(57)【要約】【課題】簡便な方法で、生体に対する親和性を有し、繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体を提供する。【解決手段】三次元繊維構造体は、水溶性のタンパク質と、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含む水溶性のアクリル系ポリマーと、を含む繊維を含み、前記繊維が綿状に集合した構造を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性のタンパク質と、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含む水溶性のアクリル系ポリマーと、を含む繊維を含み、
前記繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体。
【請求項２】
前記タンパク質は、繊維状タンパク質を含む、請求項１に記載の三次元繊維構造体。
【請求項３】
前記タンパク質は、水溶性コラーゲン類および水溶性ケラチン類からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項１または２に記載の三次元繊維構造体。
【請求項４】
前記アクリル系ポリマーは、ポリ（メタ）アクリル酸およびその塩からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の三次元繊維構造体。
【請求項５】
さらに、薬物を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元繊維構造体。
【請求項６】
前記繊維は、前記タンパク質を主成分とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の三次元繊維構造体。
【請求項７】
前記繊維がナノファイバを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の三次元繊維構造体。
【請求項８】
水溶性のタンパク質と、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含む水溶性のアクリル系ポリマーと、水と、を含む原料液を準備する工程と、
前記原料液を電界紡糸することにより、コレクタ電極の上に、前記タンパク質と前記アクリル系ポリマーとを含む繊維を堆積させて、前記繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体を得る電界紡糸工程と、を備える、三次元繊維構造体の製造方法。
【請求項９】
前記原料液および前記繊維は、それぞれ、さらに薬物を含む、請求項８に記載の三次元繊維構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記電界紡糸工程において、前記コレクタ電極の上に基材が載置されており、前記繊維は前記基材の表面に堆積される、請求項８または９のいずれか１項に記載の三次元繊維構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界紡糸法は、繊維を比較的容易に製造できる方法である。一般に、電界紡糸法では、静電延伸現象を利用して、繊維の原料である樹脂（原料樹脂）から繊維を生成させ、ターゲットに堆積させることで繊維集合体が形成される。
【０００３】
一方、繊維集合体の用途が拡大するに従って、嵩高い三次元構造を有する繊維集合体も求められている。しかし、電界紡糸法では、通常、繊維はターゲットと反対の電荷を有するため、繊維全体がターゲットに引きつけられて、倒れた状態で堆積されることとなり、繊維集合体は不織布状となる。そのため、電界紡糸法により繊維を生成、堆積させるだけでは、三次元構造を有する繊維集合体を形成することは難しい。
【０００４】
特許文献１では、薬物を含むゼラチン水溶液やポリウレタン樹脂溶液を電界紡糸して生成した繊維を堆積させることにより、積層体を作製し、プラスチックフィルムなどの保護層を設けて、経皮吸収製剤を製造することが提案されている。
【０００５】
特許文献２では、電界紡糸を送風下で行うことで、ポリ乳酸などの生分解性樹脂とシロキサンとを含む繊維状物質から構成される綿状の三次元立体構造を有する骨欠損部充填材料を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−５５１１９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１２０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、電界紡糸法によりゼラチンなどの繊維の積層体が得られるが、この積層体はシート状であり、繊維が三次元的に嵩高く集合した構造を有する繊維集合体は得られない。特許文献２では、電界紡糸法により三次元構造を有する繊維集合体を製造するのに、送風を行う必要があり、例えば、工業的な製造には大きな設備が必要となったり、三次元構造の制御が難しかったりと、煩雑である。そのため、簡便な方法で、三次元構造を有する繊維集合体を製造する方法が求められる。また、繊維材料について、例えば、生体に対する親和性など、繊維集合体の用途に要求される性能を優先すると、紡糸性が低下したり、目的とする形態の繊維集合体が得られなかったりする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面は、水溶性のタンパク質と、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含む水溶性のアクリル系ポリマーと、を含む繊維を含み、
前記繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体に関する。
【０００９】
本発明の他の局面は、水溶性のタンパク質と、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含む水溶性のアクリル系ポリマーと、水と、を含む原料液を準備する工程と、
前記原料液を電界紡糸することにより、コレクタ電極の表面に、前記タンパク質と前記アクリル系ポリマーとを含む繊維を堆積させて、前記繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体を得る電界紡糸工程と、を備える、三次元繊維構造体の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１０】
簡便な方法で、生体に対する親和性を有し、繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元繊維構造体の製造に用いられる電界紡糸装置の構成例を示す側面図である。
【図２】実施例１で得られた三次元繊維構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】実施例１の電界紡糸工程において繊維が堆積して三次元繊維構造体が形成されている状態を示す写真である。
【図４】実施例１で形成された綿状の三次元繊維構造体をサンプル瓶に収容した状態を示す写真である。
【図５】実施例２で得られた三次元繊維構造体のＳＥＭ写真である。
【図６】実施例２の電界紡糸工程において繊維が堆積して三次元繊維構造体が形成されている状態を示す写真である。
【図７】実施例２の電界紡糸工程において繊維が堆積して三次元繊維構造体が形成されている状態を示す写真である。
【図８】実施例２で形成された綿状の三次元繊維構造体をサンプル瓶に収容した状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係る三次元繊維構造体は、水溶性のタンパク質と、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含む水溶性のアクリル系ポリマーと、を含む繊維を含み、この繊維が綿状に集合した構造を有する。
【００１３】
上記の三次元繊維構造体は、水溶性のタンパク質と、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含む水溶性のアクリル系ポリマーと、水と、を含む原料液を準備する工程と、原料液を電界紡糸することにより、コレクタ電極の表面に、タンパク質とアクリル系ポリマーとを含む繊維を堆積させて、繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体を得る電界紡糸工程と、を備える、製造方法により製造される。
なお、本明細書中、アクリル酸およびメタクリル酸を（メタ）アクリル酸と総称する。
【００１４】
本実施形態によれば、水溶性のタンパク質は生体に対する親和性が高く、上記のアクリル系ポリマーの生体に対する親和性も比較的高いため、三次元繊維構造体の生体に対する親和性を確保することができる。また、水溶性のタンパク質と、上記のようなアクリル系ポリマーとを組み合わせることにより、電界紡糸により、簡便に、繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体を得ることができる。綿状の三次元繊維構造体は、柔軟であり、成形が容易で、通気性および液浸透性にも優れている。三次元繊維構造体は、水溶性であり、溶解するとゲル状になる。そのため、三次元繊維構造体に薬物などの機能性成分を保持させて生体に適用すると、ゲル状で留まらせて、機能性成分を徐々に放出させることができる。よって、三次元繊維構造体を、薬物などの機能性成分の徐放用途に利用することも可能である。
【００１５】
なお、本実施形態において、繊維が綿状に集合した構造が形成されるのは、電界紡糸において、ターゲットであるコレクタ電極の表面に繊維が起立状態で堆積することによる。繊維が起立状態で堆積する理由の詳細は定かではないが、次のような理由によるものと考えられる。まず、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含む水溶性のアクリル系ポリマーは、側鎖に多数の極性基（具体的には、カルボキシル基またはその塩）を有する。このようなアクリル系ポリマーを、水溶性のタンパク質とともに含む水溶液を原料液として用いて電界紡糸すると、多数の極性基が、紡糸中の繊維の中にアクリル系ポリマーの主鎖に沿って一次元的に比較的高い密度で分布すると考えられる。その結果、極性基同士の電荷（例えば、カルボキシル基の場合は負電荷）の相互作用（反発力）により、繊維が直線状になり易くなるものと考えられる。さらに、この繊維は誘電性を備える。そのため、電界紡糸の際に、数１０ｋＶの高電圧が印加される原料液を噴出するためのノズルと接地されるコレクタ電極との間に発生する強い電界により繊維が分極する。その結果、ノズルとコレクタ電極との間の電界の向きに沿って繊維が配列し、コレクタ電極に対して繊維が起立状態で堆積するものと考えられる。
【００１６】
それに対し、アクリル系ポリマーを含まない水溶性のタンパク質の水溶液を原料液として電界紡糸に用いると、特許文献１のように、得られる繊維は不織布状に堆積される。この場合、タンパク質を含む繊維の一部がコレクタ電極の表面に着地しても、上記のような極性基同士の反発が起こりにくく、繊維が直線状になり難いと考えられる。水溶性のタンパク質の繊維は、元々分極状態が不均一である。これに加え、繊維の帯電性も低いため、隣接する繊維同士が絡まり易く、これによっても繊維の分極状態が乱れると考えられる。その結果、強い電界中で紡糸しても、電位勾配に沿って起立する繊維の整列が起りにくく、繊維がコレクタ電極上に倒れた状態で堆積するものと考えられる。
【００１７】
また、上記アクリル系ポリマーの水溶液は粘度が高くなるため、電界紡糸するには水溶液中のアクリル系ポリマーの濃度を低くする必要がある。低濃度のアクリル系ポリマーの水溶液を電界紡糸に供しても、繊維を形成することは難しく、繊維を形成できたとしても嵩高く積層させることは難しい。このように、水溶性のタンパク質および上記アクリル系ポリマーのいずれか一方の水溶液を電界紡糸に用いても、繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体は得られない。
【００１８】
なお、本実施形態に係る三次元繊維構造体は、繊維が綿状（fluff）に集合した構造を有するが、構造体自体も綿状である。綿状の三次元繊維構造体は、綿花（cotton wool）や綿菓子（cotton candy）のような繊維の集合構造を有していてもよい。綿状の三次元繊維構造体には、通常、配列した状態の繊維が含まれ、繊維がランダムに配されている部分と配列している部分とが共存した状態であってもよい。三次元繊維構造体は、水溶性のタンパク質と上記のアクリル系ポリマーと水とを含む原料液を電界紡糸することによりコレクタ電極上に繊維を堆積させることにより形成される。三次元繊維構造体は、綿状であれば、コレクタ電極上に必要に応じて基材を介して起立状態で堆積した状態の繊維の集合体も、起立状態で堆積した繊維をコレクタ電極から回収した後の繊維集合体も、本実施形態に係る三次元繊維構造体に含まれるものとする。
【００１９】
繊維が起立状態で堆積するとは、電界紡糸により生成した繊維がコレクタ電極上に、針状や樹枝状に堆積することを言う。起立状態とは、堆積した針状や樹枝状の繊維束の長さ方向が、コレクタ電極の表面に対してなす角度が、２０°以上である場合を言うものとする。堆積した繊維束の長さ方向とは、堆積した繊維を水平方向から撮影した写真において、各繊維束に着目したときに、繊維束の最下部から最上部まで引いた直線の長さ方向を言うものとする。任意に選択した複数（例えば、１０個）の繊維束のうち、８０％以上において、繊維束の長さ方向が、コレクタ電極の表面に対してなす角度が上記の範囲であれば、繊維が起立状態で堆積しているものとする。
【００２０】
上記タンパク質は、繊維状タンパク質を含むことが好ましい。また、上記タンパク質は、水溶性コラーゲン類および水溶性ケラチン類からなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。これらのタンパク質は、電界紡糸の際に繊維を形成し易いため（つまり、紡糸性が高いため）、繊維が形成され難いアクリル系ポリマーを用いても電界紡糸により繊維を容易に形成することができる。さらに、繊維がアクリル系ポリマーを含むことで、繊維を起立状態で堆積させ易くなる。そのため、より容易に繊維を綿状に堆積させることができる。また、水溶性コラーゲン類や水溶性ケラチン類は、生体への親和性が高く、安全性も確保し易いため、特に、機能性成分の徐放用途に適している。
【００２１】
アクリル系ポリマーは、ポリ（メタ）アクリル酸およびその塩からなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。このようなアクリル系ポリマーは、水溶性タンパク質とともに紡糸することで、綿状の三次元繊維構造体が得られやすい。また、生体への親和性もより確保し易い。
【００２２】
三次元繊維構造体は、嵩高いため、薬物などの機能性成分を保持させるのに有用である。本発明には、薬物などの機能性成分を含む三次元繊維構造体も包含される。また、上記製造方法では、原料液および繊維は、それぞれ、さらに薬物などの機能性成分を含むことが好ましい。この場合、原料液に薬物などの機能性成分を添加する、あるいはエマルション化して含有させることにより、三次元繊維構造体に容易に機能性成分を保持させることができる。また、三次元繊維構造体では、薬物などの機能性成分を繊維に含有させることもできる。従って、三次元繊維構造体は、特に機能性成分の徐放用途に適している。
【００２３】
繊維は、水溶性タンパク質を主成分とすることが好ましい。この場合、電界紡糸の際の紡糸性をさらに高めることができる。また、繊維がアクリル系ポリマーを含むことで、繊維を起立状態で堆積させ易くなるため、綿状の三次元繊維構造体をより容易に得ることができる。また、三次元繊維構造体の生体親和性を確保し易くなるため、特に、機能性成分の徐放用途に適している。
なお、水溶性タンパク質が主成分とは、繊維の５０質量％以上が水溶性タンパク質である場合を言う。
【００２４】
繊維は、ナノファイバを含むことが好ましい。ナノファイバのような繊維径が小さな繊維を電界紡糸で生成させる場合、特許文献２のように送風を行うと、繊維が切れたり、過度に集合したりして、綿状の三次元繊維構造体を得ることが難しい。本実施形態では、水溶性タンパク質と上記のようなアクリル系ポリマーとを組み合わせることで、電界紡糸でナノファイバが生成する場合でも、起立状態で堆積させることができ、綿状の三次元繊維構造体を得ることができる。
【００２５】
以下、三次元繊維構造体およびその製造方法の各構成についてより詳細に説明する。
［三次元繊維構造体］
三次元繊維構造体は、上述のように繊維が綿状に集合した構造を有している。
（繊維）
繊維は、水溶性タンパク質（第１成分）と、アクリル系ポリマー（第２成分）とを含む。
【００２６】
（水溶性タンパク質（第１成分））
水溶性タンパク質としては、水溶性であればよく、水に不溶性のタンパク質を親水化処理して水溶性にしたものであってもよい。また、水溶性タンパク質としては、天然由来のタンパク質を用いてもよく、天然のタンパク質を模したポリペプチド構造を有する合成タンパク質（合成ポリペプチドを含む）を用いてもよい。繊維は、水溶性タンパク質を一種含んでもよく、二種以上含んでもよい。
【００２７】
電界紡糸における紡糸性が高く、繊維を起立状態で堆積させ易い観点からは、水溶性タンパク質は、繊維状タンパク質を含むことが好ましい。繊維状タンパク質としては、例えば、水溶性コラーゲン類、水溶性ケラチン類、水溶性エラスチン類が挙げられる。
【００２８】
コラーゲン類としては、コラーゲン、コラーゲンペプチド、ゼラチン、コラーゲン様の合成ポリペプチドなどが挙げられる。ケラチン類としては、ケラチン（卵殻膜プロテイン（ＥＭＰ）も含む）、ケラチンペプチド、ケラチン様の合成ポリペプチドなどが挙げられる。エラスチン類としては、エラスチン、エラスチンペプチド、エラスチン様の合成ポリペプチドなどが挙げられる。電界紡糸における紡糸性が高い観点からは、水溶性コラーゲン類および水溶性ケラチン類が好ましい。
【００２９】
水溶性を確保し易い観点から、水溶性タンパク質の重量平均分子量は、５００〜８０，０００であることが好ましく、１，０００〜４０，０００であることがさらに好ましい。
【００３０】
繊維に含まれる水溶性タンパク質の含有量は、用途などに応じて決定できるが、紡糸性が高く、綿状の三次元繊維構造体が容易に得られる観点からは、繊維は、水溶性タンパク質を主成分とする（つまり、繊維の５０質量％以上が水溶性タンパク質である）ことが好ましい。この場合、三次元繊維構造体の生体に対する親和性も確保し易い。繊維中の水溶性タンパク質の含有量は、７０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上または９０質量％以上であることがさらに好ましい。
【００３１】
（アクリル系ポリマー（第２成分））
アクリル系ポリマーは、（メタ）アクリル酸またはその塩を繰り返しユニットとして含んでおり、水溶性である。繊維は、アクリル系ポリマーを一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。アクリル酸ポリマーは、（メタ）アクリル酸またはその塩が連結したポリ（メタ）アクリル酸部分を有していることが好ましい。アクリル酸ポリマーのポリ（メタ）アクリル酸部分において、（メタ）アクリル酸の繰り返し数は、例えば、１０個以上であり、３０個以上であることが好ましい。
【００３２】
塩を形成するカチオンとしては、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリ金属カチオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオンなどが挙げられる。アクリル系ポリマーは、塩を構成するカチオンとして、一種のカチオンを含んでもよく、二種以上のカチオンを含んでもよい。
【００３３】
アクリル系ポリマーは、（メタ）アクリル酸およびその塩以外の共重合性モノマー単位を含んでいてもよい。共重合性モノマー単位に対応する共重合性モノマーとしては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミドなどが挙げられる。アクリル系ポリマーは、共重合性モノマー単位を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。
【００３４】
アクリル系ポリマーにおいて、（メタ）アクリル酸およびその塩のユニットの比率は、例えば、５０モル％以上であり、４０モル％以上または３０モル％以上であることが好ましい。（メタ）アクリル酸およびその塩のユニットの比率が、このような範囲である場合、電界紡糸において、起立状態で繊維をより堆積させ易くなる。
【００３５】
水溶性タンパク質とともに紡糸することで綿状の三次元繊維構造体が得られやすい観点からは、アクリル系ポリマーは、ポリ（メタ）アクリル酸およびその塩からなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。塩を構成するカチオンとしては、上記と同じである。ポリ（メタ）アクリル酸には、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、およびアクリル酸−メタクリル酸共重合体が含まれる。繊維に含まれるアクリル系ポリマー中、ポリ（メタ）アクリル酸およびその塩の含有量は、８０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましい。繊維に含まれるアクリル系ポリマーを、ポリ（メタ）アクリル酸および／またはその塩のみで構成してもよい。
【００３６】
原料液の粘度を調節し易く、繊維を起立状態で堆積させ易い観点からは、アクリル系ポリマーの重量平均分子量は、例えば、１０００〜２０００万であり、１０万〜１０００万であることが好ましい。
なお、本明細書中、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定されるポリスチレン換算の分子量である。
【００３７】
繊維を起立状態で堆積させ易い観点からは、繊維に含まれる水溶性のアクリル系ポリマーの量は、繊維に含まれる水溶性タンパク質１００質量部に対して、例えば、０．１質量部以上であり、１質量部以上であってもよい。高い紡糸性を確保し易い観点からは、繊維に含まれる水溶性のアクリル系ポリマーの量は、繊維に含まれる水溶性タンパク質１００質量部に対して、例えば、１０質量部以下であり、６質量部以下であることが好ましく、５質量部以下または３質量部以下であってもよい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。
【００３８】
（第３成分）
三次元繊維構造体は、第１成分および第２成分以外の他の成分（第３成分）を含むことができる。第３成分としては、添加剤の他、薬物などの機能性成分が挙げられる。第３成分は、三次元繊維構造体に担持されていてもよく（例えば、繊維の表面に付着していてもよく）、繊維に含まれていてもよい。第３成分が繊維に含まれる場合、機能性成分などの第３成分を脱落し難い状態で三次元繊維構造体に保持させることができる。そのため、機能性成分の徐放用途にも有用である。
【００３９】
第３成分は、水溶性であってもよいし、水に難溶であってもよいし、水分散性であってもよい。第３成分としては、薬物、美容効果が期待できる化粧成分、繊維の性状等を調整する調整成分などが挙げられる。薬物としては、特に制限されず、生理活性成分、薬理活性成分などの各種活性成分が挙げられ、薬効を有する医薬成分であってもよい。薬物は、生体内において活性を有すればよく、生体に適用される時点では活性であっても不活性であってもよい。三次元繊維構造体は、第３成分を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。
【００４０】
医薬成分としては、例えば、止血剤、消炎剤、オートインデューサー阻害剤、経皮吸収性医薬品等があげられる。化粧成分としては、ビタミンＣ誘導体、乳酸、リンゴ酸、リンゴ酸塩または誘導体、酒石酸、酒石酸塩または誘導体、クエン酸、クエン酸塩または誘導体、セリシン、香料等が挙げられる。調整成分としては、例えば、増粘剤、防腐剤、ｐＨ調整剤、導電率調整剤等が挙げられる。しかし、各成分は、これらの具体例に限定されるものではなく、用途に応じて選択すればよい。
【００４１】
繊維や三次元繊維構造体に含まれる第３成分の量は、第３成分の種類や繊維構造体の用途などに応じて決定できる。
【００４２】
（その他）
繊維は、水溶性の第１成分および第２成分を含むため、生体（例えば、皮膚や粘膜）などに繊維構造体を接触させたとき、水分によって第１成分および第２成分が溶解する。繊維構造体は、第１成分や第２成分が溶解すると、ゲル状になるため、その場に留まり易く、生体に接触させた状態を持続することができる。よって、繊維に含まれる水により皮膚等の乾燥を抑制したり、第１成分や第２成分を生体に作用させたり、および／または機能性成分などの第３成分を含む場合には、第３成分を生体に作用させたりすることもできる。なお、上記の水分は、生体が保持する水分、生体内から蒸散される水分、および／または外部から供給される水分である。外部からの水分は、他の液体とともに供給してもよい。
【００４３】
繊維の平均繊維径は、例えば、３０００ｎｍ以下であり、２０００ｎｍ以下であってもよい。本実施形態では、第１成分と第２成分とを組み合わせることにより、繊維がナノファイバを含む場合でも、綿状の三次元構造体を容易に得ることができる。ナノファイバを含む繊維の平均繊維径は、例えば、１０００ｎｍ未満であり、９００ｎｍ以下であることが好ましい。繊維が溶解し易く、生体に密着させ易い観点からは、ナノファイバを含む繊維の平均繊維径は、６００ｎｍ以下または４００ｎｍ以下としてもよい。繊維の平均繊維径は、５ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましく、２０ｎｍ以上または５０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。また、用途によっては、繊維の平均繊維径を３００ｎｍ以上または５００ｎｍ以上としてもよい。これらの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。
【００４４】
なお、繊維の平均繊維径とは、繊維の直径の平均値である。繊維の直径とは、繊維の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、三次元繊維構造体を鉛直上方から見たときの、繊維の長さ方向に対して垂直な方向の幅を、繊維の直径と見なしてもよい。平均繊維径は、例えば、繊維構造体に含まれる任意の１０本の繊維の任意の箇所の直径の平均値である。繊維がビーズのように膨らんだ部分を有する場合には、この部分を避けて直径を計測すればよい。
【００４５】
本実施形態に係る三次元繊維構造体は、柔軟で、成形もし易いため、機能性成分を保持させて、皮膚などに適用することができる。例えば、三次元繊維構造体を、適宜成形して、耳内に適用したり、鼻腔内や口腔内の粘膜に適用したりすることもできる。また、三次元繊維構造体は、水分を吸収することによりゲル状になるため、適用した部分に留まらせ、機能性成分を皮膚や粘膜に付与することもできる。よって、三次元繊維構造体は、特に、薬物などの機能性成分の徐放用途（ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）なども含む）に適している。
【００４６】
［三次元繊維構造体の製造方法］
本実施形態に係る製造方法は、第１成分と、第２成分と、水と、を有する原料液を準備する準備工程と、原料液を電界紡糸して三次元繊維構造体を得る電界紡糸工程とを備える。
【００４７】
（準備工程）
まず、第１成分と第２成分と水とを含む原料液を調製する。第１成分および第２成分は水溶性であるため、原料液に溶解している。繊維に第３成分を含有させる場合には、原料液に第３成分を加えればよい。この場合、原料液に第３成分を添加するという簡単な作業により、第３成分を、脱落し難い状態で三次元繊維構造体に保持させることができる。
【００４８】
原料液における第１成分の濃度は、特に限定されず、原料液の粘度等を考慮して、適宜設定すればよい。なかでも、繊維が形成され易い点で、原料液における第１成分の濃度は、１〜４０質量％であることが好ましく、５〜３０質量％であることがより好ましい。原料液における第２成分の濃度は、特に限定されず、例えば、０．０１〜５質量％であり、０．１〜２質量％であってもよい。
【００４９】
原料液の粘度は、電界紡糸法に適するように適宜設定すればよい。なかでも、２５℃の条件下、せん断速度１ｓ−１で回転粘度計によって測定される原料液の粘度は、５００ｍＰａ・ｓ〜３０，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、１，０００ｍＰａ・ｓ〜１５，０００ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。原料液の粘度がこの範囲であると、安定した電界紡糸が可能になるとともに、繊維が起立状態で堆積し易くなる。第２成分は原料液の粘度を増加させる作用を有するため、第２成分を配合することにより、原料液の粘度を制御することができる。ただし、原料液には、粘度調整のための他の成分を含ませてもよい。
【００５０】
原料液には、水（第１溶媒）以外の溶媒（以下、第２溶媒と称す。）が含まれていてもよい。第２溶媒は、水との相溶性を有する限り特に限定されず、第１成分および第２成分の種類や、製造条件等に応じて、適宜選択すればよい。なかでも、水との相溶性および揮発性に優れる点で、第２溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、イソブチルアルコール、ヘキサフルオロイソプロパノール等のアルコール類が好ましい。第２溶媒は単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。ただし、第１成分の溶解性の観点から、全溶媒に占める第２溶媒の割合は、５０質量％未満であることが好ましく、２５質量％以下であることがより好ましい。
【００５１】
原料液は、必要に応じて、第３成分以外の成分（第４成分）を含んでもよい。第４成分は、繊維や繊維構造体中に残存しない場合が多い。このような第４成分としては、例えば、添加剤が挙げられる。このような添加剤としては、例えば、ｐＨ調整剤が好ましい。原料液がｐＨ調整剤を含む場合には、原料液の粘度を、紡糸に適した粘度に調整することが容易となる。第１成分や第２成分の溶解性は、ｐＨに依存するためである。また、原料液がｐＨ調整剤を含むことにより、繊維のｐＨを制御することができる。また、第３成分のうち、薬物の機能の発揮はｐＨに依存する場合がある。そのため、繊維が、第３成分として薬物を含む場合は、原料液に、薬物に加え、ｐＨ調整剤を添加することにより、薬物の効果が発揮され易くなる場合がある。
【００５２】
ｐＨ調整剤としては、例えば、クエン酸、酢酸、リン酸、硫酸、グルコン酸、コハク酸等の酸、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。上記成分は、ｐＨを安定させるために、それらの塩を含む緩衝液（例えば、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、酢酸緩衝液等）として使用されることが好ましい。
【００５３】
原料液における第３成分や第４成分の濃度は、繊維の形成を妨げない範囲であれば特に限定されず、第３成分や第４成分の機能を考慮して適宜設定すればよい。第３成分および第４成分の濃度は、それぞれ、例えば、０．０１〜５質量％であることが好ましく、０．１〜２質量％であってもよい。
【００５４】
（電界紡糸工程）
本工程では、原料液を電界紡糸することにより、コレクタ電極の表面に、第１成分および第２成分を含む繊維を起立状態で堆積させて、繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体を形成する。原料液が第３成分を含む場合には、繊維に第３成分を含有させることができる。
【００５５】
電界紡糸では、ターゲットであるコレクタ電極をグランドさせるかマイナス（あるいはプラス）に帯電させ、そこにプラス（あるいはマイナス）の電位が印加された原料液をノズルから放出させる。ターゲットに到達する過程において原料液の溶媒は揮発し、ターゲットには、静電延伸現象により生成した繊維が堆積して、三次元繊維構造体が形成される。上述のように、繊維がノズルとターゲットの間の電界の方向に沿って分極することにより繊維は起立状態で堆積される。電界の向きは、ノズルの形状、コレクタ電極の形状、ノズルに印加する電圧、および／またはコレクタ電極に印加する電圧により決定できる。電界の向きをノズルからターゲットに向かう方向にしても、ターゲットからノズルに向かう方向にしても、いずれの場合でも三次元繊維構造体を形成できる。ただし、電界の向きをノズルからターゲットに向かう方向にした方が、三次元繊維構造体の形成効率が高いため、好ましい。すなわち、ターゲットをグランドさせるかマイナスに帯電させ、プラスの電位を印加した原料液をノズルから放出させることが好ましい。
【００５６】
原料液には、少なくとも第１成分と、第２成分と、水と、が含まれている。原料液は、放出によって静電延伸される。このとき、原料液に含まれる水の少なくとも一部が除去（蒸発）される。これにより、第１成分は繊維を形成する。このとき、第２成分によって、原料液の粘度は増加し得るため、繊維が形成され易くなる一方で、繊維中に第２成分が取り込まれる。
【００５７】
電界紡糸は、公知の方法で行うことができる。
電界紡糸に用いられる電界紡糸装置を、図面を参照しながら説明する。図１は、電界紡糸装置１０の構成例を示す側面図である。電界紡糸装置１０は、例えば、原料液２０を放出するための放出体１１と、放出された原料液２０をプラスに帯電させる帯電手段と、ターゲット１２を支持するコンベアベルト１３と、を備えている。コンベアベルト１３は、ターゲット１２とともに、繊維構造体を収集するコレクタ部として機能する。
【００５８】
放出体１１は、導体で構成されており、長尺の形状を有し、その内部は中空になっている。中空部は原料液２０を収容する収容部となる。放出体１１のターゲット１２と対向する側には、原料液２０の放出口（図示せず）が複数箇所設けられている。放出体１１の放出口と、ターゲット１２との距離は、電界紡糸装置１０の規模や所望の繊維径にもよるが、例えば、１００ｍｍ〜６００ｍｍであればよい。
【００５９】
原料液２０は、放出体１１の中空部と連通するポンプ（図示せず）の圧力により、パイプ１８を通って放出体１１の中空に供給されるとともに、放出口からターゲット１２に向かって放出される。放出された原料液２０は、帯電した状態で放出体１１とターゲット１２との間の空間（生成空間）を移動中に静電爆発を起し、第１成分および第２成分（必要に応じて第３成分）を含む繊維を生成する。生成した繊維は、ターゲット１２上に起立状態で堆積し、綿状の三次元繊維構造体を形成する。繊維の堆積量および平均繊維径は、原料液２０の吐出圧力、印加電圧、原料液２０における原料の組成、濃度、生成空間の環境（組成、温度、湿度、圧力等）を調整することにより、制御される。
【００６０】
放出体１１およびターゲット１２を帯電させる帯電手段は、放出体１１に電圧を印加する電圧印加装置１４と、コンベアベルト１３に平行に設置された対電極（コレクタ電極）１５と、で構成されている。対電極１５は接地（グランド）されている。これにより、放出体１１と対電極１５（ターゲット１２）との間には、電圧印加装置１４により印加される電圧に応じた電位差を設けることができる。なお、帯電手段の構成は、特に限定されない。例えば、ターゲット１２はマイナスに帯電されていてもよい。また、対電極１５を設ける代わりに、コンベアベルト１３を導体から構成してもよい。
【００６１】
放出体１１は、例えば、放出体１１の上方に設置された、ターゲット１２と平行な第１支持体１６から下方に延びる第２支持体１７により、自身の長手方向がターゲット１２の主面と平行になるように支持されている。第１支持体１６は、放出体１１を揺動できるように、可動であってもよい。
【００６２】
電界紡糸装置１０は、上記の構成に限定されない。例えば、放出体１１の長手方向に垂直な断面の形状は、上方から下方に向かって次第に小さくなる形状（Ｖ型ノズル）であってもよい。また、放出体１１は、１以上のニードル形状のノズルを備えていてもよい。
【００６３】
電界紡糸工程の後、風乾、減圧、あるいは繊維構造体にダメージを与えない条件での加熱等により、繊維に含まれる溶媒の除去、あるいは含水量の調節を行ってもよい。含水量は、繊維構造体の柔らかさや感触に加えて、各成分の作用、繊維構造体の保存性等に影響し得る。
【００６４】
なお、電界紡糸工程において、形成した三次元繊維構造体を回収しやすくするため、コレクタ電極上に、基材を介して、繊維を堆積させてもよい。より具体的には、コレクタ電極の表面に基材を載置し、この基材の表面に繊維を堆積させることにより、三次元繊維構造体を形成してもよい。この場合、堆積させた繊維を基材とともに電界紡糸装置から容易に回収することができる。
【００６５】
基材の上に堆積する繊維はノズルとコレクタ電極との間の電界によって分極し、起立状態となる。そのため、基材は堆積する繊維の分極状態を乱さないように、誘電性を備えることが望ましい。例えば、基材を構成する材料は、セルロース、樹脂（例えば、ポリアミド、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリスチレン、ゴム状重合体、セルロース誘導体など）、ゴムなどであってもよく、無機材料（ガラスなど）であってもよい。基材は、フィルムまたはシート（コーティングも含む）、箔などであってもよく、多孔質体（微多孔膜の他、織布、不織布などの繊維集合体など）などであってもよく、これらの積層体であってもよい。また、基材には、金属層とその表面に形成された誘電体層との積層体、表面に酸化層を備えるアルミニウムや銅などの金属製基材なども含まれる。基材の表面の帯電状態をコレクタ電極により制御し易い観点から、基材の厚みは、３０μｍ以下であることが望ましい。
【００６６】
（その他）
繊維の表面に第３成分を付着させることにより、繊維構造体に第３成分を保持させてもよい。第３成分は、溶液や分散液の状態で、繊維構造体に適用させ、溶媒や分散媒を除去することにより繊維構造体に付着させてもよい。このとき、溶媒や分散媒としては、繊維構造体の繊維を溶解しないものを用いることが好ましい。
【００６７】
［実施例］
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６８】
［実施例１］
（１）原料液の調製
超純水に、第２成分としてのポリアクリル酸ナトリウム（ＰＡＡＮａ、重量平均分子量３００万）を０．５質量％、第１成分としてのＥＭＰ（重量平均分子量１５，０００）を２０質量％となるように混合して溶解させることにより、原料液（せん断速度１ｓ−１における粘度：２５１ｍＰａ・ｓ）を得た。
【００６９】
（２）三次元繊維構造体の形成
得られた原料液を、印加電圧４５ｋＶの条件で電界紡糸して、平均繊維径が７００ｎｍの繊維が起立状態で堆積することにより、綿状の三次元繊維構造体をターゲット上に形成した。得られた三次元繊維構造体のＳＥＭ写真を図２に示す。図３は、電界紡糸工程において繊維が起立状態で堆積して三次元繊維構造体が形成されている状態を示す写真である。図４は、形成された綿状の三次元繊維構造体をサンプル瓶に収容した状態を示す写真である。
【００７０】
図３に示すように、電界紡糸工程では、生成した繊維は、ターゲット上に起立状態で堆積し、綿状の三次元繊維構造体が形成される。図４に示すように、ターゲット上から回収した繊維構造体も綿状となっている。
【００７１】
［実施例２］
超純水に溶解させる際のＰＡＡＮａの濃度を０．２５質量％にし、第１成分としてコラーゲンペプチド（酵素分解コラーゲンペプチド、平均分子量２，０００）を１０質量％濃度で用いた。これら以外は、実施例１と同様にして原料液を準備し、三次元繊維構造体を形成した。
【００７２】
得られた繊維の平均繊維径は、６００ｎｍであった。得られた三次元繊維構造体のＳＥＭ写真を図５に示す。図６および図７は、それぞれ、電界紡糸工程において繊維が起立状態で堆積して三次元繊維構造体が形成されている状態を示す写真である。図８には、形成された綿状の三次元繊維構造体をサンプル瓶に収容した状態を示す写真を示す。図８に示すように、ターゲット上から回収した繊維構造体は綿状となっている。
【００７３】
［比較例１］
ＰＡＡＮａを用いなかったこと以外は、実施例２と同様にして原料液を準備し、電界紡糸を試みたが、原料液の粘度が低すぎて電界紡糸することができなかった。そこで、ヒアルロン酸を添加することで原料液の粘度を上げて電界紡糸を行った。その結果、繊維は倒れた状態で堆積されて、不織布状の繊維集合体が形成された。
【００７４】
［比較例２］
ＥＭＰを用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして原料液を準備した。この原料液を用いて電界紡糸を試みたが、原料液の粘度が高すぎて電界紡糸することができなかった。また、水で希釈するにより原料液の粘度を実施例１と同程度に調節し、電界紡糸を試みたが繊維は生成しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の製造方法によれば、簡便な方法により、繊維が綿状に集合した構造を有する三次元繊維構造体が得られる。このような三次元繊維構造体は、柔軟で、成形が容易で、通気性および液浸透性にも優れているため、様々な用途に適用できる。また、三次元繊維構造体は、生体に対する親和性を有するため、生体に適用する様々な用途に適用できる。繊維には、薬物などの機能性成分を含有させることもできるため、三次元繊維構造体は、機能性成分の徐放用途などにも有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１０：電界紡糸装置
１１：放出体
１２：ターゲット
１３：コンベアベルト
１４：電圧印加装置
１５：対電極
１６：第１支持体
１７：第２支持体
１８：パイプ
２０：原料液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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