JP4892679B2 - ゲル紡糸によるヒアルロン酸繊維およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(2) 前記ヒアルロン酸ゲルのゲル濃度は10wt%以上20wt%以下とすることを特徴とする、(1)に記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
(3) 前記溶解には水、または水と低沸点溶媒との混合溶媒を用い、前記架橋剤にはアルデヒドを用いることを特徴とする、(1)または(2)に記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
(4) 前記押し出しによる紡糸は、1mm/min以上20mm/min以下の速度にてなされることを特徴とする、(1)ないし(3)のいずれかに記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
(5) 前記加熱処理は、加熱温度50℃以上150℃以下でなされることを特徴とする、(1)ないし(4)のいずれかに記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
(6) 前記延伸処理は、延伸倍率1000倍以上が可能であることを特徴とする、(1)ないし(5)のいずれかに記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
(8) 延伸倍率1000倍以上で延伸処理されてなることを特徴とする、(7)に記載のヒアルロン酸繊維。
(9) 径1μm以上30μm以下であることを特徴とする、(7)または(8)に記載のヒアルロン酸繊維。
(10) 最大破断点応力1kN/mm2以上であることを特徴とする、(7)ないし(9)のいずれかに記載のヒアルロン酸繊維。
図1は、本発明のヒアルロン酸繊維の製造方法を示すフロー図である。図示するように本製法は、ヒアルロン酸1に架橋剤2を加えて溶解してヒアルロン酸ゲル3とする工程P1、ヒアルロン酸ゲル3を押し出しにより紡糸してゲル状未延伸繊維4を得る工程P2、ゲル状未延伸繊維4を加熱処理する工程P3および延伸処理する工程P4からなることを主たる構成とし、これらの工程を経ることによってヒアルロン酸繊維5を得ることができる。加熱処理工程P3と延伸処理工程P4は、同時に行うものとすることができる。
<1 試料>
ヒアルロン酸の繊維化実験に用いた試料は、下記の通りである。
・ヒアルロン酸ナトリウム 弘前大学医学部から提供されたものをそのまま使用した。分子量は約200万である。
・グルタルアルデヒド(24〜26% in Solution) 東京化成工業株式会社製のものをそのまま使用した。
・DL−グリセリンアルデヒド 和光純薬工業株式会社製のものをそのまま使用した。
・塩酸 純正化学株式会社製のものをそのまま使用した。
・蒸留水 弘前大学理工学部物質理工学科機能素材工学講座で調製したものを使用した。
・メタノール(99% 特級)、エタノール(99.5% 特級)、1−ブタノール(99.0% 特級)、N,N−ジメチルアセトアミド(99.0% 特級)、m−クレゾール(98.0% 特級)、フェノール(98.2% 一級)、1,1,2,2−テトラクロロエタン(95.0% 一級)、グリセリン(99.0% 一級) これらは関東化学株式会社製のものをそのまま使用した。
・アセトン(99wt%、一級)、酢酸(99.0% 一級) 純正化学株式会社製のものをそのまま使用した。
・ジメチルスルホキシド(99.0% 特級) 和光純薬工業株式会社製のものをそのまま使用した。
ヒアルロン酸ゲルからの紡糸方法としては、乾式紡糸を用いた。すなわち、凝固浴を用いないで紡糸する方法である。
図2は、乾式紡糸によるヒアルロン酸繊維調製方法を示す説明図である。この方法によれば、湿式紡糸のような貧溶媒を用いないため、溶媒の残存物の除去が比較的容易である。
ヒアルロン酸1%水溶液を調製し、それにグルタルアルデヒドあるいはグリセリンアルデヒドを架橋剤として、また塩酸を触媒としてそれぞれ添加した。この溶液をポリプロピレン(以下、PP)基板上で溶媒を気化させ、ヒアルロン酸化学架橋膜試料1、2を調製した。
図3は、ヒアルロン酸化学架橋膜の調製手順を示すフロー図である。また、調製した各膜試料の成分を表1に示す。膜の一部を100℃、0.1atm、8時間で減圧乾燥した。得られた膜を水に投じ、溶解試験を行った。なお、表1中の略記の意味は下記の通りである(以下の説明でも同様)。
HA…ヒアルロン酸
Glu…グルタルアルデヒド25%水溶液
Gly…グリセリンアルデヒド
HCl…塩酸35%水溶液
約1wt%ヒアルロン酸水溶液を空気中に押し出した。また、約10wt%ヒアルロン酸水溶液を調製して空気中に押し出した。押し出し物を適当時間乾燥させ、延伸した。延伸に適するまでの押し出し物の乾燥時間は温度により異なり、高温ほど延伸可能な時間に達するのが早くなる。また、延伸に適する時間帯も温度により異なる。高温ほど延伸に適する時間が短時間となる。さらに、高温ほど延伸後の繊維乾燥時間も短縮される。延伸時の乾燥温度、延伸開始までの乾燥時間、延伸可能な時間帯を延伸操作時の条件として調査した。得られたヒアルロン酸繊維の力学特性を調査するため、繊維の引っ張り試験を行った。引っ張り試験機は島津製作所、AGS−J5KNを用いた。
調製したヒアルロン酸化学架橋膜試料1、2を試験管中の水に投じ、溶解試験を行った。その結果、ヒアルロン酸膜は不溶であった。ゲル量を算出したところ、いずれの試料も0.4を超えた。ゲル量は下式(1)から算出した。
W2/W1 (1)
ここで、W1は溶解試験前の膜重量[g]、W2は溶解試験後の膜重量[g]である。
ヒアルロン酸約10wt%水溶液を調製し、それを注射器で空気中に押し出して繊維化を試みた。また、得られた押し出し物を延伸して長繊維化を試みた。
図4は、未延伸処理の10wt%ヒアルロン酸押し出し物を示す写真、
図5は、延伸処理して得られたヒアルロン酸繊維を示す写真、また、
図6は、紡糸と延伸処理によるヒアルロン酸の形状変化を示す模式図である。図4に示すヒアルロン酸押し出し物の直径は、約0.23mmであった。図に示されるように、ヒアルロン酸をただ押し出しただけでは、繊維としての力学特性が期待できない状態であった。
ヒアルロン酸10wt%水溶液を室温中あるいは高温雰囲気中へと押し出し、溶媒である水が適度に気化したときに延伸した。延伸可能な状態前に延伸を試みたところ、ゲル状の押し出し物が切れて不連続体となり、延伸には至らなかった。逆に、延伸可能な状態となった後に若干の時間をおいて延伸を試みたところ、ヒアルロン酸押し出し物は乾燥してしまい、延伸不可能であった。
図7は、延伸条件調査のための装置構成を示す説明図である。また、
図8は、加熱温度と、延伸可能になるまでの時間ならびに延伸可能時間帯との関係を示すグラフである。その結果、高温ほど短時間で延伸可能時間に達し、延伸可能時間帯が短くなる傾向が明らかとなった。これは、高温であるほどヒアルロン酸押し出し物中の水が気化しやすいためである。
繊維は延伸処理を行うことで力学特性が増大する。延伸比は、未延伸処理繊維の長さを1としたときの、同体積の押し出し物を延伸して得られた繊維の長さとして算出した。
図9は、ヒアルロン酸繊維の延伸比と引っ張り試験時の最大破断点応力の関係を示すグラフである。濃度10wt%ゲルから調製したヒアルロン酸繊維における測定結果である。図示するように、延伸比が増大するほど最大破断点応力が増大する傾向が得られた。つまり、引っ張り強度は延伸倍率の増大とともに単調増大した。これは延伸比が増大するほど分子が配列され、分子間の相互作用が大きくなるためである。
以上述べた通り、ヒアルロン酸の繊維化に成功した。ヒアルロン酸は高い保湿性などから比較的低濃度でゲル化する。つまり、ヒアルロン酸分子中に存在するヒドロキシ基をアルデヒド基で架橋することでヒアルロン酸は水に不溶となる。このゲル化が繊維調製、特に延伸を困難にするものの、ヒアルロン酸押し出し物中の水分を適度に気化させることで延伸が可能となった。また、延伸操作時、高温ほど延伸可能な時間帯が短時間となった。これはヒアルロン酸押し出し物中の水が高温ほど気化しやすいためである。また、力学特性については、延伸比が増大するほど力学特性が増大する傾向があった。これは延伸によりヒアルロン酸分子が配列するためである。
2…架橋剤
3…ヒアルロン酸ゲル
4…ゲル状未延伸繊維
5…ヒアルロン酸繊維
P1…ゲル化工程
P2…押し出し工程
P3…加熱処理工程
P4…延伸処理工程
Claims (10)
- ヒアルロン酸に架橋剤を加えて溶解してヒアルロン酸ゲルとし、該ヒアルロン酸ゲルを押し出しにより紡糸してゲル状未延伸繊維を得、該ゲル状未延伸繊維を加熱処理および延伸処理してヒアルロン酸繊維を得ることを特徴とする、ヒアルロン酸繊維の製造方法。
- 前記ヒアルロン酸ゲルのゲル濃度は10wt%以上20wt%以下とすることを特徴とする、請求項1に記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
- 前記溶解には水、または水と低沸点溶媒との混合溶媒を用い、前記架橋剤にはアルデヒドを用いることを特徴とする、請求項1または2に記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
- 前記押し出しによる紡糸は、1mm/min以上20mm/min以下の速度にてなされることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
- 前記加熱処理は、加熱温度50℃以上150℃以下でなされることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
- 前記延伸処理は、延伸倍率1000倍以上が可能であることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載のヒアルロン酸繊維の製造方法。
- ヒアルロン酸に架橋剤を加えて溶解してなるヒアルロン酸ゲルが、押し出しにより紡糸されてゲル状未延伸繊維となり、該ゲル状未延伸繊維が加熱処理および延伸処理されてなることを特徴とする、ヒアルロン酸繊維。
- 延伸倍率1000倍以上で延伸処理されてなることを特徴とする、請求項7に記載のヒアルロン酸繊維。
- 径1μm以上30μm以下であることを特徴とする、請求項7または8に記載のヒアルロン酸繊維。
- 最大破断点応力1kN/mm2以上であることを特徴とする、請求項7ないし9のいずれかに記載のヒアルロン酸繊維。
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