無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體及其制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年1月14日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080004861. 7、發(fā)明名稱為"無(wú) 機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體及其制造方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體（特別是具有功能性的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體）及其制 造方法。本發(fā)明的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體能夠用于例如細(xì)胞培養(yǎng)載體、支架、抗菌材料等。
【背景技術(shù)】
[0003] 目前，根據(jù)靜電紡絲法，纖維直徑統(tǒng)一的纖維形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠制造孔徑 均勻的無(wú)紡布。
[0004] 這樣的靜電紡絲法是通過(guò)向紡絲空間提供紡絲原液的同時(shí)使電場(chǎng)作用于所提供 的紡絲原液進(jìn)行拉伸，使其積聚在對(duì)電極上進(jìn)行紡絲的方法。這樣，通過(guò)電場(chǎng)的作用拉伸、 紡絲的纖維由于直接由電場(chǎng)的力積聚在對(duì)電極上，因此成為紙狀的無(wú)紡布。然而，在用于絕 熱材料的用途、過(guò)濾用途等時(shí)，優(yōu)選膨松的無(wú)紡布。
[0005] 因此，本發(fā)明人提出了包含以下步驟的膨松的無(wú)紡布的制造方法（=中和紡絲 法，專利文獻(xiàn)1、2):對(duì)紡絲的聚合物溶液賦予電荷的步驟；將賦予了所述電荷的聚合物溶 液向紡絲空間提供并利用靜電引力飛行的步驟；對(duì)所述提供形成的纖維照射與所述纖維相 反極性的離子的步驟；回收紡絲的纖維的步驟。
[0006] 該膨松的無(wú)紡布由于是纖維之間未粘結(jié)或者極弱地粘結(jié)的低密度棉狀的無(wú)紡布， 因此能夠適用于不需要保形性或強(qiáng)度的用途，但在溶液過(guò)濾等需要保形性或強(qiáng)度的用途 中，有時(shí)不能夠保持無(wú)紡布的形態(tài)而不適合實(shí)用。
[0007] 因此，作為用于賦予中和紡絲的無(wú)機(jī)類纖維無(wú)紡布的保形性或強(qiáng)度的方法，例如， 考慮以下方法。
[0008] (1)抄制無(wú)機(jī)類纖維制造無(wú)機(jī)類纖維無(wú)紡布的方法
[0009] (2)對(duì)無(wú)機(jī)類纖維噴霧粘合劑并干燥的方法
[0010] (3)將無(wú)機(jī)類纖維無(wú)紡布浸漬于粘合劑浴中之后通過(guò)兩輥式壓制機(jī)（施壓裝置） 除去剩余粘合劑、然后干燥的方法
[0011] 然而，對(duì)于（1)的方法，利用靜電紡絲法的納米纖維的抄制極其困難。對(duì)于（2)的 方法，對(duì)無(wú)機(jī)類纖維無(wú)紡布整體（特別包括無(wú)紡布內(nèi)部）均勻賦予粘合劑是困難的，強(qiáng)度 差。對(duì)于（3)的方法，無(wú)機(jī)類纖維無(wú)紡布的孔隙被壓縮，不能維持膨松性，孔隙率降低。
[0012] 可是，以這樣的無(wú)機(jī)類纖維無(wú)紡布為基礎(chǔ)的纖維結(jié)構(gòu)體能夠適用于培養(yǎng)載體。為 了以接近生物體內(nèi)的環(huán)境的狀態(tài)培養(yǎng)細(xì)胞，有采用將細(xì)胞進(jìn)行三維培養(yǎng)的組織形成誘導(dǎo)技 術(shù)。作為該培養(yǎng)載體已知有薄膜、粒子、中空線、纖維集合體、發(fā)泡體等。
[0013] 然而，這些培養(yǎng)載體由于作為三維培養(yǎng)必需的細(xì)胞的立足位（足場(chǎng)）的表面積不 充足，因此許多時(shí)候細(xì)胞的高密度培養(yǎng)困難、不擁有與生物體內(nèi)環(huán)境相似的細(xì)胞的組織形 成能力。
[0014] 作為解決這樣現(xiàn)有的培養(yǎng)載體的問(wèn)題而能夠三維培養(yǎng)的培養(yǎng)載體，提出了「包含 利用靜電紡絲法制作的納米纖維的支架（工b々卜口 7匕。二^夕''法(二A D作製7 7 r 4 ?含tr 7\ 7才一> F )」（專利文獻(xiàn)3)。在具體的實(shí)施例中使用包含二氧 化硅、PVA的納米纖維。
[0015] 然而，即使是包含這樣的納米纖維的支架，細(xì)胞繁殖能力也低，難以進(jìn)行高密度培 養(yǎng)，另外，還難以發(fā)揮細(xì)胞功能。并且，因?yàn)槔w維密度或厚度的控制困難，并且細(xì)胞塊形成不 均勻，所以觀察培養(yǎng)狀態(tài)困難。
[0016] 另外，為了對(duì)纖維結(jié)構(gòu)體賦予功能，通過(guò)賦予以下金屬，能夠形成能夠使細(xì)胞功能 提高的細(xì)胞培養(yǎng)基材、或者作為具有抗菌性能的纖維結(jié)構(gòu)體來(lái)使用：含金屬離子化合物。例 如，通過(guò)對(duì)纖維結(jié)構(gòu)體賦予參與細(xì)胞的分裂?繁殖?分化、血液的凝固、肌肉的收縮、神經(jīng)感 覺(jué)細(xì)胞的興奮、吞噬、抗原識(shí)別、抗體分泌等免疫反應(yīng)、各種激素分泌等廣泛的生物體反應(yīng) 并且與磷共同形成羥基磷灰石結(jié)晶沉積為骨或牙齒的基質(zhì)結(jié)構(gòu)而賦予強(qiáng)度的鈣，起維持細(xì) 胞外液的滲透壓作用的鈉，作為氧的轉(zhuǎn)運(yùn)作用以及能量代謝中的電子轉(zhuǎn)運(yùn)體（細(xì)胞色素 C) 的必需元素的鐵，作為骨和牙齒的主要無(wú)機(jī)成分的鎂，起神經(jīng)興奮性維持、肌肉的收縮、細(xì) 胞內(nèi)的滲透壓維持的作用的鉀，或者銅、碘、硒、鉻、鋅、鑰等。
[0017] 例如，在專利文獻(xiàn)3中提出「包含利用靜電紡絲法制作的由細(xì)胞粘結(jié)因子（特別是 磷酸鈣）進(jìn)行表面修飾的納米纖維的支架」（權(quán)利要求1、8、9)。具體而言，公開了利用溶膠 凝膠法合成的二氧化硅納米纖維是適合的，根據(jù)二氧化硅納米纖維的煅燒溫度形成親水性 或疏水性，而能夠操作細(xì)胞的粘結(jié)率，通過(guò)在人工體液中溫育二氧化硅納米纖維而能夠在 納米纖維表面使〃 >石灰析出，作為人工骨用細(xì)胞載體是有用的等（段落編號(hào)0015、0018、 0025 等）。
[0018] 然而，包含這樣的納米纖維的支架是細(xì)胞功能低下的。
[0019] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0020] 專利f獻(xiàn)
[0021] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2004-238749號(hào)公報(bào)
[0022] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2005-264374號(hào)公報(bào)
[0023] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2007-319074號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 發(fā)明所需解決的課是頁(yè)
[0025] 本發(fā)明的課題是解決現(xiàn)有技術(shù)的這些課題，提供以下無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體及其制造 方法：能夠在需要保形性、強(qiáng)度的用途中也能夠使用的膨松的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體；由于所 述性能優(yōu)異，細(xì)胞繁殖能力高、能夠進(jìn)行高密度培養(yǎng)，而且還易于發(fā)揮細(xì)胞功能，能夠進(jìn)行 纖維密度或厚度的控制，容易觀察培養(yǎng)狀態(tài)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體；細(xì)胞功能高、抗菌性能優(yōu) 異等功能性優(yōu)異的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體。
[0026] 解決課題的手段
[0027] 本發(fā)明涉及：
[0028] (1)無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體，其為包含平均纖維直徑3μπι以下的無(wú)機(jī)類納米纖維的無(wú) 機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體，其中，包括內(nèi)部的整體以無(wú)機(jī)類粘結(jié)劑粘結(jié)，孔隙率為90%以上；
[0029] (2)⑴的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體，其中，拉伸斷裂強(qiáng)度為0. 2MPa以上；
[0030] (3) (1)或者⑵的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體，其中，每纖維單位重量的羥基量為 50 μ mol/g 以上；
[0031] (4) (1)?（3)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體，其中，將包含如下工序而制造的無(wú)機(jī)類纖維 集合體在包括內(nèi)部的整體中以無(wú)機(jī)類粘結(jié)劑粘結(jié)，所述工序?qū)渺o電紡絲法紡絲的無(wú)機(jī) 類纖維照射與所述無(wú)機(jī)類纖維相反極性的離子，使其積聚；
[0032] (5) (1)?（4)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體，其中，在無(wú)機(jī)類纖維之間不形成被膜；
[0033] (6)對(duì)（1)?（5)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體賦予含金屬離子化合物的具有功能性的無(wú) 機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體；
[0034] (7)⑴?（6)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體，其用作培養(yǎng)載體；
[0035] (8)包含以下工序的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的制造方法：
[0036] (i)利用靜電紡絲法，由包含以無(wú)機(jī)成分為主體的化合物的紡絲用無(wú)機(jī)類溶膠溶 液紡絲無(wú)機(jī)類纖維的工序，
[0037] (ii)照射與所述無(wú)機(jī)類纖維相反極性的離子，使其積聚，形成無(wú)機(jī)類纖維集合體 的工序，
[0038] (iii)在包括所述無(wú)機(jī)類纖維集合體的內(nèi)部的整體中賦予包含以無(wú)機(jī)成分為主體 的化合物的粘結(jié)用無(wú)機(jī)類溶膠溶液，通過(guò)通氣除去剩余的粘結(jié)用無(wú)機(jī)類溶膠溶液，形成在 包括內(nèi)部的整體中以無(wú)機(jī)類粘結(jié)劑粘結(jié)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的工序；
[0039] (9) (8)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，在形成無(wú)機(jī)類纖維集合體的工序 中，在形成無(wú)機(jī)類纖維結(jié)合體之后進(jìn)行熱處理；
[0040] (10) (9)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，熱處理溫度為500°C以下；
[0041] (11)⑶?（10)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，在（iii)形成無(wú)機(jī)類纖維 結(jié)構(gòu)體的工序中，在通過(guò)通氣除去剩余的粘結(jié)用無(wú)機(jī)類溶膠溶液之后進(jìn)行熱處理；
[0042] (12) (11)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，熱處理溫度為500°C以下；
[0043] (13)⑶?（12)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，所述紡絲用無(wú)機(jī)類溶膠 溶液和/或粘結(jié)用無(wú)機(jī)類溶膠溶液含有含金屬離子化合物；
[0044] (14)⑶?（13)的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，在實(shí)施（iii)形成無(wú)機(jī)類 纖維結(jié)構(gòu)體的工序之后，對(duì)所述無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體賦予含有含金屬離子化合物的溶液。
[0045] 發(fā)明效果
[0046] 上述（1)的本發(fā)明的無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的包括內(nèi)部的整體以無(wú)機(jī)類粘結(jié)劑粘結(jié)， 因此保形性優(yōu)異，具有充分的強(qiáng)度。特別是即使在液體中保形性也優(yōu)異，具有充分的強(qiáng)度。 另外，無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體的孔隙率達(dá)到90%以上，因此能夠適用于絕熱材料的用途、濾過(guò)用 途、細(xì)胞等的培養(yǎng)載體用途、支架用途、抗菌材料用途等優(yōu)選膨松的用途。
[0047] 根據(jù)上述（2)的本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，由于拉伸斷裂強(qiáng)度為0. 2MPa以上，因 此保形性優(yōu)異，具有充分的強(qiáng)度。
[0048] 根據(jù)上述（3)的本發(fā)明的另外的優(yōu)選的實(shí)施方式，由于每纖維單位重量的羥基量 為50 μ mol/g以上，因此能夠使磷灰石等在纖維表面析出，能夠賦予無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體功 能。
[0049] 根據(jù)上述（4)的本發(fā)明的另外的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，使用利用靜電紡絲法紡 絲的纖維，由于纖維直徑細(xì)，因此表面積大。并且，因?yàn)榭讖椒植季鶆?，所以在無(wú)機(jī)類纖維結(jié) 構(gòu)體內(nèi)部存在均勻空間。其結(jié)果能夠充分地發(fā)揮功能。例如，在作為培養(yǎng)載體使用的時(shí)候， 由于作為細(xì)胞的立足位的表面積大，因此能夠進(jìn)行在表面積大的均勻空間中的三維培養(yǎng)。 另外，由于細(xì)胞與作為細(xì)胞的立足位的纖維的粘結(jié)效率提高，并且，細(xì)胞中必不可少的營(yíng)養(yǎng) 素或氧等的供給效率提高，因此細(xì)胞繁殖能力優(yōu)異、能夠進(jìn)行高密度培養(yǎng)。
[0050] 另外，由于照射與無(wú)機(jī)類纖維相反極性的離子進(jìn)行積聚，形成無(wú)機(jī)類纖維結(jié)合體， 即來(lái)自中和紡絲法的90%以上的高孔隙率（膨松）的結(jié)果是纖維密度低，因此能夠有效地 利用無(wú)機(jī)類纖維結(jié)構(gòu)體內(nèi)部。例如，作為培養(yǎng)基材使用的時(shí)候，由于纖維密度低，因此具有 細(xì)胞容易擴(kuò)展至培養(yǎng)載體內(nèi)部的效果。另外，由于照射與無(wú)機(jī)類纖維相反極性的離子進(jìn)行 積聚，形成無(wú)機(jī)類纖維集合體，因此變得膨松，能夠進(jìn)行纖維密度與厚度的控制直到能夠觀 察的程度。另外，由于照射與纖維相反極性的離子進(jìn)行積聚，因此形成90%以上的高孔隙 率。
[0051] 并且，由于是無(wú)機(jī)類纖維集合體，因此賦予無(wú)機(jī)類粘結(jié)劑時(shí)厚度沒(méi)有壓縮。其結(jié)果 是能夠進(jìn)行纖維密度與厚度的控制。因此，作為培養(yǎng)基材使用的時(shí)候，容易觀察培養(yǎng)狀態(tài)。
[0052] 并且，由于以無(wú)機(jī)類粘結(jié)劑粘結(jié)，因此在溶液中等各種使用條件下能夠保持形態(tài)， 因此能夠有效利用無(wú)