JP2015200055A - コラーゲン繊維の製造方法及び高濃度コラーゲン溶液の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な力学的強度を有するコラーゲン繊維を製造する製造方法を提供する。
【解決手段】コラーゲン溶液をエアギャップを通して凝固浴中に糸状に吐出させることによって、コラーゲン溶液を紡糸直前に伸張流動させて糸状コラーゲンを作製し、溶液溶媒を除去してコラーゲン繊維を製造する方法。コラーゲンを可溶化し、この可溶化コラーゲンからモノマーコラーゲンに富む高濃度コラーゲン溶液を調製し、１０質量％以上の高濃度コラーゲン溶液をエアギャップを通して凝固浴中に糸状に吐出させるコラーゲン繊維の製造方法。
【選択図】図３

Description

この発明はコラーゲン繊維の製造方法及び高濃度コラーゲン溶液の製造方法に関し、特に十分な力学的強度を有するコラーゲン繊維を製造する方法及び高強度コラーゲン繊維の製造に用いる高濃度コラーゲン溶液を製造する方法に関する。

コラーゲンは生体を構成する主要なタンパク質であり、生体適合性、組織再生、細胞増殖、止血作用等の優れた効果を持ち合わせており、特に再生医療分野や衣料分野において有用な素材として注目されている。

コラーゲン繊維を製造する場合、コラーゲン溶液を湿式紡糸法で紡糸し、繊維状の基材を製造する方法が知られている。例えば、コラーゲン溶液をエタノールなどの親水性有機溶媒中に吐出して糸状のコラーゲンを作製し、乾燥してコラーゲン繊維を製造する方法が知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。

特開２０００−０９３４９７号公報 特開２０００−２１０３７６号公報 特開２０００−２７１２０７号公報 特開２００５−３１４８６５号公報

しかし、特許文献１〜４記載の製造方法では十分な強度のコラーゲン繊維が得られず、用途が制限されているのが実情であった。

本発明はかかる問題点に鑑み、十分な力学的強度を有するコラーゲン繊維を製造することができるようにしたコラーゲン繊維の製造方法を提供することを課題とする。

そこで、本発明に係るコラーゲン繊維の製造方法は、コラーゲン溶液をエアギャップを通して凝固浴中に糸状に吐出させることによって、コラーゲン溶液を紡糸直前に伸長流動させて糸状コラーゲンを作製し、溶液溶媒を除去してコラーゲン繊維を得るようにしたことを特徴とする。

本件発明者らはコラーゲン繊維の高強度化について研究したところ、コラーゲンの分子配向がコラーゲン繊維の強度に密接に関係していることを知見するに至った。コラーゲンのような棒状の高分子は配向しやすい性質をもっており、配向させるには紡糸後に延伸するなどの操作が必要であるが、コラーゲンの場合には凝固浴に吐出した後に延伸させるのは難しい。

本発明の特徴の１つはコラーゲン溶液をエアギャップを通して凝固液に吐出して紡糸するようにした点にある。これにより、コラーゲン溶液が紡糸直前に伸長流動され、コラーゲンの分子配向が高まり、コラーゲン繊維の力学的強度がアップする。

また、本件発明者らの実験によれば、コラーゲンを可溶化し、分子間架橋の多いコラーゲンの場合にこの可溶化コラーゲンからオリゴマーコラーゲンを除去し、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を調製すると、１０％質量以上の高濃度のコラーゲン溶液を得ることができることが確認された。

高濃度のコラーゲン溶液を使用した場合、コラーゲンの分子配向をより一層高めることができ、コラーゲン繊維の力学的強度をさらにアップさせることができる。

すなわち、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を乾燥し溶液に対して１０質量％以上溶液に溶解することによって高濃度コラーゲン溶液を調製し、この高濃度コラーゲン溶液をエアギャップを通して凝固浴中に糸状に吐出させるようにすると、高強度のコラーゲン繊維を製造することができる。

また、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を用い、１０質量％以上の高濃度コラーゲン溶液を製造する方法も斬新である。

すなわち、本発明に係る高濃度コラーゲン溶液の製造方法は、コラーゲンを溶液に可溶化し、分子間架橋の多いコラーゲンはフィルター濾過を行うことによって、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を調製し、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を塩析または等電点沈殿することよって得られる沈殿物を、又は乾燥することによって得られるコラーゲンスポンジを溶液に対して乾燥物換算で１０質量％以上溶解することによって、高濃度コラーゲン溶液を得るようにしたことを特徴とする。

コラーゲンは牛由来、豚由来、鶏由来、魚由来のものなどを使用することができる。

コラーゲン溶液（紡糸液）の溶媒は常温以下の温度でコラーゲンを相当量溶解できるものがよく、例えばｐＨ３付近の有機酸、塩酸などの水溶液が推奨される。また、コラーゲン溶液は３７°Ｃ以下で再繊維化されたものでも使用することができる。

凝固浴に使用される溶媒としては、メタノール、エタノール等の低級アルコール、ヘキサン、石油エーテル等の脂肪族炭化水素、その他、アセトン、ジエチルエーテル等、あるいはこれらの混合液、１０質量％以上の塩化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどの塩類の水溶液を適用しうる。

フィルター濾過前後のゲル濾過クロマトグラフを示す図である。 濃度５質量％、１０質量％及び１８質量％のコラーゲン溶液についてのエアギャップと延伸倍率の関係を示す図である。 濃度５質量％、１０質量％、１５質量％及び２０質量％のコラーゲン溶液についての延伸倍率と引張強度の関係を示す図である。 濃度２５質量％のティラピア皮溶液コラーゲンについてのエアギャップと延伸倍率の関係を示す図である。 濃度２５質量％のティラビア皮溶液コラーゲンについてのエアギャップと引張強度の関係を示す図である.

〔実施例１〕
牛皮を水洗しアセトンで脱脂した。得られた脱脂牛皮１００ｇを、水酸化ナトリウム（２００ｇ）と４０質量％メチルアミン溶液（１２０ｇ）の混合液１０Ｌ（液温２０°Ｃ以下）で１０日かけてコラーゲンを溶解した。得られたコラーゲン溶液に対して等電点沈殿を４回繰り返して精製し、０．５質量％可溶化コラーゲン溶液を得て、フィルター濾過を行ってオリゴマーコラーゲンを減少させ、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を調製し、凍結乾燥を行ってコラーゲンスポンジを得た。このコラーゲンスポンジをｐＨ２．６の乳酸水溶液に溶解して濃度５質量％、１０質量％、１５質量％、１８質量％、２０質量％のコラーゲン溶液を調製した。

次に、濃度５質量％、１０質量％、１５質量％、１８質量％及び２０質量％のコラーゲン溶液をシリンジポンプに充填し、ノズルの孔径０．３ｍｍ、０．５ｍＬ／ｍｉｎで押し出して２０ｃｍ〜４０ｃｍのエアギャップを通して凝固液に吐出し、糸状コラーゲンを得て溶液および溶媒を除去してコラーゲン繊維を作製した。

〔試験例１〕
フィルター濾過前後のゲル濾過クロマトグラフを求めた。その結果を図１に示す。図１から、０．８μｍのフィルターを用いて濾過すると、オリゴマーコラーゲンＯＬのピークが低くなり、オリゴマーコラーゲンが除去され、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液が得られていることが確認された。

ここで、コラーゲン分子の挙動を検討すると、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液がシリンジポンプの口金の出口ではせん断流動によって分子配向が起こり、その後、部分的に配向が緩和した後、凝固液の直前になって伸張流動によってコラーゲン分子が再配向し、凝固液によって糸状コラーゲンが得られるものと考えられる。

〔試験例２〕
次に、濃度５質量％、１０質量％、１８質量％のコラーゲン溶液をシリンジポンプから押し出したときのエアギャップと延伸倍率の関係を求めた。その結果を図２に示す。図２から、コラーゲンの分子濃度が高くなると、延伸に大きなギャップが必要であることが分かった。

〔試験例３〕
また、濃度５質量％、１０質量％、１５質量％、２０質量％のコラーゲン溶液を用いてコラーゲン繊維を作製し、延伸倍率と引張強度の関係を求めた。その結果を図３に示す。図３から、濃度５質量％では従来法のコラーゲン繊維の引張強度と大差なかったが、濃度１０質量％、１５質量％及び２０質量％では絹の引張強度を越え、ナイロン及び綿と同等の引張強度が得られることが確認された。

〔実施例２〕
新鮮なティラピア皮を十分水洗した後アセトン脱脂した。得られた脱脂ティラピア皮１００ｇを、水酸化ナトリウム（２００ｇ）と４０質量％メチルアミン溶液（１２０ｇ）の混合溶液１０Ｌ（液温２０°Ｃ以下）で１０日間かけて溶解した。コラ一ゲン溶液を等電点沈殿した後遠心分離して得られた沈殿物をｐＨ３に調整して再溶解した。この溶液をフィルター濾過によりオリゴマーコラーゲンを減少させた後、再度等電点沈殿を３回繰り返して精製し、最終的に脱塩されたコラーゲン沈殿物を得た。コラ一ゲン沈殿物をフィルタープレスで水分７４％まで脱水した。これに乳酸を加えて溶解させｐＨ３．０、２５質量％の高濃度ティラピア皮コラーゲン溶液を待た。

次に、２５質量％コラーゲン溶液をシリンジポンプに充填し、ノズル孔径０．３ｍｍ、０．１ｍＬ／ｍｉｎで押し出して０〜１００ｃｍのエアギャップを通して凝固液に吐出し、糸状コラーゲンを得て溶液および溶媒を除去してコラーゲン繊維を作製した。図４にエアギャップと延伸倍率の関係を、又図５にはエアギャップと引張強度の関係を示す。実施例１に比べて２５質量％と高濃度のため１００ｃｍのエアギャップでも切れずに繊維化できた。延伸率は７０ｃｍ以上では大きな差はなかったが、１００ｃｍでは強度が減少した。

〔実施例３〕
実施例２で調製した２５質量％ティラピア皮コラーゲン溶液を２７°Ｃで１時間線維化した後、ノズルの孔径０．３ｍｍ、０．１ｍＬ／ｍｉｎで押し出して１００ｍｍのエアギャップを通して凝固液に吐出し、糸状コラーゲンを得て溶液および溶媒を除去してコラーゲン繊維を作製した。そのコラーゲン繊維の引張強度は５９０ＭＰａあり、さらに線維化した繊維であるので水に対して不溶なため、後処理が容易になった。

Claims (5)

1. コラーゲン溶液をエアギャップを通して凝固浴中に糸状に吐出させることによって、コラーゲン溶液を紡糸直前に伸張流動させて糸状コラーゲンを作製し、溶液溶媒を除去してコラーゲン繊維を得るようにしたことを特徴とするコラーゲン繊維の製造方法。
2. コラーゲンを可溶化し、この可溶化コラーゲンからモノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を調製した後、その１０質量％以上の高濃度可溶化コラーゲン溶液をエアギャップを通して凝固浴中に糸状に吐出させるようにした請求項１記載のコラーゲン繊維の製造方法。
3. ３７°Ｃ以下で保温することによって形成される繊維化した高濃度可溶化コラーゲン溶液をギャップを通して凝固液中に糸状に吐出させるようにした請求項１記載のコラーゲン繊維の製造方法。
4. コラーゲンを溶液に可溶化し、分子間架橋の多いコラーゲンはフィルター濾過を行うことによって、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を調製し、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を塩析または等電点沈殿することよって得られる沈殿物を、又は乾燥することによって得られるコラーゲンスポンジを溶液に対して乾燥物換算で１０質量％以上溶解することによって、高濃度コラーゲン溶液を得るようにしたことを特徴とする高濃度コラーゲン溶液の製造方法。
5. 分子間架橋の多い可溶化コラーゲン溶液に対してフィルター濾過を行うことよって、モノマーコラーゲンに富むコラーゲン溶液を調製するようにした請求項４記載の高濃度コラーゲン溶液の製造方法。
   

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