mm 범위 또는 1 ~ 100mm 범위와 같이 10 또는 50 마이크로미터 이상 또는 100 ~ 500 마이크로미터 이상일 수 있다. 상기 비 - 원섬유는 5 ~ 100mm 또는 5 ~ 50mm 범위와 같이 길이가 5mm 이상인 긴 섬유 일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 방법은 다가 양이온과 접촉하기 전에 목재 또는 비 목재 섬유 일 수 있는 합성 또는 천연 섬유와 같은 비 - 원섬유 섬유를 섬유 셀룰로오스와 제공하고 혼합하는 것을 포함한다. 이는 전체 섬유질의 0.1-99.9 % (w / w) 또는 0.1-95 % (w / w) 범위 (예 : 0.1-70 % (w / w) 범위)의 양일 수 있다. 상기 천연 섬유는 화학 펄프 또는 크라프트 펄프와 같은 펄프일 수 있다. 이러한 펄프는 일반적으로 통상적인 펄프 또는 일반 펄프 또는 셀룰로오스이며, 거대 섬유 펄프 또는 거대 섬유 셀룰로오스라고도 불릴 수 있다. 일 예에서, 비 - 원섬유 펄프는 정제되지 않거나 적당히 정제 된 펄프이며, 이는 예를 들어 50° SR 이하 또는 40° SR 이하일 수 있는 펄프 자유도에 의해 특징화될 수 있다. 50-70° 또는 50-90° 범위의 SR 값을 갖는 펄프와 같이 보다 정제된 펄프를 사용하는 것도 가능하다. 상기 SR 값 (Schopper-Riegler 값)은 셀룰로오스의 정제 정도를 결정하는 데 사용할 수 있다. ISO5267에 의해 결정될 수 있다. Schopper-Riegler 테스트는 희석 된 펄프 현탁액이 탈수되는 속도를 측정하기 위해 고안되었다. 배수성은 섬유의 표면 상태 및 팽창과 관련이 있으며 펄프가 처리된 기계적 처리량의 유용한 지표를 구성하는 것으로 나타났다.
상기 2개의 주요 출발 물질은 또한 원섬유 셀룰로오스 분획 및 비 - 원섬유 섬유 분획과 같은 분획으로 불릴 수 있다. 원섬유 셀룰로오스 분획은 예를 들어, 20-70 % (w / w)와 같이 총 원섬유 물질의 건조 중량 중 20-99.9 % (w / w)의 섬유질 셀룰로오스를 포함하는 제품의 셀룰로오스 물질과 같은 섬유질 물질의 주요 분획 또는 생성물을 제조하기 위한 분산액 일 수 있다. 그러나 비 - 원섬유의 더 많은 부분을 사용하는 것도 가능하다. 원섬유 셀룰로오스 대 비 - 원섬유 섬유의 비율은 10:90 내지 90:10, 또는 20:80 내지 80:20, 예컨대 30:70 내지 70:30 범위일 수 있다. 일 특정 예에서 원섬유 셀룰로오스 대 비 - 원섬유 섬유의 비율은 약 30:70과 같은 20:80 내지 40:60이다.
상기 생성물 또는 제품 제조용 분산액은 생성물 또는 분산액의 건조 중량의 0.1-100 % (w / w) 범위의 나노원섬유 셀룰로오스를 포함 할 수 있다.
가교로 인해 값 비싼 물질인 원섬유 셀룰로오스의 작은 부분을 사용하는 것도 가능하다. 예에서 상기 생성물은, 예를 들어 원섬유 셀룰로오스가 섬유질 생성물에 코팅된 경우, 또는 생성물을 제조하기 위한 분산액이 분산액의 건조 중량 또는 생성물의 0.2-50 % (w / w), 0.2-30 % (w / w), 0.2-20 % (w / w), 0.2-15 % (w / w), 0.2-10 % (w / w), 1 ~ 20 % (w / w), 1 ~ 10 % (w / w) 또는 5 ~ 10 % (w / w)와 같은 0.1-70 % (w / w)의 원섬유 셀룰로오스를 포함한다. 예를 들어, 종이의 경우 평방 미터당 5-10g과 같은 3-12g 범위의 코팅으로 원섬유 셀룰로오스가 가능하며, 이는 예 : 100g / m2인 80-120g / m2 범위의 중량을 가질 수 있다.
상기 비 - 원섬유 섬유는 또한 생성물의 섬유 및 원섬유 물질 (예 : 셀룰로오스 물질)의 일부 또는 일부일 수 있다. 일 실시 양태에서, 상기 원섬유 셀룰로오스 생성물은 예를 들어 전체 물질 또는 생성물의 건조 중량의 0.1 ~ 60 % (w / w), 0.1-50 % (w / w), 0.1-40 % (w / w), 0.1-30 % (w / w), 0.1-20 % (w / w), 0.1-10 % (w / w), 0.5-10 % (w / w), 1-10 % (w / w), 0.5-5 % (w / w), 1-5 % (w / w), 0.5-3 % (w / w) 또는 1-3 % (w / w) 범위의 전체 섬유 물질의 0.1 ~ 70 % (w / w) 범위의 펄프와 같은 비 - 원섬유 섬유의 양을 포함한다. 본 명세서에서 사용 된 "총 재료"는 생성물에 존재하는 모든 섬유, 원섬유, 다가 양이온 및 기타 가능한 성분의 건조 중량을 의미한다.
그러나, 일 실시 양태에서 상기 생성물은 비 - 원섬유 섬유를 함유하지 않으며, 즉 비 - 원섬유 섬유의 양은 0 %이다. 따라서 원섬유 셀룰로오스는 최종 생성물에서 유일한 섬유 또는 원섬유 물질이다.
또한 예를 들어 0.01-2 % (w / w) 범위의 양으로 다른 보조제 또는 첨가제를 혼합물에 첨가할 수 있다. 예를 들어, NaCl과 같은 1가 금속의 염과 같은 염이 첨가될 수 있다. 상기 첨가된 염은 예를 들어 물을 구조에 결합시킴으로써 수득된 생성물의 유연성을 향상시킬 수 있다.
일 실시 양태에서, 상기 방법은 원섬유 셀룰로오스를 코팅, 필름, 시트 또는 막; 필터; 필라멘트 또는 원섬유 셀룰로오스 바디 또는 하이드로 겔 바디와 같은 층으로 형성하는 단계를 포함한다. 상기 원섬유 셀룰로오스는 가교 전 또는 후에 이러한 형태 또는 생성물로 형성될 수 있다. 또한, 예를 들어 몰드를 사용하여 다른 구조 또는 형태가 형성될 수 있다. 상기 수득된 구조의 한 가지 예는 중공 섬유이다. 바람직하게는 상기 원섬유 셀룰로오스는 가교 결합이 시작되거나 완료되기 전에, 예를 들어 가교 결합된 생성물이 수득되기 전에 상기 형태 또는 생성물로 형성된다. 완성된 가교는 생성물의 최종 형태를 고칠 것이다. 상기 수득된 구조의 한 예는 나노원섬유 셀룰로스 바디, 하이드로 겔 바디 또는 다른 유사한 개별 엔티티와 같은 건조 또는 하이드로 겔 물질을 함유할 수있는 세포 배양 물질 또는 조성물이다.
일 실시 양태에서, 상기 방법은 상기 다가 양이온과 접촉하기 전 또는 후에, 하나 이상의 치료제 (들) 및 / 또는 하나 이상의 미용제제 (들)를 제공하고 제제 (들)를 상기 나노원섬유 셀룰로오스와 혼합하는 것을 포함한다. 이러한 방식으로 상기 치료제 및 / 또는 미용제제 (들)는 최종 생성물에 포함될 것이며, 예를 들어 피부에 적용될 때 생성물로부터 방출될 수 있다. 최종 제품은 또한 약제 (들)로 함침 될 수 있다.
본원에서 논의된 상기 다가 양이온 및 임의의 보조제 (들) 중 하나 이상이 나노원섬유 셀룰로오스에 첨가될 때, 이러한 성분의 혼합물이 수득되며, 이는 수성 현탁액일 수 있다. 상기 방법은 수득된 혼합물을 발포하는 단계와 같이 원섬유 셀룰로오스 또는 생성물을 발포하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 발포제를 사용하여 발포체를 수득할 수 있다. 따라서, 상기 방법은 혼합물에 하나 이상의 발포제를 첨가하고 혼합물을 발포시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 다가 양이온 (들)은 발포 전에 혼합물에 첨가될 수 있거나, 다가 양이온 (들)은 발포된 혼합물에 첨가될 수 있다. 치료제 또는 미용 제제 (들)는 발포 전에 혼합물에 첨가될 수 있거나, 하나 이상의 그러한 제제 (들)가 발포된 혼합물에 첨가될 수 있다.
상기 발포체는 시트와 같은 층으로 형성될 수 있다. 이것은 다층 기술을 사용하여 수행될 수 있으므로 다층 생성물이 수득된다. 일반적으로, 상기 생성물은 둘 이상의 층과 같은 하나 이상의 층 (들)을 포함할 수 있다. 상기 상이한 층은 상이한 특성을 함유할 수 있으며, 예를 들어 상이한 조성, 두께, 밀도 등을 가질 수 있고 / 있거나 상이한 치료제 또는 미용 제제 (들)를 함유할 수 있다. 일 예에서, 피부에 적용될 제 1 층이 나노원섬유 셀룰로오스 및 선택적으로 하나 이상의 활성제 (들), 예를 들어 치료제, 화장품 및 / 또는 항균제 (들)를 함유하는 생성물이 형성되며, 이 층은 또한 원하는 수분을 유지한다. 그리고 제 2 층은 강화 특성을 제공하기 위해 적어도 긴 섬유, 예를 들어 긴 연목 섬유와 같은 비 - 나노 원섬유 섬유를 함유할 것이다. 또한 제 3 층이 형성될 수 있으며, 이는 항균 및 / 또는 오염 방지 특성을 가질 수 있는 외부 층으로 작용할 수 있다.
발포 생성물은 수분 - 섬유 현탁액보다 쉽게 탈수할 수 있으며, 재료의 기공 크기를 제어하기가 더 쉽다. 상기 발포체는 또한 예를 들어 방부 특성을 제공하기 위해 화학적으로 및 / 또는 효소적으로 변형될 수 있다. 발포 생성물은 예를 들어 상처 및 기타 손상을 덮기 위해 본원에 기재된 대로 붕대 또는 기타 의료 제품으로 사용될 수 있다.
상기 방법은 가교된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 탈수하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 탈수는 일반적으로 원하는 건조 또는 수분 함량으로 재료에서 수분을 제거하는 것을 의미한다. 탈수는 건조될 수 있다. 상기 건조는 공기 건조, 진공 건조 또는 동결 건조 (동결 건조, lyophilization) 일 수 있다. 상기 물질은 층, 예를 들어 코팅, 필름, 시트, 막, 필터 또는 필라멘트, 나노원섬유 셀룰로오스 또는 하이드로 겔 바디, 예를 들어 별도의 구형 엔티티 또는 하이드로 겔 바디와 같은 적절한 형태로 건조될 수 있다. 상기 최종 생성물은 필름, 시트, 필라멘트, 필터, 세포 배양 물질 또는 원하는 용도에 적합한 다른 형태를 포함하는 패치 또는 드레싱과 같은 의료 제품 일 수 있다. 상기 최종 가교된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 완전히 또는 부분적으로 탈수 또는 건조될 수 있거나, 건조되지 않은 상태로 남겨질 수 있으며, 상기 최종 생성물의 수분 함량은 제품의 목적 또는 용도에 맞게 조정될 수 있다. 따라서 상기 최종 생성물은 본 명세서에 기재된 바와 같이 겔 또는 건조 또는 탈 된 생성물, 층상 또는 비-층상으로 존재할 수 있다.
상기 방법은 본 명세서에 개시된 임의의 생성물을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 상기 생성물은 피부, 조직, 세포, 생화학적 화합물 등과 같은 살아있는 생물의 생물학적 물질과 접촉하여 사용되는 물질 및 제품을 포함하는 생명 과학 제품 일 수 있다. 상기 생성물은 의학, 진단 및 연구 분야의 다양한 응용 분야뿐만 아니라 미용 응용 분야에도 사용될 수 있다. 본원에서 논의된 의료 제품은 다른 생명 과학 응용 분야에서도 사용될 수 있다.
일 실시 양태는 나노원섬유 셀룰로오스, 바람직하게는 음이온성 나노원섬유 셀룰로오스, 및 다가 양이온을 포함하는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제공하며, 여기서 나노원섬유 셀룰로오스는 다가 양이온에 의해 가교된다. 상기 최종 생성물의 다가 양이온의 양은 30 ~ 500mmol / kg 범위 (예 : 30 ~ 300mmol / kg), 예를 들어 칼슘의 경우 150 ~ 250mmol / kg 범위 및 마그네슘의 경우 40-70 mmol / kg범위에 있을 수 있다. 이것은 세척과 같은 다른 처리에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 15 분의 첫 번째 물 처리 후 칼슘과 마그네슘의 함량은 0.16-0.23 mmol / g과 같이 0.15-0.25 mmol / g 범위에 있을 수 있다. 반대로, 약 1 시간 정도 물에 두 번째 담그면 대부분의 마그네슘이 필름에서 제거될 수 있으므로 칼슘 및 마그네슘 함량은 0.05-0.06 mmol / g 범위에 있을 수 있다. 상기 가교는 1 개의 2가 양이온과 2 개 또는 3 개의 카르복실레이트 (carboxylate) 기 (예 : MFC-COO-M-COO-MFC 및 / 또는 MFC-COO-MCl, 여기서 M은 금속 이온) 사이의 부분 결합 형성의 관점에서 설명될 수 있다. 상기 건조된 필름에서 칼슘 및 마그네슘과 같은 2가 양이온을 검출할 수 있다.
상기 다가 양이온의 농도는 예를 들어 재, 즉 제품 점화 후 무기 함량을 분석하여 최종 제품에서 검출될 수 있다. 상기 다가 양이온은 예를 들어 도구적으로 일상적인 방법을 사용하여 검출 및 결정될 수 있다. 연신율, 밀도, 인장 지수 및 / 또는 인열 강도 등과 같은 상기 최종 생성물로부터 측정된 하나 이상의 다른 특성과 결합된 다가 양이온 함량은 상기 최종 생성물을 효율적으로 특성화하는 데 사용될 수 있다.
본 방법에서 다가 양이온에 의해 수득되는 상기 가교는 이온 가교, 즉 비공유 가교로서, 셀룰로오스 중합체 사슬은 이온 결합에 의해 서로 연결된다. 이러한 가교는 화학적 가교와는 다른 물리적 가교로 분류될 수도 있다. 폴리머 사슬이 가교되면 재료가 단단해진다. 이온 가교가 수득될 때, 상기 물질은 변형될 수 있다. 즉, 상기 가교는 가역적이거나 깨질 수 있으며, 이는 비가역적인 공유 가교의 경우가 아니다. 이온 가교는 반응성이 높은 시약이 필요하지 않기 때문에 제조 방법이 안전하고 무독성이다. 상기 가교는 물이 존재할 때 수행될 수 있으며, 이는 수득된 생성물에 영향을 미친다. 예를 들어, 가교되지 않은 물질의 경우처럼 구조가 물을 포함할 때 붕괴되지 않는다. 따라서 보다 유연한 제품과 밀도가 다른 제품을 수득할 수 있다.
또한, 상기 최종 견고한 생성물의 형성에 기여하는 것은 이온 결합뿐만이 아니다. 상기 다가 양이온을 포함하는 생성물이 건조와 같이 탈수될 때, 또한 다가 양이온을 포함하지 않는 셀룰로오스 사슬 사이의 결합이 형성된다. 이러한 결합은 영구적일 수 있으며 제품의 구조를 지원한다. 이러한 결합은 물의 일부만 제거되어도 생성된다. 또한 수소 결합이 형성된다. 상기 구조가 형성된 후, 수득된 특성을 잃지 않고 제품을 재 습윤하고 다시 탈수할 수 있다. 따라서 이온 결합은 특히 구조를 형성할 때, 즉 제조 초기에 중요하지만 최종 생성물은 셀룰로오스 사슬 사이의 공유 결합도 포함할 수 있다. 상기 최종 생성물의 가교 결합은 균질하지 않을 수 있지만, 상기 생성물은 형성된 가교 결합과 관련하여 구배를 포함할 수 있으며, 이는 물질로의 다가 양이온의 확산, 다른 수용액의 확산된 물이 원섬유 셀룰로오스의 pH, 농도, 이온 함량 등에 미치는 영향 등에 의해 발생한다. 예를 들어 상기 생성물의 표면은 생성물의 내부 부분에 비해 더 많은 가교 결합 및 / 또는 다가 양이온을 포함할 수 있다.
상기 최종 생성물은 상기 방법에서 수득된 가교를 검출하기 위해 전자 현미경 (예: SEM)을 사용하여 시험될 수 있다. 상기 생성물이 물을 얼마나 잘 흡수하는지를 측정하는 최종 생성물의 평형 수분 함량을 결정할 수도 있다. 수분 함량은 특정 습도 및 0 습도에서 측정될 수 있으며, 상기 생성물 샘플의 무게가 측정될 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 본 발명의 생성물은 다른 방법으로 제조된 종래 기술 제품보다 더 많은 물을 흡수한다.
일 실시 양태는 본원에 개시된 임의의 방법으로 수득된, 이전에 기술된 생성물과 같은 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제공한다.
일 실시 양태에서, 상기 생성물은 코팅, 필름, 시트 또는 막일 수 있는 층의 형태이거나 층에 포함되며, 용어는 상호 교환적으로 사용될 수 있거나 필터, 종이, 부직포 또는 필라멘트의 형태로 사용될 수 있다. 이러한 필름은 유연하고 내구성이 있으며 물 또는 유지 차단 특성과 같은 차단 특성도 나타낸다. 필름은 통상적인 플라스틱 필름 대신에, 예를 들어 래핑(wrapping), 코팅, 라벨 등과 같은 포장에 사용될 수 있다.
일 실시 양태에서 상기 나노원섬유 셀룰로스 제품은 발포된다. 일 실시 양태에서 상기 생성물은 이전에 개시된 바와 같이 적어도 하나의 발포 층을 포함한다.
일 실시 양태에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 안정한 섬유와 같은 섬유일 수도 있는 필라멘트의 형태이다. 필라멘트는 실과 같은 구조와 같은 긴 구조를 나타낸다. 필라멘트는 약 10μm와 같이 1-50μm 범위의 평균 직경을 가질 수 있다. 상기 필라멘트의 길이는 예를 들어 0.1-10000 mm 범위의 500 μm 이상과 같이 100 μm 이상일 수 있다. 필라멘트는 중공 섬유 또는 비-중공 섬유와 같은 섬유의 일부이거나, 주 재료와 같은 필라멘트 만 포함할 수 있는 실이거나, 셀룰로오스 유도체 및 / 또는 합성 필라멘트와 같은 다른 천연 섬유에서 파생된 필라멘트와 같은 다른 유형의 재료 일 수도 있다. 본 가교된 원섬유 셀룰로오스를 포함하는 필라멘트는 이러한 복합 재료에서 보강 재료로 작용할 수 있다. 필라멘트는 용제 방사 기술인 건식, 습식 또는 건식 제트 습식 방사 방법에 의해 원섬유 셀룰로오스, 특히 셀룰로오스 나노원섬유를 방사하여 제조할 수 있다. 습식 및 건식 방사는 폴리머를 추가하지 않고 하이드로 겔에서 NFC 방사에 적용할 수 있는 기술이다. 전처리로서의 TEMPO 산화는 방사 공정에 긍정적인 영향을 미치며, 이는 원섬유 셀룰로오스의 중합도 (DP) 증가로 인해 발생할 수 있다. DP가 높은 셀룰로오스 용액은 낮은 DP 용액에서보다 쉽게 추출할 수 있으므로 더 강하고 더 단단한 재생 필라멘트로 회전할 수 있다. 또한 카르복시메틸화는 방사에 긍정적인 영향을 미친다.
필라멘트는 원단, 직물 또는 천 (예 : 직조 또는 부직포)에 사용될 수 있다. 한 가지 정의에 따르면 직조는 느슨하게 열린 직조가 있는 얇고 반투명 한 직물이다. 기술적인 측면에서 직조는 위사를 쌍으로 배열하고 각 날실 전후에 교차하여 위사를 제자리에 단단히 유지하는 직조 구조이다. 부직포는 직조와 유사하게 함께 압축된 섬유를 포함하며, 이는 예를 들어 개선된 위킹(wicking) 및 더 큰 흡수 용량을 제공한다. 따라서 제품은 원단, 직물, 천 등일 수도 있다. 필라멘트는 생명 과학 제품에도 사용될 수 있다.
일 실시 양태에서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 필터이거나, 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 필터가 제공된다. 필터는 의료 또는 과학적 응용 분야에서, 또는 물 또는 기타 수성 액체 여과, 수성 현탁액에서 입자 회수, 삼투 필터 또는 막, 또는 탈수 물질과 같은 다른 응용 분야에 사용될 수 있다.
일 실시 예에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 종이, 판지 또는 부직포의 형태이거나, 또는 생성물을 포함하는 종이, 판지 또는 부직포가 제공된다. 종이, 판지 또는 부직포는 예를 들어, 티슈 페이퍼, 인쇄 용지, 라벨, 이형 라이너, 또는 차단 특성을 갖는 종이 또는 판지와 같은 코팅지 또는 함침지와 같은 고급 종이 및 특수 제품과 같은 특수 종이 일 수 있다. 일반적으로 상기 종이, 판지 또는 부직포 제품은 습식 제품일 수 있으며, 임의의 적절한 습식 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 코팅된 종이 또는 판지는, 예를 들어 통상적인 종이 웹을 나타낼 수 있는 셀룰로오스 섬유층 상에 가교된 원섬유 셀룰로오스 생성물의 층 또는 코팅을 포함할 수 있다. 부직포는 가교된 원섬유 셀룰로오스로 함침되거나 코팅될 수 있다. 부직포의 예는 냅킨, 와이프, 필터, 천, 직물 등을 포함한다. 종이 또는 판지와 부직포는 평균 섬유 길이가 5mm 이상인 부직포에서 더 길고 밀도, 중량, 두께 등의 특성이 다를 수 있다. 상기 가교된 원섬유 셀룰로오스는 본원에서 논의된 종이, 판지, 부직포 또는 기타 제품에 유지 차단 특성과 같은 특성을 제공할 수 있다.
일 실시 예에서 상기 생성물은 식품 포장과 같은 포장 또는 포장의 일부이다. 상기 포장은 본원에서 논의된 종이, 판지, 부직포 또는 원섬유 셀룰로오스 필름을 포함할 수 있다. 상기 패킹은 유지 차단 특성과 같은 차단 특성을 나타낼 수 있다.
일 예에서, 상기 생성물은 식품, 의약품, 종이, 판지, 필터, 부직포 등의 코팅과 같은 코팅이다. 상기 식품 또는 식품 생성물은 사람의 식품이거나 동물 먹이 또는 사료일 수 있다.
일 실시 양태에서 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 의료 제품이다.
일 실시 양태에서 상기 생성물은 하나 이상의 치료제를 포함한다. 일 실시 양태에서, 상기 생성물은 하나 이상의 미용 작용제를 포함한다.
일 실시 양태에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 세포 배양 또는 세포 전달 물질, 예컨대 세포 배양 또는 세포 전달 조성물이다. 세포 배양 물질은 연속 또는 불연속 물질, 예를 들어 연속 건조 또는 탈수 물질 또는 겔, 예를 들어 시트 또는 복수의 분리되거나 상호 연결된 엔티티일 수 있다. 예를 들어, 상기 생성물은 수성 배지; 및 수성 매질에 현탁된 셀룰로오스 나노원섬유 물질을 포함하는 건조, 탈수 또는 하이드로 겔 바디를 포함하는 세포 배양을 위한 3 차원 불연속 실체일 수 있다.
나노원섬유 셀룰로오스
상기 제조 공정을 위한 출발 물질은 일반적으로 섬유질 원료의 붕해로부터 수득되고 붕해 조건으로 인해 물에 균일하게 분포된 비교적 낮은 농도로 존재하는 나노원섬유 셀룰로오스이다. 상기 출발 물질은 0.2-10 % (w / w), 예를 들어 0.2-5 % (w / w) 농도의 수성 겔일 수 있다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 섬유질 원료의 분해로부터 직접 얻을 수 있다.
상기 나노원섬유 셀룰로오스는 일반적으로 나무 또는 비 목재와 같은 식물 기원의 셀룰로오스 원료로부터 제조된다. 상기 원료는 셀룰로오스를 포함하는 식물 재료를 기반으로 할 수 있다. 상기 원료는 또한 특정 박테리아 발효 과정에서 파생될 수 있다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 바람직하게는 식물 재료로 만들어진다. 일 예에서 원섬유는 실질이 아닌 식물 재료로부터 얻어진다. 이러한 경우 섬유소는 2 차 세포벽에서 수득될 수 있다. 이러한 셀룰로오스 원섬유의 풍부한 공급원 중 하나는 목재 섬유이다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 화학 펄프일 수 있는 목재 유래 섬유질 원료를 균질화하여 제조된다. 셀룰로오스 섬유는 분해되어 평균 직경이 몇 나노 미터에 불과하며 최대 200 nm 일 수 있는 원섬유를 생성하고 물에 원섬유를 분산시킨다. 2 차 세포벽에서 발생하는 원섬유는 본질적으로 결정화도가 55 % 이상인 결정질이다. 이러한 원섬유는 1 차 세포벽에서 유래한 원섬유와 다른 특성을 가질 수 있다. 예를 들어 2 차 세포벽에서 유래한 원섬유의 탈수는 더 어려울 수 있다. 일반적으로 사탕무, 감자 괴경 및 바나나 나무와 같은 1 차 세포벽의 셀룰로오스 공급원에서 미세원섬유는 목재의 원섬유보다 섬유 매트릭스에서 분리하기 쉽고 분해시 에너지가 덜 필요하다. 그러나 이러한 재료는 여전히 다소 이질적이며 큰 원섬유 다발로 구성된다.
비 - 목재 재료는 농업 잔류물, 풀 또는 짚, 잎, 나무 껍질, 씨앗, 껍질, 꽃과 같은 기타식물 물질, 면화, 옥수수, 밀, 귀리, 호밀, 보리, 쌀, 아마, 대마, 마닐라 대마, 사이잘삼(sisal) 대마, 황마, 모시, 케나프(kenaf), 사탕수수, 대나무 또는 갈대로부터 유래된 야채 또는 과일에서 유래할 수 있다. 상기 셀룰로오스 원료는 또한 셀룰로오스 생성 미생물에서 파생될 수 있다. 상기 미생물은 Acetobacter , Agrobacterium, Rhizobium, Pseudomonasor Alcaligenes 속, 바람직하게는 Acetobacter 속, 더욱 바람직하게는 Acetobacter xylinumor, Acetobacter pasteurianus 종일 수 있다.
목재 셀룰로오스로부터 수득된 나노원섬유 셀룰로오스가 본원에 기술된 의료용 제품에 바람직하다는 것이 밝혀졌다. 목재 셀룰로오스는 대량으로 구입할 수 있으며, 목재 셀룰로오스 용으로 개발된 제조 방법을 통해 의료용 제품에 적합한 나노원섬유 소재를 생산할 수 있다. 목재에서 얻은 나노원섬유 셀룰로오스는 의료 제품에서 선호되는 특성을 나타낸다. 나무는 가문비 나무, 소나무, 전나무, 낙엽송, 더글러스 전나무 또는 독 당근과 같은 연목 나무 또는 자작 나무, 아스펜, 포플러, 오리 나무, 유칼립투스, 참나무, 너도밤 나무 또는 아카시아와 같은 경목 나무 또는 침엽수와 활엽수 혼합물에서 수득될 수 있다.
일 실시 양태에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 목재 펄프로부터 수득된다. 일 실시 양태에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 경목 펄프로부터 수득된다. 일 예에서 상기 경목은 자작 나무이다. 일 실시 양태에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 연목 펄프로부터 수득된다. 일 실시 양태에서 상기 목재 펄프는 화학 펄프이다. 의료용 또는 과학용 제품에는 화학 펄프가 필요할 수 있다. 화학 펄프는 순수한 재료이며 다양한 용도로 사용할 수 있다. 예를 들어, 화학 펄프는 기계적 펄프에 존재하는 피치(pitch)와 수지 산 (resin acids)이 부족하며 더 멸균되거나 쉽게 멸균된다. 또한, 화학적 펄프는 더 유연하고 예를 들어 의료용 패치 또는 드레싱 및 기타 생체 조직에 적용되는 재료에서 유리한 특성을 제공한다.
본원에 사용된 용어 "나노원섬유 셀룰로오스"는 셀룰로오스 계 섬유 원료로부터 분리된 셀룰로오스 원섬유 또는 원섬유 번들을 지칭한다. 이러한 원섬유는 높은 종횡비 (길이 / 직경)가 특징이다. 나노원섬유 셀룰로오스의 평균 길이 (원섬유 또는 원섬유 번들과 같은 입자의 중간 길이)는 1 μm를 초과할 수 있으며 대부분의 경우 50 μm 이하이다. 기본 원섬유가 서로 완전히 분리되지 않은 경우 얽힌 원섬유는 평균 총 길이가 예를 들어 1-100 μm, 1-50 μm 또는 1-20 μm 범위 일 수 있다. 그러나 나노원섬유 재료가 고도로 원섬유화되면 기본 원섬유가 완전히 또는 거의 완전히 분리될 수 있으며 평균 원섬유 길이는 1-10 μm 또는 1-5 μm 범위와 같이 더 짧다. 이는 예를 들어 화학적, 효소적 또는 기계적으로 단축되거나 소화되지 않는 원섬유의 고유 등급에 특히 적용된다. 그러나 강하게 유도체화된 나노원섬유 셀룰로오스는 0.3-50 μm 범위 (예 : 0.3-20 μm, 예를 들어 0.5-10 μm 또는 1-10 μm)와 같이 더 짧은 평균 원섬유 길이를 가질 수 있다. 효소적 또는 화학적으로 소화된 원섬유 또는 기계적으로 처리된 물질과 같은 특히 단축된 원섬유는 0.1-1 μm, 0.2-0.8 μm 또는 0.4-0.6 μm와 같이 평균 원섬유 길이가 1 μm 미만일 수 있다. 상기 원섬유 길이 및 / 또는 직경은 예를 들어 CRYO-TEM, SEM 또는 AFM 이미지를 사용하여 현미경으로 추정할 수 있다.
나노원섬유 셀룰로오스의 평균 직경 (폭)은 1-500 nm 범위와 같이 1 μm 미만 또는 500 nm 이하이며, 일반적으로 1-200 nm, 2-200 nm, 2-100 nm 또는 2-50 nm, 고 원섬유 재료의 경우 2-20까지 범위와 같이 200 nm 이하이다. 가장 작은 원섬유는 기본 원섬유 규모이며, 평균 직경은 일반적으로 2-12 nm 범위이다. 상기 원섬유의 크기와 크기 분포는 정제 방법과 효율성에 따라 다르다. 천연 나노원섬유 셀룰로오스의 경우, 원섬유의 평균 직경은 5-100 nm 범위, 예를 들어 10-50 nm 범위 일 수 있다. 나노원섬유 셀룰로오스는 큰 비 표면적과 강력한 수소 결합 형성 능력을 특징으로 한다. 수분 분산에서 나노원섬유 셀룰로오스는 일반적으로 가볍거나 탁한 겔과 같은 물질로 나타난다. 섬유 원료에 따라 식물, 특히 목재에서 얻은 나노원섬유 셀룰로오스는 소량의 기타 식물 성분, 특히 헤미셀룰로오스(hemicellulose) 또는 리그닌(lignin)과 같은 목재 성분을 포함할 수 있다. 양은 식물 공급원에 따라 다르다. 나노원섬유 셀룰로오스에 대해 자주 사용되는 병렬 이름에는 나노원섬유 셀룰로오스 (NFC) 및 나노 셀룰로오스가 포함된다.
일반적으로 셀룰로오스 나노 물질은 셀룰로오스 나노 물질에 대한 표준 용어를 제공하는 TAPPI W13021에 따라 카테고리로 나눌 수 있다. 이 모든 물질이 나노원섬유 셀룰로오스는 아니다. 두 가지 주요 범주는 "Nano 객체"와 "Nano 구조화 재료" 이다. 나노 구조 물질은 직경이 10-12 μm이고 길이 : 직경 비율 (L / D) <2 인 "셀룰로오스 미세크리스탈(microcrystals)"(CMC라고도 함) 및 직경이 10-100 nm 이고 0.5-50 μm의 길이의 "셀룰로오스 미세원섬유(microfibrils)"를 포함한다. 나노 물체는 직경이 3-10 nm이고 L / D가 5보다 큰 “셀룰로오스 나노크리스탈(nanocrystals)(CNC)”과 직경 5-30 nm 및 L / D > 50인 “셀룰로오스 나노원섬유(nanofibrils)”(CNF 또는 NFC)로 구분되는 “셀룰로오스 나노섬유(nanofibers)”가 포함된다.
다양한 등급의 나노원섬유 셀룰로오스는 (i) 크기 분포, 길이 및 직경 (ii) 화학적 조성 및 (iii) 유변학적 특성의 세 가지 주요 특성에 따라 분류될 수 있다. 등급을 완전히 설명하기 위해 속성을 병렬로 사용할 수 있다. 다른 등급의 예로는 기본 (또는 수정되지 않은) NFC, 산화된 NFC (고점도), 산화된 NFC (저점도), 카복시메틸화된 NFC 및 양이온화 된 NFC가 있다. 이러한 주요 등급 내에서 서브 등급 : 예를 들어, 극도로 원섬유화 vs. 중간 원섬유화, 높은 치환도 vs. 낮은 치환도, 저점도 vs. 고점도 등도 존재한다. 상기 원섬유화 기술과 화학적 사전 변형은 원섬유 크기 분포에 영향을 미친다. 일반적으로 비 - 이온성 등급은 평균 원섬유 직경이 더 넓고 (예 : 10-100 nm 또는 10-50 nm 범위) 화학적으로 변형된 등급은 훨씬 더 얇다 (예 : 2-20 nm 범위). 변형된 등급의 경우 분포도 더 좁다. 특정 변형, 특히 TEMPO 산화는 더 짧은 원섬유를 생성한다.
예를 들어 경목 vs. 침엽수 펄프와 같은 원료 소스에 따라, 상기 최종 나노원섬유 셀룰로오스 생성물에는 다양한 다당류 조성이 존재한다. 일반적으로 상기 비 - 이온성 등급은 표백된 자작나무 펄프로 제조되며, 높은 자일렌(xylene) 함량 (25 중량 %)을 생성한다. 변형된 등급은 경목 또는 연목 펄프로 제조된다. 이러한 변형된 등급에서 헤미셀룰로오스는 또한 셀룰로오스 도메인과 함께 변형된다. 아마도 즉, 일부분이 다른 부분보다 더 많이 변형된 것과 같이 변형이 균질하지 않다. 따라서 상기 변형된 생성물은 다양한 다당류 구조의 복잡한 혼합물이기 때문에 상세한 화학 분석은 일반적으로 불가능하다.
수성 환경에서 셀룰로오스 나노섬유의 분산은 점탄성 하이드로 겔 네트워크를 형성한다. 상기 겔은 분산되고 수화된 얽힌 원섬유에 의해 예를 들어 0.05-0.2 % (w / w)의 비교적 낮은 농도로 이미 형성된다. NFC 하이드로 겔의 점탄성은 예를 들어 동적 진동 유변학적 측정으로 특성화될 수 있다.
상기 나노원섬유 셀룰로오스 하이드로 겔은 특징적인 유변학적 특성을 나타낸다. 예를 들어 전단박화 또는 가소성 재료로, 점도는 재료가 변형되는 속도 (또는 힘)에 따라 달라진다. 회전 레오미터(rheometer)에서 상기 점도를 측정할 때 전단박화 현상은 전단 속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 것으로 간주된다. 상기 하이드로 겔은 소성 거동을 나타내므로 재료가 쉽게 흐르기 시작하기 전에 특정 전단 응력 (힘)이 필요하다. 이 임계 전단 응력을 종종 항복 응력이라고 한다. 상기 항복 응력은 응력 제어 레오미터로 측정된 정상 상태 흐름 곡선에서 결정될 수 있다. 적용된 전단 응력의 함수로 점도를 플롯(plotted)하면 임계 전단 응력을 초과한 후 점도가 급격히 감소한다. 상기 제로 전단 점도와 항복 응력은 재료의 현탁력을 설명하는 가장 중요한 유변학적 매개 변수이다. 이 두 매개 변수는 서로 다른 등급을 매우 명확하게 구분하므로 등급을 분류할 수 있다.
원섬유 또는 원섬유 번들의 치수는 예를 들어 원료, 분해 방법 및 분해 실행 횟수에 따라 다르다. 상기 셀룰로오스 원료의 기계적 분해는 정제기, 분쇄기, 분산기, 균질기, 콜로이드기, 마찰 분쇄기, 핀 밀(pin mill), 로터-로터 분산기, 초음파 초음파기, 미세 유동기, 매크로 유동기 또는 유동화 -유형 균질화기 같은 유동화기 같은 임의의 적절한 장비로 수행할 수 있다. 상기 분해 처리는 섬유 사이의 결합 형성을 방지하기 위해 물이 충분히 존재하는 조건에서 수행된다.
일 실시 예에서 상기 분해는 적어도 2 개의 로터를 갖는 로터-로터 분산기와 같은 적어도 하나의 로터, 블레이드(blade) 또는 유사한 이동 기계 부재를 갖는 분산기를 사용하여 수행된다. 분산기에서 분산된 섬유 재료는 블레이드가 회전 속도로 회전할 때 블레이드 또는 로터의 리브(rib)가 반대 방향으로 반경 (회전축까지의 거리)에 의해 결정된 주변 속도로 회전할 때 반대 방향에서 충돌하는 로터의 리브에 의해 반복적으로 영향을 받는다. 상기 섬유 물질이 방사형 방향으로 바깥쪽으로 전달되기 때문에, 블레이드의 넓은 표면, 즉 리브에 충돌하여 반대 방향에서 높은 주변 속도로 차례로 나온다: 즉, 반대 방향에서 여러 번의 연속적인 충격을 받는다. 또한 상기 블레이드의 넓은 표면의 가장자리, 즉 가장자리가 다음 로터 블레이드의 반대쪽 가장자리와 블레이드 틈을 형성하는 리브에서 전단력이 발생하여 섬유가 분해되고 섬유질이 분리된다. 상기 충격 주파수는 로터의 회전 속도, 로터의 수, 각 로터의 블레이드 수 및 장치를 통한 분산의 유속에 의해 결정된다.
상기 로터-로터 분산기에서 섬유 재료는 역 회전 로터를 통해, 로터의 회전 축에 대해 반경 방향 바깥쪽으로 도입되어 재료가 서로 다른 역회전 로터의 효과에 의해 반복적으로 전단력과 충격력을 받게 되며, 그에 따라 동시에 섬유화된다. 로터-로터 분산기의 일 예는 Atrex 장치이다.
분해에 적합한 장치의 또 다른 예는 다중 주변 핀 밀과 같은 핀 밀이다. US 6202946 B1에 기재된 이러한 장치의 한 예는 하우징과 그 안에 충돌 표면이 장착된 제 1 로터; 상기 제 1 로터와 동심이며 충돌면을 구비하고, 상기 제 1 로터와 반대 방향으로 회전하도록 배치된 제 2 로터; 또는 제 1 로터와 동심이고 충돌 표면이 장착된 고정자를 포함한다. 상기 장치는 하우징에 있는 피드 오리피스(feed orifice)와 로터 또는 로터와 고정자의 중심으로의 개구, 그리고 하우징 벽의 방출 오리피스와 최 외각 로터 또는 고정자의 주변으로의 개구를 포함한다.
일 실시 예에서 상기 분해는 균질화기를 사용하여 수행된다. 균질화기에서 섬유 재료는 압력의 영향으로 균질화된다. 상기 섬유 재료 분산액의 나노원섬유 셀룰로오스로의 균질화는 분산액의 강제 통과 흐름에 의해 발생하며, 이로 인해 재료가 원섬유로 분해된다. 상기 섬유 재료 분산액은 좁은 관통 흐름 갭을 통해 주어진 압력에서 통과되며, 분산액의 선 속도가 증가하면 분산에 전단력과 충격력이 발생하여 섬유 재료에서 원섬유가 제거된다. 상기 섬유 조각은 원섬유화 단계에서 원섬유로 분해된다.
본원에서 사용되는 용어 "원섬유화"는 일반적으로 입자에 적용되는 작업에 의해 섬유 재료를 기계적으로 분해하는 것을 지칭하며, 여기서 셀룰로오스 원섬유는 섬유 또는 섬유 단편으로부터 분리된다. 상기 작업은 분쇄, 분쇄 또는 전단과 같은 다양한 효과 또는 이들의 조합 또는 입자 크기를 감소시키는 다른 대응 작용을 기반으로 할 수 있다. 상기 정제 작업에 사용되는 에너지는 일반적으로 처리된 즉, kWh / kg, MWh / ton 또는 이에 비례하는 단위와 같은 원료 양당 에너지로 표시된다. 상기 표현 "분해" 또는 "분해 처리"는 "원섬유화"와 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
원섬유화되는 상기 섬유 재료 분산은 섬유 재료와 물의 혼합물이며, 여기서는 "펄프"라고도 한다. 상기 섬유 재료 분산액은 일반적으로 전체 섬유, 그로부터 분리된 부분 (단편), 원섬유 다발 또는 물과 혼합된 원섬유를 지칭할 수 있으며, 일반적으로 수성 섬유 재료 분산은 이러한 요소의 혼합물이며, 구성 요소는 처리 정도 또는 처리 단계에 따라 달라진다 (예 : 동일한 배치의 섬유 재료 처리를 통한 실행 횟수 또는 "통과").
상기 나노원섬유 셀룰로오스를 특성화하는 한 가지 방법은 상기 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 수용액의 점도를 사용하는 것이다. 점도는 예를 들어 Brookfield 점도 또는 제로 전단 점도 일 수 있다. 본원에 기술된 바와 같이 비 점도는 나노원섬유 셀룰로오스를 비 - 나노원섬유 셀룰로오스와 구별한다.
일 실시 예에서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스의 겉보기 점도는 Brookfield 점도계 (Brookfield 점도) 또는 다른 해당 장치로 측정된다. 적절하게는 베인 스핀들(vane spindle) (번호 73)이 사용된다. 겉보기 점도를 측정하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 상용 Brookfield 점도계가 있으며 모두 동일한 원리를 기반으로 한다. 적합하게는 RVDV 스프링 (Brookfield RVDV-III)이 장치에 사용된다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스 샘플을 물에 0.8 중량 %의 농도로 희석하고 10 분 동안 혼합한다. 상기 희석된 샘플 덩어리를 250 ml 비커에 넣고 온도를 20 ℃ ± 1 ℃로 조정하고, 필요한 경우 가열하고 혼합한다. 낮은 회전 속도 10 rpm이 사용된다.
상기 방법에서 출발 물질로 제공되는 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 수용액에서 제공되는 점도를 특징으로 할 수 있다. 상기 점도는 예를 들어 나노원섬유 셀룰로오스의 원섬유화 정도를 나타낸다. 일 실시 양태에서, 물에 분산될 때 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 0.8 % (w / w)의 농도 및 10 rpm에서 측정된, 적어도 2000 mPa · s, 예컨대 적어도 3000 mPa · s의 Brookfield 점도를 제공한다. 일 실시 양태에서 나노 섬유 셀룰로오스는 물에 분산되었을 때 0.8 % (w / w)의 농도 및 10 rpm에서 측정 된 적어도 10000 mPa · s의 Brookfield 점도를 제공합니다. 일 실시 양태에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 물에 분산될 때 0.8 % (w / w)의 농도 및 10rpm에서 측정된 적어도 15000 mPa · s의 Brookfield 점도를 제공한다. 물에 분산될 때 상기 나노원섬유 셀룰로오스의 Brookfield 점도 범위의 예는 2000-20000 mPa · s, 3000-20000 mPa · s, 10000-20000 mPa · s, 15000-20000 mPa · s, 2000-25000 mPa · s, 3000-25000 mPa · s, 10000 ~ 25000 mPa · s, 15000 ~ 25000 mPa · s, 2000 ~ 30000 mPa · s, 3000 ~ 30000 mPa · s, 10000 ~ 30000 mPa · s 및 15000 ~ 30000 mPa · s, 을 포함하고, 0.8 % (w / w)의 일관성 및 10rpm에서 측정된다.
나노원섬유 셀룰로오스는 변형되지 않은 나노원섬유 셀룰로오스이거나 이를 포함할 수 있다. 변형되지 않은 나노원섬유 셀룰로오스의 배수는 예를 들어 음이온 등급보다 훨씬 빠르다. 변형되지 않은 나노원섬유 셀룰로오스는 일반적으로 0.8 % (w / w)의 농도와 10rpm에서 측정된 2000-10000 mPa · s 범위의 Brookfield 점도를 갖는다. 그러나, 본 방법에서 변형되지 않은 나노원섬유 셀룰로오스는 다가 이온과의 가교에 필요한 적은 양의 유리 카르복실기를 함유하기 때문에 효율적으로 가교되지 않는다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 0.6-1.4 mmol COOH / g 범위, 예를 들어 0.7-1.2 mmol COOH / g 범위 또는 0.7-1.0 mmol COOH / g 또는 0.8-1.2 mmol COOH / g 범위와 같은 적절한 카르복실산 함량을 갖는 것이 바람직하고, 전도도 적정에 의해 결정된다.
상기 분해된 섬유질 셀룰로오스 원료는 변형된 섬유질 원료일 수 있다. 변형된 섬유질 원료는 셀룰로오스 나노원섬유가 섬유에서 더 쉽게 분리 될 수 있도록 처리에 의해 섬유가 영향을 받는 원료를 의미한다. 상기 변형은 일반적으로 액체, 즉 펄프에 현탁액으로 존재하는 섬유질 셀룰로오스 원료에서 수행된다.
상기 섬유에 대한 변형 처리는 화학적, 효소적 또는 물리적 일 수 있다. 화학적 변형에서 셀룰로오스 분자의 화학 구조는 화학 반응 (셀룰로오스의 "유도체화")에 의해 변경되며, 바람직하게는 셀룰로오스 분자의 길이는 영향을 받지 않지만 작용기는 중합체의 β-D- 글루코피라노스(glucopyranose) 단위에 추가된다. 셀룰로오스의 화학적 변형은 반응물의 투여량과 반응 조건에 따라 달라지는 특정 전환 정도에서 발생하며, 일반적으로 셀룰로오스가 섬유질로 고체 형태로 유지되고 용해되지 않도록 완전하지 않습니다. 물. 물리적 변형에서 음이온성, 양이온성 또는 비 - 이온성 물질 또는 이들의 조합은 셀룰로오스 표면에 물리적으로 흡착된다.
섬유의 상기 셀룰로오스는 변형 후에 특히 이온 충전 될 수 있다. 상기 셀룰로오스의 이온 전하는 섬유의 내부 결합을 약화시키고 나중에 나노원섬유 셀룰로오스로의 분해를 촉진한다. 상기 이온 전하는 상기 셀룰로오스의 화학적 또는 물리적 변형에 의해 달성될 수 있다. 상기 섬유는 출발 원료와 비교하여 변형 후 더 높은 음이온 또는 양이온 전하를 가질 수 있다. 음이온 전하를 만들기 위해 가장 일반적으로 사용되는 화학적 변형 방법은 하이드록실 그룹이 알데하이드 및 카복실 그룹으로 산화되는 산화, 설폰화( sulphonization) 및 카복시메틸화이다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스와 생리 활성 분자 사이에 공유 결합을 형성하는 데 참여할 수 있는 카르복실기와 같은 기를 도입하는 화학적 변형이 바람직할 수 있다. 양이온성 전하는 차례로 4 차 암모늄기와 같은 셀룰로오스에 양이온기를 부착함으로써 양이온 화에 의해 화학적으로 생성될 수 있다.
나노원섬유 셀룰로오스는 음이온적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스 또는 양이온적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스와 같은 화학적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 일 실시 양태에서 나노원섬유 셀룰로오스는 음이온적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스이다. 일 실시 양태에서 음이온적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스는 산화된 나노원섬유 셀룰로오스이다. 일 실시 양태에서 음이온적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스는 설폰화된 나노원섬유 셀룰로오스이다. 일 실시 양태에서 음이온적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스는 카르복시메틸화 나노원섬유 셀룰로오스이다. 셀룰로오스의 음이온 변형으로 수득된 물질은 음이온 셀룰로오스라고 할 수 있는데, 이는 비 - 변형 물질과 비교하여 카르복실 그룹과 같은 음이온 그룹의 양 또는 비율이 변형에 의해 증가된 물질을 의미한다. 또한, 포스페이트 그룹 또는 설페이트 그룹과 같은 카르복실 그룹에 추가하여 또는 다른 음이온 그룹을 셀룰로오스에 도입하는 것도 가능하다. 이들 그룹의 함량은 본원에서 카르복실 산에 대해 개시된 것과 동일한 범위일 수 있다.
상기 셀룰로오스는 산화될 수 있다. 셀룰로오스의 산화에서, 셀룰로오스의 1 차 하이드록실 그룹은 N - 옥실(oxyl) 매개 촉매 산화, 예를 들어 2,2,6,6 - 테트라메틸피페리디닐(tetramethylpiperidinyl) - 1 - 옥시 자유 라디칼과 같은 헤테로사이클릭 니트록실(heterocyclic nitroxyl) 화합물에 의해 촉매적으로 산화될 수 있으며, 일반적으로 "TEMPO"라고 한다. 셀룰로오스 β-D- 글루코피라노스(glucopyranose) 단위의 1 차 하이드록실 그룹 (C6- 하이드록실 그룹)은 카르복실 그룹으로 선택적으로 산화된다. 일부 알데히드 그룹은 또한 1 차 하이드록실 그룹에서 형성된다. 낮은 산화도는 충분히 효율적인 원섬유화를 허용하지 않고, 높은 산화도는 기계적 파괴적 처리 후 셀룰로오스의 분해를 유발한다는 사실과 관련하여, 셀룰로오스는 산화된 셀룰로오스에서 전도도 적정에 의해 결정된 0.5 -2.0 mmol COOH / g 펄프, 0.6-1.4 mmol COOH / g 펄프 또는 0.8-1.2 mmol COOH / g 펄프, 바람직하게는 1.0-1.2 mmol COOH / g 펄프 범위의 산화 셀룰로오스에서 카르복실 산 함량을 갖는 수준으로 산화될 수 있다. 이렇게 수득한 산화된 셀룰로오스 섬유가 물에서 분해되면, 예를 들어 폭이 3 ~ 5nm 일 수 있는 개별화 된 셀룰로오스 원섬유의 안정적인 투명 분산을 제공한다. 산화 펄프를 출발 배지로 사용하면 0.8 % (w / w)의 농도에서 측정된 Brookfield 점도가 최소 10000 mPa · s (예 : 10000 ~ 30000mPa · s 범위) 인 나노원섬유 셀룰로오스를 수득할 수 있다.
촉매 "TEMPO"가 본원에서 언급될 때마다, "TEMPO"가 관련된 모든 측정 및 작업은 TEMPO의 임의의 유도체 또는 셀룰로오스에서 C6 탄소의 하이드록실 그룹의 산화를 선택적으로 촉매할 수 있는 임의의 헤테로사이클릭니트록실(heterocyclic nitroxyl) 라디칼에 동등하고 유사하게 적용된다는 것이 분명하다.
본원에 개시된 나노원섬유 셀룰로오스의 변형은 또한 본원에 기술된 다른 원섬유 셀룰로오스 등급에 적용될 수 있다. 예를 들어, 고도로 정제된 셀룰로오스 또는 미세원섬유 셀룰로오스도 유사하게 화학적으로 또는 효소적으로 변형될 수 있다. 그러나 예를 들어 재료의 최종 섬유화 정도에 차이가 있다.
일 실시 예에서, 이러한 화학적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스는 물에 분산될 때 0.8 % (w / w)의 농도 및 10 rpm에서 측정된 적어도 10000 mPa · s의 Brookfield 점도를 제공한다. 일 실시 양태에서, 이러한 화학적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스는 물에 분산될 때 0.8 % (w / w)의 농도 및 10rpm에서 측정된 적어도 15000 mPa · s의 Brookfield 점도를 제공한다. 일 실시 양태에서, 이러한 화학적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스는 물에 분산될 때 0.8 % (w / w)의 농도 및 10 rpm에서 측정된 적어도 18000 mPa · s의 Brookfield 점도를 제공한다. 사용된 음이온성 나노원섬유 셀룰로오스의 예는 섬유화 정도에 따라 Brookfield 점도가 13000-15000 mPa · s 또는 18000-20000 mPa · s 또는 최대 25000 mPa · s 범위이다.
일 실시 예에서 나노원섬유 셀룰로오스는 TEMPO 산화 나노원섬유 셀룰로오스이다. 예를 들어, 0.8 % (w / w) 및 10rpm에서 측정된 최소 20000 mPa · s, 심지어 최소 25000 mPa · s의 Brookfield 점도와 같이, 낮은 농도에서 높은 점도를 제공한다. 일 실시 예에서 TEMPO 산화 나노원섬유 셀룰로오스의 Brookfield 점도는 0.8 % (w / w) 및 10 rpm에서 측정된 25000-30000 mPa.s와 같은 20000-30000 mPa.s 범위이다.
일 실시 예에서 나노원섬유 셀룰로오스는 화학적으로 변형되지 않은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함한다. 일 실시 예에서, 이러한 화학적으로 변형되지 않은 나노원섬유 셀룰로오스는 물에 분산될 때 0.8 % (w / w) 및 10 rpm에서 측정된 Brookfield 점도가 2000 mPa · s 이상 또는 3000 mPa · s 이상이다.
상기 나노원섬유 셀룰로오스는 또한 평균 직경 (또는 폭), 또는 점도와 함께 평균 직경, 예를 들어 Brookfield 점도 또는 제로 전단 점도를 특징으로 할 수 있다. 일 실시 예에서 본원에 기술된 생성물에 사용하기에 적합한 나노원섬유 셀룰로오스는 1 ~ 200 nm 또는 1 ~ 100 nm 범위의 평균 원섬유 직경을 갖는다. 일 실시 예에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 2-20 nm 또는 5-30 nm와 같이 1-50 nm 범위의 평균 원섬유 직경을 갖는다. 일 실시 예에서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 TEMPO 산화 나노원섬유 셀룰로오스의 경우와 같이 2-15 nm 범위의 평균 원섬유 직경을 갖는다.
원섬유의 상기 직경은 현미경과 같은 여러 기술로 측정할 수 있다. 원섬유 두께 및 폭 분포는 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM), 극저온 투과 전자 현미경 (cryo-TEM), 또는 원자력 현미경 (AFM)과 같은 투과 전자 현미경 (TEM)의 이미지 분석에 의해 측정될 수 있다. 일반적으로 AFM 및 TEM은 원섬유 직경 분포가 좁은 나노원섬유 셀룰로오스 등급에 가장 적합하다.
일 실시 예에서, 나노원섬유 셀룰로오스 분산액의 레오 미터 점도는 직경이 30mm 인 원통형 샘플 컵에 좁은 간격 베인 형상(vane geometry) (직경 28mm, 길이 42mm)이 장착된 응력 제어 회전 레오 미터 (AR-G2, TA Instruments, UK)를 사용하여 22 ℃에서 측정된다. 레오 미터에 샘플을 로드 한 후 측정을 시작하기 전에 5 분 동안 놔둔다. 점진적으로 증가하는 전단 응력 (적용된 토크(torque)에 비례)으로 정상 상태 점도를 측정하고 전단 속도 (각속도에 비례)를 측정한다. 상기 특정 전단 응력에서 보고된 점도 (= 전단 응력 / 전단 속도)는 일정한 전단 속도에 도달한 후 또는 최대 2 분 후에 기록된다. 상기 전단 속도 1000s-1을 초과하면 측정이 중지된다. 이 방법은 제로 전단 점도를 결정하는 데 사용할 수 있다.
일 실시 양태에서 나노원섬유 셀룰로오스는 물에 분산될 때, 예컨대 5000 ~ 50000 Pa · s 및 수성매질에서 0.5 % (w / w)의 일관성으로 회전 레오 미터에 의해 측정된 3 ~ 15 Pa 범위와 같은 1 ~ 50 Pa 범위와 같은 항복 응력 (전단 얇아짐이 시작되는 전단 응력) 1000 ~ 100000 Pa · s 범위의 제로 전단 점도 (작은 전단 응력에서 일정한 점도의 "정체(plateau)")를 제공한다. 이러한 나노원섬유 셀룰로오스는 또한 1 ~ 200 nm 범위의 평균 원섬유 직경을 가질 수 있다.
탁도는 일반적으로 육안으로 볼 수 없는 개별 입자 (총 부유 또는 용해된 고형물)로 인한 유체의 흐림 또는 흐릿함이다. 탁도를 측정하는 몇 가지 실용적인 방법이 있으며, 가장 직접적인 방법은 빛이 샘플 물 칼럼을 통과할 때 빛의 감쇠 (즉, 강도 감소)를 측정하는 것이다. 대안으로 사용되는 Jackson Candle 방법 (단위 : Jackson Turbidity Unit 또는 JTU)은 본질적으로 그것을 통해 보이는 촛불 불꽃을 완전히 가리는 데 필요한 물 기둥 길이의 역 측정이다.
탁도는 광학 탁도 측정기를 사용하여 정량적으로 측정할 수 있다. 탁도를 정량적으로 측정하는 데 사용할 수 있는 여러 상용 탁도계가 있다. 현재의 경우 네펠로메트리(nephelometry)에 기반한 방법이 사용된다. 보정된 네펠로메터(nephelometer)의 탁도 단위를 Nephelometric Turbidity Units (NTU)라고 한다. 상기 측정 장치 (탁도계)는 표준 보정 샘플로 보정 및 제어된 다음 희석된 NFC 샘플의 탁도를 측정한다.
한 탁도 측정 방법에서, 나노원섬유 셀룰로오스 샘플을 물에 희석하여 상기 나노원섬유 셀룰로오스의 겔 포인트 미만의 농도로 희석하고 희석된 샘플의 탁도를 측정한다. 상시 나노원섬유 셀룰로오스 샘플의 탁도가 측정되는 상기 농도는 0.1 %이다. 50 ml 측정 용기가 있는 HACH P2100 탁도계는 탁도 측정에 사용된다. 나노원섬유 셀룰로오스 샘플의 건조 물질을 측정하고, 건조 물질로 계산 한 0.5 g의 샘플을 측정 용기에 적재하고, 수돗물을 500 g까지 채운 다음 약 30 초 동안 흔들어서 격렬하게 혼합한다. 지체없이 수성 혼합물은 탁도계에 삽입되는 5 개의 측정 용기로 나뉜다. 각 용기에서 세 가지 측정이 수행된다. 수득된 결과로부터 평균값과 표준 편차가 계산되고 최종 결과는 NTU 단위로 주어진다.
나노원섬유 셀룰로오스를 특성화하는 한 가지 방법은 점도와 탁도를 모두 정의하는 것이다. 낮은 탁도는 작은 원섬유가 빛을 제대로 산란시키지 않기 때문에 작은 직경과 같은 작은 사이즈의 원섬유를 의미한다. 일반적으로 상기 원섬유화 정도가 증가함에 따라 점도가 증가하고 동시에 탁도가 감소한다. 그러나 이것은 특정 시점까지 발생한다. 원섬유화가 더 계속되면 원섬유가 마침내 부서지기 시작하고 더 이상 강력한 네트워크를 형성할 수 없다. 따라서 이 시점 이후에는 탁도와 점도가 모두 감소하기 시작한다.
일 실시 예에서 음이온성 나노원섬유 셀룰로오스의 탁도는 90 NTU 미만, 예를 들어 3 ~ 90 NTU, 예컨대 5 ~ 60, 예를 들어 수성 매질에서 0.1 % (w / w)의 일정한 농도로 측정된 8-40 이며, 네펠로메트리(nephelometry)에 의해 측정된다. 일 실시 예에서 천연 나노원섬유의 탁도는 200 NTU 이상, 예를 들어 10 ~ 220 NTU, 예컨대 20 ~ 200, 예를 들어 수성 매질에서 0.1 % (w / w)의 일정 농도로 측정된 50 ~ 200 일 수 있으며, 네펠로메트리에 의해 측정된다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스를 특성화하기 위해 이러한 범위는 물에 분산될 때, 최소 2000 mPa · s, 최소 3000 mPa · s, 최소 5000 mPa · s (예 : 최소 10000 mPa · s, 예를 들어 0.8 % (w / w) 일성 있는 농도 및 10 rpm에서 측정되는 최소 15000 mPa · s)의 Brookfield 점도를 제공하는 나노원섬유 셀룰로오스와 같은 나노원섬유 셀룰로오스의 점도 범위와 결합될 수 있다.
상기 나노 섬유 셀룰로스 분산액에는 제조 공정을 향상시키거나 생성물의 특성을 개선 또는 조정하기 위한 보조제가 포함될 수 있다. 이러한 보조제는 분산액의 액상에 용해될 수 있으며, 에멀젼(emulsion)을 형성하거나 고체일 수 있다. 보조제는 나노원섬유 셀룰로오스 분산액의 제조 과정에서 이미 원료에 첨가될 수 있거나 형성된 나노원섬유 셀룰로오스 분산액에 첨가될 수 있다. 보조제는 또한 예를 들어 함침, 분무, 침지 등의 방법에 의해 최종 생성물에 첨가될 수 있다. 보조제는 일반적으로 나노원섬유 셀룰로오스에 공유 결합되지 않으므로, 나노셀룰로오스 매트릭스에서 방출될 수 있다. NFC를 매트릭스로 사용할 때 이러한 제제의 제어 및 / 또는 지속 방출을 수득할 수 있다. 보조제의 예는 치료제 (약제) 및 미용제 및 제품의 특성 또는 활성제의 특성에 영향을 미치는 기타 제제, 예컨대 계면 활성제, 가소제, 유화제 등을 포함한다. 일 실시 양태에서 분산액은 하나 이상의 염을 함유하며, 이는 최종 생성물의 특성을 향상시키거나 제조 공정에서 생성물로부터 물 제거를 용이하게 하기 위해 첨가될 수 있다. 상기 염의 한 가지 예는 염화나트륨이다. 상기 염은 분산액에서 건조 물질의 0.01-1.0 % (w / w) 범위의 양으로 포함될 수 있다. 상기 최종 생성물은 또한 약 0.9 % 염화나트륨의 수용액과 같은 염화나트륨 용액에 담그거나(dipped) 적실(soaked) 수 있다. 상기 최종 생성물에서 원하는 염화나트륨 함량은 습식 제품 부피의 약 0.9 %와 같이 0.5-1 % 범위 일 수 있다.
하이드로 겔
상기 최종 생성물에서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스가 완전히 탈수되지 않은 경우, 50-99.9 % (w / w), 70-99.9 % (w / w) 또는 80-99.9 % (w / w) 범위의 수분 함량을 가질 수 있다. 일 실시 양태에서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 바람직하게 90-99.8 % (w / w) 또는 85-97 % (w / w) 범위의 수분 함량을 갖는 겔로 존재한다. 수분 함량은 물 함량이라고도 한다.
일 실시예는 예를 들어 의료용 하이드로 겔과 같은 겔 형태의 나노원섬유 셀룰로오스를 제공한다. 상기 젤은 성형이 가능하며 치료가 필요한 부위에 도포할 수 있다. 또한 세포 배양 물질은 겔 형태로 제공될 수 있다.
적층화된 생성물
일 실시 양태는 나노원섬유 셀룰로오스 및 선택적으로 비-나노원섬유 펄프 또는 치료 또는 미용 제제 또는 기타 보조 제제와 같은 다른 성분을 포함하는 하나 이상의 층을 제공한다. 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 상기 셀룰로오스 층은 본원에서 또한 예를 들어 "층", "막층", "막", "필름", "시트", "나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층" 또는 "나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 막" 등이라 지칭한다.
일반적으로, 대부분의 경우 상호 교환적으로 사용될 수 있는 용어인 상기 층, 필름, 시트, 막 등의 구조는 나노원섬유 셀룰로오스 및 임의로 본원에 개시된 바와 같은 다른 성분을 포함하는 분산액을 제공하고, 지지체상에서 상기 분산액을 건조 또는 탈수함으로써 제조될 수 있다. 상기 분산액은 예를 들어 상승된 온도에서 공기 건조 될 수 있다. 상기 지지체는 필터를 포함할 수 있거나, 필터가 지지체에 추가로 제공될 수 있으며, 탈수는 필터를 통해 수행되며, 이는 나노원섬유 셀룰로오스를 보유하지만 물은 통과하게 다. 결과적으로 0-20 % (w / w) 또는 0-10 % (예 : 1-10 %, 예를 들어 5-10% 또는 2-7 %) 범위와 같이 수분 함량이 낮은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 건조된 층이 수득된다. 일반적으로 생성물의 최종 수분 함량은 주변 대기의 영향을 받을 수 있으며 따라서 대부분의 경우 저장하지 않는 한 5-20 % (w / w) 또는 10-20 % (w / w) 범위이다. 봉인된 패키지와 같은 격리 상태로. 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 이러한 층의 중량은 50 ~ 110 g / m2 또는 60 ~ 100 g / m2와 같이 35 ~ 150 g / m2 범위일 수 있다.
상기 탈수는 필터를 통해 진공을 가하거나, 한면 또는 두면 (반대)에서 층에 압력을 가하거나 열을 가하거나 이들을 조합하여 수행할 수 있다. 일 실시예로 진공이 먼저 적용되고, 그 후 압력 또는 열과 압력이 가열될 수 있는 표면으로 가압함으로써 적용된다. 이는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하고 높은 수분 함량을 갖는 생성물에 유리하다. 압력이 먼저 가해지면 수분 함량이 높은 하이드로 겔은 예를 들어 재료를 누르는 데 사용되는 표면의 가장자리의 압력에서 벗어나는 경향이 있다. 따라서 진공이 먼저 적용될 때, 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 제 1 수분 함량으로 탈수될 수 있으며, 여기서 상기 수분 함량은 압력을 더 가하고 선택적으로 가열함으로써 제 2 수분 함량으로 효율적인 탈수를 허용하기에 충분히 낮다.
상기 생성물의 밀도는 0.8-1.2 g / cm3 (예 : 0.80-1.10 g / cm3 또는 80-1.05 g / cm3) (예 : 0.85-1.05 g / cm3) 일 수 있다.
상기 생성물의 두께는 50-1000 μm 범위이며 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 제품의 두께는 100-1000 μm 범위 (예 : 50-700 μm, 80-160 μm, 100-600 μm, 100-1000 μm, 50-250 μm, 70-200 μm, 100-150 μm 또는 110-140 μm) 이다. 일 실시 예에서 층의 두께는 75-180 μm와 같이 70-200 μm 범위이다. 두께는 ISO 534에 따라 벌킹(bulking) 두께로 측정할 수 있다.
상기 생성물의 인장 지수는 38-95 Nm / g, 38-80 Nm / g 또는 45-77 Nm / g와 같이 28-95 Nm / g 범위 일 수 있다. 상기 영 계수(Young’s modulus)는 예를들어 2.5-6 GPa, 3-14 GPa 또는 4-14 GPa와 같이 2.5-15 GPa 범위에 있을 수 있다.
상기 생성물의 연신율 (파단 변형률 %)은 3.2 ~ 6.0 % (예 : 3.2 ~ 4.0 %)와 같이 3.2 % 이상일 수 있다. 상기 신장률은 5-10 % 범위와 같이 10 % 미만의 수분 함량에서 결정될 수 있다.
이 값은 특히 음이온 등급에 적합하다. 층은 주로 90-99.9 % (w / w), 95-99.9 % (w / w), 98-99.9 % (w / w), 99-99.9 % (w / w) 또는 90-99 % (w / w), 90-98 % (w / w), 90-97 % (w / w) 또는 90-95 % (w / w)와 같은 나노원섬유 셀룰로오스만을 포함할 수 있으며, 필요한 양의 다가 양이온 및 예를 들어 0.1-2.0 % (w / w) 및 선택적으로 소량의 기타 추가 물질과 같은 0.1-3 % (w / w) 범위의 나머지 산 방출 화합물을 포함한다. 그러나 주로 나노원섬유 셀룰로스만을 포함하는 층은 본원에 기재된 바와 같은 하나 이상의 비 - 섬유 보조제를 함유할 수 있다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 이러한 경우 층에서 유일한 셀룰로오스 또는 섬유질 물질일 수 있다.
다층 생성물
본원에 기재된 상기 물질 및 층, 필름, 시트 또는 막은 2 개 이상의 층을 포함하는 다층 구조를 제조할 때, 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 막, 층 또는 코팅으로서 사용될 수 있다. 일 실시 예에서 수분 함유 또는 건조 또는 건조된 층과 같은 기존 층이 함께 적층된다. 일 실시 예에서 오버레이 층(overlaying)은 탈수 공정에서 형성된다. 일 실시 예에서 상기 다층 제품은 부분적으로 또는 완전히 나노원섬유 셀룰로오스로 코팅된 적어도 하나의 거즈를 포함한다. 코팅은 층으로 간주된다.
나노원섬유 셀룰로오스 생성물의 제조 방법은 층, 보다 구체적으로 종이, 보드, 거즈 또는 기타 부직포와 같은 섬유층을 함유하는 생성물과 같은 다층 생성물에 층 또는 코팅으로서 나노원섬유 셀룰로오스를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 코팅의 경우, 나노원섬유 셀룰로오스만이 코팅을 준비하기 위한 원섬유 재료로 사용될 수 있다.
상기 다층 제품에 하나 이상의 섬유층을 포함하는 것이 가능하다. 상기 섬유층은 길이가 5 mm 이상일 수 있는 천연 섬유 및 / 또는 합성 섬유와 같은 길고 / 또는 거친 섬유를 함유할 수 있다. 상기 섬유층은 직포 또는 부직포 일 수 있으며, 예를 들어 거즈 등일 수 있다. 이러한 생성물은 예를 들어 상처 치유 제품 또는 피부에 적용하도록 설계된 기타 제품과 같은 의료 응용 분야에 유용하다. 상기 섬유층은 강화층 역할을 하며 상기 최종 생성물의 두께, 밀도, 투과성, 기공 크기 등과 같은 다른 특성에도 영향을 미친다. 기존의 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 이러한 생성물의 문제점은 나노원섬유 셀룰로오스가 부서지기 쉽고 젖어도 원하는 유연성과 탄성을 제공하지 못하고 쉽게 찢어질 것이라는 점이다. 본 가교 결합된 나노원섬유 셀룰로오스를 사용하면 원하는 기계적 강도를 갖는 다층 제품을 수득할 수 있다. 또한 상시 가교 결합된 나노원섬유 셀룰로오스는 향상된 팽창 및 수분 보유력을 제공한다. 이것은 특히 의료용 제품이 사용 전에 예를 들어 식염수로 적셔질 때 유리하며, 여기서 가교 결합된 물질은 더 많은 물을 흡수하고 보유하게 된다. 상기 높은 수분 보유력은 더 많은 조직액을 결합하는 데 도움이 되며 제품과 피부 또는 상처 사이에 보다 효율적인 상호작용을 형성한다.
다음 실시 예에서 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 본원에 기술된 음이온적으로 변형된 가교된 나노원섬유 셀룰로오스를 지칭한다.
일반적으로 의료용 다층 생성물은 적어도 두 개의 층을 포함한다. 일 실시 양태는 다음을 포함하는 의료용 다층 생성물을 제공한다.
- 바람직하게는 0-20 % (w / w) 범위의 수분 함량을 갖는 나노원섬유 셀룰로스를 포함하는 (제 1) 층, 및
- 거즈 또는 부직포 층.
상기 의료용 다층 생성물은 또한 3 개의 층을 포함할 수 있다. 일 실시 양태는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 층을 추가로 포함하는 이러한 의료용 다층 생성물을 제공한다. 일 실시 양태에서 거즈 층은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 층과 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 층 사이에 있다. 상기 층은 또한 예컨대 거즈 층 및 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 2 개의 층, 또는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 층, 거즈 층, 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 층 및 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 3 층, 또는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 층, 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 층, 거즈 층, 및 나노원섬유 셀룰로오스과 같이 임의의 다른 순서를 가질 수 있다. 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 2 개의 인접한 층은, 예를 들어 서로 다른 두께, 농도, 조성, 수분 함량 또는 기타 특성을 가질 수 있거나, 다른 보조제 (들)를 포함할 수 있거나 한 층에 보조제를 포함하지 않을 수 있고 다른 하나는 포함할 수 있거나, 또는 이러한 기능의 조합이 유사하거나 상이할 수 있다. 일 실시 예에서 하나의 층은 변형되지 않은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하고 다른 층은 음이온적으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스와 같은 변형된 나노원섬유 셀룰로오스를 포함한다. 상기 의료용 다층 생성물은 일반적으로 시트 형태로 제공되며, 예를 들어 너비 및 / 또는 길이가 1 ~ 10 cm와 같이 1 ~ 20 cm 범위인 원하는 크기 및 / 또는 모양으로 자르거나 절단할 수 있다. 최종 생성물은 일반적으로 원하는 수분 함량을 갖는 탈수 제품으로 제공될 수 있으며, 상기 생성물은 사용 전에 보습될 수 있다. 일 실시 양태에서, 본원에 기재된 다층 생성물은 언급된 층 사이에 다른 층, 접착제 등을 함유하지 않으므로 언급된 층은 서로 옆에 있거나 서로 직접 접촉한다. 즉, 상기 다층 생성물 언급된 층들로 구성된다.
일 실시 양태에서, 상기 방법은 거즈를 제공하는 단계, 나노원섬유 셀룰로오스를 거즈에 통합시키는 단계를 포함한다. 통합은 코팅, 적층 및 / 또는 라미네이팅(laminating)과 같은 나노원섬유 셀룰로오스와 거즈를 결합하는 임의의 적합한 방법을 의미한다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스를 거즈에 함침시키는 것도 가능하다. 거즈를 포함하는 의료 제품이 수득된다.
일 실시 예는 의료 제품을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 의료 제품을 얻기 위해,
- 나노원섬유 셀룰로오스의 수성 분산액을 제공하는 단계,
- 거즈 층 제공하는 단계,
- 나노원섬유 셀룰로오스의 수 분산액으로 거즈 층을 처리하는 단계, 및
- 처리된 거즈를 탈수하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 코팅과 같은 거즈 층을 나노원섬유 셀룰로오스의 수성 분산액으로 처리하는 단계를 포함한다. 이것은 분지 등에 분산액을 제공하고 거즈를 분산액에 담그거나 침지함으로써 수행될 수 있다. 상기 거즈는 분산액이 거즈를 적어도 부분적으로 처리하거나 코팅하는 데 적합한 시간 동안 분산액에 보관된 다음, 상기 분산액에서 거즈를 제거한다. 처리는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 분산액에 거즈를 담그는 공정을 지칭할 수 있다. 실제로 일반적으로 나노원섬유 셀룰로오스는 균일한 방식으로 거즈를 관통하지 않지만 최종 생성물의 거즈 표면에 더 농축된 나노원섬유 셀룰로오스 층이 형성된다. 이 과정을 코팅이라고 할 수 있다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 거즈의 섬유를 단단히 묶고 그 특성을 향상시킨다. 더 긴, 특히 단축되지 않은 나노원섬유가 결합을 향상시키는데 선호될 수 있다. 거즈 표면에 집중된 영역 또는 나노원섬유 셀룰로오스 층은 제품 표면에서 특히 조직을 치료하기 위한 최적의 조건을 유지할 수 있도록 한다. 상기 생성물의 내부 부분은 예를 들어 제품의 투과성에 도움이 될 수 있는 다른 조건을 제공할 수 있다. 일 실시 예에서 상기 코팅된 생성물은 0.1-15 % (w / w)와 같은 0.1-20 % (w / w), 예를 들어 코팅으로서 0.2-10 % (w / w)의 나노원섬유 셀룰로오스, 80- 99.8 % (w / w)의 비 - 원섬유 섬유, 0.1-2.0 % (w / w)의 다가 양이온 및 선택적으로 여기에서 논의된 것과 같은 임의의 추가 작용제를 포함한다.
다음으로 상기 습식 거즈를 눌러 과도한 분산액과 액체를 제거하고 분산액이 상기 거즈 구조로 침투하는 것을 용이하게 할 수 있다. 이것은 상기 거즈에서 나노원섬유 셀룰로오스의 균일한 분포를 촉진한다. 그러나 거즈의 특성은 예를 들어 거즈의 구조 또는 재료가 다른 면에서 다른 경우에 나노원섬유 셀룰로오스가 거즈로 침투하는 데 영향을 미칠 수 있다. 따라서 일 실시 예에서, 상기 방법은 의료 제품을 얻기 위해 임의의 적합한 압착 방법 및 / 또는 장치로 수행될 수 있는 처리된 거즈를 압착하는 것을 포함한다.
일 실시 예에서 상기 압착은 닙(nip)에서, 특히 닙 롤에서 수행된다. 닙은 압착기 또는 캘린더(calender)와 같이 두 개의 반대 롤이 만나는 접촉 영역을 나타낸다. 닙 롤 또는 핀치 롤은 전동 롤일 수 있으며 일반적으로 두 장 이상의 시트를 함께 눌러 적층 제품을 형성하는 데 사용된다. 일 실시 예에서 하나의 롤은 전원이 공급되고 다른 하나는 자유롭게 움직일 수 있다. 그러나 실시 예에서는 처리된 거즈를 압착하는 데 사용할 수 있으므로 얻어진 제품은 적층 제품이 아니다. 상기 닙 지점에서 생성된 높은 압력은 처리된 거즈를 밀접하게 접촉시켜 거품이나 물집을 짜낼 수 있다. 닙 롤러 장치는 롤에서 재료를 빼내거나 작업 사이에 공급하는 풀러(pullers)로도 사용할 수 있다. 닙 롤은 때로 스퀴즈 롤, 핀치 롤, 심지어는 륑거(wringers) 라고도 한다. 닙 롤은 연못 크기 압착기 및 크기 압착기와 같은 여러 배열로 사용될 수 있다. 상기 닙 롤은 겹칠 수 있으므로 상단의 자유롭게 움직일 수 있는 롤이 닙 지점으로 공급되는 거즈에 대한 압력을 형성한다. 상기 닙 롤은 예를 들어 미세 홈을 가질 수 있는 스틸 롤일 수 있다. 닙 롤을 사용하는 것은 분산액이 거즈로 침투하는 것을 촉진하고 동시에 거즈에서 과도한 분산액을 제거하는 데 매우 효과적이라는 것이 밝혀졌다. 닙 롤은 산업 규모 공정에서 매우 유용하며, 긴 거즈 시트가 처리로부터 닙 롤로 즉시 공급되고 탈수 단계와 같은 다음 단계로 추가로 공급된다.
일 실시 예에서 압착은 연못 프레스, 특히 연못 크기 압착기에서 수행된다. 일 실시 예에서 압착기는 사이즈 압착기에서 수행된다.
상기 처리된 거즈는 마침내 탈수된다. 일 실시 예에서, 상기 방법은 압착된 거즈를 탈수하는 것을 포함한다. 이는 압착 단계 이후에 수행되거나 여러 처리 및 압착 단계가 있는 경우 마지막 압착 단계 후에 수행된다.
상기 탈수는 적외선 건조기, 부동 건조기 또는 충돌 건조기와 같은 비접촉 건조에 의해, 또는 압착 건조기, 실린더 건조기 또는 벨트 건조기와 같은 접촉 건조에 의해 수행될 수 있다. 공기 충돌 건조는 가스 버너에 뜨거운 공기 (예 : 300 ℃)를 습식 시트에 대해 고속으로 불어내는 것이다. 벨트 건조에서 생성물은 증기 또는 뜨거운 가스에 의해 가열되는 연속적인 뜨거운 강철 밴드와 접촉하여 건조실에서 건조된다. 상기 밴드의 열로 인해 밴드의 물이 증발한다.
건조 실린더를 사용하면 제품 표면이 매끄럽고 건조가 비용 효율적이다. 일 실시 예에서, 상기 생성물은 압착 드라이어에서 탈수되고, 여기서 상기 생성물은 테플론 플레이트(Teflon plate)와 천 또는 직물 사이에 배치되고 또한 열이 가해진 다.
코팅 및 탈수와 같은 처리는 한 번 수행될 수 있으며, 필요하다면 상기 거즈에서 분산액의 포화 및 / 또는 분포를 최대화하기 위해 단계를 반복할 수 있다. 선택적으로 그 사이에 가압 단계를 갖는 처리 및 탈수 단계는 예를 들어 처리 실행으로 함께 지칭될 수 있다. 상기 생성물의 중량과 같은 특정 속성이 필요할 수 있다. 이러한 경우 상기 의료 제품이 원하는 중량에 도달할 때까지 치료 실행이 반복된다. 이것은 다른 치료에 적용될 수 있다. 따라서 일 실시 양태에서 처리 및 탈수는 1 회 이상 반복되며, 즉 처리 및 탈수는 2 회 이상 수행된다. 일 실시 양태에서 처리 및 탈수는 2-6 회, 예를 들어 2, 3, 4, 5 또는 6 회 또는 그 이상과 같이 여러 번 수행된다. 일 실시 양태에서, 상기 처리 및 탈수는 상기 의료 제품이 25-80 g / m2 범위, 예를 들어 30-70 g / m2, 예를 들어 35-65 g / m2 또는 본원에 개시된 임의의 다른 중량의 중량에 도달할 때까지 반복된다. 일 실시 예에서 그러한 의료 제품은 45-63 g / m2 범위의 중량을 가진다. 이 방법으로 수득된 의료 제품은 4 ~ 5 회 처리 실행하여 47 ~ 55 g / m2 범위의 중량을 가졌다. 상기 중량은 또한 제곱 질량이라고도 한다.
일 실시 예는 의료용 다층 생성물을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 다음을 포함한다.
- 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층을 제공하는 단계,
- 거즈 층을 제공하는 단계, 및
- 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층 및 거즈 층을 적층하여 의료용 다층 생성물을 얻는 단계. 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 상기 층은 또한 예를 들어 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 막 층으로서 또는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 막으로서 지칭될 수 있다. 이 층은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 다른 추가 층 (들)이 제품에 첨가되는 경우, 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 층으로 불릴 수 있다.
상기 방법은 또한 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 막의 제조를 포함할 수 있다. 일 실시 예는 의료용 다층 생성물을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 다음을 포함한다.
- 나노원섬유 셀룰로오스 제공하는 단계,
- 펄프와 같은 비 - 나노 원섬유 섬유를 선택적으로 제공하는 단계,
- 예를 들어 총 분산액의 건조 중량의 0.1-60 % (w / w) 범위의 양의 비-나노원섬유 섬유를 선택적으로 포함하는 나노원섬유 셀룰로오스의 분산액을 형성하는 단계, 및
- 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층을 형성하기 위해 지지체상의 분산액을 건조시키는 단계,
- 거즈 층을 제공하는 단계, 및
- 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층 및 거즈 층을 적층하여 상기 의료용 다층 생성물을 수득하는 단계. 거즈 층은 분산액을 건조하기 전에 제공되거나 건조 후에 적용될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 방법은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 층을 제공하는 단계 및, 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 층, 거즈 층 및 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 층을 적층하여 의료용 다층 생성물을 수득하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시 예에서 상기 거즈 층은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 층과 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 층 사이에 있다. 일 실시 예에서, 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 및 제 2 층은 서로 옆에 있다. 상기 방법은 또한 제 1 층이 형성되는 것과 유사한 방식으로 나노원섬유 셀룰로스를 포함하는 제 2 층을 형성하거나 추가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 층은 동일하거나 상이할 수 있다.
적층은 여러 층으로 재료를 제조하는 것을 말한다. 적층은 열, 압력, 용접, 접착제 또는 물리 화학적 접착, 즉 수소 결합에 의해 영구적으로 조립된 물체이다. 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 상기 층과 거즈 층은 특히 천연 섬유를 함유하는 거즈가 사용될 때 수소 결합에 의해 서로 부착될 수 있다. 하나의 복합 생성물이 수득된다. 일 실시 양태에서 상기 적층은 접착제를 함유하지 않거나 접착제가 적층화에 사용되지 않았다.
일 실시 예에서 적층화는 층화 또는 적층을 포함한다. 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층은 나노원섬유 셀룰로오스 및 비 - 나노원섬유 섬유, 하나 이상의 치료제 또는 미용제 (들), 충전제, 착색제 또는 기타 성분과 같은 임의의 추가 성분을 포함하는 분산액을 제공하고, 적절한 탈수 방법으로 원하는 수분 또는 건조 함량으로 분산시키도록 탈수함으로써 제조될 수 있다. 상기 탈수는 거즈를 통해 수행되어 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층을 거즈에 부착시킬 수 있다. 본원에 기술된 임의의 탈수 방법이 사용될 수 있다. 상기 분산액은 하이드로 겔과 같은 겔로 제공될 수 있다.
일 실시 예는 의료용 다층 생성물을 제조하는 방법을 제공하며, 방법은
- 필터 직물과 같은 필터를 제공하는 단계,
- 겔과 같은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 수성 분산액을 제공하는 단계,
- 거즈를 제공하는 단계,
- 상기 분산액을 필터에 적용하는 단계,
- 상기 거즈에 상기 분산액을 바르는 단계, 및
- 상기 의료용 다층 생성물을 수득하기 위해 상기 필터를 통해 구조를 탈수시키는 단계를 포함한다.
일 실시 예는 의료용 다층 샐성물을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
- 필터 직물과 같은 필터를 제공하는 단계,
- 거즈를 제공하는 단계,
- 겔과 같은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 수성 분산액을 제공하는 단계,
- 상기 필터에 상기 거즈를 적용하는 단계,
- 상기 거즈에 상기 분산액을 바르는 단계, 및
- 상기 의료용 다층 생성물을 수득하기 위해 상기 필터를 통해 구조를 탈수시키는 단계를 포함한다.
나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 분산액의 추가 층이 형성될 수 있다.상기 추가 층은 제 1 층과 동일한 조성을 가질 수 있거나, 상이할 수 있다. 예를 들어, 한 층은 치료제 또는 미용제를 함유할 수 있고 다른 층은 그렇지 않거나, 상이한 치료제 또는 미용제를 함유할 수 있다.
일 실시 예는 의료용 다층 생성물을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
- 필터 직물과 같은 필터를 제공하는 단계,
- 거즈를 제공하는 단계,
- 겔과 같은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 분산액을 제공하는 단계,
- 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 분산액과 동일하거나 상이할 수있는 겔과 같은 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 분산액을 제공하는 단계,
- 첫 번째 분산액을 상기 필터에 적용하는 단계,
- 상기 거즈에 첫 번째 분산액을 바르는 단계,
- 상기 거즈에 두 번째 분산액을 바르는 단계, 및
- 상기 의료용 다층 생성물을 수득하기 위해 상기 필터를 통해 구조를 탈수시키는 단계를 포함한다.
거즈가 나노원섬유 셀룰로오스를 모두 포함하는 두 층 사이에 있을 때, 두 층의 나노원섬유 셀룰로오스가 상기 거즈를 통해 서로 접촉하여 서로 강하게 접착될 수 있다. 상기 거즈는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층으로 완전히 덮여 있어 사용 중에 상기 거즈가 피부 또는 피부의 상처에 달라 붙지 않는다. 또한 상기 생성물은 피부를 향한 양쪽으로 피부에 적용될 수 있다. 그러나 상기 생성물의 한면에는 피부에 적용할 수 있는 두꺼운 나노원섬유 셀룰로오스 층이 포함될 수 있다. 이 면은 예를 들어 텍스트, 그림, 색상 등으로 측면 또는 다른 면을 표시하여 제품에 표시할 수 있다.
상기 탈수는 필터를 통해 진공을 가하거나, 한 면 또는 두 면 (반대)에서 층에 압력을 가하거나, 열을 가하거나, 이들을 조합하여 수행할 수 있다. 본원에 기술된 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 막의 탈수 방법은 적층 공정에 적용될 수 있다. 상기 필터 직물은 본 명세서에 기재된 바와 같을 수 있다. 상기 필터는 원섬유 셀룰로오스에 불 투과성이며, 즉, 원섬유 물질이 필터를 통과하지 못하는 기공 크기를 가지고 있다.
본 명세서에서 사용되는 상기 거즈는 섬유를 포함하는 직물, 천 또는 이와 유사한 재료와 같은 임의의 적합한 거즈를 지칭한다. 상기 거즈는 직조 또는 부직포, 멸균 또는 비 멸균, 무지 직물 또는 함침, 천공 (천공 또는 슬릿 포함), 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 거즈는 직조일 수 있다. 한 가지 정의에 따르면 직조 거즈는 느슨하게 열린 직조가 있는 얇고 반투명한 천이다. 기술적인 측면에서 직조 거즈는 위사를 쌍으로 배열하고 각 날실 전후에 교차하여 위사를 제자리에 단단히 유지하는 직조 구조이다. 상기 거즈는 천연 섬유, 반합성 섬유 또는 합성 섬유, 예를 들어 비스코스, 레이온, 폴리에스테르 등, 또는 이들의 조합, 예를 들어 비스코스 - 폴리에스테르 혼합물을 포함할 수 있다. 의료용 드레싱으로 사용할 때 거즈는 면으로 만들 수 있다. 상기 거즈는 패치의 패드 역할을 할 수도 있다. 일 실시 양태에서 상기 거즈는 비스코스 - 폴리에스테르 거즈, 예를 들어 부직포이다. 이러한 부직포 거즈는 매우 다공성이고 투과성이 있으며 적당히 탄성이 있어 한 방향으로 비가역적인 신장을 제공한다.
바람직하게는 거즈는 부직포이다. 부직포 거즈는 직조와 유사하게 함께 압착된 섬유로 구성되어 있어 위킹이 개선되고 흡수 능력이 향상된다. 직조 거즈에 비해, 이 유형의 거즈는 보푸라기가 덜 발생하고 제거할 때 상처에 남아있는 섬유질이 적다는 이점이 있다. 부직포 거즈 드레싱의 예로는 폴리 에스터, 비스코스 또는 직물 패드보다 더 강하고 부피가 크고 부드러워진 이들 섬유의 혼합으로 만든 거즈가 있다. 거즈 대신 다른 적절한 부직포를 사용할 수도 있다. 거즈에 대해 본원에 개시된 실시 양태 및 예는 일반적으로 부직포에도 적용될 수 있다.
상기 거즈는 예를 들어, 삼출물을 흡수하고, 상처로부터 삼출된 혈액, 혈장 및 기타 유체를 흡수하고 이들을 한 곳에 수용하는 의료 제품의 능력을 향상시키는 흡수 물질을 포함할 수 있다. 상기 거즈는 또한 출혈을 막고 상처를 봉합하는 데 도움이 될 수 있다. 상기 거즈는 또한 치료제 또는 기타 제제를 흡수할 수 있다.
일 실시 양태에서 상기 거즈는 천연 섬유 또는 면, 셀룰로오스, 린넨, 실크 등과 같은 천연 섬유 기반 재료를 포함한다. 천연 섬유는 수소 결합을 통해 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층 (들)에 거즈를 부착하는 데 도움이 되는 유리 하이드록실 그룹을 제공한다. 또한 반합성 섬유는 비스코스와 같은 유리 히드록실 그룹을 제공할 수 있다.
상기 거즈는 액체가 통과할 수 있도록 투과성이 높아야 한다. 상기 거즈는 필터가 아니며 대부분의 거대 분자의 흐름을 제한하지 않는다. 상기 거즈는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 분산액을 탈수하기 위한 필터로 사용할 수 없다. 상기 거즈는 다공성일 수 있고 / 있거나 천공 또는 슬릿 등을 갖는 구멍을 뚫을 수 있다. 종이나 판지는 거즈가 아니다. 더 구체적으로, 종이는 다층 생성물에 적합한 그러한 중량 또는 두께에서 충분히 높은 인열 강도를 제공하지 않기 때문에 적합하지 않다. 판지 또는 기타 유사한 셀룰로스 생성물에도 동일하게 적용된다. 그러나 종이, 판지 또는 이와 유사한 셀룰로오스 물질은 일부 특정 응용 분야에 적합할 수 있다. 일 실시 예에서 상기 거즈는 비 셀룰로오스이다. 상기 거즈는 평균 섬유 길이가 예를 들어 전체 거즈의 15 % (w / w) 이상, 또는 최소 20 % (w / w) 또는 최소 25 % (w / w)인 5mm 이상, 7mm 이상 또는 10mm 이상인 긴 섬유를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 거즈는 탄력적이다. 많은 천연, 반합성 또는 합성 섬유는 탄력이 있다. 그러나, 일 실시 예에서 상기 거즈는 예를 들어 면을 포함할 때 비 탄력적 특성을 제공하며 단단하다. 상기 거즈는 예를 들어 다층 생성물의 인열 강도를 향상시키기 위해 강화 특성을 제공할 수 있다.
인열 강도 (인열 저항)는 물질이 인열 효과를 얼마나 잘 견딜 수 있는지를 나타내는 척도이다. 보다 구체적으로 장력을 받을 때 물질이 절단의 성장에 얼마나 잘 저항하는지 측정한다. 인열 저항은 ASTM D 412 방법으로 측정할 수 있다 (인장 강도, 모듈러스 및 연신율 측정에 사용할 수 있음). 또한 인열 지수가 제시될 수 있으며, 여기서 인열 지수 = 인열 강도 / 중량이며, 일반적으로 mNm2 / g 단위로 측정된다.
상기 거즈는 1700 ~ 1900 mN과 같이 1500 ~ 2000 mN 범위의 인열 강도를 가질 수 있다. 상기 거즈는 50-60 mNm2 / g 범위의 인열 지수를 가질 수 있다. 인열 지수는 ISO 1974로 측정 할 수 있다. 상기 다층 생성물의 인장 강도는 1.5 ~ 3.0 kN / m 범위 (예 : 1.6 ~ 2.0kN / m)와 같이 1.5 kN / m 이상일 수 있다. 인장 강도는 ISO 1924-3으로 측정 할 수 있다. 상기 거즈는 20-50 g / m2 범위, 예를 들어 20-40 g / m2 또는 20-30 g / m2 범위의 중량을 가질 수 있다. 중량은 ISO 536에 의해 측정될 수 있다. 상기 거즈의 밀도는 예를 들어 290-330 g / cm3 범위와 같이 270-350 g / cm3 범위 일 수 있다. 또한 벌크는 ISO 534에 의해 측정된 cm3 / g로 표시될 수 있다.
마른 거즈와 같은 거즈 층의 두께는 100-1000 μm 범위 (예 : 100-200 μm, 150-200 μm, 200-300 μm, 300-400 μm, 400-500 μm , 500-600 μm, 600-700 μm, 700-800 μm, 800-900 μm 또는 900-1000 μm) 일 수 있다. 그러나 더 두꺼운 거즈 (예 : 최대 2000 또는 3000 μm)도 사용될 수 있다. 일 실시 양태에서 상기 거즈의 두께는 100-200 μm 범위, 예를 들어 100-120 μm, 120-140 μm, 또는 140-160 μm 또는 160-190 μm이다. 그러나 상기 거즈가 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층 (들)과 결합되었을 때, 상기 최종 건조 다층 생성물의 총 두께는 건조 거즈 단독의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 의료용 다층 생성물은 100-1000 μm 범위의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 약 1500 ㎛, 2000 ㎛, 2500 ㎛ 또는 3000 ㎛의 두께를 갖는 더 두꺼운 제품이 제조될 수 있다. 일 실시 양태에서 의료용 다층 제품은 100-400 μm, 100-300 μm, 100-200 μm 또는 120-180 μm, 예를 들어 120-150 μm, 120-140 μm 또는 130-140 μm 와 같은 100-500 μm 범위의 두께를 갖는다. 일반적으로 상기 최종 생성물의 거즈 층 두께는 100-1000 μm 범위에 있을 수 있다 (예 : 100-200 μm, 150-200 μm, 200-300 μm, 300-400 μm, 400-500 μm, 500-600 μm, 600-700 μm, 700-800 μm, 800-900 μm 또는 900-1000 μm). 일 실시 예에서 상기 생성물의 거즈 층의 두께는 100-160 μm 범위이다 (예 : 140-160 μm, 예를 들어 약 150 μm). 일 실시 예에서 상기 생성물의 거즈 층 두께는 예를 들어 약 105 μm인 100-120 μm 범위이다. 두께는 ISO 534에 따라 벌킹 두께로 측정할 수 있다.
상기 다층 생성물에서 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층은 흡수 능력, 강성 등과 같은 제품의 원하는 특성에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다. 이러한 층이 하나 이상 있는 경우 층은 각각 다른 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 사용 중에 피부와 접촉하는 상기 층은 상기 거즈의 다른 면에 있는 층보다 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 일 실시 양태에서 상기 층은 5 내지 60 μm 범위의 두께를 갖는다. 피부와 접촉하는 층의 두께는 20-60 μm 또는 20-50 μm 범위, 예를 들어 30-40 μm 일 수 있다. 일반적으로 층의 두께가 60 μm를 초과하면 강성이 증가하고 상기 층은 본원에 기재된 모든 용도에 적합하지 않을 수 있다. 그러나 경우에 따라 최대 100 μm 또는 최대 150 또는 200 μm (예 : 40-80 μm, 50-100 μm, 20-200 μm, 50-150 μm, 50-200 μm 또는 100-200 μm 범위)와 같이 더 두꺼운 층을 사용할 수 있다. 상기 생성물의 다른 면에 있는 층의 두께는 5-10 μm 범위일 수 있다. 이 층은 거즈가 노출되지 않도록 생성물을 밀봉하는 주요 기능 중 하나이기 때문에 더 얇을 수 있다. , 예를 들어 나노원섬유 층의 두께는 예를 들어 염색 및 / 또는 현미경으로 상기 최종 생성물로부터 결정될 수 있다.
일 실시 양태에서 상기 다층 생성물은 두께가 20-60 μm 범위인 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 1 층, 140-160 μm 범위의 두께를 갖는 거즈 층, 및 5-10 μm 범위의 두께는 갖는 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제 2 층을 포함한다.
강화 거즈를 사용하면 의료 구조의 인열 지수가 현저하게 높아진다. 일 실시 양태에서 상기 의료용 다층 생성물은 18-100 mNm2 / g 범위의 인열 지수를 갖는다. 일 실시 양태에서 의료용 다층 제품은 20-70 mNm2 / g 범위의 인열 지수를 갖는다. 인열 지수는 한 방향과 수직 방향이 다를 수 있으며, 상기 거즈의 특성에 영향을 받을 수 있다. 예를 들어 거즈는 기계 방향 및 교차 방향이라고 할 수 있는 수직 방향과 다른 속성을 가질 수 있다.
일 실시 양태에서 상기 의료용 다층 생성물은 50-100 g / m2 범위의 중량을 갖는다. 일 실시 양태에서 상기 의료용 다층 생성물은 60-80 g / m2 범위, 예를 들어 64-75 g / m2 범위의 중량을 갖는다.
일 실시 양태에서 상기 의료용 다층 생성물은 350-700 kg / m3, 예를 들어 450-650 kg / m3 와 같은 300-800 kg / m3 범위의 밀도를 갖는다. 상기 밀도는 ISO 534에 의해 겉보기 벌킹 밀도로 측정될 수 있다.
의료용 생성물
본 출원은 한 환경으로부터 고통받는 환자 또는 사람, 인간 또는 동물과 같은 표적 또는 대상체의 피부 또는 다른 조직에 적용될 수 있는 의료 생성물을 제공한다. 상기 의료용 생성물은 겔, 패치, 고약, 붕대 등으로 제공될 수 있으며, 이는 상처 또는 손상된 부위 또는 치료가 필요한 부위 또는 표적에 적용될 수 있다. 상기 의료용 생성물은 대상에 적용할 수 있는 적절한 크기로 절단된 시트로 제공될 수 있거나, 원하는 크기로 절단될 수 있는 시트 등으로 제공될 수 있다. 본 출원은 또한 상기 의료 생성물을 제조하는 방법을 제공한다.
용어 "의료용"은 생성물, 즉 실시 양태의 나노원섬유 셀룰로스 (NFC)를 포함하는 생성물이 의료 목적 또는 과학적 목적, 예를 들어 치료 또는 연구에 사용되거나 적합한 제품 또는 용도를 지칭한다. 상기 의료용 생성물은 의료 또는 과학적 목적으로 사용되도록 설계, 포장, 라벨링, 표시 및 / 또는 지시를 받을 수 있다. 즉, 의료용 제품에는 포장, 쌈(wrapping), 코팅, 라벨 등과 같은 텍스트 및 / 또는 그림과 같은 의료 목적을 위한 적절한 표시가 포함될 수 있다. 의료용 생성물은 예를 들어 온도, 압력, 수분, 화학 물질, 방사선 또는 이들의 조합을 사용하여 생체 활성 분자를 고정하기 전 및 / 또는 후에 멸균되거나 멸균될 수 있다. 상기 생성물, 바람직하게는 분자가 부 된 하이드로 겔은 예를 들어 멸균될 수 있거나, 고온을 사용하는 다른 방법이 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 생성물은 100 ℃ 이상의 고온, 예를 들어 적어도 121 ℃ 또는 134 ℃ 를 견뎌야한다. 일 실시 예에서 상기 생성물은 15 분 동안 121 ℃에서 멸균된다. 또한 의료용 생성물은 발열원이 없고 원하지 않는 단백질 잔류물 등을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 의료 생성물은 바람직하게는 표적에 무독성이다. 또한 UV 살균을 사용할 수 있다.
본원에 기재된 상기 의료용 생성물은 여러 응용 분야에서 사용될 수 있다. 한 가지 특정 분야는 의료 응용 분야로, 상기 물질은 피부와 같은 살아있는 조직에 적용된다. 상기 구조는 패치, 드레싱, 붕대, 필터 등과 같은 의료용 생성물에 사용될 수 있다. 상기 의료용 생성물은 또한 약제를 함유하는 치료 패치와 같은 치료 제품일 수 있다. 일반적으로 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 제품의 표면은 사용 중에 피부와 접촉한다. 나노원섬유 셀룰로오스의 표면은 피부와 직접 접촉할 때 유리한 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어 상처 또는 피부의 기타 손상늬 치유를 촉진할 수 있으며 동시에 의료 제품에서 피부로 생리 활성 물질을 제공할 수 있다.
본원에 기재된 의료용 생성물과 같은 제품의 특정 유리한 특성은 유연성, 탄성, 강성 및 재성 형성을 포함한다. 나노원섬유 셀룰로오스에 수분이 포함되어 있으면 적절한 투과성을 나타낼 수도 있다. 이러한 특성은 예를 들어 제품이 상처 치유를 위한 드레싱으로 사용되거나, 치료제 또는 미용 제제 전달과 같은 다른 의료 용도로 사용될 때 유용하다.
유연성은 의료 응용과 같은 많은 응용에서 요구되는 기능이다. 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 유연한 패치 및 드레싱은 예를 들어 상처 및 기타 손상 또는 화상과 같은 부상을 덮기 위해 피부에 적용하는 데 유용하다.
상기 의료용 생성물은 나노원섬유 셀룰로오스의 한 층만 포함할 수 있거나, 나노원섬유 셀룰로오스 층 및 / 또는 다른 층일 수 있는 하나 이상의 추가 층을 포함할 수 있다. 한 층의 경우 층의 밀도는 0.8-1.2 g / cm3 범위와 같이 상대적으로 낮을 수 있지만, 층은 높은 탄성 및 파단 연신율과 같은 우수한 기계적 특성을 나타낸다. 따라서 상기 물질은 단층 제품으로 사용하기에 적합하다.
본원에 사용된 용어 "상처"는 개방 또는 폐쇄된 상처를 포함하는 피부와 같은 조직상의 임의의 손상, 상해, 질병, 장애 등을 지칭하며, 여기서 상처의 치유가 바람직하고 본원에 기재된 상기 생성물로 촉진될 수 있다. 상기 상처는 깨끗하거나, 오염되거나, 감염되거나, 집락화될 수 있으며, 특히 후자의 경우 항생제와 같은 치료제가 투여될 수 있다. 열린 상처의 예로는 찰과상, 찢어짐, 절개, 열상, 찔린 상처 및 관통 상처가 있다. 폐쇄 상처의 예로는 혈종, 압착 부상, 꿰맨 상처, 이식 및 모든 피부 상태, 질병 또는 장애가 있다. 피부의 상태, 질병 또는 장애의 예로는 여드름, 감염, 수포성 질환, 구순 포진, 피부 칸디다증, 봉와직염, 피부염 및 습진, 헤르페스, 두드러기, 루푸스, 구진 편평, 두드러기 및 홍반, 건선, 주사비, 방사선 관련 장애, 색소 침착, 점액성 각화증, 궤양, 위축 및 괴사, 혈관염, 백반증, 사마귀, 호중구 및 호산 구성 질환, 선천성, 신생물 및 암 (예 : 흑색종 및 표피 또는 진피의 종양, 또는 표피 및 진피의 기타 질환 또는 장애)가 있다.
치료제를 포함하는 의료용 생성물이 제공될 수 있으며, 여기서 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 약제 또는 약물과 같은 하나 이상의 치료제를 함유한다. 또한 용어 약제는 용어 치료제 대신 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 이러한 제제는 일반적으로 유효량으로 존재하는 활성 또는 유효 제제이다. 이러한 제제는 미리 결정된 양, 예를 들어 특정 기간 동안 원하는 용량의 제제를 제공하도록 구성된 양으로 제공될 수 있고 / 있거나 피부 또는 다른 조직과 같은 표적에 원하는 효과를 제공하도록 구성될 수 있다. 층 또는 상기 생성물에서 상기 치료제의 함량은 예를 들어 0.1-5 % 범위일 수 있다. 상기 치료제가 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층에 포함되는 경우, 제제의 지속, 지연 또는 연장 방출이 제공될 수 있다. 이러한 경우 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 상기 층은 제제의 투과성을 가능하게 하는 수분의 일부를 함유할 수 있다. 나노원섬유 셀룰로오스 및 치료제를 포함하는 층의 수분 함량은 0-10 % 범위, 예를 들어 5-7 % 범위일 수 있다. 상기 치료제는 수용성 형태, 지용성 형태 또는 에멀젼, 또는 다른 적합한 형태로 존재할 수 있다.
본원에 기술된 의료용 생성물을 사용하여 투여될 수 있는 치료제의 예는 항생제, 리도카인(lidocaine)과 같은 진통제; 니코틴; 펜타닐 또는 부프레노르핀과 같은 오피오이드(opioids); 에스트로겐(estrogen), 피임약 또는 테스토스테론(testosterone)과 같은 호르몬; 니트로글리세린(nitroglycerin); 스코폴라민(scopolamine); 클로니딘(clonidine); 셀레길린(selegiline)과 같은 항우울제; 메틸페니데이트(methylphenidate)와 같은 ADHD 약물; B12 또는 시아노코발라민(cyanocobalamin)과 같은 비타민; 5- 히드록시트립토판(hydroxytryptophan); 리바스티그민(rivastigmine)과 같은 알츠하이머 치료제; 여드름 치료제; 건선 방지제, 하이드로코르티손(hydrocortisone)과 같은 글루코코르티코이드(glucocorticoids) 또는 피부의 질병 또는 장애를 치료하기 위한 다른 약물을 포함한다. 치료제는 예를 들어, 건강한 피부 또는 손상된 피부에 사용될 수 있는 의료용 패치에 사용될 수 있으며, 이는 예를 들어 몇 시간 동안 패치로부터 최대 6, 12, 24 또는 48 시간 동안 치료제의 연장, 지연, 지속 또는 연장 방출을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
일실시 양태는 항생제를 포함하는 의료용 생성물을 제공한다. 이러한 제품은 특히 상처 치료에 적합하며, 상처 치료 특성은 상처 내 유해 미생물에 의한 감염을 예방하는 항생제 특성과 결합 된다. 적합한 항생제의 예는 특히 바시트라신(bacitracin), 에리트로마이신(erythromycin), 클린다마이신(clindamycin), 겐타마이신(gentamycin), 네오마이신(neomycin), 폴리믹신(polymyxin), 무피로신(mupirocin), 테트라사이클린(tetracycline), 메클로사이클린(meclocycline), (나트륨) 설파세트아미드(sulfacetamide), 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxide) 및 아젤라산(azelaic acid) 및 이들의 조합과 같은 국소 항생제를 포함한다. 또한 전신 항생제와 같은 다른 유형의 항생제, 예를 들어 페녹시메틸페니실린(phenoxymethylpenicillin,), 플루클로사실린(flucloxacillin) 및 아목시실린(amoxicillin)과 같은 페니실린(penicillins); 세파클로르(cefaclor), 세파드록실(cefadroxil) 및 세팔렉신(cephalexin)과 같은 세팔스포린(cephalosporins); 테트라사이클린, 독시사이클린(doxycycline) 및 라이메사이클린(lymecycline)과 같은 테트라사이클린; 겐타마이신 및 토브라마이신(tobramycin)과 같은 아미노글리코사이드(aminoglycosides); 에리트로마이신(erythromycin), 아지스로마이신(azithromycin) 및 클라리트로마이신(clarithromycin)과 같은 마크로라이드(macrolides); 클린다마이신(clindamycin); 설아미드(sulphonamides) 및 트리메토프림(trimethoprim); 메트로니다졸(metronidazole) 및 티니다졸(tinidazole); 시프로플록사신(ciprofloxacin), 레보플록사신(levofloxacin) 및 노르플록사신(norfloxacin)과 같은 퀴놀론(quinolones)이 제공될 수 있다.
예를 들어 클린다마이신(clindamycin), 에리트로마이신(erythromycin) 독시사이클린(doxycycline), 테트라사이클린 등과 같은 여드름 치료에도 항생제를 사용할 수 있다. 또한 예컨대 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxid), 살리실산(salicylic acid), 국소 레티노이드(retinoid) 약물과 같이, 예컨대 트레티노인(tretinoin), 아다팔렌(adapalene) 또는 타자로텐(tazarotene), 아젤라산(azelaic acid) 과 같이, 또는 스피로락톤(spirolactone)과 같은 안드로겐(androgen) 차단제와 같은 다른 제제를 사용할 수 있다. 건선은 예를 들어 코르티코스테로이드(corticosteroids), 보습제, 칼시프로트리엔(calciprotriene), 콜 타르(coal tar), 비타민 D, 레티노이드, 타자토렌(tazatorene), 안트랄린(anthralin), 살리실산, 메토트렉세이트(methotrexate) 또는 사이클로스포린(cyclosporine)과 같은 스테로이드로 치료할 수 있다. 벌레 물림 또는 독소 아이비 노출은 하이드로코르티손(hydrocortisone), 에뮤 오일(emu oil), 아몬드 오일, 암모니아, 비사볼롤(bisabolol), 파파인(papain), 디페닐히드라민(diphenylhydramine), 보석풀 추출물(jewelweed axtract) 또는 칼라민(calamine)과 같은 약제로 치료할 수 있다. 이들 또는 다른 치료제 중 일부는 미용제로 분류될 수도 있다.
일 실시 양태는 본원에 기술된 상기 의료용 생성물을 포함하는 드레싱, 패치 또는 필터와 같은 의료용 생성물을 제공한다.
일 실시 예는 피부 상처 또는 기타 손상을 치료 및 / 또는 덮는데 사용하기위한 의료용 생성물을 제공한다. 일 실시 예는 피부 상처 또는 기타 손상을 치료 및 / 또는 덮기 위한 드레싱 또는 패치, 또는 드레싱 또는 패치로 사용하기 위한 이러한 의료용 생성물을 제공한다.
일 실시 예는 피부 이식과 같은 이식편으로 덮인 피부 상처를 치료 및 / 또는 덮는데 사용하기 위한 이러한 의료용 생성물을 제공한다. 일 실시 양태는 피부 이식편과 같은 이식편으로 덮인 피부 상처를 치료 및 / 또는 덮기위한 드레싱 또는 패치, 또는 드레싱 또는 패치로 사용하기 위한 이러한 의료용 생성물을 제공한다.
드레싱은 치유를 촉진하고 /하거나 추가 위해를 방지하기 위해 상처에 적용되는 멸균 패드 또는 압축이다. 드레싱은 드레싱을 제자리에 고정하는데 가장 자주 사용되는 붕대와 구별되는 것처럼 상처와 직접 접촉하도록 설계되었다. 일부 조직에서는 이를 동일한 것으로 분류하고 (예 : 영국 약전) 일부 사람들은 이 용어를 같은 의미로 사용한다. 드레싱은 응급 처치 및 간호에 자주 사용된다.
일 실시 예는 치료제 투여에 사용하기 위한 의료용 생성물을 제공한다. 이러한 경우 의료용 생성물은 그대로 또는 예를 들어 패치로 제공될 수 있다. 하나 이상의 치료제 (들)가 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 생성물에 함침될 수 있고, 환자에 대한 투여는 진피 또는 경피일 수 있다. 일 실시 예는 하나 이상의 치료제를 포함하는 의료용 다층 생성물을 피부에 적용하는 것을 포함하는 치료제 투여 방법을 제공한다. 상기 제제 (들)는 제제 (들)가 필요할 수 있는 인간 또는 동물 표적일 수 있는 표적에 투여되어야 한다.
일 실시 양태는 의료용 생성물을 포함하는 드레싱, 마스크 또는 패치와 같은 미용 제품을 제공한다. 이러한 제품은 미용품이라고도 할 수 있다. 생성물은 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 예를 들어 마스크는 얼굴, 예를 들어 눈 아래 또는 턱, 코 또는 이마에 맞도록 설계될 수 있다. 일 실시 예는 미용품으로 사용하기 위한 의료용 생성물을 제공한다. 상기 생성물은 사용자의 피부와 같은 사용자에게 하나 이상의 미용제 (들)를 방출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 미용품은 하나 이상의 미용품 (들)을 포함할 수 있다. 미용제 (들)는 예를 들어 제품에 함침되어, 예를 들어 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 층으로 포함되어 방출되거나 전달될 수 있다. 한 층에 있는 미용제의 함량은 예를 들어 0.1-5 % 범위일 수 있다. 미용제는 치료제에 대해 위에서 설명한 것과 유사하게 제품에 존재하거나 제공될 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 미용적 용도는 본원에 기술된 의학적 용도, 특히 치료제의 투여와 유사할 수 있다. 미용제는 또한 본원에 언급된 것과 같은 피부 질환 또는 장애를 미용적으로 치료하는데 사용될 수 있다. 이러한 미용 제품은 예를 들어 여드름, 여드름 피부, 갈색 스포츠, 주름, 지성 피부, 건성 피부, 노화 피부, 거미 정맥, 태양 홍반, 블랙 서클 등을 치료하는 데 사용될 수 있다. 미용 패치의 예로는 모공 클렌저, 블랙 헤드 리무버, 스트레치 스트라이프, 단기 패치형 마스크, 단기 치료 패치 및 오버나이트 치료 패치와 같은 피부 클렌저가 있다.
미용제의 예로는 비타민 A와 같은 비타민 형태 및 이의 전구체; 예를 들어 레틴 알데히드 (레티날), 레티노 산, 레티닐 팔미테이트(retinyl palmitate) 및 레티닐 레티노에이트(retinyl retinoate)와 같은 레티노이드, 아스코르브 산, 글리콜 산 및 젖산과 같은 알파-하이드록시 산; 글리콜; 생명 공학 제품; 각질 용해제; 아미노산; 항균제; 보습제; 안료; 항산화제; 식물 추출물; 클렌징제 또는 메이크업 리무버; 카페인, 카르니틴, 은행 나무, 말 밤나무와 같은 셀룰라이트 방지제; 컨디셔너; 아로마 테라피제 및 향수와 같은 향료; 요소, 히알루론산, 젖산 및 글리세린과 같은 보습제; 라놀린(lanolin), 트리글리세리드(triglycerides) 및 지방산 에스테르와 같은 완화제; FR 제거제, 단일 항 산소 제거제, 수퍼옥사이드 제거제 또는 과산화수소 제거제, 예를 들어 아스코르브 산 (비타민 C), 글루타티온, 토코페롤 (비타민 E), 카로티노이드, 코엔자임 Q10, 빌리루빈(bilirubin), 리포산, 요산, 효소 모방제, 이데베논(idebenone), 폴리페놀, 셀레늄, 페닐부틸니트론 (PBN), 단백질 메티오닌 그룹, 수퍼옥사이드 디스뮤타제, 카탈라제, 셀레늄 퍼옥시다제(selenium peroxidases), 헴 옥시게나제(heme oxygenases) 등과 같은 스핀 트랩(spin traps) 또는 이들의 조합을 포함한다. 미용제는 수용성 형태, 지용성 형태 또는 에멀젼, 또는 다른 적합한 형태로 존재할 수 있다.
일 실시 예는 피부를 미용적으로 치료하는 방법을 제공하며, 이 방법은 바람직하게는 본원에 기재된 하나 이상의 미용 작용제를 함유하는 의료용 생성물을 피부에 적용하는 것을 포함한다.
치료제 또는 미용제와 같은 유효 또는 활성제를 함유하는 상기 생성물은 나노원섬유 셀룰로오스의 하나 이상의 층을 함유할 수 있다. 상기 제제는 1 층에만 함유되거나, 2 층 이상 함유될 수 있다. 두 개 이상의 층은 또한 각 층에 다른 제제를 포함할 수 있다. 둘 이상의 상이한 제제는 모두 치료제일 수 있거나, 이들은 모두 미용제일 수 있거나, , 예를 들어 제 1 층의 제 1 치료제 및 제 2 층의 제 2 치료제, 제 1 층에 있는 치료제 및 제 2 층에 있는 미용제를 포함하는 치료제 및 미용제일 수 있다. 또한, 어느 층이 피부에 도포될 것인지에 따라 이러한 제제를 함유하지 않는 제 1 층이 제공될 수 있으며, 제 1 층 옆의 제 2 층이 제제를 함유할 수 있다. 대안적으로, 제 1 층은 제제를 함유할 수 있고 제 1 층 옆의 제 2 층은 어떠한 제제도 함유하지 않을 수 있다. 이러한 배치를 통해 예를 들어 상기 제제의 배송 속도 또는 순서를 제어할 수 있다.
본원에서 사용되는 "패치"는 피부에 적용될 수 있는 의료 또는 미용 제품을 의미한다. 패치의 예로는 피부 패치와 경피 패치가 있다. 피부(dermal) 패치 또는 피부(skin) 패치는 피부에 약물을 전달하기 위해 피부에 부착되는 약용 접착 패치이다. 경피 패치는 피부를 통해 혈류로 특정 용량의 약물을 전달하기 위해 피부에 적용되는 약용 접착 패치이다. 일 실시 예에서 이것은 신체의 손상된 부위의 치유를 촉진한다. 패치는 보관 중에 패치를 보호하고 사용 전에 제거되는 릴리스 라이너( release liner), 및 / 또는 패치를 피부에 부착하기 위한 접착제 및 / 또는 외부 환경으로부터 패치를 보호하기 위한 뒷면을 포함할 수 있다. 릴리스 라이너의 예는 글라신(glassine)종이, 고밀도 Kraft 슈퍼 캘린더 종이, 점토 코팅 종이, 실리콘 코팅 종이 및 폴리올레핀(polyolefine) 코팅 종이와 같은 종이 기반 라이너; 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 캐스트 폴리프로필렌(cast polypropylene) 및 폴리비닐 클로라이드와 같은 플라스틱 기반 라이너; 및 여러 필름의 조합을 기반으로 한 복합 재료 라이너가 포함된다. 접착제 층은 예를 들어 감압 접착제 (PSA)를 포함할 수 있다.
일 실시 양태는 일반적으로 밀봉된 포장으로 별도의 포장으로 포장된 본원에 기술된 의료용 생성물 또는 의료용 제품을 제공한다. 일련의 패킹으로 별도의 패킹이 제공될 수 있다. 일반적으로 이러한 포장된 제품은 멸균된 상태로 제공된다.
일 실시 양태는 본원에 기술된 의료용 생성물, 의료용 제품 또는 화장품을 포함하는 키트를 제공하며, 여기서 키트는 포장된 의료 제품 중 하나 이상을 함유할 수 있다. 상기 키트는 또한 사용 전에 제품 (들)을 전처리하기 위한 식염수 등을 포함하는 용기와 같은 다른 재료 또는 장비를 포함할 수 있다.
본원에 기술된 패키지, 키트 등은 서면 및 / 또는 예시된 지침 또는 그러한 지침에 대한 링크 또는 사용 방법 또는 패키지, 키트 등에 포함된 제품의 목적이 무엇인지에 대한 링크를 포함할 수 있다. 상기 지침은 예를 들어 상기 생성물이 의료 또는 미용 용도 또는 목적을 위한 것임을 나타낼 수 있으며, 지침에는 예를 들어 제품을 적용하는 방법, 또는 예를 들어 여기에 설명된 제품 사용 시기에 대한 지침이 포함될 수 있다.
일 실시 예는 환자를 치료하는 방법을 제공하며, 이 방법은 의료용 생성물을 환자의 피부에 적용하는 단계를 포함하며, 이는 인간 또는 동물 환자 일 수 있다. 일 실시 예는 피부 상처 또는 기타 손상 또는 부상을 치료하는 방법을 제공하며, 이 방법은 의료용 생성물을 상처, 손상 또는 부상에 적용하는 것을 포함한다. 일 특정 실시 예는 피부 이식편, 예를 들어 메쉬(mesh) 이식편 또는 전체 두께 이식편과 같은 이식편으로 덮인 피부 상처를 치료하는 방법을 제공하며, 이 방법은 의료용 생성물을 이식편에 적용하는 것을 포함한다.
이식은 자체 혈액 공급을 가져오지 않고 신체의 한 부위에서 다른 부위로 또는 다른 사람에게서 조직을 이동하는 수술 절차를 말한다. 대신 새로운 혈액 공급이 삽입된 후 증가한다. 자가 이식 및 동종 이식은 일반적으로 타인으로 간주되지 않으므로 거부를 유발하지 않는다. 동종 이식 및 이종 이식은 수혜자에 의해 타인으로 인식되고 거부된다.
피부 이식은 종종 상처, 화상, 감염 또는 수술로 인한 피부 손실을 치료하는 데 사용된다. 손상된 피부의 경우 제거하고 새로운 피부를 그 자리에 이식한다. 피부 이식은 필요한 치료 과정과 입원을 줄일 수 있으며, 기능과 외모도 향상시킬 수 있다. 피부 이식에는 두 가지 유형이 있다 : 분할 - 두께 피부 이식 (표피 + 진피의 일부) 및 전체 - 두께 피부 이식 (표피 + 전체 진피 두께).
메쉬 이식편은 배액과 팽창을 허용하기 위해 구멍을 뚫은 피부의 전체 또는 부분 두께 시트이다. 메쉬 이식편은 고르지 않은 표면을 따르기 때문에 신체의 여러 위치에서 유용하다. 그들은 아래 부분 상처 부위에 봉합될 수 있기때문에 과도한 움직임이 있는 위치에 배치될 수 있다. 또한, 이들의 창공은 이식편 아래에 축적될 수 있는 체액 배출구를 제공하여 긴장과 감염 위험을 줄이고 이식편의 혈관화를 개선한다.
임상 시험에서 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 상기 의료용 생성물이 이식편 부위에 부착되어 보호층 역할을한다는 사실이 밝혀졌다. 상기 이식편이 치유됨에 따라 생성물은 이식편과 함께 딱지 모양의 구조를 형성한다. 나노원섬유 셀룰로오스를 포함하는 의료용 생성물의 특성은 치유를 촉진하고, 건조한 딱지가 형성된 막은 정상적인 상처 치유 과정에서 규칙적인 딱지가 작용하는 것과 유사한 방식으로 느슨해진다.
상기 의료용 생성물을 피부에 바르기 전에 상기 생성물은 일반적으로 수성 용액으로 보습하거나 적셔서 전처리될 수 있다. 보습 또는 습윤화는 예를 들어 약 308 mOsm / l의 삼투압을 갖는 0.90 % w / w의 NaCl 용액인 물 또는 규칙적인 생리 식염수를 사용하여 수행될 수 있다. 농도가 다른 식염수와 같은 다른 유형의 수용액도 사용할 수 있다. 재료를 보습하거나 적시면 피부와의 접촉과 재료 시트의 성형성이 향상된다.
본 출원은 또한 본원에 개시된 임의의 의료 응용에서 의료용 생성물로서의 제품의 사용을 제공한다.
세포배양 물질
본원에 개시된 방법을 사용하여 상이한 세포 배양 물질을 제조할 수 있다. 이러한 물질은 다른 방법으로 다른 유형의 세포를 배양하는 데 사용할 수 있다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 세포 배양 또는 전달을 위한 매트릭스 역할을 한다. 상기 나노원섬유 셀룰로오스 물질의 한 가지 장점은 셀룰로오스 나노 섬유의 섬유 네트워크의 치수가 콜라겐 나노 섬유의 천연 ECM 네트워크에 매우 가깝다는 것이다. 또한 셀룰로오스 나노 섬유는 비 - 동물성 소재이므로 질병 전이의 위험이 없다. 현재 대부분의 상업용 제품은 동물에서 분리된다. 현재의 재료를 사용하면 세포를 위한 투명하고 다공성 인 매트릭스를 얻을 수 있으며, 대체 물질에 비해 물질의 대량 생산이 쉽다.
셀룰로오스 나노 섬유의 경우 세포 증식만 세포에 비해 거의 두 배가 될 수 있다. 세포는 NFC 하이드로 겔에서 장시간 (예 : 2 ~ 7 일) 제어할 수 있다. 세포는 셀룰로오스 나노 섬유 매트릭스를 성장 플랫폼으로 사용하고 클러스터를 형성하며, 이는 셀룰로오스 나노 섬유가 3D 세포 배양 스캐 폴드로 유용함을 나타낸다. 세포는 CNF 겔 내에서 층으로 성장할 수 있다. 셀룰로오스 나노 섬유는 형광 배경을 무시할 수 있다. 셀룰로오스 나노 섬유 하이드로 겔은 3D 및 2D 세포 배양 매트릭스로 사용하기에 최적의 탄성, 강성, 전단 응력, 기계적 접착 및 다공성을 가지고 있다. NFC를 포함하는 세포 성장 또는 세포 배양 배지는 세포 유지 및 성장뿐만 아니라 세포 전달에도 사용될 수 있다.
일 실시 양태는 습식 상태의 하이드로 겔 또는 막 형태와 같은 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 세포 배양 또는 세포 전달 조성물, 물질 또는 매트릭스를 제공한다. 세포 배양 또는 세포 전달 물질은 제 1 수분 함량으로 제공될 수 있고, 수성 액체가 물질에 첨가되어 제 2 수분 함량을 수득할 수 있다. 상기 습윤 상태는 제 1 또는 제 2 수분 함량을 의미할 수있다. 제 2 수분 함량은 세포 배양 또는 세포 전달 조성물이 사용하는 동안, 예컨대 세포 배양 또는 전달 동안 갖는 수분 함량일 수 있다. 제 1 수분 함량은 20 % 미만의 수분 함량과 같은 본원에 기술된 생성물 또는 물질의 수분 함량일 수 있다. 제 2 수분 함량은 하이드로 겔로 간주될 수 있는 50 % 이상, 60 % 이상 또는 70 % 이상과 같은 30 % 이상의 수분 함량일 수있다. 첨가된 수성 액체는 세포 배양 배지일 수 있다. 상기 세포 배양 배지는 세포 배양에 사용되는 수성 배지이다.
상기 세포 배양 또는 세포 전달 물질은 막 형태 또는 별도의 몸체 형태 일 수 있다. 상기 세포는 막의 표면, 예를 들어 첫 번째 위치에서 배양될 수 있다. 그 후 막은 예를 들어 환자일 수 있는 다른 위치로 옮겨질 수 있다. 예를 들어, 특정 세포는 상처 또는 피부와 같은 다른 손상된 조직에 투여 될 수 있다. 또한 별도의 본체를 유사한 방식으로 사용할 수 있다.
일 실시 양태는 살아있는 세포 및 하이드로 겔을 형성하는 세포 배양 또는 세포 전달 물질을 포함하는 세포 배양 또는 세포 전달 물질을 제공한다. 상기 세포 배양 또는 세포 전달 물질은 세포와 함께 세포 배양 매트릭스를 형성한다. 상기 세포는 3 차원 또는 2 차원 배열로 물질에 존재할 수 있다. 상기 세포는 동물 또는 인간 세포, 예를 들어 줄기 세포와 같은 진핵 또는 원핵 세포일 수 있다.
일 실시 양태는 세포 배양 또는 세포 전달 물질을 제조하는 방법, 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제공하는 단계, 및 물과 같은 수성 액체와 혼합하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 상기 물질을 포함하는 혼합물이 수득된다. 상기 혼합물은 약제, 성장 인자, 영양제, pH 조절제 등과 같은 하나 이상의 보조제와 추가로 조합 및 / 또는 혼합될 수 있다.
일 실시 양태는 세포 배양 물질로부터 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제거하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
- 세포를 포함하는 세포 배양 물질을 제공하는 단계;
- 상기 세포 배양 물질을 수성 또는 비 수성 액체로 희석하는 단계;
- 선택적으로 세포 배양 물질을 원심 분리하여 세포 및 세포 응집체를 침전시키는 단계;
- 예를 들어 디캔테이션(decantation)에 의해 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제거하는 단계를 포함한다.
일 실시 양태는 세포 배양 물질로부터 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제거하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
- 세포를 포함하는 세포 배양 물질을 제공히는 단계;
- 상기 나노원섬유 셀룰로오스 물질을 분해할 수있는 효소와 세포 배양 물질을 접촉시키는 단계;
- 선택적으로 세포 배양 물질을 원심 분리하여 세포 및 세포 응집체를 침전시키는 단계;
- 예를 들어 디캔테이션에 의해 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 제거하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 제거될 나노원섬유 셀룰로오스 생성물은 효소적으로 분해되어 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 대부분 분해된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 수득한다.
일 실시 양태는 시험 관내 세포를 유지하기 위한 배지 또는 배지 화합물로서 실험실 및 / 또는 산업 목적을 위한 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물 또는 물질의 미생물학적 용도를 제공한다.
일 실시 양태는 세포 배양 방법을 제공하며, 상기 방법은
- 세포를 제공하는 단계;
- 매트릭스를 형성하기 위해 세포를 세포 배양 또는 세포 전달 물질과 접촉시키는 단계;
- 예를 들어 3 차원 또는 2 차원 배열로 상기 매트릭스 내에서와 같이 세포 배양 또는 세포 전달 물질에서 세포를 배양하는 단계를 포함한다.
일 실시 양태는 수성 배지에 현탁된 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 수성 배지 및 하이드로 겔 바디를 포함하는 세포 배양을 위한 3 차원 불연속 엔티티를 제공한다. 상기 수성 배지는 미분화, 분화 또는 분화 세포 성장을 유지하는 데 필요한 적어도 하나의 영양원 및 적어도 하나의 성분을 포함하는 세포 배양 배지일 수 있다. 일 실시 양태에서 하이드로 겔 바디는 상호 연결된다. 하이드로 겔 바디는 1-90 %, 특히 1-50 % 또는 1-20 % 범위의 수분 함량을 가질 수 있다. 상기 물질이 고도로 탈수된 경우, 0 ~ 20 %, 0 ~ 10 % 또는 1 ~ 10 % 범위의 수분 함량을 가질 수 있으며, 하이드로 겔 바디 대신 나노원섬유 셀룰로오스 바디로 제공될 수 있다.
일 실시 양태에서 3 차원 불연속 엔티티의 총 부피로부터의 하이드로 겔 바디의 총 부피는 50-95 % (v / v)와 같은 10-99 % (v / v) 범위이다.
3 차원 불연속 엔티티의 항복 응력은 동일한 조건에서 해당 연속 하이드로 겔의 항복 응력보다 낮다 (예 : 동일한 조건에서 해당 연속 하이드로 겔 항복 응력의 1-95 %).
일 실시 양태는 세포 배양을 위한 3 차원 불연속 엔티티를 제조하는 방법이 다음을 포함하는 불연속적인 3 차원 개체 및 이를 생산하는 방법을 제공한다.
- 상기 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 다음과 같은 형태로 제공하는 단계
i) 균질한 하이드로 겔;
ii) 균질한 하이드로 겔과 수성 매질의 조합; 및 / 또는
iii) 탈수된 겔 바디 또는 수성 매질에서 수화된 건조 과립화된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물; 및
- 3 차원 불연속 엔티티로서 하이드로 겔 바디의 현탁액을 수득하기 위해 상기 하이드로 겔의 균질한 구조의 기계적 파괴를 선호하는 조건에서 혼합하는 단계.
일 실시 양태는 세포 배양 매트릭스를 제공한다. 일 실시 양태는 본원에 개시된 세포 배양 물질을 제공하고, 세포를 제공하고, 수성 세포 배양 배지를 제공하고, 이들을 혼합하여 세포 배양 물을 수득하는 단계를 포함하는, 세포 배양 및 세포 배양을 준비하는 방법을 제공한다.
일 실시 양태는 다음을 포함하는 물품 및 물품의 세포 배양용 물품을 제공한다.
- 표면을 갖는 기판;
- 수성 매질을 포함하는 3 차원 불연속 실체 및 수성 매질에 현탁된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 하이드로 겔 바디, 또는 수성 매질을 포함하는 3 차원 불연속 엔티티 및 탈수된 형태로 수성 매질에 현탁된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 하이드로 겔 바디;
- 및 임의로 세포 배양 배지, 세포 외 기질 성분, 혈청, 성장 인자, 단백질, 항생제, 방부제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분. 3 차원 불연속 엔티티를 포함하는 물품은 세포 배양 병, 플레이트 및 접시, 다중 벽 배양 플레이트, 마이크로 타이 터 플레이트, 고 처리량 플레이트 등과 같은 세포 배양에 적합한 임의의 물품일 수 있다. 바람직하게는, 상기 물품은 세포 배양 등급이다.
일 실시 양태는 세포 또는 조직을 배양하기 위해 상기 3 차원 불연속 엔티티의 사용을 제공한다.
일 실시 양태는 본원에 개시된 바와 같은 3 차원 불연속 엔티티에서 세포를 수송하는 단계를 포함하는 세포 수송 방법을 제공한다.
일 실시 양태는 3 차원 불연속 엔티티를 제공하는 단계, 적어도 하나의 세포에 3 차원 불연속 개체를 접종하는 단계; 및 세포 덩어리를 수득하기 위해 배양하는 단계를 포함하는 세포 또는 조직의 3 차원 또는 2 차원 배양을 위한 방법을 제공한다.
일 실시 양태는 제 1 용기는 건조 분말, 농축 과립 또는 농축 하이드로 겔 본체와 같은 탈수 형태의 3 차원 불연속 엔티티 또는 3 차원 불연속 엔티티를 포함하고, 제 2 용기는 셀룰라아제를 포함하는 제 1 및 제 2 용기를 포함하는 키트를 제공한다.
용어 "3 차원 불연속 엔티티"는 3 차원 불연속 구조를 갖는 시스템을 지칭한다. 상기 엔티티는 수성 매질 및 수성 매질에 현탁된 셀룰로오스 나노원섬유 및 / 또는 이의 유도체를 포함하는 하이드로 겔 바디를 포함한다.
"불연속적인"은 엔티티의 이종 구조 또는 실체 내의 물리적 연속성의 중단, 예를 들어 하이드로 겔 바디에 의한 수성 매질의 중단 또는 수성 매질에 의한 하이드로 겔 바디 내 및 / 또는 사이의 중단을 의미한다. 일반적으로 불연속 물질은 부분적으로 분리된 바디, 도메인, 과립, 입자 등을 포함하는 복수의 분리된 것을 포함할 수 있으며, 실질적으로 구형, 타원형 등 또는 고르지 않은 모양을 가질 수 있다. 복수의 바디, 도메인, 과립, 입자 등도 부분적으로 상호 연결될 수 있다.
"하이드로 겔 바디" 및 "하이드로 겔 도메인"은 하이드로 겔의 분취량, 분할, 도메인, 분획, 일부 또는 용량을 의미한다. 하이드로 겔 바디는 잘 정의된, 무한한, 대칭 또는 비대칭 모양을 가질 수 있다.
3 차원 불연속 엔티티 또는 하이드로 겔 바디와 관련하여 사용될 때 "현탁" 또는 "현탁액"은 수성 매질 및 하이드로 겔의 불균일 혼합물을 지칭하며, 여기서 하이드로 겔은 별개의 및 / 또는 상호 연결된 하이드로 겔 바디로 존재할 수 있다.
하이드로 겔 바디와 관련하여 사용될 때 "상호 연결된" 및 "상호 연결"은 하이드로 겔 바디가 서로 접촉하는 시스템을 의미한다. 상기 접촉은 하이드로 겔 바디 사이의 직접적인 연결이거나 하이드로 겔 바디가 느슨하게 연결될 수 있다. 하이드로 겔의 균질한 구조가 파손된 경우, 즉 혼합에 의해 생성된 불연속 구조는 크기와 형태가 다른 하이드로 겔 바디를 특징으로 한다. 상기 생성된 시스템은 상호 연결된 겔 바디 사이의 수성 공동을 포함 할 수 있거나 느슨하게 연결된 하이드로 겔 바디는 서로 접촉하는 수성 매질에서 "부유"할 수 있다. 하이드로 겔 바디는 예를 들어 시스템에 존재하는 세포 또는 기타 구성 요소와 같이 간접적으로 연결될 수 있다.
용어 "세포 배양 매트릭스"는 세포 및 / 또는 조직 및 3 차원 불연속 엔티티를 포함하는 시스템을 지칭하며, 상기 세포 및 / 또는 조직은 3 차원 또는 2 차원 배열로 상기 개체에 적어도 부분적으로 매립되어 존재한다. 세포 배양과 관련하여 3 차원 및 2 차원은 세포가 배열되는 방식을 나타낸다. 예를 들어 3D는 클러스터 또는 스페로이드(spheroids) 형 배열을 나타내고 2D는 단일 또는 층 배열을 나타낼 수 있다.
용어 "세포 배양" 또는 "세포의 배양"은 세포 또는 조직의 유지, 수송, 단리, 배양, 증식, 계대 및 / 또는 분화를 지칭한다. 세포는 개별 세포, 단층, 세포 클러스터 또는 스페로이드와 같은 임의의 배열 또는 조직으로 존재할 수 있다.
용어 "세포 배양 매트릭스"는 조직의 하부 구조를 모방하기 위해 세포의 부착을 위해 이용 가능한 부착 표면을 증가시키는 세포 배양 및 성장 매트릭스를 제공하도록 구성된 물질을 지칭한다.
용어 "세포 배양용 물품"은 6, 12, 96, 384 및 1536 웰 플레이트, 병, 페트리 접시, 플라스크, 다층 플라스크와 같은 단일 및 다중 웰 플레이트, 비커, 플레이트, 롤러 병, 슬라이드 (예 : 챔버 및 다중 챔버 배양 슬라이드, 튜브, 커버 슬립, 백, 멤브레인, 중공 섬유, 비드 및 마이크로 캐리어, 컵, 스피너 병, 관류 챔버, 주사기, 생물 반응기 및 발효기)를 포함하는 세포 배양에 적합한 임의의 물품을 의미한다.
"탈수된 형태"는 물질의 일부 (반드시 전부는 아님)가 해당 물질에서 제거되는 물질의 형태를 의미한다. 따라서 탈수라는 용어는 예를 들어 농축 슬러리(slurries), 과립, 플레이크 및 분말을 포함한다. 상기 탈수된 물질은 0-80 %, 0-50 %, 1-50 %, 1-40 %, 1-30 %, 1-20 %, 10-50 %, 10-40 %, 10-30 % 또는 1-10 % 와 같이 0-90 % 범위의 수분 함량을 가질 수 있다.
용어 "키트"는 3 차원 불연속적 엔티티 또는 이를 이용한 세포 배양을 위한 물품의 방법, 분석 또는 조작을 용이하게 하는 물품 또는 용기의 조합을 지칭한다. 키트에는 키트 사용 방법을 설명하는 지침 (예 : 본 발명의 방법을 설명하는 지침), 카트리지, 혼합 스테이션, 화학 시약 및 기타 구성 요소가 포함될 수 있다. 키트 구성 요소는 선적, 보관 또는 사용을 위해 하나의 용기 (예 : 상자, 포장 등)에 함께 포장될 수 있거나 두 개 이상의 용기에 포장될 수 있다.
3 차원 불연속적 엔티티, 세포 배양 매트릭스 또는 물품은 영양소, 완충제, pH 지표, 세포 외 매트릭스 성분, 혈청, 성장 인자, 항생제, 보존제 및 단백질로 구성된 군에서 선택된 적합한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
3 차원 불연속 에티티를 포함하는 상기 겔 바디의 분획 부피는 3 차원 불연속 엔티티의 총 부피의 50 % 와 99 % 사이에서 변할 수 있으며, 따라서 국부 CNF 농도는 총 엔티티의 농도보다 높거나 낮을 수 있다. 겔 바디의 분획 부피는 예를 들어 50 %, 51 %, 52 %, 53 %, 54 %, 55 %, 56 %, 57 %, 58 %, 59 %, 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 %, 76 %, 77 %, 78 %, 79 % , 80 %, 81 %, 82 %, 83 %, 84 %, 85 %, 86 %, 87 %, 88 %, 89 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 % 일 수 있다. 겔 바디 상기 분획은 예를 들어 쉽게 즉, 현미경 검사 또는 침전 분석에 의해 정성적으로 결정될 수 있다.
본 3 차원 불연속적 엔티티 및 세포 배양 물질 또는 물품을 사용하여 임의의 세포를 배양할 수 있다. 동물 세포(예: 포유류 세포, 식물 세포, 조류 및 진균 세포)와 같은 진핵 세포는 박테리아 세포와 같은 원핵 세포뿐만 아니라 3 차원 불연속 엔티티 및 물품을 사용하여 성장할 수 있다. 상기 세포는 임의의 정상 또는 비정상 조직 유형의 인간 1 차 세포, 임의 조직 유형의 인간 2 차 세포주, 인간 불멸화 세포주 및 1 차 종양 또는 전이성 종양의 인간 암세포 일 수 있다. 상기 세포는 배아 줄기 세포, 비인간 배아 줄기 세포, 유도된 다능성 줄기 세포, 체세포 다능성 줄기 세포, 체세포 다능성 줄기 세포, 조직 특이적 줄기 세포, 간엽 줄기 세포, 또는 전구 세포, 신경 줄기 세포, 간 줄기 세포 또는 내피 줄기 세포를 포함하는 다능성(pluripotent), 다능성(multipotent), 과능성(oligopotent) 또는 단능성(unipotent) 세포와 같은 임의의 미분화 세포일 수 있다. 본 3 차원 불연속적 엔티티 또는 물품을 사용하여 배양하기에 적합한 세포는 인간 또는 비인간 ESC이다. 인간 또는 비인간 iPSC도 적합하다. 한 측면에서 본 발명에 따른 상기 생성물에 사용되는 세포는 일반인이 이용할 수 있는 확립된 hES 세포주로부터 유래되거나 배타적으로 상기 제품이 유래된 인간 배아의 파괴를 포함하지 않는 방법에 의해 수득되는 임의의 줄기 세포이다. 한 측면에서, 기원이 다른 하나 이상의 세포 유형이 공동 배양으로 배양된다.
3 차원 불연속적 엔티티, 물품, 재료 및 방법은 오랜 시간 동안 세포 배양을 제공한다. 미분화 세포가 배양되면 세포 덩어리의 다능성(pluripotency)이 유지되는 동안 여러 번 증식 및 계대될 수 있다. 이것은 다능성 세포 질량을 즉, 치료를 위해 더 많은 양으로 증가시킬 수 있다.
본 3 차원 불연속적 엔티티, 재료, 물품 및 방법을 사용하여 배양된 세포는 운송 전에 세포를 동결할 필요없이 배양 시스템 또는 물품으로 운송될 수 있다. 본 시스템 및 응용에서 배양된 세포는 예를 들어 3 차원 불연속적 개체, 물질 또는 물품에서 배양한 후 직접 수송될 수 있으며, 즉, + 37 ℃ 에서 추가 단계없이 운송에 사용된 것과 동일한 시스템 및 장치를 사용하여 운송된 세포의 배양을 계속할 수 있다. 상기 운반된 세포는 매트릭스에서 수확할 수 있으며, 배양은 2D 또는 3D 배양으로 계속할 수 있다.
상기 세포주 및 배양된 세포의 용도에 따라 2D 또는 3D 배양이 가능하다. 상기 세포는 3 차원 불연속적인 엔티티 또는 물품에 분산되거나 접종되어 하이드로 겔 바디에서 세포의 2D 또는 3D 성장과 하이드로 겔 바디 내부의 배양된 세포의 세포 증식 및 세포 외 구조의 침투를 허용한다.
셀룰로오스 나노 섬유의 제거는 예를 들어 하나 이상의 효소, 예를 들어 셀룰로오스 분자의 부분 또는 전체 분해에 필요한 일부 또는 모든 효소뿐만 아니라 헤미셀룰로오스와 같은 다른 목재 유래 성분을 포함하는 효소 혼합물로 수행될 수 있다. 상기 효소의 예는 엑소글루카나제(exoglucanases)와 같은 엑소셀룰라제(exocellulases) 및 엔도글루카나제(endoglucanases)와 같은 엔도셀룰라제(endocellulases)를 포함한다. 추가적인 실시 예에는 해당 NFC 용으로 설계된 효소 혼합물과 시판중인 셀룰라아제 - 헤미셀룰라아제 제제가 포함된다. 상기 혼합물의 상기 조성은 NFC 생산에 사용되는 원료의 화학적 조성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 자작 나무 펄프가 NFC의 생산에 사용되는 경우, 혼합물은 적어도 온전한 엔도 - 및 엑소셀룰라 제 또는 그의 일부, 엔도 - 자일라나제(xylanases) 및 13 - D - 글리코시다제(glycosidases) 및 13 - D - 자일로시다제(xylosidases)를 포함한다. 침엽수 유래 NFC의 가수 분해를 위해 혼합물은 적어도 엔도만나제(endomannanases) 및 13 - D - 만노시다제(mannosidases)로 보충되어야 한다. 정제된 효소 성분에서 풀링된 설계 혼합물의 이점은 부가적인 단백질 또는 기타 원치 않는 성분 (예 : 사이드 활동, 배양 유기체의 파편 또는 배양액의 잔류물)을 포함하지 않는다는 것이다. 특히 유해한 것은 제제에 프로테아제가 포함되어 있어 배양된 세포 표면을 공격할 수 있다는 것이다. 식물 기반 물질의 전체 가수 분해를 위해 지정된 상업적 효소 혼합물도 NFC의 가수 분해에 사용될 수 있지만, 더 바람직하게는 겔 여과 또는 투석과 같은 적어도 크루드(crude) 정제 단계 후에 사용할 수 있다. 효소 제제 (설계 또는 상업적 혼합물)에 관계없이 성분은 예를 들어 pH, 온도 및 이온 강도와 관련하여 NFC를 최적으로 가수 분해할 수 있도록 선택된다. 산성 pH 값 (pH 3.5-5) 또는 염기성 pH 값 (pH 6-8) 및 실온에서 최대 60-80 ℃ 의 온도에서 작용하는 상업적 준비가 가능하다. 매우 자주, 세포는 37 ℃ 에서 성장하는데, 이는 대부분의 셀룰라제와 헤미셀룰라제에 최적 온도이다. 상기 배양된 세포주는 또한 필요한 효소 단백질 (들)을 배양 시스템으로 생산하기 위해 유전적으로 조작될 수 있다.
3 차원 불연속적 엔티티는 상기 나노원섬유 셀룰로스 생성물을 제 1 수성 매질에 제공하여 하이드로 겔을 제공하고, 상기 하이드로 겔을 제 2 수성 매질과 혼합하여 제 2 수성 매질에서 하이드로 겔 바디의 현탁액을 수득하는 단계를 포함하는 방법에 의해 수득될 수 있다. 제 1 및 제 2 수성 매질은 동일한 매질 유형일 수 있지만, 또한 상이할 수 있으며, 제 1 매질은예를 들어 물 및 두 번째 세포 배양 배지일 수 있다. 상기 3 차원 불연속적 엔티티는 하이드로 겔 바디의 현탁액을 얻기 위해 농축된 하이드로 겔 또는 건조 셀룰로오스 나노원섬유를 과립화하여 과립을 수득하고, 수성 매질에서 과립을 수화하고, 수화된 과립을 혼합하고, 임의로 수성 매질을 첨가하여,농축된 셀룰로오스 나노원섬유 하이드로 겔 또는 건조 셀룰로오스 나노원섬유로도 만들 수 있다. 상기 하이드로 겔의 불연속 구조는 예를 들어 간단한 현미경 분석 또는 항복 응력 측정 및 해당 NFC 농도를 갖는 균질 하이드로 겔과의 비교에 의해 확인할 수 있다.
불연속 겔 구조는 농축된 (예 : 10-30 % w / w) 또는 심지어 건식 셀룰로오스 나노원섬유 생성물로도 만들 수 있다. 건조하거나 농축된 재료를 사용하는 경우 먼저 샘플을 적절한 크기 (예 : 0.1-2 mm)로 과립화하고 물 또는 세포 배양 배지에서 수화한 다음 적절한 방법을 사용하여 연속 또는 불연속 형태로 활성화한다. 평균 직경이 2 ~ 20 마이크로미터 범위인 분무 건조된 입자도 출발 물질로 사용할 수 있다. 이러한 종류의 불연속 젤에서 제어된 다공성은 입자 크기와 총 농도, 즉 팽창된 젤 도메인 또는 젤 바디 사이의 거리에 따라 다르다.
본원에 기재된 상기 생성물은 하나 이상의 생성물을 포함하는 포장에 포장 된 상태로 제공될 수 있다. 예를 들어 제품을 오염되지 않은 상태로 유지하고, 제품이 건조된 상태로 제공되거나 특정 수분 함량으로 제공되는 경우, 수분 함량을 유지하기 위해 제품을 밀봉된 포장으로 포장할 수 있다. 건조 또는 탈수 상태로 제공된 생성물을 사용하는 경우, 사용하기 전에 원하는 수분 함량으로 보습할 수 있다.
[실시예]
실시예 1 : 확산 - 지원 브리징(bridging)
필름은 화학적 펄프와 촉매 산화된 NFC의 혼합물로 만들어졌다. 상기 필름은 필름에 원래 존재하는 나트륨 이온을 2가 금속 양이온으로 교환하기 위해 CaCl2 및 MgCl2 용액에 담근 지지체 위에 준비되었다. 특정 이론에 구속되지 않고, 음이온 펄프 섬유와 원섬유 네트워크 사이의 정전기 결합이 내부 결합을 촉진하여 필름 특성에 긍정적으로 반영될 것이라고 가정했다. 습식 필름을 수성 CaCl2 또는 MgCl2에 담그면 시간이 지남에 따라 필름이 고형화되었다. 고형화된 필름을 과량의 염으로 건조하면 탄력 있고 피부와 같은 물질이 형성되었다. 물에 재습윤하고 재료를 재건조하면 2가 양이온 염없이 제조된 필름에 비해 기계적 특성이 향상된 종이와 같은 필름이 생성되었다. 분획 단면의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미징은 2가 양이온에 의해 증가된 내부 필름 강도를 지원한다.
재료
건조되지 않은 (ND) 및 건조되고 표백된 경목 (자작 나무) 크래프트 펄프 (BHKP)는 핀란드 펄프 공장에서 수득되었으며 추가 처리없이 사용되었다. BHKP를 실험실에서 열처리하여 맞춤형 섬유 특성을 가진 HT BHKP를 생산했다 (표 1). 산화된 NFC는 Saito, T., Kimura, S., Nishiyama, Y. & Isogai, A. 천연 셀룰로오스의 TEMPO 매개 산화에 의해 제조된 셀룰로오스 나노 섬유, Biomacromolecules 8, 2485-2491 (2007). 에 기재된 바와 같이 BHKP로 제조되었다. 경목 셀룰로오스는 2,2,6,6 - 테트라메틸피페리딘(tetramethylpiperidine) -1- 옥실 라디칼(oxyl radical) (TEMPO) 매개 시스템에 의해 산화되었으며, 물에 분산된 고 결정성 및 개별화된 셀룰로오스 나노 섬유는 산화된 셀룰로오스 / 물 슬러리의 기계적 처리에 의해 제조되었다.
NFC의 상기 카르복실레이트 함량은 0.8 mmol / g 이었다. 상기 NFC는 2.5 % 농도에서 pH 5.5에서 Na+ 형태로 저장되었다. 원섬유의 평균 폭은 투과 전자 현미경으로 측정된 약 7 nm 였다. 염화 마그네슘 (MgCl2)과 염화 칼슘 (CaCl2)은 Sigma-Aldrich에서 구입하여 받은대로 사용했다.
건조되지 않은 BHKP (ND BHKP), BHKP 및 열처리된 BHKP (HT BHKP) 샘플의 섬유 특성.
펄프 (Pulp) 섬유 길이
(Fiber length) (mm) 		컬 인덱스
(Curl index) (%) 		꼬임
(Kinks) (m -1 )
ND BHKP 1.09 8.7 550
BHKP 1.05 10.9 810
HT BHKP 0.91 41.3 4160
나노원섬유 셀룰로오스 필름의 제조
산화된 NFC (15 g), 펄프 (15 g의 ND BHKP, BHKP 또는 HT BHKP) 및 물의 혼합물을 Ultra Turrax 믹서 (D125 Basic, IKA)를 사용하여 3 % 전체 농도로 20 분 동안 균질화하여 하이드로 겔의 균일한 결과를 수득했다. 그런 다음 25 g 셀룰로오스 하이드로 겔을 막대 코팅 설정에 의해 테플론 몰드 (60 mm x 140 mm) 위에 적용했다. 상기 몰드를 3 시간 동안 부드럽게 혼합된 0.3 M 염 용액 (MgCl2 또는 CaCl2)의 1000 ml 수조로 옮겼다. 시간이 지남에 따라 하이드로 겔이 고형화되고 필름이 지지체에서 분리되었다. 그 다음 상기 고체 필름을 수조 (1000ml)로 옮기고 15 분 또는 1 시간 동안 부드럽게 혼합하여 과량의 염을 제거했다. 상기 필름을 23 ℃ 및 50 % 상대 습도 (RH)에서 24 시간 동안 건조시켰다. 상기 공기 건조 필름을 15 분 또는 1 시간 동안 수조에 다시 담근 후 23 ℃ 및 50 % RH에서 건조를 반복했다.
분석
금속 함량 (Ca, Mg, Na) 분석을 위해 150 mg의 필름 샘플을 테프론 용기에서 10 ml 질산과 혼합했다. 상기 용기를 200 ℃ 에서 1 시간 동안 마이크로파 오븐 (Milestone, Ethos)에서 가열했다. 상기 용기를 냉각한 후, 샘플을 Milli-Q 물 50 ml로 희석했다. 상기 나트륨 함량은 F-AAS (AA240, Varian)를 사용하여 결정되었다. 상기 칼슘 및 마그네슘 함량은 ICP-OES (DV7100, Perkin Elmer)로 분석되었다.
상기 필름의 인장 시험은 게이지 길이가 40 mm 인 50 N 로드 셀(load cell)이 장착된 Instron 4204 Universal Tensile Tester를 사용하여 23 ℃ 및 50 % RH에서 수행되었다. 크로스 - 헤드(cross-head) 속도의 상기 속도는 1mm / min 이다. 상기 필름 시편은 10mm x 50mm 크기였으며 기계적 시험 전에 23 ℃ 및 50 % RH에서 최소 3 시간 동안 평형을 유지했다. 상기 필름 두께는 종이와 보드의 두께에 관한 국제 표준 (ISO 534)에 따라 낮고 일정한 압력에서 두께 게이지로 측정되었다. 상기 필름 밀도는 23 ℃ 및 50 % RH에서 컨디셔닝한 후 건조 필름의 실제 치수와 무게로부터 계산되었다. 이 겉보기 밀도 측정은 각 샘플에 대해 최소 3 회 반복되었다. 컨디셔닝된 필름의 수분 함량은 100 ℃ 에서 3 시간 동안 가열하기 전후의 중량으로부터 계산되었다.
SEM은 10,300 x 및 35,490 x 배율 (Sigma VP Field-Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM. Zeiss)의 필름 이미징에 적용되었다. HT BHKP / 원섬유 셀룰로오스의 습식 필름을 필름의 동결 건조 전에 0.3 M MgCl2 또는 0.3 M CaCl2 용액에 3 시간 동안 침지시켰다. 해당 필름은 물에 담그고 공기 중에서 건조시킨 후에도 이미지화 되었다. 이 경우 건조 필름을 액체 질소에 담그고 파열하여 필름의 내부 구조를 드러냈다. 상기 작동 전압은 3kV이고 상기 작동 거리는 약 2.5 mm 이다. 이미징 전에 샘플을 금과 팔라듐(palladium)으로 스퍼터링(sputtered) 했다.
결과 및 토론
2가 양이온으로 산화된 NFC 및 펄프의 습식 필름을 고정하는 원리는 도면 1에 나와 있다. NFC (Na+ 형태)와 펄프의 균질한 현탁액을 먼저 지지체에 뿌린 다음 CaCl2 또는 MgCl2와 같은 2가 금속염의 수용액에 담근다. NFC / 펄프의 나트륨 반대 이온은 음이온성 NFC / 펄프에서 2가 양이온의 결합을 선호하는 확산, 이온 교환 및 Donnan 효과의 작용에 의해 Ca2+ 또는 Mg2+ 로 대체된다. 2가 양이온은 원섬유와 섬유 사이의 카복실레이트 그룹을 연결하여 필름 두께에 걸친 확산을 완료하는 데 필요한 시간 내에 필름의 응고를 유도한다. 그런 다음 순수한 물에서 확산시켜 습식 필름에서 과량의 염을 제거한다.
지지대의 젖은 NFC / 펄프 필름을 물에 담그면, NFC / 펄프 혼합물이 분산되었다. 반대로 수성 CaCl2 또는 MgCl2에 담그면 즉시 필름이 고형화되기 시작했다. 일반적으로 필름 두께 및 염 용액의 농도와 같은 여러 요인에 따라 응고를 완료하는 데 1 ~ 3 시간이 필요했다. 수중에서의 두 번째 처리는 습하고 응고된 필름의 외관을 바꾸지 않았다. 상기 필름을 공기 중에서 건조하면 촉촉하고 탄력 있고 피부와 같은 물질이 남았다. 일반적으로 글리세롤 또는 기타 폴리알코올과 같은 연화제는 NFC / 펄프 필름과 유사한 탄성을 제공할 수 있다. 분명히 일부 염화물은 필름을 재 습윤화하고 재 건조하여 필름을 더 건조하고 종이처럼 만들었기 때문에 구조에 여전히 존재했다. 상기 재 습윤 후 CaCl2 처리된 필름의 칼슘 함량은 카르복실레이트 함량 ca. 450 mmol / kg 과 비교하여, Ca2+와 카르복실레이트 그룹 사이의 1 : 2 화학양론적 비율에 근접한 160-230 mmol / kg 이었다 (표 2). 반대로, 두 번째로 물에 담그면 대부분의 Mg2+ (MgCl2 처리된 필름)와 Na+ (처리되지 않은 필름)가 필름에서 제거되었다.
과 수분에서 1 시간 처리 후 NFC / 펄프 필름의 금속 함량.
펄프 (Pulp) Na (mmol/kg) Ca (mmol/kg) Mg (mmol/kg)
ND BHKP (Na+) 13 - -
ND BHKP (Ca2+) 5 160 -
ND BHKP (Mg2+) 5 - 50
BHKP (Na+) 9 - -
BHKP (Ca2+) 5 180 -
BHKP (Mg2+) 6 - 50
HT BHKP (Na+) 14 - -
HT BHKP (Ca2+) 6 230 -
HT BHKP (Mg2+) 6 - 60
상기 처리된 NFC / 펄프의 금속 양이온의 결합은 원래 카르복실레이트 함량, 이온 교환 및 세척 절차, 금속 카르복실레이트 상호 작용의 강도와 같은 여러 요인에 따라 달라진다. C6- 카복실 그룹의 pKa 값은 2.8-3.7이므로 적용된 pH 5.5에서 대부분의 카복실 그룹이 해리되어 금속 양이온 (Na+, Ca2+ 또는 Mg2+)과 결합되었다. 한편, 표 2의 데이터에서 알 수 있듯이, 과량의 물에 필름을 담그면 사용된 금속염에 따라 평형이 이동하여 해리되지 않은 카르복실 산 형태를 선호한다. 산화된 나노원섬유 셀룰로오스에 대한 Ca2+의 수착은 수성 질산 (HNO3) 또는 수성 질산 나트륨 (NaNO3)에 담근 후 Mg2+보다 강하다.
Na+ 형태의 습식 NFC / 펄프 필름의 동결 건조 및 후속 SEM 이미징은 NFC의 전형적인 다공성, 원섬유 및 막 유형 구조를 시각화했다 (도 2a). 이러한 구조는 거의 보이지 않는 펄프 섬유의 이미지를 차지했다. 대조적으로, 상기 필름이 수성 CaCl2 또는 MgCl2에서 응고된 직후 동결 건조되었을 때, 펄프 섬유가 이미지를 차지했다 (도 2b 및 c). 분명히 NFC는 이 경우 다공성 네트워크를 형성하는 펄프 섬유의 표면에 부착되었다.
또 다른 세트의 SEM 이미지는 물에 담그고 건조, 재 습윤 및 재건 한 후 응고된 NFC / 펄프 필름에서 수집되었다 (도 3). 상기 필름을 동결 분획시키고 필름의 단면을 나타내는 파 단면에서 이미지를 촬영했다. Ca2+ 및 Mg2+ 형태의 필름 단면은 0.5 μm 두께의 수평 라멜라가 반복되는 통합 구조를 나타낸다 (도 3b 및 c). 파 단면에서 섬유 분리가 관찰되지 않았다. 대조적으로, Na+ 형태의 필름은 더 낮은 내부 강도를 보여주는 동결 분획 동안 분명히 박리되었다 (도 3a). 이 경우 Na+ 형태의 온전한 필름이 Ca2+ 및 Mg2+ 형태의 필름보다 평균적으로 밀도가 높았지만, 개별 섬유가 파 단면에서 보였다 (표 3). 상기 건조하는 동안 측면 치수가 거의 일정하게 유지되었기 때문에 시트의 통합은 수직방향으로만 발생했다.
밀도가 낮을 뿐만 아니라, Ca2+ 및 Mg2+ 형태의 상기 필름은 Na+ 형태의 필름보다 더 높은 탄성 계수와 인장 지수를 가졌으며 물질의 내부 강도에 대한 2가 양이온의 긍정적인 효과를 다시 보여주었다 (도 4b). CaCl2와 MgCl2로 필름을 처리하면 파단 변형률도 증가했다 (도 4a). 증가는 HT BHKP에서 가장 컸으며, 섬유는 처리되지 않은 크래프트 펄프의 섬유보다 더 단단했다 (표 1). 반대 이온은 필름 특성 테스트에 적용된 23 ℃ 및 50 % RH의 일정한 조건에서 시트의 수분 함량에 큰 영향을 미치지 않았다 (표 3). 변형률은 파단 변형률로도 알려진 파단 연신율을 의미하며, 이는 시편 파단 후 변경된 길이와 초기 길이 사이의 비율이다.
23 ℃ 및 50 % RH에서 테스트된 NFC / 펄프 필름의 특성.
펄프
(Pulp) 		인장 지수
(Tensile index) (Nm/g) 		변형률
(Strain)
(%) 		두께
(Thickness) (μm) 		Young’s modulus (GPa) 수분 함량
(Moisture content)
(%) 		밀도
(Density) (g/cm 3 )
ND BHKP (Na+) 44.1±3 1.5±0.07 130±9 6.4±0.5 8.3±1.9 1.01±0.04
ND BHKP (Ca2+) 52.6±1 2.8±0.35 98±3 12.4±1.2 8.5±0.25 0.98±0.04
ND BHKP (Mg2+) 57±4 3.4±0.42 114±8 8.0±0.3 8.0±0 0.97±0.09
BHKP (Na+) 54.6±0.2 2.8 92±5 7.1±0.2 9.0±0 1.07±0.05
BHKP (Ca2+) 56.6±3 3.2±0.21 84±5 9.7±0.6 5.3±0.2 0.95±0.06
BHKP (Mg2+) 62.4±3 3.5±0.28 87±4 10.5±0.11 5.2±0 1.00±0.04
HT BHKP (Na+) 34.5±5 2.6±0.6 124±5 3.3±0.1 8.5±1.9 1.09±0.09
HT BHKP (Ca2+) 53.4±5 4.8±0.8 136±5 4.0±0.6 7.4±0.98 1.04±0.06
HT BHKP (Mg2+) 51.2±0.7 6.0±0.05 167±12 3.3±0.26 8.6±1.49 1.02±0.03
결론
산화된 NFC 및 펄프의 습식 필름의 반대 이온으로서 Na+ 를 Ca2+ 또는 Mg2+ 로 교환하면 습식 및 건식 상태에서 필름의 내부 강도가 증가한다. CaCl2 또는 MgCl2 와 같은 과량의 2가 금속염이 있는 경우, 필름 건조는 탄력있는 피부와 같은 물질을 형성한다. 건조 전에 과도한 염분을 제거하면 종이와 같은 필름이 생성되며 그 특성은 사용되는 펄프의 유형에 따라 달라진다. 컬(Curl) 펄프 섬유는 파단시 높은 연신율을 가진 필름을 제공한다.
실시예 2 : 시간 - 촉발 브리징
이 실시 예는 뭉치(flock) 형성없이 열처리된 표백된 크래프트 경목 펄프 (PCC-HT BKHW)에 침전된 CaCO3를 사용하여 Ca2+ / 산화 NFC를 가교하여 셀룰로오스 필름의 기계적 특성을 개선하는 방법을 제시한다. PCC-HT BKHWP 및 NFC가 포함된 셀룰로오스 젤에 아세트산 무수물 (Ac2O)을 첨가하여 얇은 시트를 생산할 수 있다. 이 절차에서 Ac2O를 첨가하면 산 가수 분해를 통해 pH가 7.3에서 4.8로 감소하고 Ca2+ 양이온이 방출된다. 결과적으로 유리 칼슘 양이온은 NFC의 카르복실기와 결합하여 종이와 같은 필름을 형성할 수 있다. 산 가수 분해 과정에서 바람직하지 않은 무리의 형성을 방지하여 공정을 가속화하고 산업 규모에 적합하게 만들 수 있었다. 인장 특성을 측정한 결과, NFC 및 PCC-HT BKHWP 비율이 다른 셀룰로오스 겔에 Ac2O를 첨가하면 인장 지수와 파단 변형률이 증가하는 것으로 나타났다. 이 접근법은 섬유 네트워크에서 Ca2+ 를 카르복실기와 교차 결합하여 포장 재료의 기계적 특성을 개선하는 효율적이고 저렴한 방법을 나타낸다.
재료
HT BKHW 및 TEMPO 산화 NFC (Na+ 형태)는 핀란드 펄프 공장에서 수득하였으며 추가 처리없이 사용되었다. 상기 NFC 분산액의 농도는 2.5 %, 나트륨 카르복실레이트 함량은 0.8mmol / g 및 pH 5.5 였다. 산화된 NFC의 상기 카르복실레이트 함량은 0.8mmol / g이었다. 상기 원섬유의 평균 폭은 투과 전자 현미경으로 측정에 의해 약 7 nm 였다. Lhoist, Ltd. (프랑스)의 석회 및 VWR의 아세트산 무수물을 추가 정제없이 사용했다. 순수한 CO2 가스는 AGA (핀란드)에서 나왔다.
펄프 섬유에 대한 PCC 공동 침전
탄산 칼슘 (CaCO3)은 탄산화에 의해 두 단계로 생성할 수 있다. 먼저 산화 칼슘 (석회)에 물을 첨가하여 수산화칼슘 (Ca(OH)2)을 수득한다. 이 과정을 석회 슬레이킹(slaking)이라고 한다. 그런 다음 상기 슬레이킹된(slaked) 석회는 이산화탄소와 반응하여 침전된 탄산 칼슘 (PCC)을 형성한다.
이 연구를 위해 슬레이킹된 석회 (Ca(OH)2)는 50 ℃ 에서 10 분 동안 고전 단 혼합기로 석회와 물을 혼합하여 생산되었다. 그런 다음 HT BKHW 펄프의 고형분 함량을 약 25 ± 2 % 로 조정하고 KM098 Kenwood 믹서에서 적당한 회전 속도로 혼합했다. 5 분 혼합 후 슬레이킹된 석회를 1 : 9의 비율로 펄프에 첨가했다. 그 후, 현탁액을 다시 적당한 속도로 10 분 동안 혼합하였다. 혼합 후 4 가지 시료의 pH를 측정하여 Ca(OH)2의 균질성을 테스트했다. 허용 가능한 균질성은 12.6 ± 0.2의 pH에서 달성되었다. PCC 공동 침전은 0.3 Nl / min의 유속으로 커버된 혼합 챔버에 CO2 가스를 공급하여 달성되었다. CO2는 수성상에 용해되어 탄산을 형성하며, 이는 Ca(OH)2와 반응하여 CaCO3를 형성한다. 반응의 끝은 pH가 7.7 ± 0.1에 도달했을 때 발생하는 것으로 간주되었다. 가스 흐름을 중단하고 추가로 30 분 동안 혼합을 계속했다. 최종 pH는 8.3 ± 0.1 이다. 표준 ISO 2144 : 1997 (E)에 의해 결정된 PCC 함량은 7.59 ± 0.13 wt % 였다.
NFC 필름 준비
NFC 및 PCC-HT BKHWP 및 물의 혼합물을 2.3 % 에서 20 분 동안 균질화시켰다. Ultra Turrax 믹서 (IKA, D125 Basic)를 사용하여 20 분 동안 기계적으로 분해하여 균일한 하이드로 겔을 수득했다. 이어서, Ac2O를 갖는 35 mg의 셀룰로오스 하이드로 겔을 막대 코팅 설정, K101 Control Coater, RK Print Coat Instruments Ltd, Herts, UK에 의해 테플론 몰드 (60mm x 140mm) 위에 도포하였다. HT BKHWP의 건조 중량 중 1.5 %의 Ac2O를 하이드로 겔 혼합물에 첨가하고 몇 초 동안 혼합하였다. 추가 전처리 없이 NFC - HT BKHWP 필름을 23 ℃ 및 50 % RH에서 24 시간 동안 건조했다. HT BKHW 펄프와 NFC (30:70, 50:50, 60:40, 70:30)의 서로 다른 비율로 만든 필름의 기계적 성능을 평가했다.
분석
셀룰로오스 필름의 인장 시험은 50 N 로드 셀, 게이지 길이 40mm 및 크로스 헤드 속도 1mm / min이 장착된 Instron 4204 Universal Tensile Tester를 사용하여 23 ℃ 및 50 % RH에서 수행되었다. 상기 필름 시편은 폭 10 mm, 길이 50 mm이었으며 기계적 시험 전에 RH 50 %에서 최소 3 시간 동안 평형을 유지했다. 필름 이미징을 위해, 10300 x 및 35490 x 배율 (Zeiss Sigma VP Field-Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM))과 함께 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용했다. 작동 전압은 3 kV 이고 작동 거리는 약 2.5 mm 이다. 이미징 전에 상기 샘플은 금 팔라듐으로 스퍼터링 되었다.
기계적 테스트 측정 동안 상대 습도 (RH) 50 % 및 온도 25 ℃ 를 유지했다. 상기 필름 두께는 종이와 보드의 두께에 관한 국제 표준 (ISO 534)에 따라 낮고 일정한 압력에서 두께 게이지로 측정되었다. 상기 두께 측정 및 기계적 테스트 동안 RH 조건은 유지되었다 (RH 50 % 및 25 ℃). 상기 필름 밀도는 23 ℃ 및 50 % RH에서 컨디셔닝한 후 건조 필름의 부피와 무게로부터 계산되었다. 이 겉보기 밀도 측정은 각 샘플에 대해 최소 3 회 반복되었다. 컨디셔닝된 필름의 수분 함량은 100 ℃ 에서 3 시간 동안 가열하기 전과 후의 무게로부터 계산되었다.
결과 및 토론
CaCO3와 같은 불용성 미네랄 필러를 추가하면 섬유의 결합력이 향상되지만 필러와 셀룰로오스 사이의 비 - 결합 영역을 동시에 향상시킬 수 있다. 본 연구는 Ca2+ 양이온과 가교 결합하여 셀룰로오스 필름의 기계적 특성을 개선하고 셀룰로오스 원섬유와 충전제 사이의 결합 면적을 증가시키는 방법을 제공한다. 이 절차에서 Ac2O를 추가하면 Ca2+ 양이온이 방출되고 NFC의 카르실 그룹과 반응한다. HT BHKP 건조 중량의 1.5 % Ac2O는 가교 후 셀룰로오스 겔의 응집을 방지하기 위해 최적화되었다.
PCC- 섬유 -NFC 네트워크의 혼합은 형성된 복합 재료의 강도를 향상시킬 수 있다. PCC-HT BKHWP와 NFC의 조합으로 만든 셀룰로오스 필름을 생산할 수 있었다. 실제로, 더 짧은 셀룰로오스 섬유와 혼합물에서 더 긴 셀룰로오스 섬유에 의해 생성된 수소 결합 네트워크는 더 단단한 셀룰로오스 필름을 생성할 수 있다. 상기 짧은 원섬유는 서로 더 가깝게 밀착되어 결합의 실질적인 약화를 방지할 수 있다. 또한, 상기 긴 셀룰로오스 섬유는 상기 최종 셀룰로오스 생성물의 유연성을 향상시킨다. 그러나 상기 헤미셀룰로오스와 리그닌은 상기 생성물의 상기 인장 강도에 큰 영향을 미치지 않는다.
HT BHKP와 산화된 NFC 간에 서로 다른 비율을 사용하면 상기 최종 셀룰로오스 생성물에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 상기 셀룰로오스 필름의 인장 강도 특성 (인장 강도, 파단시 변형, 영률)의 결과는 도 5에 나와 있다. 표 4는 PCC-HT BKHWP가 70 %이고 NFC가 30 % 인 셀룰로스 필름이 가장 높은 인장 지수와 변형률을 갖는 것을 보여준다. 이는 PCC-HT BHKP / NFC (70:30)의 균일한 셀룰로오스 하이드로 겔이 70 % 미만의 PCC-HT BHKP를 함유한 셀룰로오스 하이드로 겔에 비해 카르복실 그룹과 가교 결합하기 위해 더 많은 칼슘 양이온을 방출할 수 있기 때문이다.
NFC와 HT BHKP를 서로 다른 비율로 조합하여 더 높은 품질의 셀룰로오스 필름을 구성했다 (표 4). 또한 NFC가 70 % 이상 포함된 필름은 현저하게 수축되고 건조 후 부서지기 쉽다. 저품질 필름의 기계적 특성을 측정하는 것은 불가능했다. 상기 첨가된 Ac2O의 몰 농도는 CaCO3를 포함하는 상기 셀룰로오스 섬유의 건조 함량에 따라 달라졌다. 70 %의 셀룰로오스 섬유 (PCC-HT BHKP)가 포함된 샘플에는 8μl의 Ac2O가 필요했다.
Ac2O와 함께 상기 셀룰로오스 혼합물 겔의 얇은 층은 50 % RH 및 실온 (RT)에서 24 시간 동안 건조되어 균일한 외관과 균일한 두께를 가진 셀룰로오스 필름을 수득했다. 상기 셀룰로오스 필름을 건조하는 동안 방출된 칼슘 양이온은 NFC의 카르복실레이트 그룹과 결합 할 수 있다.
Ac2O를 첨가하면 15 분 동안 산성 가수 분해를 통해 pH가 7.3에서 4.8로 감소했다. 그런 다음이 온화한 산성 조건에서 NFC의 카르복실 그룹과 칼슘 양이온 사이에 결합을 생성하여 상기 셀룰로오스 필름의 기계적 특성을 개선했다. 실제로, 셀룰로오스 필름은 NFC에서 양으로 하전된 칼슘 양이온과 음으로 하전된 카르복실레이트 그룹 사이의 이온 가교 상호 작용을 기반으로 제조되었다. 그러나 Ac2O를 첨가한 후에도 계수는 변하지 않았으나, 강도와 파단 변형이 발생했다. 상기 셀룰로오스 필름의 최대 강도와 인성은 상기 셀룰로오스 섬유 사이의 브릿지 생성을 강화한 가교 공정에 의해 발생했다.
상기 제조된 셀룰로오스 필름 표면의 SEM 이미지 (도 6a 및 b)는 Ac2O를 첨가하기 전 섬유 표면에 침전된 CaCO3 미립자를 다른 배율로 보여 주는 반면, 이러한 CaCO3 미립자는 Ac2O 존재 하에서 사라졌다 (도 6c 및 d). 단면 이미지는 특별한 차이가 없는 상기 셀룰로오스 필름의 층 구조를 보여준다 (도 7).
셀룰로오스 필름의 기계적 특성, 23 ℃ 및 50 RH에서의 수분 함량 및 밀도.
Samples 인장 지수
(Tensile index) (Nm/g) 		변형률
(Strain)
(%) 		Young’s modulus (GPa) 수분 함량
(Moisture content)
(%) 		두께
(Thickness) (μm) 		밀도
(Density) (g/cm 3 )
NFC/pulp (70:30) 43.3±4.5 1.2±0.1 5.8±0.7 7.1±0.7 100±8.5 1.02±0.0
NFC/pulp (70:30) - Ac2O 54.7±6.4 3.2±0.1 5.5±1.2 9.1±0.6 89±9.5 0.79±0.1
NFC/pulp (50:50) 51.1±1.3 3.5±0.1 5.2±0.4 7.6±0.5 113±4.5 1.04±0.1
NFC/pulp (50:50) - Ac2O 52.8±9.8 3.2±0.3 3.4±0.9 8.1±1.1 145±4.4 0.88±0.0
NFC/pulp (40:60) 50.3±4.5 3.2±0.1 3.4±0.9 7.9±0.8 107±8 1.02±0.1
NFC/pulp (40:60) - Ac2O 59.9±11.2 3.2±0.8 3.9±0.6 7.5±1.15 133±1 0.88±0.1
NFC/pulp (30:70) 44.7±6.0 3.5±0.8 2.5±0.0 6.7±1.3 137±8 0.99±0.23
NFC/pulp (30:70) - Ac2O 77.1±16.0 3.8±0.3 3.5±1.7 7.8±2.5 145±9 0.85±0.1
셀룰로오스 필름의 밀도는 NFC 표면에서 칼슘 양이온과 카르복실레이트 그룹 사이의 결합 형성 후 감소했다 (표 4). 그러나 Ac2O를 첨가한 후에도 모듈러스와 수분 함량은 변하지 않았다.
Ac2O를 첨가하지 않고 30 % PCC-HT BKHW 펄프와 NFC 70 %로 준비한 필름은 다른 샘플보다 기계적 성능이 낮았다. 대조적으로, Ac2O 첨가 후 70 %의 PCC-HT BKHW 펄프와 30 %의 NFC를 함유한 상기 셀룰로오스 필름은 각각 77 Nm / g 및 3.8 %의 가장 높은 인장 강도, 파손시 변형률(strain-to-failure)을 나타냈다. 따라서 70:30의 PCC-HT BKHWP / NFC는 Ac2O가 있는 상태에서 뻣뻣하고 유연한 셀룰로오스 필름을 생산하는 데 가장 좋은 비율이다.
전반적으로, 상기 결과는 가교 처리 후 인장 지수 및 파단 변형이 향상되었음을 나타낸다. 또한, 상기 셀룰로오스 함량에서 칼슘 양이온과 카르복실 그룹 사이의 결합 형성 후 상기 셀룰로오스 필름의 밀도가 감소했다. PCC-HT BKHWP와 NFC의 상기 몰비는 상기 셀룰로오스 필름의 강성에 큰 영향을 미친다. 이러한 관찰은 원섬유 응집 및 뭉침 형성이 최적화된 산성 조건 하에서 제어될 수 있다는 사실을 지적한다. PCC-HT BKHWP / NFC 70:30을 함유한 상기 셀룰로오스 필름은 칼슘 양이온과 가교 후 비 - 가교 셀룰로오스 필름에 비해 기계적 물성이 현저히 증가함을 확인하였다. 본원에 제시된 바와 같이 Ac2O를 첨가한 후의 가교 처리는 첨가물이나 가소제를 사용하지 않고 단 몇 초 만에 강력한 섬유 네트워크를 생산하는 효율적인 접근 방식이다.
결론
셀룰로오스의 상기 음이온성 카르복실 그룹과 2가 양이온의 상호 작용을 갖는 효율적인 녹색 방법을 사용하여 무리 형성없이 셀룰로오스 필름의 기계적 특성을 개선할 수 있다. 그 결과, Ac2O가 있는 상태에서 30 %의 NFC와 결합된 PCC-HT BKHWP의 70 %는 23 ℃ 및 50 % RH에서 가장 높은 인장 지수 77Nm / g 및 3.8의 파손시 변형률(strains-to-failure)을 나타냈다. SEM 이미지를 통해 셀룰로오스 섬유 표면에 침전된 CaCO3의 5 %가 산 가수 분해 후 용해된 것으로 나타났다. 따라서 산 가수 분해 과정 후 방출된 칼슘 양이온은 NFC 표면에 존재하는 카르복실레이트 그룹과 반응 할 수 있었다. 이러한 기계적 개선은 셀룰로오스 필름에서 칼슘 양이온과 섬유 간 교차 결합의 형성에 의해 설명될 수 있다. 시트 준비 중에 응집을 피하기 위해 8 μl의 Ac2O를 PCC-HT BKHWP / NFC (70:30)에 첨가했습니다. NFC의 70 % 이상, PCC-HT BKHWP의 70 % 이상으로 구성된 셀룰로오스 필름은 각각 주름과 요철 구조를 포함하고 있다. 섬유 함량은 셀룰로오스 필름의 밀도와 기계적 특성 개선에 영향을 미친다. 칼슘 양이온에 의한 결합 형성 후 비 - 가교 셀룰로오스 필름의 밀도가 16.4 % 감소하는 것이 관찰되었기 때문이다. 패키징 응용에서는, 상대적으로 낮은 시트 밀도에서 고강도를 개발하는 것이 중요하다.
실시예 3 : 주변 조건에서의 수분 함량
도면 8과 9에 제시된 두 개의 유연한 샘플의 수분 함량은 상온의 사무실에 노출된 주변 조건에서 샘플을 1 주일 동안 보관한 후 측정되었다. 그림 8에 표시된 샘플은 산화된 NFC의 박막과 CaCl2 수용액으로 처리된 펄프이며 50 ℃ 에서 건조되었다. 노출 후 최종 수분 함량이 16.4 % 인 것으로 확인되었다. 샘플은 산화된 NFC의 두꺼운 필름이고 수성 CaCl2로 처리된 절단된 아마 섬유로 이루어진 후 50 ℃ 에서 건조되었다. 노출 후 수분 함량이 12.9 % 인 것으로 확인되었다.

Claims (17)

  1. 나노원섬유 셀룰로오스 생성물의 제조 방법으로서,
    - 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스를 제공하는 단계,
    - 예를 들어 칼슘, 마그네슘, 아연, 알루미늄, 금, 백금 및 티타늄의 양이온으로부터 선택된 다가 금속 양이온과 같은 다가 양이온을 제공하는 단계,
    - 음이온성 나노원섬유 셀룰로오스를 다가 양이온과 접촉시키는 단계, 및
    - 가교된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 수득하기 위해 일정 시간 동안 반응하는 단계, 및 선택적으로 가교된 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 탈수시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스가 전도도 적정에 의해 결정된 0.5-2.0 mmol COOH / g 펄프 범위, 예를 들어 예컨대 0.7-1.2 mmol COOH / g과 같은, 0.6-1.4 mmol COOH / g 범위의 카르복실산 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다가 양이온이 수용액으로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다가 양이온이 불용성 염으로 제공되고, 상기 방법은 아세탄하이드라이드 (acetanhydride)와 같은 무수물 및 에틸 아세테이트와 같은 에스테르로부터 선택될 수 있는 산 방출 화합물을 제공하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 방출된 산은 상기 다가 양이온을 가용화 할 수 있으며, 바람직하게는 상기 산은 지연 방출로 방출되도록 배열되며, 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스를 다가 양이온과 접촉시키는 단계는 나노 섬유 셀룰로오스, 다가 양이온 및 산-방출 화합물의 혼합물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스를 코팅, 필름, 시트 또는 막; 필라멘트; 나노원섬유 셀룰로오스 바디 또는 하이드로 겔 바디와 같은 층으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스를 거즈 또는 부직포 층을 포함하는 다층 생성물과 같은 다층 생성물의 층 또는 코팅으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 1-200 nm 범위의 섬유소의 평균 직경을 가지고 및 / 또는, 물에 분산될 때, 수성 매질에서 중량 기준으로 0.5 % (w/ w)의 농도에서 회전 레오 미터로 측정된 1000-100000 Pa·s 범위 (예컨대 5000-50000 Pa·s 범위)의 제로 전단 점도 및 1-50 Pa 범위 (예컨대 3-15 Pa 범위)의 항복 응력을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 음이온으로 변형된 나노원섬유 셀룰로오스, 및 예를 들어 칼슘, 마그네슘, 아연, 알루미늄, 금, 백금 및 티타늄의 양이온으로부터 선택된 다가 금속 양이온과 같은 다가 양이온을 포함하되, 상기 나노원섬유 셀룰로오스는 다가 양이온에 의해 가교 결합되는 나노 섬유 셀룰로오스 생성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 생성물은 예컨대 1-10 %, 예를 들어 5-10 % 또는 2-7 %와 같은 0-20 % (w / w) 또는 0-10 % 범위의 수분 함량을 갖는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 생성물이 예컨대 0.80-1.10 g / cm3 또는 80-1.05 g / cm3, 예를 들어 0.85-1.05g / cm3 과 같은 0.8-1.2 g / cm3 범위의 밀도를 갖는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성물이 예컨대 38-95 Nm / g, 38-80 Nm / g, 또는 45-77 Nm / g 와 같은 28-95 Nm / g 범위의 인장 지수를 갖는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성물이 예컨대 3.2-6.0 %, 예를 들어 3.2-4.0 % 범위와 같이 3.2 % 또는 그 이상의 신장률을 갖는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생성물이 층, 코팅, 필름, 시트, 막, 필라멘트, 나노원섬유 셀룰로오스 바디 및 / 또는 하이드로 겔 바디 내 한 형태이거나, 또는 그에 혼입되는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 치료제 및 / 또는 하나 이상의 미용제 (들)을 포함하는 나노원섬유 셀룰로오스 생성물.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득된 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 나노원섬유 셀룰로오스 생성물.
  16. 다음을 포함하는 의료용 다층 생성물 :
    - 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항의 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 층, 및
    - 거즈 또는 부직포 층.
  17. 예컨대 막 형태 또는 별도의 바디 형태, 예를 들어 나노원섬유 셀룰로오스 바디 또는 하이드로겔 바디과 같은 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항의 나노원섬유 셀룰로오스 생성물을 포함하는 세포 배양 또는 세포 전달 물질.
KR1020217001137A 2018-06-13 2019-05-13 나노원섬유 셀룰로오스 생성물 및 그 제조 방법 KR102661264B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18397520.0A EP3581591A1 (en) 2018-06-13 2018-06-13 A nanofibrillar cellulose product and a method for manufacturing thereof
EP18397520.0 2018-06-13
PCT/EP2019/062187 WO2019238327A1 (en) 2018-06-13 2019-05-13 A nanofibrillar cellulose product and a method for manufacturing thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210021373A true KR20210021373A (ko) 2021-02-25
KR102661264B1 KR102661264B1 (ko) 2024-04-25

Family

ID=62712940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217001137A KR102661264B1 (ko) 2018-06-13 2019-05-13 나노원섬유 셀룰로오스 생성물 및 그 제조 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210130500A1 (ko)
EP (1) EP3581591A1 (ko)
JP (1) JP2021527736A (ko)
KR (1) KR102661264B1 (ko)
CN (1) CN112334492B (ko)
CA (1) CA3095532A1 (ko)
WO (1) WO2019238327A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI126055B (en) * 2012-05-14 2016-06-15 Upm Kymmene Corp A method of making a film from fibril pulp and a fibril pulp film
EP3382095A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-03 Borregaard AS Microfibrillated cellulose foams
JP2020002483A (ja) * 2018-06-26 2020-01-09 王子ホールディングス株式会社 マスク用シート及びマスク
EP3669651B1 (en) * 2018-12-21 2023-07-05 UPM-Kymmene Corporation Cell system and method for storing cells
US11131059B2 (en) * 2019-11-15 2021-09-28 Innovatech Engineering Llc Nanocellulose composite sheet for use as dermatological treatment or medical device
JPWO2021132663A1 (ko) * 2019-12-26 2021-07-01
KR20230042266A (ko) * 2020-07-29 2023-03-28 엘지전자 주식회사 나노셀룰로오스 지지체 및 그의 제조 방법
US20230416504A1 (en) * 2020-11-06 2023-12-28 Cleanfiber Inc. Low density cellulose based insulating laminated products and methods of making the same
EP4023744A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-06 UPM-Kymmene Corporation A bioreactor and a method for separating cell-derived products from cultured cells and a nanostructured cellulose product
CN113647454A (zh) * 2021-08-18 2021-11-16 河北鲜达农业科技有限公司 一种壳聚糖基果蔬涂膜保鲜材料及其制备方法
FI20215963A1 (en) * 2021-09-13 2023-03-14 Upm Kymmene Corp Method for making microbeads, microbeads and cell culture and cell storage system containing microbeads
CN114523123B (zh) * 2022-02-24 2023-10-20 华南理工大学 一种纳米纤维素基荧光银纳米簇及其制备方法与应用
CN114573880B (zh) * 2022-03-01 2023-03-28 青海省化工设计研究院有限公司 一种提高纤维素海绵撕裂强度的方法
CN116370713A (zh) * 2023-01-11 2023-07-04 华东交通大学 一种离子交联细菌纤维素骨组织工程支架及其制备与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140049973A (ko) * 2011-03-08 2014-04-28 사피 네덜란드 서비시즈 비.브이. 중성 및 음이온으로 개질된 셀룰로오스를 건식 방사하기 위한 방법 및 그 방법을 이용하여 제조한 섬유

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI105112B (fi) 1997-01-03 2000-06-15 Megatrex Oy Menetelmä ja laite kuitupitoisen materiaalin kuiduttamiseksi
DE102005060461A1 (de) * 2005-12-17 2007-07-12 Paul Hartmann Ag Medizinische Zusammensetzung
US9248090B2 (en) * 2010-01-22 2016-02-02 Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Viscous composition
FI123988B (fi) * 2010-10-27 2014-01-31 Upm Kymmene Corp Soluviljelymateriaali
PL2683859T3 (pl) * 2011-03-08 2018-03-30 Sappi Netherlands Services B.V. Sposób przędzenia modyfikowanej anionowo celulozy
FI125707B (fi) * 2011-06-09 2016-01-15 Upm Kymmene Corp Menetelmä selluloosan katalyyttiseen hapetukseen ja menetelmä selluloosatuotteen valmistamiseksi
FI127526B (en) * 2012-11-03 2018-08-15 Upm Kymmene Corp Process for manufacturing nanofibrillar cellulose
FI127014B (en) * 2013-05-15 2017-09-29 Upm Kymmene Corp Process for the manufacture of nanofibrillar cellulose and for the manufacture of a paper product
FI127002B (en) * 2013-07-29 2017-09-15 Upm Kymmene Corp Process for catalytic oxidation of cellulose and process for manufacturing cellulose product
FI126042B (en) * 2014-03-31 2016-06-15 Upm Kymmene Corp Method for producing nanofibril cellulose and nanofibril cellulose product
US10493107B2 (en) * 2014-06-09 2019-12-03 Cornell University Implantable therapeutic delivery system and methods thereof
FI129934B (en) * 2015-02-13 2022-11-15 Upm Kymmene Corp Sewing thread, method of making sewing thread and its use
CA2984598C (en) * 2015-05-04 2022-06-14 Upm-Kymmene Corporation Nanofibrillar cellulose product
PT3187195T (pt) * 2015-12-31 2019-01-23 Upm Kymmene Corp Produto médico multicamada compreendendo celulose nanofibrilar e um método para a sua preparação

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140049973A (ko) * 2011-03-08 2014-04-28 사피 네덜란드 서비시즈 비.브이. 중성 및 음이온으로 개질된 셀룰로오스를 건식 방사하기 위한 방법 및 그 방법을 이용하여 제조한 섬유

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ACS Applied Materials Interfaces, vol 9, pp. 20330-20339(2017.01.03.) 1부.* *
Cellulose, vol. 22, pp. 1993-2010(2015.04.07.) 1부.* *

Also Published As

Publication number Publication date
US20210130500A1 (en) 2021-05-06
EP3581591A1 (en) 2019-12-18
JP2021527736A (ja) 2021-10-14
CN112334492A (zh) 2021-02-05
CN112334492B (zh) 2023-02-28
CA3095532A1 (en) 2019-12-19
KR102661264B1 (ko) 2024-04-25
WO2019238327A1 (en) 2019-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102661264B1 (ko) 나노원섬유 셀룰로오스 생성물 및 그 제조 방법
JP7410922B2 (ja) ナノフィブリルセルロースを含む医療用多層製品およびその製造方法
Duran et al. Review of cellulose nanocrystals patents: preparation, composites and general applications
JP7311576B2 (ja) ナノフィブリルセルロースを含む医療用製品の製造方法、および医療用製品
JP6576933B2 (ja) パターニングされたメンブレン
EP3581590A1 (en) A fibrillar cellulose product and a method for manufacturing thereof
Ioelovich Nanocellulose—Fabrication, structure, properties, and application in the area of care and cure
US11826237B2 (en) Medical product and method for preparing thereof
EP3533458B1 (en) A medical product comprising a bioactive molecule immobilized to nanofibrillar cellulose, and a method for preparing thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant