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METHOD FOR PRODUCING HYDROGEL FIBER, AND HYDROGEL FIBER PRODUCED BY METHOD meetings

Patent code P160012948
File No. FU622
Posted date Apr 19, 2016
Application number P2015-104696
Publication number P2016-216861A
Patent number P6521738
Date of filing May 22, 2015
Date of publication of application Dec 22, 2016
Date of registration May 10, 2019
Inventor
  • (In Japanese)藤田 聡
  • (In Japanese)西本 昇平
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人福井大学
Title METHOD FOR PRODUCING HYDROGEL FIBER, AND HYDROGEL FIBER PRODUCED BY METHOD meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a hydrogel fiber, which can produce a hydrogel fiber having high safety without modifying a higher-order structure of a hydrogel precursor such as collagen.
SOLUTION: The production method comprises: a sheath-core fiber generation step (P2) where a sheath-core fiber having a sheath-core structure is formed by an electrostatic spinning method using, as a sheath material solution, a solution of a water-soluble polymer, which can be spun by the electrostatic spinning method, dissolved in a solvent and, as a core material solution, a solution of a hydrogel precursor dissolved in a solvent not containing a fluorine-based organic solvent, the sheath-core fiber having a sheath part comprising a sheath material fiber formed by fiberizing the water-soluble polymer, and a core part comprising the core material solution; and a core material gelation step (P3) where a hydrogel fiber is produced by removing the sheath material fiber of the sheath-core fiber generated and by gelling the core material solution.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

コラーゲンのハイドロゲルやアルギン酸のハイドロゲル等の天然のハイドロゲルは、生体親和性が高いこと、生分解性であること、毒性がなく、安全であること、免疫抗原性が低いこと、生体吸収性がよいこと等の多くの優れた特性を有することから、医療用材料、化粧品材料、細胞培養基材等の材料に広く利用されている。
さらに、最近では、上記の各種の材料の機能性をより向上させるために、マイクロ、ナノオーダーの極細の繊維径からなる上記材料が求められている。例えば、再生医療の分野では、細胞の足場(scaffold)などとなる足場材料は、骨髄や結合組織などの細胞が生育する生体内組織の環境を模倣することが可能なものであることが重要である。そして、上記生体内組織は、ナノオーダーの繊維状の構造であるため、人工皮膚等の医療用材料の生成に用いる足場材料もマイクロ、ナノオーダーの極細繊維状の構造体にすることが好ましく、このような極細繊維状の構造体とすることにより、従来の足場材料に比べて比表面積を格段に大きなものとし、組織再生における細胞接着効率を顕著に高めることが可能となる。

一方、上記のような天然のハイドロゲルは、機械的強度が弱く、単純にハイドロゲルを延伸することによりマイクロ、ナノオーダーの大きさに紡糸することは困難であるが、近年では、静電紡糸法(エレクトロスピニング)を用いてハイドロゲルの極細繊維を製造する方法が報告されている(特許文献1)。
上記方法は、紡糸対象となるハイドロゲル前駆体(コラーゲン)を、フッ素系有機溶剤(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノールや2,2,2-トリフルオロエタノールなど)を添加した溶媒に溶解させた後、高電圧下で帯電させてコラーゲン分子間に静電気的な反発力を生じさせ、この反発力を利用して極細繊維を紡糸する方法である。特許文献1には、コラーゲンを水とフッ素系有機溶剤との混合溶液に溶解して、静電紡糸法を用いてハイドロゲル繊維(コラーゲン繊維)を製造する方法が記載されている。

コラーゲン水溶液は、粘度が高いため、上記フッ素系有機溶剤を無添加の状態では、静電紡糸法により、コラーゲン繊維を製造することはできないが、上記フッ素系有機溶剤を溶媒としてコラーゲンを溶解させることにより、粘度が低下し、静電紡糸法によるコラーゲン繊維の製造が可能となる。
上記静電紡糸法を用いたコラーゲン繊維の製造方法では、コラーゲンを水と上記フッ素系有機溶剤との重量比が8:2~5:5の混合溶液に溶解させることにより、繊維径がマイクロオーダーの極細繊維が得られている。又、上記製造方法において、静電紡糸に用いるコラーゲン溶液中のコラーゲン濃度を低くすることにより、ナノオーダーの極細繊維の製造も可能と考えられる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、医療用材料、化粧品材料、細胞培養基材等に広く用いられているハイドロゲルの紡糸技術に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
静電紡糸法による紡糸が可能な水溶性ポリマーを溶媒に溶解させた溶液を鞘材溶液とし、ハイドロゲル前駆体をフッ素系有機溶剤非含有の溶媒に溶解させた溶液を芯材溶液として、前記水溶性ポリマーが繊維化された鞘材繊維からなる鞘部と、前記芯材溶液からなる芯部と、を有する芯鞘構造の芯鞘繊維を静電紡糸法により生成する芯鞘繊維生成工程と、
生成した芯鞘繊維の鞘材繊維を除去し、前記芯材溶液をゲル化させてハイドロゲルの繊維を製造する芯材ゲル化工程と、
を含むことを特徴とするハイドロゲル繊維の製造方法。

【請求項2】
 
前記芯材ゲル化工程において、前記鞘材繊維の除去と前記芯材溶液のゲル化は並行して行われる
ことを特徴とする請求項1に記載のハイドロゲル繊維の製造方法。

【請求項3】
 
前記ゲル化は、非共有結合により架橋された架橋構造を有する物理ゲルを形成することにより行われる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のハイドロゲル繊維の製造方法。

【請求項4】
 
前記ハイドロゲル前駆体は、コラーゲン又はアルギン酸である
ことを特徴とする請求項3に記載のハイドロゲル繊維の製造方法。

【請求項5】
 
前記ハイドロゲル前駆体はコラーゲンであって、
前記芯材ゲル化工程は、
生成した芯鞘繊維を弱アルカリ水溶液中に浸漬することによって、前記鞘材繊維を除去し、
物理ゲル化によって、前記芯材溶液をゲル化する
ことを特徴とする請求項2に記載のハイドロゲル繊維の製造方法。

【請求項6】
 
前記ハイドロゲル前駆体はアルギン酸であって、
前記芯材ゲル化工程は、
生成した芯鞘繊維を2価金属塩水溶液中に浸漬することによって、前記鞘材繊維を除去し、
物理ゲル化によって、前記芯材溶液をゲル化する
ことを特徴とする請求項2に記載のハイドロゲル繊維の製造方法。

【請求項7】
 
前記ハイドロゲル前駆体はヒアルロン酸であって、
前記芯材ゲル化工程は、
生成した芯鞘繊維をpH2.0~3.8、20~100重量パーセントのエタノール水溶液中に浸漬することによって、前記鞘材繊維を除去し、
物理ゲル化によって、前記芯材溶液をゲル化する
ことを特徴とする請求項2に記載のハイドロゲル繊維の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015104696thum.jpg
State of application right Registered
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