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JP6778099B2 - Inorganic fiber sheet and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は無機系繊維シート及びその製造方法に関する。より具体的には、培養基材、治療部位の充填材として好適に使用できる無機系繊維シート及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an inorganic fiber sheet and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to an inorganic fiber sheet that can be suitably used as a culture medium, a filler for a therapeutic site, and a method for producing the same.

人の体は約60%の水と約36%の有機物と約4%の無機物からなる。この無機物の大部分を占めるのがアパタイトである。アパタイトの一種であるヒドロキシアパタイトは、歯や骨の主成分であり、人の体の中では、水とコラーゲンなどの有機物に次いで多く、骨の約60%、歯のエナメル質の97%、象牙質の70%を占めている。 The human body consists of about 60% water, about 36% organic matter and about 4% inorganic matter. Apatite accounts for the majority of this inorganic substance. Hydroxyapatite, which is a type of apatite, is the main component of teeth and bones. In the human body, it is the second largest after organic substances such as water and collagen, about 60% of bones, 97% of tooth enamel, and dentin. It accounts for 70% of the quality.

アパタイトは、その生体親和性の高さから、医療用材料としては、人工骨や人工歯、骨や歯根の充填材料、研究用資材としては、骨モデル、破骨細胞の分離、培養及び分化のための基材、歯ブラシ又は歯磨き粉の研磨試験などを目的とした基材として応用されている。 Due to its high biocompatibility, apatite is used as a medical material for artificial bones and artificial teeth, as a filling material for bones and tooth roots, and as a research material for bone models, osteoclast separation, culture and differentiation. It is applied as a base material for the purpose of polishing test of toothbrush or toothpaste.

例えば、特開2014−57841号公報(特許文献1)には、「骨補填材を含有する不織布であって、骨補填材は不織布を構成する繊維間に含まれ、不織布を構成する繊維は生体適合性繊維であり、当該生体適合性繊維は生体適合性ポリマーを含んでなる繊維であり、さらに水溶性ポリマーを含有する不織布。」が開示されている。しかしながら、医療分野で用いる時には、エンドトキシンを除去するために、高温での熱処理やγ線処理を施す必要があるが、前記特許文献1においては、ポリ乳酸などの生体適合性ポリマーを含んでいるため、高温での熱処理やγ線処理によって、生体適合性ポリマーの分解や変性が生じてしまう問題があった。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-57841 (Patent Document 1) states that "a non-woven fabric containing a bone filling material, the bone filling material is contained between the fibers constituting the non-woven fabric, and the fibers constituting the non-woven fabric are living organisms. It is a compatible fiber, and the biocompatible fiber is a fiber containing a biocompatible polymer, and is a non-woven fabric containing a water-soluble polymer. " However, when used in the medical field, it is necessary to perform heat treatment or γ-ray treatment at a high temperature in order to remove endotoxin, but in the above-mentioned Patent Document 1, since a biocompatible polymer such as polylactic acid is contained. There is a problem that the biocompatible polymer is decomposed or modified by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment.

なお、本願出願人も特開2012−16323号公報(特許文献2)、Controlling apatite microparticles formation by calcining electrospun sol-gel derived ultrafine silica fibers(非特許文献1)において、リン酸イオンとカルシウムイオンを含む人工体液中に、シリカ繊維不織布を浸漬することにより、シリカ繊維上にアパタイト粒子を析出させることができること、及び、温度500℃以下で熱処理したシリカ繊維表面にはアパタイト粒子を析出させることができるものの、温度800℃で熱処理したシリカ繊維表面にはアパタイト粒子を析出させることができないことを開示した。このように、温度500℃以下で熱処理したシリカ繊維不織布を使用すれば、アパタイト粒子を析出させることができるものの、この不織布は強度が低く、取り扱いにくいものであった。 The applicant of the present application also found in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-16323 (Patent Document 2) and Controlling apatite microparticles formation by calcining electrospun sol-gel derived ultrafine silica fibers (Non-Patent Document 1) that artificially containing phosphate ions and calcium ions. By immersing the silica fiber non-woven fabric in the body fluid, apatite particles can be precipitated on the silica fibers, and apatite particles can be precipitated on the surface of the silica fibers heat-treated at a temperature of 500 ° C. or lower. It is disclosed that apatite particles cannot be precipitated on the surface of silica fibers heat-treated at a temperature of 800 ° C. As described above, if the silica fiber non-woven fabric heat-treated at a temperature of 500 ° C. or lower is used, the apatite particles can be precipitated, but the non-woven fabric has low strength and is difficult to handle.

特開2014−57841号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-57841 特開2012−16323号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-16323

Kawakami,Controlling apatite microparticles formation by calcining electrospun sol-gel derived ultrafine silica fibers,J Sol-Gel Sci Technol(2012)61:374-380Kawakami, Controlling apatite microparticles formation by calcining electrospun sol-gel derived ultrafine silica fibers, J Sol-Gel Sci Technol (2012) 61: 374-380

本発明はこのような状況下でなされたものであり、高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性することなく、取り扱いやすい、アパタイト成分を含む無機系繊維を含む無機系繊維シート、及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made under such circumstances, and is an inorganic fiber sheet containing an inorganic fiber containing an apatite component, which is easy to handle without being decomposed or denatured by heat treatment at a high temperature or γ-ray treatment, and an inorganic fiber sheet. It is an object of the present invention to provide the manufacturing method.

本発明の無機系繊維シートは、無機成分とアパタイト成分を含む無機系繊維を含む無機系繊維シートであり、前記無機系繊維シートの引張強度が0.2MPa以上である。 The inorganic fiber sheet of the present invention is an inorganic fiber sheet containing an inorganic fiber containing an inorganic component and an apatite component, and the tensile strength of the inorganic fiber sheet is 0.2 MPa or more.

また、アパタイト成分を10mass%以上含むこと、無機成分がアモルファスシリカであること、及び/又は無機系繊維シートの空隙率が80%以上であること、が好ましい。 Further, it is preferable that the apatite component is contained in an amount of 10 mass% or more, the inorganic component is amorphous silica, and / or the porosity of the inorganic fiber sheet is 80% or more.

更に、本発明の無機系繊維シートは培養基材又は治療部位における充填材として用いるのが好ましい。 Further, the inorganic fiber sheet of the present invention is preferably used as a culture medium or a filler in a therapeutic site.

本発明の無機系繊維シートは、前駆無機成分とアパタイト成分を含む紡糸液を紡糸して前駆無機系繊維を形成し、前駆無機系繊維を含む前駆無機系繊維シートを形成した後、焼成することにより前駆無機系繊維を無機系繊維とし、引張強度が0.2MPa以上の無機系繊維シートとすることにより製造できる。 The inorganic fiber sheet of the present invention is formed by spinning a spinning solution containing a precursor inorganic component and an apatite component to form a precursor inorganic fiber, forming a precursor inorganic fiber sheet containing the precursor inorganic fiber, and then firing. It can be produced by making the precursor inorganic fiber into an inorganic fiber and making an inorganic fiber sheet having a tensile strength of 0.2 MPa or more.

なお、前駆無機系繊維を静電紡糸法により形成し、形成した前駆無機系繊維を直接集積して、前駆無機系繊維シートを形成するのが好ましい。 It is preferable that the precursor inorganic fibers are formed by an electrostatic spinning method and the formed precursor inorganic fibers are directly integrated to form a precursor inorganic fiber sheet.

本発明の無機系繊維シートを構成する無機系繊維は無機成分とアパタイト成分を含んでいるため、高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性することがなく、化学的に安定である。また、無機系繊維シートの引張強度が0.2MPa以上で、取り扱い性に優れている。 Since the inorganic fiber constituting the inorganic fiber sheet of the present invention contains an inorganic component and an apatite component, it is not decomposed or modified by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment, and is chemically stable. Further, the tensile strength of the inorganic fiber sheet is 0.2 MPa or more, and the handleability is excellent.

本発明の無機系繊維シートを構成する無機系繊維がアパタイト成分を10mass%以上含んでいると、生体親和性に優れている。また、浸潤した細胞が高い生理活性を充分に発揮することができる。 When the inorganic fiber constituting the inorganic fiber sheet of the present invention contains an apatite component of 10 mass% or more, the biocompatibility is excellent. In addition, the infiltrated cells can sufficiently exert high physiological activity.

本発明の無機系繊維シートを構成する無機系繊維の無機成分がアモルファスシリカであると、柔軟性の高い無機系繊維であるため、柔軟性に優れ、取り扱い性や加工性に優れる無機系繊維シートである。 When the inorganic component of the inorganic fiber constituting the inorganic fiber sheet of the present invention is amorphous silica, it is an inorganic fiber having high flexibility, so that the inorganic fiber sheet is excellent in flexibility, handleability and workability. Is.

本発明の無機系繊維シートの空隙率が80%以上であると、無機系繊維シート内部も有効に活用することができる。例えば、無機系繊維シートを培養基材として用いた場合には、無機系繊維シートの内部まで細胞が成長できるため、三次元培養が可能である。また、治療部位における充填材として使用した場合には、内部まで骨芽細胞が浸潤しやすく、しかも充填材自体が骨芽細胞と親和性の高い骨の成分であるアパタイトを含むため、浸潤した骨芽細胞の骨形成機能を発揮させやすく、治療部位での骨再生を早期に進行させることができる。 When the porosity of the inorganic fiber sheet of the present invention is 80% or more, the inside of the inorganic fiber sheet can also be effectively utilized. For example, when an inorganic fiber sheet is used as a culture substrate, cells can grow into the inside of the inorganic fiber sheet, so that three-dimensional culture is possible. In addition, when used as a filler at the treatment site, osteoblasts easily infiltrate into the inside, and the filler itself contains apatite, which is a component of bone having a high affinity with osteoblasts, so that the infiltrated bone It is easy to exert the bone formation function of osteoblasts, and bone regeneration at the treatment site can be promoted at an early stage.

本発明の無機系繊維シートを培養基材として使用した場合には、三次元培養が可能な場合があり、有用な培養基材である。 When the inorganic fiber sheet of the present invention is used as a culture base material, three-dimensional culture may be possible, which is a useful culture base material.

本発明の無機系繊維シートを治療部位における充填材として使用した場合には、充填材自体が骨芽細胞と親和性の高い骨の成分であるアパタイトを含むため、骨芽細胞の骨形成機能を発揮させやすく、治療部位での骨再生を早期に進行させることができる。 When the inorganic fiber sheet of the present invention is used as a filler at a treatment site, the filler itself contains apatite, which is a bone component having a high affinity with osteoblasts, and therefore, the bone-forming function of osteoblasts is enhanced. It is easy to exert and can promote bone regeneration at the treatment site at an early stage.

本発明の製造方法によれば、高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性することがなく、化学的に安定であり、取り扱い性に優れる、前述の無機系繊維シートを製造できる。 According to the production method of the present invention, the above-mentioned inorganic fiber sheet which is chemically stable and has excellent handleability without being decomposed or denatured by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment can be produced.

なお、前駆無機系繊維を静電紡糸法により形成し、形成した前駆無機系繊維を直接集積して、前駆無機系繊維シートを形成すると、繊維径及び孔径が均一であり、しかも空隙率が80%以上の空隙の多い前駆無機系繊維シートを形成でき、結果として、前記物性を有する無機系繊維シートを製造できる。 When the precursor inorganic fiber is formed by the electrostatic spinning method and the formed precursor inorganic fiber is directly integrated to form the precursor inorganic fiber sheet, the fiber diameter and the pore diameter are uniform and the void ratio is 80. A precursor inorganic fiber sheet having a large amount of voids of% or more can be formed, and as a result, an inorganic fiber sheet having the above physical properties can be produced.

実施例の無機系繊維シートにおける、培養日数とALP相対活性値との関係を示すグラフA graph showing the relationship between the number of culture days and the ALP relative activity value in the inorganic fiber sheet of the example.

本発明の無機系繊維シートは高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性しないように、無機成分とアパタイト成分を含む無機系繊維を含んでいる。 The inorganic fiber sheet of the present invention contains an inorganic fiber containing an inorganic component and an apatite component so as not to be decomposed or denatured by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment.

本発明の無機系繊維を構成する無機成分は高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性しない無機成分であれば良く、特に限定するものではないが、例えば、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、セシウム、バリウム、ランタン、ハフニウム、タンタル、タングステン、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、又はルテチウムの各酸化物を挙げることができ、具体的には、SiO、Al、B、TiO、ZrO、CeO、FeO、Fe、Fe、VO、V、SnO、CdO、LiO、WO、Nb、Ta、In、GeO、PbTi、LiNbO、BaTiO、PbZrO、KTaO、Li、NiFe、SrTiOなどを挙げることができる。 The inorganic component constituting the inorganic fiber of the present invention may be any inorganic component that is not decomposed or modified by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment, and is not particularly limited. For example, lithium, beryllium, boron, carbon. , Sodium, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, arsenic, selenium, rubidium, strontium, ittrium , Zirconium, niobium, molybdenum, cadmium, indium, tin, antimony, terbium, cesium, barium, lantern, hafnium, tantalum, tungsten, mercury, tarium, lead, bismus, cerium, placeodium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium. , Terbium, dysprosium, formium, erbium, turium, itterbium, or lutetium oxides, specifically SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , TIO 2 , ZrO 2 , CeO. 2 , FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , VO 2 , V 2 O 5 , SnO 2 , CdO, LiO 2 , WO 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , In 2 O 3 , GeO 2 , and the like PbTi 4 O 9, LiNbO 3, BaTiO 3, PbZrO 3, KTaO 3, Li 2 B 4 O 7, NiFe 2 O 4, SrTiO 3.

これらの中でも、シリカ(SiO)は生体不活性であるため好適であり、特に、アモルファスシリカを含む無機系繊維は柔軟性の高い繊維であるため、この無機系繊維を含む無機系繊維シートは柔軟性に優れ、取り扱い性や加工性に優れているため好適である。なお、アモルファスは等方的かつ結晶のような長周期構造を持たないため、X線回折装置で測定した場合に、ハローパターンを示すことから確認することができる。 Among these, silica (SiO 2 ) is suitable because it is bioinert, and in particular, since the inorganic fiber containing amorphous silica is a highly flexible fiber, the inorganic fiber sheet containing this inorganic fiber is suitable. It is suitable because it has excellent flexibility and is excellent in handleability and workability. Since amorphous is isotropic and does not have a long-period structure like a crystal, it can be confirmed by showing a halo pattern when measured by an X-ray diffractometer.

なお、無機成分として、マグネシウム金属及び/又はカルシウム金属を含んでいると、無機系繊維は生体溶解性繊維であることができる。 When magnesium metal and / or calcium metal is contained as the inorganic component, the inorganic fiber can be a biosoluble fiber.

また、無機成分は一種元素の酸化物から構成されていても、二種以上の元素を含む酸化物から構成されていても良い。例えば、骨成分のたんぱく質を特に吸着しやすい、SiO−TiOなどの二種以上の元素を含む酸化物から構成されていても良い。 Further, the inorganic component may be composed of an oxide of one element or may be composed of an oxide containing two or more elements. For example, it may be composed of an oxide containing two or more kinds of elements such as SiO 2- TiO 2 which is particularly easy to adsorb a protein of a bone component.

更に、本発明の無機系繊維シートを封入剤で封入した後に観察する場合(例えば、内部に浸潤した細胞の観察あるいは分析をするような研究・評価用途に使用する場合)、無機系繊維を構成する無機成分の屈折率を封入剤の屈折率に合わせるのが好ましい。このように屈折率が合っていることによって、無機系繊維シートをある程度、透明にすることができ、観察性に優れているためである。この無機成分の屈折率は、特開2014−173214号公報に記載の方法により、封入剤の屈折率に合わせることができる。 Further, when observing the inorganic fiber sheet of the present invention after encapsulating it with an encapsulant (for example, when using it for research / evaluation purposes such as observing or analyzing cells infiltrated inside), the inorganic fiber is composed. It is preferable to match the refractive index of the inorganic component to the refractive index of the encapsulant. This is because the inorganic fiber sheet can be made transparent to some extent by matching the refractive indexes in this way, and the observability is excellent. The refractive index of this inorganic component can be adjusted to the refractive index of the mounting medium by the method described in JP-A-2014-173214.

一方、無機系繊維は生体親和性に優れ、また、骨環境を再現し、浸潤した細胞が高い生理活性を発揮できるように、アパタイト成分を含んでいる。このアパタイト成分は、つまりリン酸カルシウムであり、例えば、ヒドロキシアパタイト、炭酸アパタイト、フッ化アパタイト、塩化アパタイト、第2リン酸カルシウム二水和物、第2リン酸カルシウム、α−三リン酸カルシウム、β−第3リン酸カルシウム、カルシウム欠損ヒドロキシルアパタイト、カーボン添加アパタイト、クロルアパタイト、ウィトロキット、第4リン酸カルシウム、オキシアパタイト、β−ピロリン酸カルシウム、α−リン酸カルシウム、γ−リン酸カルシウム、第8リン酸カルシウムなどを挙げることができる。これらの中でも、ヒドロキシアパタイトは骨の主成分であり、骨環境を再現しやすいため好適である。 On the other hand, inorganic fibers have excellent biocompatibility, and also contain an apatite component so that the infiltrated cells can exert high physiological activity by reproducing the bone environment. This apatite component is, that is, calcium phosphate, for example, hydroxyapatite, carbonate apatite, fluoride apatite, apatite chloride, calcium diphosphate dihydrate, calcium dibasic phosphate, calcium α-triphosphate, calcium β-calcium phosphate, calcium deficiency. Examples thereof include hydroxylapatite, carbon-added apatite, chlorapatite, whitrokit, calcium tetraphosphate, oxyapatite, calcium β-pyrophosphate, calcium α-calcium phosphate, calcium γ-calcium phosphate, and calcium phosphate VIII. Among these, hydroxyapatite is the main component of bone and is suitable because it easily reproduces the bone environment.

なお、アパタイト成分はどのような形状であっても良いが、粒子形状であることができる。例えば、アパタイト成分は球形であることができる。このように粒子形状を有する場合、アパタイト成分の平均粒子径はアパタイト成分が無機系繊維中に均一に分散した状態であることができるように、無機系繊維の平均繊維径よりも小さいのが好ましい。例えば、無機系繊維の平均繊維径が1.5μm以上の場合、アパタイト成分の平均粒子径は1.5μm未満であるのが好ましく、1.0μm未満であるのがより好ましく、0.8μm以下であるのが更に好ましい。なお、無機系繊維シートを封入剤で封入した後に観察する場合、観察性を阻害しにくいように、アパタイト成分の平均粒子径は0.8μm以下であるのが好ましく、0.5μm以下であるのがより好ましい。この「平均粒子径」は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定器(LMS−300:(株)セイシン企業製)を用いて測定し、得られた粒子径に対する個数基準積分曲線において、50%個数基準積算値に対応する粒子径を意味する。 The apatite component may have any shape, but may have a particle shape. For example, the apatite component can be spherical. When having such a particle shape, the average particle size of the apatite component is preferably smaller than the average fiber diameter of the inorganic fiber so that the apatite component can be uniformly dispersed in the inorganic fiber. .. For example, when the average fiber diameter of the inorganic fiber is 1.5 μm or more, the average particle size of the apatite component is preferably less than 1.5 μm, more preferably less than 1.0 μm, and 0.8 μm or less. It is more preferable to have it. When observing the inorganic fiber sheet after encapsulating it with an encapsulant, the average particle size of the apatite component is preferably 0.8 μm or less, and 0.5 μm or less so as not to hinder the observability. Is more preferable. This "average particle size" is measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (LMS-300: manufactured by Seishin Co., Ltd.), and is 50% in the number-based integral curve with respect to the obtained particle size. It means the particle size corresponding to the standard integrated value.

本発明の無機系繊維シートを構成する無機系繊維は上述のような無機成分とアパタイト成分を含んでいるが、アパタイト成分により生体親和性に優れ、また、浸潤した細胞が高い生理活性を発揮できるように、無機系繊維におけるアパタイト成分量は10mass%以上であるのが好ましく、15mass%以上であるのがより好ましく、20mass%以上であるのが更に好ましい。一方で、アパタイト成分の比率が高くなり過ぎると、無機系繊維の強度が低下し、結果として、取り扱い性の悪い無機系繊維シートとなる傾向があるため、70mass%以下であるのが好ましい。 The inorganic fiber constituting the inorganic fiber sheet of the present invention contains the above-mentioned inorganic component and apatite component, but the apatite component has excellent biocompatibility and the infiltrated cells can exhibit high physiological activity. As described above, the amount of the apatite component in the inorganic fiber is preferably 10 mass% or more, more preferably 15 mass% or more, and further preferably 20 mass% or more. On the other hand, if the ratio of the apatite component is too high, the strength of the inorganic fiber is lowered, and as a result, the inorganic fiber sheet tends to be poorly handled. Therefore, it is preferably 70 mass% or less.

なお、無機成分とアパタイト成分とはどのように存在していても良いが、アパタイト成分により生体親和性に優れているように、また、浸潤した細胞が高い生理活性を発揮できるように、アパタイト成分が無機系繊維表面に存在し、露出しているのが好ましい。 The inorganic component and the apatite component may exist in any way, but the apatite component has excellent biocompatibility due to the apatite component and the infiltrated cells can exert high physiological activity. Is present on the surface of the inorganic fiber and is preferably exposed.

本発明の無機系繊維は上述の通り、無機成分とアパタイト成分を含んでいるが、高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性することがなく、また、生体親和性を損なわない範囲で、有機成分を含んでいても良い。しかしながら、本発明の無機系繊維は無機成分とアパタイト成分が90mass%以上を占めているのが好ましく、95mass%以上を占めているのがより好ましく、無機成分とアパタイト成分のみ(100mass%)からなるのが最も好ましい。 As described above, the inorganic fiber of the present invention contains an inorganic component and an apatite component, but it is not decomposed or denatured by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment, and is not impaired in biocompatibility. , May contain organic components. However, in the inorganic fiber of the present invention, the inorganic component and the apatite component preferably occupy 90 mass% or more, more preferably 95 mass% or more, and consist of only the inorganic component and the apatite component (100 mass%). Is the most preferable.

本発明の無機系繊維の平均繊維径は特に限定するものではないが、表面積が広く、生体親和性に優れ、また、浸潤した細胞とアパタイト成分がある程度の接触面積を有し、高い生理活性を発揮できるように、更に、強度的に優れているように、0.6μm以上であるのが好ましく、0.8μm以上であるのがより好ましく、1.0μm以上であるのが更に好ましい。一方、生体親和性を損なわないように、また、浸潤した細胞同士の相互作用が繊維によって妨げられないように、平均繊維径は20μm以下であるのが好ましい。本発明における「平均繊維径」は50点における繊維径の算術平均値を意味し、「繊維径」は顕微鏡写真をもとに計測した、繊維の伸びる方向に対して直交する長さを意味する。 The average fiber diameter of the inorganic fiber of the present invention is not particularly limited, but the surface area is large, the biocompatibility is excellent, and the infiltrated cells and the apatite component have a certain contact area and have high physiological activity. It is preferably 0.6 μm or more, more preferably 0.8 μm or more, and further preferably 1.0 μm or more so that it can be exhibited and that it is excellent in strength. On the other hand, the average fiber diameter is preferably 20 μm or less so as not to impair the biocompatibility and to prevent the interaction between infiltrated cells from being hindered by the fibers. The "average fiber diameter" in the present invention means the arithmetic mean value of the fiber diameter at 50 points, and the "fiber diameter" means the length orthogonal to the extending direction of the fiber measured based on the micrograph. ..

本発明の無機系繊維は、繊維シート構造となった際に均一な孔径を形成でき、均一な細胞の浸潤路を形成できるように、また、浸潤した細胞と繊維表面のアパタイト成分が均一に接触できるように、繊維径が揃っているのが好ましい。より具体的には、繊維径の変動係数(CV値)が0.7以下であるのが好ましく、0.5以下であるのがより好ましい。なお、繊維径の変動係数は繊維径の標準偏差(σ)を平均繊維径(md)で割った値である。 The inorganic fiber of the present invention can form a uniform pore diameter when it has a fiber sheet structure, so that a uniform cell infiltration path can be formed, and the infiltrated cells and the apatite component on the fiber surface come into uniform contact. It is preferable that the fiber diameters are uniform so as to be possible. More specifically, the coefficient of variation (CV value) of the fiber diameter is preferably 0.7 or less, and more preferably 0.5 or less. The coefficient of variation of the fiber diameter is a value obtained by dividing the standard deviation (σ) of the fiber diameter by the average fiber diameter (md).

また、本発明の無機系繊維の繊維長は特に限定するものではないが、0.5mm以上であるのが好ましく、1.0mm以上であるのがより好ましい。特に、繊維の脱落が生じにくく、また、機械的強度が優れているように、実質的に連続繊維であるのが最も好ましい。この「実質的に連続繊維」とは1000倍の電子顕微鏡写真を撮影した場合に、無機系繊維の端部を確認できないことを意味する。 The fiber length of the inorganic fiber of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.5 mm or more, and more preferably 1.0 mm or more. In particular, it is most preferable that the fibers are substantially continuous fibers so that the fibers are less likely to fall off and the mechanical strength is excellent. This "substantially continuous fiber" means that the end portion of the inorganic fiber cannot be confirmed when an electron micrograph of 1000 times is taken.

本発明の無機系繊維シートは前述のような無機系繊維を含み、引張強度が0.2MPa以上の強度の優れるものであるため、取り扱い性に優れている。この引張強度が強ければ強い程、取り扱い性に優れているため、0.25MPa以上であるのが好ましく、0.3MPa以上であるのがより好ましく、0.35MPa以上であるのが更に好ましく、0.40MPa以上であるのが更に好ましく、0.45MPa以上であるのが更に好ましい。なお、強度が強い程、取り扱い性に優れているため、上限は特に限定するものではない。 Since the inorganic fiber sheet of the present invention contains the above-mentioned inorganic fibers and has an excellent tensile strength of 0.2 MPa or more, it is excellent in handleability. The stronger the tensile strength, the better the handleability. Therefore, it is preferably 0.25 MPa or more, more preferably 0.3 MPa or more, further preferably 0.35 MPa or more, and 0. It is more preferably .40 MPa or more, and further preferably 0.45 MPa or more. The stronger the strength, the better the handleability. Therefore, the upper limit is not particularly limited.

この引張強度は、無機系繊維シート(試験片)の、破断するまでの最大荷重の測定を5枚の試験片について行い、その算術平均値を無機系繊維シート(試験片)の断面積で除した商である。なお、破断するまでの最大荷重は、次の条件で測定した値であり、断面積は測定時の無機系繊維シート(試験片)の幅と厚さの積から算出される値である。
測定装置:定速伸長型引張試験機(オリエンテック製、UCT−100)
試験片サイズ:5mm幅×70mm長
チャック間間隔:50mm
引張速度:50mm/min.
For this tensile strength, the maximum load of the inorganic fiber sheet (test piece) until it breaks is measured for five test pieces, and the arithmetic mean value is divided by the cross-sectional area of the inorganic fiber sheet (test piece). It is a quotient. The maximum load until fracture is a value measured under the following conditions, and the cross-sectional area is a value calculated from the product of the width and thickness of the inorganic fiber sheet (test piece) at the time of measurement.
Measuring device: Constant speed extension type tensile tester (manufactured by Orientec, UCT-100)
Specimen size: 5 mm width x 70 mm length Chuck spacing: 50 mm
Tensile speed: 50 mm / min.

本発明の無機系繊維シートにおける無機系繊維の含有量が多い程、生体親和性に優れ、また、浸潤した細胞が高い生理活性を発揮できるため、無機系繊維は無機系繊維シート中、90mass%以上を占めているのが好ましく、95mass%以上を占めているのがより好ましく、高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性しにくいように、無機系繊維のみ(100mass%)からなるのが最も好ましい。 The higher the content of the inorganic fiber in the inorganic fiber sheet of the present invention, the better the biocompatibility, and the higher the physiological activity of the infiltrated cells can be exhibited. Therefore, the inorganic fiber is 90 mass% in the inorganic fiber sheet. It preferably occupies the above, more preferably 95 mass% or more, and is composed of only inorganic fibers (100 mass%) so that it is not easily decomposed or modified by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment. Is the most preferable.

なお、無機系繊維シートを構成できる前述の無機系繊維以外の繊維としては、特に限定するものではないが、例えば、無機系繊維を構成できる無機成分からなり、アパタイト成分を含まない無機系繊維を挙げることができる。 The fibers other than the above-mentioned inorganic fibers that can form an inorganic fiber sheet are not particularly limited, but for example, an inorganic fiber that is composed of an inorganic component that can form an inorganic fiber and does not contain an apatite component is used. Can be mentioned.

本発明の無機系繊維シートは前述のような無機系繊維を含んでいるが、その形態は特に限定するものではない。例えば、不織布形態、織物形態、編物形態であることができる。これらの中でも、不織布形態であると、無機系繊維が均一に分散することができ、孔径が均一であることができるため、不織布形態であるのが好ましい。 The inorganic fiber sheet of the present invention contains the above-mentioned inorganic fibers, but the form thereof is not particularly limited. For example, it can be a non-woven fabric form, a woven fabric form, or a knitted form. Among these, the non-woven fabric form is preferable because the inorganic fibers can be uniformly dispersed and the pore diameters can be uniform.

このように好適である不織布形態である場合、無機系繊維同士が絡合及び/又は接着して、不織布形態を保持しているのが好ましい。例えば、無機系繊維を構成する無機成分の焼結によって、無機系繊維同士が結合しているのが好ましい。なお、無機系繊維同士の絡合は、水流などの外力による強制的な絡合である必要はなく、例えば、紡糸した前駆無機系繊維を直接集積させる際に生じる、前駆無機系繊維同士の絡みであっても良い。 In the case of a non-woven fabric form suitable as described above, it is preferable that the inorganic fibers are entangled and / or adhered to each other to maintain the non-woven fabric form. For example, it is preferable that the inorganic fibers are bonded to each other by sintering the inorganic components constituting the inorganic fibers. The entanglement of the inorganic fibers does not have to be a forced entanglement due to an external force such as a water flow. For example, the entanglement of the precursor inorganic fibers that occurs when the spun precursor inorganic fibers are directly accumulated. It may be.

本発明の無機系繊維シートはシート内部も有効に活用できるように、空隙率が80%以上であるのが好ましい。例えば、無機系繊維シートを培養基材として用いた場合には、無機系繊維シートの内部まで細胞が成長できるため、三次元培養が可能である。また、治療部位における充填材として使用した場合には、内部まで骨芽細胞が浸潤しやすく、しかも充填材自体が骨芽細胞と親和性の高い骨の成分であるアパタイトを含むため、浸潤した骨芽細胞の骨形成機能を発揮させやすく、治療部位での骨再生を早期に進行させることができる。この空隙率が高い程、シート内部も有効に活用できるため、空隙率は85%以上であるのがより好ましく、90%以上であるのが更に好ましい。一方で、空隙率が高過ぎると、強度が弱くなり、取り扱いにくくなる傾向があるため、99%以下であるのが好ましい。この空隙率P(単位:%)は次の式から得られる値をいう。
P=100−(Fr1+Fr2+・・+Frn)
ここで、Frnは無機系繊維シートを構成する成分nの充填率(単位:%)を示し、次の式から得られる値をいう。
Frn=[(M×Prn)/(T×SGn)]×100
ここで、Mは無機系繊維シートの目付(単位:g/cm)、Tは無機系繊維シートの厚さ(単位:cm)、Prnは無機系繊維シートにおける成分n(例えば、無機成分、アパタイト成分など)の存在質量比率、SGnは成分nの比重(単位:g/cm)をそれぞれ意味する。
The inorganic fiber sheet of the present invention preferably has a porosity of 80% or more so that the inside of the sheet can be effectively utilized. For example, when an inorganic fiber sheet is used as a culture substrate, cells can grow into the inside of the inorganic fiber sheet, so that three-dimensional culture is possible. In addition, when used as a filler at the treatment site, osteoblasts easily infiltrate into the inside, and the filler itself contains apatite, which is a component of bone having a high affinity with osteoblasts, so that the infiltrated bone It is easy to exert the bone formation function of osteoblasts, and bone regeneration at the treatment site can be promoted at an early stage. The higher the porosity, the more effectively the inside of the sheet can be utilized. Therefore, the porosity is more preferably 85% or more, and further preferably 90% or more. On the other hand, if the porosity is too high, the strength tends to be weak and it tends to be difficult to handle. Therefore, it is preferably 99% or less. This porosity P (unit:%) refers to a value obtained from the following equation.
P = 100- (Fr1 + Fr2 + ... + Frn)
Here, Frn indicates the filling rate (unit:%) of the component n constituting the inorganic fiber sheet, and refers to a value obtained from the following formula.
Frn = [(M × Prn) / (T × SGn)] × 100
Here, M is the texture of the inorganic fiber sheet (unit: g / cm 2 ), T is the thickness of the inorganic fiber sheet (unit: cm), and Prn is the component n in the inorganic fiber sheet (for example, the inorganic component, The abundant mass ratio of the apatite component, etc.) and SGn mean the specific gravity of the component n (unit: g / cm 3 ).

本発明の無機系繊維シートの目付は特に限定するものではないが、取り扱い性に優れているように、6g/m以上であるのが好ましく、8g/m以上であるのがより好ましく、10g/m以上であるのが更に好ましい。目付が高ければ高い程、無機系繊維シートの強度が強くなり、取り扱い性に優れているため、目付の上限は特に限定するものではない。本発明における「目付」は、10cm角に切断した無機系繊維シートの質量を測定し、1mの大きさの質量に換算した値をいう。 The basis weight of the inorganic fiber sheet of the present invention is not particularly limited, but it is preferably 6 g / m 2 or more, more preferably 8 g / m 2 or more so as to be excellent in handleability. It is more preferably 10 g / m 2 or more. The higher the basis weight, the stronger the strength of the inorganic fiber sheet and the better the handleability. Therefore, the upper limit of the basis weight is not particularly limited. The "Metsuke" in the present invention refers to a value obtained by measuring the mass of an inorganic fiber sheet cut into 10 cm squares and converting it into a mass having a size of 1 m 2 .

また、本発明の無機系繊維シートの厚さも特に限定するものではないが、取り扱い性に優れているように、60μm以上であるのが好ましく、70μm以上であるのがより好ましく、80μm以上であるのが更に好ましい。厚さが厚ければ厚い程、無機系繊維シートの強度が強くなり、取り扱い性に優れているため、厚さの上限は特に限定するものではない。本発明における「厚さ」はシックネスゲージ((株)ミツトヨ製:コードNo.547−401:測定力3.5N以下)を用いて測定した値をいう。 Further, the thickness of the inorganic fiber sheet of the present invention is not particularly limited, but it is preferably 60 μm or more, more preferably 70 μm or more, and 80 μm or more so as to be excellent in handleability. Is more preferable. The thicker the thickness, the stronger the strength of the inorganic fiber sheet and the better the handleability. Therefore, the upper limit of the thickness is not particularly limited. The "thickness" in the present invention refers to a value measured using a thickness gauge (manufactured by Mitutoyo Co., Ltd .: Code No. 547-401: measuring force 3.5 N or less).

本発明の無機系繊維シートは無機系繊維が均一に分散しており、無機系繊維シート内部も有効に利用できる平均流量孔径であるのが好ましい。例えば、無機系繊維シートを培養基材又は治療部位の充填材として使用する場合、無機系繊維シート内部まで細胞が浸潤しやすいように、無機系繊維シートの平均流量孔径は一般的な細胞の細胞核が通り抜けることのできる、3μm〜10μmであるのが好ましい。 In the inorganic fiber sheet of the present invention, the inorganic fibers are uniformly dispersed, and it is preferable that the inside of the inorganic fiber sheet has an average flow pore diameter that can be effectively used. For example, when an inorganic fiber sheet is used as a culture medium or a filler for a treatment site, the average flow pore size of the inorganic fiber sheet is the cell nucleus of a general cell so that cells can easily infiltrate into the inside of the inorganic fiber sheet. It is preferably 3 μm to 10 μm that can pass through.

また、本発明の無機系繊維シートは無機系繊維が均一に分布しており、均一に生体親和性に優れ、また、均一に生理活性を発揮できるように、無機系繊維シートの全孔径における平均流量孔径の占める割合を意味する「細孔径分布」が30%以上と、孔径が揃っているのが好ましい。より好ましくは細孔径分布が35%以上であり、更に好ましくは細孔径分布が40%以上である。 Further, in the inorganic fiber sheet of the present invention, the inorganic fibers are uniformly distributed, the biocompatibility is uniformly excellent, and the average of the total pore diameters of the inorganic fiber sheets is such that the physiological activity can be uniformly exhibited. It is preferable that the pore diameters are uniform, such that the "pore diameter distribution", which means the ratio of the flow rate pore diameters, is 30% or more. More preferably, the pore size distribution is 35% or more, and even more preferably 40% or more.

上記平均流量孔径及び細孔径分布はバブルポイント法による細孔径測定ができるパームポロメーター(西華産業株式会社製)を用い、次の条件で測定した値を意味する。
試験片サイズ:直径25mm
試験液:GALWICK(表面張力:15.7dynes/cm)
The average flow rate pore size and pore size distribution mean values measured under the following conditions using a palm porometer (manufactured by Seika Sangyo Co., Ltd.) capable of measuring the pore size by the bubble point method.
Specimen size: 25 mm in diameter
Test solution: GALWICK (surface tension: 15.7 days / cm)

本発明の無機系繊維シートは高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性することがなく、化学的に安定であり、また、無機系繊維シートの引張強度が0.2MPa以上で、取り扱い性に優れているため、生体適合性を必要とする分野、用途に好適に使用することができる。なお、無機系繊維シートはシート形態のまま使用することができるし、三次元的な形態に成形した後に使用することができるし、或いは、粉体に粉砕した後に使用することもできる。無機系繊維シートを成形して使用する場合、無機系繊維を構成する無機成分がアモルファスシリカ成分であると、柔軟性に優れ、加工性に優れているという特長がある。 The inorganic fiber sheet of the present invention is not decomposed or modified by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment, is chemically stable, and has a tensile strength of 0.2 MPa or more for handling. Since it has excellent properties, it can be suitably used in fields and applications that require biocompatibility. The inorganic fiber sheet can be used as it is in the sheet form, can be used after being molded into a three-dimensional form, or can be used after being pulverized into powder. When the inorganic fiber sheet is molded and used, if the inorganic component constituting the inorganic fiber is an amorphous silica component, it has an advantage of excellent flexibility and excellent workability.

例えば、創薬開発や医学系研究分野などにおける培養基材として使用すると、三次元培養が可能な場合があり、有用である。特に、空隙率80%以上であるような高空隙率の無機系繊維シートは、シート内部まで細胞が成長し、三次元培養が可能であるため、好適である。 For example, when used as a culture medium in drug discovery development or medical research fields, three-dimensional culture may be possible, which is useful. In particular, an inorganic fiber sheet having a high porosity of 80% or more is suitable because cells grow to the inside of the sheet and three-dimensional culture is possible.

また、本発明の無機系繊維シートを補綴歯科分野や人工骨関連分野などにおける治療部位における充填材として使用すると、充填材自体が骨芽細胞と親和性の高い骨の成分であるアパタイトを含むため、骨芽細胞の骨形成機能を発揮させやすく、治療部位での骨再生を早期に進行させることができる。特に、空隙率が80%以上の無機系繊維シートを治療部位における充填材として使用した場合には、内部まで骨芽細胞が浸潤しやすく、しかも充填材自体が骨芽細胞と親和性の高い骨の成分であるアパタイトを含むため、浸潤した骨芽細胞の骨形成機能を発揮させやすく、治療部位での骨再生を早期に進行させることができる。 Further, when the inorganic fiber sheet of the present invention is used as a filler in a treatment site in a prosthetic dentistry field or an artificial bone-related field, the filler itself contains apatite, which is a bone component having a high affinity with osteoblasts. , It is easy to exert the bone formation function of osteoblasts, and bone regeneration at the treatment site can be promoted at an early stage. In particular, when an inorganic fiber sheet having a void ratio of 80% or more is used as a filler in the treatment site, osteoblasts easily infiltrate into the inside, and the filler itself has a high affinity with osteoblasts. Since it contains apatite, which is a component of the above, it is easy to exert the bone-forming function of infiltrated osteoblasts, and bone regeneration at the treatment site can be promoted at an early stage.

なお、本発明の無機系繊維シートを治療部位における充填材として使用する場合、無機系繊維シートはシート形態で使用することもできるし、治療部位の形態に応じて成形し、使用することもできるし、無機系繊維シートを粉砕し、粉末形態で使用することもできる。無機系繊維シートを成形して使用する場合、無機系繊維を構成する無機成分がアモルファスシリカ成分であると、柔軟性に優れ、加工性に優れているという特長がある。 When the inorganic fiber sheet of the present invention is used as a filler in the treatment site, the inorganic fiber sheet can be used in the form of a sheet, or can be molded and used according to the form of the treatment site. Inorganic fiber sheets can also be crushed and used in powder form. When the inorganic fiber sheet is molded and used, if the inorganic component constituting the inorganic fiber is an amorphous silica component, it has an advantage of excellent flexibility and excellent workability.

本発明の無機系繊維シートは、例えば、前駆無機成分とアパタイト成分を含む紡糸液を紡糸して前駆無機系繊維を形成し、前駆無機系繊維を含む前駆無機系繊維シートを形成した後、焼成することにより前駆無機系繊維を無機系繊維とし、引張強度が0.2MPa以上の無機系繊維シートとして製造することができる。 The inorganic fiber sheet of the present invention is, for example, spun a spinning solution containing a precursor inorganic component and an apatite component to form a precursor inorganic fiber, forms a precursor inorganic fiber sheet containing the precursor inorganic fiber, and then fires. By doing so, the precursor inorganic fiber can be made into an inorganic fiber, and an inorganic fiber sheet having a tensile strength of 0.2 MPa or more can be produced.

より具体的には、まず、前駆無機成分とアパタイト成分を含む紡糸液を調製する。この前駆無機成分は無機成分のもととなる成分という意味で、前述の無機成分のもととなる前駆無機成分を用意する。例えば、無機成分として、シリカ成分を含んでいるのが好ましいが、この場合、前駆無機成分として、テトラエトキシシランを用意するのが好ましい。 More specifically, first, a spinning solution containing a precursor inorganic component and an apatite component is prepared. This precursor inorganic component means a component that is a source of the inorganic component, and a precursor inorganic component that is a source of the above-mentioned inorganic component is prepared. For example, it is preferable to contain a silica component as an inorganic component, but in this case, it is preferable to prepare tetraethoxysilane as a precursor inorganic component.

一方で、アパタイト成分を用意するが、前述のように、アパタイト成分としてヒドロキシアパタイトを用意するのが好ましく、粒子形状(特に球形)のアパタイトを用意することができる。アパタイト成分が粒子形状を有する場合、アパタイト成分の平均粒子径は無機系繊維の所望の平均繊維径よりも小さいのが好ましい。例えば、平均繊維径が1.5μm以上の無機系繊維を含む無機系繊維シートを製造する場合、アパタイト成分の平均粒子径は1.5μm未満であるのが好ましく、1.0μm未満であるのがより好ましく、0.8μm以下であるのが更に好ましい。 On the other hand, although an apatite component is prepared, as described above, it is preferable to prepare hydroxyapatite as the apatite component, and apatite having a particle shape (particularly spherical shape) can be prepared. When the apatite component has a particle shape, the average particle size of the apatite component is preferably smaller than the desired average fiber diameter of the inorganic fiber. For example, in the case of producing an inorganic fiber sheet containing an inorganic fiber having an average fiber diameter of 1.5 μm or more, the average particle size of the apatite component is preferably less than 1.5 μm, preferably less than 1.0 μm. More preferably, it is 0.8 μm or less.

この紡糸液は前駆無機成分とアパタイト成分とを含むものであるが、アパタイト成分により生体親和性、また、浸潤した細胞が高い生理活性を発揮できるように、アパタイト成分が無機系繊維の10mass%以上を占めているのが好ましいため、焼成後のアパタイト成分量が10mass%以上(より好ましくは15mass%以上、更に好ましくは20mass%以上であり、好ましくは70mass%以下)となるように、前駆無機成分とアパタイト成分と配合し、紡糸液を調製するのが好ましい。 This spinning solution contains a precursor inorganic component and an apatite component, and the apatite component occupies 10 mass% or more of the inorganic fiber so that the apatite component can exhibit biocompatibility and high physiological activity of the infiltrated cells. The amount of the apatite component after firing is 10 mass% or more (more preferably 15 mass% or more, further preferably 20 mass% or more, preferably 70 mass% or less) so that the amount of the apatite component after firing is 10 mass% or more (more preferably 15 mass% or more, preferably 70 mass% or less). It is preferable to mix with the ingredients to prepare a spinning solution.

なお、紡糸液を構成する溶媒は前駆無機成分とアパタイト成分を溶解又は分散させることのできる溶媒であれば良く、特に限定するものではないが、例えば、水;アルコール(例えば、メタノール、エタノールなど)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、又はN−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶媒を単独で、又は混合して使用することができる。 The solvent constituting the spinning solution may be any solvent that can dissolve or disperse the precursor inorganic component and the apatite component, and is not particularly limited, but for example, water; alcohol (for example, methanol, ethanol, etc.). , N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used alone or in admixture.

本発明の紡糸液は前述のような前駆無機成分とアパタイト成分とを含んでいれば良いが、更に、有機成分を含んでいると、後述の前駆無機系繊維を焼成して無機系繊維とする際に、有機成分の分解と共に無機系繊維が焼き締まり、アパタイト成分が繊維表面に露出しやすくなるため、紡糸液に有機成分も配合するのが好ましい。この有機成分は焼成の際に分解するものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、ポリビニルピロリドン、無水マレイン酸コポリマー、ポリアクリロニトリルなどを挙げることができる。なお、有機成分を配合する場合、焼成後の無機系繊維が多孔になり、強度が低下してしまわないように、前駆無機系繊維の50mass%以下(より好ましくは40mass%以下、更に好ましくは30mass%以下)となるように配合するのが好ましい。 The spinning solution of the present invention may contain the precursor inorganic component and the apatite component as described above, but if it further contains an organic component, the precursor inorganic fiber described later is fired to obtain an inorganic fiber. At that time, the inorganic fiber is baked down with the decomposition of the organic component, and the apatite component is easily exposed on the fiber surface. Therefore, it is preferable to add the organic component to the spinning solution. This organic component may be decomposed during firing and is not particularly limited, and examples thereof include polyvinylpyrrolidone, maleic anhydride copolymer, and polyacrylonitrile. When an organic component is blended, 50 mass% or less (more preferably 40 mass% or less, still more preferably 30 mass) of the precursor inorganic fiber so that the inorganic fiber after firing does not become porous and the strength does not decrease. % Or less) is preferable.

このような紡糸液を紡糸し、前駆無機系繊維を形成する。前駆無機系繊維は、前駆無機成分と同様に、無機系繊維のもととなる繊維ということを意味する。なお、紡糸液の紡糸方法は特に限定するものではないが、例えば、紡糸液に対して電界を作用させて繊維化する方法(静電紡糸法)、紡糸液に対してガスを作用させて繊維化する方法(例えば、特開2009−287138号公報に開示の方法)、紡糸液に対してガス及び電界を作用させて繊維化する方法、などを挙げることができる。特に、静電紡糸法は、繊維径が小さく(平均繊維径:3μm以下)、繊維径が揃っており、しかも実質的に連続した前駆無機系繊維を紡糸できるため好適である。 Such a spinning solution is spun to form precursor inorganic fibers. The precursor inorganic fiber means a fiber that is a source of the inorganic fiber as well as the precursor inorganic component. The spinning method of the spinning solution is not particularly limited, but for example, a method of applying an electric field to the spinning solution to form fibers (electrostatic spinning method), or a method of applying gas to the spinning solution to form fibers. (For example, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-287138), a method of applying a gas and an electric field to the spinning liquid to form fibers, and the like can be mentioned. In particular, the electrostatic spinning method is suitable because the fiber diameter is small (average fiber diameter: 3 μm or less), the fiber diameters are uniform, and substantially continuous precursor inorganic fibers can be spun.

次いで、前記前駆無機系繊維を含む前駆無機系繊維シートを常法により形成する。例えば、前駆無機系繊維シートが織物形態である場合には、連続繊維形態の前駆無機系繊維を織って形成でき、編物形態である場合には、連続繊維形態の前駆無機系繊維を編んで形成でき、不織布形態である場合には、連続繊維形態又は短繊維形態の前記無機系繊維を集合させ、結合して形成できる。前述のような、紡糸液に対して電界及び/又はガスを作用させて前駆無機系繊維を形成する場合(特に静電紡糸法の場合)、形成した前駆無機系繊維を直接集積して、前駆無機系繊維シートを形成することができる。特に、静電紡糸法により前駆無機系繊維を直接集積して、前駆無機系繊維シートを形成すると、繊維径が小さく、繊維径が揃っているばかりでなく、孔径が均一であり、しかも空隙率が80%以上の空隙が多く、ある程度前駆無機系繊維同士が絡んだ前駆無機系繊維シートを形成でき、結果として、繊維径が小さく、繊維径が揃った無機系繊維を含み、孔径が均一であり、しかも空隙率が80%以上の空隙の多い無機系繊維シートを製造しやすいため好適である。 Next, a precursor inorganic fiber sheet containing the precursor inorganic fiber is formed by a conventional method. For example, when the precursor inorganic fiber sheet is in the woven form, it can be formed by weaving the precursor inorganic fibers in the continuous fiber form, and when it is in the knitted form, it is formed by knitting the precursor inorganic fibers in the continuous fiber form. In the case of a non-woven fabric form, the inorganic fibers in the continuous fiber form or the short fiber form can be assembled and combined to form. When the precursor inorganic fibers are formed by applying an electric field and / or gas to the spinning liquid as described above (particularly in the case of the electrostatic spinning method), the formed precursor inorganic fibers are directly accumulated to form a precursor. Inorganic fiber sheets can be formed. In particular, when the precursor inorganic fibers are directly integrated by the electrostatic spinning method to form the precursor inorganic fiber sheet, not only the fiber diameters are small and the fiber diameters are uniform, but also the pore diameters are uniform and the void ratio. However, there are many voids of 80% or more, and a precursor-inorganic fiber sheet in which precursor-inorganic fibers are entwined with each other can be formed to some extent. Moreover, it is suitable because it is easy to manufacture an inorganic fiber sheet having many voids having a void ratio of 80% or more.

このような前駆無機系繊維シートの強度が不足し、取扱い性が悪いような場合には、流体流等による絡合、接着剤による接着等により前駆無機系繊維同士を結合することもできる。 When the strength of the precursor inorganic fiber sheet is insufficient and the handleability is poor, the precursor inorganic fibers can be bonded to each other by entanglement by a fluid flow or the like, adhesion by an adhesive, or the like.

なお、前駆無機系繊維を連続繊維として巻き取り、前駆無機系繊維を所望繊維長に切断して短繊維とした後、公知の乾式法又は湿式法により繊維ウエブを形成し、流体流等による絡合、接着剤による接着等により結合し、前駆無機系繊維シートとすることもできる。しかしながら、無機系繊維は連続繊維であるのが好ましいため、連続した前駆無機系繊維を直接捕集し、集積して、前駆無機系繊維シートを形成するのが好ましい。 The precursor inorganic fiber is wound as a continuous fiber, the precursor inorganic fiber is cut to a desired fiber length to obtain a short fiber, and then a fiber web is formed by a known dry method or wet method, and entangled by a fluid flow or the like. In that case, it can be bonded by adhesion with an adhesive or the like to form a precursor inorganic fiber sheet. However, since the inorganic fiber is preferably a continuous fiber, it is preferable to directly collect and accumulate the continuous precursor inorganic fiber to form a precursor inorganic fiber sheet.

そして、前駆無機系繊維シートを焼成することにより前駆無機系繊維を無機系繊維とし、引張強度が0.2MPa以上の無機系繊維シートを製造することができる。この焼成処理を実施することにより、前駆無機系繊維の前駆無機成分を無機成分として、無機系繊維へ変換すること以外に、前駆無機系繊維同士の交点が焼結し、無機系繊維シートの強度が向上する。この焼成処理は、例えば、焼結炉を用いて実施することができ、その温度は前駆無機成分によって、適宜設定する。一般的には、焼成温度は600℃以上であるのが好ましく、700℃以上であるのがより好ましく、800℃以上であるのが更に好ましい。 Then, by firing the precursor inorganic fiber sheet, the precursor inorganic fiber can be made into an inorganic fiber, and an inorganic fiber sheet having a tensile strength of 0.2 MPa or more can be produced. By carrying out this firing treatment, in addition to converting the precursor inorganic component of the precursor inorganic fiber into an inorganic component as an inorganic component, the intersections of the precursor inorganic fibers are sintered and the strength of the inorganic fiber sheet is increased. Is improved. This firing process can be carried out using, for example, a sintering furnace, and the temperature thereof is appropriately set depending on the precursor inorganic component. In general, the firing temperature is preferably 600 ° C. or higher, more preferably 700 ° C. or higher, and even more preferably 800 ° C. or higher.

なお、必要であれば、各種後加工を実施することができる。例えば、一対のロール間を通すことによって、厚さを調整できるし、打ち抜き型やレーザーを用いて、無機系繊維シートを所望形状に切断することができる。また、3−アミノプロピルトリエトキシシランなどのシランカップリング剤を、無機系繊維シートに塗布し、基材に積層した後、熱処理(例えば、温度50℃程度)を実施し、カップリング反応によって、無機系繊維シートと基材とを接着することもできる。 If necessary, various post-processing can be carried out. For example, the thickness can be adjusted by passing between a pair of rolls, and the inorganic fiber sheet can be cut into a desired shape by using a punching die or a laser. Further, a silane coupling agent such as 3-aminopropyltriethoxysilane is applied to an inorganic fiber sheet, laminated on a base material, and then heat-treated (for example, at a temperature of about 50 ° C.) to be subjected to a coupling reaction. It is also possible to bond the inorganic fiber sheet and the base material.

以上のようにして、本発明の無機系繊維シートを製造できるが、アパタイト成分が粒子形態である場合、紡糸の際に、無機系繊維内部だけではなく、繊維表面にも存在し、露出しやすい。なお、アパタイト成分の露出度合いが不充分な場合、又は露出度合いをより高めたい場合には、無機成分の一部を溶解除去することができる。例えば、無機成分がシリカ成分からなる場合、アルカリ溶液に浸漬することによって、アパタイト成分の露出度合いを高めることができる。別の見方をすると、アルカリ溶液による溶解除去条件を調節することによって、アパタイト成分の露出度合いを調節することができる。 As described above, the inorganic fiber sheet of the present invention can be produced, but when the apatite component is in the particle form, it is present not only inside the inorganic fiber but also on the fiber surface during spinning and is easily exposed. .. If the degree of exposure of the apatite component is insufficient, or if it is desired to increase the degree of exposure, a part of the inorganic component can be dissolved and removed. For example, when the inorganic component is composed of a silica component, the degree of exposure of the apatite component can be increased by immersing it in an alkaline solution. From another point of view, the degree of exposure of the apatite component can be adjusted by adjusting the dissolution and removal conditions with the alkaline solution.

以上は、本発明の無機系繊維シートの製造方法の一例であるが、無機系繊維シートを封入剤で封入する場合には、無機系繊維を構成する無機成分の屈折率が封入剤の屈折率と同程度となるように、特開2014−173214号公報に記載の方法により製造するのが好ましい。つまり、(1)封入剤の屈折率よりも高い又は低い屈折率を有する第1無機酸化物の原料である第1曳糸性ゾル溶液(第1前駆無機成分溶液)と、封入剤の屈折率よりも低い又は高い屈折率を有する第2無機酸化物の原料である第2曳糸性ゾル溶液又は金属塩溶液(第2前駆無機成分溶液)とを混合し、ゲル化させることなく曳糸性混合ゾル溶液(前駆無機成分溶液)を調製する工程、(2)前記曳糸性混合ゾル溶液(前駆無機成分溶液)にアパタイト成分を混合し、紡糸液とする工程、(3)前記紡糸液を静電紡糸法等の紡糸方法により紡糸して前駆無機系繊維を形成し、前駆無機系繊維を含む前駆無機系繊維シートを形成する工程、(4)前記前駆無機系繊維シートを焼成して無機系繊維シートを製造する工程、により製造するのが好ましい。 The above is an example of the method for producing an inorganic fiber sheet of the present invention. When the inorganic fiber sheet is encapsulated with an encapsulant, the refractive index of the inorganic component constituting the inorganic fiber is the refractive index of the encapsulant. It is preferable to produce the fiber by the method described in JP-A-2014-173214 so as to have the same level as the above. That is, (1) the first spinnable sol solution (first precursor inorganic component solution) which is a raw material of the first inorganic oxide having a refractive index higher or lower than the refractive index of the encapsulant, and the refractive index of the encapsulant. A second spinnable sol solution or a metal salt solution (second precursor inorganic component solution), which is a raw material of a second inorganic oxide having a lower or higher refractive index, is mixed and spinnable without gelation. A step of preparing a mixed sol solution (precursor inorganic component solution), (2) a step of mixing an apatite component with the spinnable mixed sol solution (precursor inorganic component solution) to prepare a spinning solution, and (3) blending the spinning solution. A step of forming a precursor inorganic fiber by spinning by a spinning method such as an electrostatic spinning method to form a precursor inorganic fiber sheet containing the precursor inorganic fiber. (4) The precursor inorganic fiber sheet is fired to be inorganic. It is preferably produced by the process of producing a fiber sheet.

なお、無機成分とアパタイト成分を含む無機系繊維以外の繊維を含む無機系繊維シートは、形成した前駆無機系繊維を集積する前、集積した後の前駆無機系繊維に対して、無機系繊維以外の繊維を供給することによって製造できるし、短繊維の前駆無機系繊維に混合して繊維ウエブを形成することによって製造できる。 In addition, the inorganic fiber sheet containing fibers other than the inorganic fibers containing the inorganic component and the apatite component is different from the precursor inorganic fibers before and after accumulating the formed precursor inorganic fibers. It can be produced by supplying the fibers of the above, or by mixing with the precursor inorganic fibers of short fibers to form a fiber web.

以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
オルトケイ酸テトラエチル、水、塩酸及びアルコールを1:2:0.0025:5のモル比で混合し、温度80℃で15時間、加熱撹拌した。そして、エバポレータにより、シリカ濃度が44mass%になるまで濃縮した後、粘度が200〜300mPa・sになるまで増粘させて、シリカゾル溶液を得た。
(Example 1)
Tetraethyl orthosilicate, water, hydrochloric acid and alcohol were mixed at a molar ratio of 1: 2: 0.0025: 5 and heated and stirred at a temperature of 80 ° C. for 15 hours. Then, it was concentrated to a silica concentration of 44 mass% by an evaporator and then thickened to a viscosity of 200 to 300 mPa · s to obtain a silica sol solution.

その後、焼成後のシリカとハイドロキシアパタイト(平均粒子径:150nm)の質量比が計算上、5:3となるように、前記シリカゾル溶液にハイドロキシアパタイトを配合し、ゾル溶液Aを得た。 Then, hydroxyapatite was added to the silica sol solution so that the mass ratio of the calcined silica to hydroxyapatite (average particle size: 150 nm) was calculated to be 5: 3, and a sol solution A was obtained.

また、ポリビニルピロリドンをN,N−ジメチルホルムアミドに溶解させて、固形分30mass%の溶液Bを調製した。 Further, polyvinylpyrrolidone was dissolved in N, N-dimethylformamide to prepare a solution B having a solid content of 30 mass%.

次いで、ゾル溶液A(固形分:45mass%、溶媒:エタノール)に、溶液Bを固形分の質量比が3:1となるように配合し、紡糸液Aを得た。 Next, the solution B was blended with the sol solution A (solid content: 45 mass%, solvent: ethanol) so that the mass ratio of the solid content was 3: 1 to obtain a spinning solution A.

得た紡糸液Aを用い、次の紡糸条件で前駆シリカ系繊維を静電紡糸した後、直接ドラム捕集体上に集積して、前駆シリカ系繊維シートを形成した。 Using the obtained spinning solution A, the precursor silica-based fibers were electrostatically spun under the following spinning conditions, and then directly accumulated on the drum collector to form the precursor silica-based fiber sheet.

(静電紡糸条件)
・ノズルからの吐出量:1g/時間
・ノズル先端とドラム捕集体との距離:10cm
・紡糸容器内の温湿度:25℃/30%RH
・ノズルへの印加電圧:+10kV
(Electrostatic spinning conditions)
・ Discharge amount from nozzle: 1 g / hour ・ Distance between nozzle tip and drum collector: 10 cm
-Temperature and humidity in the spinning container: 25 ° C / 30% RH
・ Voltage applied to nozzle: + 10kV

そして、前記前駆シリカ系繊維シートを、焼成炉を用いて、温度800℃で2時間の焼成を実施して、ハイドロキシアパタイト粒子(平均粒子径:150nm)とアモルファスシリカ成分のみからなるシリカ系繊維(平均繊維径:1.5μm、実質的に連続繊維、繊維径のCV値:0.15、ハイドロキシアパタイト比率:20mass%)100mass%からなり、シリカ系繊維同士が焼結した、不織布形態のシリカ系繊維シートを得た。このシリカ系繊維シートの物性は表1に示す通りであった。 Then, the precursor silica-based fiber sheet is calcined at a temperature of 800 ° C. for 2 hours using a calcining furnace to carry out a silica-based fiber (average particle diameter: 150 nm) and a silica-based fiber composed of only an amorphous silica component. Average fiber diameter: 1.5 μm, substantially continuous fiber, fiber diameter CV value: 0.15, hydroxyapatite ratio: 20 mass%) 100 mass%, silica-based fibers in the form of non-woven fabric A fiber sheet was obtained. The physical properties of this silica-based fiber sheet are as shown in Table 1.

(比較例1〜3)
オルトケイ酸テトラエチル、水、及び塩酸を1:2:0.0025のモル比で混合し、温度80℃で15時間、加熱撹拌した。そして、エバポレータにより、シリカ濃度が44mass%になるまで濃縮した後、粘度が200〜300mPa・sになるまで増粘させて、シリカゾル溶液を得た。
(Comparative Examples 1 to 3)
Tetraethyl orthosilicate, water, and hydrochloric acid were mixed at a molar ratio of 1: 2: 0.0025 and heated and stirred at a temperature of 80 ° C. for 15 hours. Then, it was concentrated to a silica concentration of 44 mass% by an evaporator and then thickened to a viscosity of 200 to 300 mPa · s to obtain a silica sol solution.

次いで、前記シリカゾル溶液を用い、次の紡糸条件で前駆シリカ系繊維を静電紡糸した後、直接ドラム捕集体上に集積して、前駆シリカ系繊維シートを形成した。 Next, using the silica sol solution, the precursor silica-based fibers were electrostatically spun under the following spinning conditions, and then directly accumulated on the drum collector to form the precursor silica-based fiber sheet.

(紡糸条件)
・ノズルからの吐出量:1g/時間
・ノズル先端とドラム捕集体との距離:10cm
・紡糸容器内の温湿度:25℃/30%RH
・ノズルへの印加電圧:+10kV
(Spinning conditions)
・ Discharge amount from nozzle: 1 g / hour ・ Distance between nozzle tip and drum collector: 10 cm
-Temperature and humidity in the spinning container: 25 ° C / 30% RH
・ Voltage applied to nozzle: + 10kV

そして、前記前駆シリカ系繊維シートを、焼成炉を用いて、温度250℃(比較例1)、500℃(比較例2)、800℃(比較例3)で2時間の焼成を実施して、アモルファスシリカ成分のみからなるシリカ系繊維(平均繊維径:0.8μm、実質的に連続繊維、繊維径のCV値:0.24)100mass%からなり、シリカ系繊維同士が焼結した、不織布形態のシリカ系繊維シートを得た。 Then, the precursor silica fiber sheet was fired at temperatures of 250 ° C. (Comparative Example 1), 500 ° C. (Comparative Example 2), and 800 ° C. (Comparative Example 3) for 2 hours using a firing furnace. Silica-based fiber composed of only an amorphous silica component (average fiber diameter: 0.8 μm, substantially continuous fiber, CV value of fiber diameter: 0.24) 100 mass%, and a non-woven fabric form in which silica-based fibers are sintered. Silica-based fiber sheet was obtained.

その後、各シリカ系繊維シートを、温度40℃の擬似体液中に1週間浸漬した後、温度105℃で乾燥し、擬似体液で処理したシリカ系繊維シートを、それぞれ得た。これら処理したシリカ系繊維シートの物性は表1に示す通りであった。 Then, each silica-based fiber sheet was immersed in a simulated body fluid at a temperature of 40 ° C. for one week and then dried at a temperature of 105 ° C. to obtain a silica-based fiber sheet treated with the simulated body fluid. The physical properties of these treated silica-based fiber sheets are as shown in Table 1.

(ヒドロキシアパタイト比率の測定)
X線回折装置[卓上X線回折装置:MiniFlex(登録商標)600、(株)リガク製]を用いて、次の条件で実施例1及び比較例1〜3のシリカ系繊維シートの結晶化度をそれぞれ求め、結晶質の割合をヒドロキシアパタイト比率とした。これらの結果は表1に示す通りであった。
(Measurement of hydroxyapatite ratio)
Crystallinity of silica-based fiber sheets of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 3 under the following conditions using an X-ray diffractometer [desktop X-ray diffractometer: MiniFlex (registered trademark) 600, manufactured by Rigaku Co., Ltd.] Was obtained, and the ratio of crystallinity was defined as the hydroxyapatite ratio. These results are as shown in Table 1.

(測定条件)
2θ測定範囲:+3〜90°
管電圧:30kV
管電流:15mA
(Measurement condition)
2θ measurement range: + 3 to 90 °
Tube voltage: 30kV
Tube current: 15mA

(平均流量孔径及び細孔径分布の測定)
実施例1及び比較例1〜3のシリカ系繊維シートの平均流量孔径及び細孔径分布の測定を、パームポロメーター(西華産業株式会社製)を用い、次の条件で測定した。これらの結果は表1に示す通りであった。
試験片サイズ:直径25mm
試験液:GALWICK(表面張力:15.7dynes/cm)
(Measurement of average flow pore diameter and pore diameter distribution)
The average flow rate pore diameter and pore diameter distribution of the silica fiber sheets of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 3 were measured using a palm poromometer (manufactured by Seika Sangyo Co., Ltd.) under the following conditions. These results are as shown in Table 1.
Specimen size: 25 mm in diameter
Test solution: GALWICK (surface tension: 15.7 days / cm)

(落下試験)
実施例1及び比較例1〜3のシリカ系繊維シートをそれぞれ円形(直径:15mm)に打ち抜いて試験片を調製した。その後、1mの高さから試験片を落下させ、試験片の破損状態を観察して、破損していない場合を「○」、破損している場合を「×」と評価した。これらの結果は表1に示す通りであった。
(Drop test)
The silica-based fiber sheets of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 3 were punched into a circle (diameter: 15 mm) to prepare test pieces. After that, the test piece was dropped from a height of 1 m, and the damaged state of the test piece was observed, and the case where the test piece was not damaged was evaluated as "◯" and the case where it was damaged was evaluated as "x". These results are as shown in Table 1.

(観察性試験)
実施例1及び比較例1〜3のシリカ系繊維シートを直径15mmに打ち抜いて、試験片をそれぞれ調製した。次いで、試験片をスライドガラス上に載置した後、細胞観察標本の作製に用いられる市販の封入剤[Neo−Mount(登録商標)(メルク#109016、屈折率:1.46)]を試験片に滴下し、更に試験片にカバーガラスを被せて封入した。そして、封入した試験片を光学顕微鏡で観察し、その透明性を次の基準により、それぞれ評価した。これらの結果は表1に示す通りであった。
(Observability test)
The silica-based fiber sheets of Examples 1 and Comparative Examples 1 to 3 were punched to a diameter of 15 mm to prepare test pieces. Next, after placing the test piece on a slide glass, a commercially available encapsulant [Neo-Mount® (Merck # 109016, refractive index: 1.46)] used for preparing a cell observation specimen is applied to the test piece. The test piece was further covered with a cover glass and sealed. Then, the enclosed test piece was observed with an optical microscope, and its transparency was evaluated according to the following criteria. These results are as shown in Table 1.

(評価基準)
○:無機系繊維シートが完全に透明化し、観察像に影響を与えない。
△:無機系繊維シートが完全に透明化はしないが、観察者が観察像から得られる情報には影響を与えない。
×:無機系繊維シートが観察の妨げとなり、観察者が観察像から得られる情報に重大な影響を与える恐れがある。
(Evaluation criteria)
◯: The inorganic fiber sheet becomes completely transparent and does not affect the observed image.
Δ: The inorganic fiber sheet is not completely transparent, but does not affect the information that the observer can obtain from the observation image.
X: The inorganic fiber sheet interferes with the observation and may have a significant influence on the information obtained from the observed image by the observer.

Figure 0006778099
#1:シリカ系繊維シートが脆く、測定不可能
Figure 0006778099
# 1: Silica fiber sheet is brittle and cannot be measured

表1から明らかなように、本発明のシリカ系繊維シートはシリカ成分とヒドロキシアパタイト成分からなるため、高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性することがなく、化学的に安定であり、しかもヒドロキシアパタイトを20mass%含むにもかかわらず、引張強度が0.2MPa以上で、落下させても破損せず、取り扱い性に優れるものであった。 As is clear from Table 1, since the silica-based fiber sheet of the present invention is composed of a silica component and a hydroxyapatite component, it is not decomposed or modified by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment, and is chemically stable. Moreover, although it contained 20 mass% of hydroxyapatite, it had a tensile strength of 0.2 MPa or more, was not damaged even when dropped, and was excellent in handleability.

これに対して、比較例1の処理したシリカ系繊維シートは、ヒドロキシアパタイト量が30mass%と多いものであったが、引張強度を測定することができない程に強度が低く、取り扱えないものであった。 On the other hand, the treated silica-based fiber sheet of Comparative Example 1 had a large amount of hydroxyapatite of 30 mass%, but the strength was so low that the tensile strength could not be measured and could not be handled. It was.

また、温度500℃、800℃で焼成した、順に比較例2、3の処理したシリカ系繊維シートは引張強度を測定することができ、落下試験でも破損せず、取り扱うことのできるものであったが、ヒドロキシアパタイトを検出できないほど少なく、浸潤した細胞が高い生理活性を発揮できないものであった。 Further, the silica-based fiber sheets treated in Comparative Examples 2 and 3 in this order, which were fired at temperatures of 500 ° C. and 800 ° C., were able to measure the tensile strength and could be handled without being damaged in the drop test. However, the amount of hydroxyapatite was so small that it could not be detected, and the infiltrated cells could not exert high physiological activity.

なお、本発明のシリカ系繊維シートを構成するシリカ系繊維は、市販の封入剤と屈折率が近いシリカ成分と、屈折率が異なるアパタイト成分を含んでいたため、封入剤の浸透により、完全には透明化しなかったが、アパタイト粒子の平均粒径が小さいため、著しく観察性が低下することはなかった。一方、温度250℃で焼成した比較例1は、評価前にシート形状が崩れてしまい、評価ができなかった。 Since the silica-based fibers constituting the silica-based fiber sheet of the present invention contained a silica component having a refractive index close to that of a commercially available encapsulant and an apatite component having a refractive index different from that of a commercially available encapsulant, they were completely absorbed by the encapsulant. However, since the average particle size of the apatite particles was small, the observability did not deteriorate significantly. On the other hand, in Comparative Example 1 fired at a temperature of 250 ° C., the sheet shape collapsed before the evaluation, and the evaluation could not be performed.

(三次元培養の方法と結果)
本発明のシリカ系繊維シートの骨環境の模倣性を評価するために、次の手順により、ヒト骨芽細胞株MG−63を用いた培養評価を行った。
(Method and result of 3D culture)
In order to evaluate the imitation of the bone environment of the silica-based fiber sheet of the present invention, a culture evaluation using the human osteoblast cell line MG-63 was performed according to the following procedure.

まず、培養容器として、一般的な細胞培養用24ウェルプレート(以下、参考例1とする)を用意した。 First, as a culture vessel, a general 24-well plate for cell culture (hereinafter referred to as Reference Example 1) was prepared.

また、実施例1のシリカ系繊維シートを直径15mmの円形に打ち抜いた後、非細胞接着性底面を有する24ウェルプレートのウェル底面に敷いた。 Further, the silica-based fiber sheet of Example 1 was punched into a circle having a diameter of 15 mm and then laid on the well bottom surface of a 24-well plate having a non-cell adhesive bottom surface.

更に、比較例3の擬似体液で処理前のシリカ系繊維シートを直径15mmの円形に打ち抜いた後、非細胞接着性底面を有する24ウェルプレートのウェル底面に敷いた。 Further, the silica-based fiber sheet before treatment was punched into a circle having a diameter of 15 mm with the simulated body fluid of Comparative Example 3, and then laid on the well bottom surface of a 24-well plate having a non-cell adhesive bottom surface.

次いで、各24ウェルプレートのウェルに、MG−63細胞を2.0×10cells/wellの密度で播種した。なお、培養には、ウシ胎児血清および抗生物質であるペニシリン・ストレプトマイシン溶液を体積比にして、それぞれ10%、1%含有するEMEM培地(イーグル最小必須培地)を使用し、各ウェルの培地量は1mL/wellとした。 Then, each well of 24-well plates were seeded with MG-63 cells at a density of 2.0 × 10 5 cells / well. For culturing, EMEM medium (Eagle's minimum essential medium) containing fetal bovine serum and penicillin / streptomycin solution, which is an antibiotic, in a volume ratio of 10% and 1%, respectively, was used, and the amount of medium in each well was It was set to 1 mL / well.

細胞播種後、5%のCOを充填した温度37℃の加湿インキュベータ内で培養を行った。培地交換は毎日行い、計18日間の培養を行った。 After cell seeding, the cells were cultured in a humidified incubator at a temperature of 37 ° C. filled with 5% CO 2 . The medium was changed daily, and the cells were cultured for a total of 18 days.

培養後、骨芽細胞の成熟骨細胞への分化マーカーとして知られるアルカリホスファターゼ(ALP)活性を測定した。 After culturing, the activity of alkaline phosphatase (ALP), which is known as a marker for differentiation of osteoblasts into mature osteoocytes, was measured.

つまり、測定試料の調製のために、1日間、4日間、7日間、10日間、14日間、及び18日間培養した細胞を、0.05%TritonX−100水溶液でそれぞれ溶解した。 That is, cells cultured for 1 day, 4 days, 7 days, 10 days, 14 days, and 18 days were lysed with 0.05% Triton X-100 aqueous solution, respectively, for the preparation of the measurement sample.

次いで、凍結融解3回と超音波破砕を行い、細胞膜上に分布するALPをそれぞれ遊離させた。更に、これらを遠心分離(1000×g、5分)し、その上清をそれぞれ測定試料とした。 Then, freeze-thaw three times and ultrasonic crushing were performed to release ALP distributed on the cell membrane. Further, these were centrifuged (1000 × g, 5 minutes), and the supernatant was used as a measurement sample.

この測定試料から、市販の測定キットであるラボアッセイTMALP(和光純薬社、#291−58601)とPierceTMBCA Protein Assay Kit(Thermo社、#23227)を用いて、ALP活性と総タンパク質量を測定し、ALP活性値(units/μL)/総タンパク質量(μg/μL)の比をそれぞれ算出した。これらの結果は図1に示す通りであった。なお、図1における結果は、一般的な培養法である参考例1の培養1日後のALP活性を1とした場合の相対値で示した。 From this measurement sample, ALP activity and total protein amount were used from commercially available measurement kits, Lab Assay TM ALP (Wako Junyaku Co., Ltd., # 291-58601) and Pierce TM BCA Protein Assay Kit (Thermo Co., Ltd., # 23227). Was measured, and the ratio of ALP activity value (units / μL) / total protein amount (μg / μL) was calculated, respectively. These results were as shown in FIG. The results in FIG. 1 are shown as relative values when the ALP activity 1 day after culturing in Reference Example 1, which is a general culturing method, is set to 1.

この図1から分かるように、一般的な培養法である参考例1では培養期間中、殆どALP活性に変動はなかった。一方で、比較例3の擬似体液で処理前のシリカ系繊維シートを使用した場合、培養期間に応じてALP活性が向上した。これは、シリカ系繊維シートの三次元性により立体的な細胞同士の接触が生じ、生体内環境が模倣されたためであると考えられた。 As can be seen from FIG. 1, in Reference Example 1, which is a general culture method, there was almost no change in ALP activity during the culture period. On the other hand, when the silica-based fiber sheet before treatment was used in the simulated body fluid of Comparative Example 3, the ALP activity was improved according to the culture period. It is considered that this is because the three-dimensional nature of the silica-based fiber sheet causes three-dimensional contact between cells, and the in-vivo environment is imitated.

更に、実施例1のシリカ系繊維シートを使用した場合、比較例3の擬似体液で処理前のシリカ系繊維シートを使用した場合よりも高いALP活性を示した。これは、三次元的な培養環境に加えて、骨成分(ヒドロキシアパタイト成分)を有することによって、生体内の骨環境により近い培養環境が再現されたためであると考えられた。 Furthermore, when the silica-based fiber sheet of Example 1 was used, the ALP activity was higher than that when the silica-based fiber sheet before treatment was used in the simulated body fluid of Comparative Example 3. It is considered that this is because the culture environment closer to the bone environment in the living body was reproduced by having the bone component (hydroxyapatite component) in addition to the three-dimensional culture environment.

本発明の無機系繊維シートは高温での熱処理やγ線処理によっても分解や変性することがなく、化学的に安定であり、また、無機系繊維シートの引張強度が0.2MPa以上で、取り扱い性に優れているため、生体適合性を必要とする分野、用途に好適に使用することができる。例えば、創薬開発や医学系研究分野などにおける培養基材として、また、補綴歯科分野や人工骨関連分野などにおける治療部位における充填材として使用できる。なお、無機系繊維シートはシート形態のまま使用することができるし、三次元的な形態に成形した後に使用することができるし、或いは、粉体に粉砕した後に使用することもできる。 The inorganic fiber sheet of the present invention is not decomposed or modified by heat treatment at high temperature or γ-ray treatment, is chemically stable, and has a tensile strength of 0.2 MPa or more for handling. Since it has excellent properties, it can be suitably used in fields and applications that require biocompatibility. For example, it can be used as a culture medium in drug discovery development and medical research fields, and as a filler in therapeutic sites in prosthetic dentistry fields and artificial bone-related fields. The inorganic fiber sheet can be used as it is in the sheet form, can be used after being molded into a three-dimensional form, or can be used after being pulverized into powder.

Claims (2)

前駆無機成分とアパタイト成分を含む紡糸液を紡糸して前駆無機系繊維を形成し、前駆無機系繊維を含む前駆無機系繊維シートを形成した後、焼成することにより前駆無機系繊維を無機系繊維とし、引張強度が0.2MPa以上の無機系繊維シートとすることを特徴とする、無機系繊維シートの製造方法。 A spinning liquid containing a precursor inorganic component and an apatite component is spun to form a precursor inorganic fiber, a precursor inorganic fiber sheet containing the precursor inorganic fiber is formed, and then the precursor inorganic fiber is formed into an inorganic fiber by firing. A method for producing an inorganic fiber sheet, which comprises using an inorganic fiber sheet having a tensile strength of 0.2 MPa or more. 前駆無機系繊維を静電紡糸法により形成し、形成した前駆無機系繊維を直接集積して、前駆無機系繊維シートを形成することを特徴とする、請求項 記載の無機系繊維シートの製造方法。 The precursor inorganic fibers is formed by an electrostatic spinning method, the formed by the precursor inorganic fibers integrated directly, and forming a precursor inorganic fiber sheet, the production of inorganic fiber sheet according to claim 1, wherein Method.
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