(57)【要約】【課題】ナノ繊維及びその製造方法に関し、特に、天然高分子ナノ繊維材料及びその製造方法に関する。【解決手段】  本発明は、適用フィールド制御紡糸プロセスの下で天然ポリマー溶液によって製造される天然高分子ナノ繊維を提供し、前記天然高分子溶液は、天然高分子材料、無機塩類及び/又は酵素を含み、本発明は、さらに、天然高分子ナノ繊維の製造方法を提供する。 本発明の天然高分子ナノ繊維は、繊維径が小さく、安全性、実用性に優れている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然高分子溶液により適用フィールド制御紡糸プロセスで製造され、該天然高分子溶液は、天然高分子材料、無機塩類、及び／又は酵素を含み、
該天然高分子溶液の該天然高分子材料は、０．５％（Ｗ／Ｖ）〜５０％（Ｗ／Ｖ）であり、且つ無機塩類は、０．５％（Ｗ／Ｖ）〜５０％（Ｗ／Ｖ）である、天然高分子ナノ繊維。
【請求項２】
前記高分子材料は、ゼラチン(gelatin)、コラーゲン(collagen)、ヒアルロン酸(hyaluronic acid)、アルギン酸塩(alginate)、キトサン(chitosan)からなる群から選択される請求項１に記載の天然高分子ナノ繊維。
【請求項３】
前記無機塩は、ヒドロキシアパタイト(hydroxyapatite，Hap)、リン酸三カルシウム(tricalcium phosphate，TCP)、リン酸二カルシウム(dicalcium phosphate，DCP)、リン酸二カルシウム二水和物(dicalcium phosphate dehydrate，DCPD)、リン酸四カルシウム(tetracalcium phosphate，TTCP)、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、カルシウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウムからなる群から選択される請求項２に記載の天然高分子ナノ繊維。
【請求項４】
前記酵素は、グルタミントランスアミナーゼ、リパーゼ(Lipase)、ペプチダーゼ（Peptidases）、ソルターゼ(Sortase)、オキシドレダクターゼ（Oxidoreductases）、チロシナーゼ(Tyrosinase)、ポリフェノールオキシターゼ(Polyphenoloxidase，PPO)、ラッカーゼ(laccase)、ペルオキシダーゼ(peroxidase)、リシルオキシダーゼ(Lysyl oxidase)、およびアミンオキシダーゼ(amine oxidases)である請求項３に記載の天然高分子ナノ繊維。
【請求項５】
前記適用フィールドは、電界、磁界又は重力である請求項４に記載の天然高分子ナノ繊維。
【請求項６】
前記ナノ繊維の平均繊度は、１０ｎｍ〜９００ｎｍである請求項５に記載の天然高分子ナノ繊維。
【請求項７】
前記アンテナ高分子溶液の前記アンテナ高分子材料は、０．０１％（Ｗ／Ｖ）〜１００％（Ｗ／Ｖ）である請求項１に記載の天然高分子ナノ繊維。
【請求項８】
前記アンテナ高分子溶液の無機塩類は、０．０１％（Ｗ／Ｖ）〜１００％（Ｗ／Ｖ）である請求項１に記載の天然高分子ナノ繊維。
【請求項９】
（ａ）天然高分子溶液を提供し、該天然高分子溶液は、天然高分子材料、無機塩類及び／又は酵素を含み、
（ｂ）該天然高分子溶液に適用フィールド紡糸プロセスを行い、該天然高分子ナノ繊維を得ることを含む天然高分子ナノ繊維の製造方法。
【請求項１０】
前記天然高分子材料は、ゼラチン(gelatin)、コラーゲン(collagen)、ヒアルロン酸(hyaluronic acid)、アルギン酸塩(alginate)、キトサン(chitosan)からなる群から選択される請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記無機塩は、ヒドロキシアパタイト(hydroxyapatite，Hap)、リン酸三カルシウム(tricalcium phosphate，TCP)、リン酸二カルシウム(dicalcium phosphate，DCP)、リン酸二カルシウム二水和物(dicalcium phosphate dehydrate，DCPD)、リン酸四カルシウム(tetracalcium phosphate，TTCP)、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、カルシウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウムからなる群から選択される請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
更に、（ｃ）該天然高分子ナノ繊維を酵素に接触させて外部架橋を行うことを含む請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記酵素は、グルタミントランスアミナーゼ、リパーゼ(Lipase)、ペプチダーゼ（Peptidases）、ソルターゼ(Sortase)、オキシドレダクターゼ（Oxidoreductases）、チロシナーゼ(Tyrosinase)、ポリフェノールオキシターゼ(Polyphenoloxidase，PPO)、ラッカーゼ(laccase)、ペルオキシダーゼ(peroxidase)、リシルオキシダーゼ(Lysyl oxidase)、およびアミンオキシダーゼ(amine oxidases)である請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記適用フィールドは、電界、磁界又は重力である請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
バイオメディカル材料とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の天然高分子ナノ繊維の用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ繊維及びその製造方法に関し、特に、天然高分子ナノ繊維材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ繊維は、ナノサイズの繊維であり、その繊維の細さの範囲が約数十〜数百ナノの間であり、製造方法の違いに応じてサイズを調整することができる。ナノ繊維は、高い表面積を有し、製造されるメッシュは、低い孔径分布及び高い間隙率を有し、医療方面の応用用途においても徐々に成長している。現在の常用のナノ繊維は、静電紡糸技術により製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７４４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静電紡糸技術は、高圧静電を利用し、重合体溶液をミクロン又はナノオーダー繊維に製造する方法である。従来の静電紡糸技術が使用する材料は、何れも人工高分子及び有機溶剤で配置される。近年より、天然高分子に対する変性、静電防止装置の改善によって、天然高分子を基材とし、同時に特殊な構造を有するナノ繊維材料を製造しているが、上記天然高分子ナノ繊維は、依然として天然高分子に対して化学変性を行って目的を達成し、これは、天然高分子、例えば、たんぱく質等に対してその構造特性の変化を引き起こし、工業、医療、食品、従来の加工等の用途に大幅な制限を受け、特に、食品及び医療産業においては、有機溶剤、変性変質の高分子又はたんぱく質が、何れも用いることができず、従って、有機溶剤の使用又は物理化学的変性を必要とせず、且つナノ防止に用いることができる天然高分子ナノ繊維としての発展が必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決する為、本発明が提供する天然高分子ナノ繊維は、天然高分子溶液により適用フィールド制御紡糸プロセスで製造され、該天然高分子溶液は、天然高分子材料、無機塩類、及び／又は酵素を含む。
【０００６】
好適実施形態において、前記高分子材料は、これに制限するものではないが、ゼラチン(gelatin)、コラーゲン(collagen)、ヒアルロン酸(hyaluronic acid)、アルギン酸塩(alginate)、キトサン(chitosan)からなる群から選択される。
【０００７】
好適実施形態において、前記無機塩は、これに制限するものではないが、ヒドロキシアパタイト(hydroxyapatite，Hap)、リン酸三カルシウム(tricalcium phosphate，TCP)、リン酸二カルシウム(dicalcium phosphate，DCP)、リン酸二カルシウム二水和物(dicalcium phosphate dehydrate，DCPD)、リン酸四カルシウム(tetracalcium phosphate，TTCP)、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、カルシウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウムからなる群から選択される。
【０００８】
好適実施形態において、前記酵素は、これに制限するものではないが、グルタミントランスアミナーゼ、リパーゼ(Lipase)、ペプチダーゼ（Peptidases）、ソルターゼ(Sortase)、オキシドレダクターゼ（Oxidoreductases）、チロシナーゼ(Tyrosinase)、ポリフェノールオキシターゼ(Polyphenoloxidase，PPO)、ラッカーゼ(laccase)、ペルオキシダーゼ(peroxidase)、リシルオキシダーゼ(Lysyl oxidase)、およびアミンオキシダーゼ(amine oxidases)である。
【０００９】
好適実施形態において、前記適用フィールドは、これに制限するものではないが、電界、磁界又は重力である。
【００１０】
好適実施形態において、前記ナノ繊維の平均繊度は、１０ｎｍ〜９００ｎｍである。
【００１１】
好適実施形態において、前記アンテナ高分子溶液の前記アンテナ高分子材料は、０．０１％（Ｗ／Ｖ）〜１００％（Ｗ／Ｖ）である。
【００１２】
好適実施形態において、前記アンテナ高分子溶液の無機塩類は、０．０１％（Ｗ／Ｖ）〜１００％（Ｗ／Ｖ）である。
【００１３】
本発明は、また一方で、（ａ）天然高分子溶液を提供し、該天然高分子溶液は、天然高分子材料、無機塩類及び／又は酵素を含み、（ｂ）該天然高分子溶液に適用フィールド紡糸プロセスを行い、該天然高分子ナノ繊維を得ることを含む天然高分子ナノ繊維の製造方法を提供する。
【００１４】
好適実施形態において、前記方法中の天然高分子材料は、ゼラチン(gelatin)、コラーゲン(collagen)、ヒアルロン酸(hyaluronic acid)、アルギン酸塩(alginate)、キトサン(chitosan)からなる群から選択される。
【００１５】
好適実施形態において、前記方法中の無機塩は、ヒドロキシアパタイト(hydroxyapatite，Hap)、リン酸三カルシウム(tricalcium phosphate，TCP)、リン酸二カルシウム(dicalcium phosphate，DCP)、リン酸二カルシウム二水和物(dicalcium phosphate dehydrate，DCPD)、リン酸四カルシウム(tetracalcium phosphate，TTCP)、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、カルシウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウムからなる群から選択される。
【００１６】
好適実施形態において、前記方法中の酵素は、グルタミントランスアミナーゼである。
【００１７】
好適実施形態において、前記方法中の適用フィールドは、電界、磁界又は重力である。
【００１８】
好適実施形態において、前記方法は、更に、（ｃ）該天然高分子ナノ繊維を酵素に接触させて外部架橋を行うことを含む。
【００１９】
本発明は、また一方で、バイオメディカル材料とする天然高分子ナノ繊維の用途を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、先行技術に比較し、天然高分子材料の物理化学性質を変化させず、有機溶剤を使用せず、均一な繊維繊度及び形態を有するナノ繊維を形成することができる。人工高分子及び有機溶剤を使用しないことによって、安全性が大幅に向上され、且つ応用が広がり、特に食品及びバイオメディカル産業に安全に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１により得られる天然高分子ナノ繊維の写真である。
【図２】本発明の実施例２により得られる天然高分子ナノ繊維の写真である。
【図３】本発明の実施例３により得られる天然高分子ナノ繊維の写真である。
【図４】本発明の実施例４により得られる天然高分子ナノ繊維の写真である。
【図５】本発明の実施例５により得られる天然高分子ナノ繊維の写真である。
【図６】本発明の実施例６により得られる天然高分子ナノ繊維の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
別途定義がない限り、本文中の全ての技術及び科学用語は、当業者が理解する含意のとおりである。本願で使用する以下の用語は、以下の意味を有する。
【００２３】
前後の文において、別途指定していない限りは、要素の数量は、単数の場合及び複数の場合を含むものとする。
【００２４】
また、本文に記載の「及び／又は」は、２つの特定特徴又は組成物の１つ又は全部を表現することに用いられる。従って、「Ａ及び／又はＢ」は、「Ａ及びＢ」、「Ａ又はＢ」、「Ａ（単独）」、「Ｂ（単独）」の意味を表す。同様に、「Ａ、Ｂ及び／又はＣ」は、Ａ、Ｂ及びＣ；Ａ、Ｂ又はＣ；Ａ又はＣ；Ａ又はＢ；Ｂ又はＣ；Ａ及びＣ；Ａ及びＢ；Ｂ及びＣ；（単独）Ａ；（単独）Ｂ；（単独）Ｃを含む。
【００２５】
本発明の天然高分子ナノ繊維は、天然高分子溶液が適用フィールド制御紡糸プロセスにより得られ、該天然高分子溶液は、天然高分子材料、無機塩類、及び／又は酵素を含む。
【００２６】
本文中に記載の「天然高分子材料」とは、自然界に存在し、人工合成の高分子ではなく、例えば、ゼラチン、コラーゲン、ヒアルロン酸、アルギン酸、キトサン及び前記天然高分子の誘導体を指すが、これに制限するものではない。好適実施例において、該天然高分子材料の重量平均分子量は、１万〜２０万の間であり、好ましくは、１．５万〜１５万の間であり、更に好ましくは、２万〜１０万の間である。
【００２７】
本文中に記載の天然高分子溶液は、上記の天然高分子溶液を溶剤に溶かしたものであり、該溶剤は、如何なる極性溶剤であってもよく、好適実施例において、該極性溶剤は、水である。該天然高分子溶液の該天然高分子材料は、０．１％（Ｗ／Ｖ）〜５０％（Ｗ／Ｖ）であり、好ましくは、０．５％（Ｗ／Ｖ）〜４０％（Ｗ／Ｖ）であり、更に好ましくは、１％（Ｗ／Ｖ）〜３０％（Ｗ／Ｖ）であり、例えば、１０％（Ｗ／Ｖ）、１５％（Ｗ／Ｖ）、２０％（Ｗ／Ｖ）である。 
【００２８】
本文中に記載の天然高分子溶液は、更に、無機塩類を含む。本文に記載の無機塩類は、天然高分子材料の受電性を変化できる無機塩類であり、これに制限するものではないが、例えば、ヒドロキシアパタイト(hydroxyapatite，Hap)、リン酸三カルシウム(tricalcium phosphate，TCP)、リン酸二カルシウム(dicalcium phosphate，DCP)、リン酸二カルシウム二水和物(dicalcium phosphate dehydrate，DCPD)、リン酸四カルシウム(tetracalcium phosphate，TTCP)、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、カルシウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウムである。該天然高分子溶液の該無機鹽類は、０．１％（Ｗ／Ｖ）〜５０％（Ｗ／Ｖ）であり、好ましくは、０．５％（Ｗ／Ｖ）〜４０％（Ｗ／Ｖ）であり、更に、好ましくは、１％（Ｗ／Ｖ）〜３０％（Ｗ／Ｖ）であり、例えば、１０％（Ｗ／Ｖ）、１５％（Ｗ／Ｖ）、２０％（Ｗ／Ｖ）である。
【００２９】
上記天然高分子溶液中の天然高分子材料及び無機塩類は、１〜９６時間、好ましくは、１２〜４８時間、更に好ましくは２４〜３６時間、例えば、２４時間、２８時間、３０時間、３２時間、３４時間、３６時間、混合する。
【００３０】
本文中に記載の天然高分子溶液は、酵素を含むこと又は酵素を含まないことができる。好適実施例において、該天然高分子溶液は、控訴を含み、該酵素は、該天然高分子に内部架橋を行わせることができ、天然高分子ナノ繊維の強度を増加させる。使用可能な酵素は、これに制限するものではないが、好ましくは、グルタミントランスアミナーゼ、リパーゼ(Lipase)、ペプチダーゼ（Peptidases）、ソルターゼ(Sortase)、オキシドレダクターゼ（Oxidoreductases）、チロシナーゼ(Tyrosinase)、ポリフェノールオキシターゼ(Polyphenoloxidase，PPO)、ラッカーゼ(laccase)、ペルオキシダーゼ(peroxidase)、リシルオキシダーゼ(Lysyl oxidase)、およびアミンオキシダーゼ(amine oxidases)であり、使用可能な濃度は、１％〜１００％である。
【００３１】
本発明の天然高分子ナノ繊維の製造方法は、（ａ）天然高分子溶液を提供し、該天然高分子溶液は、天然高分子材料、無機塩類及び／又は酵素を含み、（ｂ）該天然高分子溶液に適用フィールド紡糸プロセスを行い、該天然高分子ナノ繊維を得ることを含む。
【００３２】
本発明の製造方法が称する「適用フィールド制御紡糸プロセス」とは、該天然高分子溶液が防止装置に取り込まれ、防止プロセスを行い、プロセスにおいて、これに制限するものではないが、電界、磁場、重力を含む適用フィールドを施し、天然高分子溶液の陰陽イオンを連動し、伴って、高分子材料を連動し、ナノ繊維を形成する。本発明の好適実施例に基づき、該適用フィールド紡糸プロセスは、放電紡糸プロセスであり、引火電圧を有し、該印加電圧の範囲は、１μボルト〜１００００００ボルトであり、好ましくは、１０００ボルト〜７００００ボルトであり、更に好ましくは、３００００ボルト〜５００００ボルトである。また、該放電紡糸プロセスの紡糸口から収集領域までの距離は、１〜３０ｃｍの間であり、且つ該放電紡糸プロセスの液排出速度は、１０μｌ／ｍｉｎ以上であることができる。
【００３３】
本発明の製造方法は、更に、外部架橋ステップを含むことができ、即ち、上記獲得した天然高分子繊維は、酵素架橋剤に接触して架橋を行い、天然高分子ナノ繊維の強度を向上させ、分解時間を延長することができ、該架橋時間は、１〜９６時間であり、好ましくは、約２４〜４８時間であり、例えば、２４時間、２６時間、２８時間、３０時間、３２時間、３４時間、３６時間、３８時間、４０時間、４２時間、４４時間、４６時間、４８時間等である。上述の「接触」とは、酵素架橋剤を天然高分子ナノ繊維と作用させることができる任意の方式を指し、例えば、天然高分子ナノ繊維を酵素架橋剤に浸漬するか、酵素架橋剤を天然高分子ナノ繊維にスプレー塗布することであるが、これに制限するものではない。
【００３４】
上記方法で製造される天然高分子ナノ材料は、そのうち、該ナノ繊維の平均繊度は、１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、好ましくは、１０ｎｍ〜５０ｎｍであり、例えば、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ等である。本発明の天然高分子ナノ繊維は、更に良好な繊度を有し、且つ向上した安全性を有し、従って、人工高分子ポリマーのナノ繊維に比較し、本発明の天然高分子ナノ繊維は、食品、バイオメディカル等の分野に広く用いることができ、例えば、バイオメディカルの３Ｄプリントのナノ繊維材料に用いることができる。
【００３５】
当業者に本発明の内容を理解させて実施させるため、且つ本明細書の開示内容、請求項及び図面に基づき、当業者が本発明の関連目的及び利点を容易に理解できるようにするため、実施例において、本発明の詳細な特徴及び利点を詳細に説明する。以下の実施例は、説明用とするのみであり、本願の請求項の範囲を制限するものではない。
【００３６】
[実施例1]
２０％（ｗ／ｖ）のゼラチン（gelatin）水溶液を配置し、該ゼラチン水溶液に２０％（ｗ／ｖ）のハイドロキシアパタイトを添加し、２４時間混合撹拌を持続する。その後、温度を５０℃±５℃に制御し、１０ｍＬ注射器に装填し、糸引き高さ６０ｍｍ、射出速度２ｍＬ／ｈｒ、電界電圧２０ｋＶとする。得られる天然高分子ナノ繊維は、図１に示すとおりである。
【００３７】
［実施例２］
実施例１と同じ配合を使用し、差異は、１０ｗｔ％の酵素架橋剤を添加することにあり、その他は、何れも同じである。得られる天然高分子ナノ繊維は、図２に示すとおりである。
【００３８】
［実施例３］
本実施例と実施例１の差異は、２０％（ｗ／ｖ）のハイドロキシアパタイトをリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）に換えた点にあり、その他は、何れも同じであり、得られる天然高分子ナノ繊維は、図２に示すとおりである。
【００３９】
［実施例４］
本実施例と実施例３の差異は、１０ｗｔ％の酵素架橋剤を添加し、射出速度を１．３Ｌ／ｈｒ、電界電圧１３．５ｋＶに調整した点にあり、その他は何れも同じであり、得られる天然高分子ナノ繊維は、図４に示すとおりである。
【００４０】
［実施例５］
５％（ｗ／ｖ）のゼラチン（ｇｅｌａｔｉｎ）水溶液を配置し、該ゼラチン水溶液中に５％（ｗ／ｖ）のリン酸三カルシウム塩を添加し、２４時間混合撹拌を持続する。その後、温度を５０℃±５℃に制御し、１０ｍＬ注射器に装填し、糸引き高さ６０ｍｍ、射出速度０．９ｍＬ／ｈｒ、電界電圧７ｋＶとする。得られる天然高分子ナノ繊維は、図５に示すとおりである。
【００４１】
［実施例６］
本実施例及び実施例５の差異は、１０ｗｔ％の酵素架橋剤を添加することにあり、その他は、何れも同じであり、得られる天然高分子ナノ繊維は、図６に示すとおりである。
【００４２】
上記各実施例は、本発明の特徴を説明するために用いるものであり、その目的は、当業者に本発明の内容を理解させ、実施できるようにするものであり、本発明の保護範囲を制限するものではなく、その他の本発明が開示する精神を脱することなく完成する均等の修飾又は修正は、依然として下記の保護範囲に含まれるべきである。
【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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