WO2021039571A1 - 繊維構造体およびその製造方法 - Google Patents

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張本乾一
田邉貫太
坂口博一
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東レ株式会社
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    • D01D5/003Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion

Definitions

  • the present invention relates to a fiber structure and a method for producing the same.
  • Nonwoven fabrics and porous materials which have a structure in which fibers are three-dimensionally entwined, have voids inside and exhibit substance infiltration and permeability, and have been used for filters and adsorbents for a long time.
  • non-woven fabric as a base material for a cell scaffold material (scaffold base material).
  • a non-woven fabric using a biodegradable material causes cells to engraft inside the non-woven fabric, and then the non-woven fabric, which is a scaffold material, is decomposed and replaced with self-tissue in the tissue regeneration process.
  • it is expected as a scaffolding material for transplantation.
  • a voltage is applied to a polymer solution and a jet of the polymer solution is injected to polymerize the polymer.
  • each of the plurality of types of polymer solutions is sprayed so that the spinning start points of the plurality of types of polymer solutions are the same or close to each other.
  • a method for producing a blended polymer fiber, characterized in that a single fiber containing a plurality of types of polymer components is formed see, for example, Patent Document 1).
  • porous tissue regeneration base material which is a laminated body of at least two layers made of a bioabsorbable material, and has at least one layer of ultrafine fiber non-woven fabric, and the ultrafine fiber non-woven fabric.
  • a porous tissue regeneration base material has been proposed, which comprises at least one porous layer having an average pore size of 0.1 to 800 ⁇ m on the surface of the layer (see, for example, Patent Document 2).
  • the scaffolding substrate to be transplanted into the living body is required to have high permeability and a long residual time in the body.
  • the permeability of the non-woven fabric depends on the fiber diameter, and it is effective to increase the fiber diameter in order to increase the permeability.
  • it is effective to increase the concentration of the resin solution.
  • the concentration of the resin solution increases, the viscosity increases and the surface tension becomes stronger than the repulsive force of the electric charge. Therefore, it is difficult to spin a fiber having a large fiber diameter by the method described in Patent Document 1. There was a problem that the transparency was insufficient.
  • an object of the present invention is to provide a fiber structure having high permeability and a long residual time in the body.
  • the present invention is a fiber structure containing biodegradable polymer fibers, which has two or more peaks in the molecular weight distribution obtained by GPC measurement of the biodegradable polymer.
  • the fiber structure of the present invention contains biodegradable polymer fibers.
  • biodegradable polymer examples include polyglycolic acid, polylactic acid (D, L, DL form), polycaprolactone, polyhydroxybutyrate, polyhydroxybutyrate valeric acid, polyorthoester, polyhydroxyvaleryric acid, and polyhydroxy. Two or more of these may be used, such as hexanoic acid, polyhydroxybutanoic acid, butylene polysuccinate, polybutylene succinate, trimethylene polyterephthalate, polyhydroxyalkanoate, and copolymers thereof.
  • biodegradable polyester which is easily decomposed into monomers is preferable.
  • polylactic acid, polycaprolactone, polyglycolic acid, and copolymers thereof which have abundant clinical achievements in the safety of decomposition products and are easy to ensure safety, are more preferable.
  • a dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer (copolymer of polylactic acid and polycaprolactone), which has a simple synthetic method, is more preferable.
  • the maximum point stress of the biodegradable polymer is preferably 1 MPa or more and 1000 MPa or less, which is the same maximum point stress as that of biological tissue, and more preferably 5 MPa or more and 30 MPa or less from the viewpoint of preventing yarn breakage during spinning.
  • the Young's modulus of the biodegradable polymer is preferably 0.1 MPa or more and 1000 MPa or less, which is about the same as that of biological tissue, and 1.0 MPa or more and 6.3 MPa or less from the viewpoint of easy spinning of fibers having a larger fiber diameter. Is preferable.
  • the maximum point stress and Young's modulus of the biodegradable polymer can be measured by the method specified in JIS K6251 (2010). Specifically, the biodegradable polymer was dried under reduced pressure, and a solution prepared by dissolving this in chloroform so as to have a concentration of 5% by weight was transferred onto a petri dish manufactured by "Teflon" (registered trademark) under normal pressure. Dry at room temperature for one day and night. A polymer film having a thickness of 0.1 mm obtained by drying under reduced pressure was cut into strips (30 mm ⁇ 5 mm), and the initial length was 10 mm using a small tabletop tester EZ-LX (manufactured by Shimadzu Corporation).
  • a tensile test is performed under the conditions of a tensile speed: 500 mm / min and a load cell: 50 N, and the maximum point stress and Young's modulus are measured.
  • the maximum point stress and Young's modulus of the biodegradable polymer can be obtained by measuring each of the three times and calculating the average value thereof.
  • Polylactic acid is a polymer or copolymer of lactic acid such as L -lactic acid and D-lactic acid. From the viewpoint of physical properties and biocompatibility, L -lactic acid homopolymers are preferable.
  • Polylactic acid can be synthesized, for example, by ring-opening polymerization of dilactide.
  • dilactide means a dimer of lactic acid.
  • the following is an example of a method for synthesizing polylactic acid using L-dilactide.
  • L -dilactide and the initiator are collected in a separable flask.
  • the auxiliary initiator include lauryl alcohol and the like.
  • the catalyst is added in a nitrogen atmosphere and stirred while heating to uniformly dissolve or melt the raw materials.
  • the catalyst include tin octylate (II) and the like.
  • the melting or melting temperature is preferably 95 ° C. or higher from the viewpoint of uniformly melting or melting the raw material, and 110 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing an excessive reaction.
  • the stirring speed is preferably 80 rpm or more and 200 rpm or less.
  • the dissolution or melting time is preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less.
  • the reaction temperature is preferably 120 ° C. or higher from the viewpoint of suppressing the precipitation of the raw material, while it is preferably 140 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing the volatilization of the raw material.
  • the stirring speed is preferably 80 rpm or more and 200 rpm or less.
  • the reaction time is preferably 12 hours or more and 48 hours or less.
  • the inside of the flask is depressurized while maintaining the temperature to remove unreacted L -dilactide.
  • the reaction mixture is dissolved in chloroform or the like and added dropwise to the stirring methanol to precipitate polylactic acid.
  • the stirring speed of methanol is preferably 200 rpm or more and 300 rpm or less. It is preferable to dry in order to remove the solvent in the obtained polylactic acid.
  • the drying time is preferably 12 hours or more.
  • Polycaprolactone is a copolymer of ⁇ -caprolactone.
  • Polycaprolactone can be synthesized, for example, by ring-opening polymerization of ⁇ -caprolactone.
  • An example of a method for synthesizing polycaprolactone using ⁇ -caprolactone will be described below.
  • auxiliary initiator examples include 1,4-butanediol and the like.
  • the reaction temperature is preferably 110 ° C. or higher from the viewpoint of enhancing the reactivity, and is preferably 250 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing volatilization of the raw material.
  • the stirring speed is preferably 80 rpm or more and 200 rpm or less.
  • the reaction time is preferably 6 hours or more and 48 hours or less.
  • reaction mixture is dissolved in chloroform or the like and added dropwise to the stirring methanol to precipitate polycaprolactone.
  • the stirring speed of methanol is preferably 200 rpm or more and 300 rpm or less. Drying is preferred to remove the solvent in the resulting polycaprolactone.
  • the drying time is preferably 12 hours or more.
  • Polyglycolic acid is a copolymer of glycolic acid.
  • Polyglycolic acid can be synthesized, for example, by ring-opening polymerization of glycolide, which is a cyclic diester of glycolic acid.
  • An example of a method for synthesizing polyglycolic acid is described below.
  • the reaction temperature is preferably 190 ° C. or higher from the viewpoint of enhancing the reactivity.
  • the stirring speed is preferably 80 rpm or more and 200 rpm or less.
  • the reaction time is preferably 2 hours or more and 12 hours or less. Further warm and continue stirring.
  • the reaction temperature is preferably 220 ° C. or higher from the viewpoint of enhancing the reactivity, and preferably 300 ° C. or lower from the viewpoint of preventing volatilization of the raw material.
  • the stirring speed is preferably 80 rpm or more and 200 rpm or less.
  • the reaction time is preferably 15 minutes or more and 1 hour or less.
  • reaction mixture is dissolved in chloroform or the like and added dropwise to the stirring methanol to precipitate the polyglycolic acid.
  • the stirring speed of methanol is preferably 200 rpm or more and 300 rpm or less. It is preferable to dry in order to remove the solvent in the obtained polyglycolic acid.
  • the drying time is preferably 12 hours or more.
  • the dilactide / glycolic acid copolymer can be synthesized by ring-opening polymerization of lactide and glycolide. An example of a method for synthesizing a dilactide / glycolic acid copolymer will be described below.
  • dry nitrogen was aerated in the vertical reaction tube, and oxygen was removed from the reaction tube.
  • the flow rate of dry nitrogen is preferably 150 mL / min or more.
  • Dilactide and glycolic acid were placed in a reaction tube and heated for reaction.
  • the reaction temperature is preferably 180 ° C. or higher from the viewpoint of increasing the reaction rate.
  • the reaction time is preferably 4 hours or more and 24 hours or less.
  • the reaction mixture is dissolved in chloroform or the like and added dropwise to the stirring methanol to precipitate the dilactide / glycolic acid copolymer.
  • the stirring speed of methanol is preferably 200 rpm or more and 300 rpm or less. It is preferable to dry in order to remove the solvent in the obtained dilactide / glycolic acid copolymer.
  • the drying time is preferably 12 hours or more.
  • the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer in the present invention preferably satisfies the following (1) and (2).
  • the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer in the present invention preferably satisfies the following (1) and (2).
  • a fiber having a larger fiber diameter can be used. It can be easily spun.
  • Such a dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer can be obtained, for example, by a method for producing a dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer having a mulching step described later.
  • R [AB] / 2 [A] [B] x 100 [A]: Mole fraction (%) of dilactide residues in the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer [B]: Mole fraction (%) of ⁇ -caprolactone residue in dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer [AB]: Mole fraction (%) of the structure (AB and BA) in which the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue are adjacent to each other in the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer.
  • the crystallization rate of at least one of the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue is less than 14%.
  • the R value is used as an index showing the randomness of the sequence of the monomer residues in the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer.
  • a random copolymer with a completely random monomer sequence has an R value of 1.
  • the R value is preferably 0.50 or more.
  • the adhesiveness can be suppressed.
  • the R value is preferably 0.80 or less.
  • the R value can be determined by quantifying the proportion of a combination of two adjacent monomers (AA, BB, AB, BA) by nuclear magnetic resonance (NMR) measurement. Specifically, to dissolve the dilactide / .epsilon.-caprolactone copolymer in deuterated chloroform, 1 by H-NMR analysis, the ratio of the dilactide residues and .epsilon.-caprolactone residues of dilactide / .epsilon.-caprolactone copolymer, respectively calculate.
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • [AB] is the mole fraction of the structure in which the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue are adjacent to each other, and specifically, A with respect to the total number of AA, AB, BA, and BB. -B, the ratio of the number of BA.
  • the crystallinity of a polymer has a great influence on its mechanical strength.
  • low crystallinity polymers exhibit low Young's modulus, so low crystallinity is desirable for flexibility.
  • it is preferable that at least one of the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue has a crystallization rate of less than 14%.
  • the crystallization rate of the dilactide residue is preferably less than 14%.
  • the crystallization rate of the dilactide residue is more preferably 10% or less.
  • the crystallization rate of the monomer residue referred to here is the product of the heat of fusion per unit weight of the homopolymer consisting of only a certain monomer residue and the weight fraction of the monomer residue in the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer. It is the ratio of heat of fusion per unit weight of the monomer residue in the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer to. That is, the crystallization rate of dilactide residues is the product of the heat of fusion per unit weight of a homopolymer consisting of dilactide alone and the weight fraction of dilactide residue residues in the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer.
  • the ratio of heat of fusion per unit weight of dilactide residue in the copolymer The ratio of heat of fusion per unit weight of dilactide residue in the copolymer.
  • the crystallization rate of the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue indicates the ratio of the dilactide residue or the ⁇ -caprolactone residue of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer forming a crystal structure, respectively.
  • the crystallization rate can be measured by the DSC method using a differential scanning calorimeter.
  • the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer may be linear or branched.
  • the maximum point stress and Young's modulus of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer can be easily adjusted to the above-mentioned preferable ranges by a production method having a mulching step described later.
  • the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer contains dilactide and ⁇ -caprolactone with the sum of the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue being 50 mol% or more of the total residue and the dilactide residue at the completion of the polymerization.
  • Macromer synthesis step in which ⁇ -caprolactone residues are mixed and polymerized so as to be 20 mol% or more of all residues.
  • the randomness of the distribution of the monomer residues constituting the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer changes depending on the difference in the reactivity of the monomers during polymerization. That is, at the time of polymerization, if one of dilactide and caprolactone is followed by the same monomer and the other monomer with the same probability, a random copolymer in which the monomer residues are completely randomly distributed can be obtained. However, if either monomer tends to bond after one monomer, a gradient copolymer with a biased distribution of monomer residues can be obtained. In the obtained gradient copolymer, the composition of the monomer residues is continuously changed from the polymerization initiation end to the polymerization termination end along the molecular chain.
  • the reactivity of dilactide and ⁇ -caprolactone is significantly different as described in the literature (DW Grjpmaetal. Polymer Bulletin 25, 335, 341), and dilactide has a higher initial polymerization rate than ⁇ -caprolactone. large.
  • the initial polymerization rate VA of dilactide is 3.6% / h in terms of reaction rate (%), and the initial polymerization rate VB of ⁇ -caprolactone is 0.88% / h.
  • dilactide and ⁇ -caprolactone are copolymerized in the macromer synthesis step, dilactide is likely to bind after dilactide.
  • the synthesized macromer in the synthesized macromer, a gradient structure is formed in which the proportion of dilactide units gradually decreases from the polymerization initiation end to the polymerization termination end. That is, the macromer obtained in this step becomes a macromer having a gradient structure in which the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue form a composition gradient in the skeleton due to the difference in the initial polymerization rate between the dilactide and the ⁇ -caprolactone.
  • a macromer may be referred to as a "gradient macromer" in the present specification.
  • the macromer synthesis step in order to realize such a gradient structure, it is desirable to synthesize macromer by a polymerization reaction that occurs in one direction from the start end. As such a synthetic reaction, it is preferable to use ring-opening polymerization or living polymerization.
  • stirrer a stirrer equipped with a propeller type stirring blade is preferable, and the rotation speed of the stirring blade is preferably 50 rpm or more and 200 rpm or less.
  • the heating temperature of the polymerization reaction is preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
  • the reaction time of the polymerization reaction is preferably 3 hours or more, more preferably 5 hours or more, still more preferably 7 hours or more.
  • the reaction time of the polymerization reaction is preferably 24 hours or less from the viewpoint of further improving productivity.
  • Dilactide and ⁇ -caprolactone are preferably used after being purified in advance in order to remove impurities.
  • the catalyst examples include tin octylate, antimony trifluoride, zinc powder, dibutyltin oxide, tin oxalate and the like.
  • the method of adding the catalyst to the reaction system include a method of adding the catalyst dispersed in the raw material at the time of charging the raw material, and a method of adding the catalyst dispersed in the medium at the start of depressurization or immediately before the start of heating in the above method. The method etc. can be mentioned. From the viewpoint of shortening the reaction time and further improving the productivity, the amount of the catalyst used is preferably 0.01 part by weight or more in terms of metal atom with respect to 100 parts by weight of the total of dilactide and ⁇ -caprolactone.
  • the amount of the catalyst used is 0.5 parts by weight in terms of metal atoms with respect to the total amount of dilactide and ⁇ -caprolactone from the viewpoint of further reducing the amount of metal remaining in the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer. The following is preferred.
  • the macromer obtained in this step has the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer weight described in (1) above in order to facilitate the production of a dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer finally satisfying the R value shown in (1) above.
  • R value [AB] / (2 [A] [B]) ⁇ 100 [A]: Mole fraction (%) of dilactide residues in macromer [B]: Mole fraction (%) of ⁇ -caprolactone residue in macromer [AB]: Mole fraction (%) of the structure (AB, and BA) in which the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue are adjacent to each other in the macromer.
  • the R value represented by is preferably 0.45 or more and 0.99 or less, and more preferably 0.50 or more and 0.80 or less.
  • the macromer obtained in this step facilitates the production of a dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer having a crystallization rate of the dilactide residue or the ⁇ -caprolactone residue shown in (2) above.
  • That has the crystallization rate of the monomer residue described in (2) above that is, the crystallization rate of at least one of the dilactide residue and the ⁇ -caprolactone residue is preferably less than 14%. It is more preferably 10% or less, further preferably 5% or less, and most preferably 1% or less.
  • the weight average molecular weight of the macromer synthesized in the macromer synthesis step is preferably 10,000 or more, more preferably 20,000 or more. Further, in order to further reduce the crystallinity and further improve the flexibility, it is preferably 150,000 or less, and more preferably 100,000 or less.
  • the macromers obtained in the macromer synthesis step are linked to each other, or dilactide and caprolactone are added to the macromer solution obtained in the macromer synthesis step to mulch.
  • the macromers obtained in one macromer synthesis step may be linked to each other, or a plurality of macromers obtained in two or more macromer synthesis steps may be linked.
  • "multiplication" means that, by any of these methods, a dilactide residue and a caprolactone residue form a structure in which a plurality of molecular chains having a gradient structure having a composition gradient are repeated in the skeleton. To do.
  • the reaction temperature of the condensation reaction in the mulching step is preferably 20 ° C. or higher from the viewpoint of efficiently advancing the condensation reaction.
  • the reaction temperature of the condensation reaction is preferably 50 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing the volatilization of the solvent.
  • the reaction time of the condensation reaction is preferably 15 hours or more from the viewpoint of keeping the number of macromer units to be mulched within the above-mentioned preferable range.
  • the reaction time of the condensation reaction is preferably 24 hours or less from the viewpoint of narrowing the molecular weight distribution.
  • a mulched dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer can be obtained by condensing the ends with a condensing agent.
  • the condensing agent include 4,4-dimethylaminopyridinium p-toluenesulfonic acid, N, N'-dicyclohexylcarbodiimide, N, N'-diisopropylcarbodiimide, N, N'-carbonyldiimidazole and the like. Two or more of these may be used.
  • the polymerization reaction has a living property, that is, when the polymerization reaction can be started continuously from the end of the polymer, dilactide and ⁇ -caprolactone are additionally added to the gradient macromer solution after the polymerization reaction is completed. By repeating the operation, the number can be increased.
  • the gradient macromers may be mulched via a linker as long as they do not affect the mechanical properties of the polymer.
  • linkers with multiple carboxyl groups and / or multiple hydroxy groups such as 2,2-bis (hydroxymethyl) propionic acid, to synthesize branched chain polyester copolymers with the linker as a branch point. Can be done.
  • the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer obtained by the above-mentioned production method is a copolymer having a structure in which two or more macromer units having a composition gradient in the skeleton of a dilactide residue and a caprolactone residue are linked.
  • This is a preferred embodiment of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer of the present invention.
  • such a structure may be referred to as "multi-gradient” for convenience, and a copolymer having a multi-gradient structure may be referred to as "multi-gradient copolymer”.
  • the multi-gradient copolymer preferably has a structure in which two or more macromer units having a gradient structure in which a dilactide residue and a ⁇ -caprolactone residue form a composition gradient in the skeleton are linked, and a structure in which three or more are linked is preferable. It is preferable to have.
  • the biodegradable polymer fiber of the present invention is a fiber formed from a biodegradable polymer, and has two or more peaks in the molecular weight distribution obtained by GPC measurement of the biodegradable polymer.
  • having two or more peaks means that biodegradable polymers having different molecular weights are contained, and a biodegradable polymer having a relatively large molecular weight (high molecular weight growth) having a peak on the high molecular weight side.
  • the permeability of the fiber structure can be improved by a small biodegradable polymer (low molecular weight biodegradable polymer).
  • a small biodegradable polymer low molecular weight biodegradable polymer
  • the same type of biodegradable polymer having a different molecular weight may be used, or different types of biodegradable polymers having different molecular weights may be used.
  • the ratio of the high molecular weight biodegradable polymer to the low molecular weight biodegradable polymer is preferably 1: 2 to 2: 1.
  • the ratio of the high molecular weight biodegradable polymer to the low molecular weight biodegradable polymer is the ratio of the polymer weights, and the differential molecular weight distribution curve on the polymer side obtained by measuring each before mixing or by the GPC measurement described later is low. It can be calculated by the area ratio of the differential molecular weight distribution curve on the molecular side.
  • the biodegradable polymer preferably has one or more peaks in a region having a molecular weight of 100,000 or less and a region having a molecular weight of more than 100,000. By having a peak in a region having a molecular weight of 100,000 or less, fibers having a larger fiber diameter can be spun, and the permeability of the fiber structure can be further improved.
  • the low molecular weight biodegradable polymer preferably has a peak in a region having a molecular weight of 100 or more and 70,000 or less, and more preferably has a peak in a region having a molecular weight of 1,000 or more and 70,000 or less.
  • the residual time of the fiber structure in the body can be made longer.
  • the high molecular weight biodegradable polymer more preferably has a peak in a region having a molecular weight of 200,000 or more.
  • the peak in the molecular weight distribution of the biodegradable polymer means the maximum value of the differential molecular weight distribution curve obtained by GPC measurement.
  • the GPC measurement can be performed under the following conditions.
  • Device name Prominence (manufactured by Shimadzu Corporation)
  • Mobile phase Chloroform (for HPLC) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
  • Flow velocity 1 mL / min
  • Guard column TSKgel guard column HHR-H ( ⁇ 6.0 mm x 40 mm; manufactured by Tosoh Corporation)
  • Detector UV (254 nm), RI Column, detector temperature: 35 ° C Standard substance: polystyrene.
  • the fiber diameter of the biodegradable polymer fiber in the present invention is preferably 3 ⁇ m or more. By setting the fiber diameter to 3 ⁇ m or more, the permeability of the fiber structure can be further improved.
  • the fiber diameter is more preferably 5 ⁇ m or more.
  • the fiber diameter of the biodegradable polymer fiber refers to the average value of the diameters of 20 fibers, and the surface of the fiber structure was magnified and observed at a magnification of 500 times using a microscope, and was randomly selected from the observed images. It can be obtained by calculating the average value of the fiber diameters measured by measuring the distance between two points for 20 biodegradable polymer fibers.
  • the fiber diameter of the biodegradable polymer fiber is adjusted to a desired range by, for example, the molecular weight of the biodegradable polymer used in the method for producing the biodegradable polymer fiber described later, the concentration of the biodegradable polymer solution, the spinning speed, and the like. Can be done.
  • the biodegradable polymer fiber can be produced, for example, from the biodegradable polymer having the above-mentioned molecular weight distribution by an electrospinning method. More specifically, a solution obtained by dissolving a biodegradable polymer having the above-mentioned molecular weight distribution in a solvent may be injected and subjected to solvent spinning, or the above-mentioned biodegradable polymer having a molecular weight distribution may be melted and injected to be melt-spun. You may. In the present invention, since the fiber diameter can be increased, a more remarkable effect is exhibited in solvent spinning in which the fiber diameter tends to be reduced due to the volatilization of the solvent. Therefore, it is preferable to form fibers by an electrospinning method from a solution of a biodegradable polymer having the above-mentioned molecular weight distribution.
  • the fiber diameter of the biodegradable polymer fiber depends on the concentration of the biodegradable polymer, and the higher the concentration, the larger the fiber diameter can be.
  • the biodegradable polymer concentration is preferably 0.25 g / mL or more.
  • the biodegradable polymer concentration is preferably 1.0 g / mL or less from the viewpoint of suppressing an excessive increase in viscosity.
  • the fiber diameter of the biodegradable polymer fiber depends on the spinning speed, and when the spinning speed is high, that is, when the amount of the biodegradable polymer solution injected is large, the fiber diameter can be made larger.
  • the injection rate is preferably 0.5 mL / hour or more, and more preferably 0.8 mL / hour or more from the viewpoint of suppressing thread breakage.
  • the injection layer degree is preferably 5 mL / hour or less from the viewpoint of appropriately suppressing the amount of the biodegradable polymer solution ejected at one time and suppressing the repulsion of electric charges.
  • the fiber structure of the present invention contains the above-mentioned biodegradable polymer fibers.
  • Examples of the structure of the fiber structure include knitting, weaving, orientation, and non-woven fabric. Among these, a non-woven fabric-like structure is preferable.
  • the fibers are three-dimensionally and irregularly entangled with each other, so that the number of voids increases, and the effect of improving the permeability by increasing the fiber diameter is more remarkable.
  • the fiber structure of the present invention preferably has a small permeation resistance of serum protein, which is an index indicating permeability.
  • the permeation resistance of the fiber structure can be obtained by the following method. First, 100 ⁇ L of fetal bovine serum was added to the inside of the fiber structure, 1 mL of phosphate buffered saline (PBS) was added to the outside, and the mixture was allowed to stand for 3 hours, and then the concentration of serum protein in PBS was measured. The total amount (Q) (ng) of serum protein that has penetrated to the outside is calculated.
  • PBS phosphate buffered saline
  • the protein permeation bundle (J) (ng / mm 2 ⁇ s) per unit time is calculated by the following formula.
  • J Q / (S ⁇ T)
  • the slope of the approximate straight line is calculated from the scatter plot with the calculated protein permeation bundle (J) on the vertical axis and the thickness (d) (mm) of the fiber structure on the horizontal axis, and the permeation resistance (ng / mm 3) is calculated from the absolute value.
  • ⁇ S) can be obtained.
  • Permeation resistance can be reduced, for example, by increasing the fiber diameter of the biodegradable polymer fibers that form the fiber structure.
  • the thickness of the fiber structure of the present invention is preferably 100 ⁇ m or more, more preferably 200 ⁇ m or more, from the viewpoint of improving the strength.
  • the thickness of the fiber structure can be measured by magnifying and observing the cross section of the fiber structure using a microscope.
  • the thickness of the fiber structure can be adjusted to a desired range by, for example, the spinning time by the electrospinning method.
  • the fiber structure of the present invention can be produced, for example, by accumulating the injected threads on a collector in the above-mentioned method for producing a biodegradable polymer fiber.
  • the shape of the collector can be selected according to the shape of the target fiber structure.
  • biodegradable polymer fibers are accumulated while rotating a roller-type collector, and one end to the other end of the accumulated biodegradable polymer fibers is cut in a straight line.
  • a sheet-shaped fiber structure can be manufactured. From the viewpoint of obtaining a flat sheet-like fiber structure, the diameter of the roller is preferably 100 mm or more.
  • a tubular fiber structure is produced by accumulating biodegradable polymer fibers while rotating a columnar collector and then pulling out the collector from the fiber structure. be able to.
  • the rotation speed of the collector is preferably 30 rpm or more from the viewpoint of making the thickness of the fiber structure uniform.
  • the rotation speed of the collector is preferably 1000 rpm or less from the viewpoint of easily increasing the fiber diameter.
  • the distance between the solution outlet and the collector is preferably 13 cm or more from the viewpoint of sufficiently volatilizing the solvent.
  • the distance between the outlet of the solution and the collector is preferably 30 cm or less from the viewpoint of suppressing the elongation of the fiber due to the electrostatic force.
  • Crystallization rate (heat of fusion per unit weight of dilactide residue of dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer) / ⁇ (heat of fusion per unit weight of homopolymer consisting only of dilactide residue) ⁇ (both dilactide / ⁇ -caprolactone) Weight fraction of dilactide residues in the polymer) ⁇ x 100 Device name: EXSTAR 6000 (manufactured by Seiko Instruments Inc.) Temperature conditions: 25 ° C ⁇ 250 ° C (10 ° C / min) ⁇ 250 ° C (5 min) ⁇ -70 ° C (10 ° C / min) ⁇ 250 ° C (10 ° C / min) ⁇ 250 ° C (5 min) ⁇ 25 ° C (100) °C / min) Standard substance: Aluminum.
  • Tubes with spinning times of 10 minutes, 30 minutes, and 60 minutes obtained in each example and comparative example were cut into 1 cm lengths, and each was a 24-well plate (trade name "Non-treat”; manufactured by Falcon). ) was fixed vertically to each well. Then, 100 ⁇ l of fetal bovine serum (manufactured by Gibco) was added to the inside of the tube, and 1 ml of PBS (manufactured by Fujifilm) was added to the outside, and the mixture was allowed to stand for 3 hours. Then, the concentration of serum protein in PBS was measured using a BSA measurement kit (manufactured by Invitrogen), and the total amount (Q) (ng) of serum protein permeated to the outside was calculated.
  • BSA measurement kit manufactured by Invitrogen
  • the cut out films were set one by one in each well of a 6-well plate (trade name "Nontreat”; manufactured by Falcon), and 3 mL of PBS (manufactured by Fujifilm) was added and immersed. This was placed in a constant temperature bath at 37 ° C. and shaken under the condition of 100 rpm. PBS was exchanged twice a week, 1 mg of the film soaked once a week was cut out, and the weight average molecular weight was measured by the method described in Measurement Example 1. The number of days when the weight average molecular weight reached the measurement limit of 500 or less was recorded. It can be said that the longer the number of days required for decomposition, the longer the residual time in the body.
  • reaction mixture To the reaction mixture, add 3.0 mL of acetic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and chloroform in an amount such that the concentration of dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer is 15% by weight, and add 2 at 25 ° C. and a stirring speed of 200 rpm. Stirred for hours. Then, the reaction mixture was added dropwise to 2.0 L of methanol in a stirred state at 300 rpm to obtain a precipitate. The obtained precipitate was dried for 18 hours to obtain a dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer.
  • acetic acid manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • chloroform in an amount such that the concentration of dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer is 15% by weight
  • the obtained precipitate was dried for 18 hours to obtain a dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer.
  • the obtained dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer had a molecular weight corresponding to the weight average molecular weight and the maximum value of 60,000, the crystallization rate of the dilactide residue was 0.0%, and the R value was 0.58. It was.
  • the weight average molecular weight and the molecular weight corresponding to the maximum value of the obtained dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer were 100,000, the crystallization rate of the dilactide residue was 0.0%, and the R value was 0.78. It was.
  • Example 1 Collect 1 g of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer obtained by Synthesis Example 1 as a high molecular weight biodegradable polymer, and 2 g of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer obtained by Synthesis Example 2 as a low molecular weight biodegradable polymer. Then, the mixture was mixed while being dissolved in 10 mL of chloroform to obtain a biodegradable polymer solution. The weight average molecular weight of the obtained biodegradable polymer solution was measured by the method described in Measurement Example 1.
  • the obtained biodegradable polymer solution was collected in a 5 mL syringe (Terumo), and an 18 G needle (MECC) dedicated to the spinning device NANON-3 of MECC was attached.
  • a syringe containing a biodegradable polymer solution and a mandrel collector having a diameter of 4 mm were set in NANON-3 and spun by an electrospinning method.
  • the spinning conditions were: spinning distance: 17 cm, spinning voltage: 25 kV, spinning speed: 1 mL / hour, rotation speed: 50 rpm, spinning amplitude: 15 cm, spinning time: 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes. After spinning, the fiber structure was removed from the mandrel collector to obtain a non-woven fabric-like tube.
  • the fiber diameter of the tube obtained under the condition of spinning time of 10 minutes was measured by the method described in Measurement Example 4. Further, the permeation resistance of the tubes obtained under the conditions of spinning time of 10 minutes, 30 minutes and 60 minutes was calculated by the method described in Measurement Example 5.
  • Table 1 shows the biodegradable polymer used and the evaluation results.
  • Example 2 Table 1 shows the results of preparing and evaluating tubes in the same manner as in Example 1 except that 1 g of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer obtained in Synthesis Example 2 was used as the low molecular weight biodegradable monomer.
  • Example 1 A tube was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2 g of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer obtained in Synthesis Example 1 was used as the high molecular weight biodegradable polymer and no low molecular weight biodegradable monomer was used. The evaluation results are shown in Table 1.
  • Table 1 shows the results of preparing and evaluating tubes in the same manner as in Example 1 except that a low molecular weight biodegradable monomer was not used.
  • Example 3 A tube was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2 g of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer obtained in Synthesis Example 3 was used as the low molecular weight biodegradable polymer without using the high molecular weight biodegradable monomer. The evaluation results are shown in Table 1.
  • Example 4 A tube was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3 g of the dilactide / ⁇ -caprolactone copolymer obtained in Synthesis Example 3 was used as the low molecular weight biodegradable polymer without using the high molecular weight biodegradable monomer. The evaluation results are shown in Table 1.
  • Example 3 Polylactic acid as a high-molecular-weight biodegradable polymer (trade name "PURASORB PL24", manufactured by Collaboration, the molecular weight corresponding to the weight average molecular weight and the maximum value is 240,000) 2 g, polylactic acid as a low-molecular-weight biodegradable polymer (trade name) "PURASORB PL0.2", manufactured by PURAC, has a molecular weight of 2,000) corresponding to the weight average molecular weight and the maximum value, and 2.5 g of each is collected and mixed while being dissolved in 10 mL of chloroform to prepare a biodegradable polymer solution. Obtained. The weight average molecular weight of the obtained biodegradable polymer solution was measured by the method described in Measurement Example 1.
  • the obtained biodegradable polymer solution was collected in a 5 mL syringe (Terumo), and a 22 G needle (MECC) dedicated to the spinning device NANON-3 of MECC was attached.
  • a syringe containing a biodegradable polymer solution and a mandrel collector having a diameter of 4 mm were set in NANON-3 and spun by an electrospinning method.
  • the spinning conditions were spinning distance: 15 cm, spinning voltage: 22 kV, spinning speed: 3 mL / hour, rotation speed: 50 rpm, spinning amplitude: 15 cm, spinning time: 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes. After spinning, the fiber structure was removed from the mandrel collector to obtain a non-woven fabric-like tube.
  • the fiber diameter of the tube obtained under the condition of spinning time of 10 minutes was measured by the method described in Measurement Example 4. Further, the permeation resistance of the tubes obtained under the conditions of spinning time of 10 minutes, 30 minutes and 60 minutes was calculated by the method described in Measurement Example 5.
  • Table 2 shows the biodegradable polymer used and the evaluation results.
  • Example 4 Polylactic acid as a high molecular weight biodegradable polymer (trade name "PLLA", manufactured by BMG, the molecular weight corresponding to the weight average molecular weight and the maximum value is 320,000) 2.0 g, polylactic acid as a low molecular weight biodegradable polymer (commodity)
  • the tube was prepared in the same manner as in Example 3 except that 2.5 g of polylactic acid having a weight average molecular weight and a maximum value of 6,000 measured by GPC was used by hydrolyzing the name "PLA10” (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The results of preparation and evaluation are shown in Table 2.
  • Table 2 shows the results of preparing and evaluating tubes in the same manner as in Example 3 except that a low molecular weight biodegradable polymer was not used.
  • Example 5 Polylactic acid as a high molecular weight biodegradable polymer (trade name "PURASORB PL24", manufactured by Coribion, the molecular weight corresponding to the weight average molecular weight and the maximum value is 240,000) 2.0 g, polylactic acid as a low molecular weight biodegradable polymer (polylactic acid A tube was prepared in the same manner as in Example 3 except that 1.0 g of polylactic acid having a weight average molecular weight and a maximum value of 200 measured by GPC was used by hydrolyzing the product name “PLA10”, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The evaluation results are shown in Table 2.
  • Example 7 Poly (dilactide / glycolic acid copolymer) (trade name "PLGA5020", Wako Junyaku Co., Ltd., currently manufactured by Fuji Film Wako Junyaku Co., Ltd.) is hydrolyzed as a low molecular weight biodegradable polymer, and the weight average molecular weight measured by GPC.
  • Table 3 shows the results of preparing and evaluating tubes in the same manner as in Example 3 except that 4.0 g of poly (dilactide / glycolic acid copolymer) having a maximum value of 10,000 was used.
  • Example 9 A tube was prepared in the same manner as in Example 6 except that a low molecular weight biodegradable polymer was not used, and the evaluation results are shown in Table 3.

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Abstract

本発明の目的は、透過性が高く、体内残留時間が長い繊維構造体を提供することである。本発明は、生分解性ポリマー繊維を含む繊維構造体であって、前記生分解性ポリマーのGPC測定により得られる分子量分布において、2つ以上のピークを有する繊維構造体である。

Description

繊維構造体およびその製造方法
 本発明は、繊維構造体とその製造方法に関する。
 繊維が立体的に絡み合った構造を有する不織布や、多孔質体は、内部に空隙を有し、物質の浸潤性や透過性を発現するため、古くからフィルターや吸着剤などに用いられてきた。近年、不織布を細胞の足場材料の基材(足場基材)とする研究も盛んに行われている。生分解性材料を用いた不織布により、不織布内部に細胞が生着した後、組織再生過程において足場材料である不織布が分解されて自己組織に置換されていくため、生分解性材料を用いた不織布が、移植用の足場材料として期待されている。
 血管新生、神経再生のための細胞接着、細胞増殖に適した足場材料として適用可能な、ナノファイバー不織布の製造に関し、高分子溶液に電圧を印加し、高分子溶液のジェットを噴射して高分子ファイバーを形成させるエレクトロスピニング法により高分子ファイバーを製造する方法において、複数種の高分子溶液の紡糸開始点が同一または近接するようにして、前記複数種の高分子溶液の各々を噴射することで、複数種の高分子成分が含有された単一のファイバーを形成させることを特徴とする混紡型高分子ファイバーの製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
 一方、細胞湿潤性に優れる材料として、生体吸収性材料からなる少なくとも2層の積層体である多孔質組織再生基材であって、少なくとも1層の極細繊維不織布層を有し、前記極細繊維不織布層の表面に、平均孔径が0.1~800μmである少なくとも1層の多孔質層を有する、ことを特徴とする多孔質組織再生基材が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2007-186831号公報 特開2018-102652号公報
 生体内に移植される足場基材には、透過性が高く、体内残留時間が長いことが求められている。不織布の透過性は繊維径に依存しており、透過性を高めるためには、繊維径を太くすることが有効である。エレクトロスピニング法により繊維径の太い繊維を紡糸するためには、樹脂溶液の濃度を高くすることが有効である。一方、樹脂溶液の濃度が高くなると、粘度が上昇し、表面張力が電荷の反発力よりも強くなるため、特許文献1に記載された方法においては、繊維径の太い繊維を紡糸することが困難であり、透過性が不十分である課題があった。
 また、特許文献2に記載された方法により特許文献2に記載の繊維径の繊維を紡糸するためには、分子量が比較的小さい高分子を用いる必要があり、得られる多孔質組織再生基材の分解速度が大きいことから、体内残留時間が短い課題があった。
 本発明は、上記技術の課題に鑑み、透過性が高く、体内残留時間が長い繊維構造体を提供することを目的とする。
 本発明は、生分解性ポリマー繊維を含む繊維構造体であって、前記生分解性ポリマーのGPC測定により得られる分子量分布において、2つ以上のピークを有する繊維構造体である。
 本発明により、透過性が高く、体内残留時間の長い繊維構造体を得ることができる。
 本発明の繊維構造体は、生分解性ポリマー繊維を含む。
 <生分解性ポリマー>
 生分解性ポリマーとしては、例えば、ポリグリコール酸、ポリ乳酸(D、L、DL体)、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリヒドロキシブチレート吉草酸、ポリオルソエステル、ポリヒドロキシバレリル酸、ポリヒドロキシヘキサン酸、ポリヒドロキシブタン酸、ポリコハク酸ブチレン、ポリブチレンサクシネート、ポリテレフタール酸トリメチレン、ポリヒドロキシアルカノエートや、これらの共重合体などこれらを2種以上用いてもよい。生分解性ポリマーの中でも、モノマーに分解しやすい生分解性ポリエステルが好ましい。生分解性ポリエステルの中でも、分解物の安全性の臨床実績が豊富で安全性を担保しやすいポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリグリコール酸、それらの共重合体がより好ましい。合成法が簡便であるジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体(ポリ乳酸とポリカプロラクトンの共重合体)がさらに好ましい。
 本発明において、生分解性ポリマーの最大点応力は、生体組織と同程度の最大点応力となる1MPa以上1000MPa以下が好ましく、紡糸中の糸切れを予防する観点から5MPa以上30MPa以下がより好ましい。また、生分解性ポリマーのヤング率は、生体組織と同程度のヤング率となる0.1Mpa以上1000MPa以下が好ましく、繊維径のより太い繊維を紡糸しやすい観点から1.0MPa以上6.3MPa以下が好ましい。
 ここで、生分解性ポリマーの最大点応力およびヤング率は、JIS K6251(2010)に規定される方法により測定することができる。具体的には、生分解性ポリマーを減圧乾燥し、これを濃度が5重量%になるようにクロロホルムに溶解させた溶液を、“テフロン”(登録商標)製シャーレ上に移して、常圧、室温下で1昼夜乾燥する。これを減圧乾燥して得られた厚み0.1mmのポリマーフィルムを短冊状(30mm×5mm)に切り出し、小型卓上試験機 EZ-LX(株式会社島津製作所製)を用いて、初期長:10mm、引張速度:500mm/min、ロードセル:50Nの条件において引張試験を行い、最大点応力およびヤング率を測定する。各3回測定し、その数平均値を算出することにより、生分解性ポリマーの最大点応力およびヤング率を求めることができる。
 <ポリ乳酸>
 ポリ乳酸は、-乳酸、-乳酸などの乳酸の重合体または共重合体である。物性や生体適合性の観点から、-乳酸のホモポリマーが好ましい。
 <ポリ乳酸の製造方法>
 ポリ乳酸は、例えば、ジラクチドの開環重合により合成することができる。本発明においてジラクチドは乳酸の二量体を意味する。以下に、-ジラクチドを用いたポリ乳酸の合成法の一例を記載する。
 まず、-ジラクチドと、助開始剤をセパラブルフラスコに採取する。助開始剤としては、例えば、ラウリルアルコールなどが挙げられる。
 次に、窒素雰囲気下で触媒を添加し、加熱しながら撹拌し、原料を均一に溶解または溶融する。触媒としては、オクチル酸スズ(II)などが挙げられる。溶解または融解温度は、原料を均一に溶解または融解する観点から、95℃以上が好ましく、一方、過度の反応を抑制する観点から、110℃以下が好ましい。撹拌速度は、80rpm以上200rpm以下が好ましい。溶解または融解時間は、10分間以上60分間以下が好ましい。
 溶解または融解後、さらに加熱しながら撹拌し、原料を反応させる。反応温度は、原料の析出を抑制する観点から、120℃以上が好ましく、一方、原料の揮発を抑制する観点から、140℃以下が好ましい。撹拌速度は、80rpm以上200rpm以下が好ましい。反応時間は12時間以上48時間以下が好ましい。 その後、温度を保持しながらフラスコ内を減圧状態にし、未反応の-ジラクチドを除去する。最後に、反応混合物を、クロロホルムなどに溶解し、撹拌しているメタノールに滴下して、ポリ乳酸を沈殿させる。メタノールの撹拌速度は、200rpm以上300rpm以下が好ましい。得られたポリ乳酸中の溶媒を除去するために、乾燥することが好ましい。乾燥時間は12時間以上が好ましい。
 <ポリカプロラクトン>
 ポリカプロラクトンはε-カプロラクトンの共重合体である。
 <ポリカプロラクトンの製造方法>
 ポリカプロラクトンは、例えば、ε-カプロラクトンの開環重合により合成することができる。以下に、ε-カプロラクトンを用いたポリカプロラクトンの合成法の一例を記載する。
 まず、ε-カプロラクトンと、助開始剤をセパラブルフラスコに採取する。助開始剤としては、例えば、1,4-ブタンジオールなどが挙げられる。
 次に、窒素雰囲気下で触媒を添加し、加熱しながら撹拌し、原料を反応させる。触媒としては、オクチル酸スズ(II)などが挙げられる。反応温度は、反応性を高める観点から、110℃以上が好ましく、一方、原料の揮発を抑制する観点から、250℃以下が好ましい。撹拌速度は、80rpm以上200rpm以下が好ましい。反応時間は、6時間以上48時間以下が好ましい。
 その後、反応混合物を、クロロホルムなどに溶解し、撹拌しているメタノールに滴下して、ポリカプロラクトンを沈殿させる。メタノールの撹拌速度は、200rpm以上300rpm以下が好ましい。得られたポリカプロラクトン中の溶媒を除去するために、乾燥することが好ましい。乾燥時間は12時間以上が好ましい。
 <ポリグリコール酸>
 ポリグリコール酸はグリコール酸の共重合体である。
 <ポリグリコール酸の製造方法>
 ポリグリコール酸は、例えば、グリコール酸の環状ジエステルであるグリコリドの開環重合により合成することができる。以下にポリグリコール酸の合成法の一例を記載する。
 まず、グリコリドを丸底フラスコに採取する。次に窒素雰囲気下で触媒を添加し、加熱しながら撹拌し、原料を反応させる。触媒として、例えば、2-エチルヘキサン酸スズ(II)がある。反応温度は、反応性を高める観点から190℃以上が好ましい。撹拌速度は80rpm以上、200rpm以下が好ましい。反応時間は2時間以上、12時間以下が好ましい。さらに加温し、撹拌を続ける。反応温度は、反応性を高める観点から220℃以上が好ましく、原料の揮発を防ぐ観点から300℃以下が好ましい。撹拌速度は80rpm以上、200rpm以下が好ましい。反応時間は15分以上、1時間以下が好ましい。
 その後、反応混合物を、クロロホルムなどに溶解し、撹拌しているメタノールに滴下して、ポリグリコール酸を沈殿させる。メタノールの撹拌速度は、200rpm以上300rpm以下が好ましい。得られたポリグリコール酸中の溶媒を除去するために、乾燥することが好ましい。乾燥時間は12時間以上が好ましい。
 <ジラクチド/グリコール酸共重合体>
 ジラクチド/グリコール酸共重合体はラクチドとグリコリドの開環重合により合成することができる。以下にジラクチド/グリコール酸共重合体の合成方法の一例を記載する。
 まず、縦型反応管内に乾燥窒素を通気させ、酸素を反応管内から除去した。乾燥窒素の流速は150mL/min以上が好ましい。反応管内にジラクチドとグリコール酸を入れ、加温し反応させた。反応温度は反応速度を高める観点から180℃以上が好ましい。反応時間は4時間以上24時間以下が好ましい。
 その後、反応混合物を、クロロホルムなどに溶解し、撹拌しているメタノールに滴下して、ジラクチド/グリコール酸共重合体を沈殿させる。メタノールの撹拌速度は、200rpm以上300rpm以下が好ましい。得られたジラクチド/グリコール酸共重合体中の溶媒を除去するために、乾燥することが好ましい。乾燥時間は12時間以上が好ましい。
 <ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体>
 本発明におけるジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体は、下記(1)および(2)を満たすことが好ましい。下記(1)および(2)を満たすことにより、溶媒に高濃度で溶解したときの粘度上昇を抑制することができ、後述する生分解性ポリマー繊維の製造方法において、繊維径のより太い繊維を紡糸しやすくすることができる。かかるジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体は、例えば、後述するマルチ化工程を有するジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の製造方法により得ることができる。
 (1)下記式で表されるR値が0.45以上0.99以下である。
R=[AB]/2[A][B]×100
[A]:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中の、ジラクチド残基のモル分率(%)
[B]:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中の、ε-カプロラクトン残基のモル分率(%)
[AB]:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中の、ジラクチド残基とε-カプロラクトン残基が隣り合った構造(A-B、およびB-A)のモル分率(%)
 (2)ジラクチド残基またはε-カプロラクトン残基の少なくとも一方の結晶化率が14%未満である。
 R値は、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体における、モノマー残基の配列のランダム性を示す指標として用いられる。例えば、完全にモノマー配列がランダムなランダムコポリマーでは、R値は1となる。R値が0.45以上であると、結晶性が低く柔軟性に優れる。R値は0.50以上が好ましい。一方、R値が0.99以下であると、粘着性を抑制することができる。R値は0.80以下が好ましい。
 R値は核磁気共鳴(NMR)測定によって、隣り合う二つのモノマーの組み合わせ(A-A、B-B、A-B、B-A)の割合を定量することにより決定できる。具体的には、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を重クロロホルムに溶解し、H-NMR分析により、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中のジラクチド残基とε-カプロラクトン残基の比率をそれぞれ算出する。また、Hホモスピンデカップリング法により、ジラクチドのメチン基(5.10ppm付近)、ε-カプロラクトンのαメチレン基(2.35ppm付近)、εメチレン基(4.10ppm付近)について、隣り合うモノマー残基がラクチドもしくはε-カプロラクトンに由来するシグナルで分離し、それぞれのピーク面積を定量する。それぞれの面積比から式1の[AB]を計算しR値を算出する。ここで、[AB]はジラクチド残基とε-カプロラクトン残基が隣り合う構造のモル分率であり、具体的にはA-A、A-B、B-A、B-Bの総数に対するA-B、B-Aの数の割合である。
 ポリマーの結晶性は、その機械強度に大きな影響を与えることが知られている。一般に、低結晶性のポリマーは低ヤング率を示すため、柔軟性を得るためには結晶性が低いことが望ましい。本発明においては、ジラクチド残基およびε-カプロラクトン残基のうち、少なくとも一方の結晶化率が14%未満であることが好ましい。結晶化率が14%未満であれば、ヤング率を抑え、医用材料やエラストマー用途に適したポリエステルコポリマーを得ることができる。本発明においては、ジラクチド残基の結晶化率が14%未満であることが好ましい。ジラクチド残基の結晶化率は、10%以下がより好ましい。
 ここで言うモノマー残基の結晶化率とは、あるモノマー残基のみからなるホモポリマーの単位重量当たり融解熱と、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中の当該モノマー残基の重量分率の積に対する、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中の当該モノマー残基単位重量当たりの融解熱の割合である。すなわち、ジラクチド残基の結晶化率とは、ジラクチドのみからなるホモポリマーの単位重量あたり融解熱と、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中のジラクチド残基残基の重量分率の積に対する、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中のジラクチド残基残基単位重量当たりの融解熱の割合である。ジラクチド残基およびε-カプロラクトン残基の結晶化率は、それぞれジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体のジラクチド残基もしくはε-カプロラクトン残基の中で結晶構造を形成している割合を示す。ここで、結晶化率は、示差走査熱量計を用いてDSC法により測定することができる。
 ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。
 なお、後述するマルチ化工程を有する製造方法により、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の最大点応力およびヤング率を、前述の好ましい範囲に容易に調整することができる。
 <ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の製造方法>
 ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体は、一例として、ジラクチドおよびε-カプロラクトンを、重合完了時においてジラクチド残基とε-カプロラクトン残基の和が全残基の50モル%以上、かつジラクチド残基とε-カプロラクトン残基がそれぞれ全残基の20モル%以上となるよう配合して重合させるマクロマー合成工程;
前記マクロマー合成工程で得られたマクロマー同士を連結するか、あるいは前記マクロマー合成工程で得られたマクロマー溶液にジラクチドおよびε-カプロラクトンを追添加することによりマルチ化するマルチ化工程;
を有する製造方法により製造することができる。
 〔マクロマー合成工程〕
 マクロマー合成工程においては、ジラクチドとε-カプロラクトンを、理論上重合完了時においてジラクチド残基とε-カプロラクトン残基の和が全残基の50モル%以上、かつジラクチド残基とε-カプロラクトン残基がそれぞれ全残基の20モル%以上となるよう配合して重合を行う。これにより、ジラクチド残基とε-カプロラクトン残基を主構成単位とするジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体が得られるが、本製造方法においてはさらに後述するマルチ化工程を行うため、本明細書においては、本工程により得られるジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を「マクロマー」と表現する。
 ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を構成するモノマー残基の分布のランダム性は、重合時のモノマーの反応性の違いにより変化する。すなわち、重合時に、ジラクチドとカプロラクトンのうち、一方のモノマーの後に、同じモノマーと他方のモノマーが同確率で結合すれば、モノマー残基が完全にランダムに分布したランダムコポリマーが得られる。しかし、一方のモノマーの後にいずれかのモノマーが結合し易い傾向がある場合は、モノマー残基の分布に偏りのあるグラジエントコポリマーが得られる。得られたグラジエントコポリマーは、その分子鎖にそって重合開始末端から重合終了末端にかけてモノマー残基の組成が連続的に変化している。
 ここで、ジラクチドとε-カプロラクトンの反応性は、文献(D.W.Grijpmaetal.PolymerBulletin25,335,341)に記されているように大きく異なり、ジラクチドの方がε-カプロラクトンよりも初期重合速度が大きい。ジラクチドの初期重合速度VAは、反応率(%)で示すと3.6%/hであり、ε-カプロラクトンの初期重合速度VBは、0.88%/hである。マクロマー合成工程においてジラクチドとε-カプロラクトンとを共重合させた場合、ジラクチドの後にジラクチドが結合し易い。そのため、合成されたマクロマーにおいては、重合開始末端から重合終了末端にかけてジラクチド単位の割合が徐々に減少するグラジエント構造が形成される。すなわち、本工程で得られるマクロマーは、ジラクチドとε-カプロラクトンとの初期重合速度差により、ジラクチド残基とε-カプロラクトン残基とが骨格中で組成勾配をなすグラジエント構造を有するマクロマーとなる。このようなマクロマーを、本明細書においては「グラジエントマクロマー」と呼ぶ場合がある。
 マクロマー合成工程においては、このようなグラジエント構造を実現するために、開始末端から一方向に起こる重合反応によりマクロマーを合成することが望ましい。このような合成反応としては、開環重合、リビング重合を利用することが好ましい例として挙げられる。
 ラクチド/カプロラクトンマクロマーの合成方法の例について、より具体的に説明する。まず、ジラクチド、ε-カプロラクトンおよび触媒を、撹拌機を備えた反応容器に入れ、窒素気流下において加熱しながら撹拌する。反応容器内部の水分を除去するために、反応容器を減圧にして加熱撹拌することが好ましい。
 撹拌機としては、プロペラ型の撹拌翼を備えた撹拌機が好ましく、撹拌翼の回転速度は、50rpm以上200rpm以下が好ましい。
 重合反応の加熱温度は、100℃以上250℃以下が好ましい。重合反応の反応時間は、重合度を高める観点から、3時間以上が好ましく、5時間以上がより好ましく、7時間以上がさらに好ましい。一方、重合反応の反応時間は、生産性をより向上させる観点から、24時間以下が好ましい。
 ジラクチド、ε-カプロラクトンは、不純物を取り除くために予め精製して用いることが好ましい。
 触媒としては、例えば、オクチル酸スズ、三フッ化アンチモン、亜鉛粉末、酸化ジブチルスズ、シュウ酸スズなどが挙げられる。触媒の反応系への添加方法としては、例えば、原料仕込み時に原料中に分散させた状態で添加する方法や、前述の方法における減圧開始時や加熱開始直前に、媒質に分散した状態で添加する方法などが挙げられる。触媒の使用量は、反応時間を短縮して生産性をより向上させる観点から、ジラクチドおよびε-カプロラクトンの合計100重量部に対して、金属原子換算値で0.01重量部以上が好ましく0.04重量部以上がより好ましい。一方、触媒の使用量は、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体への金属残存量をより低減する観点から、ジラクチドおよびε-カプロラクトンの合計量に対して、金属原子換算値で0.5重量部以下が好ましい。
 水を助開始剤として使用する場合は、重合反応に先立って、90℃付近で助触媒反応を行うことが好ましい。
 本工程において得られるマクロマーは、最終的に上記(1)に示すR値を満たすジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を製造しやすくするため、上記(1)に記載したジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体と同様のR値を有するもの、すなわち、下記式
R値=[AB]/(2[A][B])×100
[A]:マクロマー中の、ジラクチド残基のモル分率(%)
[B]:マクロマー中の、ε-カプロラクトン残基のモル分率(%)
[AB]:マクロマー中の、ジラクチド残基とε-カプロラクトン残基が隣り合った構造(A-B、およびB-A)のモル分率(%)
で表されるR値が0.45以上0.99以下であることが好ましく、0.50以上0.80以下であることがより好ましい。
 また同様に、本工程で得られるマクロマーは、最終的に上記(2)に示すジラクチド残基またはε-カプロラクトン残基の結晶化率を有するジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を製造しやすくするため、上記(2)に記載したモノマー残基の結晶化率を有するもの、すなわち、ジラクチド残基またはε-カプロラクトン残基の少なくとも一方の結晶化率が14%未満であるものであることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましく、1%以下であることが最も好ましい。
 マクロマー合成工程において合成されるマクロマーの重量平均分子量は、好ましくは1万以上、より好ましくは2万以上である。また、結晶性をより低減して柔軟性をより向上させるためには15万以下であることが好ましく、10万以下であることがより好ましい。
 〔マルチ化工程〕
 マルチ化工程においては、マクロマー合成工程において得られたマクロマー同士を連結するか、あるいはマクロマー合成工程において得られたマクロマー溶液にジラクチドおよびカプロラクトンを追添加することによりマルチ化する。本工程においては、一のマクロマー合成工程で得られたマクロマー同士を連結してもよいし、二以上のマクロマー合成工程で得られた複数のマクロマーを連結してもよい。なお、「マルチ化」とは、これらのいずれかの方法で、ジラクチド残基とカプロラクトン残基とが骨格中で組成勾配を有するグラジエント構造を有する分子鎖が複数繰り返される構造を形成することを意味する。
 マルチ化工程における縮合反応の反応温度は、縮合反応を効率的に進める観点から、20℃以上が好ましい。一方、縮合反応の反応温度は、溶媒の揮発を抑制する観点から、50℃以下が好ましい。また、縮合反応の反応時間は、マルチ化するマクロマー単位の数を前述の好ましい範囲にする観点から、15時間以上が好ましい。一方、縮合反応の反応時間は、分子量分布を狭くする観点から、24時間以下が好ましい。
 直鎖状のジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を製造する場合は、例えば、グラジエントマクロマーの両末端に同様のグラジエントマクロマーを1分子ずつ、末端同士を介して結合させてゆくことにより合成できる。
 グラジエントマクロマーがヒドロキシル基とカルボキシル基を各末端に有する場合は、末端同士を縮合剤により縮合させることにより、マルチ化したジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体が得られる。縮合剤としては、例えば、p-トルエンスルホン酸4,4-ジメチルアミノピリジニウム、N,N’-ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’-ジイソプロピルカルボジイミド、N,N’-カルボニルジイミダゾールなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
 また、重合反応がリビング性を有する場合、すなわち重合物の末端から連続して重合反応を開始しうる場合には、重合反応が終了した後のグラジエントマクロマー溶液にジラクチドおよびε-カプロラクトンを追添加する操作を繰り返すことにより、マルチ化することができる。
 あるいは、グラジエントマクロマー同士は、ポリマーの力学的特性に影響を与えない範囲においてリンカーを介してマルチ化してもよい。特に、複数のカルボキシル基および/または複数のヒドロキシ基を有するリンカー、例えば2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸を使用すると、リンカーが分岐点となった分岐鎖状のポリエステルコポリマーを合成することができる。
 以上のような製造方法により得られるジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体は、ジジラクチド残基とカプロラクトン残基とが骨格中で組成勾配を有するマクロマー単位が2つ以上連結した構造のコポリマーとなり、これは本発明のジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の好ましい態様である。本明細書においては、このような構造を便宜的に「マルチグラジエント」、マルチグラジエント構造を有するコポリマーを「マルチグラジエントコポリマー」と記載する場合がある。マルチグラジエントコポリマーとしては、ジラクチド残基とε-カプロラクトン残基とが骨格中で組成勾配をなすグラジエント構造を有するマクロマー単位が2つ以上連結した構造を有することが好ましく、3つ以上連結した構造を有することが好ましい。
 <生分解性ポリマー繊維>
 本発明の生分解性ポリマー繊維は、生分解性ポリマーから形成される繊維であり、生分解ポリマーのGPC測定により得られる分子量分布において、2つ以上のピークを有する。本発明において、2つ以上のピークを有することは、分子量の異なる生分解性ポリマーを含有することであり、高分子量側にピークを有する、相対的に分子量の大きい生分解性ポリマー(高分子量生分解性ポリマー)および、低分子量側にピークを有する、相対的に分子量の小さい生分解性ポリマー(低分子量生分解性ポリマー)を含有する。
 生分解性ポリマーの分子量が大きいほど、繊維構造体の体内残留時間を長くすることができる。また、生分解性ポリマーの分子量が小さいほど、比較的低粘度で高濃度の生分解性ポリマー溶液を得ることができるため、エレクトロスピニング法により繊維径の太い繊維を紡糸することができ、繊維構造体の透過性を向上させることができる。すなわち、分子量の異なる生分解性ポリマーを含有することにより、相対的に分子量の大きい生分解性ポリマー(高分子量生分解性ポリマー)により繊維構造体の体内残留時間を長くし、相対的に分子量の小さい生分解性ポリマー(低分子量生分解性ポリマー)により繊維構造体の透過性を向上させることができる。分子量分布において、2つ以上のピークを有する生分解性ポリマーとして、分子量の異なる同種の生分解性ポリマーを用いてもよいし、分子量の異なる異種の生分解性ポリマーを用いてもよい。
 高分子量生分解性ポリマーと低分子量生分解性ポリマーの比率は、1:2~2:1が好ましい。高分子量生分解性ポリマーと低分子量生分解性ポリマーの比率はそれぞれポリマー重量の比であり、混合前にそれぞれで計測する、もしくは後述するGPC測定によって得られる高分子側の微分分子量分布曲線と低分子側の微分分子量分布曲線の面積比で算出することができる。
 生分解性ポリマーは、分子量100,000以下の領域と100,000より大きい領域にそれぞれ1つ以上のピークを有することが好ましい。分子量100,000以下の領域にピークを有することにより、繊維径のより太い繊維を紡糸することができ、繊維構造体の透過性をより向上させることができる。低分子量生分解性ポリマーは、分子量100以上70,000以下の領域にピークを有することが好ましく、分子量1,000以上70,000以下の領域にピークを有することがより好ましい。一方、分子量100,000より大きい領域にピークを有することにより、繊維構造体の体内残留時間をより長くすることができる。高分子量生分解性ポリマーは、分子量200,000以上の領域にピークを有することがより好ましい。生分解性ポリマーの分子量分布におけるピークは、GPC測定より得られる微分分子量分布曲線の極大値をいう。
 ここで、GPC測定は、下記条件により行うことができる。
機器名:Prominence(株式会社島津製作所製)
移動相:クロロホルム(HPLC用)(和光純薬工業株式会社製)
流速:1mL/min
カラム:TSKgel GMHHR-M(φ7.8mm×300mm;東ソー株式会社製)
ガードカラム:TSKgel guardcolumn HHR-H(φ6.0mm×40mm;東ソー株式会社製)
検出器:UV(254nm)、RI
カラム、検出器温度:35℃
標準物質:ポリスチレン。
 本発明における生分解性ポリマー繊維の繊維径は、3μm以上が好ましい。繊維径を3μm以上とすることにより、繊維構造体の透過性をより向上させることができる。繊維径は、5μm以上がより好ましい。ここで、生分解性ポリマー繊維の繊維径は、20本の繊維の径の平均値を言い、顕微鏡を用いて繊維構造体表面を倍率500倍で拡大観察し、観察画像から無作為に選択した生分解性ポリマー繊維20本について、2点間距離計測によって測定した繊維径の平均値を算出することにより求めることができる。生分解性ポリマー繊維の繊維径は、例えば、後述する生分解性ポリマー繊維の製造方法において用いる生分解性ポリマーの分子量、生分解性ポリマー溶液濃度、紡糸速度などにより、所望の範囲に調整することができる。
 <生分解性ポリマー繊維の製造方法>
 生分解性ポリマー繊維は、例えば、前述の分子量分布を有する生分解性ポリマーから、エレクトロスピニング法により製造することができる。より詳しくは、前述の分子量分布を有する生分解性ポリマーを溶媒に溶解した溶液を射出して溶媒紡糸してもよいし、前述の分子量分布を有する生分解性ポリマー溶融させて射出して溶融紡糸してもよい。本発明においては、繊維径を太くすることができることから、溶媒の揮発により繊維径が小さくなりやすい溶媒紡糸において、より顕著な効果を奏する。したがって、前述の分子量分布を有する生分解性ポリマーの溶液から、エレクトロスピニング法により繊維を形成することが好ましい。
 前述のとおり、生分解性ポリマー繊維の繊維径は、生分解性ポリマー濃度に依存し、高濃度であると、繊維径をより太くすることができる。本発明において、生分解性ポリマー濃度は、0.25g/mL以上が好ましい。一方、過度の粘度上昇を抑制する観点から、生分解性ポリマー濃度は、1.0g/mL以下が好ましい。
 前述のとおり、生分解性ポリマー繊維の繊維径は、紡糸速度に依存し、紡糸速度が速い、すなわち射出される生分解性ポリマー溶液量が多いと、繊維径をより太くすることができる。本発明において、射出速度は、0.5mL/時間以上が好ましく、糸切れを抑制する観点から0.8mL/時間以上がより好ましい。一方、一度に射出される生分解性ポリマー溶液量を適度に抑えて電荷の反発を抑制する観点から、射出層度は、5mL/時間以下が好ましい。
 <繊維構造体>
 本発明の繊維構造体は、前述の生分解性ポリマー繊維を含む。繊維構造体の構造としては、例えば、編み、織り、配向、不織布様などが挙げられる。これらの中でも、不織布様の構造が好ましい。不織布様の構造は、繊維同士が立体的に不規則に絡み合うため、空隙が多くなり、繊維径の太径化による透過性向上の効果がより顕著に奏される。
 本発明の繊維構造体は、透過性を表す指標となる血清タンパク質の透過抵抗が小さいことが好ましい。ここで、繊維構造体の透過抵抗は、以下の方法により求めることができる。まず、繊維構造体の内側に100μLの牛胎児血清を、外側に1mLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を添加して3時間静置した後、PBS中の血清タンパク質の濃度を測定し、外側に浸透した血清タンパク質の総量(Q)(ng)を算出する。繊維構造体の表面積(S)(mm)と静置時間(T)(s)から、下記式により単位時間あたりのタンパク質透過束(J)(ng/mm・s)を算出する。
J=Q/(S×T)
算出したタンパク質透過束(J)を縦軸、繊維構造体の厚み(d)(mm)を横軸とする散布図から近似直線の傾きを算出し、その絶対値から透過抵抗(ng/mm・s)を求めることができる。透過抵抗は、例えば、繊維構造体を形成する生分解性ポリマー繊維の繊維径を大きくすることにより、低減することができる。
 本発明の繊維構造体の厚みは、強度を向上させる観点から、100μm以上が好ましく、200μm以上がより好ましい。ここで、繊維構造体の厚みは、顕微鏡を用いて繊維構造体の断面を拡大観察することにより、測定することができる。繊維構造体の厚みは、例えば、エレクトロスピニング法による紡糸時間によって所望の範囲に調整することができる。
 <繊維構造体の製造方法>
 本発明の繊維構造体は、例えば、前述する生分解性ポリマー繊維の製造方法において、射出された糸をコレクター上に集積することにより製造することができる。
 コレクターの形状は、目的とする繊維構造体の形状にあわせて選択することができる。例えば、シート状の繊維構造体を製造する場合、ローラー型のコレクターを回転させながら生分解性ポリマー繊維を集積し、集積した生分解性ポリマー繊維の片端から他端までを一直線に切開することにより、シート状の繊維構造体を製造することができる。平らなシート状の繊維構造体を得る観点から、ローラーの直径は100mm以上が好ましい。また、チューブ状の繊維構造体を製造する場合、円柱状のコレクターを回転させながら生分解性ポリマー繊維を集積した後、コレクターを繊維構造体から引き抜くことにより、チューブ状の繊維構造体を製造することができる。
 コレクターの回転速度は、繊維構造体の厚みを均一にする観点から、30rpm以上が好ましい。一方、コレクターの回転速度は、繊維径を大きくしやすい観点から、1000rpm以下が好ましい。
 溶液の射出口とコレクターとの距離は、溶媒を十分に揮発する観点から、13cm以上が好ましい。一方、溶液の射出口とコレクターとの距離は、静電力による繊維の伸張を抑制する観点から、30cm以下が好ましい。
 以下、具体的に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はそれらの実施例に限定的に解釈されるべきでなく、本発明の概念に接した当業者が想到し、実施可能であると観念するであろうあらゆる技術的思想およびその具体的態様が本発明に含まれるものとして理解されるべきものである。
 [測定例1:ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)の測定]
 合成例1~3により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体、各実施例および比較例で作製した生分解性ポリマー溶液、それぞれにクロロホルムを添加し、1mg/mLとなるようポリマー溶液を調製した。その後、0.45μmのシリンジフィルター(DISMIC-13HP;ADVANTEC社製)を通過させて不純物等を除去した後、下記条件のGPC測定によりポリスチレン換算の微分分子量分布曲線を得た。得られた分布曲線から、重量平均分子量を算出し、また、極大値に対応する分子量を求めた。
機器名:Prominence(株式会社島津製作所製)
移動相:クロロホルム(HPLC用)(和光純薬工業株式会社製)
流速:1mL/min
カラム:TSKgel GMHHR-M(φ7.8mm×300mm;東ソー株式会社製)
ガードカラム:TSKgel guardcolumn HHR-H(φ6.0mm×40mm;東ソー株式会社製)
検出器:UV(254nm)、RI
カラム、検出器温度:35℃
標準物質:ポリスチレン。
 [測定例2:示差走査熱量(DSC)によるジラクチド残基の結晶化率の測定]
 合成例1~3により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体をアルミニウムPANに採取し、示差走査熱量計(EXTAR 6000;セイコーインスツル株式会社製)を用いて、下記条件のDSC法により融解熱を算出した。得られた融解熱の値から、下記式により結晶化率を算出した。
結晶化率=(ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体のジラクチド残基単位重量当たりの融解熱)/{(ジラクチド残基のみからなるホモポリマーの単位重量当たり融解熱)×(ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中のジラクチド残基の重量分率)}×100
機器名:EXSTAR 6000(セイコーインスツル株式会社製)
温度条件:25℃→250℃(10℃/min)→250℃(5min)→-70℃(10℃/min)→250℃(10℃/min)→250℃(5min)→25℃(100℃/min)
標準物質:アルミニウム。
 [測定例3:核磁気共鳴(NMR)による各残基のモル分率およびR値の測定]
 合成例1~3により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を重クロロホルムに溶解し、下記条件のH-NMRにより、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中のジラクチド残基及びカプロラクトン残基の比率をそれぞれ算出した。また、Hホモスピンデカップリング法により、ラクチドのメチン基(5.10ppm付近)、カプロラクトンのαメチレン基(2.35ppm付近)、εメチレン基(4.10ppm付近)について、隣り合うモノマー残基がラクチドもしくはカプロラクトンに由来するシグナルで分離し、それぞれのピーク面積を定量した。それぞれの面積比から式1の[AB]を計算しR値を算出した。ここで、[AB]はジラクチド残基とカプロラクトン残基が隣り合った構造のモル分率であり、具体的にはA-A、A-B、B-A、B-Bの総数に対するA-B、B-Aの数の割合である。
機器名:JNM-EX270(日本電子株式会社製)
Hホモスピンデカップリング照射位置:1.66ppm
溶媒:重クロロホルム
測定温度:室温。
 [測定例4:繊維径の測定]
 各実施例および比較例により得られた紡糸時間10分間の条件のチューブをマイクロスコープ(KH-1300、HiRox社製)の試料台にセットし、倍率500倍に拡大してチューブの表面を観察し、付属の「2D measuree」の画像解析ソフトを用いて撮影した。撮影時、サンプルの深度によって全画面でピントが合わないときは、同ソフトの機能を用いて深度合成を行った。撮影した画像から無作為に20本の繊維を選び、同ソフトの機能を用いて2点間距離計測によって繊維径を測定し、その平均値を繊維構造体の繊維径とした。
 [測定例5:透過抵抗の測定]
 各実施例および比較例により得られた紡糸時間10分間、30分間、60分間のそれぞれの条件のチューブを長軸に対して垂直に切断し、マイクロスコープ(KH-1300;HiRox社製)の試料台にセットした。倍率250倍に拡大してチューブの断面を観察し、付属の「2D measuree」の画像解析ソフトを用いて撮影した。撮影時、サンプルの深度によって全画面でピントが合わないときは、同ソフトの機能を用いて深度合成を行った。撮影した画像から無作為に5カ所を選び2点間距離計測によってそれぞれの厚みを測定し、その平均値を各紡糸時間におけるチューブの厚みとした。
 各実施例および比較例により得られた紡糸時間10分間、30分間、60分間のそれぞれの条件のチューブを1cmの長さにカットし、それぞれ24ウェルプレート(商品名「ノントリート」;Falcon社製)の各ウェルに垂直に固定した。その後、チューブの内側に100μlの牛胎児血清(Gibco社製)、外側に1mlのPBS(富士フイルム社製)を添加し、3時間静置した。その後、BSA測定キット(invitrogen社製)を用いて、PBS中の血清タンパク質の濃度を測定し、外側に浸透した血清タンパク質の総量(Q)(ng)を算出した。チューブの表面積(外径×π×1cm)をS(mm)、静置時間をT(s)とし、単位時間あたりのタンパク質透過束J(ng/mm・s)を下式により算出した。
J=Q/(S×T)
それぞれのチューブについて、タンパク質透過束Jを縦軸、チューブ厚みd(mm)を横軸でプロットした散布図から近似直線の傾きを算出し、その絶対値から透過抵抗(ng/mm・s)を求めた。
 [測定例6:分解に要する日数の測定]
 繊維構造体の体内残留時間の指標として、実施例1~2および比較例2~4の生分解性ポリマー繊維と同じ組成のポリマー組成物からなるフィルムを用いて分子量の経日変化を測定した。実施例1~2および比較例2~4において作製した生分解性ポリマー溶液を、“テフロン”(登録商標)製シャーレ上に移して、常圧、室温下で1昼夜乾燥した。これを減圧乾燥して得られた厚み0.1mmのポリマーフィルムを短冊状(30mm×5mm)に切り出した。切り出したフィルムを一枚ずつ、6ウェルプレート(商品名「ノントリート」;Falcon社製)の各ウェルにセットし、PBS(富士フイルム社製)を3mL添加し、浸漬させた。これを37℃の恒温槽内に入れ、100rpmの条件で震盪した。週に2回PBSの交換を行い、週に1回浸漬したフィルムを1mg切り出し、測定例1に記載の方法により重量平均分子量を測定した。重量平均分子量が測定限界である500以下となった時点の日数を記録した。分解に要する日数が長いほど、体内残留時間が長いと言える。
 [合成例1:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の合成]
 25gの-ジラクチド(Corbion社製)と、18.3mLのε-カプロラクトン(和光純薬工業株式会社製)とを、モノマーとしてセパラブルフラスコに採取した。これらを窒素雰囲気下、触媒としてジラクチドとε-カプロラクトンの合計100重量部に対して0.05重量部(スズ換算値)のオクチル酸スズ(II)(和光純薬工業株式会社製)を3.5mLのトルエン(超脱水)(和光純薬工業株式会社製)に溶解した溶液と、助開始剤として227.4mgのヒドロキシピバリン酸(東京化成工業株式会社製)を添加し、140℃に加熱しながら、撹拌速度100rpmで12時間撹拌し、共重合反応させて、マクロマー溶液を得た。
 得られたマクロマー溶液に、触媒として1.67gのp-トルエンスルホン酸4,4-ジメチルアミノピリジニウム(合成品)と、617.9mgの4,4-ジメチルアミノピリジン(和光純薬工業株式会社製)を添加した。これらを窒素雰囲気下、255mLのジクロロメタン(脱水)(和光純薬工業株式会社製)に溶解し、縮合剤として5.76gのジシクロヘキシルカルボジイミド(シグマアルドリッチ社製)を添加し、25℃、撹拌速度100rpmで18時間撹拌し、縮合重合させた。
 反応混合物に、3.0mLの酢酸(和光純薬工業株式会社製)と、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体濃度が15重量%となる量のクロロホルムを添加し、25℃、撹拌速度200rpmで2時間撹拌した。その後、反応混合物を、300rpmの撹拌状態にある2.0Lのメタノールに滴下して、沈殿物を得た。得られた沈殿物を18時間乾燥し、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を得た。得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体について測定例1、測定例2、測定例3の方法により測定した結果、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は240,000であり、ジラクチド残基の結晶化率は0.0%、R値は0.60であった。
 [合成例2:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の合成]
 合成例1と同様の方法によりマクロマー溶液を得た。得られたマクロマー溶液に、3.0mLの酢酸(和光純薬工業株式会社製)と、ジラクチド/ε-カプロラクトンマクロマー濃度が15重量%となる量のクロロホルムを添加し、25℃、撹拌速度200rpmで2時間撹拌した。その後、反応混合物を、300rpmの撹拌状態にある2.0Lのメタノールに滴下して、沈殿物を得た。得られた沈殿物を18時間乾燥し、ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を得た。得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の重量平均分子量および極大値に対応する分子量は60,000であり、ジラクチド残基の結晶化率は0.0%、R値は0.58であった。
 [合成例3:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の合成]
 50.0gの-ジラクチド(PURAC社製)と、38.5mLのε-カプロラクトン(和光純薬工業株式会社製)とを、モノマーとしてセパラブルフラスコに採取した。これらをアルゴン雰囲気下、触媒としてジラクチドとε-カプロラクトンの合計100重量部に対して0.1重量部のオクチル酸スズ(II)(和光純薬工業株式会社製)を14.5mLのトルエン(超脱水)(和光純薬工業株式会社製)に溶解した溶液と、助開始剤としてモノマー/助開始剤比が142.9となる量のイオン交換水を添加し、90℃に加熱しながら、撹拌速度100rpmで1時間撹拌して助触媒反応を行った後、150℃に加熱しながら、撹拌速度100rpmで6時間撹拌して共重合反応させて、粗コポリマーを得た。得られた粗コポリマーを100mLのクロロホルムに溶解し、撹拌状態にある1400mLのメタノールに滴下して、沈殿物を得た。この操作を3回繰り返し、沈殿物を70℃で減圧乾燥してマクロマーを得た。
 得られたマクロマー7.5gと、触媒である0.28gのp-トルエンスルホン酸4、4-ジメチルアミノピリジニウム(合成品)と、0.10gの4、4-ジメチルアミノピリジン(和光純薬工業株式会社製)を同一容器内に採取した。これらをアルゴン雰囲気下、マクロモノマー濃度が30重量%となるようジクロロメタン(脱水)(和光純薬工業株式会社製)に溶解し、1.3kPa環境下、撹拌速度100rpmで2時間撹拌した。5mLのジクロロメタンに0.47gのアミレン(東京化成工業株式会社製)を溶解した溶液を縮合剤として添加し、25℃で、撹拌速度100rpmで48時間撹拌し、縮合重合させた。
 反応混合物に、30mLのクロロホルムを添加し、25℃、撹拌速度200rpmで2時間撹拌した。その後、反応混合物を、300rpmで撹拌状態にある2.0Lのメタノールに滴下して、沈殿物を得た。この沈殿物を50mLのクロロホルムに溶解し、300rpmで撹拌状態にある500mLのメタノールに滴下して、再度沈殿物を得た。この操作を2回繰り返し、沈殿物としてジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体を得た。得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体の重量平均分子量および極大値に対応する分子量は100,000であり、ジラクチド残基の結晶化率は0.0%、R値は0.78であった。
 [実施例1]
 高分子量生分解性ポリマーとして合成例1により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体1g、低分子量生分解性ポリマーとして合成例2により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体2gをそれぞれ採取し、10mLのクロロホルムに溶解しながら混合し、生分解性ポリマー溶液を得た。得られた生分解性ポリマー溶液について、測定例1に記載の方法により重量平均分子量を測定した。
 得られた生分解性ポリマー溶液を5mLのシリンジ(テルモ社)に採取し、MECC社の紡糸装置NANON-3専用の18Gの針(MECC社)を取り付けた。生分解性ポリマー溶液の入ったシリンジとφ4mmのマンドレルコレクターをNANON-3にセットし、エレクトロスピニング法により紡糸した。紡糸条件は、紡糸距離:17cm、紡糸電圧:25kV、紡糸速度:1mL/時間、回転速度:50rpm、紡糸振幅:15cm、紡糸時間:10分間、30分間、60分間とした。紡糸後、マンドレルコレクターから繊維構造体を取り外し、不織布様構造のチューブを得た。紡糸時間10分間の条件で得られたチューブについて、測定例4に記載の方法により繊維径を測定した。また、紡糸時間10分間、30分間、60分間の各条件で得られたチューブについて、測定例5に記載の方法により透過抵抗を算出した。
 用いた生分解性ポリマーと評価結果を表1に示す。
 [実施例2]
 低分子量生分解性モノマーとして合成例2により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体1gを用いたこと以外は実施例1と同様にチューブを作製し、評価した結果を表1に示す。
 [比較例1]
 高分子量生分解性ポリマーとして合成例1により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体2gを用い、低分子量生分解性モノマーを用いなかったこと以外は実施例1と同様にチューブを作製し、評価した結果を表1に示す。
 [比較例2]
 低分子量生分解性モノマーを用いなかったこと以外は実施例1と同様にチューブを作製し、評価した結果を表1に示す。
 [比較例3]
 高分子量生分解性モノマーを用いず、低分子量生分解性ポリマーとして合成例3により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体2gを用いたこと以外は実施例1と同様にチューブを作製し、評価した結果を表1に示す。
 [比較例4]
 高分子量生分解性モノマーを用いず、低分子量生分解性ポリマーとして合成例3により得られたジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体3gを用いたこと以外は実施例1と同様にチューブを作製し、評価した結果を表1に示す。
 [実施例3]
 高分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PURASORB PL24」、Coribion社製、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は240,000)2g、低分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PURASORB PL0.2」、PURAC社製、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は2,000)2.5gをそれぞれ採取し、10mLのクロロホルムに溶解しながら混合し、生分解性ポリマー溶液を得た。得られた生分解性ポリマー溶液について、測定例1に記載の方法により重量平均分子量を測定した。
 得られた生分解性ポリマー溶液を5mLのシリンジ(テルモ社)に採取し、MECC社の紡糸装置NANON-3専用の22Gの針(MECC社)を取り付けた。生分解性ポリマー溶液の入ったシリンジとφ4mmのマンドレルコレクターをNANON-3にセットし、エレクトロスピニング法により紡糸した。紡糸条件は、紡糸距離:15cm、紡糸電圧:22kV、紡糸速度:3mL/時間、回転速度:50rpm、紡糸振幅:15cm、紡糸時間:10分間、30分間、60分間とした。紡糸後、マンドレルコレクターから繊維構造体を取り外し、不織布様構造のチューブを得た。紡糸時間10分間の条件で得られたチューブについて、測定例4に記載の方法により繊維径を測定した。また、紡糸時間10分間、30分間、60分間の各条件で得られたチューブについて、測定例5に記載の方法により透過抵抗を算出した。
 用いた生分解性ポリマーと評価結果を表2に示す。
 [実施例4]
 高分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PLLA」、BMG社製、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は320,000)2.0g、低分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PLA10」、和光純薬株式会社)を加水分解させ、GPC測定の重量平均分子量および極大値が6,000に相当するポリ乳酸2.5gを用いた以外は実施例3と同様にチューブを作製し、評価した結果を表2に示す。
 [比較例5]
 低分子量生分解性ポリマーを用いなかったこと以外は実施例3と同様にチューブを作製し、評価した結果を表2に示す。
 [比較例6]
 高分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PURASORB PL24」、Coribion社製、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は240,000)4.5gを用い、低分子量生分解性モノマーを用いなかったこと以外は実施例3と同様にチューブを作製し、評価した結果を表2に示す。
 [比較例7]
 高分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PURASORB PL12」、Coribion社製、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は120,000)4.5gを用い、低分子量生分解性モノマーを用いなかったこと以外は実施例3と同様にチューブを作製し、評価した結果を表2に示す。
 [比較例8]
 高分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PLLA」、BMG社製、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は320,000)2.0g、低分子量生分解性ポリマーを用いなかったこと以外は実施例4と同様にチューブを作製し、評価した結果を表2に示す。
 [実施例5]
 高分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PURASORB PL24」、Coribion社製、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は240,000)2.0g、低分子量生分解性ポリマーとしてポリ乳酸(商品名「PLA10」、和光純薬株式会社)を加水分解させ、GPC測定の重量平均分子量および極大値が200に相当するポリ乳酸1.0gを用いた以外は実施例3と同様にチューブを作製し、評価した結果を表2に示す。
 [実施例6]
 高分子量生分解性ポリマーとしてポリ(ジラクチド/グリコール酸共重合体)(商品名「PGLA(10:90)」、BMG社製、CGA:CLA=10:90、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は260,000)2.0g、低分子量生分解ポリマーとしてポリ(ジラクチド/グリコール酸共重合体)(商品名「PLGA5020」、和光純薬株式会社、現富士フィルム和光純薬株式会社製)を加水分解させ、GPC測定の重量平均分子量および極大値が10,000に相当するポリ(ジラクチド/グリコール酸共重合体)1.0gを採取し、10mLのクロロホルムに溶解しながら混合し、生分解ポリマー溶液を得た。得られた生分解性ポリマー溶液について、測定例1に記載の方法により重量平均分子量を測定した。実施例3と同様にチューブを作製し、評価した結果を表3に示す。
 [実施例7]
 低分子量生分解ポリマーとしてポリ(ジラクチド/グリコール酸共重合体)(商品名「PLGA5020」、和光純薬株式会社、現富士フィルム和光純薬株式会社製)を加水分解させ、GPC測定の重量平均分子量および極大値が10,000に相当するポリ(ジラクチド/グリコール酸共重合体)4.0gを用いた以外は実施例3と同様にチューブを作製し、評価した結果を表3に示す。
 [比較例9]
 低分子量生分解性ポリマーを用いなかったこと以外は実施例6と同様にチューブを作製し、評価した結果を表3に示す。
 [比較例10]
 高分子量生分解性ポリマーとしてポリ(ジラクチド/グリコール酸共重合体)(商品名「PGLA(10:90)」、BMG社製、CGA:CLA=10:90、重量平均分子量および極大値に対応する分子量は260,000)3.0g、低分子量生分解性ポリマーを用いなかったこと以外は実施例6と同様にチューブを作製し、評価した結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003

Claims (8)

  1.  生分解性ポリマー繊維を含む繊維構造体であって、前記生分解性ポリマーのGPC測定により得られる分子量分布において、2つ以上のピークを有する繊維構造体。
  2.  前記生分解性ポリマーのGPC測定により得られる分子量分布において、分子量100,000以下の領域と100,000より大きい領域にそれぞれ1つ以上のピークを有する請求項1に記載の繊維構造体。
  3.  前記生分解性ポリマー繊維の繊維径が3μm以上であり、不織布様構造である請求項1または2に記載の繊維構造体。
  4.  前記生分解性ポリマーが生分解性ポリエステルである請求項1~3のいずれかに記載の繊維構造体。
  5.  分子量100以上70,000以下の領域および分子量200,000以上の領域にピークを有する請求項1~4のいずれかに記載の繊維構造体。
  6.  前記生分解性ポリマーが、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリグリコール酸またはそれらの共重合体である請求項4に記載の繊維構造体。
  7.  前記生分解性ポリマーが、下記(1)および(2)を満たすジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体である、請求項6に記載の繊維構造体。
    (1)下記式
    R=[AB]/(2[A][B])×100
    [A]:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中の、ジラクチド残基のモル分率(%)
    [B]:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中の、ε-カプロラクトン残基のモル分率(%)
    [AB]:ジラクチド/ε-カプロラクトン共重合体中の、ジラクチド残基とε-カプロラクトン残基が隣り合った構造(A-B、およびB-A)のモル分率(%)
    で表されるR値が0.45以上0.99以下である。
    (2)ジラクチド残基またはε-カプロラクトン残基の少なくとも一方の結晶化率が14%未満である。
  8.  請求項1~7のいずれかに記載の繊維構造体の製造方法であって、前記生分解性ポリマーの溶液からエレクトロスピニング法により繊維を形成する工程を有する繊維構造体の製造方法。
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