(57)【要約】【課題】密度の異なる繊維形成層を任意の厚みで集積して形成し、繊維成形体の内部に意図した空間構造を制御して構築する。【解決手段】繊維成形体を構成する繊維形成層は、複合繊維から構成される。この複合繊維は、疎水性ポリマーと親水性ポリマーからなる。この複合繊維の製造方法は、第１の溶媒に第１のポリマーを溶解させて第１ポリマー溶液を得る第１ポリマー溶解工程と、第１の溶媒と不混和の第２の溶媒に、第１のポリマーと異なる第２のポリマーを溶解させて第２ポリマー溶液を得る第２ポリマー溶解工程と、第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液を混合してエマルジョン液を調製するエマルジョン調製工程と、エマルジョン液に電圧を印加する電圧印加工程と、電圧印加工程後、エマルジョン液を吐出する吐出工程とを備えている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
疎水性ポリマーと親水性ポリマーからなる複合繊維。
【請求項２】
前記疎水性ポリマーの繊維の内部に、前記親水性ポリマーの繊維が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合繊維。
【請求項３】
前記親水性ポリマーの繊維は、三次元網目構造を形成していることを特徴とする請求項２に記載の複合繊維。
【請求項４】
前記三次元網目構造は、前記親水性ポリマーの繊維が互いに接合している構造であることを特徴とする請求項３に記載の複合繊維。
【請求項５】
疎水性ポリマーと、親水性ポリマーとを有する複合繊維であって、
前記疎水性ポリマーの繊維の内部に、前記親水性ポリマーの繊維が形成されており、
前記親水性ポリマーの繊維が三次元網目構造を形成している複合繊維。
【請求項６】
前記三次元網目構造は、前記親水性ポリマーの繊維が互いに接合している構造である請求項５に記載の複合繊維。
【請求項７】
前記親水性ポリマーの繊維の繊維径が１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の複合繊維。
【請求項８】
前記親水性ポリマーが、ポリペプチド、多糖類、ポリエチレングリコール、及びポリビニルアルコールからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合繊維。
【請求項９】
前記疎水性ポリマーが、脂肪族ポリエステル系（共）重合体、ポリスチレン系（共）重合体、ポリオレフィン系（共）重合体、及びポリビニルアルコール系のエステル又はポリビニルアセタール系（共）重合体からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の複合繊維。
【請求項１０】
綿状の形態をなしていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の複合繊維。
【請求項１１】
平均嵩密度が１.０×１０-4ｇ／ｃｍ3以上２．５×１０-1ｇ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１０に記載の複合繊維。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複合繊維を有する細胞培養担体。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複合繊維を有する細胞の足場材料。
【請求項１４】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複合繊維を有する薬剤徐放剤における薬剤の保持部材。
【請求項１５】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複合繊維と、界面活性剤とを有する複合繊維体。
【請求項１６】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複合繊維と、前記複合繊維間の空隙に担持された充填物とを有する複合繊維体。
【請求項１７】
第１の溶媒に第１のポリマーを溶解させて第１ポリマー溶液を得る第１ポリマー溶解工程と、
前記第１の溶媒と不混和の第２の溶媒に、前記第１のポリマーと異なる第２のポリマーを溶解させて第２ポリマー溶液を得る第２ポリマー溶解工程と、
前記第１ポリマー溶液と前記第２ポリマー溶液を混合してエマルジョン液を調製するエマルジョン調製工程と、
前記エマルジョン液に電圧を印加する電圧印加工程と、
前記電圧印加工程後、前記エマルジョン液を吐出する吐出工程と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複合繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疎水性ポリマーと親水性ポリマーの複合繊維及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロスピニング法によって形成した不織布等の繊維性成形体の生体材料への応用の試みは公知である。一般的なエレクトロスピニング法を用いて得られた繊維成形体は、電極であるコレクター上に集積される際に繊維間の距離が短い緻密な形成をとりやすく、特に厚み方向において繊維密度が高くなりやすい。例えば、疎水性の生分解性ポリマーを改質して生体材料に適した繊維を形成する目的で、エレクトロスピニングにより得られたＬ−ポリ乳酸繊維をゼラチンやキトサンでグラフトした繊維（非特許文献１及び非特許文献２）や、ゼラチンを９０ｖ／ｖ％酢酸水溶液に溶解した溶液とＬ−ポリ乳酸溶液との混合液をエレクトロスピニングすることにより扁平状の繊維を形成する方法が開示されている（非特許文献３）。
【０００３】
また、Ｌ−ポリ乳酸をゼラチンと共に共溶媒に溶かしたポリマー溶液をエレクトロスピニングすることにより繊維を形成する方法も開示されている（非特許文献４）。いずれの場合も不織布状の繊維性集積体が得られている。このような不織布状の繊維性集積体は厚み方向に繊維が緻密化するため、細胞培養を行った場合、細胞は繊維性集積体の表面近傍のみで増殖して内部へは侵入しにくいことが示されている（非特許文献４、fig.8）。
【０００４】
通常のエレクトロスピニングで形成した繊維は帯電しているため、コレクターと呼ばれる電極に強く吸着され、不織布と呼ばれる布状の形態で捕集される。このため、三次元的な構造体を形成する事は困難である。細胞、新生血管、再生組織の侵入が容易な繊維性の成形体からなる生体材料の開発を目指して、エレクトロスピニング法においてコレクターに溶液を用いる手法が開示されている（特許文献１から特許文献４）。また、イオン風により形成した繊維の電荷を空中で打ち消す方法による綿状の成形体の形成手法が開示されている（特許文献５）。
【０００５】
それらの方法で形成された成形体では、内部の空間のサイズについて直接コントロールする手法が提供されておらず、綿の密度（綿の詰め込み方等による）など、間接的な制御により繊維と繊維の間の空隙のサイズを調節することが出来るが、内部に意図した通りの規則的な粗密構造を形成することが出来ないという問題が有る。また、綿状の構造体を細胞培養担体として利用する場合、繊維間の間隔が大きいために細胞の初期付着性が著しく低下するという問題が有る。
【０００６】
溶液をコレクターに薄く塗布して綿状の部分と布状の部分からなる粗密構造を有するシートを形成して積層する方法も開示されている（特許文献４）が、この方法では積層したシートを加熱などにより接合する必要があり、製造プロセスが複雑になるという問題が有る。線維径が５〜７０μｍのコラーゲン繊維を形成して、ポリ乳酸など生分解性高分子を被覆する方法も開示されている（特許文献６）。この方法では、まず、コラーゲンからアテロコラーゲンなどの可溶化コラーゲンを形成した後、紡糸し、架橋により不溶化処理、中和処理などを行った後に成型し、生分解性高分子溶液に成形体を浸した後に溶媒を揮発させて、生分解性高分子を被覆するという複雑な工程を必要とする。
【０００７】
また、このような生分解性高分子の被覆法では、成形体内部のコラーゲン繊維間に保持された生分解性高分子溶液が毛細管現象により抜けきらず、溶媒が揮発した後に繊維間の空隙を塞ぐように膜状の生分解性高分子が形成されるという問題も有る。一般的な溶融紡糸法を用いて、ポリマー繊維内に別のポリマーからなる繊維を内包した直線的な複合繊維を得る手法も利用されているが、この手法では熱可塑性のポリマーの組み合わせしか利用出来ない。また、融点と分解温度が近い高分子には適しにくいという問題が有る。
【０００８】
一般的に、親水性ポリマーの多くは分子内の水酸基などによる水素結合が強く、熱可塑性を付与するためのエステル化処理などが必要である。その様な処理を行ったセルロースエステルと可塑剤を含む組成物を島成分とし、アルカリ性の熱水に溶解可能な熱可塑性重合体を海成分とする複合繊維で、島成分が繊維軸方向に連続相を形成してなることを特徴とする海島型の複合繊維を溶融紡糸により紡糸し、海成分を除去後に直径が３μｍまたは単糸繊度が０.０１〜１ｄｔｅｘの熱可塑化セルロース繊維の製造が公表されている（非特許文献６及び特許文献７）。
【０００９】
このような手法で得られる海島構造は、個々の島構造が独立して単糸を形成するため、島同士が接合することはない。また、一般的に生体組織に見られる細胞外マトリックス（ＥＣＭ）を模倣した充填剤は、高度な組織再生を促すと期待されている。生体に見られるＥＣＭを模倣した構造体を実現するには、繊維成形体内部に意図的な空間構造を配置し、空間のサイズ等を制御する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２６１０６４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６１３６３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６５８号公報
【特許文献４】特開２０１４−５５５７号公報
【特許文献５】特開２００５−２６４３６４号公報
【特許文献６】特開２００５−２７８９０９号公報
【特許文献７】特開２００４−８４１３９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Song Zhaoら, J. Surg. Res., 193, 33-42, (2015)
【非特許文献２】Shu-Ying Guら, Mater. Sci. Eng., C 29, 1822-1828, (2009)
【非特許文献３】Su Yanら, J. Appl. Polym. Sci., 117, 542-547, (2010)
【非特許文献４】Shuang Chenら, J. Mater. Sci., 48, 6567-6577, (2013)
【非特許文献５】Tea Andricら, J. Biomed. Mater. Res. A, 100A, 2097-2105, (2012)
【非特許文献６】荒西義高ら、「溶融紡糸が可能な次世代型セルロース系繊維“フォレッセ”の研究開発」、[online]、2008年、フジサンケイビジネスアイ、インターネット<URL:http://www.fbi-award.jp/sentan/jusyou/2008/12.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、繊維成形体の密度を容易に制御し、綿状もしくは不織布状の繊維成形体、又はそれらが集積された繊維成形体を形成し、内部空間のサイズが意図的に制御された繊維成形体を含有する骨充填材等の生体インプラント材、薬剤除法剤、細胞培養担体、フィルター等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、エレクトロスピニングにより得られる疎水性ポリマーの内部に親水性ポリマーの繊維を形成させて繊維に捩れ構造を導入することにより、繊維同士の接触を制御して繊維成形体の密度を制御することを目標として鋭意研究を積み重ねた。その結果、主となる疎水性ポリマーの溶液に不混和の親水性ポリマーの溶液を加えてエマルジョンを形成し、エレクトロスピニング法により紡織してコレクター上に収集することにより、疎水性ポリマーと親水性ポリマーの複合繊維からなる繊維成形体を形成しうる事、疎水性ポリマーの繊維の内部に親水性ポリマーの繊維が形成され、当該親水性ポリマーの繊維は三次元網目構造を形成し、親水性ポリマーの繊維が互いに接合していることにより、繊維に捩れ構造を形成して繊維同士の接触を制御し繊維成形体の密度を制御しうる事を見出して、本発明を完成するに至った。
【００１４】
本発明の複合繊維は、疎水性ポリマーと親水性ポリマーからなる。また、本発明の他の複合繊維は、疎水性ポリマーと、親水性ポリマーとを有し、疎水性ポリマーの繊維の内部に、親水性ポリマーの繊維が形成されており、親水性ポリマーの繊維が三次元網目構造を形成している。また、本発明の複合繊維の製造方法は第１の溶媒に第１のポリマーを溶解させて第１ポリマー溶液を得る第１ポリマー溶解工程と、第１の溶媒と不混和の第２の溶媒に、第１のポリマーと異なる第２のポリマーを溶解させて第２ポリマー溶液を得る第２ポリマー溶解工程と、第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液を混合してエマルジョン液を調製するエマルジョン調製工程と、エマルジョン液に電圧を印加する電圧印加工程と、電圧印加工程後、エマルジョン液を吐出する吐出工程とを有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複合繊維から構成される繊維成形体の密度が制御できる。これにより密度の異なる繊維形成層を任意の厚みで集積して形成することができ、繊維成形体の内部に意図した空間構造を制御して構築できるという格別な効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】コレクター上に形成された実施例１の綿状の繊維成形体の画像。
【図２】実施例１の繊維成形体の顕微鏡像。
【図３】実施例１の繊維成形体から抽出した親水性ポリマー繊維の顕微鏡像。
【図４】実施例１の繊維成形体で、疎水性ポリマー繊維表面に親水性ポリマーが部分的に被覆された個所の顕微鏡像。
【図５】繊維密度が低い綿状の部分と繊維密度の高い不織布状の部分が交互に積層された実施例１３の繊維成形体の光学顕微鏡像(右)と共焦点レーザー顕微鏡像(左)。
【図６】実施例１４で綿状の繊維成形体における細胞増殖を示すグラフ。
【図７】コレクター上に形成された比較例１の不織布状の繊維成形体の画像。
【図８】比較例１の繊維成形体の顕微鏡像。
【図９】比較例８の不織布状の繊維成形体の顕微鏡像。
【図１０】比較例８の繊維成形体から抽出した親水性ポリマーの顕微鏡像。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態に係る複合繊維は、疎水性ポリマーと親水性ポリマーからなる。複合繊維は、疎水性ポリマーの繊維の内部に、親水性ポリマーの繊維が形成されていることが好ましい。また、親水性ポリマーの繊維は、三次元網目構造を形成していることが好ましい。さらに、この三次元網目構造は、親水性ポリマーの繊維が互いに接合している構造であることが好ましい。また、本発明の他の実施形態に係る複合繊維は、疎水性ポリマーと、親水性ポリマーとを有し、疎水性ポリマーの繊維の内部に、親水性ポリマーの繊維が形成されており、親水性ポリマーの繊維が三次元網目構造を形成している。この他の実施形態の複合繊維は、疎水性ポリマーと親水性ポリマー以外の成分を含んでいてもよい。
【００１８】
親水性ポリマーの繊維の繊維径は１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、複合繊維の全体の繊維径は０.０５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。繊維径が小さすぎると、繊維成形体の強度が保てなくなる。繊維径が大きすぎると、繊維の比表面積が小さくなるため好ましくない。繊維径とは繊維断面の直径をいい、繊維の電子線顕微鏡像又は共焦点レーザー顕微鏡像などの少なくとも３か所の平均値から求める。繊維断面が楕円形の場合は、楕円形の長軸方向の長さと短軸方向の長さの平均をその繊維径として算出する。繊維断面が円形でも楕円形でもないときには、円又は楕円に近似して繊維径を算出する。
【００１９】
疎水性ポリマーとしては、ラクチド類、ラクトン類（例えば、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、β−ピバロラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等）、グリコリドを含むグリコール酸類、シュウ酸エチレン（即ち、１，４−ジオキサン−２，３−ジオン）、カーボネート類（例えばトリメチリンカーボネート等）、エーテル類（例えば１，３−ジオキサン等）、エーテルエステル類（例えばジオキサノン等）、ラクタム類（ε−カプロラクタム等）などの環状モノマー；乳酸、グリコール酸、３−ヒドロキシプロパン酸、３−ヒドロキシブタン酸、４−ヒドロキシブタン酸、６−ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシカルボン酸又はそのアルキルエステル；エチレングリコール、１，４−ブタンジオール等の脂肪族ジオール類と、こはく酸、アジピン酸等の脂肪族ジカルボン酸類又はそのアルキルエステル類との実質的に等モルの混合物等の脂肪族エステルモノマー類の単独又は共重合体、ブロック共重合体などの脂肪族ポリエステル系樹脂等が例示される。
【００２０】
また、疎水性ポリマーとしては、ポリオレフィン系（共）重合体、ポリスチレン系（共）重合体、ポリ塩化ビニル系又はポリ塩化ビニリデン系（共）重合体、ポリビニルアルコール系、そのエステル又はポリビニルアセタール系（共）重合体、またはそれらの脂肪族鎖に置換基の窒素原子が直接結合している不飽和化合物の重合体、ポリ（メタ）アクリル酸（エステル）系（共）重合体、ポリ（メタ）アクリル酸（エステル）系（共）重合体、ポリ（メタ）アクリロニトリル系（共）重合体、ポリ（メタ）アクリルアミド系（共）重合体等の脂肪族鎖にカルボニル基又はニトリル基が直接結合している不飽和化合物の重合体、ポリシアノアクリレート系重合体、ポリジエン系重合体、弗素樹脂、ポリエステル系重合体等が例示される。
【００２１】
より具体的には、ポリスチレン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレンオキシド、ポリシクロペンテンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリヘキサメチレンカーボネート、ポリアリレート、ポリビニルイソシアネート、ポリブチルイソシアネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリノルマルプロピルメタクリレート、ポリノルマルブチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリパラフェニレンテレフタラミド、ポリパラフェニレンテレフタラミド−３，４’−オキシジフェニレンテレフタラミド共重合体、ポリメタフェニレンイソフタラミド、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２、天然ゴム、ポリビニルアセテート、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、ポリビニルノルマルプロピルエーテル、ポリビニルイソプロピルエーテル、ポリビニルノルマルブチルエーテル、ポリビニルイソブチルエーテル、ポリビニルターシャリーブチルエーテル、ポリビニリデンクロリド、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾル）、ポリ（４−ビニルピリジン）、ポリビニルメチルケトン、ポリリメチルイソプロペニルケトン、ポリスチレンサルホン、又はこれらの（ブロック）共重合体などが例示される。
【００２２】
エレクトロスピニングにおいて繊維を形成しうる粘度の範囲にポリマー溶液が調整可能であれば、疎水性ポリマーの平均分子量は特に限定されない。目的などに合わせて適宜用いてもよい。
【００２３】
親水性ポリマーとしては、セルロース、アガロース、アルギン酸、ガム類等の多糖類、メチルセルロース、プロピルセルロース、ベンジルセルロース等の多糖類の誘導体、セルロースジアセテート、セルローストリアセテートなどのアセテート繊維、ヘパリンもしくはその誘導体、コンドロイチンもしくはその誘導体、ヒアルロン酸などのグリコサミノグリカン、キチン、キトサン類等のムコ多糖類もしくはその誘導体、アテロペプチドコラーゲンや再構成繊維コラーゲン等のコラーゲンもしくはその誘導体、ゼラチン、フィブロイン、ケラチン、ポリグルタミン酸もしくはその塩などのポリペプチド、又は上記高分子の２種類以上からなる混合体、架橋体、複合体等が例示される。天然由来のポリマーについては、分子量分布や等イオン点などの性質が製造方法により異なるが、ポリマー溶液を所定の粘度になるように調製できるものであれば目的などに合わせて適宜用いてもよい。
【００２４】
本実施形態の複合繊維は、繊維成形体の形態をなしていることが好ましい。繊維成形体とは、得られた一本又は複数本の繊維が積層され、織り、編み、又はその他の手法により形成された三次元の成形体をいう。繊維成形体の具体的な形態としては、例えば不織布や綿状の繊維凝集物が挙げられる。さらに、それらをもとに加工したチューブ、メッシュなども再生医療分野において好ましく用いることができ、繊維成形体に含まれる。また、本実施形態の複合繊維の平均嵩密度は、１.０×１０-4ｇ／ｃｍ3以上２.５×１０-1ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。複合繊維が三次元的な形状を保ちやすく、複合繊維の厚み方向の形成速度を維持できるからである。なお、平均嵩密度は、作製した繊維成形体を構成する繊維形成層の面積、平均厚、質量から算出した密度を意味する。
【００２５】
本実施形態の複合繊維は、生体材料として用いることができる。生体材料としては、例えば、生体インプラント材、透析用部品、循環装置用部品、フィルター等が挙げられるが、それらに限定されるものではない。生体インプラント材とは、生体インプラント材用基材における全体又は一部の表面の外側又は内側に、多孔質層を形成したものであって、通常は、人工骨などとして生体内で使用するための成形体を意味する。生体インプラント材は、生体内で使用するために必要な特性と安全性を有するものであれば、その形状及び使用形態等は特に限定されない。生体インプラント材の形状としては、ブロック状、柱状、板状、不定形バルク状など任意の形状が例示される。また、本発明の生体インプラント材の使用形態としては、骨補填材などの製品が例示される。
【００２６】
本発明の実施形態に係る細胞培養担体は、本実施形態の複合繊維を有する。また、本発明の実施形態に係る細胞の足場材料は、本実施形態の複合繊維を有する。また、本発明の実施形態に係る薬剤徐放剤における薬剤の保持部材は、本実施形態の複合繊維を有する。また、本発明の実施形態に係る複合繊維体は、本実施形態の複合繊維と、界面活性剤とを有する。また、本発明の他の実施形態に係る複合繊維体は、本実施形態の複合繊維と、この複合繊維間の空隙に担持された充填物とを有する。
【００２７】
本発明の実施形態に係る複合繊維の製造方法は、第１ポリマー溶解工程と、第２ポリマー溶解工程と、エマルジョン調製工程と、電圧印加工程と、吐出工程とを備えている。第１ポリマー溶解工程では、第１の溶媒に第１のポリマーを溶解させて第１ポリマー溶液を得る。第２ポリマー溶解工程では、第１の溶媒と不混和の第２の溶媒に、第１のポリマーと異なる第２のポリマーを溶解させて第２ポリマー溶液を得る。エマルジョン調製工程では、第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液を混合してエマルジョン液を調製する。電圧印加工程では、エマルジョン液に電圧を印加する。吐出工程では、電圧印加工程後、エマルジョン液を吐出する。こうして、本実施形態の複合繊維が得られる。当該製造方法は、複合繊維を形成後、大気圧下もしくは真空下における加熱、又は複合繊維を形成するポリマーに対して溶解性のない溶媒内における適切な温度管理下での抽出などにより、繊維形成に使用した溶媒等の残留成分を除去する工程をさらに含んでいてもよい。
【００２８】
互いに不混和の疎水性ポリマーの溶液と親水性ポリマーの溶液の混合液（以後、「ポリマー混合液」という）は、エマルジョン液であり、疎水性ポリマーの溶液に対して親水性ポリマーの溶液の添加量を５ｖｏｌ％以上、又は疎水性ポリマーに対する親水性ポリマーの添加量が１.３質量％以上にすることが望ましい。また、疎水性ポリマーに溶液に対して親水性ポリマーの溶液の添加量の増加に伴いポリマー混合液の粘性が増加するが、エレクトロスピニングにおいて繊維を形成しうる粘度の範囲に調整可能な範囲であれば、このポリマー混合液は使用できる。
【００２９】
互いに不混和の溶媒同士の界面張力は５ｍＮ／ｍ以下である事が望ましい。界面張力を５ｍＮ／ｍ以下にするために、ポリマー混合液に界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルポリオキシエチレン硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩等のアニオン性界面活性剤、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩等のカチオン性界面活性剤、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタイン等の両性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグルコシド、脂肪酸ジエタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテル等の非イオン性界面活性剤；グリセロリン脂質（ホスファチジルコリンやホスファチジルエタノールアミンなどもしくはその水素添加物）、スフィンゴリン脂質（スフィンゴミエリンなど）やスフィンゴ糖脂質などのリン脂質等やその誘導体、又はそれらの混合物等が例示されるが、使用目的に合わせて選択する事が好ましい。細胞培養用担体、再生医療用の足場材を製造する場合はリン脂質の利用が好適である。
【００３０】
本実施形態の保持部材に保持する薬剤としては、抗炎症剤、フイブロネクチン、アルブミン又はラミニン、凝血又は抗凝血因子（アンチトロンビン、プラスミン、ウロキナーゼ、ストレプトキナーゼ、フイブリノーゲンアクチベータ、トロンビン等）、カリクレイン、キニン、ラジキニン拮抗薬、血液に作用しない酵素、ホルモン、骨形成因子や細胞増殖因子等の成長因子、タンパク性骨増殖因子、凝血又は抗凝血薬剤、溶血防止剤、骨粗鬆症治療薬等が好適に例示されるが、これらに制限されるものではない。
【００３１】
本実施形態の複合繊維体に用いる充填物としては、ポリマー、セラミックス、金属もしくはそれらの複合体の顆粒、ハイドロゲル、又はその乾燥体等が例示される。また、充填物は内部に薬剤等を保持していてもよい。薬剤を保持するための充填物としては、ポリビニルアルコール、コラーゲン、ゼラチン、寒天、ヒアルロン酸、キチン・キトサン、ポリ酢酸ビニルのいずれかのうちの１種以上からなるハイドロゲル又はその乾燥体や、ポリ乳酸系高分子、ポリエチレングリコール系ポリマー等の生分解性ポリマー等や、それらとリン酸カルシウム系セラミックスを複合したものが好適に例示されるが、これらに制限されるものではない。
【実施例】
【００３２】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。なお、２つの数値の間に「〜」を記載する場合、これら２つの数値も含まれる。また、特に断らない限り「％」は「質量％」である。
【００３３】
（実施例１）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して０.１〜１３％の親水性ポリマー（ポリグルタミン酸）を含有するポリマーのＦＡ（ホルムアミド）溶液を、疎水性ポリマー溶液の量に対して５〜２５ｖｏｌ％を添加して混合することでポリマー混合液（エマルジョン液）を調製した。このポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。親水性ポリマー溶液の添加量が５ｖｏｌ％より小さい場合で、かつ親水性ポリマーの添加量が１.３％より小さい場合には不織布状の形態で捕集された。親水性ポリマー溶液の添加量が５ｖｏｌ％以上の場合は、捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった（図１）。
【００３４】
親水性ポリマー溶液の添加量が増加すると、混合したポリマー混合液の粘性が増加し、エレクトロスピニングを行うことが困難になる。しかし、疎水性ポリマーの分子量とその濃度及び親水性ポリマー溶液の添加量を調節して、ポリマー混合液の粘性をビンガム流動として解析し、塑性粘度が５２５ｍＰａｓ以下であれば、エレクトロスピニングが可能で、綿状の繊維の形成が可能であった。形成された繊維は捩れにより繊維間の接触点が少なく、繊維間に大きな空間が生成されていた（図２）。
【００３５】
疎水性ポリマーをクロロホルム・エタノール混合溶媒で穏和な条件で溶解することにより内部の親水性ポリマーを抽出したところ、内部で繊維径１００ｎｍ以下の繊維を形成していた（図３）。また、添加した親水性ポリマー溶液の一部が疎水性ポリマー繊維の表面に偏析することで、疎水性ポリマー繊維の表面が少なくとも部分的に親水性ポリマーで被覆された（図４）。親水性ポリマーが表面への偏析する量は親水性ポリマー溶液の添加量の増加に伴い増加した。
【００３６】
（実施例２）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して２．５％の親水性ポリマーを含有するポリマーのＦＡ溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。親水性ポリマーとして、ポリグルタミン酸（Ｍ．Ｗ．２０００００〜５０００００）、ポリグルタミン酸（Ｍ．Ｗ．１５０００００〜２５０００００）、ポリグルタミン酸ナトリウム（Ｍ．Ｗ．３０００〜１５０００）、ポリグルタミン酸ナトリウム（Ｍ．Ｗ．＞１２０００）、他のポリグルタミン酸ナトリウム（Ｍ．Ｗ．４００００００〜６００００００）をそれぞれ用いた。
【００３７】
調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は、静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はいずれの場合においてもコレクター上で綿状の形態であった。親水性ポリマー（ポリグルタミン酸）の分子量（Ｍ．Ｗ．）が３０００〜６００００００において、分子量や塩の形成などが繊維の形態に大きく影響せず、実記例１で例示した条件の範囲で、おおむね良好にポリマー混合液の粘度調整可能であった。
【００３８】
（実施例３）
実施例１における親水性ポリマーであるポリグルタミン酸の替わりに親水性ポリマー（アガロース）を用いてポリマー混合液を調製した。ポリマー混合液は実施例１の範囲でおおむね良好に粘度調整可能であった。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった。
【００３９】
（実施例４）
実施例１における親水性ポリマーであるポリグルタミン酸の替わりに親水性ポリマー（ゼラチン）を用いてポリマー混合液を調製した。ポリマー混合液は実施例１の範囲でおおむね良好に粘度調整可能であった。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった。
【００４０】
（実施例５）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して５％の親水性ポリマー（ポリエチレングリコール）を含有するポリマー溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった。
【００４１】
（実施例６）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して５％の親水性ポリマー（ポリグルタミン酸）を含有するポリマー水溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。ポリマー混合液の分散性が安定せず、クリーミングによりシリンジ中で層分離し、安定して複合繊維を得ることは出来なかった。捕集された繊維はコレクター上でわずかに綿状を形成するものの大半は不織布状の形態であった。
【００４２】
（実施例７）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して１％の親水性ポリマー（ゼラチン）を含有する５０ｖ／ｖ％酢酸水溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。ポリマー混合液の分散性が安定せず、エレクトロスピニング中にクリーミングによりシリンジ中で層分離し、安定して複合繊維を得ることは出来なかった。捕集された繊維はコレクター上でわずかに綿状を形成するものの大半は不織布状の形態であった。
【００４３】
（実施例８）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して５％の親水性ポリマー（ポリグルタミン酸）を含有するポリマー水溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。混合したポリマー混合液の分散性を安定させるため、レシチン（Ｌ−α−ホスファチジルコリン、水素添加）を溶媒に対して０.０１％になるように添加した。このときの溶媒同士の界面張力は３.１ｍＮ／ｍであった。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった。
【００４４】
（実施例９）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して５％の親水性ポリマー（ポリグルタミン酸）を含有するポリマー水溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。混合したポリマー混合液の分散性を安定させるため、レシチン（Ｌ−α−ホスファチジルコリン、水素添加）を溶媒に対して０.１％になるように添加した。このときの溶媒同士の界面張力は１.８ｍＮ／ｍであった。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった。
【００４５】
（実施例１０）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して５％の親水性ポリマー（ポリグルタミン酸）を含有するポリマーのＦＡ溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった。
【００４６】
（実施例１１）
疎水性ポリマー（ポリスチレン）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して５％の親水性ポリマー（ポリグルタミン酸）を含有するポリマーの溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった。
【００４７】
（実施例１２）
疎水性ポリマー（ポリスチレン）の１０％ジクロロメタン溶液に、ポリ乳酸に対して５％の親水性ポリマー（ポリグルタミン酸）を含有するポリマーの溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。調製したポリマー混合液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で綿状の形態であった。
【００４８】
（実施例１３）
実施例１に例示したポリマー混合液（ポリマー混合液１）とポリ乳酸−クロロホルム溶液（１０％）にＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを２０ｖｏｌ％添加したポリマー溶液（ポリマー溶液２）を調製した。調製したポリマー混合液１をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。繊維の堆積物が所定の厚みに形成された後、ポリマー溶液２に切り替えて同様の条件でエレクトロスピニングを続け、既に繊維の堆積物が形成されている上に新たに繊維の堆積物を形成することが可能であった。ポリマー混合液１とポリマー溶液２を切り替えながら形成体を形成する事で綿状と不織布状の層を交互に積層した繊維成形体が形成可能であった。
【００４９】
また、実施例１と同様のポリマー混合液を用いた綿状繊維の形成において、繊維成形体の形成途中でエレクトロスピニングの条件を２００Ｖ／ｃｍの電場へと変更し、綿状の線維形成から布状の線維形成に変化させることも可能であった。適度に布状の繊維を堆積させた後、エレクトロスピニングの条件を１００Ｖ／ｃｍの電場へ変更して綿状の線維形成に変化させることも可能であった。同様の操作を任意の回数で回繰り返しながら綿状と不織布状の層を交互に積層した繊維成形体を形成する事が可能であった。形成物は繊維密度の低い綿状の部分と繊維密度の高い不織布状の部分が交互に積層された層状の構造を示した（図５）。それぞれの層の厚みはエレクトロスピニングの繊維の堆積時間により制御可能であった。
【００５０】
（実施例１４）
実施例１の条件を用いて綿状の繊維成形体を得た。１×１ｃｍ2に切り出した綿状の繊維成形体を、７０％エタノールに浸漬して滅菌処理を行った後、２４穴プレートの各ウェルに静置し、すぐにＰＢＳ（−）で洗浄後、増殖用培地で置換した。培地は市販細胞培養培地（α−ＭＥＭ）に１０％ウシ胎児血清（ＦＢＳ）を混合したものにＰｅｎｉｃｉｌｌｉｎ−Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｉｎ（ＰＳ）混合溶液を１％添加したものを用いた。マウス骨芽細胞様細胞株（ＭＣ３Ｔ３−Ｅ１）細胞を１.５×１０4ｃｅｌｌｓ／ｃｍ2となるように調整して播種し、ＣＯ2インキュベーターで３７℃の条件で１、３、８日間インキュベーションした。
【００５１】
細胞播種から４時間後、綿状の繊維成形体を新しいウェルに慎重に移し替えることで、ウェル底部に沈着した細胞を、綿状の繊維成形体に付着させずに除去した。その後、培地を除去しＰＢＳ（−）で洗浄後、増殖用培地を０.６ｍＬ、Ｃｅｌｌ  Ｃｏｕｎｔｉｎｇ  Ｋｉｔ−８試薬を６０μＬ加え、２時間インキュベーションした後、溶液の上澄み７０μＬを９６穴プレートに加え、Ｍｉｃｒｏ  Ｐｌａｔｅ  Ｒｅａｄｅｒ（λ＝４５０ｎｍ、１.０ｓ）で測定を行った。綿状の繊維成形体における１、３、８日間の細胞培養後のＭＴＴアッセイ結果、細胞の付着と増殖が認められた（図６）。綿状の繊維成形体において３日目以降も細胞増加が認められ細胞毒性などは認められなかった。
【００５２】
（比較例１）
親水性ポリマーが含まれないＦＡを用いる事を除いて実施例１と同様に疎水性ポリマー（ポリ乳酸）のポリマー溶液を調製した。調製したポリマー溶液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で不織布の形態であった（図７）。形成された繊維は捩れが無く直線状で、特に厚み方向において繊維が強く凝集し、繊維間の接触が多数形成された状態であった（図８）。親水性ポリマーを添加していないので、疎水性ポリマーを溶媒抽出することにより繊維は全て溶解した。
【００５３】
（比較例２）
親水性ポリマーが含まれない水を用いる事を除いて実施例８と同様に疎水性ポリマー（ポリ乳酸）のポリマー含有液を調製した。調製したポリマー含有液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で不織布の形態であった。
【００５４】
（比較例３）
親水性ポリマーが含まれないＦＡを用いる事を除いて実施例１１と同様に疎水性ポリマー（ポリスチレン）のポリマー含有液を調製した。調製したポリマー含有液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で不織布の形態であった。
【００５５】
（比較例４）
親水性ポリマーが含まれないＦＡを用いる事を除いて実施例１２と同様に疎水性ポリマー（ポリスチレン）のポリマー含有液を調製した。調製したポリマー含有液をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングにより紡糸した。形成された繊維は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維はコレクター上で不織布の形態であった。
【００５６】
（比較例５）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して１％の親水性ポリマー（ゼラチン）を含有するポリマーのＴＦＥ（２，２，２−トリフルオロエタノール）溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。ポリマー溶液同士を混合した段階で溶媒同士が混和し、ポリマー混合液内に部分的にポリマーのゲル状塊を形成した。
【００５７】
（比較例６）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して１％の親水性ポリマー（ポリグルタミン酸水）を含有するポリマーのＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。ポリマー溶液同士を混合した段階で溶媒同士が混和し、ポリマー混合液内に部分的にポリマーのゲル状塊を形成した。
【００５８】
（比較例７）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して１％の親水性ポリマー（ゼラチン）を含有する９０ｖ／ｖ％酢酸水溶液を１０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。調製したポリマー混合液は酢酸がクロロホルムに混和する事でポリマー混合液内に部分的にポリマーのゲル状塊を形成した。
【００５９】
（比較例８）
疎水性ポリマー（ポリ乳酸）の１０％クロロホルム溶液に、ポリ乳酸に対して１％の親水性ポリマー（ゼラチン）を含有する９０ｖ／ｖ％酢酸水溶液を２０ｖｏｌ％となるように加えて混合することでポリマー混合液を調製した。調製したポリマー混合液は酢酸がクロロホルムに混和する事で部分的にゲル状の塊を形成した。調製したポリマー混合液の液状部分をシリンジから吐出しつつ、１００Ｖ／ｃｍの電場を印可することで、エレクトロスピニングを行った。ノズルから吐出されたポリマー溶液は静電的な相互作用によりコレクター（対電極）上に捕集された。捕集された繊維成形体は、液滴状のポリマー溶液が堆積したものと不織布状の繊維状ポリマーの混合体であった（図９）。形成された繊維をクロロホルム・エタノール混合溶媒で穏和な条件で溶解することにより内部の親水性ポリマーを抽出したところ、親水性ポリマーは繊維内部において不定形の粒子がランダムに繁がったスポンジ状の構造を形成していた（図１０）。
【００６０】
以上詳述したように、本発明によれば、疎水性ポリマーと親水性ポリマーを有する複合繊維からなる繊維性成形体が形成できる。また、本発明によれば、疎水性ポリマーの繊維の内部に親水性ポリマーの繊維が形成され、当該親水性ポリマーの繊維の三次元網目構造が形成される。このため、親水性ポリマーの繊維が互いに接合し、繊維に捩れ構造が形成され、エレクトロスピニングの条件により繊維同士の接触が制御でき、繊維成形体の密度が制御される。これにより密度の異なる繊維形成層を任意の厚みで集積して形成することができ、内部に意図した空間構造を制御して構築した繊維成形体を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明により、三次元的な繊維成形体を適宜必要な形状などに加工する事で、薬剤徐放剤における薬剤の保持部材、フィルター、細胞培養用担体、生体インプラント材等を提供することができる。
【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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【図７】
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【図８】
2017115280.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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