不織布およびその製造方法
熱可塑性ポリマーを、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒に溶解させる段階と、得られた前記溶液を静電紡糸法にて紡糸する段階、および捕集基板に累積される不織布を得る段階を含む不織布の製造方法により、再生医療分野において細胞培養の基材として適した大きな表面積をもち、繊維間の空隙も大きく、細胞培養に適した低見掛け密度の不織布を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は揮発性溶媒に溶解可能なポリマーから成る極細繊維からなる超低密度不織布、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
再生医療分野においては、細胞を培養する際に基材として繊維構造体が用いられることがある。繊維構造体としては、例えば手術用縫合糸などに用いられるポリグリコール酸を用いることが検討されている（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、これら通常の方法で得られる繊維構造体は繊維径が大きすぎるため、細胞が接着できる面積は不十分であり、表面積を大きくするためにより繊維径の小さい繊維構造体が望まれていた。
一方繊維径の小さい繊維構造体を製造する方法として、静電紡糸法は公知である（例えば、特許文献１および２参照。）。静電紡糸法は、液体、例えば繊維形成物質を含有する溶液等を電場内に導入し、これにより液体を電極に向かって曳かせ、繊維状物質を形成させる工程を包含する。普通、繊維形成物質は溶液から曳き出される間に硬化させる。硬化は、例えば冷却（例えば、紡糸液体が室温で固体である場合）、化学的硬化（例えば、硬化用蒸気による処理）、または溶媒の蒸発などにより行われる。また、得られる繊維状物質は、適宜に配置した受容体上に捕集され、必要ならばそこから剥離することも出来る。また、静電紡糸法は不織布状の繊維状物質を直接得ることが出来るため、一旦繊維を製糸した後、さらに繊維構造体を形成する必要がなく、操作が簡便である。
静電紡糸法によって得られる繊維構造体を、細胞を培養する基材に用いることは公知である。例えばポリ乳酸よりなる繊維構造体を静電紡糸法により形成し、この上で平滑筋細胞を培養することにより血管の再生が検討されている（例えば、非特許文献２参照。）。しかしながら、これら静電紡糸法を用いて得られた繊維構造体は、繊維間の距離が短い緻密な構造、すなわち見かけ密度の大きい構造をとりやすい。これを細胞培養する基材（足場）として用いると、培養が進むにつれて繊維構造体を形成している一本一本の繊維表面に、培養された細胞が堆積され繊維の表面が厚く覆われてしまう。その結果、繊維構造体内部にまで栄養分などを含む溶液が十分に移動することが困難であり、繊維上に培養・堆積された細胞の表面近傍でしか細胞培養が出来ないことがあった。
【特許文献１】特開昭６３−１４５４６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２４９９６６号公報
【非特許文献１】大野典也、相澤益男監訳代表「再生医学」株式会社エヌ・ティー・エス、２００２年１月３１日、２５８頁
【非特許文献２】ジョエル ディー スティッチェル、クリスティン ジェイ パウロスキー、ゲリー イー ネック、デビッド ジー シンプソン、ゲリー エル ボーウリン（Ｊｏｅｌ Ｄ．Ｓｔｉｔｚｅｌ，Ｋｒｉｓｔｉｎ Ｊ．Ｐａｗｌｏｗｓｋｉ，Ｇａｒｙ Ｅ．Ｗｎｅｋ，Ｄａｖｉｄ Ｇ．Ｓｉｍｐｓｏｎ，Ｇａｒｙ Ｌ．Ｂｏｗｌｉｎ）著、「ジャーナル オブ バイオマテリアルズ アプリケーションズ２００１（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２００１）」，１６巻，（米国），２２−３３頁
【発明の開示】
本発明の第一の目的は、長時間の細胞培養に適するように、繊維間の空隙も大きく、細胞培養に充分な厚みのある不織布を提供することにある。
本発明の第二の目的は、抽出操作等の複雑な工程を必要としないで、前記の不織布を得ることが可能な製造方法を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の製造方法の一態様を説明するための装置模式図である。
第２図は、本発明の製造方法の一態様を説明するための装置模式図である。
第３図は、実施例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率４００倍）である。
第４図は、実施例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第５図は、実施例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率８０００倍）である。
第６図は、実施例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第７図は、実施例２の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率４００倍）である。
第８図は、実施例２の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第９図は、実施例２の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率８０００倍）である。
第１０図は、実施例２の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１１図は、実施例３の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第１２図は、実施例３の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１３図は、実施例４の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第１４図は、実施例４の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１５図は、比較例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第１６図は、比較例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１７図は、実施例５の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率８０００倍）である。
第１８図は、実施例５の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１９図は、実施例６の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第２０図は、実施例６の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第２１図は、実施例７の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第２２図は、実施例７の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明について詳述する。
本発明の不織布は、熱可塑性ポリマーからなる繊維の集合体であって、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３の範囲にあることを特徴とする。
本発明において、不織布とは、得られた単数または複数の繊維が積層され、必要に応じて繊維同士の交絡により部分的に固定されて、形成された３次元の構造体である。
本発明の不織布は平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形である繊維の集合体よりなる。
ここで、平均繊維径が０．１μｍより小さいと、再生医療用細胞培養基材として用いるには、生体内分解性が早すぎるため好ましくない。また平均繊維径が２０μｍより大きいと細胞が接着できる面積が小さくなりすぎて好ましくない。より好ましい平均繊維径は０．１〜５μｍであり、特に好ましい平均繊維径は０．１〜４μｍである。
なお、本発明において繊維径とは繊維横断面の直径を表し、繊維断面の形状が楕円形になる場合には、該楕円形の長軸方向の長さと短軸方向の長さとの平均をその繊維径として算出する。なお、本発明の繊維は異形であって、その横断面は正確な円形状をとらないが、真円に近似して繊維径を算出する。
また、繊維の任意の横断面が異形であると、繊維の比面積は増大するので、細胞の培養時に、細胞が繊維表面に接着する十分な面積をとることができる。
ここで、繊維の任意の横断面が異形であるとは、繊維の任意の横断面が略真円形状をとらないいずれの形状も指すが、例えば、繊維の任意の横断面形状が略真円であったとしても、例えば、繊維表面が一様に凹部及び／又は凸部を有して粗面化されている場合には、繊維の任意の横断面は異形である。
前記異形形状は、繊維表面の微細な凹部、繊維表面の微細な凸部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凹部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凸部及び、繊維表面の微細孔部からなる群から選ばれた少なくとも１種によることが好ましく、これらは単独で形成されていても複数が混在していても、任意の横断面で異形をとるのであれば差し支えない。
ここで、上記の「微細な凹部」、「微細な凸部」、とは、繊維表面に０．１〜１μｍの凹部または凸部が形成されていることをいい、「微細孔」とは、０．１〜１μｍの径を有する細孔が繊維表面に存在することをいう。また、上記筋状に形成された凹部及び／又は凸部は、０．１〜１μｍ幅の畝形状が繊維軸方向に形成されていることをいう。
本発明の不織布は、平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３である。ここで平均見掛け密度とは、作成した不織布の面積、平均厚、質量から割り出した密度を意味し、好ましい平均見掛け密度は５０〜９０ｋｇ／ｍ３である。
平均見掛け密度が９５ｋｇ／ｍ３より大きいと、細胞培養時に栄養分などを含む溶液が不織布の内部まで十分に浸透しないため不織布表面にしか細胞が培養されないこととなるため好ましくない。また、平均見掛け密度が１０ｋｇ／ｍ３より小さいと、細胞培養時に必要な力学強度を保つことが出来ないため好ましくない。
本発明の不織布は、熱可塑性ポリマーからなる繊維の集合体であり、該熱可塑性ポリマーは、不織布として使用可能な熱可塑性を有するポリマーであれば特に限定はないが、特に、揮発性溶媒に溶解可能なポリマーからなることが好ましい。
ここで揮発性溶媒とは大気圧での沸点が２００℃以下であり、常温（例えば２７℃）で液体である有機物質であり、「溶解可能な」とは、常温（例えば２７℃）でポリマー１重量％含有する溶液が沈殿を生じずに安定に存在することを意味する。
揮発性溶媒に溶解可能なポリマーとしては、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリスチレン、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、ポリアクリロニトリル、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、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、フィブロイン、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、ポリビニルクロリド、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、ポリメチルイソプロペニルケトン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリシクロペンテンオキシド、ポリスチレンサルホン並びにこれらの共重合体などが挙げられる。
これらのうち、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、およびポリエチレンサクシネート並びにこれらの共重合体などの脂肪族ポリエステルを好ましい例として挙げることができ、更に好ましくはポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカプロラクトンが挙げられる。なかでもポリ乳酸が特に好ましい。
本発明においては、その目的を損なわない範囲で、他のポリマーや他の化合物を併用（例えば、ポリマー共重合体、ポリマーブレンド、化合物の混合等）しても良い。
なお、前記揮発性溶媒が、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒であってもよく、この場合、混合溶媒において、揮発性貧溶媒と揮発性良溶媒との割合が重量比で（２３：７７）〜（４０：６０）の範囲にあることが好ましい。
ここで、揮発性良溶媒とは大気圧下において沸点が２００℃以下でありかつポリマーを５重量％以上溶解することが出来る溶媒を、揮発性貧溶媒とは大気圧下において沸点が２００℃以下であり、かつポリマーを１重量％以下しか溶解することが出来ない溶媒を示す。
前記揮発性良溶媒としてはハロゲン含有炭化水素を例示することができ、前記揮発性貧溶媒としては低級アルコールを例示することができ、低級アルコールとしてはエタノールを例示することができる。
本発明の不織布は、例えば他のシート状の材料と積層する、またはメッシュ状に加工する等の２次加工をしやすいように、不織布の形状は正方形、円形、筒型など、その形状は問わないが、不織布の厚みに関しては、取り扱いの観点から１００μｍ以上であることが好ましく、更に不織布同士を重ねることで、厚みのある構造体を成形することも可能である。
本発明の不織布を製造する方法としては、先述の要件を満足する不織布が得られる手法であれば特に限定されずいずれも用いることが出来る。例えば溶融紡糸法、乾式紡糸法、湿式紡糸法により繊維を得た後、得られた繊維をスパンボンド法により製造する方法、メルトブロー法により製造する方法若しくは静電紡糸法により製造する方法が挙げられる。なかでも静電紡糸法によって製造するのが好ましく挙げられる。以下静電紡糸法により製造する方法について詳細に説明する。
本発明の製造方法では、熱可塑性ポリマーを、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒に溶解させる段階と、得られた前記溶液を静電紡糸法にて紡糸する段階と、捕集基板に累積される不織布を得る段階とを含む、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３の範囲にある不織布を得る。
即ち、本発明の不織布は、熱可塑性ポリマーを揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒に溶解した溶液を電極間で形成された静電場中に吐出して、溶液を電極に向けて曳糸して形成される繊維状物質の集合体として得ることができる。
本発明の製造方法における溶液中の熱可塑性ポリマーの濃度は１〜３０重量％であることが好ましい。熱可塑性ポリマーの濃度が１重量％より小さいと、濃度が低すぎるため不織布を形成することが困難となり好ましくない。また、３０重量％より大きいと得られる不織布の繊維径が大きくなりすぎるので好ましくない。より好ましい熱可塑性ポリマーの濃度は２〜２０重量％である。
また、揮発性良溶媒としては、先述の要件を満たし、揮発性貧溶媒との混合溶媒が繊維を形成させるポリマーを紡糸するのに十分な濃度で溶解すれば特に限定されない。具体的な揮発性良溶媒としては、例えば塩化メチレン、クロロホルム、ブロモホルム、四塩化炭素などのハロゲン含有炭化水素；アセトン、トルエン、テトラヒドロフラン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール、１，４−ジオキサン、シクロヘキサノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトニトリルなどが挙げられる。これらのうち、該ポリマーの溶解性等から、塩化メチレン、クロロホルムが特に好ましい。これらの揮発性良溶媒は単独で用いても良く、複数の揮発性良溶媒を組み合わせても良い。
また、揮発性貧溶媒としては、先述の要件を満たし、揮発性良溶媒との混合溶媒が該ポリマーを溶解し、揮発性貧溶媒単独では該ポリマーを溶解しない溶媒であれば特に限定されない。具体的な揮発性貧溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、ノルマルプロパノール、イソプロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、水、蟻酸、酢酸、プロピオン酸などが挙げられる。これらのうち、該不織布の構造形成の観点から、メタノール、エタノール、プロパノールなどの低級アルコールがより好ましく、なかでもエタノールが特に好ましい。これらの揮発性貧溶媒は単独で用いても良く、複数の揮発性貧溶媒を組み合わせても良い。
なお、本発明の製造方法において混合溶媒としては、揮発性貧溶媒と揮発性良溶媒との割合が重量比で（２３：７７）〜（４０：６０）の範囲にあることが好ましい。
より好ましくは（２５：７５）〜（４０：６０）の範囲、特に好ましくは（３０：７０）〜（４０：６０）重量％である。
なお、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との組み合わせによっては相分離を起こす組成もありうるが、相分離を起こす溶液組成では静電紡糸法によって安定に紡糸することができないが、相分離を起こさない組成であればいずれの割合としてもよい。
該溶液を静電場中に吐出するには、任意の方法を用いることが出来る。
以下、図１を用いて本発明の繊維構造体を製造するための好ましい一態様について更に具体的に説明する。
溶液（図１中２）をノズルに供給することによって、溶液を静電場中の適切な位置に置き、そのノズルから溶液を電界によって曳糸して繊維化させる。このためには適宜な装置を用いることができ、例えば注射器の筒状の溶液保持槽（図１中３）の先端部に適宜の手段、例えば高電圧発生器（図１中６）にて電圧をかけた注射針状の溶液噴出ノズル（図１中１）を設置して、溶液をその先端まで導く。
接地した繊維状物質捕集電極（図１中５）から適切な距離に該噴出ノズル（図１中１）の先端を配置し、溶液（図１中２）が該噴出ノズル（図１中１）の先端を出るときにこの先端と繊維状物質捕集電極（図１中５）の間にて繊維状物質を形成させる。
また当業者には自明の方法で該溶液の微細滴を静電場中に導入することもできる。一例として図２を用いて以下に説明する。その際の唯一の要件は液滴を静電場中に置いて、繊維化が起こりうるような距離に繊維状物質捕集電極（図２中５）から離して保持することである。例えば、ノズル（図２中１）を有する溶液保持槽（図２中３）中の溶液（図２中２）に直接、直接繊維状物質捕集電極に対抗する電極（図２中４）を挿入しても良い。
該溶液をノズルから静電場中に供給する場合、数個のノズルを用いて繊維状物質の生産速度を上げることもできる。電極間の距離は、帯電量、ノズル寸法、紡糸液流量、紡糸液濃度等に依存するが、１０ｋＶ程度のときには５〜２０ｃｍの距離が適当であった。
また、印加される静電気電位は、一般に３〜１００ｋＶ、好ましくは５〜５０ｋＶ、より好ましくは５〜３０ｋＶである。所望の静電気電位は従来公知の技術のうち、任意の適切な方法で作れば良い。
上記説明は、電極が捕集基板を兼ねる場合であるが、電極間に捕集基板となりうる物を設置することで、電極と別に捕集基板を設け、そこに繊維積層体（不織布）を捕集することが出来る。この場合、例えばベルト状物質を電極間に設置して、これを捕集基板とすることで、連続的な生産も可能となる。
ここで該電極としては、金属、無機物、または有機物のいかなるものでも導電性を示しさえすれば良い。また、絶縁物上に導電性を示す金属、無機物、または有機物の薄膜を持つものであっても良い。
また、上述の静電場は一対又は複数の電極間で形成されており、いずれの電極に高電圧を印加しても良い。これは例えば電圧値が異なる高電圧の電極が２つ（例えば１５ｋＶと１０ｋＶ）と、アースにつながった電極の合計３つの電極を用いる場合も含み、または３本を越える数の電極を使う場合も含むものとする。
本発明においては、該溶液を捕集基板に向けて曳糸する間に、条件に応じて溶媒が蒸発して繊維状物質が形成される。通常の大気圧下、室温（２５℃前後）であれば捕集基板上に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、もし溶媒蒸発が不十分な場合は減圧条件下で曳糸しても良い。また、曳糸する雰囲気の温度は溶媒の蒸発挙動や紡糸溶液の粘度に依存するが、通常は、０〜５０℃である。そして繊維状物質が更に捕集基板に累積されて本発明の不織布が製造される。
本発明によって得られる不織布は、単独で用いても良いが、取り扱い性やその他の要求事項に合わせて、他の部材と組み合わせて使用しても良い。例えば、捕集基板として支持基材となりうる不織布や織布、フィルム等を用い、その上に本発明の不織布を形成することで、支持基材と本発明の不織布を組み合わせた部材を作成することも出来る。
本発明によって得られる不織布の用途は、再生医療用の細胞培養基材に限定されるものではなく、各種フィルターや触媒担持基材など、本発明の特徴である性質を活用できる各種用途に用いることが出来る。
【実施例】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。また以下の各実施例、比較例における評価項目は以下のとおりの手法にて実施した。
平均繊維径：
試料表面を走査型電子顕微鏡（株式会社日立製作所製「Ｓ−２４００」）により撮影（撮影倍率２０００倍）して得た写真から無作為に２０箇所を選んで繊維径を測定し、全ての繊維径の平均値（ｎ＝２０）を求めて平均繊維径とした。
不織布厚み：
高精度デジタル測長機（株式会社ミツトヨ製「ライトマチックＶＬ−５０」）を用いて測定力０．０１Ｎにより無作為に５箇所を選んで厚みを測定し、全ての厚みの平均値（ｎ＝５）を不織布の厚みとして求めた。なお、本測定においては測定機器が使用可能な最小の測定力で測定を行った。
平均見掛け密度：
得られた不織布の体積（面積×厚み）と質量とを測定し、平均見掛け密度を算出した。
【実施例１】
ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を室温（２５℃）で混合し溶液を作成した。図２にしめす装置を用いて、該溶液を繊維状物質捕集電極５に１５分間吐出した。
噴出ノズル１の内径は０．８ｍｍ、電圧は１２ｋＶ、噴出ノズル１から繊維状物質捕集電極５までの距離は１０ｃｍであった。得られた不織布の平均繊維径は２μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは３００μｍであり、平均見掛け密度は６８ｋｇ／ｍ３であった。不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第３図〜第６図に示す。
【実施例２】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３．５重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）５．５重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は４μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。また、不織布厚みは３６０μｍであり、平均見見掛け密度は５４ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第７図〜第１０図に示す。
【実施例３】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、メタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。平均繊維径は２μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１７０μｍであり、平均見掛け密度は８６ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１１図、第１２図に示す。
【実施例４】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、イソプロパノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は４μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１７０μｍであり、平均見掛け密度は７３ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１３図、第１４図に示す。
比較例１
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）０．５重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）８．５重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は５μｍであり、繊維径１５μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１４０μｍであり、平均見掛け密度は１８０ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１５図、第１６図に示す。
比較例２
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）１重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）８重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は２μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１４０μｍであり、平均見掛け密度は１６０ｋｇ／ｍ３であった。
比較例３
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）２重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）７重量部を用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。平均繊維径は７μｍであり、繊維径１５μｍ以上の繊維は観察されなかった。平均厚は１１０μｍであり、平均見掛け密度は１４０ｋｇ／ｍ３であった。
比較例４
ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）４重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）５重量部を用いて溶液の作成を試みたが、ポリ乳酸は溶解したものの、相分離を起こし均一な溶液を作成することが出来なかったため、静電紡糸による繊維形成は不可能であった。
【実施例５】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、アセトン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いた以外は同様の操作を行った。平均繊維径は２μｍであり、繊維径５μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１４０μｍであり、平均見掛け密度は８２ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１７図、第１８図に示す。
【実施例６】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、アセトニトリル（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は０．９μｍであり、繊維径５μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは２９０μｍであり、平均見掛け密度は７４ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１９図、第２０図に示す。
【実施例７】
実施例１において、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体（共重合比７５：２５）（三井化学株式会社製）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は１．４μｍであり、繊維径３μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１３０μｍであり、平均見掛け密度は８５ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第２１図、第２２図に示す。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【技術分野】
本発明は揮発性溶媒に溶解可能なポリマーから成る極細繊維からなる超低密度不織布、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
再生医療分野においては、細胞を培養する際に基材として繊維構造体が用いられることがある。繊維構造体としては、例えば手術用縫合糸などに用いられるポリグリコール酸を用いることが検討されている（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、これら通常の方法で得られる繊維構造体は繊維径が大きすぎるため、細胞が接着できる面積は不十分であり、表面積を大きくするためにより繊維径の小さい繊維構造体が望まれていた。
一方繊維径の小さい繊維構造体を製造する方法として、静電紡糸法は公知である（例えば、特許文献１および２参照。）。静電紡糸法は、液体、例えば繊維形成物質を含有する溶液等を電場内に導入し、これにより液体を電極に向かって曳かせ、繊維状物質を形成させる工程を包含する。普通、繊維形成物質は溶液から曳き出される間に硬化させる。硬化は、例えば冷却（例えば、紡糸液体が室温で固体である場合）、化学的硬化（例えば、硬化用蒸気による処理）、または溶媒の蒸発などにより行われる。また、得られる繊維状物質は、適宜に配置した受容体上に捕集され、必要ならばそこから剥離することも出来る。また、静電紡糸法は不織布状の繊維状物質を直接得ることが出来るため、一旦繊維を製糸した後、さらに繊維構造体を形成する必要がなく、操作が簡便である。
静電紡糸法によって得られる繊維構造体を、細胞を培養する基材に用いることは公知である。例えばポリ乳酸よりなる繊維構造体を静電紡糸法により形成し、この上で平滑筋細胞を培養することにより血管の再生が検討されている（例えば、非特許文献２参照。）。しかしながら、これら静電紡糸法を用いて得られた繊維構造体は、繊維間の距離が短い緻密な構造、すなわち見かけ密度の大きい構造をとりやすい。これを細胞培養する基材（足場）として用いると、培養が進むにつれて繊維構造体を形成している一本一本の繊維表面に、培養された細胞が堆積され繊維の表面が厚く覆われてしまう。その結果、繊維構造体内部にまで栄養分などを含む溶液が十分に移動することが困難であり、繊維上に培養・堆積された細胞の表面近傍でしか細胞培養が出来ないことがあった。
【特許文献１】特開昭６３−１４５４６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２４９９６６号公報
【非特許文献１】大野典也、相澤益男監訳代表「再生医学」株式会社エヌ・ティー・エス、２００２年１月３１日、２５８頁
【非特許文献２】ジョエル ディー スティッチェル、クリスティン ジェイ パウロスキー、ゲリー イー ネック、デビッド ジー シンプソン、ゲリー エル ボーウリン（Ｊｏｅｌ Ｄ．Ｓｔｉｔｚｅｌ，Ｋｒｉｓｔｉｎ Ｊ．Ｐａｗｌｏｗｓｋｉ，Ｇａｒｙ Ｅ．Ｗｎｅｋ，Ｄａｖｉｄ Ｇ．Ｓｉｍｐｓｏｎ，Ｇａｒｙ Ｌ．Ｂｏｗｌｉｎ）著、「ジャーナル オブ バイオマテリアルズ アプリケーションズ２００１（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２００１）」，１６巻，（米国），２２−３３頁
【発明の開示】
本発明の第一の目的は、長時間の細胞培養に適するように、繊維間の空隙も大きく、細胞培養に充分な厚みのある不織布を提供することにある。
本発明の第二の目的は、抽出操作等の複雑な工程を必要としないで、前記の不織布を得ることが可能な製造方法を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の製造方法の一態様を説明するための装置模式図である。
第２図は、本発明の製造方法の一態様を説明するための装置模式図である。
第３図は、実施例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率４００倍）である。
第４図は、実施例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第５図は、実施例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率８０００倍）である。
第６図は、実施例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第７図は、実施例２の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率４００倍）である。
第８図は、実施例２の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第９図は、実施例２の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率８０００倍）である。
第１０図は、実施例２の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１１図は、実施例３の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第１２図は、実施例３の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１３図は、実施例４の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第１４図は、実施例４の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１５図は、比較例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第１６図は、比較例１の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１７図は、実施例５の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率８０００倍）である。
第１８図は、実施例５の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第１９図は、実施例６の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第２０図は、実施例６の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
第２１図は、実施例７の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２０００倍）である。
第２２図は、実施例７の操作で得られた繊維構造体の表面を撮影した電子顕微鏡写真図（撮影倍率２００００倍）である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明について詳述する。
本発明の不織布は、熱可塑性ポリマーからなる繊維の集合体であって、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３の範囲にあることを特徴とする。
本発明において、不織布とは、得られた単数または複数の繊維が積層され、必要に応じて繊維同士の交絡により部分的に固定されて、形成された３次元の構造体である。
本発明の不織布は平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形である繊維の集合体よりなる。
ここで、平均繊維径が０．１μｍより小さいと、再生医療用細胞培養基材として用いるには、生体内分解性が早すぎるため好ましくない。また平均繊維径が２０μｍより大きいと細胞が接着できる面積が小さくなりすぎて好ましくない。より好ましい平均繊維径は０．１〜５μｍであり、特に好ましい平均繊維径は０．１〜４μｍである。
なお、本発明において繊維径とは繊維横断面の直径を表し、繊維断面の形状が楕円形になる場合には、該楕円形の長軸方向の長さと短軸方向の長さとの平均をその繊維径として算出する。なお、本発明の繊維は異形であって、その横断面は正確な円形状をとらないが、真円に近似して繊維径を算出する。
また、繊維の任意の横断面が異形であると、繊維の比面積は増大するので、細胞の培養時に、細胞が繊維表面に接着する十分な面積をとることができる。
ここで、繊維の任意の横断面が異形であるとは、繊維の任意の横断面が略真円形状をとらないいずれの形状も指すが、例えば、繊維の任意の横断面形状が略真円であったとしても、例えば、繊維表面が一様に凹部及び／又は凸部を有して粗面化されている場合には、繊維の任意の横断面は異形である。
前記異形形状は、繊維表面の微細な凹部、繊維表面の微細な凸部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凹部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凸部及び、繊維表面の微細孔部からなる群から選ばれた少なくとも１種によることが好ましく、これらは単独で形成されていても複数が混在していても、任意の横断面で異形をとるのであれば差し支えない。
ここで、上記の「微細な凹部」、「微細な凸部」、とは、繊維表面に０．１〜１μｍの凹部または凸部が形成されていることをいい、「微細孔」とは、０．１〜１μｍの径を有する細孔が繊維表面に存在することをいう。また、上記筋状に形成された凹部及び／又は凸部は、０．１〜１μｍ幅の畝形状が繊維軸方向に形成されていることをいう。
本発明の不織布は、平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３である。ここで平均見掛け密度とは、作成した不織布の面積、平均厚、質量から割り出した密度を意味し、好ましい平均見掛け密度は５０〜９０ｋｇ／ｍ３である。
平均見掛け密度が９５ｋｇ／ｍ３より大きいと、細胞培養時に栄養分などを含む溶液が不織布の内部まで十分に浸透しないため不織布表面にしか細胞が培養されないこととなるため好ましくない。また、平均見掛け密度が１０ｋｇ／ｍ３より小さいと、細胞培養時に必要な力学強度を保つことが出来ないため好ましくない。
本発明の不織布は、熱可塑性ポリマーからなる繊維の集合体であり、該熱可塑性ポリマーは、不織布として使用可能な熱可塑性を有するポリマーであれば特に限定はないが、特に、揮発性溶媒に溶解可能なポリマーからなることが好ましい。
ここで揮発性溶媒とは大気圧での沸点が２００℃以下であり、常温（例えば２７℃）で液体である有機物質であり、「溶解可能な」とは、常温（例えば２７℃）でポリマー１重量％含有する溶液が沈殿を生じずに安定に存在することを意味する。
揮発性溶媒に溶解可能なポリマーとしては、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリスチレン、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、ポリアクリロニトリル、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、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、フィブロイン、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、ポリビニルクロリド、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、ポリメチルイソプロペニルケトン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリシクロペンテンオキシド、ポリスチレンサルホン並びにこれらの共重合体などが挙げられる。
これらのうち、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、およびポリエチレンサクシネート並びにこれらの共重合体などの脂肪族ポリエステルを好ましい例として挙げることができ、更に好ましくはポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカプロラクトンが挙げられる。なかでもポリ乳酸が特に好ましい。
本発明においては、その目的を損なわない範囲で、他のポリマーや他の化合物を併用（例えば、ポリマー共重合体、ポリマーブレンド、化合物の混合等）しても良い。
なお、前記揮発性溶媒が、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒であってもよく、この場合、混合溶媒において、揮発性貧溶媒と揮発性良溶媒との割合が重量比で（２３：７７）〜（４０：６０）の範囲にあることが好ましい。
ここで、揮発性良溶媒とは大気圧下において沸点が２００℃以下でありかつポリマーを５重量％以上溶解することが出来る溶媒を、揮発性貧溶媒とは大気圧下において沸点が２００℃以下であり、かつポリマーを１重量％以下しか溶解することが出来ない溶媒を示す。
前記揮発性良溶媒としてはハロゲン含有炭化水素を例示することができ、前記揮発性貧溶媒としては低級アルコールを例示することができ、低級アルコールとしてはエタノールを例示することができる。
本発明の不織布は、例えば他のシート状の材料と積層する、またはメッシュ状に加工する等の２次加工をしやすいように、不織布の形状は正方形、円形、筒型など、その形状は問わないが、不織布の厚みに関しては、取り扱いの観点から１００μｍ以上であることが好ましく、更に不織布同士を重ねることで、厚みのある構造体を成形することも可能である。
本発明の不織布を製造する方法としては、先述の要件を満足する不織布が得られる手法であれば特に限定されずいずれも用いることが出来る。例えば溶融紡糸法、乾式紡糸法、湿式紡糸法により繊維を得た後、得られた繊維をスパンボンド法により製造する方法、メルトブロー法により製造する方法若しくは静電紡糸法により製造する方法が挙げられる。なかでも静電紡糸法によって製造するのが好ましく挙げられる。以下静電紡糸法により製造する方法について詳細に説明する。
本発明の製造方法では、熱可塑性ポリマーを、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒に溶解させる段階と、得られた前記溶液を静電紡糸法にて紡糸する段階と、捕集基板に累積される不織布を得る段階とを含む、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３の範囲にある不織布を得る。
即ち、本発明の不織布は、熱可塑性ポリマーを揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒に溶解した溶液を電極間で形成された静電場中に吐出して、溶液を電極に向けて曳糸して形成される繊維状物質の集合体として得ることができる。
本発明の製造方法における溶液中の熱可塑性ポリマーの濃度は１〜３０重量％であることが好ましい。熱可塑性ポリマーの濃度が１重量％より小さいと、濃度が低すぎるため不織布を形成することが困難となり好ましくない。また、３０重量％より大きいと得られる不織布の繊維径が大きくなりすぎるので好ましくない。より好ましい熱可塑性ポリマーの濃度は２〜２０重量％である。
また、揮発性良溶媒としては、先述の要件を満たし、揮発性貧溶媒との混合溶媒が繊維を形成させるポリマーを紡糸するのに十分な濃度で溶解すれば特に限定されない。具体的な揮発性良溶媒としては、例えば塩化メチレン、クロロホルム、ブロモホルム、四塩化炭素などのハロゲン含有炭化水素；アセトン、トルエン、テトラヒドロフラン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール、１，４−ジオキサン、シクロヘキサノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトニトリルなどが挙げられる。これらのうち、該ポリマーの溶解性等から、塩化メチレン、クロロホルムが特に好ましい。これらの揮発性良溶媒は単独で用いても良く、複数の揮発性良溶媒を組み合わせても良い。
また、揮発性貧溶媒としては、先述の要件を満たし、揮発性良溶媒との混合溶媒が該ポリマーを溶解し、揮発性貧溶媒単独では該ポリマーを溶解しない溶媒であれば特に限定されない。具体的な揮発性貧溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、ノルマルプロパノール、イソプロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、水、蟻酸、酢酸、プロピオン酸などが挙げられる。これらのうち、該不織布の構造形成の観点から、メタノール、エタノール、プロパノールなどの低級アルコールがより好ましく、なかでもエタノールが特に好ましい。これらの揮発性貧溶媒は単独で用いても良く、複数の揮発性貧溶媒を組み合わせても良い。
なお、本発明の製造方法において混合溶媒としては、揮発性貧溶媒と揮発性良溶媒との割合が重量比で（２３：７７）〜（４０：６０）の範囲にあることが好ましい。
より好ましくは（２５：７５）〜（４０：６０）の範囲、特に好ましくは（３０：７０）〜（４０：６０）重量％である。
なお、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との組み合わせによっては相分離を起こす組成もありうるが、相分離を起こす溶液組成では静電紡糸法によって安定に紡糸することができないが、相分離を起こさない組成であればいずれの割合としてもよい。
該溶液を静電場中に吐出するには、任意の方法を用いることが出来る。
以下、図１を用いて本発明の繊維構造体を製造するための好ましい一態様について更に具体的に説明する。
溶液（図１中２）をノズルに供給することによって、溶液を静電場中の適切な位置に置き、そのノズルから溶液を電界によって曳糸して繊維化させる。このためには適宜な装置を用いることができ、例えば注射器の筒状の溶液保持槽（図１中３）の先端部に適宜の手段、例えば高電圧発生器（図１中６）にて電圧をかけた注射針状の溶液噴出ノズル（図１中１）を設置して、溶液をその先端まで導く。
接地した繊維状物質捕集電極（図１中５）から適切な距離に該噴出ノズル（図１中１）の先端を配置し、溶液（図１中２）が該噴出ノズル（図１中１）の先端を出るときにこの先端と繊維状物質捕集電極（図１中５）の間にて繊維状物質を形成させる。
また当業者には自明の方法で該溶液の微細滴を静電場中に導入することもできる。一例として図２を用いて以下に説明する。その際の唯一の要件は液滴を静電場中に置いて、繊維化が起こりうるような距離に繊維状物質捕集電極（図２中５）から離して保持することである。例えば、ノズル（図２中１）を有する溶液保持槽（図２中３）中の溶液（図２中２）に直接、直接繊維状物質捕集電極に対抗する電極（図２中４）を挿入しても良い。
該溶液をノズルから静電場中に供給する場合、数個のノズルを用いて繊維状物質の生産速度を上げることもできる。電極間の距離は、帯電量、ノズル寸法、紡糸液流量、紡糸液濃度等に依存するが、１０ｋＶ程度のときには５〜２０ｃｍの距離が適当であった。
また、印加される静電気電位は、一般に３〜１００ｋＶ、好ましくは５〜５０ｋＶ、より好ましくは５〜３０ｋＶである。所望の静電気電位は従来公知の技術のうち、任意の適切な方法で作れば良い。
上記説明は、電極が捕集基板を兼ねる場合であるが、電極間に捕集基板となりうる物を設置することで、電極と別に捕集基板を設け、そこに繊維積層体（不織布）を捕集することが出来る。この場合、例えばベルト状物質を電極間に設置して、これを捕集基板とすることで、連続的な生産も可能となる。
ここで該電極としては、金属、無機物、または有機物のいかなるものでも導電性を示しさえすれば良い。また、絶縁物上に導電性を示す金属、無機物、または有機物の薄膜を持つものであっても良い。
また、上述の静電場は一対又は複数の電極間で形成されており、いずれの電極に高電圧を印加しても良い。これは例えば電圧値が異なる高電圧の電極が２つ（例えば１５ｋＶと１０ｋＶ）と、アースにつながった電極の合計３つの電極を用いる場合も含み、または３本を越える数の電極を使う場合も含むものとする。
本発明においては、該溶液を捕集基板に向けて曳糸する間に、条件に応じて溶媒が蒸発して繊維状物質が形成される。通常の大気圧下、室温（２５℃前後）であれば捕集基板上に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、もし溶媒蒸発が不十分な場合は減圧条件下で曳糸しても良い。また、曳糸する雰囲気の温度は溶媒の蒸発挙動や紡糸溶液の粘度に依存するが、通常は、０〜５０℃である。そして繊維状物質が更に捕集基板に累積されて本発明の不織布が製造される。
本発明によって得られる不織布は、単独で用いても良いが、取り扱い性やその他の要求事項に合わせて、他の部材と組み合わせて使用しても良い。例えば、捕集基板として支持基材となりうる不織布や織布、フィルム等を用い、その上に本発明の不織布を形成することで、支持基材と本発明の不織布を組み合わせた部材を作成することも出来る。
本発明によって得られる不織布の用途は、再生医療用の細胞培養基材に限定されるものではなく、各種フィルターや触媒担持基材など、本発明の特徴である性質を活用できる各種用途に用いることが出来る。
【実施例】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。また以下の各実施例、比較例における評価項目は以下のとおりの手法にて実施した。
平均繊維径：
試料表面を走査型電子顕微鏡（株式会社日立製作所製「Ｓ−２４００」）により撮影（撮影倍率２０００倍）して得た写真から無作為に２０箇所を選んで繊維径を測定し、全ての繊維径の平均値（ｎ＝２０）を求めて平均繊維径とした。
不織布厚み：
高精度デジタル測長機（株式会社ミツトヨ製「ライトマチックＶＬ−５０」）を用いて測定力０．０１Ｎにより無作為に５箇所を選んで厚みを測定し、全ての厚みの平均値（ｎ＝５）を不織布の厚みとして求めた。なお、本測定においては測定機器が使用可能な最小の測定力で測定を行った。
平均見掛け密度：
得られた不織布の体積（面積×厚み）と質量とを測定し、平均見掛け密度を算出した。
【実施例１】
ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を室温（２５℃）で混合し溶液を作成した。図２にしめす装置を用いて、該溶液を繊維状物質捕集電極５に１５分間吐出した。
噴出ノズル１の内径は０．８ｍｍ、電圧は１２ｋＶ、噴出ノズル１から繊維状物質捕集電極５までの距離は１０ｃｍであった。得られた不織布の平均繊維径は２μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは３００μｍであり、平均見掛け密度は６８ｋｇ／ｍ３であった。不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第３図〜第６図に示す。
【実施例２】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３．５重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）５．５重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は４μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。また、不織布厚みは３６０μｍであり、平均見見掛け密度は５４ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第７図〜第１０図に示す。
【実施例３】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、メタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。平均繊維径は２μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１７０μｍであり、平均見掛け密度は８６ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１１図、第１２図に示す。
【実施例４】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、イソプロパノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は４μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１７０μｍであり、平均見掛け密度は７３ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１３図、第１４図に示す。
比較例１
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）０．５重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）８．５重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は５μｍであり、繊維径１５μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１４０μｍであり、平均見掛け密度は１８０ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１５図、第１６図に示す。
比較例２
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）１重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）８重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は２μｍであり、繊維径１０μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１４０μｍであり、平均見掛け密度は１６０ｋｇ／ｍ３であった。
比較例３
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）２重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）７重量部を用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。平均繊維径は７μｍであり、繊維径１５μｍ以上の繊維は観察されなかった。平均厚は１１０μｍであり、平均見掛け密度は１４０ｋｇ／ｍ３であった。
比較例４
ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）４重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）５重量部を用いて溶液の作成を試みたが、ポリ乳酸は溶解したものの、相分離を起こし均一な溶液を作成することが出来なかったため、静電紡糸による繊維形成は不可能であった。
【実施例５】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、アセトン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いた以外は同様の操作を行った。平均繊維径は２μｍであり、繊維径５μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１４０μｍであり、平均見掛け密度は８２ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１７図、第１８図に示す。
【実施例６】
実施例１において、ポリ乳酸（株式会社島津製作所製「Ｌａｃｔｙ ９０３１」）１重量部、アセトニトリル（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は０．９μｍであり、繊維径５μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは２９０μｍであり、平均見掛け密度は７４ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第１９図、第２０図に示す。
【実施例７】
実施例１において、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体（共重合比７５：２５）（三井化学株式会社製）１重量部、エタノール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）３重量部、塩化メチレン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）６重量部を用いたこと以外は同様の操作を行った。平均繊維径は１．４μｍであり、繊維径３μｍ以上の繊維は観察されなかった。不織布厚みは１３０μｍであり、平均見掛け密度は８５ｋｇ／ｍ３であった。
不織布の表面の走査型電子顕微鏡写真図を第２１図、第２２図に示す。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性ポリマーからなる繊維の集合体であって、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３の範囲にあることを特徴とする不織布。
【請求項２】
前記異形形状が、繊維表面の微細な凹部、繊維表面の微細な凸部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凹部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凸部及び、繊維表面の微細孔部からなる群から選ばれた少なくとも１種による、請求の範囲第１項記載の不織布。
【請求項３】
平均繊維径が０．１〜５μｍである請求の範囲第１項記載の不織布。
【請求項４】
不織布の厚みが１００μｍ以上である、請求の範囲第１項記載の不織布。
【請求項５】
熱可塑性ポリマーが揮発性溶媒に溶解可能なポリマーである、請求の範囲第１項記載の不織布。
【請求項６】
揮発性溶媒に溶解可能な熱可塑性ポリマーが脂肪族ポリエステルである、請求の範囲第５項記載の不織布。
【請求項７】
脂肪族ポリエステルがポリ乳酸である、請求の範囲第６項記載の不織布。
【請求項８】
揮発性溶媒が揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒である、請求の範囲第５項記載の不織布。
【請求項９】
前記混合溶媒において、揮発性貧溶媒と揮発性良溶媒との割合が重量比で（２３：７７）〜（４０：６０）の範囲にある、請求の範囲第８項記載の不織布。
【請求項１０】
揮発性良溶媒がハロゲン含有炭化水素である、請求の範囲第８項記載の不織布。
【請求項１１】
揮発性貧溶媒が低級アルコールである、請求の範囲第８項記載の不織布。
【請求項１２】
低級アルコールがエタノールである、請求の範囲第１１項記載の不織布。
【請求項１３】
熱可塑性ポリマーを、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒に溶解させる段階と、得られた前記溶液を静電紡糸法にて紡糸する段階と、捕集基板に累積される不織布を得る段階とを含む、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３の範囲にある不織布の製造方法。
【請求項１４】
前記混合溶媒において、揮発性貧溶媒と揮発性良溶媒との割合が重量比で（２３：７７）〜（４０：６０）の範囲にある、請求の範囲第１３項記載の不織布の製造方法。
【請求項１５】
揮発性良溶媒がハロゲン含有炭化水素である、請求の範囲第１３項記載の不織布の製造方法。
【請求項１６】
揮発性貧溶媒が低級アルコールである、請求の範囲第１３項記載の不織布の製造方法。
【請求項１７】
低級アルコールがエタノールである請求の範囲第１６項記載の不織布の製造方法。
【請求項１】
熱可塑性ポリマーからなる繊維の集合体であって、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３の範囲にあることを特徴とする不織布。
【請求項２】
前記異形形状が、繊維表面の微細な凹部、繊維表面の微細な凸部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凹部、繊維表面の繊維軸方向に筋状に形成された凸部及び、繊維表面の微細孔部からなる群から選ばれた少なくとも１種による、請求の範囲第１項記載の不織布。
【請求項３】
平均繊維径が０．１〜５μｍである請求の範囲第１項記載の不織布。
【請求項４】
不織布の厚みが１００μｍ以上である、請求の範囲第１項記載の不織布。
【請求項５】
熱可塑性ポリマーが揮発性溶媒に溶解可能なポリマーである、請求の範囲第１項記載の不織布。
【請求項６】
揮発性溶媒に溶解可能な熱可塑性ポリマーが脂肪族ポリエステルである、請求の範囲第５項記載の不織布。
【請求項７】
脂肪族ポリエステルがポリ乳酸である、請求の範囲第６項記載の不織布。
【請求項８】
揮発性溶媒が揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒である、請求の範囲第５項記載の不織布。
【請求項９】
前記混合溶媒において、揮発性貧溶媒と揮発性良溶媒との割合が重量比で（２３：７７）〜（４０：６０）の範囲にある、請求の範囲第８項記載の不織布。
【請求項１０】
揮発性良溶媒がハロゲン含有炭化水素である、請求の範囲第８項記載の不織布。
【請求項１１】
揮発性貧溶媒が低級アルコールである、請求の範囲第８項記載の不織布。
【請求項１２】
低級アルコールがエタノールである、請求の範囲第１１項記載の不織布。
【請求項１３】
熱可塑性ポリマーを、揮発性良溶媒と揮発性貧溶媒との混合溶媒に溶解させる段階と、得られた前記溶液を静電紡糸法にて紡糸する段階と、捕集基板に累積される不織布を得る段階とを含む、平均繊維径が０．１〜２０μｍであり、かつ該繊維の任意の横断面が異形であり、更に平均見掛け密度が１０〜９５ｋｇ／ｍ３の範囲にある不織布の製造方法。
【請求項１４】
前記混合溶媒において、揮発性貧溶媒と揮発性良溶媒との割合が重量比で（２３：７７）〜（４０：６０）の範囲にある、請求の範囲第１３項記載の不織布の製造方法。
【請求項１５】
揮発性良溶媒がハロゲン含有炭化水素である、請求の範囲第１３項記載の不織布の製造方法。
【請求項１６】
揮発性貧溶媒が低級アルコールである、請求の範囲第１３項記載の不織布の製造方法。
【請求項１７】
低級アルコールがエタノールである請求の範囲第１６項記載の不織布の製造方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０８８０２４
【国際公開日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【発行日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０４２３７（Ｐ２００５−５０４２３７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００４５０１
【国際出願日】平成１６年３月３０日（２００４．３．３０）
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【発行日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００４５０１
【国際出願日】平成１６年３月３０日（２００４．３．３０）
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
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