(57)【要約】機能性繊維とバインダー繊維とを含有する繊維および繊維性材料を開示する。機能性繊維は長繊維であっても短繊維であってもよいが、バインダー繊維は二成分短繊維である。繊維および繊維性材料の用途もまた開示する。
2005520067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能性繊維に接着された、該機能性繊維と実質的に同じ方向に配向された二成分短繊維であるバインダー繊維を含有する繊維性材料。
【請求項２】
前記機能性繊維が短繊維または長繊維である請求項１に記載の材料。
【請求項３】
前記バインダー繊維が、
ポリプロピレン／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）；ポリエチレン／ＰＥＴ；ポリプロピレン／ナイロン-６；ナイロン-６／ＰＥＴ；コポリエステル／ＰＥＴ；コポリエステル／ナイロン-６；コポリエステル／ナイロン-６、６；ポリ-４-メチル-１-ペンテン／ＰＥＴ；ポリ-4-メチル-１-ペンテン／ナイロン-６；ポリ-４-メチル-１-ペンテン／ナイロン-６、６；ＰＥＴ／ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）；ナイロン-６、６／ポリ-１、４-シクロヘキサンジメチル（ＰＣＴ）；ポリプロピレン／ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）；ナイロン-６／コポリアミド；ポリ乳酸／ポリスチレン；ポリウレタン／アセタール；または可溶性コポリエステル／ポリエチレンというポリマーの組み合わせからなる二成分繊維である請求項１に記載の材料。
【請求項４】
前記機能性繊維が、ナイロン、セルロース系材料、ポリビニルアルコール類、高吸収性繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維またはアクリル繊維である、請求項１に記載の材料。
【請求項５】
約０．１５ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項１に記載の材料。
【請求項６】
前記密度が約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．６５ｇ／ｃｍ３である、請求項５に記載の材料。
【請求項７】
前記密度が約０．２５ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３である、請求項６に記載の材料。
【請求項８】
機能性繊維に接着された、該機能性繊維と実質的に同じ方向に配向された単一成分または二成分の短繊維であるバインダー繊維を含有するウィッキング材料。
【請求項９】
前記バインダー繊維がポリエチレン／ＰＥＴ、ポリプロピレン／ＰＥＴまたはｃｏＰＥＴ／ＰＥＴの二成分繊維である、請求項８に記載の材料。
【請求項１０】
水を約０．０５〜約１インチ／秒の速度で吸い上げる、請求項８に記載の材料。
【請求項１１】
前記速度が約０．１〜約０．６インチ／秒である、請求項１０に記載の材料。
【請求項１２】
前記速度が約０．２〜約０．４インチ／秒である、請求項１１に記載の材料。
【請求項１３】
約１〜約９８重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項８に記載の材料。
【請求項１４】
約５〜約９５重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項１３に記載の材料。
【請求項１５】
約５〜約５０重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項１４に記載の材料。
【請求項１６】
約５〜約７０重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項８に記載の材料。
【請求項１７】
約５〜約５５重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項１６に記載の材料。
【請求項１８】
約１０〜約４０重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項１７に記載の材料。
【請求項１９】
高吸収性繊維に接着された、該高吸収性繊維と実質的に同一の方向に配向された単一成分または二成分の短繊維であるバインダー繊維を含有する、機能性セルフシーリング材料。
【請求項２０】
前記二成分バインダー繊維がポリエチレン／ＰＥＴ、ポリプロピレン／ＰＥＴまたはｃｏＰＥＴ／ＰＥＴである、請求項１９に記載の材料。
【請求項２１】
前記高吸収性繊維がポリアクリル酸である、請求項１９に記載の材料。
【請求項２２】
約３０〜約９５重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項１９に記載の材料。
【請求項２３】
約４５〜約９５重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項２２に記載の材料。
【請求項２４】
約６０〜約９０重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項２３に記載の材料。
【請求項２５】
約５〜約７０重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項１９に記載の材料。
【請求項２６】
約５〜約５５重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項２５に記載の材料。
【請求項２７】
約１０〜約４０重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項２６に記載の材料。
【請求項２８】
生体吸収性繊維に接着された、該生体吸収性繊維と実質的に同一の方向に配向された単一成分または二成分の短繊維であるバインダー繊維を含有する生体吸収性材料。
【請求項２９】
前記バインダー繊維がＰＥ／ＰＰ、ポリエチレン／ＰＥＴ、ポリプロピレン／ＰＥＴまたはｃｏＰＥＴ／ＰＥＴ二成分繊維である、請求項２８に記載の材料。
【請求項３０】
前記生体吸収性繊維がガラス繊維、セラミック繊維または親水性ナイロンである、請求項２８に記載の材料。
【請求項３１】
約３０〜約９５重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項２８に記載の材料。
【請求項３２】
約４５〜約９５重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項３１に記載の材料。
【請求項３３】
約６０〜約９０重量パーセントのバインダー繊維を含有する、請求項３２に記載の材料。
【請求項３４】
約５〜約７０重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項２８に記載の材料。
【請求項３５】
約５〜約５５重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項３４に記載の材料。
【請求項３６】
約１０〜約４０重量パーセントの機能性繊維を含有する、請求項３５に記載の材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
1. 本発明の技術分野
本発明は繊維および繊維性材料ならびにその製造方法および使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
2. 本発明の背景技術
繊維およびそれから作られる材料（ここでは「繊維性材料」と呼ぶ）はさまざまな用途を持っている。多くの繊維性材料は複合体である。例えば米国特許第４、２７０、９６２号には繊維の溶融した束を製造する方法が開示されている。この方法においては低および高融点繊維の束を加圧下で低融点繊維の融解する温度に加熱し、ついで冷やして棒状の材料を生成する。例えばカラム１の２６〜６１行を参照のこと。
【０００３】
米国特許第４、７９５、６６８号は二成分繊維の製造方法を開示している。これらの繊維は各繊維が「一般に繊維に沿って連続して延びている」二つの成分からなるという点で、溶融した繊維束とは区別される（カラム３の３８〜４１行）。二成分繊維の例としては鞘部に囲まれた芯部を有するものがあるが、ここで芯部はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの結晶性材料からなり、鞘部は結晶性ポリプロピレンまたは非結晶性ポリスチレンなどの熱可塑性材料から作られている。例えばカラム３の３０〜３６行；カラム４の５５〜６０行を参照のこと。二成分繊維はその他の繊維と一緒に織物（webs）に含めることができると言われている。例えばカラム３の５２行〜カラム４の７行を参照のこと。
【０００４】
米国特許第４、８３０、０９４号は一緒に加熱すると均一な織物を形成すると言われている複数の繊維からなる多孔性不織布を開示している。カラム１の４２〜４８行を参照のこと。この布は二成分繊維をカーディングすることによって繊維状の織物を形成し、それを加熱することによって繊維が互いに結合して形成されるとのことである。カラム２の１７〜２４行を参照のこと。二成分繊維は少なくとも３０℃異なる結晶融点を有し、さまざまな配置で並べることができると言われている複数の成分から形成されている。カラム２の６５〜６７行、カラム３の２９〜３３行を参照のこと。
【０００５】
市販されている芯／鞘型二成分繊維を溶融し不織布を形成する方法が米国特許第５、２８４、７０４号に開示されている。この布は駆動ベルトおよびシール、ペン先用フェルト、プレートおよびフレームフィルター用のフィルター布、濾過用カートリッジ、スタンプパッドインク溜、およびバッテリーセパレータとして使用できると言われている。カラム２の２０〜２４行。
【０００６】
タバコの煙のフィルターとして有用であると言われている物質の製造に二成分繊維を使用する方法が米国特許第５、５０９、４３０号、第５、６０７、７６６号、第５、６２０、６４１号および第５、６３３、０３２号に開示されている。これらの特許ではそれぞれ、芯／鞘型の二成分繊維を当該分野で知られた方法を用いてメルトブローンして多孔質成分を形成する。例えば米国特許第５、５０９、４３０号のカラム９、３８〜５８行を参照のこと。
【０００７】
複合繊維性材料の最後の例は米国特許第５、９４８、５２９号に開示されている、ＰＥＴと機能性エチレンコポリマーから作られた芯部と、ポリエチレンから作られた鞘部を有する二成分繊維である。例えばカラム１の６４行〜カラム２の１行を参照のこと。機能性コポリマーは鞘部が芯部に接着するのを助けると言われている。カラム２の１〜３行を参照のこと。
【０００８】
現在に至るまで繊維および繊維性材料の物理的化学的性質は特定の用途に対し精密に調整することができなかった。これは一つには一貫した性質（例えば密度）を持つ材料を作りたいという製造者側の要望があり、また原料から押し出されるため、長繊維は所望された一貫性を提供するからである。しかし、この工程を用いて二種類以上の長繊維からなる繊維を作るのは極めて困難であり、また経費がかかるものである。このため多くの用途に使用されている繊維および繊維性材料は、コスト、市販の有無、ならびにこれらの用途の需要との間の折衷案であった。したがって、広範囲の用途に応じて特別に調整することのできる繊維および繊維性材料に対する需要が存在する。
【発明の開示】
【０００９】
3. 発明の概要
本発明は、繊維およびそれから作られる材料であって、これに限定するわけではないが、医学的ならびにその他の用途のための液体を集め、保持、移送または供給するために設計されたウィック (wick) およびその他の成分（例えばマーカーのペン先、化学サンプルを集め、保存あるいは分析するのに用いられるウィック）、側方流動用具、セルフシーリング用具(device)（例えばセルフシーリングフィルターおよびセルフシーリングピペットフィルター）、選択的吸収用具（例えば生液体濾過、空気および液体の分離／濾過フィルター、イオン交換フィルター）、熱および水分交換機、およびその他の多様な繊維状基材、例えば絶縁材、パッキン材料、およびバッテリー（陰極／陽極）セパレータ、などのさまざまな用途に使用することができる、繊維およびそれから作られる材料に関する。
【００１０】
本発明は一つには特別にかつ精密に調節された化学的物理的性質を有する繊維および繊維性材料を得るのに短繊維を使用することができるという発見に基づいている。
【００１１】
本発明の第一の実施態様は、機能性繊維に接着されたバインダー繊維を有する繊維性材料を包含し、ここでこのバインダー繊維は実質的に機能性繊維と同じ方向に配向された二成分短繊維である。機能性繊維は短繊維または長繊維であってよい。
【００１２】
適したバインダー繊維の例としては、これに限定するわけではないが、下記のポリマーの組み合わせからなる二成分繊維があげられる；すなわちポリプロピレン／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）；ポリエチレン／ＰＥＴ；ポリプロピレン／ナイロン-６；ナイロン-６／ＰＥＴ；コポリエステル／ＰＥＴ；コポリエステル／ナイロン-６；コポリエステル／ナイロン-６、６；ポリ-４-メチル-1-ペンテン／ナイロン-６；ポリ-４-メチル-１-ペンテン／ナイロン-６、６；ＰＥＴ／ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）；ナイロン-６、６／ポリ-１、４-シクロヘキサンジメチル（ＰＣＴ）；ポリプロピレン／ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）；ナイロン-６／コポリアミド；ポリ乳酸／ポリスチレン；ポリウレタン／アセタール；及び可溶性コポリエステル／ポリエチレンである。
【００１３】
機能性繊維の例としては、これに限るわけではないが、ナイロン、セルロース系材料、ポリビニルアルコール類（例えばホスホリル化ポリビニルアルコール）、高吸収性繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維およびアクリル繊維があげられる。
【００１４】
好ましい繊維性材料は約０．１５ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、より好ましくは約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．６５ｇ／ｃｍ３、もっとも好ましくは約０．２５ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３の密度を有する。
【００１５】
本発明の第二の実施態様は、親水性機能性繊維に接着されたバインダー繊維を含有する機能性ウィッキング材料 (wicking material) であり、ここでこのバインダー繊維は親水性繊維と実質的に同一方向に配向された二成分または単一成分の短繊維である。適した二成分バインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、表１にあげたバインダー材料の組み合わせがあげられる。単一成分バインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ナイロン-６、ナイロン-６、６、ナイロン-１２、コポリアミド、ＰＥＴ、ＰＢＴおよびＣｏＰＥＴがあげられる。好ましい二成分バインダー繊維はポリエチレン／ＰＥＴ、ポリプロピレン／ＰＥＴまたはＣｏＰＥＴ／ＰＥＴから形成される。好ましい単一成分バインダー繊維は、ＰＥ、ＰＰまたはＰＥＴである。適した親水性機能性繊維の例としては、これに限るわけではないが、高吸収性レーヨン、リヨセル (Lyocel) またはテンセル (Tencel)、親水性ナイロン、親水性アクリル繊維およびセルロース系高吸収性繊維があげられる。
【００１６】
好ましいウィッキング材料は水をウィッキング材料１インチあたり、約０．０５〜約１．０インチ／秒、好ましくは約０．１〜約０．６インチ／秒、もっとも好ましくは約０．２〜約０．４インチ／秒の速度で吸い上げる。
【００１７】
もう一つの好ましい機能性ウィッキング材料は約１〜約９８重量パーセント、より好ましくは約５〜約９５重量パーセント、もっとも好ましくは約５〜約５０重量パーセントのバインダー繊維を含有する。さらに別の好ましいウィッキング材料は約５〜約７０重量パーセント、より好ましくは約５〜約５５重量パーセント、もっとも好ましくは約１０〜約４０重量パーセントの機能性繊維を含有する。
【００１８】
本発明の第三の実施態様は、高吸収性繊維に接着されたバインダー繊維を含有する機能性セルフシーリング材料であり、ここでバインダー繊維は高吸収性繊維と実質的に同一の方向に配向された二成分または単一成分の短繊維である。適した二成分バインダー繊維としては、これに限るわけではないが、表１に掲載した組み合わせのものがあげられる。単一成分バインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ナイロン-６、ナイロン-６、６、ナイロン-１２、コポリアミド類、ＰＥＴ、ＰＢＴおよびＣｏＰＥＴまたはそれらの混合物があげられる。好ましい二成分バインダー繊維はＰＥ／ＰＰ、ＰＥ／ＰＥＴ、ＰＰ／ＰＥＴおよびＣｏＰＥＴ／ＰＥＴである。好ましい単一成分バインダー繊維はＰＥ、ＰＰおよびＰＥＴである。適した高吸収性繊維の例としては、これに限るわけではないが、セルロース系繊維；加水分解デンプンアクリロニトリルグラフトコポリマー；中和デンプン-アクリル酸グラフトコポリマー；鹸化アクリル酸エステル-酢酸ビニルコポリマー；加水分解アクリロニトリルコポリマー；アクリルアミドコポリマー；変性架橋ポリビニルアルコール；中和自己架橋性ポリアクリル酸；架橋ポリアクリル酸塩；中和架橋イソブチレン-無水マレイン酸コポリマー；またはそれらの塩もしくは混合物があげられる。
【００１９】
好ましい機能性セルフシーリング材料は約３０〜約９５重量パーセント、より好ましくは約４５〜約９５重量パーセント、もっとも好ましくは約６０〜約９０重量パーセントのバインダー繊維を含有する。もう一つの好ましい機能性セルフシーリング材料は、約５〜約７０重量パーセント、より好ましくは約５〜約５５重量パーセント、もっとも好ましくは約１０〜約４０重量パーセントの高吸収性繊維を含有する。
【００２０】
本発明の第四の実施態様は生体吸収性繊維に接着されたバインダー繊維を含有する機能性生体吸収性材料であり、ここでバインダー繊維は生体吸収性繊維と実質的に同一の方向に配向された二成分または単一成分短繊維である。適した二成分バインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、表１に記載した組み合わせがあげられる。適した単一成分バインダー繊維としては、これに限るわけではないが、ＰＥ，ＰＰ，ＰＳ、ナイロン-６、ナイロン-６、６、ナイロン-１２、コポリアミド類、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＣｏＰＥＴまたはそれらの混合物があげられる。好ましい二成分バインダー繊維はＰＥ／ＰＰ、ＰＥ／ＰＥＴ、ＰＰ／ＰＥＴまたはＣｏＰＥＴ／ＰＥＴである。好ましい単一成分バインダー繊維はＰＥＴ、ＰＰまたはＰＥＴである。適した生体吸収性繊維の例としては、これに限るわけではないが、セルロースアセテート、セルロース系繊維、ホスホリル化ポリビニルアルコール、ガラス繊維、セラミック繊維、親水性ナイロン、アルキル化ナイロン、ＣＮＢｒ変性セルロース繊維、イオン交換繊維、またはそれらの混合物があげられる。
【００２１】
好ましい生体吸収性材料は約３０〜約９５重量パーセント、より好ましくは約４５〜約９５重量パーセント、もっとも好ましくは約６０〜約９０重量パーセントのバインダー繊維を含有する。もう一つの好ましい生体吸収性材料は、約５〜約７０重量パーセント、より好ましくは約５〜約５５重量パーセント、もっとも好ましくは約１０〜約４０重量パーセントの生体吸収性繊維を含有する。
【００２２】
本発明の第五の実施態様は、機能性繊維に接着されたバインダー繊維を含有する機能性選択吸収／濾過材料であり、ここでバインダー繊維は生体吸収性繊維と実質的に同一の方向に配向された二成分または単一成分の短繊維である。適した二成分バインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、表１に掲載した組み合わせのものがあげられる。単一成分バインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ナイロン-６、ナイロン-６、６、ナイロン-１２、コポリアミド類、ＰＥＴ、ＰＢＴおよびＣｏＰＥＴまたはそれらの混合物があげられる。好ましい二成分バインダー繊維はＰＥ／ＰＰ、ＰＥ／ＰＥＴ、ＰＰ／ＰＥＴおよびＣｏＰＥＴ／ＰＥＴである。好ましい単一成分バインダー繊維はＰＥ、ＰＰおよびＰＥＴである。適した機能性繊維としては、これに限るわけではないが、ホスホリル化ポリビニルアルコール、ガラス繊維、親水性ナイロン、アルキル化ナイロン、イオン交換繊維および活性化炭素繊維があげられる。
【００２３】
好ましい機能性選択吸収／濾過媒体は約３０〜約９５重量パーセント、より好ましくは約４５〜約９５重量パーセント、もっとも好ましくは約６０〜約９０重量パーセントのバインダー繊維を含有する。もう一つの好ましい機能性選択吸収／濾過媒体は、約５〜約７０重量パーセント、より好ましくは約５〜約５５重量パーセント、もっとも好ましくは約１０〜約４０重量パーセントの生体吸収性繊維を含有する。
【００２４】
3.1. 定義
ここでは特に明記しない限り、「繊維」という用語は幅に対する長さの比率が高く、繊維性材料に加工するのに適した特性を有する糸状の物体または構造を意味する。繊維は、これに限るわけではないが、合成材料あるいは天然材料を始めとする材料からなっていてよい。
【００２５】
ここでは特に明記しない限り、「短繊維(staple fiber)」という用語は、特定の長さに切断された繊維を指す。
【００２６】
ここでは特に明記しない限り、「二成分繊維」という用語は、二つの異なる組成の部分を、一般に、並列させた、または一つを他の中に入れて組み合わせた（芯部と鞘部）繊維を指す。
【００２７】
ここでは特に明記しない限り、「機能性繊維」という用語は、所望の機能を有する繊維を指す。
【００２８】
ここでは特に明記しない限り、「実質的に同一方向に配向された」という用語は、問題の繊維の約３５パーセント、より好ましくは約１５パーセント、もっとも好ましくは約１０パーセント未満の長軸が、問題の繊維全体の平均長軸から約４５°未満、より好ましくは約３０°未満、もっとも好ましくは約１５°未満逸脱していることを指す。
【００２９】
4. 図面の簡単な説明
本発明の態様は下記の図面を参照して理解することができる。しかし、本発明の範囲およびその様々な態様が図面によって制限されるものではないことは明らかである。これらの図面は二三の実施態様を単に表すにすぎない。なお、図面の簡単な説明は本明細書の末尾を参照されたい。
【００３０】
5. 発明の詳細な説明
本発明は一つには、ある種の短繊維（ここでは「バインダー繊維」と呼ぶ）を機能性繊維と共に焼結すると、さまざまな所望の性質を有する材料を提供することができるという知見に基づいている。本発明において用いられるその他の繊維材料としては、これに限るわけではないが、機能性短繊維または機能性長繊維がある。短繊維は特定の長さに切断された繊維である。バインダー繊維は低融点の鞘部と高融点の芯部を有する二成分繊維であっても、また熱を加えることによって活性化することのできる、その他のマトリックス繊維あるいは織物構成成分よりも低い融点を有する単一成分繊維であってもよい。好ましくは、本発明では二成分バインダー繊維を使用する。
【００３１】
機能性繊維はいかなる所望の機能を有してもよい。例えば水をベースとした溶液を吸い上げるのに有用となりうる材料の機能性繊維成分は、親水性材料の繊維であろう。機能性繊維はまたバインダー繊維であってよく、第二または第三の単一成分短繊維または二成分短繊維をマトリックスを強化するため、またはマトリックスの孔径あるいは多孔度を調節するための構造繊維として使用することができる。その他の機能性繊維としては、これに限るわけではないが、セルフシーリング材料を提供するのに用いることのできる高吸収性繊維；生物医学的用途（例えばサンプル採取や検査）に有用である材料を提供するのに用いることのできる生体吸収性繊維；生物医学的用途（例えばサンプル採取や検査）に有用である生体分子吸着／結合機能を提供するのに用いることのできる生物活性繊維；繊維表面への生体分子の特異的吸着を減少させるのに用いることのできる低吸着性繊維があげられる。機能性繊維は単一成分であっても多成分（例えば二成分）であってもよく、また短繊維でも長繊維でもよい。
【００３２】
本発明の特定の繊維または繊維性材料のある機能を果たす能力が主としてまたは専らその中の機能性繊維により決定されうるため、本発明は、特定の課題に最適化した繊維および繊維性材料を設計する前例のない能力を提供することができる。
【００３３】
例えば、本発明の材料の吸い上げ速度はその中に含まれる親水性／ウィッキング機能性繊維の種類と相対量によって制御することができる。同様に、もしバイオセンサーとして使用される材料が特定の量または濃度の酵素を含有しなくてはならないのであれば、これはその中に含まれる親水性または化学的に活性化された機能性繊維の種類と相対量を変えることによって制御することができる。本発明の材料のもう一つの用途の例は、これに限るわけではないが、セルフシーリングピペットチップ（すなわち空気を通すが水溶液に接触すると密封するピペットチップ）である。このようなピペットチップが水と接触した際に密封する速度はその中に使用する機能性繊維（例えば高吸収性機能性繊維）の種類と量を調節することによって変更することができる。本原理のその他の変形は当業者には容易に明白となるであろう。
【００３４】
タンパク質、酵素、核酸ならびに細胞を始めとする生体分子は物理的吸着または化学的共有結合のいずれかによって、種々の基質上に固定することができる。これらは共有結合、または疎水相互作用、水素結合もしくは静電相互作用などのその他の相互作用によって種々の繊維材料上に固定化できる。繊維材料上に生体分子を固定するために用いることのできる化学反応には多くの種類がある。これらの方法の多くはここに開示した機能性繊維材料上に生体分子を固定化するために使用することができる。本発明の材料にはまた、医学装置および診断用途のための制御された生体分子吸着性を有する材料が含まれる。
【００３５】
本発明のある種の繊維および材料の構造を一般的に理解するには添付の図面が参考になる。図１および２にバインダー繊維として使用することのできる芯／鞘型短繊維および並列型短繊維が示してある。図３および５はそれぞれ芯／鞘型バインダー繊維および並列型バインダー繊維に接着された単一成分機能性長繊維を有する材料を示すものである。単一成分機能性短繊維を有する本発明の材料を図４と６に示す。これらの実施態様のそれぞれの変形をここに記載するが、当業者には自明であろう。
【００３６】
図３と５に示すように、本発明の繊維のバインダー繊維と機能性繊維成分とが実質的に同一方向に配向されていることが好ましい。ここに記載する通りバインダー繊維および機能性繊維はカーディングなどの技法によって実質的に同一方向に配向することができる。
【００３７】
5.1. 繊維および繊維性材料の成分
5.1.1. バインダー繊維
本発明に用いるバインダー繊維には二成分および単一成分の短繊維が含まれる。本発明の材料に用いることのできるバインダー繊維の断面は、好ましくは図１および２にそれぞれ示すような芯／鞘型および並列型である。しかし当該分野で知られているその他の断面構造もまた使用することができる。その例としては、これに限るわけではないが、海島型断面、マトリックスフィブリル(matrix fibril)型断面、シトラスフィブリル(citrus fibril)型断面および切断パイ(segmented-pie)型断面があげられる。
【００３８】
本発明で使用される二成分繊維は通常低融点成分と高融点成分を有する。低融点成分が高融点成分の結晶性に影響を与えない温度で融解することが好ましい。低融点成分が高融点成分の融点より約３０℃低い温度で融解することがさらに好ましい。この温度差が約５０℃であることがさらに一層好ましい。
【００３９】
バインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、それぞれここに援用する、米国特許第４、７９５、６６８号；第４、８３０、０９４号；第5、２８４、７０４号；第５、５０９、４３０号；第５、６０７、７６６号；第５、６２０、６４１号；第５、６３３、０３２号ならびに第５、９４８、５２９号に開示されている二成分繊維がある。その他の例としては、これに限るわけではないが、下記のポリマーの組み合わせからなる二成分繊維がある；すなわち、ナイロン-６／ＰＥＴ；ポリ-４-メチル-１-ペンテン／ＰＥＴ；ポリ-４-メチル-１-ペンテン／ナイロン-６；ポリ-４-メチル-１-ペンテン／ナイロン-６、６；ナイロン-６／コポリアミド；ポリ乳酸／ポリスチレンおよび可溶性コポリエステル／ポリエチレンである。ポリエチレンとしては、これに限るわけではないが、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）および直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）があげられる。コポリエステルとしては、これに限るわけではないが、ポリエチレンイソフタレート、ＰＢＴおよびシスとトランスのポリ-１、４-シクロヘキシレン-ジメチレンテレフタレートがあげられる。
【００４０】
適したバインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、表１に掲げた下記のポリマーの組み合わせから作られる二成分繊維があげられる。
【表１】
2005520067.tif 000003
【００４１】
単一成分バインダー繊維の例としては、これに限るわけではないが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ナイロン-６、ナイロン-６、６、ナイロン-１２、コポリアミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）およびコポリエステル（ＣｏＰＥＴ）があげられる。
【００４２】
短繊維径は幅広い範囲にわたるものであってよいが、通常約０．５ｄｐｆ（単繊維あたりのデニール）〜約２００ｄｐｆ、好ましくは約１ｄｐｆ〜約２０ｄｐｆである。さらに好ましくは、短繊維径は約１．５ｄｐｆ〜約１０ｄｐｆである。通常短繊維の長さは約１．５インチ〜約２０インチ、好ましくは約１インチ〜約５インチである。さらに好ましくは短繊維の長さは約１．５インチ〜約３インチである。
【００４３】
好ましくは繊維性材料は通常かさ密度が約０．１５ｇ／ｃｍ３〜約０．８ｇ／ｃｍ３、より好ましくは約０．２ｇ／ｃｍ３〜約０．６５ｇ／ｃｍ３、もっとも好ましくは約０．２５ｇ／ｃｍ３〜約０．５ｇ／ｃｍ３である。
【００４４】
バインダー繊維として使用するのに適した二成分短繊維は、当該分野でよく知られた方法によって製造することができる。ＰＥＴのコポリマー（ＣｏＰＥＴ）はジアルコールおよびジカルボン酸などのその他のモノマーを共重合することによって製造される。ＣｏＰＥＴの融点は約１００℃〜約２６０℃に、好ましくはＣｏＰＥＴの融点は約１１０℃〜約１８５℃に調節することができる。
【００４５】
市販されている二成分短繊維の例としては、これに限るわけではないが、テネシー州ジョンソンシティーのファイバー・イノベーション・テクノロジー社（Ｆｉｂｅｒ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．，）製のＴ-２０１（ＣｏＰＥＴ／ＰＥＴ）、Ｔ-２０２（ＣｏＰＥＴ／ＰＥＴ）、Ｔ-２３０（ＰＰ／ＰＣＴ）、Ｔ-２５３（ＨＤＰＥ／ＰＥＴ）、Ｔ-２６０（ＰＰ／ＰＥＴ）およびＴ-２７１（ナイロン-６／ナイロン-６、６）およびノースキャロライナ州シャーロットのコサカンパニー（ＫｏＳａ  Ｃｏ．，）製のＫｏＳａ２５６（ＰＰ／ＰＥＴ）があげられる。
【００４６】
下記にさらに詳しく解説するように、本発明の繊維および繊維性材料の好ましい製造方法はバインダー繊維および機能性繊維の混合物を焼結することを有する。したがって機能性繊維（例えば芯／鞘型二成分繊維の鞘部）と接しており、この機能性繊維が溶融または分解する温度より低い温度で溶融または焼結するような成分をバインダー繊維が含有することが重要である。すなわち、材料に所望の性質を提供するべく選択される機能性繊維により、バインダー繊維として用いることのできる二成分繊維が決定される。
【００４７】
5.1.2. 機能性繊維
本発明の機能性繊維複合体の用途としては、これに限るわけではないが、ウィッキング用具、セルフシーリング用具、選択的吸着用具、および低保留用具または低吸着用具があげられる。
【００４８】
ウィッキング用途は機能性繊維およびバインダー繊維の毛管作用に基づくものである。ウィッキング機能には液体の採取、貯蔵、移送または供給が含まれる。ウィッキング用具としては、これに限るわけではないが、筆記具（例えば油性ペンのペン先、ホワイトボード用マーカーのペン先およびハイライトマーカーのペン先）、芳香剤芯、殺虫剤芯、マーカーインク用の溜め、および診断用具（例えば血液およびその他の体液サンプルの採取、保存、移送あるいは分析）があげられる。
【００４９】
セルフシーリング用具としては、これに限るわけではないが、セルフシーリングフィルター、セルフシーリングピペットフィルター、セルフシーリング弁、セルフシーリングディスペンサー、およびセルフシーリングセパレータがあげられる。
【００５０】
選択的吸着の用途では、生体分子およびその他の結合パートナーを通常非共有または共有相互作用を通じて吸着または濾過するよう機能性繊維が選択される。生体分子の例としては、これに限るわけではないが、タンパク質（例えば抗体、抗原、酵素）、ＤＮＡ／ＲＮＡ、細胞などの生体分子があげられる。その他の結合パートナーとしては、これに限るわけではないが、重イオン、気体分子、水および油があげられる。選択的吸着用具の用途としては、これに限るわけではないが、生体分子（タンパク質、ＤＮＡ／ＲＮＡ、細胞など）濾過、診断用具のための基材、水の精製、酵素固定、油／水分離、クロマトグラフィーの前処理ための固層抽出、および乾燥材があげられる。
【００５１】
機能性繊維の例としては、これに限るわけではないが、ナイロン、セルロース系材料、ポリビニルアルコール、高吸収性繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維およびアクリル繊維があげられる。
【００５２】
有利な親水性の微小環境のため、親水性材料（例えば薬物、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、ペプチド、タンパク質および細胞などの生物活性剤）を固定することが必要となる用途において、ナイロンは特に機能性繊維として有用である。ナイロンのその他の利点としては、高機械強度、表面硬度、および耐摩耗性があげられる。ナイロンの例をあげるとこれに限るわけではないが、ナイロン-６；ナイロン-９；ナイロン-１１；ナイロン-１２；ナイロン-４６；ナイロン-４６モノマー系繊維；ナイロン-６、６；ナイロン-６、９；ナイロン-６／６６；ナイロン-６１０；ナイロン-６１２およびナイロン-６／Ｔがあげられる。ナイロンを生物活性剤の固定に用いる場合、それらの接着（共有結合またはリガンドレセプター相互作用などを通じて）のために遊離している末端基を提供するよう前処理することが好ましい。適した前処理方法は当該分野で知られているが、例としては、これに限るわけではないが、親水化があげられる。親水化の方法は当該分野で知られているが、例としては、これに限るわけではないが、共重合と表面処理があげられる。機能性親水ナイロン繊維を製造する原料となり得るナイロンの親水化の例としては、これに限るわけではないが、米国特許第５、６９５、６４０号；第５、６４３、６６２号、第４、９１９、９９７号、第４、９２３、４５４号、第４、６１５、９８５号、第３，９７０，５９７号に開示されているものがあげられる。親水性ナイロンの例としては、これに限るわけではないが、バージニア州ホープウェルのハネウェルインターナショナル社（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．，）製のステイガード（登録商標、ＳｔａｙＧａｒｄ）があげられる。
【００５３】
アルキル化ナイロン材料は例えばＤＮＡおよびＲＮＡなどの核酸を固定するのに使用することができる。ナイロンをアルキル化する一つの方法は、ナイロンを無水条件のもとでトリアルキルオキソニウム塩などのアルキル化剤で処理することである（米国特許第４、８０６、５４６号、第４、８０６、６３１号を参照のこと）。活性化されたナイロン繊維とは、部分加水分解、Ｏ-アルキル化、Ｎ-アルキル化されたナイロン、または後処理中に従来型のナイロンおよびバインダーから作られた繊維をＯ-アルキル化試薬で処理することにより変性させたナイロンである。従来型のナイロンと比較すると、活性化されたナイロンはＯ-アルキル化ナイロン、これはナイロンイミドエステルとも呼ばれる、のようにより反応性に富む官能基を持つが、これはタンパク質と直接共有結合を形成することができるほか、アミノ、チオールおよび水酸化物などの反応性官能基に変換できる。例えば、リシンを有するタンパク質はタンパク質のアミノ基とＯ-アルキル化ナイロン中の酸素との間の化学反応を通じてＯ-アルキル化ナイロンへ直接固定することができる。
【００５４】
セルロース系材料もまた生物活性剤を（例えば表面のヒドロキシル基を通じて）結合または吸着する繊維および繊維性材料を提供するのに使用することができる。セルロース系材料の一つの例は再生セルロース繊維のレーヨンである。レーヨンの製造においては、精製したセルロースを可溶性化合物へと化学的に変換する。この化合物の溶液を紡糸口金を通して流して柔軟な単繊維を形成し、ついでこれを変換すなわち「再生」してセルロースとする。レーヨン、とりわけ高吸収性レーヨンは水分高吸収性材料である。市販されている高吸収性レーヨンの例としてはアラバマ州、アクシスのアコルディスアコルディスセルローシックファイバー社（Ａｃｏｒｄｉｓ  Ａｃｏｒｄｉｓ  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｉｎｃ．，）が製造している、Ａｃｏｒｄｉｓ  Ｒａｙｏｎ-６１４０およびＲａｙｏｎ-６１５０がある。
【００５５】
レーヨンおよびその他のセルロース繊維材料は生体分子を固定するために活性化することができる。例えば、レーヨンのヒドロキシル基はレーヨンをアルカリ溶液で処理し、ついで臭化シアン、１、１-カルボニルジイミダゾール（ＣＤＩ）、またはｐ-トルエンスルホニルクロライド（トシルクロライド）と反応させることにより、活性化することができる。高タンパク質結合性セルロース繊維を製造するためのもう一つの方法は、後処理である。この方法ではセルロース繊維とレーヨンなどのバインダー繊維から繊維を形成し、ついでＣＮＢｒ、ＣＤＩまたはトシルクロライドなどの活性化用試薬で処理する。
【００５６】
もう一つのセルロース系機能性繊維はテンセルまたはリヨセルである。テンセルは新しい形のセルロース繊維であり、誘導体を形成せずに有機溶媒紡糸工程を用いて製造される。テンセルを製造するには、木材セルロースを直接ｎ-メチルモルホリンｎ-オキサイドに高温圧力下で溶解する。溶媒を希釈すると、セルロースが繊維の形で沈澱する。ついでこの繊維を精製乾燥させ、溶媒は回収し再利用する。テンセルはレーヨンのあらゆる長所を兼ね備えており、乾燥状態でも濡れた状態でも高い強度を有し、高吸収性を持つことから、多くの点でレーヨンより優れている。さらに、テンセルに用いられる閉鎖循環式製造工程はレーヨンの製造に用いられるものよりも環境に優しいものである。市販されているテンセルとリヨセルの例としてはアコルディス・セルローシック・ファイバー社（Ａｃｏｒｄｉｓ  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｉｎｃ．，）製のアコルディステンセル（登録商標、Ａｃｏｒｄｉｓ  Ｔｅｎｃｅｌ）とオーストリアのＡ-４８６０レンツィングにあるレンツィング・アクチレンゲゼルシャフト（Ｌｅｎｚｉｎｇ  Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ）製リヨセル（登録商標、Ｌｙｏｃｅｌ）があげられる。
【００５７】
適した生体吸収性繊維の例としては、これに限るわけではないが、セルロースアセテート、セルロース系繊維、ホスホリル化ポリビニルアルコール、ガラス繊維、セラミック繊維、親水性ナイロン、アルキル化ナイロン、ＣＮＢｒ変性セルロース繊維、イオン交換繊維またはこれらの混合物があげられる。吸収性繊維は、これに限るわけではないがホスホリル化ポリビニルアルコール、ガラス繊維、親水性ナイロン、アルキル化ナイロン、イオン交換繊維および活性化炭素繊維などの材料から形成される。
【００５８】
高吸収性繊維は「高吸収性ポリマー」とも呼ばれることのある材料から形成される。このような材料は多量の水を吸収し、濡れたときもその構造を完全に保つことができる。Ｔｏｍｏｋｏ  ＩｃｈｉｋａｗａおよびＴｏｓｈｉｎａｒｉ  Ｎａｋａｊｉｍａ「高吸収性ポリマー（Superabsorptive Polymers）」Ｃｏｎｃｉｓｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ、１５２３-１５２４（Ｊｏｓｅｐｈ  Ｃ．Ｓａｌｍｏｎｅ編；ＣＲＣ；１９９９）を参照。機能性繊維を形成することのできる高吸収性材料の例としてはこれに限るわけではないが、米国特許第５、９９８、０３２号；第５、７５０、５８５号；第５、１７５、０４６号；第５、９３９、０８６号；第５、８３６、９２９号；第５、８２４、３２８号；第５、７９７、３４７号；第４、８２０、５７７号；第４、７２４、１１４号および第４、４４３、５１５号があげられるが、これらの特許はそれぞれここに援用する。
【００５９】
特定の高吸収性繊維は加水分解したデンプンアクリロニトリルグラフトコポリマー、中和デンプン-アクリル酸グラフトコポリマー、鹸化アクリル酸エステル-酢酸ビニルコポリマー、加水分解アクリロニトリルコポリマー、アクリルアミドコポリマー、変性架橋ポリビニルアルコール、中和自己架橋ポリアクリル酸；架橋ポリアクリレート塩、中和架橋イソブチレン-無水マレイン酸コポリマーまたはそれらの塩もしくはそれらの混合物から製造される。特に好ましくは、高吸収性繊維はポリアクリル酸ナトリウムおよびポリ（２-プロペンアミド-コ-２-プロペン酸）のナトリウム塩から作られる。市販されている高吸収性繊維としては、カナダのカメロット社（Ｃａｍｅｌｏｔ Ｌｔｄ）製のポリアクリル酸から作られたカメロット９０８（登録商標、Ｃａｍｅｌｏｔ  ９０８）、日本の大阪５３０-８２３０にある東洋紡株式会社製のセルロース系レーヨンから作られた東洋紡Ｎ-３８（登録商標、Ｔｏｙｏｂｏ  Ｎ−３８）がある。
【００６０】
炭素繊維もまた生物活性剤（例えば酵素）の固定を必要とする用途に使用することができ、また、電気伝導性を持つ材料（例えば酵素電極としての使用）を提供するために使用することもできる。特に炭素短繊維は良好な機械強度、伝導性ならびに可撓性を有し、比較的簡単に加工することができる。炭素繊維はまた受動的に生体分子を吸着するために使用することができ、あるいは生体分子に対し共有結合を形成するように修飾することができる。炭素繊維は硝酸などの酸素酸と反応させることによって、または炭素繊維とバインダーから形成される繊維を繊維形成後に活性化用試薬、たとえば硝酸、で処理することによって活性化することができる。活性化炭素繊維は空気および水の浄化、有機化合物および溶媒の回収、脱臭、脱色およびオゾン除去に用いることができる。市販されている活性化炭素繊維（ＡＣＦ）の例としては、これに限るわけではないが、日本のトウホウ・カーボン・ファイバーズ社（Ｔｏｈｏ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｉｎｃ．）製のファインガードＦＥＤ．ＣＩＲ．-３００-４（登録商標、Ｆｉｎｅｇａｒｄ  ＦＥＤ．ＣＩＲ．-３００-４）、カリフォルニア州のハンチントンビーチにあるカーボン・リソーシズ社（Ｃａｒｂｏｎ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ  Ｉｎｃ．，）製のレーヨン系ＡＣＦがあげられる。
【００６１】
酵素ならびにその他の生物活性剤はまた、ガラス繊維およびセラミック繊維上に、特にその表面が容易に接近できる官能基、および／または反応性の官能基（例えばヒドロキシル、チオール、アミン、カルボン酸およびアルデヒド基）を生じるように処理されているガラス繊維およびセラミック繊維上に、固定することもできる。これらの種類の繊維が特に有利な点は、それらが微生物の攻撃に対し耐性を持ち、高い熱安定性と高い寸法安定性を有することである。機能性繊維として使用できるガラス繊維およびセラミック繊維の例としては、これに限るわけではないが、ペンシルバニア州、ピッツバーグのＰＰＧインダストリーズ社（ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．，）製のチョップ・ヴァンテージ（Ｃｈｏｐ  Ｖａｎｔａｇｅ（登録商標））およびデルタ・チョップ（Ｄｅｌｔａ  Ｃｈｏｐ（登録商標））、サウスキャロライナ州、アイケンのアドバンスド・グラス・ヤーンズＬＬＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｇｌａｓｓ  Ｙａｒｎｓ  ＬＬＣ）製、Ｈフィラメント-７００（Ｈ  Ｆｉｌａｍｅｎｔ-７００）があげられる。
【００６２】
機能性バインダー繊維材料のその他の例としては、有機官能性シラン例えばアミノアルキル官能性シラン、で処理したガラス繊維があげられる。
【００６３】
イオン交換繊維は原子力発電所からの廃棄物および廃液の洗浄システムを形成するのに使用される。イオン交換繊維としては、これに限るわけではないが、強酸系、弱酸系、強塩基系、および弱塩基系のものがあげられる。機能性繊維として使用できる、市販されているイオン交換繊維の例としては、これに限るわけではないが、日本の東レ株式会社（Ｔｏｒａｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．，）製のイオネックスＩＥＦ-ＳＣ（登録商標、Ｉｏｎｅｘ  ＩＥＦ-ＳＣ（強酸））、日本の株式会社ニチビ製ニチビ・イオン・イクスチェンジ・ファイバー（Ｎｉｔｉｖｙ  Ｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｆｉｂｅｒ（強酸））、ベラルーシのミンスクにあるフィバ社（Ｆｉｂａ  Ｉｎｃ．，）製Ｆｉｂａｎ  K-１（（登録商標）強塩基）、Ｆｉｂａｎ  Ａ-１（（登録商標）弱酸）、Ｆｉｂａｎ K-４（（登録商標）弱塩基）、およびＦｉｂａｎ  ＡＫ-２２（（登録商標）陰イオンと陽イオン両方の交換能を持つ）があげられる。
【００６４】
5.2. 繊維および繊維性材料の製造
本発明の繊維および繊維性材料は当該分野で知られた技法を用いて簡単に製造することができる。好ましい方法においては、最終的な材料にどのような機能を求めるかに応じて１種以上の機能性繊維を選ぶ。この機能性繊維が溶融または分解する温度よりも低温で焼結する少なくとも１つの成分を有する少なくとも１つのバインダー繊維を選択する。機能性繊維とバインダー繊維を当業者にとって自明の因子によって決定される比率で混合する。このような因子としてはこれに限るわけではないが、最終的な材料に求められる機能、化学的安定性、熱的安定性、強度、可撓性、硬度、およびその他の物理的化学的特性が含まれる。しかし、バインダー繊維の相対量は予想される使用条件のもとで最終的な材料がばらけてしまうほど少量であってはいけない。
【００６５】
しばしば最終的な材料に求められる機械的強度などの因子により、機能性繊維に対するバインダー繊維の比率が決定される。例えばほとんど機械的強度を持たない機能性繊維（例えばセルロース系繊維）で作られる材料は、強度のある最終的な材料を得るために、ナイロンなどの材料よりもより高い機能性繊維に対するバインダー繊維の比率を必要とするであろう。
【００６６】
機能性繊維に対するバインダー繊維の比率は、用いる繊維および最終製品の使用目的により異なるものの、本発明の通常の材料は約１〜約９８重量パーセント、より好ましくは約５〜約９５重量パーセント、もっとも好ましくは、約５〜約５０重量パーセントのバインダー繊維、そして約５〜約７０重量パーセント、より好ましくは約５〜約５５重量パーセント、もっとも好ましくは約１０〜約４０重量パーセントの機能性繊維を有する。
【００６７】
機能性繊維およびバインダー繊維の混合物をブレンドし、サウスキャロライナ州グリーンヴィルのＪ．Ｄ．ホリングスワース・オン・ウイールズ社（Ｊ．Ｄ．Ｈｏｌｌｉｎｇｓｗｏｒｔｈ  ｏｎ  Ｗｈｅｅｌｓ、Ｉｎｃ．，）により製造されているもののようなカーダーによりカーディングを行なう。カーディングは繊維を揃えるよく知られている技法で、従来のカーディング装置を用いて行うことができる。カーダーは歯付き面の先の尖った部分または先端部分の間で繊維を梳き、処理することにより、繊維を分離し、きれいにして平行にひき揃える機械である。カーディングはからみ合った繊維マットを無撚繊維である平行な繊維スライバーへと変える工程である。カーディングは４つの主要な機能を果たす；カーダーはバインダー繊維と機能性繊維をブレンドし、すべての繊維を個々にその他の繊維から分離し、繊維を高度に平行に並べ、一貫して均一に繊維を排出する。この最後の機能がカーディング工程の中でもっとも重要なステップである。これは、繊維の流れの制御可能な線密度が確立されるうえで重要である。
【００６８】
カーディングを行った材料はついでオーブン中任意に加圧下で、バインダー繊維と機能性繊維とを共に焼結するのに十分な温度であるが機能性繊維を溶融するまたはこれを損傷するには不十分な温度で加熱される。混合物は型の中で加熱するか、あるいはダイを通して押出して、所望の径、形および密度の製品とする。焼結後製品を冷却して本発明の材料が得られる。
【００６９】
任意で、焼結に先立ちバインダー繊維と機能性繊維との混合物に追加の材料を添加してもよい。追加の材料としては、これに限るわけではないが、表面処理剤および染料があげられる。表面処理剤の例としてはこれに限るわけではないが、界面活性剤、滑剤、軟化剤、静電防止剤、およびその他の、酸化防止剤、抗菌剤などの表面処理剤があげられる。界面活性剤ならびに滑剤は焼結混合物の押し出しを容易にするために加えることができるものであり、当該分野ではよく知られており、その例としては、これに限るわけではないが、Ｔｗｅｅｎ-２０（登録商標）およびＡｆｉｌａｎ（登録商標）（脂肪酸ポリグリコールエステル）があげられる。これらの材料の相対量は当業者には簡単にわかるであろうが、通常は焼結前混合物の約０．００５〜約１重量パーセント、より好ましくは約０．０１〜約０．７５重量パーセント、もっとも好ましくは約０．０１５〜約０．５重量パーセントである。
【００７０】
焼結後の材料はさらにさまざまな方法で加工することができる。例えば材料を切断、成形、またはつや出しすることができる。材料が繊維であれば（例えばバインダー繊維と機能性繊維の加熱混合物を金型を通じて押し出すことによって製造されたなど）、それを製織または加熱により織布または不織布とすることができる。さらなる加工としては生体活性剤（例えば薬品、ペプチド、タンパク質または細胞など）を最終的な材料の機能性繊維部分に固定することがあげられる。場合によっては、生体活性剤が結合できる官能基を設けるために製品を加工する必要がある。
【００７１】
本発明のいくつかの特定の材料の製造については下記の非限定実施例中でさらに詳しく記載する。
【実施例】
【００７２】
6. 実施例
6.1. 実施例１：水用ウィッキング用具
この繊維材料はテネシー州、ジョンソンシティーのファイバー・イノベーション・テクノロジー社（Ｆｉｂｅｒ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ）製の短繊維Ｔ-２０２（ＣｏＰＥＴ／ＰＥＴ、重量比が約５０対５０）とアラバマ州、アクシスのアコルディス・セルローシック・ファイバー社（Ａｃｏｒｄｉｓ  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｉｎｃ）製テンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）からなるものであった。Ｔ-２０２の短繊維の直径は３ｄｐｆであり、長さは１．５インチであった。テンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）の短繊維の直径は３ｄｐｆであり、長さは１．５インチであった。この材料をサウスキャロライナ州、グリーンヴィルのジョンＤ．ホリングスワース・オン・ウィールズ社（Ｊｏｈｎ  Ｄ．Ｈｏｌｌｉｎｇｓｗｏｒｔｈ  ｏｎ  Ｗｈｅｅｌｓ、Ｉｎｃ．）でブレンドし、カーディングを行った。３つのテストを行った。各配合物につきそれぞれ大きさが１１０、１２０および１３０ｇ／ヤードの繊維材料の３つのスライバー（束）をオーブンの加熱ゾーンに導入した。オーブンは長さ７０インチ、幅９．５インチ、深さ１５インチのものであった。オーブンの処理温度は２００℃、ダイ制御温度は９０℃、引き出し速度は４インチ／分であった。得られた機能性繊維性材料は金型を通して引き出すことにより、直方体の棒に成形し、この繊維棒を冷却ゾーンに導入して圧縮冷却空気を吹き付けて冷却した。機能性配合物（Ｔ-２０２／テンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）ブレンド繊維）の水分吸収性と水分吸い上げ速度の特性を純粋なＴ-２０２と比較し、図７、８および９に示す。
【００７３】
ある特定の繊維かさ密度において、テンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）を含有する複合体の水分吸収性は純粋なＴ-２０２のものよりも遥かに高かった。テンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）は、高い水分吸収剤であるセルロース系繊維であり、したがってこの複合体における高い水分吸収成分として機能する。水分吸収量は繊維のかさ密度を変化させることによって制御することができる。図７に示すように、かさ密度の増加につれて水分吸収量は減少した。水分吸収量はまた繊維の配合を変えることによっても制御することができる。図８に示すようにテンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）含有量を０から３０重量パーセントに変化させると、水分の吸収量は繊維成分の１２０重量パーセントから２５０重量パーセントへと倍加した。
【００７４】
水と繊維成分間の毛管力が繊維複合体の水分吸い上げ速度に影響する。この繊維複合体のきわめて良好な水分吸い上げ性はセルロース系繊維の親水性のおかげである。図８に示すようにテンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）含有量が増加するにつれ、水分吸い上げ速度も増加する。総括すれば、密度ならびに繊維の配合を変えることにより、水分吸収量ならびに水分吸い上げ性の両方を制御することができた。
【００７５】
6.2. 実施例２：インク用ウィッキング用具
バインダー繊維は径が３ｄｐｆ、長さが１．５インチのＴ-２０２であった。機能性繊維はそれぞれテンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）およびレーヨン-６１５０であった。油性マーカーのペン先の配合は純粋なＴ-２０２であり、ホワイトボード用のマーカーのペン先にについては、２種の配合、テンセル（登録商標、Ｔｅｎｃｅｌ）／Ｔ-２０２およびレーヨン-６１５０／Ｔ-２０２を用いた。オーブン加工温度は２１０℃、ダイ制御温度は１００℃、引き出し速度は４インチ／分であった。ダイ断面は高さ３．７ｍｍ、幅５．７ｍｍであった。冷却した複合体の直方体ロッドを楔形に切断し、長さ４０ｍｍのマーカーペン先を形成した。
【００７６】
アルコール系ホワイトボード用マーカー用インクを用いて繊維複合体のインク吸い上げ性をテストした。テスト用筆記機はドイツのフット（Ｈｕｔｔ）製であった。この機械はテスト紙上にペン書きするために設計されたものである。ホワイトボード用のマーカーペン先をテストした際は、筆記用紙を非浸透性のなめらかな筆記面でカバーしたホワイトボードに換えることによってこの機械を一部改変した。マーカーをテスト用筆記装置のホルダーに６０°で固定し、すべてのマーカーに対し１２０ｇの荷重を加えた。テスト紙またはテストカバーの供給速度は４５０ｍｍ／分、筆記速度は４．５ｍ／分であった。各マーカーの重量を最初と、筆記テスト後５０m毎に測定した。図１０に表２に記載した組成を持つフェルトペン先を有する油性ペンのペン先のインク流量の比較を示す。
【表２】
2005520067.tif 000004
【００７７】
ホワイトボード用マーカーのインクは不溶性顔料と液体ビヒクルを含有する懸濁液であった。繊維ペン先の毛管力、平均孔径、および多孔率がインク吸い上げ性とインク流量を決定した。液体ビヒクルと繊維性材料の間に良好な毛管力があると高いインク流量が確保された。十分に大きな孔径と適度な多孔率はインクの顔料の流れにとって極めて重要であった。図１０に示すように、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの全３配合においてより高いインク流量が見られるが、これは添加された繊維の高い親水性と高い毛管力のおかげであると言える。
【００７８】
6.3. 実施例３：生体分子固定用活性化ナイロン
ナイロン短繊維をバインダー短繊維と混合し、ついで混合物をカーディングしてスライバーを得た。繊維スライバーを加熱したオーブン中で焼結し、繊維ロッドを形成した。この焼結した繊維ロッドを切断し、適当な大きさのサンプルとし、ついでサンプル中のナイロン繊維成分をアルキル化剤で活性化した。アルキル化ナイロン成分はタンパク質を固定するのに用いるほか、続いて化学的な方法、例えばチオール官能基化剤、ヒドラジン官能基化剤、およびアルデヒド官能基化剤などにより、改変した。
【００７９】
6.3.1. 繊維成分の焼結
繊維混合物は３０重量パーセントの径３ｄｐｆ、長さ１．５インチの二成分短繊維、ナイロン-６／ナイロン-６、６（Ｔ-２７０）と７０重量パーセントの径３ｄｐｆ、長さ１．５インチのバインダー短繊維、ＣｏＰＥＴ／ＰＥＴ（Ｔ-２０２）（共にファイバーイノヴェーションテクノロフィー社（Ｆｉｂｅｒ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｉｎｃ）製）からなるものであった。この材料をジョン・Ｄ．ホリングスワース・オン・ウイール社（Ｊｏｈｎ  Ｄ．Ｈｏｌｌｉｎｇｓｗｏｒｔｈ  ｏｎ  Ｗｈｅｅｌｓ，Ｉｎｃ．）中で混合しカーディングした。繊維スライバー全体の大きさは１１０ｇ／ヤードであった。オーブン加工温度は１９０℃、ダイ制御温度は９０℃、引き出し速度は４インチ／分であった。得られた機能性繊維性材料を幅３．５ｍｍ、長さ９．５ｍｍのダイを通して引き出して直方体のロッドに成形した。
【００８０】
6.3.2. ナイロン繊維成分の活性化-後処理
１）Ｏ-アルキル化による官能基化
焼結した繊維ロッドを切断し５．０ｘ５．０ｘ０．５ｍｍの大きさのサンプルを得た。５個のサンプルをネジ蓋付き試験管に入れた。その後それぞれにアルキル化剤とジメチルサルフェートを加えた。サンプルを入れた試験管の蓋をし、直ちに沸騰水浴中に入れて撹拌せずに４分間保ち、ついで反応を停止させるために氷浴中に沈めた。過剰のジメチルサルフェートを吸引濾過により除去し、アルキル化ナイロンを氷冷したメタノールで数回洗浄した。活性化されたサンプルは直ちに酵素の結合に使用するか、または続けて化学修飾に付した。
【００８１】
２）チオール官能基化
Ｏ-アルキル化ナイロン繊維成分の5個のサンプルを入れたネジ蓋付き試験管に、１０ｍｌの０．５Ｍメルカプトエチルアミン水溶液を加え、この混合物を３０分間室温で振とうした。過剰の試薬を真空濾過で分離し、変性したナイロンマトリックスをＰＢＳバッファー溶液（０．０１Ｍ、ｐＨ７．２）５部で濯いだ。
【００８２】
３）ヒドラジン官能基化
Ｏ-アルキル化ナイロン繊維成分の5個のサンプルを入れたネジ蓋付き試験管に、１０ｍｌの０．５Ｍジヒドラジン水溶液を加え、この混合物を３０分間室温で振とうした。過剰の試薬を真空濾過で分離し、変性したナイロンマトリックスをＰＢＳバッファー溶液（０．０１Ｍ、ｐＨ７．２）５部で濯いだ。
【００８３】
４）アルデヒド官能基化
Ｏ-アルキル化ナイロン繊維成分の5個のサンプルを入れたネジ蓋付き試験管に、１０ｍｌの０．５Ｍエチレンジアミン溶液を加え、この混合物を３０分間室温で振とうした。過剰の試薬を真空濾過で分離し、変性したナイロンマトリックスをＰＢＳバッファー溶液（０．０１Ｍ、ｐＨ７．２）５部で濯いだ。
【００８４】
アミノ官能基化ナイロン繊維成分の5個のサンプルを入れたネジ蓋付き試験管に、１０％のグルタルジアルデヒド水溶液を加え、この混合物を３０分間室温で振とうした。過剰の試薬を真空濾過で分離し、変性したナイロンマトリックスをＰＢＳバッファー溶液（０．０１Ｍ、ｐＨ７．２）５部で濯いだ。
【００８５】
6.3.3 タンパク質の固定および定量的検出
ナイロン繊維成分に固定された生体分子を検出するための酵素増幅法を開発した。この酵素増幅法は繊維上に生体活性酵素を固定化することに基づいている。固定された酵素は特異的化学反応を定量的に行うことができ、これらの特異的な化学反応の生産物は、例えばセイヨウワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）標識タンパク質などのように、裸眼やＵＶ-ＶＩＳなどの機器により検出できる特別な物性を有する。化学組成を最適化することによって、酵素量と波長４５０ｎｍでの色の吸収強度との間には直線的な関係が築き上げられる。固定化したタンパク質量はサンプルと標準曲線を比較することにより定量できる。
【００８６】
１）タンパク質の固定
処理済みの繊維にＰＢＳバッファー（０．０１ｍ、ｐＨ７．２）に１ｍｇ／ｍｌで溶解したタンパク質溶液を加えた。３０分後、ナイロン繊維成分を脱イオン水で洗浄し、室温で乾燥した。
【００８７】
２）固定化タンパク質の定量
活性化ナイロン繊維マトリックス上に結合したＩｇＧを定量するのに用いた手順は下記の通りである。テストサンプル２個を１．５ｍｌの遠心分離ＰＥ管（ＶＷＲ）に入れ、０．５ｍｌの１μｇ／ｍｌ  ＩｇＧ-ＨＲＰと１ｍｇ／ｍｌ  ＩｇＧの脱イオン水溶液をそれぞれの試験管に加えた。試験管を室温で２時間バイブレータ上で振とうした。試験管からサンプルを取り出し、キムワイプ（登録商標、Ｋｉｍ  Ｗｉｐｅ）を用いて乾燥させた。テスト片を１ｍｌの脱イオン水３部を用いて洗浄し、乾燥させたテスト片を乾燥した１．５ｍｌの遠心管に入れた。１ｍｌのＴＭＢ Ｔｕｒｂｏ溶液（Ｐｉｅｒｃｅｓ）を各管に加え、各管を室温で１５分間インキュベートした。反応は０．５ｍｌの２ＭのＨＣｌを加えて終了させ、この溶液を１．５ｍｌのＵＶキュベットに移し、紫外吸収を波長４５０ｎｍで測定した。
【００８８】
上に記載した本発明の実施態様は単に説明のためのものであり、当業者は通常の実験により、ここに記載した特定の材料、手順および装置に対する多数の等価物を認識、または突き止めることができるであろう。このようなすべての等価物は本発明の範囲内のものであり、添付の請求項に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】芯／鞘型バインダー短繊維の一例とその断面図を表す。
【図２】並列型バインダー短繊維の一例とその断面図を表す。
【図３】芯／鞘型バインダー短繊維へ接着された単一成分機能性長繊維を有する本発明の繊維の一例とその断面図を表す。
【図４】芯／鞘型バインダー短繊維へ接着された単一成分機能性短繊維を有する本発明の繊維の一例とその断面図を表す。
【図５】並列型バインダー短繊維へ接着された単一成分機能性長繊維を有する本発明の繊維の一例とその断面図を表す。
【図６】並列型バインダー短繊維へ接着された単一成分機能性短繊維を有する本発明の繊維の一例とその断面図を表す。
【図７】かさ密度が水分の吸収に与える影響を表す。
【図８】ウィッキング材料中の機能性繊維の組成重量パーセントが水分の吸収に与える影響を表す。
【図９】機能性繊維の組成重量パーセントが水の吸い上げ速度に与える影響を表す。
【図１０】フェルトペン先を有するいくつかの油性ペンのペン先におけるインク流量の比較を示す。
【図１】
2005520067.tif 000005
【図２】
2005520067.tif 000006
【図３】
2005520067.tif 000007
【図４】
2005520067.tif 000008
【図５】
2005520067.tif 000009
【図６】
2005520067.tif 000010
【図７】
2005520067.tif 000011
【図８】
2005520067.tif 000012
【図９】
2005520067.tif 000013
【図１０】
2005520067.tif 000014
【国際調査報告】
2005520067.tif 000015
2005520067.tif 000016