專利名稱：海綿狀結(jié)構(gòu)體和粉末以及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使纖維分散而三維排列成的海綿狀結(jié)構(gòu)體、球狀的粉末及它們的制造方法。

背景技術(shù)：
以往，作為海綿狀結(jié)構(gòu)體，已知有各種成型品。例如可舉出將聚合物與發(fā)泡劑混合，加入模具中加熱使其發(fā)泡而成的成型品。具體可舉出由聚氨酯、聚烯烴、三聚氰胺形成的發(fā)泡泡沫體等。另外，可舉出在聚合物中預先配合可溶性物質(zhì)，通過使該物質(zhì)溶出以形成微多孔而成的成型品等。
通過如上所述的方法獲得的結(jié)構(gòu)體具有很高的孔隙率，因此可用于絕熱材料、吸音材料、吸附材料，緩沖材料、過濾器等廣泛領(lǐng)域。
進而，除了上述發(fā)泡體等以外還已知使纖維三維排列形成的海綿狀結(jié)構(gòu)體。例如可舉出以卷曲纖維作為梁結(jié)構(gòu)、使纖維的交叉點粘接而成的結(jié)構(gòu)體(參照專利文獻1)。
然而，雖然這種結(jié)構(gòu)體的表觀密度很小，但由于在將纖維填充于模具的狀態(tài)下進行熱粘接使之成型，從而使模具中纖維的填充密度不易改變，限制了表觀密度的自由控制。進而，在欲發(fā)揮纖維的比表面積的用途中，要求纖維的數(shù)平均直徑很小，但在該專利文獻的第
段中，記載了單絲纖度小于0.5旦尼爾(按PET比重換算小于7μm)時海綿狀結(jié)構(gòu)體的膨松性下降，因此在纖維徑更小的海綿狀結(jié)構(gòu)體中，使表觀密度變小是很困難的。
因此，正在尋求纖維徑小、可根據(jù)目的和用途設(shè)計表觀密度的、纖維呈三維排列的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
另外，在細胞醫(yī)療、再生醫(yī)療的領(lǐng)域中，為了進行細胞、組織、臟器等的移植、檢查，正在尋求作為在生物體外高效培養(yǎng)細胞的細胞培養(yǎng)用的支架(scaffold)的材料；或是作為在生物體內(nèi)促進組織再生、重塑的支架的材料(以下，統(tǒng)稱為細胞支架材料)。這種細胞支架材料，可通過模擬包圍細胞的生物體內(nèi)環(huán)境來滿足用于實現(xiàn)上述目的的各種需求。
另外，在作為包圍細胞的一種生物體內(nèi)環(huán)境的骨髓、基底膜中，細胞在由膠原等納米水平的纖維狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的被稱為細胞外基質(zhì)的三維基質(zhì)中生長發(fā)育、增殖。因此，在為了上述目的而在生物體外培養(yǎng)細胞的情況下，以往一直進行著將從生物體中提取出的膠原等基質(zhì)構(gòu)成物質(zhì)加工成凝膠、海綿狀結(jié)構(gòu)體，使之成為三維培養(yǎng)用支架的研究(參照專利文獻2)。
然而，這些主要由蛋白質(zhì)組成的來自生物的物質(zhì)，存在不能耐受在制作醫(yī)用材料過程中頻繁使用的以高壓釜或γ射線等滅菌處理為代表的嚴苛處理，或使用過程中長期保存的穩(wěn)定性問題、以及力學強度或形狀穩(wěn)定性等問題。并且，這些膠原等來自生物的物質(zhì)一般是從?；蜇i等動物體內(nèi)提取，因此存在混入以這些動物攜帶的病毒或朊病毒為代表的已知或未知的感染性物質(zhì)的危險性，當在生物體內(nèi)外作為培養(yǎng)細胞的支架材料使用時，特別是用于醫(yī)療用途時，會引發(fā)問題。
因此，最近，正在進行著代替從生物體中提取的物質(zhì)，而以合成聚合物作為材料來制作發(fā)泡結(jié)構(gòu)體或無紡布、紡織品等纖維結(jié)構(gòu)體，將其作為三維培養(yǎng)支架的研究(參照專利文獻3～專利文獻6)。
然而，這些以往的以合成聚合物為材料的三維培養(yǎng)支架，不具有以實際的膠原為代表的在生物體內(nèi)包圍細胞的被稱為細胞外基質(zhì)的纖維狀結(jié)構(gòu)體的形狀，特別是不具有模擬由納米水平纖維形成的結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)。因此，不必說無法忠實地模擬生物體內(nèi)環(huán)境，而且可能會產(chǎn)生對細胞的親和性差等由在以往支架上不能顯現(xiàn)與生物體內(nèi)同樣的細胞功能所產(chǎn)生的影響。
因此，近年來由具有納米水平纖維徑的纖維(納米纖維)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體作為細胞支架材料備受關(guān)注。例如，進行了大量下述的嘗試即通過被稱為電紡絲的一邊施加高電壓一邊噴涂纖維的方法來得到納米纖維的結(jié)構(gòu)體，并在該結(jié)構(gòu)體上，在保持、促進用于細胞醫(yī)療、再生醫(yī)療的功能細胞、干細胞、ES細胞的功能的同時對其進行培養(yǎng)，并取得了一定的效果(參照非專利文獻1、2)。
然而，由這種電紡絲得到的結(jié)構(gòu)體，作為細胞培養(yǎng)用支架材料，存在下述的使用方面的缺點，即，纖維的強度弱、纖維徑不恒定、有波動，以及制作時需使用有機溶劑等。另外，由于使用上述的被稱為電紡絲的特殊制法，因此所制作的結(jié)構(gòu)體的形狀只限定于所謂的紙狀的無紡布結(jié)構(gòu)。
因此，由于直接使用時孔隙率低而使細胞不能進入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所以只能在表層培養(yǎng)細胞、不能進行細胞的三維培養(yǎng)。即，實質(zhì)上不可能高密度培養(yǎng)細胞，而且厚的臟器、組織無法在生物體內(nèi)外再生、重塑。進而，無紡布結(jié)構(gòu)還存在不能忠實再現(xiàn)使細胞以一定形狀生長發(fā)育的骨髓等生物體內(nèi)三維環(huán)境的缺點。
因此，特別是從具有可使細胞、培養(yǎng)液侵入結(jié)構(gòu)體內(nèi)部、三維地保持細胞，可流通培養(yǎng)液的空孔結(jié)構(gòu)和高的孔隙率的觀點出發(fā)，或從與干細胞、造血系細胞大量生長發(fā)育的骨髓的類似性方面出發(fā)，作為培養(yǎng)細胞的細胞支架材料，正在需求含有纖維狀物質(zhì)尤其是由合成聚合物制作的納米纖維所構(gòu)成的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料。
結(jié)果，纖維不僅可以作為上述那樣的海綿狀結(jié)構(gòu)體，而且可以成型為粉末，作為樹脂或涂料、化妝品等的填料的應(yīng)用也不斷發(fā)展。作為纖維的粉末成型物，例如可舉出將直徑3μm以下的超細纖維切成長度5～100μm的微粉(參照專利文獻7)。然而，因為這種纖維微粉只不過是將纖維單獨分散而成粉末狀，另外，超細纖維是通過凍結(jié)后機械粉碎而成的，因此凍結(jié).破碎時纖維被橫向、縱向地隨機破損、剪切，以粉末來評價時，纖維長度等的波動大。因此，作為樹脂、涂料及化妝品等的填料被添加時，由于纖維凝集，產(chǎn)生沉降、分散性差、保存穩(wěn)定性低，將其涂抹時難以均勻涂抹等問題。
因此，還需求分散性、保存穩(wěn)定性優(yōu)異、作為各種填料有用的纖維所形成的粉末。
專利文獻1特開平9-19580號公報
專利文獻2特開昭62-502936號公報
專利文獻3特開昭62-122586號公報
專利文獻4特開平2-291260號公報
專利文獻5特開平7-299876號公報
專利文獻6特開2003-265593號公報
專利文獻7特開2001-146630號公報
非專利文獻1Biomaterials 26 p5158(2005)
非專利文獻2Tissue Eng.11 p1149(2005)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可以根據(jù)目的、用途來設(shè)計其表觀密度，且纖維呈三維排列的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
另外，本發(fā)明的目的是提供適合作為培養(yǎng)細胞的支架的海綿狀結(jié)構(gòu)體，具體地說，本發(fā)明的目的是提供可在內(nèi)部三維保持細胞、培養(yǎng)液，并模擬包圍細胞的生物體內(nèi)環(huán)境那樣的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
進而，本發(fā)明的目的是提供分散性、保存穩(wěn)定性優(yōu)異的纖維所形成的粉末。
為了解決上述課題，本發(fā)明的特征在于具有如下構(gòu)成。
(1)海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，數(shù)平均直徑為1nm～50μm的纖維以分散狀態(tài)固定。
(2)上述(1)記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，上述纖維含有熱塑性聚合物。
(3)上述(1)或(2)記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，上述纖維的數(shù)平均直徑為1～500nm。
(4)上述(1)～(3)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其表觀密度為0.0001～0.5g/cm3。
(5)上述(1)～(4)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，由上述纖維構(gòu)成的微細孔的數(shù)平均孔徑在100μm以下。
(6)上述(1)～(5)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，上述纖維彼此之間部分粘接。
(7)絕熱材料，含上述(1)～(6)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
(8)吸音材料，含上述(1)～(6)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
(9)細胞支架材料，含上述(1)～(6)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
(10)上述(9)記載的細胞支架材料，其中，在上述海綿狀結(jié)構(gòu)體內(nèi)存在的巨大孔的數(shù)平均孔徑為10μm～500μm。
(11)上述(9)或(10)記載的細胞支架材料，其中，在上述纖維表面吸附和/或固定有功能性物質(zhì)。
(12)上述(11)記載的細胞支架材料，其中，上述功能性物質(zhì)是蛋白質(zhì)。
(13)海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，將數(shù)平均直徑為1nm～50μm的纖維分散在分散介質(zhì)中而成的纖維分散液進行干燥，除去分散介質(zhì)。
(14)上述(13)記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述纖維的數(shù)平均直徑是1～500nm。
(15)上述(14)記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，直徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率為3％重量以下。
(16)上述(13)～(15)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述纖維含有熱塑性聚合物。
(17)上述(13)～(16)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述纖維的切割纖維長是在0.2mm～30mm。
(18)上述(13)～(17)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述干燥是凍干。
(19)上述(18)記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，凍干時的凍結(jié)溫度，在-80℃～-20℃。
(20)上述(13)～(19)任一項記載的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，在除去分散介質(zhì)之后，進而進行加壓蒸氣處理。
(21)粉末，由數(shù)平均直徑為1～500nm纖維構(gòu)成，粉末的數(shù)平均粒徑為1～1000μm。
(22)上述(21)記載的粉末，其中，上述纖維含有熱塑性聚合物。
(23)上述(21)或(22)記載的粉末，其中，上述纖維之間部分粘接。
(24)涂料，配合有上述(21)～(23)任一項記載的粉末。
(25)化妝品，配合有上述(21)～(23)任一項記載的粉末。
(26)粉末的制造方法，其中，將數(shù)平均直徑為1～500nm的纖維在分散介質(zhì)中分散而成的纖維分散液進行?；?、干燥，除去分散介質(zhì)。
(27)上述(26)記載的粉末的制造方法，通過噴霧干燥使上述纖維分散液?；?、干燥。
(28)上述(26)或(27)記載的粉末的制造方法，上述纖維含有熱塑性聚合物。
(29)上述(26)～(28)任一項記載的粉末的制造方法，上述纖維的直徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率為3重量％以下。
(30)上述(26)～(29)任一項記載的粉末的制造方法，在除去分散介質(zhì)后，進而進行加壓蒸氣處理。
根據(jù)本發(fā)明，可以得到表觀密度小、孔隙率高的海綿狀結(jié)構(gòu)體。因此，該海綿狀結(jié)構(gòu)體發(fā)揮該特性，除了可用于絕熱材料、吸音材料、細胞支架材料以外，還可廣泛用于吸附材料、緩沖材料、保水材料、液晶等中使用的光反射板等的產(chǎn)業(yè)資材領(lǐng)域、生活資材領(lǐng)域。另外，由于具有網(wǎng)眼狀結(jié)構(gòu)的微細孔，因此不但可用于生活資材、產(chǎn)業(yè)資材，也可用作醫(yī)學用等的各種過濾器。進而，可在美容、醫(yī)療、衛(wèi)生等各領(lǐng)域中廣泛利用。
在將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體用于細胞支架材料時，可得到能在該結(jié)構(gòu)體內(nèi)部保持細胞、培養(yǎng)液，并且能流通培養(yǎng)液的孔隙率高的細胞支架材料。因此，能夠以高密度培養(yǎng)細胞。進而，本發(fā)明的細胞支架材料，特別是比表面積高，因此通過用各種處理來控制構(gòu)成細胞支架材料的海綿狀結(jié)構(gòu)體的表面性狀，可在其纖維表面以高密度吸附、擔載以細胞因子等蛋白質(zhì)為代表的對細胞具有功能的功能性物質(zhì)，具有可進行有效率的培養(yǎng)等的效果。同時，由于與在生物體內(nèi)在干細胞、造血系細胞和間葉系細胞之類的功能性細胞大量生長發(fā)育的骨髓、基底膜及羊膜等中包圍細胞的膠原所代表的作為納米水平的纖維狀物質(zhì)的細胞外基質(zhì)類似，因此以往難以培養(yǎng)的這些功能性細胞可在保持或促進其功能的情況下進行培養(yǎng)。因此，可應(yīng)用于涉及使用這些細胞的細胞培養(yǎng)或組織再生的醫(yī)療、診斷、研究及分析等領(lǐng)域，尤其是再生醫(yī)療、細胞醫(yī)療等醫(yī)療領(lǐng)域。
進而，根據(jù)本發(fā)明，可得到構(gòu)成纖維的纖維徑小、表觀密度也小的粒狀結(jié)構(gòu)的粉末。從而，該粉末發(fā)揮該活性，不僅可作為樹脂、涂料及化妝品等的填料，而且可應(yīng)用于吸附劑、保水劑等，以及醫(yī)療、衛(wèi)生等各領(lǐng)域中。
另外，根據(jù)本發(fā)明的各制法，均可以根據(jù)目的、用途很容易地設(shè)計改變表觀密度，從而得到各種海綿狀結(jié)構(gòu)體、粉末。

具體實施例方式 下面，對本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體、以及由超細纖維形成的粉末，及其優(yōu)選的實施方式作詳細說明。
首先，本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體是指三維結(jié)構(gòu)體內(nèi)部具有微細孔的結(jié)構(gòu)體。因此，該結(jié)構(gòu)體，在浸于液體中時微細孔內(nèi)被該液體置換而具有吸收液體的作用。作為三維形狀，做成立方體、長方體、圓柱形、球形、錐形等任意的形態(tài)均可。
在本發(fā)明中，海綿狀結(jié)構(gòu)體的數(shù)平均直徑為1nm～50μm的纖維以分散狀態(tài)被固定。
這里，“分散狀態(tài)”是指纖維的分散形態(tài)，具體來說，是指單纖維實質(zhì)上沒有凝集的狀態(tài)。所謂實質(zhì)上是指單纖維之間完全分散而無定向的狀態(tài)的情況，或者是雖然部分結(jié)合但大部分處于分散而無定向的狀態(tài)的情況，也可以是大部分單纖維不呈束狀的狀態(tài)。因此與特開2004-162244號公報記載的被定向的集合體不同。以下，有時將纖維呈分散形態(tài)的物質(zhì)稱為纖維分散體。另外，作為纖維分散體的一個例子，將后述的實施例1所得的纖維以被分散的狀態(tài)被固定的海綿狀結(jié)構(gòu)體的SEM照片示于圖1、圖2。
在本發(fā)明中，對構(gòu)成纖維分散體的纖維的纖維長度、截面形狀沒有特別限定，但重要的是纖維(實質(zhì)上是單纖維)的數(shù)平均直徑為1nm～50μm。通過使纖維的數(shù)平均直徑在所述范圍內(nèi)，使得在制造工序中纖維易于分散于分散介質(zhì)中，所以纖維在海綿狀結(jié)構(gòu)體中均勻存在而不會分布不均，可得到等質(zhì)的海綿狀結(jié)構(gòu)體。另外，由于分散介質(zhì)中纖維變得容易分散，因此在作為海綿狀結(jié)構(gòu)體時個體差異也變小。
纖維的數(shù)平均直徑優(yōu)選1nm～10μm，進一步優(yōu)選1～1000nm，更優(yōu)選1～500nm，再進一步優(yōu)選1～200nm， 特別優(yōu)選1～100nm。通過在該范圍內(nèi)變小，可如后述那樣容易控制結(jié)構(gòu)體內(nèi)的纖維的分散狀態(tài)。以下，有時特別將數(shù)平均直徑在1000nm以下的纖維稱為納米纖維。
在本發(fā)明中，纖維的數(shù)平均直徑可以如下求出。即，用掃描電子顯微鏡(SEM)以一個視野中至少能觀察到150根以上的單纖維的倍率觀察海綿狀結(jié)構(gòu)體表面，在所拍攝的照片的1個視野內(nèi)，將垂直于隨即抽樣的150根單纖維的纖維縱向的方向的纖維寬度作為單纖維的直徑，計算平均值。
本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的表觀密度ρa優(yōu)選為0.0001～0.5g/cm3。通過使表觀密度在上述范圍內(nèi)，可制作輕量性、絕熱性、緩沖性等優(yōu)異的結(jié)構(gòu)體，從而可以在絕熱材料、緩沖材料、吸音材料等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。另外，可制作在確保保持細胞和培養(yǎng)液的空間的同時，通液性、透氣性、耐沖擊性、成型性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等也優(yōu)異的結(jié)構(gòu)體，從而適用于細胞培養(yǎng)等用的支架材料(以下稱為細胞支架材料)。
本發(fā)明中，細胞支架材料是指在生物體內(nèi)外，在與細胞或細胞集合成的組織、臟器、或含細胞的血液、體液、培養(yǎng)液等接觸的那樣的部分中使用的全部材料，是指通過在該材料上或材料內(nèi)使細胞和材料接觸，來顯現(xiàn)、促進、抑制或維持細胞的附著、粘附、增殖、分化、活化、移動、游走、形態(tài)變化及固定等各種細胞功能的材料。具體可舉出以下材料等的作為醫(yī)療用、研究用的有效材料等，即，作為在生物體內(nèi)外培養(yǎng)、形成細胞、組織、移植組織及移植臟器用的容器、袋、柱等的部分或全部而使用的材料，作為人工骨、人工心臟、人工血管、人工角膜、人工皮膚和人工神經(jīng)等人造臟器或人工組織的部分或全部而使用的材料，作為縫合線、骨折接合用的模板等手術(shù)或者施術(shù)中使用的道具、器具的部分或全部而使用的材料，以及作為注射器、導管、創(chuàng)傷保護材料及防粘連材料等用于治愈疾病或創(chuàng)傷等的醫(yī)療用具的部分或全部而使用的材料。
作為這種細胞支架材料的結(jié)構(gòu)，為了高密度培養(yǎng)或生長發(fā)育細胞，優(yōu)選具有使細胞侵入內(nèi)部而被保持的、能夠增殖、分化的巨大孔，或者具有用于使內(nèi)部保持或循環(huán)培養(yǎng)液的高孔隙率。從這點來看，本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體可用作細胞支架材料。根據(jù)本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，可維持保持細胞或培養(yǎng)液的空間，并且巨大孔內(nèi)或纖維之間可以流通培養(yǎng)液。
表觀密度更優(yōu)選為0.001～0.1g/cm3，進一步優(yōu)選為0.01～0.05g/cm3。特別是將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體用作細胞支架材料時，從細胞、培養(yǎng)液的保持性能或流通性的觀點考慮，表觀密度更優(yōu)選為0.0005～0.02g/cm3，進一步優(yōu)選為0.001～0.01g/cm3。
在本發(fā)明中，表觀密度ρa(g/cm3)可通過以下方法求出。即將海綿狀結(jié)構(gòu)體切成例如立方體或長方體等形狀，采用直尺、游標卡尺等來測定各邊的大小，求出該海綿狀結(jié)構(gòu)體的體積，記作V(cm3)。然后，測定切出的該海綿狀結(jié)構(gòu)體的重量，記作W(g)。通過將W除以V，可以求出表觀密度ρa。
本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的孔隙率Fv優(yōu)選為80％以上。通過使孔隙率處于上述的范圍內(nèi)，使得結(jié)構(gòu)體中含有多個空氣層，從而成為絕熱性、吸音性等優(yōu)異的結(jié)構(gòu)體，可在絕熱材料、吸音材料等產(chǎn)業(yè)資材領(lǐng)域等中廣泛使用。并且，通過使孔隙率處于上述的范圍內(nèi)，使得結(jié)構(gòu)體中含有多個空間，從而使細胞容易侵入內(nèi)部并且細胞培養(yǎng)液的保持能力也增大。進而，形成通液性、透氣性和保溫性等也優(yōu)異的結(jié)構(gòu)。因此可以適合用作細胞培養(yǎng)用的支架材料。
孔隙率更優(yōu)選為90％以上，進一步優(yōu)選為95％以上?？紫堵实纳舷薷鼉?yōu)選為99.95％以下，進一步優(yōu)選為99.9％以下。
本發(fā)明中孔隙率Fv(％)可按下述方法求出。即，使用求上述表觀密度時所用的體積V(cm3)和W(g)，并且使用形成海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維的比重Sg(g/cm3)，根據(jù)下述(1)式求出。
Fv(％)＝(W/Sg)/V×100 (1) 此時，在含有纖維以外的其它成分例如添加劑等的情況下，在考慮該添加劑的密度和重量的基礎(chǔ)上，可采用例如下述(2)式來求孔隙率，另外，在包含多種添加劑等的情況下，也可采用同樣的方法求出孔隙率。
Fv(％)＝((Wf/Sf)+(Wt/St))/V×100 (2) 這里，Wf表示纖維的重量、Sf表示纖維的比重、Wt表示添加劑的重量、St表示添加劑的比重。
作為構(gòu)成本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維，可舉出由木漿等制造的纖維素、棉花、麻、羊毛、蠶絲等天然纖維，人造絲等再生纖維，乙酸酯等半合成纖維，以尼龍、聚酯、丙烯酸等為代表的合成纖維等，對纖維的種類沒有特別限制，但優(yōu)選由合成聚合物制得的纖維。當本發(fā)明所用的纖維由合成聚合物制造時，易于提高對以采用后述高壓釜進行的滅菌處理或化學性表面處理等為代表的各種處理的強度，且易于提高與用于醫(yī)療用途時混入未知感染性物質(zhì)有關(guān)的安全性等。
對合成聚合物的種類沒有特別限定，但從向纖維成型的成型性容易的觀點來看，優(yōu)選熱塑性聚合物。采用熱塑性聚合物時，可利用熔融紡絲法制造纖維，因此可以極大地提高生產(chǎn)率。
本發(fā)明所述的熱塑性聚合物可舉出聚對苯二甲酸乙二醇酯(以下有時稱為PET)、聚對苯二甲酸1，3-丙二醇酯(以下有時稱為PTT)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(以下有時稱為PBT)、聚乳酸(以下有時稱為PLA)等聚酯，尼龍6(以下有時稱為N6)、尼龍66等聚酰胺，聚苯乙烯(以下有時稱為PS)，聚丙烯(以下有時稱為PP)等聚烯烴，聚苯硫醚(以下有時稱為PPS)等。其中，聚酯、聚酰胺代表的縮聚系聚合物大多為熔點高的物質(zhì)而更優(yōu)選。聚合物的熔點達到165℃以上時，纖維的耐熱性良好而優(yōu)選。例如，PLA的熔點為170℃，PET的熔點為255℃，N6的熔點為220℃。進而，從熔融紡絲的難易性出發(fā)，優(yōu)選熔點在300℃以下的聚合物。
另外，聚合物中也可以含有粒子、阻燃劑、抗靜電劑等添加物。另外，在不損壞聚合物的性質(zhì)的范圍內(nèi)，還可以與其它成分共聚。
另外，在將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體用作細胞支架材料時，優(yōu)選使用生物適應(yīng)性高，作為皮膚、牙周組織及顎骨等的組織再生、修復用的支架、模板、手術(shù)用的縫合線、人工腎臟或接觸透鏡(contact lens)等醫(yī)療用具具有實效的聚酰胺(尼龍)、聚氨酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚原酸酯、聚酸酐、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯等之類的合成聚合物。其中，為了使培養(yǎng)液、體液及血液等含浸，更優(yōu)選以尼龍為例的聚酰胺、聚氨酯等親水性聚合物。另外，如后所述，為了通過疏水性相互作用來強力吸附對細胞具有功能的功能性物質(zhì)，優(yōu)選使用聚苯乙烯等疏水性聚合物。
本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體中，單纖維之間構(gòu)成的微細孔的數(shù)平均孔徑優(yōu)選為100μm以下。通過使數(shù)平均孔徑在100μm以下，使得例如將該海綿狀結(jié)構(gòu)體用于過濾器等時，可以有效率地捕集欲捕捉的微粒、成分。微細孔的數(shù)平均孔徑更優(yōu)選為10μm以下，進一步優(yōu)選為1μm以下。對數(shù)平均孔徑的下限沒有特別的限定，優(yōu)選為10nm以上。
本發(fā)明中，微細孔的數(shù)平均孔徑可按下述方法求出。即，如后述實施例所記載的那樣，用SEM觀察海綿狀結(jié)構(gòu)體，在所觀察的照片的1個視野中，通過圖像分析進行2值化，測定圖像中表面附近的纖維所包圍的孔的面積，從該值求出圓換算直徑，作為數(shù)平均孔徑。
進而，在將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體用作細胞支架材料時，優(yōu)選具有巨大孔，巨大孔的數(shù)平均徑優(yōu)選為10μm～500μm。此處所述的巨大孔與上述的單纖維之間構(gòu)成的微細孔不同，是如圖4所示的被通過纖維集聚形成的壁結(jié)構(gòu)包圍的孔，是指所謂的在海綿狀結(jié)構(gòu)體中存在的比較大的連通孔。通過使巨大孔的數(shù)平均徑在500μm以下，使得在添加細胞、細胞培養(yǎng)液時，可以有效率地捕集、保持細胞、細胞培養(yǎng)液和細胞培養(yǎng)液中的成分。并且由于細胞間的距離變近，所以細胞之間的接觸也有效率地產(chǎn)生相互作用，可理想地模擬骨髓的海綿狀三維結(jié)構(gòu)。巨大孔的數(shù)平均孔徑更優(yōu)選為300μm以下，進一步優(yōu)選為200μm以下。上述巨大孔的數(shù)平均孔徑的下限優(yōu)選為10μm以上。巨大孔的數(shù)平均孔徑低于10μm時，細胞不易進入結(jié)構(gòu)體內(nèi)，自由移動也變得困難。另外，細胞培養(yǎng)液也難以在結(jié)構(gòu)體內(nèi)自由通過，營養(yǎng)成分向細胞的供給和廢棄物的排出受到阻礙，就會出現(xiàn)細胞培養(yǎng)、組織形成不能有效率地進行的問題。
本發(fā)明中巨大孔的數(shù)平均徑按如下方法求出。即，用SEM觀察海綿狀結(jié)構(gòu)體，在所拍攝的照片的1個視野中，在通過纖維集聚形成的壁結(jié)構(gòu)所圍成的孔中，隨機選擇50個圓換算直徑為1μm以上的孔，將50個圓換算直徑之和進行簡單平均。
將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為在細胞醫(yī)療或再生醫(yī)療中在生物體外培養(yǎng)細胞或者在生物體內(nèi)促進細胞功能顯現(xiàn)的細胞支架材料使用時，優(yōu)選使細胞支架材料形成與在生物體內(nèi)細胞生長發(fā)育的生物體內(nèi)環(huán)境相近的結(jié)構(gòu)，特別優(yōu)選模擬細胞醫(yī)療、再生醫(yī)療中使用的細胞大量存在的骨髓、基底膜和羊膜等的結(jié)構(gòu)。可以認為，通過模擬骨髓等結(jié)構(gòu)，可使細胞在維持與生物體內(nèi)同樣功能的情況下，或顯現(xiàn)與生物體內(nèi)同樣功能的情況下進行培養(yǎng)等。在骨髓等生物體內(nèi)環(huán)境中，膠原等細胞外基質(zhì)包圍著細胞，該細胞外基質(zhì)具有納米水平的纖維形狀，即納米纖維的形狀。而且，由于這種細胞外基質(zhì)集合成為海綿狀的三維結(jié)構(gòu)，所以在將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體用作細胞支架材料時，可以忠實地模擬骨髓結(jié)構(gòu)，因此可以說在培養(yǎng)對細胞醫(yī)療或再生醫(yī)療中有用的細胞方面，成為適合的培養(yǎng)用材料。
另外，細胞醫(yī)療或再生醫(yī)療是指通過將干細胞等細胞在生物體外培養(yǎng)，然后加工、移植到組織及臟器等中，或者通過在生物體內(nèi)顯現(xiàn)這些細胞的功能以促進組織、臟器的修復及再生，從而實現(xiàn)疾病治療、組織和臟器的再生、功能恢復的醫(yī)療。此處的干細胞是指具有下述能力的細胞，所述能力是如果接到變化成某種細胞那樣的指示，就演變即分化成特定細胞的能力；變成具備各種功能的細胞的能力；以及在完成變化之前的未分化狀態(tài)下長期自我復制，再生的能力。
在將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體用作細胞支架材料時，從模擬存在于骨髓等中的以膠原纖維為代表的細胞外基質(zhì)纖維的方面出發(fā)，構(gòu)成纖維的數(shù)平均直徑更優(yōu)選為1～500nm，進一步優(yōu)選為1～200nm，特別優(yōu)選為1～100nm。膠原纖維代表的細胞外基質(zhì)纖維呈納米水平的束狀，通過使構(gòu)成纖維的數(shù)平均直徑在上述范圍內(nèi)，能更正確地模擬該形狀。
另外，優(yōu)選在細胞支架材料上吸附對細胞功能控制產(chǎn)生影響的細胞因子等(蛋白質(zhì))的功能性物質(zhì)，如果減小纖維徑，則由此會使結(jié)構(gòu)體的單位體積的比表面積增加，上述功能性物質(zhì)的吸附性也提高。結(jié)果，可以對細胞以高濃度提供功能性物質(zhì)。因此，使用上述的具有納米水平纖維徑的納米纖維，從高濃度擔載與細胞功能相關(guān)的物質(zhì)的觀點考慮，也是非常有用的。
進而，在使用納米纖維的情況下，在海綿狀結(jié)構(gòu)體內(nèi)纖維之間形成無數(shù)的幾nm～幾百nm的空間，并可在該空間內(nèi)保持物質(zhì)。因此，能夠顯示出在以往的微纖維形成的材料所無法實現(xiàn)的、由納米纖維形成的材料所具有的特有的優(yōu)異的吸收特性。因此，如果用如上所述纖維徑的纖維構(gòu)成本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，作為細胞培養(yǎng)、組織再生用的支架材料、埋入型的醫(yī)療材料使用，則細胞培養(yǎng)液、體液或血液大量吸收、保持在纖維間。與以往的由微纖維形成的細胞支架材料相比，其保持性能顯著提高，不僅可以保持大量的液體，而且可顯示出液體不易從由納米纖維構(gòu)成的海綿狀結(jié)構(gòu)體滲漏這樣的在培養(yǎng)細胞時、或移植培養(yǎng)細胞、組織時的操作性方面優(yōu)選的性質(zhì)。
另外，細胞支架材料的全部或部分可由本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，但優(yōu)選至少與細胞接觸的部分由海綿狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。
另一方面，使用本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為絕熱材料時，為了顯示優(yōu)異的絕熱性能，重要的是將該海綿狀結(jié)構(gòu)體的熱導率λ0控制在0.05以下。為了使熱導率λ0在0.05以下，必須在海綿狀結(jié)構(gòu)體中具有多個不流動空氣層，但在本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體中，如果將表觀密度設(shè)計在0.1g/cm3以下，則可以制成具有多個微細孔的結(jié)構(gòu)體，從而實現(xiàn)熱導率λ0為0.05以下的優(yōu)異絕熱性。
關(guān)于熱導率的測定方法，詳細記載于后述的實施例中，根據(jù)JIS-A1412-2(1999)中記載的“熱絕緣材料的熱阻及熱導率的測定方法-第2部熱流計法”進行測定。熱導率λ0優(yōu)選為0.045以下，更優(yōu)選為0.040以下。
本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，可以單獨作為絕熱材料使用，但是也可以與一般的絕熱材料組合使用。作為一般的絕熱材料，可舉出玻璃棉、聚烯烴泡沫、聚苯乙烯泡沫、尿烷泡沫等發(fā)泡體等。
另外，在將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體用作吸音材料時，為了發(fā)揮優(yōu)異的吸音性能，重要的是在頻率100～5000Hz之間，最大吸音率為70％以上。為了使吸音率在70％以上，必須在海綿狀結(jié)構(gòu)體中含有大量空氣。由于空氣層的粘性阻力，聲波變換為熱能而被吸收。在本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體中，為了使該吸音率在70％以上，要求將海綿狀結(jié)構(gòu)體的表觀密度設(shè)計在0.1g/cm3以下。
關(guān)于吸音率的測定方法，詳細記載于后述的實施例中，根據(jù)JIS-A1405(1999)中記載的“垂直入射吸音率測定法”測定。
另外，本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，只要能夠滿足上述性能，就可以單獨作為吸音材料使用，但是也可以與一般的吸音材料組合使用。作為一般的吸音材料，例如可舉出天然纖維、合成纖維來源的無紡布、玻璃棉、纖維素海綿、聚烯烴泡沫體等發(fā)泡體等。
進而，為了賦予更低頻率范圍的吸音性能，也可以將本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體與各種膜貼合，從而利用膜的膜振動。
下面，對上述的本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法進行說明。
本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體是通過準備數(shù)平均直徑為1nm～50μm的纖維在分散介質(zhì)中分散而成的纖維分散液，使該纖維分散液干燥，除去分散介質(zhì)而獲得的。
纖維的數(shù)平均直徑優(yōu)選為1nm～10μm，進一步優(yōu)選為1～1000nm，更優(yōu)選為1～500nm，進一步優(yōu)選為1～200nm，特別優(yōu)選為1～100nm。通過在該范圍內(nèi)變小，可以使纖維易于分散在后述的分散介質(zhì)中。
對本發(fā)明所用的纖維的制造方法沒有特殊限制，可以采用作為常規(guī)方法的熔融紡絲法等。例如，作為用于獲得數(shù)平均直徑為1μm(1000nm)以下的納米纖維的制造方法的一個例子，可舉出下面的方法。即，準備含有對溶劑具有不同溶解性的2種以上聚合物的聚合物合金熔融體，對其進行紡絲，然后冷卻固化、進行纖維化。然后，根據(jù)需要來實施拉伸、熱處理，得到聚合物合金纖維。然后，通過用溶劑除去易溶解性聚合物，可得到本發(fā)明中使用的納米纖維。
這里，在作為納米纖維的前體的聚合物合金纖維中，易溶性聚合物形成海(基質(zhì))，難溶性聚合物形成島(域)，重要的是控制該島的尺寸。此處，島的尺寸是用透射型電子顯微鏡(TEM)觀察聚合物合金纖維的橫截面，用直徑換算來評價出的數(shù)據(jù)。由于根據(jù)前體中島的尺寸可大體確定納米纖維的直徑，所以島的尺寸的分布可根據(jù)納米纖維的直徑分布來設(shè)計。因此，合金化的聚合物的混煉非常重要，優(yōu)選通過混煉擠出機、靜態(tài)混煉器等進行高度混煉。另外，單純的片混合(chip blend)(例如特開平6-272114號公報、特開平10-53967號公報等記載的方法)中，混煉不充分，因此很難以幾十nm的尺寸分散島。
作為具體地進行混煉的標準，根據(jù)組合的聚合物而不同，在使用擠出混煉機的情況下，優(yōu)選使用雙螺桿混煉擠出機，在采用靜態(tài)混煉器的情況下，優(yōu)選分割數(shù)在100萬以上。另外，為了避免混合不均、混合比率的經(jīng)時變動，優(yōu)選獨立計量各聚合物，向混煉裝置獨立供給聚合物。此時，聚合物可以以顆粒狀分別供給，或者也可以以熔融狀態(tài)分別供給。另外，可以將2種以上的聚合物供給到混煉擠出機的底部中，或者也可以采用將一種成分從混煉擠出機的途中供給的側(cè)進料(side feed)。
在使用雙螺桿混煉擠出機作為混煉裝置的情況下，優(yōu)選能同時兼顧高度混煉和抑制聚合物的滯留時間。螺桿(screw)由傳送部和混煉部構(gòu)成，優(yōu)選混煉部的長度為螺桿的有效長度的20％以上，因為這樣可以進行高混煉。另外，通過將混煉部的長度設(shè)定為螺桿有效長度的40％以下，可以避免過度的剪切應(yīng)力、并且可以縮短滯留時間，可抑制聚合物的熱劣化、聚酰胺成分等的凝膠化。通過使混煉部盡量位于雙螺桿擠出機的出口側(cè)，可縮短混煉后的滯留時間、抑制島聚合物的再凝集。另外，在強化混煉的情況下，也可以在混煉擠出機中設(shè)置具有逆向輸送聚合物的逆流(back flow)功能的螺桿。
另外，為了將島以幾十nm的尺寸進行超微分散，聚合物的組合也是重要的。
為了使島域(納米纖維截面)接近圓形，優(yōu)選島聚合物與海聚合物互不相溶。然而，在單純的非相溶聚合物的組合中，島聚合物難以充分超微分散。因此，優(yōu)選使組合的聚合物的相溶性最佳化，用于實現(xiàn)該目標的指標之一就是溶解度參數(shù)(SP值)。SP值是指用 (蒸發(fā)能量/摩爾容積)1/2定義的反映物質(zhì)的凝集力的參數(shù)，用SP值接近的物質(zhì)，容易得到相溶性良好的聚合物合金。已知各種SP值的聚合物，例如記載于旭化成アミダス株式會社和プラスチツク編輯部共同編輯的“プラスチツク·デ一タブツク”的第189頁等中。如果2個聚合物的SP值的差為1～9(MJ/m3)1/2時，則容易兼顧非相溶化引起的島域的圓形化和超微分散化，因而優(yōu)選。例如可舉出尼龍6(N6)和PET的SP值的差為6(MJ/m3)1/2左右的優(yōu)選例子，N6和聚乙烯(PE)的SP值的差為11(MJ/m3)1/2左右的優(yōu)選例子。
在聚合物之間的熔點差為20℃以下的情況下，特別是使用混煉擠出機混煉時，由于在混煉擠出機中的熔融狀況不易產(chǎn)生差異，所以易于高效率混煉，因而優(yōu)選。使用容易熱分解、熱劣化的聚合物作為一種成分時，需要將混煉、紡絲溫度抑制為很低，而將聚合物之間的熔點差抑制在20℃以下，對其也是有利的。這里，在非晶性聚合物的情況下，由于不存在熔點，所以可以用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或維卡(Vicat)軟化溫度或熱變形溫度來代替熔點。
進而，熔融粘度也很重要，有時海聚合物的熔融粘度對紡絲性有很大的影響，作為海聚合物使用100Pa·s以下的低粘度聚合物時，島聚合物易于分散，因而優(yōu)選。另外，也由于由此可以顯著地提高紡絲性。另外，熔融粘度是在紡絲時的口模面溫度下、剪切速度為1216sec-1時的值。
在對超微分散的聚合物合金進行紡絲時，紡絲口模的設(shè)計很重要，絲的冷卻條件也很重要。如上所述，聚合物合金是非常不穩(wěn)定的熔融流體，因此優(yōu)選從口模排出后快速冷卻固化。因此，從口模到冷卻開始處的距離優(yōu)選為1～15cm。這里，冷卻開始處意味著絲開始被積極冷卻的位置，在實際的熔融紡絲裝置中，相當于出氣筒(chimney)的上端部。
這樣通過用溶劑除去經(jīng)紡絲了的聚合物合金纖維(海島型纖維)的易溶性聚合物，可以得到本發(fā)明中使用的納米纖維。
在上述納米纖維的制造方法中，特別是在口模正上方安置靜態(tài)混煉器的情況下，理論上能夠得到納米纖維無限拉伸的長纖維形狀的納米纖維。
上述由聚合物合金得到的納米纖維與由電紡絲得到的納米纖維完全不同，通過拉伸·熱處理作為前體的聚合物合金纖維，也可將納米纖維拉伸熱處理。因此，可自由控制所得的納米纖維的抗拉強度、收縮率。另外，由于通過拉伸·熱處理而進行結(jié)晶取向化，使結(jié)晶度為20％以上，可得到與通常的衣料用纖維同等強度的高強度納米纖維。因此，如果將采用該方法得到的纖維用于本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，則作為海綿狀結(jié)構(gòu)體容易得到適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)體強度，容易形成具有各種設(shè)計模式的三維結(jié)構(gòu)體。也可以對作為前體的聚合物合金纖維進行進一步的卷曲加工。
進而，當將由電紡絲制造的納米纖維形成的無紡布用于細胞支架材料時，存在以下問題用于保持細胞、培養(yǎng)液的孔隙率小，形態(tài)穩(wěn)定性不足，且強度、大小(面積)本身不足。例如，對于在生物體內(nèi)埋入用或循環(huán)培養(yǎng)中使用的細胞支架材料，要求制品強度和適當?shù)木薮罂茁?。然而，由電紡絲制造的納米纖維，由于是通過高電壓噴涂的纖維，因此纖維強度本身很弱，另外，在由電紡絲唯一可形成的無紡布形態(tài)中，一般有可能欠缺作為細胞支架的微細結(jié)構(gòu)的控制性，而且無法得到使細胞進入的均勻的巨大孔。這樣使用了由電紡絲得到的納米纖維的無紡布，其機械結(jié)構(gòu)脆弱，在用于細胞支架材料的情況下，為了確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有時需要特定的結(jié)合材料或襯里材料，在使用方面受到諸多限制。
與此相對，在將由聚合物合金熔融紡絲得到的納米纖維形成的海綿狀結(jié)構(gòu)體用于細胞支架材料的情況下，作為海綿狀結(jié)構(gòu)體，其用于保持細胞、培養(yǎng)液的孔隙率高，而且由于由結(jié)晶取向化的高強度的納米纖維構(gòu)成，因此能實現(xiàn)形態(tài)穩(wěn)定性、強度等作為細胞支架材料所要求的各種性能，可以說適于細胞培養(yǎng)、組織再生。特別是，其具有模擬生物體內(nèi)的骨髓內(nèi)或間質(zhì)之類的環(huán)境的微細結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)細胞因子等功能性物質(zhì)的微細分布，故而優(yōu)選。
根據(jù)以上理由，本發(fā)明中優(yōu)選使用聚合物合金進行熔融紡絲而得到的納米纖維。
上述那樣獲得的纖維可以使用閘刀式切割機、切片機、低溫切割機等切割機等，切割成所期望的纖維長度。由上述的熔融紡絲法得到的纖維，由于可以使纖維之間按一定方向排列而獲得纖維束，所以可以將所有的切割纖維統(tǒng)一為所期望的長度纖維。另外，由電紡絲法得到的納米纖維因其制作方法而不能制成纖維按一定方向排列的纖維束，即使剪切也不能使纖維長度一致，因此不適合用于制作纖維分散液。
為了提高纖維分散液中的纖維的分散性，如果切割纖維的纖維長度過長，則分散性有變得不良的傾向。另一方面，如果切割纖維的纖維長度過短，則在制成海綿狀結(jié)構(gòu)體時，納米纖維的集聚、纏結(jié)的程度變小，結(jié)果導致結(jié)構(gòu)體的強度變低。因此，優(yōu)選將纖維剪切成纖維長度0.2～30mm。纖維長度更優(yōu)選為0.5～10mm，進一步優(yōu)選為0.8～5mm。
然后，在分散介質(zhì)中分散所獲得的切割纖維。作為分散介質(zhì)不僅優(yōu)選使用水，而且從與纖維的親和性考慮，優(yōu)選使用己烷、甲苯等烴系溶劑，氯仿、三氯乙烷等鹵化烴系溶劑，乙醇、異丙醇、丁醇及己醇等醇系溶劑，乙醚、四氫呋喃、二_烷等醚系溶劑，丙酮、甲乙酮等酮系溶劑，乙酸甲酯、乙酸乙酯等酯系溶劑，乙二醇、丙二醇等多元醇系溶劑，三乙胺、N，N-二甲基甲酰胺等胺及酰胺系溶劑等一般的有機溶劑。但是，考慮到安全性、環(huán)境等時，優(yōu)選用水作為分散介質(zhì)。另外，從如后所述那樣通過除去分散介質(zhì)來制作海綿狀結(jié)構(gòu)體的觀點考慮，優(yōu)選具有在常壓或低壓狀態(tài)下可升華的那樣的性質(zhì)的分散介質(zhì)，但從這種觀點考慮，也優(yōu)選使用水。另外，分散介質(zhì)可以單獨使用，也可以2種以上組合使用。
作為在分散介質(zhì)中分散切割纖維的方法，可以使用混合器、均質(zhì)器、超聲波型攪拌器等攪拌器。如由熔融紡絲法得到的納米纖維那樣，在切割纖維中的單纖維之間強固凝集的形態(tài)的情況下，作為通過攪拌進行的分散的前處理工序，優(yōu)選在分散介質(zhì)中打漿。打漿機(Niagara beater)、精煉機、切割機、實驗室用粉碎器、生物攪拌器、家用攪拌器、輥磨機，乳缽、PFI打漿機、浴槽(bath)型超聲波處理機及探針型超聲波處理機等對纖維施加剪切力，將纖維分散為一根一根后投入到分散介質(zhì)中。
為了制作纖維分散液，需要纖維本身具有可耐受各種操作的機械強度，上述的熔融紡絲法制作的納米纖維，由于通過結(jié)晶取向化而可以獲得機械強度，故而優(yōu)選。通過上述制造方法制造的納米纖維的結(jié)晶度為20％以上，具有與通常的衣料用纖維同等的強度。
在如上述那樣使構(gòu)成海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維的數(shù)平均直徑在1～500nm的范圍的情況下，在分散介質(zhì)中分散的纖維優(yōu)選直徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率在3重量％以下。此處，所謂粗大纖維的纖維構(gòu)成比率是指粗大單纖維(直徑大于500nm)的重量相對于直徑大于1nm的全體纖維的重量的比率，如下那樣計算。即，將纖維束中的各單纖維的直徑記作di，算出其平方總和(d12+d22+··+dn2)＝∑di2(i＝1～n)。另外，將纖維束中直徑大于500nm的單纖維各自的纖維徑記作Di，算出其平方總和(D12+D22+··+Dm2)＝∑Di2(i＝1～m)。通過算出∑Di2相對于∑di2的比率，可以求出粗大纖維相對于全部纖維的面積比率，即重量比率。
直徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率更優(yōu)選為1重量％以下，進一步優(yōu)選為0.1重量％以下。即，這意味著超過500nm的粗大纖維的存在接近于零。
進而，當纖維束的單纖維的數(shù)平均直徑為200nm以下時，直徑大于200nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率優(yōu)選為3重量％以下。更優(yōu)選為1重量％以下，進一步優(yōu)選為0.1重量％以下。纖維束的單纖維的數(shù)平均直徑為100nm以下時，直徑大于100nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率優(yōu)選為3重量％以下。更優(yōu)選為1重量％以下，進一步優(yōu)選為0.1重量％以下。
這樣，通過將在使用了上述纖維束的纖維分散液中的粗大纖維的構(gòu)成比率抑制為很低，使得到的海綿狀結(jié)構(gòu)體變得均質(zhì)，另外，在由同一纖維分散液制造多個海綿狀結(jié)構(gòu)體的情況下，沒有個體差異，可以使產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定性良好。
為了使纖維分散液中的纖維的分散性均勻，或者，為了提高制作海綿狀結(jié)構(gòu)體時的結(jié)構(gòu)體的力學強度，分散液中的纖維濃度優(yōu)選相對于分散液總重量為0.001～30重量％。特別是由于結(jié)構(gòu)體的力學強度很大程度地依賴于分散液中的纖維的存在狀態(tài)，即纖維之間的距離，因此優(yōu)選將分散液中的纖維濃度控制在上述范圍內(nèi)。分散液中的纖維濃度更優(yōu)選為0.01～10重量％，進一步優(yōu)選為0.05～5重量％。
為了抑制纖維之間的再凝聚、改善纖維的表面狀態(tài)、提高纖維之間的粘接性、賦予纖維功能性，也可以根據(jù)需要在分散液中使用分散劑等添加劑。作為添加劑的種類，可舉出天然聚合物、合成聚合物、有機化合物和無機化合物等。例如，作為添加到水系分散液中的聚合物系添加劑，可舉出聚羧酸鹽等陰離子系化合物、季銨鹽等陽離子系化合物、聚氧乙烯醚、聚氧乙烯酯等非離子系化合物等。它們可抑制纖維之間的凝聚、提高分散性。作為這種提高分散性的添加劑的分子量，優(yōu)選為1000～50000，更優(yōu)選為5000～15000。
添加劑的濃度相對于分散液總量優(yōu)選為0.00001～20重量％，更優(yōu)選為0.0001～5重量％，進而最優(yōu)選為0.001～1重量％。由此可獲得充分的分散效果。
作為提高納米纖維之間的粘接性、提高結(jié)構(gòu)體強度的添加劑，例如可舉出具有氨基、羧基、異氰酸酯基和羥基的反應(yīng)性聚合物、疏水性聚合物。另外，在海綿狀結(jié)構(gòu)體內(nèi)，作為用于形成孔的物質(zhì)，還可以添加無機鹽。另外，也可以在分散液中添加如后所述的可吸附在纖維表面的功能性物質(zhì)。這些添加劑的濃度可以根據(jù)其目的、用途，以各種濃度添加，優(yōu)選以能使纖維維持結(jié)構(gòu)的范圍的濃度來添加。
接著，為了使纖維分散液中的纖維在分散狀態(tài)下固定、成型為海綿狀結(jié)構(gòu)體，將該纖維分散液放入適當?shù)娜萜骰蚰＞咧?。通過任意變更容器、模具的形狀，可以將海綿狀結(jié)構(gòu)體成型為所希望的形狀。例如，在用本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為細胞支架材料的情況下，為了作為組織再生、植入物使用，可成型為組織、臟器的形狀，為了作為細胞培養(yǎng)用，可成型為柱狀、盤狀、膜狀、中空形狀等各種形狀。
此后，使容器或模具中所裝入的纖維分散液干燥，除去分散介質(zhì)。作為干燥的方法，可舉出自然干燥、熱風干燥、真空干燥及凍干等，但是從成型性方面考慮或者為了形成表觀密度小的海綿狀結(jié)構(gòu)體，優(yōu)選凍干。作為凍干的方法，例如，用液氮、干冰及超低溫致冷器等，在分散介質(zhì)凍結(jié)的溫度以下使分散液凍結(jié)。這樣，纖維分散液以凍結(jié)的狀態(tài)，即，纖維以三維的分散狀態(tài)在分散介質(zhì)的固體中固定。此后，在真空下使分散介質(zhì)升華，此時，纖維保持以三維的分散狀態(tài)被固定，僅除去分散介質(zhì)，因此可以得到表觀密度小、孔隙率高的海綿狀結(jié)構(gòu)體。進而，根據(jù)上述本發(fā)明的方法，通過適當選擇裝入纖維分散液的容器、模具，可以容易地制造所希望形狀的海綿狀結(jié)構(gòu)體，即，本發(fā)明成型性高。
使纖維分散液凍結(jié)的溫度，只要是分散介質(zhì)凍結(jié)的溫度即可，也可以利用凍結(jié)溫度來控制海綿狀結(jié)構(gòu)體的巨大孔結(jié)構(gòu)、纖維的分散狀態(tài)。例如，使用水作為分散介質(zhì)時，只要在水的凝固溫度以下(例如0℃以下)即可凍結(jié)，如果降低凍結(jié)溫度，則作為分散介質(zhì)的水瞬間凍結(jié)，凍結(jié)中形成的冰結(jié)晶變小，有抑制纖維集聚的傾向。其結(jié)果，通過之后的真空化、冰的升華所得到的海綿狀結(jié)構(gòu)體形成微細孔小且非常細密的結(jié)構(gòu)。與此相對，如果凍結(jié)溫度接近0℃，則凍結(jié)慢慢進行，凍結(jié)中形成的冰結(jié)晶變大，進而在該過程中纖維有集聚的傾向。其結(jié)果，通過之后的真空化、冰的升華所得到的海綿狀結(jié)構(gòu)體，很容易形成具有微細孔相互連通的巨大孔的結(jié)構(gòu)。這些冰結(jié)晶的形成、纖維集聚，不僅僅與凍結(jié)溫度，還與凍結(jié)時的降溫速度、溶劑的pH及添加劑等有很大的關(guān)系。即，通過控制凍結(jié)溫度、時間及溶劑的狀態(tài)等，從而可控制海綿狀結(jié)構(gòu)體的巨大孔的直徑、微細孔的連續(xù)性。
例如，如上述那樣使用本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為培養(yǎng)細胞的細胞支架材料時，海綿狀結(jié)構(gòu)體中的巨大孔的數(shù)平均孔徑在500μm以下是理想的。因此，使用水作為分散介質(zhì)、采用凍干來形成海綿狀結(jié)構(gòu)體時，優(yōu)選在-5℃以下的溫度下凍結(jié)。另外，從到被凍結(jié)為止的時間與冰的結(jié)晶化狀態(tài)的關(guān)系考慮，凍結(jié)溫度更優(yōu)選為-20℃以下。另外，作為細胞培養(yǎng)用基材，為了在內(nèi)部保持細胞、保持培養(yǎng)液并且使之流通，該直徑優(yōu)選為10μm以上，從這點考慮，凍結(jié)溫度優(yōu)選為-150℃以上，更優(yōu)選為-80℃以上。凍結(jié)處理優(yōu)選進行到分散介質(zhì)完全凍結(jié)為止，從這點考慮，凍結(jié)時間優(yōu)選為2小時以上，更優(yōu)選為6小時以上。
另外，分散介質(zhì)的升華過程也與巨大孔的直徑的控制、纖維的集聚有很大的關(guān)系，控制升華時的真空度和溫度，在海綿狀結(jié)構(gòu)體的形成中也是重要的。通過提高升華時的真空度，可快速除去溶劑，因而可防止纖維的集聚。另外，通過使升華的溫度為低溫，可防止溶解溶解，由此可防止纖維的集聚。
另外，在海綿狀結(jié)構(gòu)體上設(shè)置巨大孔的情況下，作為控制其孔徑的方法有以下方法。即在纖維分散液中，添加與期望的巨大孔具有同樣的大小和形狀，并且在分散介質(zhì)中不溶解的由無機鹽等構(gòu)成的物質(zhì)(以下有時稱為成孔劑(porogen))，用上述同樣的方法除去分散介質(zhì)后，利用溶劑進行溶解或者通過熱處理等來溶解除去成孔劑的方法。經(jīng)過這種方法，也可以形成期望大小和形狀的巨大孔。
通過以上方法可得到本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，對本發(fā)明中使用的纖維，可根據(jù)所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體的使用用途進行各種處理。作為處理，可舉出加熱處理、冷卻處理、凍結(jié)處理、用酸或堿進行的水解處理、溶劑處理、熱水處理、輝光放電處理、等離子體放電處理、電暈放電處理、γ射線處理、電子束處理、激光處理、紫外線處理、紅外線處理、臭氧處理、加壓處理、減壓處理、加壓蒸氣處理、氣體處理、蒸氣處理、火焰處理、涂敷處理、接枝聚合處理、拉伸處理、真空處理、交聯(lián)處理、化學修飾處理及離子注入等，但不限定于此。
特別地，使用海綿狀結(jié)構(gòu)體作為細胞支架材料時，海綿狀結(jié)構(gòu)體的表面，根據(jù)作為培養(yǎng)目標的細胞的附著、粘附性、成長、增殖、分化誘導及活化等的細胞功能顯現(xiàn)的不同，有時為非自然基質(zhì)。因此，為了形成作為細胞培養(yǎng)支架或組織再生支架等細胞支架材料的適當?shù)谋砻嫘誀?，?yōu)選進行各種處理。例如，涂敷處理或接枝聚合處理等表面處理，在對纖維表面的性狀進行各種改變的方面是重要的，也可以用生物適應(yīng)性的聚合物、生物降解性聚合物以及親水性聚合物等被覆纖維表面。
作為在這些處理中使用的物質(zhì)，可舉出離子性聚合物如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯亞胺、聚賴氨酸及聚丙烯胺等陽離子性聚合物，聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等陰離子性聚合物；聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇、纖維素、瓊脂糖及有機硅等親水性聚合物；聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚對苯二甲酸丁二醇酯等疏水性聚合物等，但不限定于此。另外，也可以將羥基磷灰石、β-磷酸三鈣等陶瓷系無機物質(zhì)，鉭、鈦、鉑、銅及不銹鋼等金屬系無機物質(zhì)涂敷于納米纖維表面。
進行上述涂敷處理或接枝處理的物質(zhì)，優(yōu)選使用有生物適應(yīng)性的物質(zhì)。特別是用細胞支架材料模擬骨髓時，細胞外基質(zhì)成分不僅可以由膠原那樣的蛋白質(zhì)構(gòu)成，也可以由羥基磷灰石構(gòu)成。為此，從模擬骨髓這點來說，用羥基磷灰石涂敷纖維可以說是優(yōu)選的處理。
另外，通過部分水解處理纖維表面，可改變血清蛋白質(zhì)、對細胞培養(yǎng)有用的蛋白質(zhì)對表面的吸附性。由此，也可促進細胞附著、粘附性等細胞功能的顯現(xiàn)，或提高細胞培養(yǎng)密度。
本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，在構(gòu)成海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維呈分散的狀態(tài)下，通過使纖維表面軟化、熔融或溶解、使其再凝固，可使纖維之間部分熔接而粘接。作為這種處理的代表例子可舉出熱處理、電子束處理等，其中最優(yōu)選采用加壓蒸氣處理。這種情況下，優(yōu)選在作為纖維原料使用的合成聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上、熔融溫度以下的溫度條件下進行處理。另外，作為使纖維之間粘接的處理方法，除了上述處理以外，作為優(yōu)選方式還包括利用經(jīng)涂敷處理了的材料進行的粘接、利用溶劑處理進行的溶附。然而，利用經(jīng)涂敷處理了的材料進行的粘接，通過用其它聚合物類被覆纖維，雖然可使纖維之間粘接而提高耐久性，但也會顯著改變纖維本身的物性。另外，通過溶劑處理所進行的溶附，使海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的分散狀態(tài)結(jié)構(gòu)改變的可能性提高。因此，特別是從不改變海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的分散狀態(tài)的方面來說，更優(yōu)選使用熱處理。
上述處理，可以在制作海綿狀結(jié)構(gòu)體之前的狀態(tài)也可以在之后的狀態(tài)的任意時刻進行，但從操作性的觀點考慮，特別優(yōu)選在除去分散介質(zhì)后、利用加壓蒸氣處理來使纖維之間部分粘接。
通過使纖維之間部分粘接，使得在保持海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維的分散狀態(tài)下，可以提高對抗如耐水性、耐壓性那樣的來自外部的物理力的耐久性。
另外，為了最適合地使用本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為細胞支架材料，優(yōu)選使功能性物質(zhì)吸附和/或固定在構(gòu)成海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維的表面。這里所說的吸附，是指利用與水的親和性低而產(chǎn)生的疏水性相互作用等，物質(zhì)和物質(zhì)之間物理結(jié)合的狀態(tài)。另外，固定是指通過共價鍵代表的化學鍵，物質(zhì)和物質(zhì)間相結(jié)合的狀態(tài)。
作為使纖維表面吸附功能性物質(zhì)的方法，使功能性物質(zhì)接觸纖維表面即可。例如，可以在用溶劑溶解功能性物質(zhì)而得到的溶液中浸漬纖維。此時，本發(fā)明中使用的纖維特別是納米纖維，由于比表面積大，而適合產(chǎn)生吸附，通過加熱處理或長時間處理，可以促進吸附。
作為使功能性物質(zhì)固定在纖維表面的方法，可舉出使纖維表面的官能團與功能性物質(zhì)的官能團反應(yīng)，進行共價鍵合、離子鍵合的方法。作為這種功能性物質(zhì)的官能團，可舉出羧基、氨基、巰基、二硫代吡啶基、異氰酸酯基、羥基、苯基迭氮基、重氮碳烯基(diazocarbene group)、肼基、N-羥基琥珀酰亞胺基、酰亞胺酯基、硝基芳基鹵基、咪唑基氨基甲酸基、馬來酰亞胺基、硫代鄰苯二甲酰亞胺基及活化鹵基等。為了在纖維表面引入這種官能團，具有這些官能團的聚合物、分子，可以用作纖維制造時的原料，也可以涂敷吸附在纖維表面。另外，也可以使用具有與兩種不同官能團反應(yīng)的活性基的市售交聯(lián)劑，將活性基引入纖維表面。另外，也可以在纖維表面引入生物素基、親合素基、鏈菌抗生素和聚組氨酸等具有特異結(jié)合性的官能團。
這些功能性物質(zhì)可以吸附/或固定在形成海綿狀結(jié)構(gòu)體之前的纖維上，也可以在形成海綿狀結(jié)構(gòu)體之后吸附/或固定在其構(gòu)成纖維上。具體地說，在將功能性物質(zhì)吸附/或固定于形成海綿狀結(jié)構(gòu)體之前的纖維上的情況下，例如，可以向形成海綿狀結(jié)構(gòu)體之前的纖維分散液中添加功能性物質(zhì)。另外，也可以使作為纖維前體的聚合物合金纖維中含有功能性物質(zhì)。在形成海綿狀結(jié)構(gòu)體之后吸附/或固定于其構(gòu)成纖維上的情況下，可利用涂敷等的后加工來進行。
功能性物質(zhì)本身可直接吸附和/或固定于纖維表面，也可以在將功能性物質(zhì)的前體物質(zhì)吸附和/或固定于纖維表面之后，將該前體物質(zhì)變成所期望的功能性物質(zhì)。具體地說，可舉出在由纖維構(gòu)成的海綿狀結(jié)構(gòu)中含浸有機物，然后通過外部處理使之發(fā)生化學變化的方法。例如，使易溶解性物質(zhì)通過浸浴處理來含浸在由納米纖維構(gòu)成的海綿狀結(jié)構(gòu)體中后，通過氧化還原反應(yīng)、配體取代、抗衡離子交換反應(yīng)、酶反應(yīng)、光化學反應(yīng)及水解反應(yīng)等，變成難溶解性的方法或改變結(jié)構(gòu)成為活化體的方法等。另外，在纖維的紡絲過程中吸附功能性物質(zhì)的前體的情況下，還可采用在紡絲過程中預先制作耐熱性高的分子結(jié)構(gòu)，通過后加工而恢復為顯現(xiàn)功能性的分子結(jié)構(gòu)的方法。
在使功能性物質(zhì)吸附在纖維表面的情況下，優(yōu)選使用納米纖維。由此，不僅使比表面積飛躍性地增大，而且使海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維之間形成無數(shù)的幾nm～幾百nm的空間。結(jié)果顯示出以往的微纖維那樣的纖維所不具有的、納米纖維特有的優(yōu)異的吸附、吸收特性，可在納米纖維上以高密度吸附、保持功能性物質(zhì)。并且，作為海綿狀結(jié)構(gòu)體，可最大限度地顯現(xiàn)功能性物質(zhì)所具有的功能。
另外，功能性物質(zhì)是指可提高作為細胞支架材料的功能的所有物質(zhì)。例如，吸濕劑、保濕劑、疏水劑、保溫劑、表面改性劑及潤滑劑等也可作為功能性物質(zhì)使用。更具體地說，從改良納米纖維的表面物理性質(zhì)或生物學性質(zhì)的觀點考慮，可以使用氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素類、甾體類、糖類、多胺及光催化劑那樣的聚合物、低分子物質(zhì)及藥物等。
為了制作使用本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為細胞支架材料來用于細胞醫(yī)療、再生醫(yī)療的最適合的形態(tài)，優(yōu)選在纖維表面吸附和/或固定作為功能性物質(zhì)的對細胞附著、細胞增殖、分化及活化等的細胞功能顯現(xiàn)產(chǎn)生直接影響的那樣的蛋白質(zhì)。作為該蛋白質(zhì)，可舉出對細胞吸附、細胞增殖及細胞功能重要的功能蛋白質(zhì)如細胞因子等。細胞因子是指非常微量的通過細胞表面特異性受體而發(fā)揮生理活性的蛋白質(zhì)，是承擔免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)、病毒感染細胞、腫瘤細胞的障礙、壞死及細胞的增殖、分化的蛋白質(zhì)的總稱。
細胞因子包括白細胞介素、增殖因子、趨化因子、腫瘤壞死因子及干擾素等。具體地說，可舉出胰島素、IGF(胰島素樣生長因子)-I、IGF-II、EGF(上皮生長因子)、TGF(轉(zhuǎn)化生長因子)-α、TGF-β1、TGF-β2、FGF(纖維芽細胞生長因子)-1、FGF-2、FGF-3、FGF-4、FGF-5、FGF-6、FGF-7、FGF-8、FGF-9、FGF-10、FGF-11、FGF-12、FGF-13、FGF-14、FGF-15、FGF-16、FGF-17、FGF-18、FGF-19、VEGF(血管內(nèi)皮細胞生長因子)-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、NGF(神經(jīng)生長因子)、IL(白細胞介素)-1α、IL-1β、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、IL-9、IL-10、IL-11、IL-12、IL-13、IL-14、IL-15、IL-16、IL-17、IL-18、GM-CSF(粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子)、G-CSF(粒細胞集落刺激因子)、M-CSF(巨噬細胞集落刺激因子)、SCF(干細胞因子)、FL(flt-3配體)、血管生成素(angiopoietin)、EPO(促紅細胞生成素)、TPO(血小板生成素)、OSM(制瘤素)、LIF(白血病抑制因子)、活化素、抑制素、BMP(骨形成蛋白質(zhì))、PDGF(血小板源性生長因子)、HGF(肝細胞生長因子)、TNF(腫瘤壞死因子)-α、TNF-β、Fas-L(Fas-配體)、CD40配體、MIP(巨噬細胞炎癥蛋白)、MCP(單核細胞化學誘導蛋白)、IFN(干擾素)α、IFN-β、IFN-γ、GDNF(神經(jīng)膠質(zhì)細胞來源的神經(jīng)營養(yǎng)因子)和血管生成素等，但不限定于此。
另外，作為細胞因子以外的給細胞帶來影響的蛋白，可舉出Notch配體(Delta1～3、jagged/serrate1、2)，抗CD3抗體、抗CD28抗體等刺激抗體，T細胞受體(TCR)，Wnt分泌型蛋白、和Tie受體等，這些是可以使用的。
除此以外，作為對細胞培養(yǎng)、組織再生有效的蛋白質(zhì)，有細胞外基質(zhì)或與被稱作粘附因子的細胞的粘附相關(guān)的蛋白質(zhì)，將這種蛋白質(zhì)吸附和/或固定于納米纖維上，從細胞培養(yǎng)、組織再生方面來說也是有效率的。
所謂細胞外基質(zhì)是指細胞合成的在細胞外分泌、積蓄的生物高分子化合物的復雜的集合體。即，相當于沉積在細胞周邊的組織的結(jié)構(gòu)支持體，可調(diào)整細胞粘附、細胞骨骼的取向、細胞形態(tài)、細胞移動、細胞增殖、細胞內(nèi)代謝及細胞分化。作為細胞外基質(zhì)，例如可舉出纖維粘連蛋白、層粘連蛋白、膠原、葡糖胺聚糖(硫酸乙酰肝素、透明質(zhì)酸等)、肝素、殼質(zhì)、殼聚糖等。
所謂粘附因子是指存在于細胞表面，與細胞-細胞間及細胞-細胞外基質(zhì)的粘附有關(guān)的因子。作為與細胞-細胞間粘附有關(guān)的因子，可舉出鈣粘蛋白家族、Ig超家族、選擇素家族及唾液粘蛋白家族等。另外，作為與細胞-細胞外基質(zhì)間粘附有關(guān)的因子可舉出整合素家族。
具體來說，作為人工合成的肽、細胞外基質(zhì)的全部或部分蛋白質(zhì)、轉(zhuǎn)基因蛋白質(zhì)，可舉出三洋化成工業(yè)制“プロネクチン F”(注冊商標)、“プロネクチン L”(注冊商標)和寶酒造制“レトロネクチン”(注冊商標)等。
上述蛋白質(zhì)可以單獨使用也可以2種以上組合使用。
作為細胞支架材料，有時也優(yōu)選使暫時吸附于纖維表面的上述功能性物質(zhì)被緩慢釋放。這是因為有時也只有通過釋放功能性物質(zhì)，才能夠?qū)毎x予功能。
在用納米纖維構(gòu)成細胞支架材料的情況下，在纖維表面以高密度被吸附、保持的功能性物質(zhì)，或在纖維之間被吸收、保持的功能性物質(zhì)，經(jīng)過長時間，顯示出從纖維表面或纖維之間釋放的緩釋性。因此，納米纖維表面吸附的或納米纖維間吸收的蛋白質(zhì)等功能性物質(zhì)，顯示出在吸附或吸收后經(jīng)過長時間釋放到培養(yǎng)液中的性質(zhì)等。被釋放的量、時間受納米纖維的表面性質(zhì)、吸附或吸收的功能性物質(zhì)的量、功能性物質(zhì)本身的性質(zhì)、pH、溫度及鹽濃度等環(huán)境的影響。
例如，作為利用疏水性相互作用而被吸附的功能性物質(zhì)，納米纖維表面越接近親水性，其越容易被釋放。作為提高這種緩釋性的嘗試，可以使用親水性聚合物作為納米纖維材料，或為了調(diào)節(jié)納米纖維表面為親水性，也可以采用例如將納米纖維表面用鹽酸或氫氧化鈉等進行水解的方法；將納米纖維表面用親水性聚合物涂敷的方法等。這種情況下，需要考慮吸附性和緩釋性的平衡。
另外，在使納米纖維表面吸附的功能性物質(zhì)緩慢釋放到溶液中時，通過形成容易緩慢釋放的環(huán)境，例如，通過向培養(yǎng)液等的溶液中添加高分子量蛋白等高吸附性物質(zhì)，可增加功能性物質(zhì)從納米纖維的釋放量。作為以上述目的添加到細胞培養(yǎng)液等溶液中的高吸附性物質(zhì)，可舉出白蛋白、血清蛋白、乳蛋白、脫脂乳及脂質(zhì)等，通過調(diào)整上述高吸附性物質(zhì)的添加量，可以調(diào)整蛋白質(zhì)的釋放量及緩釋時間。另外，作為所使用的納米纖維的材料，在利用聚乳酸等分解性聚合物的情況下，也可以伴隨聚合物本身的分解，緩慢釋放所吸附或吸收的蛋白質(zhì)。進而，也可以在將明膠等分解性物質(zhì)吸附保持在納米纖維表面后，使其吸附或吸收、緩慢釋放功能性物質(zhì)。
含本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料，適用于細胞培養(yǎng)用或組織再生用。所謂細胞培養(yǎng)用是指在支架材料上能產(chǎn)生細胞的增殖、粘附、游走及分化等功能顯現(xiàn)的用途。另外，所謂組織再生用是指使作用相似的細胞集團作為集合體起作用而成的組織在生物體內(nèi)和生物體外形成在支架材料上的用途，也可以通過在細胞支架材料上集合各種組織來形成器官。
具體地說，采用含有本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料，可培養(yǎng)1種以上的下述細胞，例如，造血干細胞、神經(jīng)干細胞、間葉系干細胞、中胚葉系干細胞、ES細胞(胚性干細胞)、多能性干細胞、CD34陽性細胞、免疫系細胞、血球系細胞、神經(jīng)細胞、血管內(nèi)皮細胞、纖維芽細胞、上皮細胞、肝細胞、胰β細胞、心肌細胞、成骨細胞、軟骨細胞、成肌細胞、骨髓細胞、羊膜細胞及臍帶血細胞等生物體來源的細胞、NIH3T3細胞、3T3-L1細胞、3T3-E1細胞、Hela細胞、PC-12細胞、P19細胞、CHO(中國地鼠卵巢)細胞、COS細胞、HEK細胞、Hep-G2細胞、CaCo2細胞、L929細胞、C2C12細胞、Daudi細胞、Jurkat細胞、KG-1a細胞、CTLL-2細胞、NS-1細胞、MOLT-4細胞、HUT78細胞和MT-4細胞等株化細胞、或作為抗體產(chǎn)生細胞的各種雜交瘤細胞株和將上述細胞經(jīng)基因工程學改變的細胞等。
即，含有本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料，作為其用途，可以用作細胞培養(yǎng)的袋、瓶、盤、孔、皿、碟、碟(dish)、板、多孔，多孔培養(yǎng)板、載玻片、膜、柱、罐、瓶、中空絲、無紡布、球狀、粒狀及薄片狀等成型體的一部分或全部；神經(jīng)、心臟、血管、軟骨、皮膚、角膜、腎臟、肝臟、毛發(fā)、心肌、肌肉、腱等組織再生及移植用組織形成時使用的細胞支架材料用的成型體的一部分或全部；動脈瘤線圈、栓塞物質(zhì)、人工神經(jīng)、人工粘膜、人工食管、人工氣管、人工血管、人工瓣膜、人工胸壁、人工心膜、人工心肌、人工橫膈膜、人工腹膜、人工韌帶、人工腱、人工角膜、人工皮膚、人工關(guān)節(jié)、人工軟骨、牙科材料及眼內(nèi)晶狀體等生物內(nèi)埋入用醫(yī)療成型體的一部分或全部；外科用縫合線、外科用補填材料、外科用增強材料、創(chuàng)傷保護材料、防止粘連材料、骨折接合材料、導管、注射器、輸液·血液袋、血液過濾器及體外循環(huán)用材料等醫(yī)療操作所使用的成型體的一部分或全部；以及接觸透鏡、眼內(nèi)晶狀體等材料和成型體的一部分或全部。另外，這些成型體不僅可用于醫(yī)療用途，也可以用于實驗用途、分析用途。
在將含有本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料的成型為所期望形狀，作為培養(yǎng)支架在生物體外進行細胞培養(yǎng)和組織培養(yǎng)的情況下，作為細胞培養(yǎng)液，例如可以使用極限必需培養(yǎng)基(MEM、Minimum EssentialMedium)、Eagle基礎(chǔ)培養(yǎng)基(BME、Basal Medium Eagle)、199培養(yǎng)基(Media 199)、Dulbecco改良的Eagle培養(yǎng)基(D-MED、Dulbecco’s modifiedEagle’s medium)、α-極限必需培養(yǎng)基(α-MEM、α-Minimum EssentialMedium)、Ham F-10營養(yǎng)培養(yǎng)基(Ham’s F-10、F-10 Nutrient Mixture)、Ham F-12營養(yǎng)培養(yǎng)基(Ham’s F-12、F-12 Nutrient Mixture)、RPMI1640培養(yǎng)基、L-15培養(yǎng)基、Iscove改良的Dulbecco培養(yǎng)基(IMDM、Iscove’sModified Dulbecco’s Medium)、ES培養(yǎng)基、MCDB 131培養(yǎng)基、CMRL1066培養(yǎng)基、DM-160培養(yǎng)基、Fisher培養(yǎng)基、StemSpan培養(yǎng)基、StemPro培養(yǎng)基、雜交瘤無血清培養(yǎng)基等市售的細胞培養(yǎng)液、磷酸緩沖液、醋酸緩沖液、Tris-鹽酸緩沖液、碳酸緩沖液、甘氨酸-鹽酸緩沖液、檸檬酸緩沖液、HEPES緩沖液、MOPS緩沖液及Hanks緩沖液等各種緩沖液及它們的混合物，可以使用對作為培養(yǎng)目的的細胞最適合的細胞培養(yǎng)液，但并不限定于此。
另外，在這些培養(yǎng)液中，可以添加牛血清、胎牛血清、馬血清及人血清等血清、血漿成分、白細胞介素、干擾素及胰島素等細胞因子、丙氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、脯氨酸、精氨酸、組氨酸及賴氨酸等氨基酸、鐵轉(zhuǎn)運蛋白、硒、巰基乙醇、抗壞血酸等添加物。
使用本發(fā)明細胞支架材料進行細胞培養(yǎng)時，在靜置狀態(tài)下、流動狀態(tài)下均可。作為流動狀態(tài)，可通過懸浮培養(yǎng)、循環(huán)培養(yǎng)、旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)及攪拌培養(yǎng)等進行培養(yǎng)。另外，在細胞培養(yǎng)時，可以在5％CO2培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，或在透氣性袋內(nèi)培養(yǎng)，或?qū)⒑斜景l(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料組裝入柱內(nèi)進行培養(yǎng)，或采用加入有細胞懸浮液的儲存器(reservoir)、利用市售的人工肺等的氧負荷裝置、組裝有用于交換培養(yǎng)基的透析柱等的灌流培養(yǎng)系統(tǒng)來進行細胞培養(yǎng)。另外，將細胞本身或細胞懸浮液添加到本發(fā)明的細胞支架材料中的情況下，為了在三維海綿狀結(jié)構(gòu)體中均勻地接種細胞，可以使用前端具有細針等的注射器狀工具在海綿狀結(jié)構(gòu)體內(nèi)添加細胞。也可以在將海綿狀結(jié)構(gòu)體置于低壓狀態(tài)后，添加細胞進行均勻接種。另外，接種細胞之后，振蕩海綿狀結(jié)構(gòu)體，可使細胞均勻存在于結(jié)構(gòu)體內(nèi)。
上述細胞培養(yǎng)用的培養(yǎng)液和添加物，可以預先浸漬在含有本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料中，向其中添加細胞進行細胞培養(yǎng)。通過采用這樣方法，可以提高所培養(yǎng)細胞的操作性。
細胞支架材料可以是單獨的本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，也可以是在其它的基材上疊層該海綿狀結(jié)構(gòu)體而成的結(jié)構(gòu)?；氖侵富⒒A(chǔ)或基盤，能發(fā)揮支撐海綿狀結(jié)構(gòu)體、使形狀穩(wěn)定化的作用的材料?；牡男螤钍瞧瑺?、立體結(jié)構(gòu)均可，優(yōu)選實際用作細胞培養(yǎng)用器具或醫(yī)療用器具時的形狀。
含有本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料，可應(yīng)用于以干細胞移植為代表的細胞醫(yī)療、再生醫(yī)療中使用的移植用細胞的制備。例如，近年來，對于白血病等嚴重的血液疾病，代替骨髓移植，特別地可進行使用臍帶血作為供給源的造血干細胞移植。使用臍帶血的移植，主要用于急性淋巴性白血病(ALL)、急性骨髓性白血病(AML)、再生不良性貧血、先天性免疫不全癥及先天性代謝異常疾病等的治療。與骨髓移植、末梢血干細胞移植相比，移植后的移植物抗宿主反應(yīng)(GVHD)較輕，另外，由于增殖能力旺盛，即使只有骨髓移植時所用的細胞數(shù)的1/10左右的細胞數(shù)也可進行移植。然而，臍帶血所含的干細胞的總細胞的絕對數(shù)少，難以確保成人的造血干細胞的移植發(fā)育所必要的細胞數(shù)，因此目前為止的移植主要針對兒童進行。為此，例如，通過采用本發(fā)明的模擬生物體內(nèi)環(huán)境的細胞支架材料，使臍帶血中的造血干細胞和前體細胞在未分化狀態(tài)下維持且增殖，可確保盡可能地移植給成人的干細胞、前體細胞，可實現(xiàn)對成人的干細胞移植等的適應(yīng)擴大、避免移植發(fā)育不全、促進造血恢復、減少輸血量、向多個患者的移植、向一個患者進行多次移植及縮短患者住院時間，實現(xiàn)更安全的移植。除此以外，本發(fā)明的模擬生物體內(nèi)環(huán)境的細胞支架材料也可用于下述移植用細胞的培養(yǎng)，所述移植用細胞是用于癌免疫治療的輔助T細胞、殺傷T細胞和樹狀細胞等。這樣，為了培養(yǎng)干細胞、前體細胞或免疫細胞，優(yōu)選在含有本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料中吸附、緩慢釋放作為能誘發(fā)細胞增殖、細胞分裂等功能的蛋白質(zhì)的一種的細胞因子。
在使用本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為細胞培養(yǎng)用的細胞支架材料的情況下，可以培養(yǎng)對各種疾病、病患有效的細胞來制備細胞制劑。細胞制劑是指加工組織、細胞的醫(yī)療品、醫(yī)療用具。細胞制劑的制造方法，包括細胞分離、細胞增殖、對細胞的刺激、對細胞的分化誘導和對細胞凋亡的誘導等用于將細胞加工成作為細胞制劑對疾病、病患有效的形態(tài)的所有工序。
在制造細胞制劑時，首先，采取成為細胞群供給源的組織、體液等。作為這些細胞群的供給源，優(yōu)選來自于人，但并不限定于此。作為這種細胞群的供給源，可舉出末梢血、臍帶血、骨髓液、羊膜組織、胎盤組織、生殖巢、G-CSF動員的末梢血及胎兒組織等，但不限定于此。作為供給源，特別是使用體液等時，一般在培養(yǎng)前預先用離心法、單位重力沉淀法和離心篩選法等，得到細胞培養(yǎng)時的多余成分被排除了的均勻的細胞群。進而，優(yōu)選在細胞培養(yǎng)前，預先采用流式細胞儀、磁珠法及親和柱法等細胞分離方法，獲得作為移植目標的細胞的純度高的細胞群。進行上述的各種加工后，通過采用含有本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的細胞支架材料，進行細胞培養(yǎng)、組織再生，可以高純度地得到作為細胞制劑的必要的細胞。
在制造細胞制劑時，優(yōu)選采用細胞支架材料來培養(yǎng)細胞之后進行再次細胞分離。由此可高純度地得到大量目標的有用的細胞，可以制造效果優(yōu)異的細胞制劑。
本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體也可以用作插入生物體內(nèi)的植入材料。通過在與骨、神經(jīng)、肌肉等組織、臟器的形狀相對應(yīng)的形狀的海綿狀結(jié)構(gòu)體上促進各種功能細胞的活性，可使細胞三維分布，控制功能細胞，同時促進特定形狀的組織、臟器的再生、重建。
如上所述，由于本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體的表觀密度小、孔隙率高，所以除了可用于上述的絕熱材料、隔音材料、細胞支架材料以外，還可用于緩沖材料、保水材料、液晶等所用的光反射板等產(chǎn)業(yè)資料用途、生活資料用途。例如可舉出車內(nèi)部裝飾用的墊、頂棚材料、建材、擦拭物、拭污片、健康用品、IT部件用的傳感器部件等。
另外，由于有網(wǎng)眼狀結(jié)構(gòu)的微細孔，因此適用于過濾器，可應(yīng)用于從面罩等生活資料用途到空氣過濾器、液體過濾器等產(chǎn)業(yè)用途，血液過濾器等醫(yī)療用途。例如可舉出潔凈室用、汽車用、工廠、焚燒場等的排氣用、住宅用等的空氣過濾器，化學處理、食品、藥品、醫(yī)療用的液體過濾器，HEPA、ULPA過濾器所適用的領(lǐng)域。
進而，不僅適用作過濾器，也適用作能發(fā)揮海綿狀結(jié)構(gòu)體的柔軟性、表面平滑性、擦拭性的擦拭、拋光、研磨用的海綿，當然也適用于美容用的化妝用具、卸妝片、皮膚護理片、醫(yī)用的體外循環(huán)柱、橡皮膏、貼片(patch)材料等。
接著，說明本發(fā)明的由超細纖維形成的粉末的詳細情況，及優(yōu)選的實施方式。
本發(fā)明粉末與一般的無機粒子同樣，是以干燥狀態(tài)成為粒狀結(jié)構(gòu)的粉末。形狀呈從近圓球狀到扁平狀、棒狀等形態(tài)，對其形狀沒有特殊限定。
本發(fā)明的粉末是通過將與海綿狀結(jié)構(gòu)體的說明中同樣的纖維(但是，數(shù)平均直徑不同)保持無定向的狀態(tài)進行凝集或相互纏結(jié)等而形成粒狀結(jié)構(gòu)的粉末。這里，“保持無定向的狀態(tài)進行凝集”是指粉末中的單纖維之間以分散狀態(tài)存在，且單纖維之間的交差點通過分子間力、氫鍵等而結(jié)合的狀態(tài)。另外，“相互纏結(jié)”是指單纖維之間的交差點通過單纖維之間的纏結(jié)而結(jié)合的狀態(tài)。另外，作為本發(fā)明的粉末的一個例子，后述實施例34所得的粉末的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片如圖5、圖6所示。
構(gòu)成本發(fā)明的粉末的纖維，其數(shù)平均直徑為1～500nm是重要的。通過使纖維的數(shù)平均直徑在上述范圍內(nèi)，使得在制造工序中纖維容易分散在分散介質(zhì)中，因此纖維在粉末中不會偏分布而容易均勻存在，另外，還具有容易得到表觀密度小、孔隙率高的粉末的優(yōu)點。纖維的數(shù)平均直徑優(yōu)選為1～200nm，更優(yōu)選為1～100nm。另外，纖維的數(shù)平均直徑與海綿狀結(jié)構(gòu)體中說明的同樣，可以通過SEM來觀察粉末表面，算出單纖維的直徑而求出。
另外，本發(fā)明的粉末的數(shù)平均粒徑為1～1000μm。通過處于所述粒徑范圍，在配合于樹脂、涂料及化妝品等時，可以分散性良好地配合，進而在涂抹這些粉末時，粉末之間不會凝集變成為塊(dam)，可以均勻地涂布。數(shù)平均粒徑更優(yōu)選為1～200μm，進一步優(yōu)選為1～100μm以下。
在本發(fā)明中，粉末的數(shù)平均粒徑可按以下方法求出。即，由上述粉末SEM觀察的照片，采用市售的圖像處理軟件，以球換算來計算出粉末的粒徑，求出其簡單平均值。這時，對同一視野內(nèi)隨機抽出的150個粉末的粒徑進行解析，計算出數(shù)平均值。
作為構(gòu)成本發(fā)明的粉末的纖維種類，與海綿狀結(jié)構(gòu)體同樣，其中，優(yōu)選熱塑性聚合物。另外，也可以在聚合物中含有粒子、阻燃劑、抗靜電劑等添加物。另外，也可以在不損壞聚合物的性質(zhì)的范圍內(nèi)與其它成分進行共聚。
以下，對本發(fā)明的粉末的制造方法進行說明。
本發(fā)明的粉末的制造方法基本與海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法相同，使上述的數(shù)平均直徑處于特定范圍的纖維分散在分散介質(zhì)中，來準備纖維分散液，干燥該纖維分散液，除去分散介質(zhì)。此時，為了將最終得到的纖維分散體制成上述的粒徑的粉末形狀，需要使用數(shù)平均直徑為1～500nm的纖維作為在分散介質(zhì)中分散的纖維，而且需要在將纖維分散液進行粒化后，進行干燥以除去分散介質(zhì)。
另外，將分散介質(zhì)中分散的纖維剪切為希望的纖維長度，分散于分散介質(zhì)中，此時，基于與海綿狀結(jié)構(gòu)體同樣的理由，優(yōu)選使直徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率為3％重量以下。
作為干燥纖維分散液、除去分散介質(zhì)的干燥方法，可舉出自然干燥、熱風干燥、真空干燥、凍干等。例如，可以通過將纖維分散液凍結(jié)后，將其粉碎或用各種方法使之成型為球狀，進而進行凍干，來得到本發(fā)明的粉末，但是，為了獲得更小粒徑的粉末，優(yōu)選用噴霧干燥來得到本發(fā)明的粉末。噴霧干燥中采用噴霧干燥裝置，一邊將分散液形成細小液滴進行噴霧，一邊用熱風除去分散介質(zhì)，捕集粉末。由此，纖維在基本近似于球形的狀態(tài)下聚集，得到粉末。作為制成液滴的噴霧方法，可采用用噴嘴進行噴霧的方法、用旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)液滴的方法等各種方法。
本發(fā)明的粉末的數(shù)平均粒徑為1～1000μm，通過噴霧干燥制成粉末時，通過調(diào)整液滴的直徑、纖維分散液中的纖維濃度、纖維的纖維徑等，可以將粉末粒子的數(shù)平均粒徑控制為1～1000μm。即，因為粉末粒徑不會比液滴的直徑大，因此可以通過主要調(diào)節(jié)液滴的直徑和纖維分散液的纖維濃度，來控制粉末的數(shù)平均粒徑。另外，液滴的直徑，在用噴嘴進行噴霧的方法的情況下，通過噴嘴的結(jié)構(gòu)、噴霧速度進行調(diào)整；在用旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)液滴的方法的情況下，通過分散液的滴加速度、盤的轉(zhuǎn)數(shù)等進行調(diào)整。
進而，基于與海綿狀結(jié)構(gòu)體同樣的理由，優(yōu)選在除去分散介質(zhì)之后，使凝集或纏結(jié)的纖維表面軟化、熔融或溶解、再凝固，由此使纖維之間部分熔接而粘接。
另外，在準備纖維分散液時，以及干燥、除去分散介質(zhì)時，與海綿狀結(jié)構(gòu)體中的說明同樣，因此省略說明。
如上所述那樣得到的本發(fā)明的粉末由于粒徑小，因此例如適宜在制造涂料、化妝品時使用。
在將本發(fā)明的粉末用于涂料的情況下，該涂料可由本發(fā)明的粉末和溶劑構(gòu)成，本發(fā)明的粉末分散在溶劑中。進而，可以在涂料中配合調(diào)整粘性的粘性調(diào)節(jié)劑和提高分散性的分散劑等各種添加劑。對溶劑、各種添加劑的種類沒有特殊限制，可按照目的、用途適當?shù)剡x定。作為溶劑例如可舉出以下的有機溶劑等，有醇類、酯類、二醇類、甘油類、酮類、醚類、胺類、乳酸·丁酸等低級脂肪酸類、吡啶、四氫呋喃、糠醇、乙腈類、乳酸甲酯、乳酸乙酯等，它們可以單獨使用也可以2種以上組合使用。
另一方面，將本發(fā)明的粉末用于化妝品時，該化妝品可由本發(fā)明的粉末和各種有效成分、溶劑等構(gòu)成。其形態(tài)可以是液態(tài)，也可以是固態(tài)。
作為溶劑，可舉出水、油、有機溶劑等，可以適當組合使用。作為油，有亞麻仁油、玉米油、橄欖油、向日葵油、菜籽油、芝麻油、大豆油、可可油、椰油、棕櫚油、木蠟等天然油或石蠟、凡士林、地蠟、液體石蠟、角鯊烷、蠟、高級脂肪酸、有機硅油、交聯(lián)有機硅油等，可以單獨使用也可以2種以上組合使用。作為有機溶劑，可以使用與在粉末中敘述的同樣的有機溶劑，可以單獨使用也可以2種以上組合使用。
作為有效成分，有各種氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素類等，具體可舉出透明質(zhì)酸、曲酸、膠原、神經(jīng)酰胺、角鯊烷、卵磷脂、作為維生素C的主成分的抗壞血酸、作為維生素E的主成分的生育酚等賦予皮膚保濕性、滋潤、保持皮膚水潤的各種成分。
如上所述，本發(fā)明的粉末可用作涂料以及化妝品等的填料，本發(fā)明的粉末也可用作樹脂的填料。另外，本發(fā)明的粉末，利用其表面積，可用作吸附劑、保水劑等，進而，也適合于醫(yī)療、衛(wèi)生等各領(lǐng)域的粉末材料等。
實施例 以下使用實施例來詳細說明本發(fā)明。另外，實施例中的測定方法采用以下的方法。
A.聚合物的熔融粘度 利用東洋精機制作所制造的キヤピログラフ1B來測定聚合物的熔融粘度，另外，從樣品投入開始到測定開始的聚合物的保留時間為10分鐘。
B.聚合物的熔點 使用Perkin Elmaer公司制的DSC-7，將2nd run時顯示聚合物的熔融的峰頂溫度作為聚合物的熔點。此時的升溫速度為16℃/分鐘，樣品量為10mg。
C.聚合物合金纖維的烏斯特(Uster)斑(U％) 使用ツエルベガ一ウスタ一株式會社制造的USTER TESTER 4，在給絲速度200m/分鐘、正常模式下進行測定。
D.海綿狀結(jié)構(gòu)體和粉末的SEM觀察 在樣品上蒸鍍鉑，用超高分辨率電離放射掃描型電子顯微鏡觀察。
SEM裝置日立制作所(株)制造UHR-FE-SEM E用TEM進行纖維的橫截面觀察 使用分散前的纖維束，沿其橫截面方向切出超薄切片，用TEM觀察纖維的橫截面。另外，根據(jù)需要實施金屬染色。
TEM裝置日立制作所(株)制造H-7100FA型 F.纖維的數(shù)平均直徑 聚合物合金纖維中的島成分的數(shù)平均直徑、纖維束的單纖維(納米纖維)的數(shù)平均直徑按下述方法求出，即，用上述E項中的TEM，采用一個視野中觀察到聚合物合金的至少300個島成分、纖維束的至少300根單纖維的倍率進行觀察，對所觀察的照片用圖像處理軟件(WINROOF)，求出島或單纖維各自的直徑的簡單平均值。此時，對同一視野中隨機抽出的300個島成分、或300根單纖維的直徑進行解析，用于計算。
另一方面，構(gòu)成海綿狀結(jié)構(gòu)體或粉末的單纖維的數(shù)平均直徑按下面的方法求出。即，用上述D項中的SEM，采用一個視野中至少觀察到150根以上的單纖維的倍率進行觀察，由所觀察的照片，用圖像處理軟件(WINROOF)，以垂直于纖維長度方向的方向的纖維寬度作為纖維的直徑，求其簡單平均值。此時，對同一視野中隨機抽出的150根纖維的直徑進行解析，用于計算。
G.纖維束中的單纖維的纖維構(gòu)成比率 利用上述纖維束中單纖維的直徑分析，將纖維束中的各單纖維徑記作di，算出其平方和(d12+d22+··+dn2)＝∑di2(i＝1～n)。此外，將纖維束中直徑大于500nm的單纖維的各直徑記作Di，算出其平方和(D12+D22+··+Dm2)＝∑Di2(i＝1～m)，通過算出∑Di2相對于∑di2的比率，作為粗大纖維相對于總纖維的面積比率，即纖維構(gòu)成比率。
H.纖維的力學特性(分散前) 在室溫(25℃)下，使起始樣品長度＝200nm，牽引速度＝200nm/分鐘，按JIS L1013所示的條件求出負載-伸長曲線。然后，用斷裂時的負載值除以初始纖度，以此作為強度，用斷裂時的伸長除以初始樣品長度的比率，作為伸長率。
I.海綿狀結(jié)構(gòu)體的表觀密度 將海綿狀結(jié)構(gòu)體切成例如立方體、長方體等形狀，采用直尺或游標卡尺等測定各邊的大小，求出該海綿狀結(jié)構(gòu)體的體積，將其記作V(cm3)。另外，測定切出的該結(jié)構(gòu)體的重量，將其記作W(g)。通過用W除以V，得到表觀密度ρa。
J.海綿狀結(jié)構(gòu)體的孔隙率 使用求上述表觀密度時使用的體積V(cm3)和W(g)，并使用形成海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維的比重Sg(g/cm3)，根據(jù)下式求出。
Fv(％)＝(W/Sg)/V×100 (1) 此時，在含有纖維以外的其它成分例如添加劑等的情況下，在考慮該添加劑的密度和重量的基礎(chǔ)上，例如采用下述(2)式來求出孔隙率。在進而含有多種添加劑的情況下，也可用同樣的方法求出孔隙率。
Fv(％)＝((Wf/Sf)+(Wt/St))/V×100 (2) 此處，Wf纖維的重量、Sf纖維的比重、Wt添加劑的重量、St添加劑的比重。
K.海綿狀結(jié)構(gòu)體中微細孔的數(shù)平均孔徑 首先，在上述D項中拍攝的SEM照片上，在任意位置畫出邊長為50mm的正方形的框。進而，為了將框內(nèi)的纖維圖像輸入到圖像處理軟件(WINROOF)中，對圖像進行二值化處理，在輸入的圖像上以均等間隔擺放任意的8條以上的亮度分布測定用線，測定線上的各纖維的亮度分布。在表面亮度高的一方選擇10根纖維，求出其亮度的平均值記作平均高亮度Lh。將平均高亮度Lh的50％亮度記作閾值Lu，亮度Lu以下的纖維通過圖像處理(閾值功能)消除(用該處理選擇表面部分附近的孔)。所選的纖維包圍的面積Ai(nm2)通過圖像處理全部測定出(手工或計算機自動方式均可)。用Ai除以孔數(shù)n，由該值計算出圓換算直徑，從而可以求出數(shù)平均孔徑。
L.海綿狀結(jié)構(gòu)體中的巨大孔的數(shù)平均孔徑 在上述D項拍攝的SEM照片中，在纖維凝集形成的壁結(jié)構(gòu)所包圍的孔中，任意選取50個圓換算直徑為1μm以上的孔，求出50個的圓換算直徑的和，求出簡單平均值。
M.海綿狀結(jié)構(gòu)體的熱導率 熱導率根據(jù)JIS-A1412-2(1999)中記載的《熱絕緣材料的熱阻及熱導率的測定方法-第2部熱流計法》進行測定。將邊長20cm的樣品夾在保護熱板中，從室溫至80℃間測定至少2點以上的熱導率，求出測定溫度與所求值的一次函數(shù)直線，外推求出溫度為0℃的熱導率的值λ0。
N.海綿狀結(jié)構(gòu)體的吸音率 吸音率根據(jù)JIS-A1405(1999)中記載的《垂直入射吸音率測定法》進行測定。測定范圍的頻率為100～2000Hz(A音管)、800～5000Hz(B音管)，在A音管的情況下，樣品的大小為91.6mm_，在B音管的情況下，樣品的大小為40.0mm_。
O.粉末的數(shù)平均粒徑 用上述D項的SEM，以1個視野中至少觀察到150個粉末的倍率進行觀察，根據(jù)所觀察的照片，用圖像處理軟件(WINROOF)，按球換算計算出粉末的粒徑，求其簡單平均值。此時，對同一視野內(nèi)隨機抽出的150個粉末的粒徑進行解析，用于計算。
<分散液的制造例1> 將熔融粘度57Pa.s(240℃、剪切速度2432sec-1)、熔點220℃的N6(20％重量)與重均分子量12萬、熔融粘度30Pa.s(240℃、剪切速度2432sec-1)、熔點170℃的聚L乳酸(光學純度99.5％以上)(80％重量)，用雙螺桿混煉擠出機在220℃進行熔融混煉，得到聚合物合金片(chip)。另外，N6在262℃、剪切速度121.6sec-1時的熔融粘度為53Pa.s。此外，該聚L乳酸在215℃、剪切速度1216sec-1時的熔融粘度86Pa.s。另外，此時的混煉條件如下。
聚合物的供給分別計量N6和聚L乳酸，分別供給到混煉機中。
螺桿型同向完全齒合型，2根螺桿 螺桿直徑37mm，有效長度1670mm L/D45.1 混煉部長度比螺桿有效長度的1/3處更靠近出口側(cè) 溫度220℃ 通氣口2處 將該聚合物合金片在230℃的熔融部中熔融，并導入到紡絲溫度230℃的紡絲組件(spin block)中。然后，用截止過濾徑為15μm的金屬無紡布過濾聚合物合金熔融體，從口模面溫度為215℃的口模，以紡絲速度為3500m/分鐘進行熔融紡絲。此時，作為口模，使用口?？讖?.3mm、吐出孔長0.55mm的口模，基本沒有觀察到膨化(Barus)現(xiàn)象。此時，每個單孔的吐出量為0.94g/分鐘。另外，從口模下面至冷卻起始點(出氣筒的上端部)的距離是9cm。
吐出的絲條用20℃的冷卻風、經(jīng)過1m被冷卻固定，用在距離口模下方1.8m處設(shè)置的給油導器(guide)進行給油后，通過非加熱的第一牽引輥和第二牽引輥卷繞。然后，用溫度90℃的第一熱輥和溫度130℃的第二熱輥對絲條進行拉伸熱處理。此時，第一熱輥和第二熱輥拉伸的拉伸倍率為1.5倍。所得的聚合物合金纖維顯示62dtex、36個單纖維、強度33.4cN/dtex、伸長率38％、U％＝0.7％的優(yōu)異特性。此外，所得聚合物合金纖維的橫截面用TEM觀察的結(jié)果為，顯示聚L乳酸為海、N6為島的海島結(jié)構(gòu)，可以得到島N6的數(shù)平均直徑為55nm、N6均勻分散的作為N6納米纖維的前體的聚合物合金纖維。
通過將所得聚合物合金纖維在95℃的5％的氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時，水解除去聚合物合金纖維中的聚L乳酸成分的99％以上，用乙酸中和后，水洗、干燥，得到N6納米纖維的纖維束。由TEM照片分析該纖維束，結(jié)果N6納米纖維的數(shù)平均直徑細達60nm，而直徑大于100nm的單纖維的纖維構(gòu)成比例為0重量％。
將所得N6納米纖維的纖維束切成2mm長，得到N6納米纖維的剪切纖維。在タツピ一スタンダ一ドナイヤガラ試驗打漿機((株)東洋精機制作所制)中加入23L水和上面獲得的剪切纖維30g，進行5分鐘的預打漿，然后除去多余的水分、回收纖維。該纖維的重量為250g，其含水率為88重量％。將含水狀態(tài)的纖維250g直接裝入自動PFI磨碎機(熊谷理機工業(yè)(株)制)，轉(zhuǎn)數(shù)1500rpm，以間隙0.2mm進行6分鐘的打漿。向オスタ一混合機(Oster公司制)中加入該打漿的纖維42g，作為分散劑的陰離子系分散劑シヤロ一ル(注冊商標)AN-103P(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和水500g，在13900rpm轉(zhuǎn)數(shù)下攪拌30分鐘，得到N6納米纖維的含有率為1.0重量％的分散液1。
<分散液制造例2> 除了將分散液制造例1中的N6變更為熔融粘度212Pa.s((262℃、剪切速度121.6sec-1)、熔點220℃的N6(45％重量)以外，與分散液制造例1同樣操作，進行熔融混煉，得到聚合物合金片。然后，與分散液制造例1同樣地進行熔融紡絲、拉伸熱處理，得到聚合物合金纖維。所得聚合物合金纖維顯示67dtex，36個單纖維、強度3.6cN/dtex、伸長率40％、U％＝0.7％的優(yōu)異特性。此外，所得聚合物合金纖維的橫截面用TEM觀察，結(jié)果與分散液制造例1同樣，顯示聚L乳酸為海、N6為島的海島結(jié)構(gòu)，得到島N6的數(shù)平均直徑110nm、N6均勻分散的聚合物合金纖維。
將所得聚合物合金纖維與分散液制造例1同樣處理，水解除去聚合物合金纖維中的聚L乳酸成分的99％以上，用乙酸中和后，水洗、干燥，得到N6納米纖維的纖維束。由TEM照片分析該纖維束，結(jié)果是N6納米纖維的數(shù)平均直徑為120nm，具有現(xiàn)有產(chǎn)品沒有的細度，直徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比例為0重量％，直徑大于200nm的單纖維的纖維構(gòu)成比例為1重量％。
將所得N6納米纖維的纖維束切成2mm長，得到N6納米纖維的切割纖維。與分散液制造例1同樣地進行預打漿，得到含水率88重量％的N6納米纖維，然后進而與分散液制造例1同樣地進行打漿。向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該打漿了的纖維21g，作為分散劑的陰離子系分散劑シヤロ一ル(注冊商標)AN-103P(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和水500g，在13900rpm轉(zhuǎn)數(shù)下攪拌30分鐘，得到N6納米纖維的含有率為0.5重量％的分散液2。
<分散液制造例3> 通過不改變裝入到オスタ一混合機(オスタ一公司制)中的水和分散劑的量而變更打漿后的纖維量，使N6納米纖維的含有率為0.1重量％，除此之外，與分散液制造例2同樣操作，得到N6納米纖維的分散液3。
<分散液制造例4> 不改變裝入到オスタ一混合機(オスタ一公司制)中的水和打漿后的纖維量，不使用分散劑，除此之外，與分散液制造例1同樣操作，得到N6納米纖維的分散液4。
<分散液制造例5、6> 除了在分散液制造例5中使N6納米纖維的切割長度為0.5mm，在分散液制造例6中使N6納米纖維的切割長度為5mm以外，與分散液制造例1同樣操作，得到N6納米纖維的含有率為1.0重量％的分散液5和6。
<分散液制造例7> 使用熔融粘度120Pa.s(262℃、121.6sec-1)、熔點225℃的PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)和丙烯酸-2-乙基己酯22％共聚的聚苯乙烯(PS)，使PBT的含量為20重量％，混煉溫度為240℃，與分散液制造例1同樣進行熔融混煉，得到聚合物合金片。此時，共聚PS在262℃、121.6sec-1下的熔融粘度是140Pa·s，245℃、1216sec-1下的熔融粘度是60Pa·s 將聚合物合金片在260℃的熔融部中熔融，引入到紡絲溫度為260℃的紡絲組件中。然后，用截止過濾徑為15μm的金屬無紡布過濾聚合物合金的熔融體后，從口模面溫度為245℃的口模，以紡絲速度為1200m/分鐘，與分散液制造例1同樣進行熔融紡絲。此時，作為口模，在吐出孔上部裝備有直徑0.3mm的計量部，其吐出孔徑為0.7mm，吐出孔長為1.85mm。此時的每個單孔的吐出量為1.0g/分鐘。其它的冷卻、給油等各種條件與分散液制造例1相同。其結(jié)果，紡絲性良好，1t的紡絲中，斷絲一次。
在第一熱輥的溫度為100℃、第二熱輥的溫度為115℃下，將所得未拉伸絲進行與分散液制造例1同樣的拉伸熱處理。第一熱輥和第二熱輥之間的拉伸倍率為2.49倍。所得聚合物合金纖維為161dtex、36個單纖維，強度1.4cN/dtex、伸長率33％、U％＝2.0％。此外，所得聚合物合金纖維的橫截面用TEM觀察的結(jié)果，顯示共聚PS為海、PBT為島的海島結(jié)構(gòu)，可以得到PBT的數(shù)平均直徑為70nm、PBT以納米尺寸均勻分散的聚合物合金纖維。
通過將所得聚合物合金纖維浸漬在三氯乙烯中，使得作為海成分的共聚PS的99％以上溶出，經(jīng)過干燥，得到PBT納米纖維的纖維束。由TEM照片分析該纖維束，結(jié)果PBT納米纖維的數(shù)平均直徑細達85nm，而直徑大于200nm的單纖維的纖維構(gòu)成比例為0重量％、直徑大于100nm的單纖維的纖維構(gòu)成比例為1重量％。
將所得PBT納米纖維的纖維束剪切成長度2mm，得到PBT納米纖維的切割纖維。與分散液制造例1同樣地進行預打漿，得到含水率80重量％的PBT納米纖維后，進而與分散液制造例1同樣地進行打漿。接著，向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該打漿的纖維25g，作為分散劑的非離子系分散劑ノイグン(注冊商標)EA-87(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和水500g，在13900rpm轉(zhuǎn)數(shù)下攪拌30分鐘，得到PBT納米纖維的含有率為1.0重量％的分散液7。
<分散液制造例8> 將熔融粘度220Pa.s(262℃、121.6sec-1)、熔點225℃的PTT(聚對苯二甲酸1，3-丙二醇酯)和新日鐵化學(株)制共聚PS(聚苯乙烯)(“エスチレン”KS-18、甲基丙烯酸甲酯共聚、熔融粘度110Pa.s、262℃、121.6sec-1)，在PTT的含有率為25重量％、混煉溫度為240℃下，與分散液制造例1同樣進行熔融混煉，得到聚合物合金片。此時，共聚PS在245℃、1216sec-1下的熔融粘度是76Pa.s。
將該聚合物合金片在260℃的熔融部中熔融，引入到紡絲溫度260℃的紡絲組件中。然后，用截止過濾徑為15μm的金屬無紡布過濾聚合物合金的熔融體后，從口模面溫度為245℃的口模，以紡絲速度為1200m/分鐘，進行與分散液制造例1同樣的熔融紡絲。此時，作為口模，使用在吐出孔上部裝備有直徑0.23mm的計量部，吐出孔徑為2mm，吐出孔長為3mm的口模。此時的單孔吐出量為1.0g/分鐘。其它冷卻、給油等各種條件與分散液制造例1相同。其結(jié)果，紡絲性良好，1t的紡絲中，斷絲一次。
將所得未拉伸絲在90℃溫水浴中進行2.6倍的拉伸。所得聚合物合金纖維為3.9dtex，36個單纖維，強度為1.3cN/dtex、伸長率為25％。此外，所得聚合物合金纖維的橫截面用TEM觀察，結(jié)果顯示共聚的PS為海、PTT為島的海島結(jié)構(gòu)，得到PTT的數(shù)平均直徑為75nm、PTT以納米尺寸均勻分散的聚合物合金纖維。
接著，與分散液制造例7同樣地，使聚合物合金纖維中的共聚PS成分的99％以上溶出，經(jīng)過干燥，得到PTT納米纖維的纖維束。由TEM照片分析該纖維束的結(jié)果，PTT納米纖維的數(shù)平均直徑細達95nm，而直徑大于200nm的單纖維的纖維構(gòu)成比例為0重量％，直徑大于100nm的單纖維的纖維構(gòu)成比為3重量％。
將所得PTT納米纖維的纖維束剪切成長度2mm，得到PTT納米纖維的切割纖維。與分散液制造例1同樣對其進行預打漿，得到含水率80重量％的PTT納米纖維后，進一步進行與分散液制造例1同樣的打漿。向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該打漿的纖維25g，作為分散劑的非離子系分散劑ノイグン(注冊商標)EA-87(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和水500g，在13900rpm轉(zhuǎn)數(shù)下攪拌30分鐘，得到PTT納米纖維的含有率為1.0重量％的分散液8。
<分散液制造例9> 除了將N6變更為熔融粘度350Pa.s(220℃、121.6sec-1)、熔點162℃的PP(聚丙烯)(23重量％)以外，與分散液制造例1同樣地進行熔融混煉，得到聚合物合金片。另外，聚L乳酸在220℃、121.6sec-1時的熔融粘度是107Pa.s。
將該聚合物合金片在230℃的熔融部中熔融，引入到紡絲溫度230℃的紡絲組件中。然后，用截止過濾徑為15μm的金屬無紡布過濾聚合物合金的熔融體后，從口模面溫度為215℃的口模，以紡絲速度為900m/分鐘，進行與分散液制造例1同樣的熔融紡絲。此時，作為口模，與分散液制造例1相同。此時的每個單孔的吐出量為1.5g/分鐘。另外，冷卻、給油等各種條件與分散液制造例1相同。
在第一熱輥的溫度為90℃、第二熱輥的溫度為130℃，拉伸倍率為2.7倍下，將所得未拉伸絲進行與分散液制造例1同樣的拉伸熱處理。所得聚合物合金纖維為77dtex、36個單纖維，強度2.5cN/dtex、伸長率50％。此外，所得聚合物合金纖維的橫截面用TEM觀察的結(jié)果，顯示聚L乳酸為海，PP為島的海島結(jié)構(gòu)，可以得到PP的數(shù)平均直徑為235nm、PP以納米尺寸均勻分散的聚合物合金纖維。
將所得聚合物合金纖維在98℃的5％氫氧化鈉水溶液中浸漬1小時，由此水解除去聚合物合金纖維中的聚L乳酸成分99％以上，用乙酸中和后，水洗、干燥，得到PP納米纖維的纖維束。由TEM照片分析該纖維束的結(jié)果，PP納米纖維的數(shù)平均直徑240nm，單纖維徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比例為0重量％。
將所得PP納米纖維的纖維束剪切成2mm，得到PP納米纖維的切割纖維。對其進行與分散液制造例1同樣的預打漿，得到含水率75重量％的PP納米纖維后，進一步進行與分散液制造例1同樣的打漿。接著，向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該打漿的纖維20g，作為分散劑的非離子系分散劑ノイグン(注冊商標)EA-87(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和水500g，在13900rpm轉(zhuǎn)數(shù)下攪拌30分鐘，得到PP納米纖維的含有率為1.0重量％的分散液9。
<分散液制造例10> 將熔融粘度280Pa.s(300℃、1216sec-1)的PET 80重量％，熔融粘度160Pa.s(300℃、1216sec-1)的聚苯硫醚PPS 20重量％，在以下條件下使用雙螺桿混煉擠出機進行熔融混煉，得到聚合物合金片。這里，PPS使用直鏈型且分子鏈末端被鈣離子取代的物質(zhì)。
螺桿L/D＝45 混煉部長度為有效長度的34％。
混煉部分散在整個螺桿中 中途有2個逆流部 聚合物的供給分別計量PPS和PET，分別供給到混煉機中 溫度300℃ 通氣口無 將所獲得的聚合物合金片在315℃的熔融部中熔融，引入到紡絲溫度315℃的紡絲組件中。然后，用截止過濾徑為15μm的金屬無紡布過濾聚合物合金的熔融體后，從口模面溫度為292℃的口模，以紡絲速度為1000m/分鐘，進行熔融紡絲。此時，作為口模，使用在吐出孔上部裝備有直徑0.3mm的計量部，吐出孔徑為0.6mm，吐出孔長為1.75mm的口模。另外，此時的每個單孔的吐出量為1.1g/分鐘。進而，從口模下面到冷卻起始點的距離是7.5cm。
吐出的絲條用20℃的冷卻風、經(jīng)過1m被冷卻固定，在對脂肪酸酯供給主體的工程油劑后，通過非加熱的第一牽引輥和第二牽引輥卷繞。此時的紡絲性良好，24小時連續(xù)紡絲期間的斷絲為零。然后，在第一熱輥的溫度為100℃、第二熱輥的溫度為130℃的條件下，對其進行拉伸熱處理。此時，第一熱輥、第二熱輥間的拉伸倍率為3.3倍。所得聚合物合金纖維顯示400dtex、240個單纖維、強度4.4cN/dtex、伸長率27％、U％＝1.3％的優(yōu)異特性。此外，所得聚合物合金纖維的橫截面用TEM觀察的結(jié)果，顯示PET為海，PPS為島的海島結(jié)構(gòu)?？梢缘玫絇PS的數(shù)平均直徑65nm，PPS均勻分散的聚合物合金纖維。
通過將所得聚合物合金纖維在98℃的5％氫氧化鈉水溶液中浸漬2小時，水解除去聚合物合金纖維中的PET成分的99％以上，用乙酸中和后，水洗、干燥，得到PPS納米纖維的纖維束。由TEM照片分析該纖維束的結(jié)果，PPS納米纖維的數(shù)平均直徑細達60nm，單纖維徑大于100nm的單纖維的纖維比例為0重量％。
將所得PPS納米纖維的纖維束切成3mm長，得到PPS納米纖維的切割纖維。對其進行與分散液制造例1同樣的預打漿，得到含水率80重量％的PPS納米纖維后，進一步進行與分散液制造例1同樣的打漿。向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該打漿的纖維25g，作為分散劑的非離子系分散劑ノイグン(注冊商標)EA-87(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和水500g，在13900rpm轉(zhuǎn)數(shù)下攪拌30分鐘，得到PPS納米纖維的含有率為1.0重量％的分散液10。
<分散液制造例11> 海成分使用堿可溶性共聚聚酯樹脂60重量％，島成分使用N6樹脂40重量％，進行熔融紡絲。此時，得到島成分為100島、5.3dtex的高分子排列體復合纖維(以下稱復合纖維)。然后對該復合纖維以2.5倍的倍率拉伸，得到2.1dtex的復合纖維。該復合纖維的強度為2.6cN/dtex，伸長率35％。然后，將該復合纖維用98℃的濃度3％氫氧化鈉水溶液處理1小時，由此水解除去復合纖維中的聚酯成分的99％以上，用乙酸中和后，水洗、干燥，得到N6的極細纖維。由TEM照片分析所得極細纖維的平均單絲纖度，結(jié)果與0.02dtex(平均纖維徑2μm)相當。將所得N6極細纖維切成2mm長的切割纖維后，向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該切割纖維50g和作為分散劑的陰離子類分散劑シヤロ一ル(注冊商標)AN-103P(第一工業(yè)制藥株制分子量10000)0.5g和500g水，在轉(zhuǎn)數(shù)13900rpm下攪拌30分鐘。得到N6極細纖維的含有率為1.0重量％的分散液11。
<分散液制造例12> 通過單成分的直接熔融紡絲法來得到單絲纖度2.2dtex(平均纖維徑14μm)的PET纖維后，將其切成2mm長，得到切割纖維。向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該切割纖維50g和作為分散劑的非離子類分散劑ノイグン(注冊商標)EA-87(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和500g水，在轉(zhuǎn)數(shù)10000rpm下攪拌1分鐘，得到PET纖維的含有率為1.0重量％的分散液12。
<分散液制造例13> 通過單成分的直接熔融紡絲法得到單絲纖度10dtex(平均纖維徑30μm)的PET纖維后，將其切成2mm長，得到切割纖維。向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該切割纖維50g和作為分散劑的非離子類分散劑(注冊商標)ノイグン EA-87(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和500g水，在轉(zhuǎn)數(shù)10000rpm下攪拌1分鐘，得到PET纖維的含有率為1.0重量％的分散液13。
<分散液制造例14> 通過單成分的直接熔融紡絲法得到單絲纖度33dtex(平均纖維徑55μm)的PET纖維后，將其切成2mm長，得到切割纖維。向オスタ一混合機(オスタ一公司制)中加入該切割纖維50g和作為分散劑的非離子類分散劑ノイグン(注冊商標)EA-87(第一工業(yè)制藥(株)制分子量10000)0.5g和500g水，在轉(zhuǎn)數(shù)10000rpm下攪拌1分鐘，得到PET纖維的含有率為1.0重量％的分散液14。
<分散液制造例15、16> 在分散液制造例15中，加水稀釋分散液4，得到N6納米纖維的含有率為0.5重量％的N6納米纖維分散液15，在分散液制造例16中，加水稀釋分散液4，得到N6納米纖維的含有率為0.1重量％的分散液16。
<分散液制造例17> 除了變更加入到オスタ一混煉機(オスタ一公司制)中的水量、不使用分散劑，同時變更打漿后的纖維量，使PBT納米纖維的含有率為0.5重量％以外，與分散液制造例7同樣操作，得到PBT納米纖維分散液17。
<分散液制造例18> 除了變更加入到オスタ一混煉機(オスタ一公司制)中的水量、不使用分散劑，同時變更打漿后的纖維量，使PP納米纖維的含有率為0.5重量％以外，與分散液制造例9同樣操作，得到PP納米纖維分散液18。
<分散液制造例19> 除了變更加入到オスタ一混煉機(オスタ一公司制)中的水量、不使用分散劑，同時變更打漿后的纖維量，使N6級細纖維的含有率為0.5重量％以外，與分散液制造例11同樣操作，得到分散液19。
<分散液制造例20> 除了變更加入到オスタ一混煉機(オスタ一公司制)中的水量、不使用分散劑，同時變更打漿后的纖維量，使PET纖維的含有率為0.5重量％以外，與分散液制造例13同樣操作得到分散液20。
<分散液制造例21> 除了變更加入到オスタ一混煉機(オスタ一公司制)中的水量、不使用分散劑，同時變更打漿后的纖維量，使PET纖維的含有率為0.5重量％以外，與分散液制造例14同樣操作得到分散液21。
通過以上所述制造例制作的各分散液一并示于表1。
表1 <實施例1> 將100g由分散液制造例1獲得的分散液1加入到容量200cc的PP制瓶中，接著用液氮(-196℃)凍結(jié)后，在-80℃超低溫冰箱中靜置30分鐘。
凍結(jié)的樣品用LABCONCO公司制的凍干機(Freeze Dry SystemFreeZone2.5)在0.1kPa以下的真空度下凍干，得到海綿狀結(jié)構(gòu)體。
將所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體的纖維分散體用SEM觀察，結(jié)果海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑為60nm，纖維之間形成的微細孔的數(shù)平均孔徑為300nm，非常小。此外，海綿狀結(jié)構(gòu)體的表觀密度為0.0125g/cm3，非常小，孔隙率為98.5％，非常大。圖1和圖2表示實施例1的海綿狀結(jié)構(gòu)體的SEM照片。
<實施例2～10> 對于實施例2～10，使用分散液制造例2～10所得的分散液2～10，與實施例1同樣地進行凍干，得到海綿狀結(jié)構(gòu)體。海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度、孔隙率如表2所示。
<實施例11> 使用分散液制造例11中所得的極細纖維的分散液11，與實施例1同樣地進行凍干，得到海綿狀結(jié)構(gòu)體。海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度、孔隙率如表2所示。
<實施例12、13> 在實施例12中，使用分散液制造例12所得的分散液12，在實施例13中，使用分散液制造例13所得的分散液13，與實施例1同樣地進行凍干，得到海綿狀結(jié)構(gòu)體。海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度、孔隙率如表2所示。
<比較例1> 使用分散液制造例14所得的分散液14，與實施例1同樣地進行凍干，但是因為單纖維的數(shù)平均直徑過大，因此分散液14中纖維的分散性不良，無法獲得實施例那樣的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
<實施例14> 將100g分散液制造例1所得的分散液1加入容量200cc的PP制瓶中，在50℃下進行熱風干燥，除去分散介質(zhì)，得到海綿狀結(jié)構(gòu)體。海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度、孔隙率如表2所示。
<實施例15> 將100g分散液制造例1所得的分散液1加入到容量200cc的PP制瓶中，在室溫、0.1kPa的真空度下進行真空干燥，得到海綿狀結(jié)構(gòu)體。海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度、孔隙率如表2所示。
<實施例16、17> 在實施例16中，使用實施例1的海綿狀結(jié)構(gòu)體，在實施例17中，使用實施例2的海綿狀結(jié)構(gòu)體，分別在121℃、103.7kPa的條件下進行20分鐘的加壓蒸氣處理。
用SEM分別觀察所得的各海綿狀結(jié)構(gòu)體。海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度、孔隙率如表2所示。另外，通過SEM的觀察，確認經(jīng)加壓蒸氣處理使纖維之間部分熔接而粘接。并且，即使將上述經(jīng)加壓蒸氣處理了的海綿狀結(jié)構(gòu)體分別在水中浸漬，結(jié)構(gòu)體也不會崩解。
<實施例18> 將分散液制造例1所得的分散液1放入不銹鋼制托盤中(尺寸295mm×231mm×49mm)，接著用液氮(-196℃)快速凍結(jié)后，在-80℃的超低溫冰箱中靜置30分鐘。
將凍結(jié)的樣品用寶制作所制的凍干機(TF5-85TPPNNNS)在0.1kPa以下的真空度下凍干，得到厚度4mm左右的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度、孔隙率如表2所示。所得海綿狀結(jié)構(gòu)體在測定溫度23℃下的熱導率為0.039W/mK，在測定溫度60℃下的熱導率為0.042W/mK，由這些測定值外推至溫度0℃時的熱導率λ0為0.037 W/mK，顯示了作為絕熱材料的優(yōu)異性能。
<實施例19> 使用實施例18中獲得的海綿狀結(jié)構(gòu)體，測定頻率100～5000Hz的垂直入射吸音率，結(jié)果如圖3所示，4000Hz附近約為90％的吸音率，顯示了作為吸音材料的優(yōu)異性能。
表2 <實施例20～24> 將分散液制造例4、15、16、17、18所得的分散液4、15、16、17、18分別放入96孔培養(yǎng)板中(孔直徑6.4mm)，每孔100μL，在-80℃溫度的超低溫冰箱中靜置12小時。將凍結(jié)的樣品放入EYELA公司制的凍干機(FD-5N)的箱內(nèi)。在0.1kPa以下的真空度下凍干，得到海綿狀結(jié)構(gòu)體。接著，對所制作的各海綿狀結(jié)構(gòu)體分別在121℃、103.7kPa的條件下進行20分鐘的加壓蒸氣處理。
然后，用SEM觀察所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體，海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、巨大孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度和孔隙率如表3所示。另外，通過SEM觀察確認經(jīng)加壓蒸氣處理使纖維之間部分熔接而粘接。
<實施例25～27> 使用分散液制造例15所得的分散液15，將凍結(jié)溫度分別改為-20℃、-40℃和-150℃，除此之外，與實施例20同樣地進行凍干、加壓蒸氣處理，得到海綿狀結(jié)構(gòu)體。
然后，用SEM觀察所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體。海綿狀結(jié)構(gòu)體中的纖維的數(shù)平均直徑、微細孔的數(shù)平均孔徑、巨大孔的數(shù)平均孔徑、表觀密度和孔隙率如表3所示。另外，圖4顯示實施例26所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體的SEM照片。
表3 <實施例28> 將實施例25所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為細胞支架材料放入96孔培養(yǎng)板中，添加小鼠成骨系3T3-E1細胞懸液(細胞濃度5×105/mL，添加了10％胎牛血清的αMED培養(yǎng)基)100μl，在37℃的溫度下靜置1小時后，添加磷酸緩沖液900μl，洗滌回收未粘附的細胞，通過血球計數(shù)板來計測非粘附細胞，計算粘附細胞的比例(細胞保持率)。
進而添加200μl加有10％胎牛血清的αMED培養(yǎng)基，在溫度37℃、5％CO2氣氛下培養(yǎng)48小時。48小時后，添加250μl的細胞裂解液(0.2％Triton X-100、1mM EDTA、10mM tris-緩沖液(pH7.0))，反復操作3次在-80℃溫度下的凍結(jié)和室溫融化后，回收裂解液。為了評價回收的裂解液的細胞增殖和分化，用Picogreen檢測試劑盒(モレキユラ一プロ一ブ社制)，測定細胞DNA量，評價細胞數(shù)，用AP檢測試劑盒(シグマ社制)測定堿性磷酸酶(AP)的活性，評價成骨細胞的細胞分化。結(jié)果如表4所示。另外，細胞培養(yǎng)48小時后的細胞數(shù)和AP活性的評價結(jié)果，是以下述的比較例2的值作為基準(1.0)的相對評價顯示的。
<實施例29～31> 使用實施例26所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體，實施例21所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體和實施例27所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體作為細胞支架材料，除此之外，分別用與實施例28同樣的方法來評價細胞保持率和培養(yǎng)48小時后的細胞數(shù)和成骨細胞分化。結(jié)果如表4所示。
<比較例2> 除了不使用海綿狀結(jié)構(gòu)體，而只是使用空的細胞培養(yǎng)用96孔培養(yǎng)板以外，用與實施例28同樣的方法評價細胞保持率和培養(yǎng)48小時后的細胞數(shù)和成骨細胞分化。結(jié)果如表4所示。
表4 在實施例28～31中確認增殖和分化的活性提高。
<實施例32、比較例3> 在細胞培養(yǎng)用96孔培養(yǎng)板中設(shè)置實施例26所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體來準備細胞支架材料，并準備空的細胞培養(yǎng)用96孔培養(yǎng)板，分別添加100μl含有10ng/mL堿性成纖細胞生長因子(bFGF)的磷酸緩沖液，在37℃的溫度靜置1小時以吸附bFGF。去除磷酸緩沖液，然后將采集自小鼠(C57BL/6，雌性)股骨的骨髓細胞(懸浮在加有20％的胎牛血清的IMDM培養(yǎng)基中)按照每孔分別為5×103個進行接種，培養(yǎng)14天。每2天進行半量換培養(yǎng)液，14天后，用細胞計數(shù)試劑盒(同仁化學制)來評價細胞數(shù)，結(jié)果確認，在設(shè)有海綿狀結(jié)構(gòu)體的孔中，與空的培養(yǎng)孔比較，約3倍的細胞數(shù)增殖。
<實施例33> 將實施例25所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體切成1cm×1cm×0.2cm長方體，將其在37℃的溫度在含有100μg的bFGF的1mL磷酸緩沖液中浸漬一晝夜，使該海綿狀結(jié)構(gòu)體表面吸附bFGF，制作生物體組織再生用的細胞支架材料。將該生物體組織再生用的細胞培養(yǎng)材料埋入ddY小鼠(7周齡，雌性)的背部皮下，一周后處死小鼠。將組織切片進行蘇木精-伊紅，進行顯微鏡觀察，結(jié)果確認在含有bFGF的細胞支架材料中均勻誘導出新生血管。
<實施例34> 使用分散液制造例1所得的分散液1，作為干燥機，使用三井三池化工機(株)制SD10型進行噴霧干燥。將該分散液1以20g/分鐘的速度滴加在以9000rpm的轉(zhuǎn)數(shù)進行旋轉(zhuǎn)的直徑5cm的盤上，對液滴形成的直徑約100μm的霧狀物在180℃的氣氛下進行噴霧、干燥(噴霧干燥)，回收粉末。
用SEM觀察所得粉末，結(jié)果構(gòu)成纖維的數(shù)平均直徑是60nm，粉末的數(shù)平均粒徑是25μm。圖5和圖6表示實施例34所得粉末的SEM照片。
將所得粉末涂敷在手上，觸感濕潤、保濕性優(yōu)異。另外，可確認具有使涂敷面的皮膚的皺紋變淡的效果。
結(jié)果示于表5。
<實施例35～43> 除了使用分散液制造例2～10所得的分散液2～10以外，與實施例34同樣地進行噴霧干燥，得到粉末。所得粉末中的構(gòu)成纖維的數(shù)平均直徑、粉末的數(shù)平均粒徑示于表5。
<比較例4> 除了使用分散液制造例11所得的分散液11以外，與實施例34同樣地進行噴霧干燥，但纖維成綿狀，無法得到粉末。
<實施例44> 將實施例34所得的粉末在121℃，103.7kPa的條件下進行加壓蒸氣處理20分鐘。所得粉末中的構(gòu)成纖維的數(shù)平均直徑、粉末的數(shù)平均粒徑示于表5。
此外，通過SEM觀察，確認通過加壓蒸氣處理，纖維之間部分熔接而粘接。而且，上述經(jīng)加壓蒸氣處理的粉末即使在水中浸漬，結(jié)構(gòu)體也不會崩解。
表5 <實施例45> 使實施例44中制作的粉末和市售的化妝水(資生堂制ザ·スキンケアハイドロバランシングンフナ一(商品名)按下述配合比例，用實驗室用攪拌機混合3分鐘，制造成配合有粉末的化妝水。對10名受試者，進行使用化妝水時的感官評價，結(jié)果所有的受試者使用時都沒有不適感，而且感覺自然。此外通過配合粉末，能防止汗水引起的化妝品的流失，提高化妝保持性(定妝性)。另外，由于粉末本身的保水性高，因此通過配合粉末使保濕性變好，化妝品使用后的皮膚濕潤感得到提高。
實施例44的粉末10重量％ ザ·スキンケアハイドロバランシングソフナ一90重量％ 合計 100重量％ <實施例46> 將實施例44所得粉末30g和溶劑為甲苯的市售的尿烷類涂料300g，在實驗室用捏合機中，在120rpm、30℃的條件下攪拌30分鐘，得到配合有納米纖維的涂料。所得的涂料，用毛刷涂布時涂抹性好，且保持有適度的粘性，因此是不會淌液，且容易進行涂敷加工的涂料。并且涂敷后涂料的光澤好，即使在涂敷表面添加纖維也很光滑。
工業(yè)可利用性 本發(fā)明的海綿狀結(jié)構(gòu)體，除了可用于絕熱材料、吸音材料、細胞支架材料以外，還可用于在緩沖材料、保水材料、液晶等中所用的光反射板等產(chǎn)業(yè)資材用途或生活資材用途，例如適用于車內(nèi)裝飾用墊子材料，頂棚材料，建材，擦拭物，拭污片，健康用品，IT部件用的傳感器材料。
另外，還適用于過濾器用途，可用于從面罩等生活資材用途到空氣過濾器，液體過濾器等產(chǎn)業(yè)用途、血液過濾器等醫(yī)療用途。例如適于清潔室用，汽車用，工廠、焚燒場等的排氣用、住宅用等的空氣過濾器、或化學處理、食品、醫(yī)藥、醫(yī)療用的液體過濾器，HEPA、ULPE過濾器所應(yīng)用的領(lǐng)域等。
另外，也適合擦拭、拋光、研磨用，當然也適合于美容用化妝用具，卸妝片、皮膚護理片、醫(yī)療用的體外循環(huán)柱、橡皮膏、貼片材料等。
本發(fā)明的粉末還適合作為涂料和化妝品等的填料，以及樹脂的填料。此外，也適合于吸附劑、保水劑等，進而適合于醫(yī)療、衛(wèi)生等各領(lǐng)域中的粉末材料等。



圖1是實施例1所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體的SEM照片(5000倍)。
圖2是實施例1所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體的SEM照片(5000倍)。
圖3是顯示實施例19中的垂直入射吸音率的測定結(jié)果的圖。
圖4是實施例26所得的海綿狀結(jié)構(gòu)體的SEM照片(300倍)。
圖5是實施例34所得的粉末的SEM照片(500倍)。
圖6是實施例34所得的粉末的SEM照片(2000倍)。
權(quán)利要求
1.一種海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，數(shù)平均直徑作為1nm～50μm的纖維以分散狀態(tài)被固定。
2.如權(quán)利要求1所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，上述纖維含有熱塑性聚合物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，上述纖維的數(shù)平均直徑是1～500nm。
4.如權(quán)利要求1～3的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體，表觀密度為0.0001～0.5g/cm3。
5.如權(quán)利要求1～4的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，由上述纖維構(gòu)成的微細孔的數(shù)平均孔徑在100μm以下。
6.如權(quán)利要求1～5的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體，其中，上述纖維之間部分粘接。
7.一種絕熱材料，含有權(quán)利要求1～6的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
8.一種吸音材料，含有權(quán)利要求1～6的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
9.一種細胞支架材料，含有權(quán)利要求1～6的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體。
10.如權(quán)利要求9所述的細胞支架材料，其中，在上述海綿狀結(jié)構(gòu)體內(nèi)存在的巨大孔的數(shù)平均孔徑為10μm～500μm。
11.如權(quán)利要求9或10所述的細胞支架材料，其中，在上述纖維表面吸附和/或固定有功能性物質(zhì)。
12.如權(quán)利要求11所述的細胞支架材料，其中，上述功能性物質(zhì)是蛋白質(zhì)。
13.一種海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，將數(shù)平均直徑1nm～50μm的纖維分散在分散介質(zhì)中而成的纖維分散液進行干燥，除去分散介質(zhì)。
14.如權(quán)利要求13所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述纖維的數(shù)平均直徑是1～500nm。
15.如權(quán)利要求14所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，直徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率為3重量％以下。
16.如權(quán)利要求13～15的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述纖維含有熱塑性聚合物。
17.如權(quán)利要求13～16的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述纖維的切割纖維長度為0.2mm～30mm。
18.如權(quán)利要求13～17的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述干燥是凍干。
19.如權(quán)利要求18所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，凍干時的凍結(jié)溫度為-80℃～-20℃。
20.如權(quán)利要求13～19的任一項所述的海綿狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，在除去分散介質(zhì)之后，進而進行加壓蒸氣處理。
21.一種粉末，由數(shù)平均直徑為1～500nm的纖維構(gòu)成，粉末的數(shù)平均粒徑為1～1000μm。
22.如權(quán)利要求21所述的粉末，其中，上述纖維含有熱塑性聚合物。
23.如權(quán)利要求21或22所述的粉末，其中，上述纖維之間部分粘接。
24.一種涂料，配合有權(quán)利要求21～23的任一項所述的粉末。
25.一種化妝品，配合有權(quán)利要求21～23的任一項所述的粉末。
26.一種粉末的制造方法，將數(shù)平均直徑1～500nm的纖維分散在分散介質(zhì)中而成的纖維分散液進行?；?、干燥，除去分散介質(zhì)。
27.如權(quán)利要求26所述的粉末的制造方法，其中，通過噴霧干燥使上述纖維分散液?；?、干燥。
28.如權(quán)利要求26或27所述的粉末的制造方法，其中，上述纖維含有熱塑性聚合物。
29.如權(quán)利要求26～28的任一項所述的粉末的制造方法，其中，上述纖維中的直徑大于500nm的單纖維的纖維構(gòu)成比率為3重量％以下。
30.如權(quán)利要求26～29的任一項所述的粉末的制造方法，在除去分散介質(zhì)后，進而進行加壓蒸氣處理。
全文摘要
本發(fā)明提供可根據(jù)目的、用途來設(shè)計表觀密度的，纖維分散性高的，三維排列的海綿狀結(jié)構(gòu)體、粉末及它們的制造方法。通過準備將數(shù)平均直徑在指定范圍的纖維分散在分散介質(zhì)中而成的纖維分散液，將該纖維分散液干燥除去分散介質(zhì)，來制造海綿狀結(jié)構(gòu)體和粉末。
文檔編號D04H1/42GK101238249SQ200680028920
公開日2008年8月6日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月10日
發(fā)明者成瀨惠寬, 近藤哲司, 野中修一, 三和敬史, 村上確司 申請人:東麗株式會社