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特表2023-539084ポリマーストランドおよびポリマーストランドを作製するためのプロセス
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-13
(54)【発明の名称】ポリマーストランドおよびポリマーストランドを作製するためのプロセス
(51)【国際特許分類】
D01D 5/06 20060101AFI20230906BHJP
D01F 4/00 20060101ALI20230906BHJP
D01F 6/24 20060101ALI20230906BHJP
D01F 6/30 20060101ALI20230906BHJP
【ＦＩ】
D01D5/06
D01F4/00 A
D01F6/24
D01F6/30
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023511837
(86)(22)【出願日】2021-08-12
(85)【翻訳文提出日】2023-04-11
(86)【国際出願番号】 CA2021051110
(87)【国際公開番号】W WO2022032387
(87)【国際公開日】2022-02-17
(31)【優先権主張番号】63/066,154
(32)【優先日】2020-08-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523052225
【氏名又は名称】３ディバイオファイバー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】フランプトン アイヴィー，ジョン ポール
(72)【発明者】
【氏名】チャウドリー，グルカラン
(72)【発明者】
【氏名】ボールドウィン，サムエル ジェームス
(72)【発明者】
【氏名】クレプラック，ローレント
(72)【発明者】
【氏名】ナウマン，ネハ
【テーマコード（参考）】
4L035
4L045
【Ｆターム（参考）】
4L035AA04
4L035BB03
4L035BB05
4L035BB07
4L045BA03
4L045DA33
4L045DA41
(57)【要約】
ポリマーストランドを作製するためのプロセスは、核形成要素をプレストランド組成物に挿入することであって、プレストランド組成物は、溶媒と混合されたポリマーを含み、ポリマーは、プレストランド組成物中のポリマーの重なり濃度（ｃ＊）以上である、プレストランド組成物中の濃度を有する、挿入することと、ポリマーを含むストランドが、核形成要素によってプレストランド組成物から引っ張られるように、核形成要素をプレストランド組成物から引き出すことであって、核形成要素は、核形成要素の引っ張り時間（τｐｕｌｌ）が、プレストランド組成物中のポリマーの絡み合いをほどくのに要するレプテーション時間（τｒｅｐ）未満であるような速度で引き出され、それにより、ストランドが核形成要素によってプレストランド組成物から引っ張られるときに、プレストランド組成物の粘弾性応答を誘導する、引き出すこととを含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリマーストランドを作製するためのプロセスであって、核形成要素をプレストランド組成物に挿入することであって、前記プレストランド組成物は、溶媒と混合されたポリマーを含み、前記ポリマーは、前記プレストランド組成物中の前記ポリマーの重なり濃度（ｃ＊）以上である、前記プレストランド組成物中の濃度を有する、挿入することと、
前記ポリマーを含むストランドが、前記核形成要素によって前記プレストランド組成物から引っ張られるように、前記核形成要素を前記プレストランド組成物から引き出すことであって、前記核形成要素は、前記核形成要素の引っ張り時間（τｐｕｌｌ）が、前記プレストランド組成物中のポリマーの絡み合いをほどくのに要するレプテーション時間（τｒｅｐ）未満であるような速度で引き出され、それにより、前記ストランドが前記核形成要素によって前記プレストランド組成物から引っ張られるときに、前記プレストランド組成物の粘弾性応答を誘導する、引き出すことと
を含む、プロセス。
【請求項2】
前記プレストランド組成物中の前記ポリマーの前記濃度が、前記プレストランド組成物中の前記ポリマーの絡み合い濃度（ｃｅ）以上である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項3】
前記ポリマーが、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）であり、前記プレストランド組成物が、コラーゲンをさらに含み、
前記ポリマーストランドが、ＰＥＯおよびコラーゲンのマルチフィラメントストランドである、
請求項１または請求項２に記載のプロセス。
【請求項4】
ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）およびコラーゲンのマルチフィラメントポリマーストランドを作製するためのプロセスであって、核形成要素を、溶媒と混合されたＰＥＯおよびコラーゲンを含むプレストランド組成物に挿入することと、
ＰＥＯおよびコラーゲンフィラメントを含むマルチフィラメントストランドが、前記核形成要素によって前記プレストランド組成物から引っ張られるように、前記核形成要素を前記プレストランド組成物から引き出すことと
を含む、プロセス。
【請求項5】
前記プレストランド組成物が、１００～４００Ｐａ・ｓの範囲の粘度を有する、請求項４に記載のプロセス。
【請求項6】
前記プレストランド組成物が、１５０～３００Ｐａ・ｓの範囲の粘度を有する、請求項４に記載のプロセス。
【請求項7】
ＰＥＯが、前記プレストランド組成物の総重量に基づいて少なくとも７ｗｔ％の量で、前記プレストランド組成物中に存在する、請求項４～６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項8】
ＰＥＯが、前記プレストランド組成物の総重量に基づいて７～１４ｗｔ％の量で、前記プレストランド組成物中に存在する、請求項４～６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項9】
ＰＥＯが、前記プレストランド組成物の総重量に基づいて７～１０ｗｔ％の量で、前記プレストランド組成物中に存在する、請求項４～６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項10】
コラーゲンが、前記プレストランド組成物の総重量に基づいて０．２～９ｗｔ％の量で、前記プレストランド組成物中に存在する、請求項４～９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項11】
コラーゲンが、前記プレストランド組成物の総重量に基づいて０．３～３ｗｔ％の量で、前記プレストランド組成物中に存在する、請求項４～９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項12】
前記マルチフィラメントストランドが、０．５～４ｍ／ｓの範囲の速度で引っ張られる、請求項４～１１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項13】
前記核形成要素が、表面を有し、前記核形成要素が、前記核形成要素の前記表面が少なくとも１１ｍｍ２の表面積にわたって接液するように前記プレストランド組成物に挿入される、請求項４～１２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項14】
前記核形成要素が、離隔した核形成要素のアレイ内の１つの各形成要素であり、前記アレイ内の隣接核形成要素が、最も太い隣接核形成要素の直径の少なくとも２倍の中心間距離を有する、請求項４～１３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項15】
前記ストランドが、コラーゲンを含むが、ＰＥＯを含まないように、コラーゲンからＰＥＯを分離することをさらに含む、請求項３～１４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項16】
前記溶媒が、水性溶媒である、請求項１～１５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項17】
前記プロセスによって作製された前記ストランドが、０．０１～１００ｍの範囲のストランド長を有する、請求項１～１６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項18】
請求項１～１７のいずれか一項に記載のプロセスによって作製されたポリマーストランドを含む物品。
【請求項19】
ポリマーストランドを形成するための組成物であって、前記組成物は、１００ｋＤａ以上の重量平均分子量（Ｍｗ）を有するポリ（エチレンオキシド）を含み、ポリ（エチレンオキシド）は、水性溶媒に、前記組成物中のポリ（エチレンオキシド）の重なり濃度（ｃ＊）超のポリ（エチレンオキシド）濃度で溶解される、組成物。
【請求項20】
ポリ（エチレンオキシド）の前記濃度が、前記組成物中のポリ（エチレンオキシド）の絡み合い濃度（ｃｅ）超である、請求項１９に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年８月１４日に出願された米国仮出願第６３／０６６，１５４号の利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年８月１４日に出願された米国仮出願第６３／０６６，１５４号の利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
分野
本出願は、ポリマーストランド、ならびにポリマーストランドを作製するためのプロセスおよびプレストランド組成物、ならびにポリマーストランドの使用およびポリマーストランドから作られる物品に関する。
本出願は、ポリマーストランド、ならびにポリマーストランドを作製するためのプロセスおよびプレストランド組成物、ならびにポリマーストランドの使用およびポリマーストランドから作られる物品に関する。
【背景技術】
【0003】
生体材料のための生物活性ストランドを作り出す上で、多くの一般的な技術は、実用化に十分な生産速度を維持しながら、ストランドに組み込まれる生体分子を損傷することなくストランドを作製することができない。例えば、エレクトロスピニングは、人体に見られる天然コラーゲンと同様の長さスケールのコラーゲンを有するストランドを作製することができるが、この方法は、非常に特殊な設備を必要とし、コラーゲンを変性させ得る揮発性溶媒を使用し、コラーゲン分子を損傷し得る高せん断応力にストランドを曝す。エレクトロスピニングと同様の問題は、他の生物活性分子についても存在する。湿式押し出しは、高せん断速度または揮発性溶媒を使用せずに、自己組織化コラーゲンストランドを作製するために使用され得るが、このプロセスは、極端に遅く、通常、一度に１本の太いストランドを作製する。さらに、エレクトロスピニングプロセスおよび湿式押し出しプロセスは両方とも、容易に詰まる小口径のノズルまたはニードルを通した押し出しに頼るため、巨大分子、超分子集合体、およびナノ／マイクロ粒子を組み込むストランドを作製する能力が限られている。
【0004】
改善されたスループット、より長いストランド長、制御可能なストランド直径、制御可能なストランド断面プロファイル、ストランド内に添加剤を組み込む能力、および自動化に適したより単純な設備の使用の１つ以上を提供する、ポリマーストランドを作製するためのプロセスの必要性が依然として存在する。
【発明の概要】
【0005】
ポリマーストランドを作製するためのプロセスが開発され、プロセスは、核形成要素をプレストランド組成物に挿入することであって、プレストランド組成物は、溶媒と混合されたポリマーを含み、ポリマーは、プレストランド組成物中のポリマーの重なり濃度（ｃ＊）以上である、プレストランド組成物中の濃度を有する、挿入することと、ポリマーを含むストランドが、核形成要素によってプレストランド組成物から引っ張られるように、核形成要素をプレストランド組成物から引き出すことであって、核形成要素は、核形成要素の引っ張り時間（τｐｕｌｌ）が、プレストランド組成物中のポリマーの絡み合いをほどくのに要するレプテーション時間（τｒｅｐ）未満であるような速度で引き出され、それにより、ストランドが核形成要素によってプレストランド組成物から引っ張られるときに、プレストランド組成物の粘弾性応答を誘導する、引き出すこととを含む。
【0006】
プロセスは、ポリマーストランドを固体基材上に堆積させることをさらに含み得る。
【0007】
態様では、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）およびコラーゲンのマルチフィラメントストランドを作製するためのプロセスが提供され、プロセスは、核形成要素を、溶媒と混合されたＰＥＯおよびコラーゲンを含むプレストランド組成物に挿入することと、ＰＥＯおよびコラーゲンフィラメントを含むマルチフィラメントストランドが、核形成要素によってプレストランド組成物から引っ張られるように、核形成要素をプレストランド組成物から引き出すこととを含む。
【0008】
製造品は、プロセスによって作製されたポリマーストランドを含み得る。
【0009】
一態様では、ポリマーストランドを形成するための組成物は、１００ｋＤａ以上の重量平均分子量（Ｍｗ）を有するポリ（エチレンオキシド）を含み、ポリ（エチレンオキシド）は、水性溶媒に、組成物中のポリ（エチレンオキシド）の重なり濃度（ｃ＊）超のポリ（エチレンオキシド）濃度で溶解される。
【0010】
本発明のポリマーストランドは、ストランド単独の繊維として、織布および不織布材料中ならびにハイドロゲル中の繊維としてなどを含む、様々な用途に有用である。用途のいくつかの例としては、細胞培養細胞外マトリックス材料（例えば、２Ｄおよび３Ｄ細胞培養および組織再生支持材料）、医療装置（例えば、包帯、縫合糸、手術用メッシュ、および腱などの移植組織）、布（例えば、顔用マスク、およびファッション産業用の布、および保護衣）、ならびに高価値添加剤を含有するバイオ複合材料が挙げられる。糸、ヤーン、マルチフィラメント繊維、織物、編物、他の不織布（例えばフェルトなど）、またはそれらの混合物などの物品は、プロセスによって作製されたポリマーストランドから作られ得る。メッシュ物品におけるストランド配向は、平行（０°）、直交（９０°）、０°～９０°の間、または多方向であってよい。１つの用途では、ポリマーストランドのポリマー繊維ネットワーク構築物は、固体基材上または固体基材内にポリマーストランドを組み込むことによって固体基材に形成され得る。固体基材は、例えば、他の天然または合成ストランドから形成された布、ハイドロゲルマトリックス、ガラス、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスチレン、熱可塑性ポリオレフィン、熱可塑性ポリウレタン、または他の熱可塑性エラストマーを含み得る。ハイドロゲルマトリックスは、３－（アミノプロピル）トリエトキシシラン、グルタルアルデヒド、スルホスクシニミジル６－（４’－アジド－２’－ニトロフェニルアミノ）ヘキサノアート（ｓｕｌｐｈｏ－ＳＡＮＰ ＡＨ）、他の好適な表面機能化分子、またはそれらの任意の混合物で活性化されてもされなくてもよい、多孔質または非多孔質ポリアクリルアミドハイドロゲルマトリックスまたはアガロースハイドロゲルマトリックスを含み得る。
【0011】
本明細書のプロセスは、実装がより簡単であり、生物活性分子の生物活性の少なくとも一部を保持したまま生物活性分子を組み込むことができ、大規模製造に十分な生産速度を有する。プロセスは、所望の長さ、および／または直径、および／または断面形状を有する、様々な異なる種類ポリマーストランドのための効率的な生産プロセスを設計することを可能とする。プロセスを使用して、ポリマーストランドは、エレクトロスピニングおよび湿式紡糸よりも速いスループットで作製され得る。
【0012】
以下の発明を実施するための形態の過程で、さらなる特徴が記載されるか、または明らかになるであろう。本明細書に記載された各特徴は、他に記載された特徴のいずれか１つ以上との任意の組み合わせで利用されてよく、各特徴は、当業者に明らかな場合を除いて、別の特徴の存在に必ずしも依存しないことを理解すべきである。
【0013】
より明確な理解のために、次に、好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら例として詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】ポリマーストランドを作製するための装置の概略図を示す。
【図2A】複数のポリマーストランドを同時に作製するための装置の側面断面図の概略図を示す。
【図3】濃度の関数としての、５００ｋＤａデキストランおよび水の溶液のバルク粘度η（ｃＰ×１０４）のグラフを示す。接触延伸実験で使用された様々なｗｔ％について、バルク粘度値を、指数関数フィッティング（破線）から外挿した。
【図4】４つの異なる濃度の水中の５００ｋＤａデキストランについて、τｐｕｌｌの関数としての故障率のグラフを示す。各データセットは、ワイブル累積分布関数を使用してフィッティングされ、全てｒ２＞０．９が得られる。どの濃度も、τｐｕｌｌの狭い範囲にわたって、０％から１００％の故障率への急激な移行を示す。τｐｕｌｌの誤差は、１％未満であり、故障率は、少なくとも１５回の試行からの故障のパーセンテージとして取られた。
【図5B】τｒｅｐ×Ｍｗ
－３としてリスケールされた図５Ａからのデータの片対数プロットを示すグラフであり、データを単一の指数関数的傾向に落とし込む（ｒ２＝０．９９８）。エラーバーは見えないが、τｒｅｐの最大平均誤差は、５００ｋＤａで０．４ｓであり、濃度の誤差は、１ｗｔ％未満である。
【図6】図６Ａは、水中の５００ｋＤａデキストランの様々な濃度での、引っ張り持続時間の関数としてのストランド直径のグラフである。図６Ｂは、様々なＭｗのデキストランの濃度の関数としてのストランド直径のグラフである。図６Ｂに示されたストランドは全て、４０ｃｍ／ｓ、０．２５ｓの引っ張り持続時間で引っ張られた。各データ点は、同一条件下で引っ張られた５つのストランドに対する３回の測定の平均である。エラーバーは、平均値の標準偏差を表す。
【図7】図７Ａは、５００ｋＤａデキストランのη／％ｗｔ７／３を示すグラフを示す。図７Ｂは、様々なＭｗにおけるストランド直径を引っ張り持続時間（τｐｕｌｌ）の関数として示すグラフを示す。図７Ａの粘度データは、図３から内挿され、線形フィッティングは、ｒ２＞０．９を有する。図７Ｂのデータ点は、図６Ｂと同じであり、線形フィッティングは、ｒ２＝０．９を有する。
【図8A】１０ｍＭの水性ＨＣｌ溶媒中の１ＭＤａ ＰＥＯのプレストランド組成物におけるポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）濃度（ｗｔ％）対粘度（Ｐａ・ｓ）のグラフを示し、ＰＥＯ濃度が上昇するにつれて、粘度が対数的に上昇することを示す。
【図8C】プレストランド組成物のＰＥＯ濃度（ｗｔ％）対平均長（ｍ）のグラフを示す。
【図9】脱水プロセス中のストランド形成が成功した時点での、溶液中のコラーゲンの％乾燥質量分率の関数としての、溶液中のコラーゲンおよびＰＥＯの水和％質量分率のグラフを示す。コラーゲン含有量の増加と、コラーゲンおよびＰＥＯの水和質量分率との間の直線関係は、所望のコラーゲン組成のＰＥＯ－コラーゲンストランドの再現性のある作製を可能とする。
【図10】各画像の左上隅に示されたコラーゲンの％乾燥質量分率を有する溶液から調製されたＰＥＯ－コラーゲンストランドのＳＥＭ画像を示す。平均ストランド直径は、標準偏差とともに画像の下の表に示される（ｎ＝２５）。
【図11】その乾燥形態で９０ｗｔ％のコラーゲンおよび１０ｗｔ％のＰＥＯの初期組成で形成されたストランドのＳＥＭ画像を示す。ポリマーを、ＰＢＳ中で１時間、３７℃で洗浄し、続いて水ですすぐことによって除去した後、コラーゲンを、ＳＥＭ分析のために臨界点乾燥した。結果として生じるコラーゲンストランドは、天然コラーゲンで見られるものに似たサブフィブリル構造を含有する。矢印は、ストランドのサブ構成要素のフィブリルサイズのコラーゲンを示す。
【図12】１時間のＰＢＳ洗浄、３回の連続水洗、および気流下での乾燥を受けたＰＥＯ－コラーゲンストランドのＳＥＭ画像を示す。各画像のストランドのためのストランド形成溶液中のコラーゲンの％乾燥質量分率は、画像の左上に示される。低コラーゲン含有量ストランドは、リボン状の外観を有する一方で、高コラーゲン含有量ストランドは、より丸い断面の構造を保持する。平均ストランド直径は、標準偏差とともに右下の表に示される（ｎ＝２５）。
【図13】粘性ＰＥＯ溶液および０～９０％の範囲のコラーゲンの％乾燥質量分率を有する溶液から形成されたストランドの合計ラマンスペクトル（上）を示す。１１００～１１５０ｃｍ－１（左下）および１５５０～１７４０ｃｍ－１（右下）のスペクトルの積分は、それぞれＰＥＯおよびコラーゲンの含有量を表す。
【図14】ＰＥＯの合計の相対成分および図１３のラマン合計スペクトルからのラマンピーク積分のグラフを示す。ＰＥＯピークと比較したコラーゲンピークの存在は、それぞれのストランド形成溶液中のコラーゲンの％乾燥質量分率とともに直線的に増減する。これは、ストランド形成溶液中のコラーゲン含有量に基づく、ストランドのコラーゲン含有量の制御を実証する。
【図15】天然構造ＣｏｌＩ（α１）染色したＰＥＯ－コラーゲンストランドの免疫蛍光画像を示す。各画像のストランドのためのストランド形成溶液中のコラーゲンの％乾燥質量分率は、画像の左上に示される。
【図16】乾燥およびＰＢＳ洗浄ＰＥＯ－コラーゲンストランドの第二高調波発生（ＳＨＧ）異方性ピークのグラフを示し、それらの長手方向軸に沿ったストランド内のコラーゲンの整列を実証する。
【図17】トップダウン配向およびボトムアップ配向で、１０ｍＭの水性ＨＣｌ溶媒中に８．５ｗｔ％の１ＭＤａ ＰＥＯおよび０．６ｗｔ％のコラーゲンを含むプレストランド組成物から引っ張られたＰＥＯ／コラーゲンのマルチフィラメントストランドの、引っ張り速度（紡糸速度）（ｍ／ｓ）対平均長のグラフを示す。
【図18】ＰＥＯ／コラーゲンマルチフィラメントストランドの平均ストランド長に対するピン直径の変更の効果を示す、接液表面積（ｍｍ２）対平均ストランド長（ｍ）のグラフを示す。
【図19A】ＰＥＯ／コラーゲンマルチフィラメントストランドの平均ストランド長に対するプレストランド組成物中のＰＥＯ濃度の変更の効果を示す、ＰＥＯ濃度（ｗｔ％）対平均ストランド長（ｍ）のグラフを示す。
【図19B】コラーゲン／ＰＥＯマルチフィラメントストランドの平均ストランド長に対するプレストランド組成物中のコラーゲン濃度の変更の効果を示す、コラーゲン濃度（ｗｔ％）対平均ストランド長（ｍ）のグラフを示す。
【図19C】０．６ｗｔ％の一定のコラーゲン濃度の存在下での、プレストランド組成物粘度に対するＰＥＯ濃度の上昇の効果を示す、ＰＥＯ濃度（ｗｔ％）対プレストランド組成物粘度（Ｐａ・ｓ）のグラフを示す。
【図19D】８．５ｗｔ％の一定のＰＥＯ濃度の存在下での、プレストランド組成物粘度に対するコラーゲン濃度の上昇の効果を示す、コラーゲン濃度（ｗｔ％）対プレストランド組成物粘度（Ｐａ・ｓ）のグラフを示す。
【図19E】プレストランド組成物粘度の変更による繊維長の最適化を示す、プレストランド組成物粘度（Ｐａ・ｓ）対平均ストランド長（ｍ）のグラフを示す。
【図20】２０ｍＭ酢酸および１０ｍＭ ＨＣｌから引っ張られたマルチフィラメントＰＥＯ／コラーゲンストランドの平均ストランド長（ｍ）を比較するグラフを示す。
【図21A】本プロセスに従って作製されたＰＥＯストランドで作られた不織布の、初期濾過効率（％）対粒子径（ｎｍ）のグラフを示す。
【図22】粘性ＰＥＯ溶液、ならびに等量のＰＥＯおよびゼラチンを含有する溶液から形成されたストランドの合計ラマンスペクトルを示す。ＰＥＯ－ゼラチンのスペクトルは、アミドＩ領域にブロードなピークを有し、これは純ＰＥＯストランドのスペクトルには見られない。
【図23】ＰＥＯストランドへのクエン酸の組み込みの程度を示すグラフを示す。９０ｗｔ％の純水、０．１Ｍのクエン酸、および１Ｍのクエン酸を含む１０ｗｔ％のＰＥＯのプレストランド組成物のｐＨが、ストランド形成前に測定された（前）。長さ３０ｃｍの約２００，０００本のストランドが、プレストランド溶液から引っ張られ、１０ｍｌの純水中で再水和され、この時点で、結果として生じる溶液のｐＨが再び測定された（後）。
【図24A】２ｎｍの銀ナノ粒子（左のパネルにクラスターとして見られ、右のパネルに矢印で示される）がストランドに組み込まれた、１ＭＤａ ＰＥＯストランドの透過型電子顕微鏡画像を示す。プレストランド組成物は、水中に１０ｗｔ％の１ＭＤａ ＰＥＯおよび２０００ｐｐｍの銀ナノ粒子濃度で構成された。
【図24B】２００ｎｍ未満の直径を有し、２ｎｍの銀ナノ粒子がストランドに組み込まれた、１ＭＤａ ＰＥＯストランドの透過型電子顕微鏡画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【0015】
プロセスは、溶媒と混合されたポリマーを含むプレストランド組成物（すなわち、紡糸ドープ）からのポリマーストランドの接触延伸を含む。プレストランド組成物中のポリマーは、プレストランド組成物に挿入される核形成要素上で核形成し、核形成要素がプレストランド組成物から引き出されると、ポリマー分子は絡み合い、プレストランド組成物の表面と、プレストランド組成物の表面の外側の雰囲気との界面で、液架橋の形成をもたらす。適切な速さでストランドの引き出しを続けることによって、プレストランド組成物中のポリマーのより多くが、ストランドによってプレストランド組成物から引っ張られ、それにより、引っ張られているストランドが長くなる。プレストランド組成物の連続供給がある場合、プロセスにより無限の長さのストランドを引っ張ることができる。
【0016】
プレストランド組成物は、溶媒と混合されたポリマーを含む。好ましくは、ポリマーは、溶媒に溶解されて溶液を形成するか、または溶媒と混合されてペーストを形成する。
【0017】
溶媒は、好ましくは、極性溶媒、例えば、水、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、１－プロパノール、１－ブタノール、１－ペンタノールなどの第一級アルコール、２－プロパノールなどの第二級アルコール、またはｔｅｒｔ－ブタノールなどの第三級アルコール）、およびそれらの混合物を含む。水性溶媒が好ましい。水性溶媒のｐＨは、酸または塩基の添加で調節される。塩基としては、例えば、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩など、およびそれらの混合物が挙げられる。酸としては、例えば、鉱酸（例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３、Ｈ３ＰＯ４など）、または有機酸（例えば、酢酸、クエン酸、コハク酸、トリフルオロ酢酸／２，２，２－トリフルオロエタノールなど、およびそれらの混合物）が挙げられる。水性溶媒は、塩または他の添加剤、特に、生化学、例えば細胞培養で一般に使用される塩または他の添加剤をさらに含んでよい。塩または他の添加剤としては、例えば、食塩水（例えば、生理食塩水）、緩衝液（例えば、トリス緩衝液、トリス緩衝食塩水、リン酸緩衝液、リン酸緩衝食塩水）、血漿、乳酸リンゲル液、酢酸リンゲル液、組織培地、またはそれらの混合物が挙げられ得る。いくつかの実施形態では、溶媒のｐＨは、ポリマーに応じて酸性、中性、塩基性に調節され得る。
【0018】
ポリマーは、溶媒への適切な溶解性、およびプロセス条件下で核形成要素によって溶媒から引き出し可能な分子量を有する任意のポリマーであり得る。ストランドは、合成または天然のポリマーから形成され得る。一部のポリマーとしては、多糖（例えば、デキストラン、キトサン、カラゲナン、セルロースなど）、ポリペプチド（例えば、コラーゲン、クモの糸、カイコの糸、他の昆虫の糸など）、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリ（２－エチル－２－オキサゾリン）（Ｐ２Ｅ２Ｏ）、ポリ（４－スチレンスルホン酸－ｃｏ－マレイン酸）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（メチルビニルエーテル－ａｌｔ－マレイン酸）、ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）、それらの架橋ポリマー、およびそれらのコポリマーが挙げられる。
【0019】
ポリマーの特に有用な群は、ストランドとして引っ張ることができないか、またはストランドとして引っ張ることが困難な他の化学物質のための足場として作用することができるポリマーである。足場ポリマーのいくつかの例としては、デキストラン、ＰＥＯ、ＰＶＡ、ＰＥＧ、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリ（２－エチル－２－オキサゾリン）、ポリ（４－スチレンスルホン酸－ｃｏ－マレイン酸）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（メチルビニルエーテル－ａｌｔ－マレイン酸）、ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、熱可塑性ポリウレタン、それらの架橋ポリマー、およびそれらのコポリマーが挙げられる。
【0020】
１つ以上の他の化学物質が、プレストランド組成物中に存在してよい。ストランドの形成プロセス中、他の化学物質は、ストランドが形成されるときにポリマーストランド中またはポリマーストランド上に混入またはドープされる。足場ポリマーに担持され得る他の化学物質のいくつかの例としては、コラーゲン、ゼラチン、酵素、アクチン、チューブリン、ケラチン、アミノ酸、クモの糸、カイコの糸、エラスチン、ラミニン、フィブロネクチン、レシリン、アブダクタン（ａｂｄｕｃｔａｎ）、フィブリン、インテグリン受容体リガンド、フィビュリン、グロブリン、トロンビン、糖タンパク質、プロテオグリカン、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ヌクレオチド、カラゲナン、キチン、キトサン、セルロース、糖類、成長因子、ホルモン、サイトカイン、ケモカイン、抗体、脂質、ヒアルロン酸、金属イオン、非金属イオン、ナノ粒子（例えば、カーボンナノチューブ、金属ナノ粒子）、着色剤、界面活性剤、洗剤、ビタミン、塩基、鉱酸および有機酸（例えば、クエン酸）、他の自然健康製品、他の低分子医薬品（例えば、ミノサイクリン、リルゾール、ダルファムプリジン、エスシタロプラム、デオキシゲズニン、７，８－ジヒドロキシフラボン、ケルセチン、デキサメタゾン、タクロリムス）、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。
【0021】
それもまたポリマー物質であり、ストランドを形成することができる他の化学物質の場合、結果として生じるポリマーストランドは、足場ポリマーのストランドが他のポリマー化学物質（単数または複数）のポリマーストランドを担持する、２つ以上のポリマーのマルチフィラメントストランドを含み得る。このように、そのポリマーストランドを形成するのがこれまで不可能であったか、またはより困難であった、様々なポリマーの長いストランドを形成することができる。マルチフィラメントストランドは、市販の紡糸－延伸－巻き取り機、編組機、織機、および編み機、ならびに医療装置、例えば、縫合糸、織物、編まれた小径血管移植片または腱の製造に使用される機械の展開を可能とする。いくつかの実施形態では、他の化学物質は、ストランド形成の前、最中、または後に重合して、足場ポリマーに担持されたポリマーを含むポリマーストランドを提供する、モノマーを含み得る。いくつかの実施形態では、足場ポリマーは、例えば、機械的に、または足場ポリマーは溶けるが他のポリマーは溶けない洗浄溶媒の適用によって分離されて、他のポリマーの薄いストランドを残すことができる。
【0022】
１つ以上の他の化学物質は、ポリマーストランド中の他の化学物質のために好適な量で、プレストランド組成物中に存在する。好ましくは、１つ以上の他の化学物質は、プレストランド組成物の総重量に基づいて０．１～５０ｗｔ％の範囲の濃度で、プレストランド組成物中に存在する。いくつかの実施形態では、プレストランド組成物中の１つ以上の他の化学物質の濃度は、０．１～３０ｗｔ％、または０．２～３０ｗｔ％、または０．２～５ｗｔ％、または０．２～９ｗｔ％、または０．３～２０ｗｔ％、または０．３～１０ｗｔ％、または０．３～９ｗｔ％、または０．３～８ｗｔ％、または０．３～５ｗｔ％、または０．３～３ｗｔ％、または０．４～１０ｗｔ％、または０．５～９ｗｔ％、または０．５～８ｗｔ％、または０．５～５ｗｔ％、または０．５～３ｗｔ％である。
【0023】
プレストランド組成物は、ポリマーストランドのための安定化化合物をさらに含み得る。安定化化合物は、好ましくは、ポリマーストランドのための架橋剤である。安定化化合物のいくつかの例としては、グリオキサール、１－エチル－３－（３－ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）、アルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド）、フリーラジカルを発生させる架橋剤、またはそれらの混合物が挙げられる。
【0024】
プレストランド組成物中のポリマーの重なり濃度（ｃ＊）は、個々のポリマー鎖の立体構造が互いに重なり始める、プレストランド組成物中のポリマーの最低濃度である。これは、所与の充満した体積内の濃度が、プレストランド組成物中のポリマーの濃度に等しくなる点である。プレストランド組成物中のポリマーの濃度は、重なり濃度以上である。
【0025】
プレストランド組成物中のポリマーの絡み合い濃度（ｃｅ）は、個々のポリマー鎖が互いに絡み合い始める、プレストランド組成物中のポリマーの濃度である。絡み合い濃度は、常に重なり濃度と少なくとも同じ高さであるが、重なり濃度より最大で１０００倍高くなり得る。絡み合い濃度は、しばしば、重なり濃度より少なくとも１０倍高い。プレストランド組成物中のポリマーの濃度は、好ましくは絡み合い濃度以上である。好ましくは、プレストランド組成物中のポリマーの濃度は、プレストランド組成物全体が絡み合った状態にあるように十分に高い。
【0026】
ポリマーの濃度は、プレストランド組成物の総重量に基づいて、好ましくは少なくとも０．０１ｗｔ％、より好ましくは０．０１ｗｔ％～９９ｗｔ％の範囲である。いくつかの実施形態では、ポリマーは、プレストランド組成物の総重量に基づいて、少なくとも７ｗｔ％、好ましくは７～１４ｗｔ％、より好ましくは８～１４ｗｔ％または７～１０ｗｔ％の量で、プレストランド組成物中に存在する。いくつかの実施形態、例えばＩ型コラーゲンでは、プレストランド組成物中のポリマーの濃度は、４０ｗｔ％以上、例えば、４０～９５ｗｔ％または４０～６５ｗｔ％である。他の実施形態、例えばＰＥＯでは、プレストランド組成物中のポリマーの濃度は、０．５ｗｔ％以上、例えば０．５～７０ｗｔ％である。要求されるポリマー濃度は、ポリマーの分子量（Ｍｗ）にある程度依存する。概して、より高い分子量のポリマーでは、より低い濃度が要求される。
【0027】
ポリマーは、好ましくは、１ｋＤａ以上、または５ｋＤａ以上、または１０ｋＤａ以上、または３５ｋＤａ以上、または４０ｋＤａ以上、または５０ｋＤａ以上、または７０ｋＤａ以上、または１００ｋＤａ以上、または１，０００ｋＤａ以上、または８，０００ｋＤａ以上の分子量（Ｍｗ）を有する。いくつかの実施形態では、ポリマーは、２０，０００ｋＤａ以下の分子量（Ｍｗ）を有する。概して、より高い分子量のポリマーは、より長いポリマーストランドを作製する能力をもたらす。
【0028】
プレストランド組成物中のポリマーのレプテーション時間（τｒｅｐ）は、プレストランド組成物中のポリマー鎖の絡み合いをほどくのに要する時間である。レプテーション時間は、引っ張り時間を増加させることができるように可能な限り長く、所望の引っ張り時間未満であるべきである。レプテーション時間は、好ましくは少なくとも０．０１秒、より好ましくは少なくとも０．１秒である。
【0029】
プレストランド組成物からの核形成要素の引っ張り時間（τｐｕｌｌ）は、τｐｕｌｌ＝経路長／引っ張り速度と定義され、式中、経路長は、核形成要素がポリマーストランドを引っ張る設定距離であり、引っ張り速度は、核形成要素が設定距離にわたってストランドを引っ張る速さである。引っ張り時間（τｐｕｌｌ）を、代わりに、核形成要素ではなくストランドとの関連で定義することができ、その場合、プレストランド組成物からのストランドの引っ張り時間（τｐｕｌｌ）は、τｐｕｌｌ＝ストランド長／引っ張り速度と定義され、式中、ストランド長は、ポリマーストランドが引っ張られる設定長さであり、引っ張り速度は、ストランドがその長さにわたって引っ張られる速さである。ストランドの引っ張り時間（τｐｕｌｌ）は、ストランドが核形成要素に接続される場合、核形成要素のτｐｕｌｌと同じである。τｐｕｌｌをストランドとの関連で定義することは、ストランドが核形成要素からストランド巻き取り機構に移される場合に有用であり、これは、連続ストランド形成プロセスにおいて好ましい。
【0030】
プロセスにおいて、核形成要素（または、ストランドが核形成要素に接続されない場合、ストランド）の引っ張り時間は、ポリマーのレプテーション時間（τｒｅｐ）未満である。ポリマーのレプテーション時間（τｒｅｐ）未満の引っ張り時間を有することにより、ポリマーのストランドがプレストランド組成物から引っ張られるときに、プレストランド組成物の粘弾性応答を誘導する。したがって、レプテーション時間より短い引っ張り時間において、絡み合いは一時的な架橋として作用し、粘弾性応答が生じ、それにより、ポリマーストランドが破断することなくプレストランド組成物から引っ張られることを可能とする。しかしながら、核形成要素またはすでに形成したストランドと、プレストランド組成物中の絡み合ったポリマーとの相互作用時間が、レプテーション時間より長い場合、絡み合いがなくなり、ストランドは破断する。引っ張り時間は、好ましくは、所望の引っ張り速度に対してストランドの長さを最大化するように選択される。引っ張り速度は、好ましくは、０．１～４ｍ／ｓ、または０．５～４ｍ／ｓ、または０．５～３ｍ／ｓ、または０．５～２ｍ／ｓの範囲である。
【0031】
ポリマーストランドは、重力方向に対して任意の方向、例えば、上、下、または横に引っ張られてよい。プレストランド組成物への重力の作用が、引っ張りプロセス中に安定な紡糸コーンを維持するのを助け、それにより、より長いポリマーストランドの形成が可能となるため、ポリマーストランドを下方に引っ張ることが好ましい。紡糸コーンは、引っ張り（紡糸）中にプレストランド組成物の表面から外側に向いているプレストランド組成物の体積である。
【0032】
プロセスを使用して、ストランドが引っ張られているプレストランド組成物を連続的に補充することによって、事実上無制限のポリマーストランド長を達成することができる。１０ｍ以上、またはさらには１００ｍ以上までのストランド長を達成することができる。いくつかの実施形態では、ストランド長は、０．０１～１００ｍの範囲である。いくつかの実施形態では、ストランド長は、０．０１～１５ｍまたは０．０１～１０ｍの範囲である。いくつかの実施形態では、ストランド長は、１０ｃｍ以上、または５０ｃｍ以上、または１ｍ以上、または１０ｍ以上であり得る。
【0033】
より低いバルク粘度は、より薄いストランドをもたらすので、プレストランド組成物のバルク粘度を、ストランド直径を制御するように調整することができる。プレストランド組成物のバルク粘度が上昇するにつれて、より太いストランドを形成することができる。しかしながら、プレストランド組成物の粘度が低すぎる場合、紡糸コーンは崩壊し、成長しているストランドは破断し、粘度が高すぎる場合、紡糸コーンは、ストランド形成を可能とするのに十分な体積の流体を含有していないであろう。したがって、プレストランド組成物の粘度を適切に設定することが重要である。いくつかの実施形態では、プレストランド組成物のバルク粘度は、好ましくは、垂直落球法による測定で８～１００Ｐａ・ｓ（８，０００ｃＰ～１００，０００ｃＰ）の範囲である。他の実施形態では、プレストランド溶液のバルク粘度は、ＳｔｒｅｓｓＴｅｃｈ（商標）ＨＲレオメータによる測定で、好ましくは１００～５，０００Ｐａ・ｓ（１００，０００～５，０００，０００ｃｐ）、より好ましくは１００～１，０００Ｐａ・ｓ（１００，０００～１，０００，０００ｃｐ）、さらにより好ましくは１００～４００Ｐａ・ｓ、さらにより好ましくは１５０～３００Ｐａ・ｓ、さらにより好ましくは１７５～２５０Ｐａ・ｓの範囲、例えば２００Ｐａ・ｓである。ポリマーがＰＥＯを含む場合、バルク粘度は、好ましくは１００～４００Ｐａ・ｓ、より好ましくは１５０～３００Ｐａ・ｓ、さらにより好ましくは１７５～２５０Ｐａ・ｓ、または１５０～２００Ｐａ・ｓ、例えば２００Ｐａ・ｓである。
【0034】
プレストランド組成物のバルク粘度は、プレストランド組成物中のポリマーの濃度の影響を受ける。プレストランド組成物中のポリマーの濃度の上昇は、バルク粘度を上昇させる一方で、濃度の低下は、バルク粘度を低下させる。プレストランド組成物中のポリマーの濃度の調整は、したがって、作製されるストランドの直径を調整する。２０～２０，０００ｎｍの範囲の平均ストランド直径を、プレストランド組成物の粘度の適切な調整によって達成することができる。プロセスの大きな利益は、２００ｎｍ以下、例えば２０～２００ｎｍの平均ストランド直径を有する超微細ストランドを作製する能力である。さらに、ストランド直径は、ストランドの長さにわたって比較的一定のままである。
【0035】
ストランドの異なる断面形状を、プロセスで得ることができる。例えば、ストランドは、円形または楕円形の断面を有し得る。ストランド全体が、１つの断面形状を有してもよく、またはストランドの異なる部分が、異なる断面形状を有してもよい。したがって、リボンおよび他のアーキテクチャのストランドが作製され得る。
【0036】
核形成要素は、要素がプレストランド組成物に挿入されるとストランドが核形成することができる、任意の物体であり得る。ストランドの核形成は、核形成要素上の１つ以上の核形成部位において、例えば液滴の形態での、プレストランド組成物の一部の付着をもたらす。核形成要素がプレストランド組成物から引き出されると、液架橋が、核形成要素上のプレストランド組成物と、リザーバに残っているプレストランド組成物との間に形成され、核形成要素がさらに引っ張られてリザーバから離れると、ポリマーストランドが、核形成要素とリザーバとの間に形成される。核形成要素は、ポリマーの非ランダム核形成を提供する。非ランダム核形成により、１つ以上の核形成部位が、ストランド成長および他のプロセスステップのより良好な制御のためにあらかじめ決定され得る。核形成要素は、核形成要素がプレストランド組成物から引き出されると、ポリマーがストランドを形成するような、サイズおよび形状を有する。核形成要素のアスペクト比（高さ対最大幅）は、好ましくは１：１００～１０００：１の範囲である。いくつかの実施形態では、アスペクト比は、好ましくは１：１～１０００：１の範囲である。核形成要素は、好ましくは、キャップがプレストランド組成物に挿入されたときに、その上への薄いポリマーストランドの初期付着を可能とする、十分に小さい幅のキャップを有する。ポリマーストランドが付着する核形成要素の幅は、好ましくは０．５～４ｍｍ、より好ましくは２～４ｍｍである。いくつかの実施形態では、核形成要素の幅は、１ｍｍ以下、または０．７５ｍｍ以下、例えば０．５ｍｍであり得る。キャップは、好ましくは、平坦、円錐形、ピラミッド形、または楕円形のジオメトリを有する。
【0037】
核形成要素は表面を有し、核形成要素は、好ましくは、核形成要素の表面が少なくとも１１ｍｍ２、好ましくは少なくとも５０ｍｍ２の表面積にわたって接液するようにプレストランド組成物に挿入される。好ましくは、接液表面積は、４００ｍｍ２まで、より好ましくは２００ｍｍ２まで、さらにより好ましくは１１０ｍｍ２までである。好ましくは、接液表面積は、１１～４００ｍｍ２、より好ましくは１１～２００ｍｍ２、さらにより好ましくは１１～１１０ｍｍ２、さらにより好ましくは５０～１１０ｍｍ２、さらにより好ましくは６０～９０ｍｍ２の範囲である。
【0038】
１つのポリマーストランドを引っ張るために、単一の核形成要素が使用され得る。しかしながら、複数のストランドが、複数の離散した核形成要素を使用することによって、同じプレストランド組成物から同時に引っ張られてよい。複数の核形成要素は、規則的またはランダムな間隔を有する、規則的なアレイまたは不規則なアレイのいずれかのアレイで提供され得る。複数の核形成要素が使用される場合、複数の核形成要素は、好ましくは、最も太い隣接核形成要素の直径の少なくとも１．５倍、好ましくは少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも２．５倍の、核形成要素間の最小中心間距離を有する。いくつかの実施形態では、間隔は、少なくとも０．２ｍｍ、好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１ｍｍである。下限は、主に、３Ｄプリンタの解像度、および機械加工により達成され得る許容誤差に起因する。所望のストランド厚はまた、最小間隔および核形成要素の幅の情報を与える。より大きいピン間隔および／またはより幅広の核形成要素が、より太いストランドのために必要であり得る。核形成要素は、任意の好適な方法、例えば３Ｄ印刷または機械加工によって製造され得る。核形成要素は、任意の好適なジオメトリ、例えば、多角形または楕円形の断面を有し得る。核形成要素のいくつかの例としては、表面上のピン、ニードル、ロッド、および突起（例えば、ピラー、リッジ、ノジュール、細粒など）が挙げられる。いくつかの実施形態では、複数の、１つ以上の種類のそのような核形成要素が、ベースに取り付けられ、複数のストランドを同時に引っ張るのに使用される。したがって、ピンブラシ、紙やすり、テクスチャ加工グローブ、粗面などが、複数のストランドを同時に引っ張るのに使用され得る。
【0039】
核形成要素は、核形成要素を取り付けるかまたは繋ぎ、プレストランド組成物を含有し、核形成要素をプレストランド組成物内外に平行移動させるための特徴を含有する装置に具現化され得る。いくつかの実施形態では、核形成要素は、平坦なプレートに取り付けられ、そこから突出する。いくつかの実施形態では、プレストランド組成物は、平坦なプレート上の浅いプールに含有される。ストランド形成中、平坦なプレートは、互いに向き合い、プレートが垂直に立ち、それにより核形成要素が水平に伸びるように配向され得るか、または核形成要素が垂直に伸びるように水平に配向され得る。水平配向では、プレストランド組成物を含有する平坦なプレートは、好ましくは、核形成要素を保持する平坦なプレートの下にある。平坦なプレートは、好ましくは１ｃｍ２の最小底面積を有する一方で、最大底面積は、ストランドを作製するための操作上の要求によってのみ制限される。したがって、最大底面積は、数平方メートル以上に達し得る。他の取り付けおよび含有配置を、当業者なら想定することができる。核形成要素を平行移動させるための特徴は、電動または手動ステージを含み得る。自動装置が好ましい。
【0040】
核形成要素上でのストランド核形成後、ストランドは、核形成要素から、ストランドを連続的に引っ張り、収集することができるストランド巻き取り機構（例えば、ゴデットなどの連続紡糸装置）に移され得る。このようにして、不定の長さのストランドを作製することができる。
【0041】
図１に示されるような一実施形態では、プレストランド組成物からポリマーストランドを作製するための装置１は、プレストランド組成物の入った３Ｄ印刷した溶液リザーバ３、プレストランド組成物からストランドを引っ張るための先端６を有するマイクロニードル５、および３Ｄ印刷したマウント９を使用してマイクロニードル５が取り付けられている平行移動ステージ８を備える。溶液リザーバは、スタンド２に取り付けられ、平行移動ステージ８は、マイクロニードル５の先端６が、水平ベクトルに沿って平行移動して、溶液リザーバ３の中のプレストランド組成物に挿入され、次いで、溶液リザーバ３から引き出されて、同じ水平ベクトルに沿って逆方向にプレストランド組成物からポリマーストランドを引っ張り出すように取り付けられる。平行移動ステージ８の動きは、可変速モータ（図示せず）によって制御される。少なくともマイクロニードル５の先端６は、好ましくはステンレス鋼製である。
【0042】
図２Ａおよび図２Ｂに示されるような別の実施形態では、プレストランド組成物から複数のポリマーストランドを同時に作製するための装置２０は、プレストランド組成物を含有するための３Ｄ印刷した溶液支持体２１、およびブラシプレート２８の前面から突出するピン２５（１つだけラベルが付いている）の７０×３５個のアレイを含むピンブラシ２７を備える。溶液支持体２１は、プレストランド組成物を含有するための、支持プレート２３の前面と後面との間の隙間２４を有する支持プレート２３、およびピン２５のアレイと整列し得る、支持プレート２３の前面の開口２２（１つだけラベルが付いている）の７０×３５個のアレイを備える。ピン２５および開口２２が整列すると、ピン２５は、開口２２を通して、隙間２４の中のプレストランド組成物に挿入され得、次いで引き出されて、プレストランド組成物からポリマーストランドを引っ張り得る。装置２０は手持ち装置として示されているが、溶液支持体２１がスタンドに取り付けられ、ブラシプレート２８が平行移動ステージに取り付けられて、図１の装置と同様の方法で操作され得る。装置２０は、高スループットのストランド形成のために、高密度のストランド核形成部位を有する。プレストランド組成物を含有するための隙間および隙間にアクセスするための開口を備える支持プレートの代わりに、支持プレートは、浅いプールにプレストランド組成物を保持することができる平坦な表面を備えることができる。そのような配置は、ピンと開口を整列させる必要性を排除する。
【0043】
ポリマーストランドの作製後、ストランドを、スプールまたは円形フレームなどの収集器に移すことができ、ストランドは、続いて、糸、ヤーン、織物、編物、フェルトなどに組み立てられ得る。製造プロセス全体は、手で行われ得るか、または生産効率を改善し、ストランドサイズをより良好に制御するために、プロセスは、単純なロボットシステムを使用して自動化され得る。
【0044】
実施例
実施例１：ポリマーストランド作製のためのプロセス最適化
材料および方法：
以下のデキストラン分子量（Ｍｗ）：７０、１５０、２５０、および５００ｋＤａが検討された。７０、１５０、および５００ｋＤａデキストランは、Ｄｅｘｔｒａｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｌｉｍｉｔｅｄから購入され、一方で２５０ｋＤａデキストランは、Ｐｈａｒｍａｃｏｓｍｏｓ（商標）から購入された。Ｍｗごとに、４０ｗｔ％（ｗｔ／ｗｔ）～６３ｗｔ％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲のデキストラン濃度を有する様々な溶液を作った。脱イオン（ＤＩ）水が、ストランド引っ張りプロセスの分析に使用した溶媒であった。ＤＩ水および０．０２Ｎの酢酸中のＩ型コラーゲン（Ｃｏｒｎｉｎｇからのラット尾コラーゲンＩ）を、ストランド直径分析のための溶媒として使用した。各Ｍｗのデキストランについて、所望の濃度を有する均質なポリマー溶液を、プラスチック秤量皿内の適切な質量の溶媒に乾燥ポリマーを加え、ポリマーが完全に溶解するまでピペットチップ使用して手動で撹拌することによって得た。次いで、結果として生じる溶液を、貯蔵中の蒸発による溶媒損失を防ぎ、接触延伸装置に加えられる溶液の体積を制御するために、１ｍＬのシリンジに移した。
実施例１：ポリマーストランド作製のためのプロセス最適化
材料および方法：
以下のデキストラン分子量（Ｍｗ）：７０、１５０、２５０、および５００ｋＤａが検討された。７０、１５０、および５００ｋＤａデキストランは、Ｄｅｘｔｒａｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｌｉｍｉｔｅｄから購入され、一方で２５０ｋＤａデキストランは、Ｐｈａｒｍａｃｏｓｍｏｓ（商標）から購入された。Ｍｗごとに、４０ｗｔ％（ｗｔ／ｗｔ）～６３ｗｔ％（ｗｔ／ｗｔ）の範囲のデキストラン濃度を有する様々な溶液を作った。脱イオン（ＤＩ）水が、ストランド引っ張りプロセスの分析に使用した溶媒であった。ＤＩ水および０．０２Ｎの酢酸中のＩ型コラーゲン（Ｃｏｒｎｉｎｇからのラット尾コラーゲンＩ）を、ストランド直径分析のための溶媒として使用した。各Ｍｗのデキストランについて、所望の濃度を有する均質なポリマー溶液を、プラスチック秤量皿内の適切な質量の溶媒に乾燥ポリマーを加え、ポリマーが完全に溶解するまでピペットチップ使用して手動で撹拌することによって得た。次いで、結果として生じる溶液を、貯蔵中の蒸発による溶媒損失を防ぎ、接触延伸装置に加えられる溶液の体積を制御するために、１ｍＬのシリンジに移した。
【0045】
粘度測定
全ての実験を、２２．５～２４．０℃、２０％未満の相対湿度で行った。デキストラン溶液粘度（η）を、落球法を使用して測定した。０．３９９±０．００２ｃｍの直径および０．２６１１±０．０００１ｇの質量を有する球形ステンレス鋼ボールベアリング玉を、ポリスチレンコニカルチューブ内の溶液に落とした。５００ｋＤａデキストランの水溶液を、３５、４０、４５、５０、および５５ｗｔ％で調製し、３０００ｒｃｆで１５分間遠心分離して、浮遊気泡を取り除いた。０．００１ｓの単位まで正確なデジタルタイマーおよび０．５ｍｍの単位まで正確な定規を使用して、落球が移動した距離を経時的に測定し、そこから速度を計算した。０．００１ｇ／ｃｍ３の単位まで正確なＡｎｔｏｎ Ｐａｒｒ ＤＭＡ ３５携帯型密度計を使用して、各溶液の密度を測定した。粘度を、以下：
に従って計算し、式中、ΔＰは、溶液とボールベアリング玉との間の密度の差であり、ｇは、重力加速度であり、ｒは、ボールベアリング玉の半径であり、ｖは、デキストラン溶液中を移動するボールベアリング玉の速度である。直接試験されていない５００ｋＤａデキストランの濃度については、粘度は、図３に示された濃度対粘度のプロットから内挿された。
全ての実験を、２２．５～２４．０℃、２０％未満の相対湿度で行った。デキストラン溶液粘度（η）を、落球法を使用して測定した。０．３９９±０．００２ｃｍの直径および０．２６１１±０．０００１ｇの質量を有する球形ステンレス鋼ボールベアリング玉を、ポリスチレンコニカルチューブ内の溶液に落とした。５００ｋＤａデキストランの水溶液を、３５、４０、４５、５０、および５５ｗｔ％で調製し、３０００ｒｃｆで１５分間遠心分離して、浮遊気泡を取り除いた。０．００１ｓの単位まで正確なデジタルタイマーおよび０．５ｍｍの単位まで正確な定規を使用して、落球が移動した距離を経時的に測定し、そこから速度を計算した。０．００１ｇ／ｃｍ３の単位まで正確なＡｎｔｏｎ Ｐａｒｒ ＤＭＡ ３５携帯型密度計を使用して、各溶液の密度を測定した。粘度を、以下：
【数1】
【0046】
接触延伸装置
図１に示されたような装置が、ポリマーのストランドを作製するために作られた。装置は、ストランドを引っ張るために、Ｔｅｄ Ｐｅｌｌａ（商標）から購入されたシャンク直径０．５ｍｍの鋼製マイクロニードル（製品＃１３６０１Ｃ）を備えていた。マイクロニードルを、３Ｄ印刷した継ぎ手を使用して、１００ｍｍ直線移動ステージ（Ｔｈｏｒｌａｂｓ（商標）ＤＤＳＭ１００／Ｍ）に取り付けた。この取り付け構成を用いて、平行移動ステージは、４００ｍｍ／ｓまでの速度に達することができた。平行移動ステージを、移動速度および停止位置を設定する、ＴｈｏｒｌａｂｓからのＫｉｎｅｓｉｓソフトウェアを使用して操作した。Ｎｉｋｏｎ（商標）のＮｉｋｋｏｒ（商標）５０ｍｍレンズを装着したＥｄｇｅｒｔｒｏｎｉｃ（商標）の高速度カメラを使用して、６０ｍｍ／ｓ間隔の設定速度のビデオを記録することによって、ステージの速さを較正した。そこからマイクロニードルがストランドを引っ張ることになる、溶液を保持する溶液リザーバを、３Ｄ印刷した。溶液リザーバは、蓋がなく、シリンジによる充填を可能とする前面を有する２×５×５ｍｍの長方形リザーバに、５０μＬを保持するように設計された。マイクロニードルは、平行移動ステージの位置限界において、リザーバ内で約４ｍｍの深さに達することができた。
図１に示されたような装置が、ポリマーのストランドを作製するために作られた。装置は、ストランドを引っ張るために、Ｔｅｄ Ｐｅｌｌａ（商標）から購入されたシャンク直径０．５ｍｍの鋼製マイクロニードル（製品＃１３６０１Ｃ）を備えていた。マイクロニードルを、３Ｄ印刷した継ぎ手を使用して、１００ｍｍ直線移動ステージ（Ｔｈｏｒｌａｂｓ（商標）ＤＤＳＭ１００／Ｍ）に取り付けた。この取り付け構成を用いて、平行移動ステージは、４００ｍｍ／ｓまでの速度に達することができた。平行移動ステージを、移動速度および停止位置を設定する、ＴｈｏｒｌａｂｓからのＫｉｎｅｓｉｓソフトウェアを使用して操作した。Ｎｉｋｏｎ（商標）のＮｉｋｋｏｒ（商標）５０ｍｍレンズを装着したＥｄｇｅｒｔｒｏｎｉｃ（商標）の高速度カメラを使用して、６０ｍｍ／ｓ間隔の設定速度のビデオを記録することによって、ステージの速さを較正した。そこからマイクロニードルがストランドを引っ張ることになる、溶液を保持する溶液リザーバを、３Ｄ印刷した。溶液リザーバは、蓋がなく、シリンジによる充填を可能とする前面を有する２×５×５ｍｍの長方形リザーバに、５０μＬを保持するように設計された。マイクロニードルは、平行移動ステージの位置限界において、リザーバ内で約４ｍｍの深さに達することができた。
【0047】
ストランド引っ張りプロセスの分析のために、３Ｄ印刷した溶液リザーバを５０μＬのデキストラン溶液で充填した。デキストラン溶液を１０分ごとに交換して、蒸発の影響を軽減し、マイクロニードルが、デキストラン溶液の表面に対して一貫した深さで侵入することを確実にした。ステージを、マイクロニードルが、充填された溶液リザーバに、２９ｍｍ／ｓの速度で約４ｍｍの深さに侵入し、０．５ｓ間停止し、次いで設定速度で後退して、下式のとおりに計算された所望の引っ張り持続時間（τｐｕｌｌ）を得るようにプログラムした：
【数2】
【0048】
試行は、設定経路長のストランドが得られた場合に成功が割り当てられ、そうでない場合に故障が記録され、故障モードが記録された。２つの故障モードが観察された。モードＩは、引っ張りが完了する前にストランドが一端または両端から離れたときに生じる、緩和故障であった。モードＩＩは、液滴がストランドに沿って捕捉され、ストランドの垂れを引き起こす、ストランド液滴故障であった。少なくとも１５回の試行を各τｐｕｌｌについて行い、故障率を以下に従って計算した：
【数3】
【0049】
０％の故障率をもたらすτｐｕｌｌから開始して、故障率が１００％に達するまで、ステージの平行移動速度を減少させることによってτｐｕｌｌを増加させた。マイクロニードルを、エタノールに浸したＫｉｍｗｉｐｅ（商標）を使用して、試行間にきれいに拭いた。試行のいくつかの高速ビデオを、引っ張りプロセスの定性分析のために、Ｅｄｇｅｒｔｒｏｎｉｃ（商標）のカメラを使用して記録した。
【0050】
τｐｕｌｌの関数としての故障率のデータを、経時的な故障解析に広く使用されている統計モデルであるワイブル累積分布関数を用いてフィッティングした。Ｍａｔｌａｂ（商標）曲線フィッティングツールを使用して、データを、以下：
に従ってフィッティングし、式中、ａは、累積分布の変曲点を表す尺度パラメータであり、ｋは、分布の幅を表す形状パラメータである。データセットは、０％または１００％の故障率ではない少なくとも３つの点を含んでいた場合にのみ、フィッティングされた。
【数4】
【0051】
ストランド直径測定
ストランド直径を特徴付けるために、少なくとも５つのストランドを、所与の引っ張り持続時間で、２５．４×７６．２×１ｍｍのスライドガラス（Ｕｌｔｉｄｅｎｔ（商標）１７０－７１０７Ａ）上に収集し、次いで、両面テープを使用して、２４×５０×０．１５ｍｍのガラスカバースリップ（Ｄｅｃｋｇｌａｓｅｒ（商標）４７０８１９）で蓋をした。デキストランの全ての濃度およびＭｗについて、特に記載のない限り、引っ張り持続時間を０．２５ｓに設定した。直径を測定するために、ストランドを、Ｎｉｋｏｎ Ｅｃｌｉｐｓｅ（商標）Ｔｉ光学顕微鏡で４０倍の対物レンズを使用して撮像した。各ストランドを、ストランド長に沿って約１ｃｍ間隔の３つの点で撮像した。ＩｍａｇｅＪ（商標）にインポートされた後、画像は、バイナリに変換され、３×３マトリックス中の画素を平均することによってエッジ検出を簡略化するＩｍａｇｅＪ（商標）の平滑化機能を使用して処理された。次いで、ストランドの直径を、２００画素の幅を有する目的の長方形領域を使用して、２つの外縁間で測定した。これは、各直径測定が１７μｍのストランド長にわたる平均であることを可能とし、測定された直径がストランド長に垂直であることを確実にすることによって、測定誤差を減らした。
ストランド直径を特徴付けるために、少なくとも５つのストランドを、所与の引っ張り持続時間で、２５．４×７６．２×１ｍｍのスライドガラス（Ｕｌｔｉｄｅｎｔ（商標）１７０－７１０７Ａ）上に収集し、次いで、両面テープを使用して、２４×５０×０．１５ｍｍのガラスカバースリップ（Ｄｅｃｋｇｌａｓｅｒ（商標）４７０８１９）で蓋をした。デキストランの全ての濃度およびＭｗについて、特に記載のない限り、引っ張り持続時間を０．２５ｓに設定した。直径を測定するために、ストランドを、Ｎｉｋｏｎ Ｅｃｌｉｐｓｅ（商標）Ｔｉ光学顕微鏡で４０倍の対物レンズを使用して撮像した。各ストランドを、ストランド長に沿って約１ｃｍ間隔の３つの点で撮像した。ＩｍａｇｅＪ（商標）にインポートされた後、画像は、バイナリに変換され、３×３マトリックス中の画素を平均することによってエッジ検出を簡略化するＩｍａｇｅＪ（商標）の平滑化機能を使用して処理された。次いで、ストランドの直径を、２００画素の幅を有する目的の長方形領域を使用して、２つの外縁間で測定した。これは、各直径測定が１７μｍのストランド長にわたる平均であることを可能とし、測定された直径がストランド長に垂直であることを確実にすることによって、測定誤差を減らした。
【0052】
結果および考察：
デキストランをモデルポリマーとして使用し、デキストランを使用して得られた結果を、他のポリマーに広く適用することができる。接触延伸プロセスを理解し、ストランド形成を制御する重要なパラメータを特定するために、τｐｕｌｌを変化させ、ストランド形成プロセスを、成功した引っ張り中の様々な時点で高速度カメラを使用して観察した。短いτｐｕｌｌ（０％の故障率をもたらすもの）では、ストランドは、引っ張りが完了するまで、マイクロニードルと溶液リザーバの両方に接続したままであり、試行の成功を例示する。τｐｕｌｌが増加すると、引っ張りが完了する前に不完全なストランドが少なくとも１つの接触点から離れる、モードＩの故障率が上昇する。モードＩの故障は、モードＩＩの故障よりも頻繁に生じ、かつ（以下で説明されるように）予測可能である。モードＩＩの故障では、液滴は、ストランドに沿って捕捉され、ストランドの垂れを引き起こす。モードＩＩの故障は、全故障の２％未満を占める。４つの異なる濃度の水中の５００ｋＤａデキストランについて、τｐｕｌｌの関数としての故障率を図４に示す。各濃度について、故障率は、τｐｕｌｌ値の非常に狭い範囲にわたって、０％から１００％へ急激に移行する。故障の累積分布におけるこの急激な移行は、接触延伸プロセスの特性時間スケールを示す。
デキストランをモデルポリマーとして使用し、デキストランを使用して得られた結果を、他のポリマーに広く適用することができる。接触延伸プロセスを理解し、ストランド形成を制御する重要なパラメータを特定するために、τｐｕｌｌを変化させ、ストランド形成プロセスを、成功した引っ張り中の様々な時点で高速度カメラを使用して観察した。短いτｐｕｌｌ（０％の故障率をもたらすもの）では、ストランドは、引っ張りが完了するまで、マイクロニードルと溶液リザーバの両方に接続したままであり、試行の成功を例示する。τｐｕｌｌが増加すると、引っ張りが完了する前に不完全なストランドが少なくとも１つの接触点から離れる、モードＩの故障率が上昇する。モードＩの故障は、モードＩＩの故障よりも頻繁に生じ、かつ（以下で説明されるように）予測可能である。モードＩＩの故障では、液滴は、ストランドに沿って捕捉され、ストランドの垂れを引き起こす。モードＩＩの故障は、全故障の２％未満を占める。４つの異なる濃度の水中の５００ｋＤａデキストランについて、τｐｕｌｌの関数としての故障率を図４に示す。各濃度について、故障率は、τｐｕｌｌ値の非常に狭い範囲にわたって、０％から１００％へ急激に移行する。故障の累積分布におけるこの急激な移行は、接触延伸プロセスの特性時間スケールを示す。
【0053】
デキストラン分子は、水中でランダムコイルを形成することが知られており、水がデキストランにとってθ溶媒であることを意味する。７０および５００ｋＤａデキストランは、それぞれ、１０．６および５．１ｇ／ｄＬ、すなわち約９．６および４．８ｗｔ％の重なり濃度（ｃ＊）を有する。所与の溶液について、絡み合い濃度（ｃｅ）は、ｃ＊よりはるかに高い。一例として、トルエン中のポリスチレン（中性ポリマー）では、ｃｅ≒１０ｃ＊である。ここで、全てのデキストラン溶液が絡み合った状態にあるように、ｃ＊より約６および１０倍高い濃度を、それぞれ７０および５００ｋＤａデキストランに使用した。絡み合った溶液内で、レプテーション時間（τｒｅｐ）は、ポリマーが絡み合いを脱して自由に流動するのに必要な特性時間である。したがって、絡み合った溶液との相互作用時間がτｒｅｐより長い場合、絡み合いがなくなり、粘性応答が観察される一方で、τｒｅｐより短い時間スケールでは、絡み合いは一時的な架橋として作用し、粘弾性応答が生じる。全てのデキストランの濃度は、重なり濃度ｃ＊よりはるかに高いため、図４における０から１００％の故障率への急激な移行は、絡み合いがストランド形成の主な機構であることを示唆する。したがって、図４の曲線をフィッティングし、変曲点（時間スケールを表す）を抽出することにより、所与の溶液のτｒｅｐを抽出することが可能である。
【0054】
ストランド形成プロセスにおけるストランドの絡み合いの役割をさらに調べるために、故障率曲線を、時間に比例する故障率を有するシステムの解析に広く使用されている統計モデルであるワイブル累積分布関数を用いてフィッティングした。２４のデータセットについて、１９のフィッティングが、ｒ２＞０．９０を有する。計算された最低ｒ２値は、０．７６である。各フィッティングは、形状パラメータｋ＞１を有し、これは、引っ張り持続時間の増加が粘性応答の可能性の上昇をもたらすシステムから予想されるように、時間とともに故障率が上昇することを表す。理論上、既知の濃度および明確なＭｗを有する溶液は単一の明確なτｒｅｐを有するはずであるので、粘弾性応答から粘性応答への移行は、即時となるはずである。しかしながら、ここで使用されるポリマーは、多分散（５００ｋＤａデキストランでＰＤＩ＝９．１）であり、溶液は、濃度に局所的な不均一性を有し得る。両方の要素が、ｋパラメータによって捉えられるτｒｅｐの分布をもたらす。
【0055】
各フィッティングから、尺度パラメータａは、特定の溶液について実験的に決定されたτｒｅｐである。図５Ａは、様々なＭｗ値の濃度の関数として、τｒｅｐのこれらのデータをプロットする。所与のＭｗについて、τｒｅｐは濃度とともに指数関数的に増減する。物理的には、τｒｅｐの増加は、濃度の上昇から生じる絡み合い数密度の上昇として理解され得る。絡み合い密度が上昇すると、ポリマーが絡み合いをやめて、自由に流動するのに必要な時間は増加する。図５Ａは、一定の濃度において、Ｍｗの増加に伴うτｒｅｐの増加も示す。これは、２５０および５００ｋＤａデキストランで最もはっきりと観察される。一定の濃度において、Ｍｗを２倍にすることは、絡み合い密度が同じままで、２つのポリマー鎖を末端間でともに結合させることと等価である。したがって、τｒｅｐの増加は、絡み合い密度の上昇に由来せず、むしろ各ポリマーが２倍の数の絡み合いを脱しなければならないことから生じる。
【0056】
絡み合った溶液のレプテーションモデルは、τｒｅｐがＭｗ
３に従って増減することを予測する。このモデルに従ってτｒｅｐをリスケールすることは、データを単一の指数関数的傾向に落とし込むことを可能とする（図５Ｂ）。これは、この研究で分析された全てのデキストラン溶液がｃｅより高い濃度を有することを示し、ポリマーの絡み合いがストランド形成の主な機構であるという主張を支持する。
【0057】
データは指数関数でうまくフィッティングされている（ｒ２＝０．９９８）が、レプテーションモデルは、τｒｅｐ／Ｍｗ
３が濃度のべき乗則として増減すると予測する。しかしながら、このモデルが、単分散の線状ポリマーに基づく一方で、これらの実験で使用されたデキストランは、ある程度多分散であり、高分子量で分岐することが知られている。多分散性は、ポリマーネットワークの緩和時間を３倍以上に増加させることが知られ、分岐の存在は、レプテーションを抑制し、緩和時間を分岐長に比例して増加させ得るため、これらの実験条件の両方が、絡み合いモデルの解釈を大幅に複雑化する。この矛盾にもかかわらず、実験的に決定されたτｒｅｐ／Ｍｗ
３データは、普遍的傾向に落とし込まれる。これは、ポリマーの絡み合いをストランド形成の機構として検証し、広い分子量および溶液濃度の範囲にわたってストランドを作り出すのに必要な製造条件の予測を可能とする。
【0058】
接触延伸では、τｒｅｐより短い時間スケールで引っ張ることにより、収集され、数か月間ひずみが加わることなく貯蔵され得る固体ストランドを作製する。これらのストランドは、これらの長期間にわたってほどけず、または粘性流動せず、水が、引っ張られたストランドから蒸発したことを示す。ストランド直径はミクロンオーダーであるが、長さは少なくとも数センチメートルであるため、体積に対する表面積の比率が大きいことにより、水の蒸発は急速に起こる。最終ストランド直径に対する接触延伸条件および初期溶液特性の影響を分析することにより、ストランド製造プロセスへのさらなる洞察を得ることができる。
【0059】
図６Ａは、水中の５００ｋＤａデキストランの様々な濃度での、τｐｕｌｌの関数としての乾燥ストランド直径を示す。所与の濃度について、ストランド直径は、実験誤差の範囲内でτｐｕｌｌに無関係である。これらのデータによれば、τｐｕｌｌがτｒｅｐより短い場合、最終ストランド直径は、ストランドがどれほど速く引っ張られるかに無関係である。しかしながら、ストランド直径は、濃度の上昇とともに増加する。この傾向は、図６Ｂに見られるように、全てのＭｗ値で示される。所与のＭｗについて、ストランド直径は、濃度とともに指数関数的に増加することがわかる。所与の濃度について、ストランド直径は、概してＭｗとともに増加する。この傾向は、７０～２５０ｋＤａのデキストランで観察されるが、２５０～５００ｋＤａのデキストランでは観察されなかった。図６Ｂの白丸は、８．７０ｍｇ／ｍｌのコラーゲン酸性溶液中に溶解された５００ｋＤａデキストランからのストランドの直径を示す。これらのデータは、水中の５００ｋＤａのデータと非常によく重なり、デキストラン溶液への少量の生物学的物質の組み込みは、ストランド形成に影響を及ぼさないことを示す。したがって、コラーゲン／デキストランストランドおよび他のポリマーストランドの形成を、図６Ｂの傾向を使用して予測することができる。
【0060】
濃度上昇に伴うストランド直径の増加の傾向は、接触延伸プロセスを分析することによって定性的に理解され得る。ストランドが引っ張られ、マイクロニードルが動きを止めると、ストランドにその端部で付着する液架橋の二次流が存在する。絡み合った溶液における液架橋についての多数の先行研究は、粘弾性溶液内に蓄えられた回復可能な弾性ひずみを特徴付けている。ひずみが加えられない場合、この蓄えられた弾性エネルギーは、二次流を発生させる原因となる。５００ｋＤａデキストランおよび水の４５ｗｔ％および５０ｗｔ％溶液について、二次流は、最終ストランドより約２００倍大きい直径の液架橋から始まる。時間とともに、液体は、溶液リザーバに逆流し、すべての液体が溶液リザーバに戻り、最終ストランドが離れるまで、液架橋を短くする。直径測定値の比較的大きい変動が、ストランドの引っ張りとストランドの収集との間に経過した時間の変動から生じ得る。ストランドは手動で収集されたため、全ての液体が最後まで流れる前に収集されたストランドは、後の時点で収集されたストランドより大きく見えることになる。この影響は、図６Ａの実験誤差の主な原因であり得る。
【0061】
興味深いことに、この二次流は、５０ｗｔ％溶液より４５ｗｔ％溶液において著しく速く生じ、両方の引っ張りは同じ持続時間にわたって生じる。約８０００ｃＰのバルク粘度を有する４５ｗｔ％溶液は、３．１ｍｍ／ｓの平均流速を有する一方で、約８５，０００ｃＰのバルク粘度を有する５０ｗｔ％溶液は、１．１ｍｍ／ｓの平均流速を有する（バルク粘度値については図３を参照）。したがって、濃度上昇に伴うストランド直径の増加は、このネッキング領域の先端を分析することによって定性的に理解され得る。この先端では、高濃度の固体ストランドが液架橋と交わり、この交点は、時間ともに一定の流速で後退する。同様に一定の蒸発速度を仮定すると、流速が高いほど、より多くのポリマーが液体とともに流れて溶液リザーバに戻ることになり、より小さいストランドをもたらす。流速が低いほど、溶液が乾燥するにつれてより大きい重量分率のポリマーがストランドに残り、より大きい最終ストランドをもたらす結果になる。言い換えれば、バルク粘度は二次流の速度を制御し、二次流の速度がストランド直径を制御する。
【0062】
さらに、レプテーションモデルによれば、τｒｅｐおよび粘度は、以下を通して直接関係する：
図７Ａは、水中の５００ｋＤａデキストランについて実験的に決定されたτｒｅｐの関数として、η／ｗｔ％７／３を示し、レプテーションモデルによって予測されるような線形傾向（ｒ２＞０．９）でフィッティングされた。再び、これらのデータは、レプテーションモデル予測に従い、τｒｅｐをηのスケール因子として使用することの妥当性を示す。
【数5】
【0063】
τｒｅｐを粘度の代理として使用することができるという理解のもとに、図７Ｂは、デキストランの全てのＭｗについて、τｒｅｐの関数としてのストランド直径のプロットを示す。直径は、τｒｅｐとともに直線的に増減し（ｒ２＝０．９０）、これは、最終ストランド直径が、全てのＭｗ値でηとともに直線的に増減することを意味する。したがって、図６Ｂに見られる、濃度によるストランド直径の増減も、粘度の上昇をもたらす濃度の上昇によって説明され得る。これは、最終ストランド直径が、主に溶液の濃度および粘度によって決定されることを実証する。
【0064】
本プロセスを使用して高粘性デキストラン溶液から形成された、長さ１０ｃｍの安定な液架橋の分析は、接触延伸プロセスを制御する重要なパラメータを特定した。故障解析は、安定な架橋の生成が、ポリマー溶液内の絡み合いの緩和時間に依存することを実証した。この臨界時間スケールより短い時間でストランドが引っ張られる場合、液架橋は安定化し、所望の長さのポリマーストランドになる。引っ張り速度は、ストランド直径に明らかな影響を及ぼさないが、初期溶液の粘度は影響を及ぼす。粘度が上昇すると、二次流の流速は低下し、より大きい最終ストランド直径をもたらす。溶液特性へのストランド直径の依存性は、Ｉ型コラーゲンの添加で持続し、これは、生体材料としてのこれらのストランドの使用において重要である。
【0065】
実施例２：ポリ（エチレンオキシド）ストランドの作製
材料および方法：
ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）（１ＭＤａ、ロット＃ ＭＫＣＭ５１８８およびＭＫＣＦ６８４１を、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから入手した。塩酸（ＨＣｌ）を、ＡＣＰ ｃｈｅｍｉｃａｌｓから購入し、逆浸透水で１０ｍＭに希釈した。
材料および方法：
ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）（１ＭＤａ、ロット＃ ＭＫＣＭ５１８８およびＭＫＣＦ６８４１を、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから入手した。塩酸（ＨＣｌ）を、ＡＣＰ ｃｈｅｍｉｃａｌｓから購入し、逆浸透水で１０ｍＭに希釈した。
【0066】
１０ｍＭ ＨＣｌ溶液１５グラムを、ＣＬ Ｓｅｒｉｅｓ ＯＨＡＵＳスケールで５０ｍＬのＶＷＲ ｆａｌｃｏｎチューブに秤量した。所望の量のＰＥＯを、ＶＷＲ化学天秤で重量測定した。ＰＥＯ粉末を、１０ｍＭ ＨＣｌ溶媒に徐々に加え、溶液を、ガラス撹拌棒を使用して５分間混合した。次いで、溶液を、周囲温度下で３～５日間放置して均質化し、ＰＥＯのプレストランド組成物を形成した。プレストランド組成物を、Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ（商標）遠心機５７０２ ＲＨを使用して脱気した。
【0067】
ＰＥＯストランドを、０．５～４ｍ／ｓの範囲の引っ張り速度を使用して、プレストランド組成物から引っ張った。任意選択で、１～２ｍ／ｓが、紡糸コーンが最も安定な範囲である。引っ張り速度が上昇すると、マルチフィラメントストランドの長さは、徐々に増加し、次いで減少した。引っ張り速度が最適範囲を超えて上昇すると、紡糸コーンは、長くかつ不安定になり、ストランド長の減少をもたらした。部屋の周囲条件を、ＴＰ４９ Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｒｏ（商標）湿度計で記録した。周囲相対湿度は、２５～２７％の範囲であり、周囲温度は、２７～２９℃の範囲であった。
【0068】
結果および考察：
ＰＥＯは、エチレンオキシドの線状非分岐ホモポリマーである。ＰＥＯを含むプレストランド組成物のレオロジーは、特に、他のポリマー物質、例えばコラーゲンのストランドの形成のための足場ポリマーとしてＰＥＯを使用することを目指して、ＰＥＯが長く強いストランドを作製するのに使用される場合、詳細に理解することが重要である。
ＰＥＯは、エチレンオキシドの線状非分岐ホモポリマーである。ＰＥＯを含むプレストランド組成物のレオロジーは、特に、他のポリマー物質、例えばコラーゲンのストランドの形成のための足場ポリマーとしてＰＥＯを使用することを目指して、ＰＥＯが長く強いストランドを作製するのに使用される場合、詳細に理解することが重要である。
【0069】
様々な産業分野において、水溶性ポリマーは、水溶液の粘度を制御するための増粘剤として一般に使用される。ポリマー溶液の粘度の制御には、化学組成、ポリマー分子量、およびポリマー濃度の複雑な関係を理解することが必要である。連続ストランドの作製に適用されるＰＥＯ溶液の流動特性を理解することは、特にＰＥＯがナノスケールのマルチフィラメントストランドのための足場ポリマーとして使用される場合に、重要である。
【0070】
プレストランド組成物の特性は、ポリマーのストランドを含有する紡糸コーンの形成を可能とし、その安定性を促進するべきである。紡糸コーンは、できるだけ長く安定した状態に保たれるべきである。短い長さのストランド（＜１ｍ）を手動で引っ張るか、または機械で引っ張る場合、ストランドは＜４秒間引っ張られるため、紡糸コーンの不安定性は問題ではなく、ストランドを得るか得ないかのいずれかの結果になる。長いストランド、特に長いマルチフィラメントストランドを引っ張る場合、数秒ではなく数分間、紡糸コーンの安定性を管理することが必要である。
【0071】
ここで、プレストランド組成物の粘度の制御が、紡糸コーンの安定性の改善をもたらすことが見出された。プレストランド粘度が低すぎる場合、不安定な紡糸コーンが生じ、これは急速に崩壊して（＜５秒）、ストランドが形成されないか、または短いストランドが形成される結果になる。プレストランド組成物粘度が高すぎる場合、より短い繊維が作製される。図８Ａ（Ebagninin Kら、Journal of Colloid and Interface Science 336 (2009) 360-367から）は、プレストランド組成物粘度がポリマー濃度に対数的に関連することを示し、そのように粘度を調節することは、精度の恩恵を受ける。典型的には＞４０メートルの、長いＰＥＯストランドは、プレストランド組成物粘度が、持続するのに十分安定であるが、紡糸コーンへの新しいＰＥＯ分子の補充を妨げるほど粘性があるわけではなく、引っ張られて発生期のストランドになる紡糸コーンを生じる場合にのみ、形成され得る。図８Ｂから、３００～５，０００Ｐａ・ｓ、好ましくは３００～１，０００Ｐａ・ｓ、例えば６５０Ｐａ・ｓのプレストランド組成物粘度の範囲が最適であることが明らかである。図８Ｂでは、各点は、少なくとも７回の反復の平均を表す。３００、６５０、および１０００Ｐａ・ｓの粘度からの平均ストランド長は、５，０００Ｐａ・ｓ以上の粘度を有するプレストランド組成物から形成されたストランドより著しく高い（Ｐ＜０．０５）。１５０Ｐａ・ｓ以下の粘度を有するプレストランド組成物は、紡糸コーンの不安定性のため、ストランド形成を支持しない。５，０００Ｐａ・ｓ超のプレストランド組成物粘度は、より短いＰＥＯベースのストランド長を作製する。
【0072】
１ＭＤａ ＰＥＯについて、ｃ＊は、プレストランド組成物の総重量に基づいて１．５ｗｔ％であり、ｃｅは、プレストランド組成物の総重量に基づいて５ｗｔ％である（Ebagninin 2009）。図８Ｃから明らかなように、これらのＰＥＯ濃度では、ストランドは形成されない。ストランドは、ＰＥＯ濃度が、プレストランド組成物の総重量に基づいて約７ｗｔ％以上である場合に形成される。さらに、長いストランドは、プレストランド組成物中のＰＥＯ濃度が、７～１４ｗｔ％、好ましくは７～１０ｗｔ％の比較的狭い範囲にある場合にのみ形成される。ｃｅより高いこれらの濃度では、ストランドの引っ張りは、したがって粘弾性応答を伴う。
【0073】
実施例３：８ＭＤａポリ（エチレンオキシド）足場ポリマーを用いたコラーゲンストランドの作製
材料および方法：
８ＭＤａポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）およびｎａｎｏ－ｐｕｒｅ水の、０．１ｗｔ％水性原液を、ＰＥＯ粉末から調製し、４８時間平衡化させた。ＰＥＯ水溶液を、２０ｍＭ酢酸中の９．２９ｍｇ／ｍｌのラット尾コラーゲン（Ｃｏｒｎｉｎｇ）のコラーゲン原液と混ぜた。コラーゲンおよびＰＥＯの乾燥質量分率が、最終ストランドの所望のコラーゲンパーセンテージを表すように、２つの溶液を混ぜた。ＰＥＯ－コラーゲン溶液を、４℃で４８時間、振盪台に置いて溶解し、均質な溶液を形成した。純ＰＥＯストランドを形成するための溶液を、０．１ｗｔ％ ＰＥＯ原液と同じプロトコルに従うが、１％のＰＥＯ質量分率で作った。
材料および方法：
８ＭＤａポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）およびｎａｎｏ－ｐｕｒｅ水の、０．１ｗｔ％水性原液を、ＰＥＯ粉末から調製し、４８時間平衡化させた。ＰＥＯ水溶液を、２０ｍＭ酢酸中の９．２９ｍｇ／ｍｌのラット尾コラーゲン（Ｃｏｒｎｉｎｇ）のコラーゲン原液と混ぜた。コラーゲンおよびＰＥＯの乾燥質量分率が、最終ストランドの所望のコラーゲンパーセンテージを表すように、２つの溶液を混ぜた。ＰＥＯ－コラーゲン溶液を、４℃で４８時間、振盪台に置いて溶解し、均質な溶液を形成した。純ＰＥＯストランドを形成するための溶液を、０．１ｗｔ％ ＰＥＯ原液と同じプロトコルに従うが、１％のＰＥＯ質量分率で作った。
【0074】
調製されたポリマー－コラーゲン溶液を、滑らかなプラスチック表面上に注いだ。溶液中のＰＥＯおよびコラーゲンの濃度が、ストランドを形成するのに十分に高くなるまで、水を、周囲条件（２５℃、湿度３０％）下で蒸発によって除去した。ストランド形成を、ピペット先端を表面に当て、ピペットを引き離すことによって、１０分ごとに試験した。これを、使用可能なストランドが形成されるまで繰り返し、使用可能なストランドは、形成時に乾燥しており、形成後その形状を保持するものであり、その時点で、溶液の最終質量を測定し、ＰＥＯおよびコラーゲンの合計質量分率を記録した（図９）。
【0075】
接触延伸
ストランドを、２つの基材をともにプレスし、引き離すことによって形成した。一方の基材は、調製されたＰＥＯ－コラーゲン溶液で覆われたプラスチック表面であり、他方は、図２Ｂに関連して記載されたような、カスタマイズされた３Ｄ印刷ピンブラシであった。接触延伸は、乾燥ＰＥＯ－コラーゲンストランドの形成をもたらした。ピンブラシの各ピンは、ストランドの核形成点として機能し、ストランド間隔および形成されるストランドの数の制御を可能とする。プロセスを、ＰＥＯ－コラーゲン溶液またはいずれかの基材の手入れをすることなく、複数回繰り返すことができる。ストランドを、特徴付けのために、顕微鏡用スライドガラス、ガラスカバースリップ、およびＳＥＭスタブに収集した。全てのストランドを、一方向に整列させた。
ストランドを、２つの基材をともにプレスし、引き離すことによって形成した。一方の基材は、調製されたＰＥＯ－コラーゲン溶液で覆われたプラスチック表面であり、他方は、図２Ｂに関連して記載されたような、カスタマイズされた３Ｄ印刷ピンブラシであった。接触延伸は、乾燥ＰＥＯ－コラーゲンストランドの形成をもたらした。ピンブラシの各ピンは、ストランドの核形成点として機能し、ストランド間隔および形成されるストランドの数の制御を可能とする。プロセスを、ＰＥＯ－コラーゲン溶液またはいずれかの基材の手入れをすることなく、複数回繰り返すことができる。ストランドを、特徴付けのために、顕微鏡用スライドガラス、ガラスカバースリップ、およびＳＥＭスタブに収集した。全てのストランドを、一方向に整列させた。
【0076】
ストランド特徴付け
０％、３０％、５０％、７０％、８０％、および９０％のコラーゲンの乾燥質量分率を有する溶液から調製されたストランドを、ストランド構造、コラーゲン含有量、および水和前後のコラーゲン組織に重点を置いて特徴付けた。９５％の質量分率を有する溶液からのストランドも形成されたが、完全には分析されなかった。
０％、３０％、５０％、７０％、８０％、および９０％のコラーゲンの乾燥質量分率を有する溶液から調製されたストランドを、ストランド構造、コラーゲン含有量、および水和前後のコラーゲン組織に重点を置いて特徴付けた。９５％の質量分率を有する溶液からのストランドも形成されたが、完全には分析されなかった。
【0077】
走査型電子顕微鏡
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を、初期ストランド形成後および再水和後乾燥プロセス後に、全てのストランド組成物に行った。まず、ストランドを、ＳＥＭスタブに引っ張って収集した。この時点で、複数のＳＥＭスタブを、乾燥ストランド分析用に取っておく一方で、他のものを、ＰＢＳ中で１時間、室温で水和させ、ｎａｎｏ－ｐｕｒｅ水で３回すすぎ、研究室の気流下で乾燥させた。次いで、試料を、金／パラジウムで厚さ３．１８ｎｍにスパッタコーティングし、２～５ｋＶの範囲内で動作するＪＥＯＬ ８４０ ＳＥＭ（ＪＥＯＬ Ｌｔｄ．）で、１４５，０００倍までの倍率を使用して撮像した。得られた画像からのストランド直径（ｎ＝２５）およびアーキテクチャを、ＩｍａｇｅＪ（商標）のラインツールを使用して分析した。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を、初期ストランド形成後および再水和後乾燥プロセス後に、全てのストランド組成物に行った。まず、ストランドを、ＳＥＭスタブに引っ張って収集した。この時点で、複数のＳＥＭスタブを、乾燥ストランド分析用に取っておく一方で、他のものを、ＰＢＳ中で１時間、室温で水和させ、ｎａｎｏ－ｐｕｒｅ水で３回すすぎ、研究室の気流下で乾燥させた。次いで、試料を、金／パラジウムで厚さ３．１８ｎｍにスパッタコーティングし、２～５ｋＶの範囲内で動作するＪＥＯＬ ８４０ ＳＥＭ（ＪＥＯＬ Ｌｔｄ．）で、１４５，０００倍までの倍率を使用して撮像した。得られた画像からのストランド直径（ｎ＝２５）およびアーキテクチャを、ＩｍａｇｅＪ（商標）のラインツールを使用して分析した。
【0078】
ラマン分光法
ラマン分光法を、乾燥ＰＥＯ－コラーゲンストランド、および再水和され、すすがれた９０％ ＰＥＯ－コラーゲンストランドに行った（ｎ＝５）。ラマンシステムは、倒立顕微鏡（１Ｘ７１；Ｏｌｙｍｐｕｓ、Ｃｅｎｔｅｒ Ｖａｌｌｅｙ、ＰＡ）、ＩＨＲ５５０ラマン分光計（Ｈｏｒｉｂａ Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ、Ｅｄｉｓｏｎ、ＮＪ）、および試料励起用５３２ｎｍ固体レーザーを含んでいた。全てのスペクトルを、１．３ＮＡの１００倍油浸対物レンズ、１μｍのレーザースポット、２００μｍのピンホールサイズ、および３ｍＷのレーザー出力を使用して取得した。ストランドが付着したガラスカバースリップを、レーザー偏光に平行なストランド配向で倒立顕微鏡に置いた。各ストランドのスペクトルは、８００ｃｍ－１～１８００ｃｍ－１のスペクトル範囲で、１０回の１０秒取得を含んでいた。個々のスペクトルは、ストランドのコラーゲン％ごとのスペクトル群合計の前に、バックグラウンド減算および線形ベースライン法により補正された。次いで、合計されるスペクトルは、２５波数移動平均フィルタを使用して平滑化され、分析前に再びベースラインに設定された。各コラーゲン％のスペクトルは、１１００ｃｍ－１～１１５０ｃｍ－１（ＰＥＯに特有のＣ－Ｏ伸縮振動およびＣＨ２横揺れ振動）、ならびに１５５０～１７４０ｃｍ－１（コラーゲンに特有のアミドＩピーク）で積分された。次いで、これらの積分は、そのそれぞれの波数範囲で正規化され、次いで合計された。次いで、コラーゲンに特有のアミドピークに関連するこの合計への寄与率が、各群から計算された。
ラマン分光法を、乾燥ＰＥＯ－コラーゲンストランド、および再水和され、すすがれた９０％ ＰＥＯ－コラーゲンストランドに行った（ｎ＝５）。ラマンシステムは、倒立顕微鏡（１Ｘ７１；Ｏｌｙｍｐｕｓ、Ｃｅｎｔｅｒ Ｖａｌｌｅｙ、ＰＡ）、ＩＨＲ５５０ラマン分光計（Ｈｏｒｉｂａ Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ、Ｅｄｉｓｏｎ、ＮＪ）、および試料励起用５３２ｎｍ固体レーザーを含んでいた。全てのスペクトルを、１．３ＮＡの１００倍油浸対物レンズ、１μｍのレーザースポット、２００μｍのピンホールサイズ、および３ｍＷのレーザー出力を使用して取得した。ストランドが付着したガラスカバースリップを、レーザー偏光に平行なストランド配向で倒立顕微鏡に置いた。各ストランドのスペクトルは、８００ｃｍ－１～１８００ｃｍ－１のスペクトル範囲で、１０回の１０秒取得を含んでいた。個々のスペクトルは、ストランドのコラーゲン％ごとのスペクトル群合計の前に、バックグラウンド減算および線形ベースライン法により補正された。次いで、合計されるスペクトルは、２５波数移動平均フィルタを使用して平滑化され、分析前に再びベースラインに設定された。各コラーゲン％のスペクトルは、１１００ｃｍ－１～１１５０ｃｍ－１（ＰＥＯに特有のＣ－Ｏ伸縮振動およびＣＨ２横揺れ振動）、ならびに１５５０～１７４０ｃｍ－１（コラーゲンに特有のアミドＩピーク）で積分された。次いで、これらの積分は、そのそれぞれの波数範囲で正規化され、次いで合計された。次いで、コラーゲンに特有のアミドピークに関連するこの合計への寄与率が、各群から計算された。
【0079】
コラーゲン免疫蛍光法
ＰＥＯ－コラーゲンストランドを、顕微鏡用スライドガラスに収集し、ＰＢＳ中で２時間すすいだ。次いで、ＰＢＳを除去し、５％ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ）のＰＢＳ溶液で２０分間置換した。２０分後、溶液を、新鮮な５％ ＢＳＡ ＰＢＳで置換し、１６時間、振盪台上で放置した。１％ｗｔ／ｗｔ ＢＳＡ ＰＢＳ溶液を調製し、４℃で１６時間、振盪台上で放置した。５％ ＢＳＡ ＰＢＳ浴中で１６時間後、試料を、３×１５分間、毎回ＰＢＳ中ですすぎ、あらかじめ調製した１％ ＢＳＡ ＰＢＳ浴中に、天然コラーゲンに対して１：１００００の比率のマウス抗コラーゲンＩ α１抗体（Ｎｏｖｕｓ Ｂｉｏｌｏｇｉｃｓ、Ｏａｋｖｉｌｌｅ、ＯＮ、カナダ）とともに置き、４℃で２４時間、振盪台上に置いた。次いで、試料を、３×１５分間、ＰＢＳ中ですすぎ、この時点で、１％ ＢＳＡ ＰＢＳの溶液および１：２００００のＦｌｕｏｒｏ ５４９ ヤギ抗マウスＩｇＧ（Ｎｏｖｕｓ Ｂｉｏｌｏｇｉｃｓ、Ｏａｋｖｉｌｌｅ、ＯＮ、カナダ）を、試料に加え、４℃で２０時間、振盪台上で、暗所でインキュベートした。その後、３×１５分のＰＢＳ洗浄を行い、次いで、試料をＰＢＳ中で放置して水和させ、撮像した。
ＰＥＯ－コラーゲンストランドを、顕微鏡用スライドガラスに収集し、ＰＢＳ中で２時間すすいだ。次いで、ＰＢＳを除去し、５％ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ）のＰＢＳ溶液で２０分間置換した。２０分後、溶液を、新鮮な５％ ＢＳＡ ＰＢＳで置換し、１６時間、振盪台上で放置した。１％ｗｔ／ｗｔ ＢＳＡ ＰＢＳ溶液を調製し、４℃で１６時間、振盪台上で放置した。５％ ＢＳＡ ＰＢＳ浴中で１６時間後、試料を、３×１５分間、毎回ＰＢＳ中ですすぎ、あらかじめ調製した１％ ＢＳＡ ＰＢＳ浴中に、天然コラーゲンに対して１：１００００の比率のマウス抗コラーゲンＩ α１抗体（Ｎｏｖｕｓ Ｂｉｏｌｏｇｉｃｓ、Ｏａｋｖｉｌｌｅ、ＯＮ、カナダ）とともに置き、４℃で２４時間、振盪台上に置いた。次いで、試料を、３×１５分間、ＰＢＳ中ですすぎ、この時点で、１％ ＢＳＡ ＰＢＳの溶液および１：２００００のＦｌｕｏｒｏ ５４９ ヤギ抗マウスＩｇＧ（Ｎｏｖｕｓ Ｂｉｏｌｏｇｉｃｓ、Ｏａｋｖｉｌｌｅ、ＯＮ、カナダ）を、試料に加え、４℃で２０時間、振盪台上で、暗所でインキュベートした。その後、３×１５分のＰＢＳ洗浄を行い、次いで、試料をＰＢＳ中で放置して水和させ、撮像した。
【0080】
免疫蛍光撮像
免疫蛍光画像を、Ｎｉｋｏｎ（商標）Ｅｃｌｉｐｓｅ（商標）Ｔｉ落射蛍光顕微鏡で、２０倍の対物レンズを使用して、４秒の露出で取得した。染色されたストランドを含有するスライドガラスを、ＰＢＳ中で水和させながら撮像した。全ての画像は、１７０ｎｍの画素寸法で取得された。画像は、ＩｍａｇｅＪ（商標）ソフトウェアで処理された。ストランド直径は、ラインツールを使用して、各ストランドに沿って３つの位置で測定された。これらの測定値の平均が、ボックスツールを使用して選択された各ストランドの平均積分強度の正規化因子として使用された。
免疫蛍光画像を、Ｎｉｋｏｎ（商標）Ｅｃｌｉｐｓｅ（商標）Ｔｉ落射蛍光顕微鏡で、２０倍の対物レンズを使用して、４秒の露出で取得した。染色されたストランドを含有するスライドガラスを、ＰＢＳ中で水和させながら撮像した。全ての画像は、１７０ｎｍの画素寸法で取得された。画像は、ＩｍａｇｅＪ（商標）ソフトウェアで処理された。ストランド直径は、ラインツールを使用して、各ストランドに沿って３つの位置で測定された。これらの測定値の平均が、ボックスツールを使用して選択された各ストランドの平均積分強度の正規化因子として使用された。
【0081】
第二高調波発生
ＰＢＳ洗浄前後のＰＥＯ－コラーゲンストランドの第二高調波発生（ＳＨＧ）撮像を、自作のシステムで行った。２５０ｆｓのパルス幅および５ＭＨｚの繰り返し数に設定された１０３０ｎｍの波長の超高速パルスレーザー（Ｆｅｍｔｏｌｕｘ（商標）３、Ｅｋｓｐｌａ）を、一対のガルバノスキャンミラー（ＳｃａｎｎｅｒＭＡＸ（商標）、Ｐａｎｇｏｌｉｎ（商標）Ｌａｓｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．）を使用して、６μｓの画素滞在時間で、試料にラスタースキャンした。ＳＨＧ信号は、前方散乱ジオメトリで、カスタム０．８ＮＡ対物レンズを使用して収集され、フィルタリングされ（８７－７８９および４８－６３７、Ｅｄｍｕｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｉｎｃ．）、光子計数光電子増倍管（Ｈ１０６８２－２１０、浜松ホトニクスＫ．Ｋ．）で検出された。レーザーは、レーザーの偏光を変えるために使用される液晶偏光リターダ（ＬＣＣ１２２３－Ｃ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ、Ｉｎｃ．）および四分の一波長板（ＷＰＭＰ４－２２－ＢＢ－１０３０、Ｋａｒｌ Ｌａｍｂｒｅｃｈｔ Ｃｏｒｐ．）を通過した直後に、空気（ａｉｒ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）顕微鏡対物レンズ（２０倍、０．８ＮＡ、Ｚｅｉｓｓ（商標））を使用して試料に集束された。８枚のＳＨＧ信号画像が、各画像間で２２．５°のレーザー偏光回転で、ストランド試料当たりに取得された。
ＰＢＳ洗浄前後のＰＥＯ－コラーゲンストランドの第二高調波発生（ＳＨＧ）撮像を、自作のシステムで行った。２５０ｆｓのパルス幅および５ＭＨｚの繰り返し数に設定された１０３０ｎｍの波長の超高速パルスレーザー（Ｆｅｍｔｏｌｕｘ（商標）３、Ｅｋｓｐｌａ）を、一対のガルバノスキャンミラー（ＳｃａｎｎｅｒＭＡＸ（商標）、Ｐａｎｇｏｌｉｎ（商標）Ｌａｓｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．）を使用して、６μｓの画素滞在時間で、試料にラスタースキャンした。ＳＨＧ信号は、前方散乱ジオメトリで、カスタム０．８ＮＡ対物レンズを使用して収集され、フィルタリングされ（８７－７８９および４８－６３７、Ｅｄｍｕｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｉｎｃ．）、光子計数光電子増倍管（Ｈ１０６８２－２１０、浜松ホトニクスＫ．Ｋ．）で検出された。レーザーは、レーザーの偏光を変えるために使用される液晶偏光リターダ（ＬＣＣ１２２３－Ｃ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ、Ｉｎｃ．）および四分の一波長板（ＷＰＭＰ４－２２－ＢＢ－１０３０、Ｋａｒｌ Ｌａｍｂｒｅｃｈｔ Ｃｏｒｐ．）を通過した直後に、空気（ａｉｒ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）顕微鏡対物レンズ（２０倍、０．８ＮＡ、Ｚｅｉｓｓ（商標））を使用して試料に集束された。８枚のＳＨＧ信号画像が、各画像間で２２．５°のレーザー偏光回転で、ストランド試料当たりに取得された。
【0082】
結果および考察：
ストランドの総重量に基づいて、０％のコラーゲン～９０％のコラーゲンを含むＰＥＯ－コラーゲンストランドを、粘性ＰＥＯ－コラーゲン溶解物の接触延伸を使用して作製することに成功した。ストランドの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（図１０）は、コラーゲンデキストラン溶解物を使用する先行研究（２０１８年８月２日に公開された国際特許出願ＷＯ ２０１８／１３７０４１）と同様に、コラーゲン含有量に無関係の一定のストランド直径（６００±２００ｎｍ）を明らかにした。表面トポグラフィーの漸進的変化が、コラーゲン含有量に応じて観察され、０％および３０％のコラーゲン含有量で顕著な山および谷（図１０）から、５０％および７０％のコラーゲン含有量で滑らかな構成（図１０）に変形し、最終的に８０％および９０％のコラーゲン含有量で粗い畝のある表面（図１０）になった。９０％超のコラーゲンを含む臨界点脱水したコラーゲンストランドの高分解能ＳＥＭ画像（図１１）は、長手方向のサブフィブリル構造を示す。
ストランドの総重量に基づいて、０％のコラーゲン～９０％のコラーゲンを含むＰＥＯ－コラーゲンストランドを、粘性ＰＥＯ－コラーゲン溶解物の接触延伸を使用して作製することに成功した。ストランドの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（図１０）は、コラーゲンデキストラン溶解物を使用する先行研究（２０１８年８月２日に公開された国際特許出願ＷＯ ２０１８／１３７０４１）と同様に、コラーゲン含有量に無関係の一定のストランド直径（６００±２００ｎｍ）を明らかにした。表面トポグラフィーの漸進的変化が、コラーゲン含有量に応じて観察され、０％および３０％のコラーゲン含有量で顕著な山および谷（図１０）から、５０％および７０％のコラーゲン含有量で滑らかな構成（図１０）に変形し、最終的に８０％および９０％のコラーゲン含有量で粗い畝のある表面（図１０）になった。９０％超のコラーゲンを含む臨界点脱水したコラーゲンストランドの高分解能ＳＥＭ画像（図１１）は、長手方向のサブフィブリル構造を示す。
【0083】
繊維形成緩衝液（ＦＦＢ）、例えばＰＢＳまたはその変形で、１時間水和し、続いて乾燥すると、ストランドの膨潤は、コラーゲン含有量に反比例した（図１２）。再水和およびそれに続く脱水後に、より低いコラーゲン含有量のストランドは、ＳＥＭスタブ上で平たいリボンのように見える一方で、より高い濃度は、それらのより丸いアーキテクチャを保持する（図１２）。脱水試料および臨界点脱水試料の両方において、ストランドのフィブリルサブ構造は持続し（図１１）、コラーゲンストランド直径が、秩序化された横方向の分子充填よりも保存され、両者は共依存していないことを示唆する。
【0084】
コラーゲンの含有量よび組織を、ラマン分光法、免疫蛍光撮像、および第二高調波発生（ＳＨＧ）を使用して測定した。乾燥ＰＥＯ－コラーゲンストランドのラマンスペクトルは、０％ストランドのＰＥＯに支配されたスペクトルから、９０％コラーゲンストランドのコラーゲンに支配されたスペクトルへの明らかな移行を示す。これは、コラーゲン含有量の増加に伴う、１１００～１１５０ｃｍ－１のＰＥＯに特有のピークの減少（図１３左下）、および１５５０～１７４０ｃｍ－１のコラーゲンに特有のピークであるアミドＩの対応する増加（図１３右下）によって明確に示される。コラーゲン含有量とアミドピークの発生との間の対応する直線関係は、ストランドが、それらが引っ張られる粘性溶液と同じ乾燥質量分率のコラーゲンおよびＰＥＯを有することを示す（図１４）。さらに、室温でのＰＢＳ中での１時間の洗浄およびそれに続く３回の水洗の後、９０％コラーゲンストランドは、水和されていないＰＥＯ－コラーゲンストランドからフィッティングされた線形関係からの予測値に対応するＰＥＯ信号発生に対する、コラーゲンの増加を示した。これは、すすぎ時に、ＰＥＯがストランドから可溶化され、１００％コラーゲンのストランドをその場に残すことを示す。
【0085】
水和後に、全てのＰＥＯ－コラーゲンストランドに、天然コラーゲンに対するマウス抗コラーゲンＩ α１抗体が結合することは、ストランド形成プロセス後にコラーゲンの天然分子構造が保存されることを実証する（図１５）。免疫蛍光試料の調製の成功は、プロセスが撮像の前に水和状態で６０時間以上を要するため、ストランドの不溶性を強調する。この程度の水和安定性は、非水溶媒の非存在下または架橋剤の添加なしでのエレクトロスピニング法によって示されていない。
【0086】
７０％、８０％、および９０％のコラーゲンを含有するストランドのＳＨＧ異方性分布を、ＰＢＳで洗浄される前後両方で取得した。試料群間で著しい差異は観察されなかった（図１６）が、異方性分布の平均は、ストランド内の分子の整列を実証する。ＳＨＧ信号は、７０％未満のコラーゲンのストランドでは得られなかったが、これは、ＰＥＯがＳＨＧシステムの入射レーザーの出力と重なる吸収帯を有するためである。
【0087】
長いＰＥＯ－コラーゲンストランドの接触延伸が、２つの基材間で圧縮された粘性水溶液からうまく達成された。純ＰＥＯから９０％コラーゲンまでの範囲の、接触延伸によって形成されたストランドは、直径がサブミクロン、長さが数メートルまでであり得、異方性天然コラーゲン構造を実証し、不溶性であり、ＳＥＭ、免疫蛍光撮像、ラマン分光法、および第二高調波発生によって確認されるように、変性していないコラーゲン分子である。高スループット（１３ｋｍ／ｓ）およびストランドの整列の制御により、これらのストランドは、無毒の細胞外マトリックス（ＥＣＭ）環境を再現しながら、様々な用途、例えば細胞培養および再生医療のための不織布および織布を作製するのに役立つ。
【0088】
実施例４：１ＭＤａポリ（エチレンオキシド）足場ポリマーを用いたコラーゲンストランドの作製
１つの実験では、ＰＥＯ／コラーゲンマルチフィラメントストランドは、８．５ｗｔ％の１ＭＤａ ＰＥＯおよび０．６ｗｔ％のコラーゲンを含むプレストランド組成物から引っ張られた。ストランドは、０．５ｍ／ｓ、１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、および４ｍ／ｓの５つの異なる紡糸速度で、トップダウンおよびボトムアップのマルチフィラメントストランド製造構成で引っ張られ、各々５回反復した。図１７は、結果を示す。紡糸コーンが重力の影響を直接受けることが、図１７から明らかである。プレストランド組成物リザーバの配置、およびマルチフィラメントストランドが作り出される方法が重要である。トップダウン配向を使用した１ｍ／ｓの引っ張り速度で、紡糸コーンは、最も安定であるように見え、最も長いストランド長を作り出す。しかしながら、より高い速度では、重力が紡糸コーンを過度に伸ばし、これは、紡糸コーンの不在、およびより短い繊維長をもたらす。プレストランド組成物リザーバが、ストランドが重力に逆らって上方に引っ張られるように配置される場合、紡糸コーンは、崩壊し、「ほどかれて」、バルクのプレストランド組成物中に戻り、発生期のストランドは破断する。
１つの実験では、ＰＥＯ／コラーゲンマルチフィラメントストランドは、８．５ｗｔ％の１ＭＤａ ＰＥＯおよび０．６ｗｔ％のコラーゲンを含むプレストランド組成物から引っ張られた。ストランドは、０．５ｍ／ｓ、１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、および４ｍ／ｓの５つの異なる紡糸速度で、トップダウンおよびボトムアップのマルチフィラメントストランド製造構成で引っ張られ、各々５回反復した。図１７は、結果を示す。紡糸コーンが重力の影響を直接受けることが、図１７から明らかである。プレストランド組成物リザーバの配置、およびマルチフィラメントストランドが作り出される方法が重要である。トップダウン配向を使用した１ｍ／ｓの引っ張り速度で、紡糸コーンは、最も安定であるように見え、最も長いストランド長を作り出す。しかしながら、より高い速度では、重力が紡糸コーンを過度に伸ばし、これは、紡糸コーンの不在、およびより短い繊維長をもたらす。プレストランド組成物リザーバが、ストランドが重力に逆らって上方に引っ張られるように配置される場合、紡糸コーンは、崩壊し、「ほどかれて」、バルクのプレストランド組成物中に戻り、発生期のストランドは破断する。
【0089】
別の実験では、コラーゲン／ＰＥＯマルチフィラメントストランドは、８．５ｗｔ％の１ＭＤａ ＰＥＯおよび０．６ｗｔ％のコラーゲンを含むプレストランド組成物から引っ張られた。紡糸コーン安定性およびストランド長に対する、ピン直径およびプレストランド組成物中へのピン浸漬の深さの影響を調べた。ピンアレイを、Ｏｎｓｈａｐｅ（商標）ソフトウェアで設計し、Ｂ９ Ｃｒｅａｔｏｒ Ｖ１．２ ３Ｄプリンタを使用して印刷した。ピン直径を、０．５ｍｍ～４ｍｍの範囲で試験し、プレストランド組成物中に７．４ｍｍ浸漬した。図１８は、接液表面積と平均ストランド長との間の直線関係を示し、各点は、１０回の反復の平均を表す。接液表面積として表わされる場合、最長ストランドは、１０５．６ｍｍ３の接液表面積（２．４ｍｍのピン直径およびプレストランド組成物中への７．４ｍｍの浸漬）で作製される。ピン直径、ピン高さ、およびリザーバ深さは、方程式：ｙ＝０．４７６８ｘ＋７．８８９３に基づいて計算された所望のストランド長のために必要な接液表面積に応じて修正され得、式中、ｙは、メートル単位の平均ストランド長であり、ｘは、ｍｍ２での接液表面積である。最適化されたピンのアーキテクチャは、各ピン間の距離の設定も含む。ピンの配置が、互いに近すぎる場合、ストランドは混ざり合い、紡糸プロセスを破壊する。混ざるのを回避するために、中心間距離は、ピン直径の少なくとも２倍であるべきである。
【0090】
別の実験では、ＰＥＯ／コラーゲンマルチフィラメントストランドは、様々な濃度の１ＭＤａ ＰＥＯおよび一定の０．６ｗｔ％のコラーゲンを含むプレストランド組成物から引っ張られた。引っ張り速度およびピンのアーキテクチャは、各濃度で同じであった。したがって、平均ストランド長によって定義される紡糸コーン安定性に対する、プレストランド組成物中のＰＥＯ濃度の影響が検討された。ＰＥＯの量を、次のように６～１２ｗｔ％の間で変化させた：６ｗｔ％、７ｗｔ％、８．５ｗｔ％、９ｗｔ％、９．５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１０．５ｗｔ％、および１２ｗｔ％。結果は図１９Ａに示され、各点は、少なくとも７つの個々のストランドの平均を表す。エラーバーは、１標準誤差である。ＰＥＯ足場ポリマーへのコラーゲンの添加はまた、ストランド長がＰＥＯ濃度の特定の高い値と低い値との間でピークに達する最適化曲線をもたらすことが、図１９Ａから明らかである。同様に、ＰＥＯ濃度が上昇するにつれてストランド長が改善し、その後、より高いＰＥＯ濃度でストランド長が短くなることが、ＰＥＯ単独で観察される（図８Ｃ参照）。
【0091】
別の実験では、ＰＥＯ／コラーゲンマルチフィラメントストランドは、８．５ｗｔ％の１ＭＤａ ＰＥＯおよび様々な濃度のコラーゲンを含むプレストランド組成物から引っ張られた。引っ張り速度およびピンのアーキテクチャは、各濃度で同じであった。したがって、平均ストランド長によって定義される紡糸コーン安定性に対する、プレストランド組成物中のコラーゲン濃度の影響が検討された。コラーゲンの量を、次のように０．２～５ｗｔ％の間で変化させた：０．２ｗｔ％、０．３ｗｔ％、０．４ｗｔ％、０．５ｗｔ％、０．６ｗｔ％、０．８ｗｔ％、１ｗｔ％、１．２ｗｔ％、１．５ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％、および５ｗｔ％。結果は図１９Ｂに示され、各点は、少なくとも７つの個々のストランドの平均を表す。エラーバーは、１標準誤差である。平均ストランド長に対するコラーゲン濃度の影響は、検討された濃度範囲で二相性であることが、図１９Ｂから明らかである。図１９Ｄを参照すると、プレストランド組成物の粘度は、コラーゲン濃度の上昇とともに直線的に上昇しないことが明らかである。１５０～２５０Ｐａ・ｓの粘度、例えば、０．４ｗｔ％、０．８ｗｔ％、２ｗｔ％、および３ｗｔ％のコラーゲン濃度で、より長い繊維が形成される。２５０Ｐａ・ｓ超の粘度、例えば、１ｗｔ％、１．２ｗｔ％、および５ｗｔ％のコラーゲン濃度で、平均繊維長は減少する。非常に低いコラーゲン濃度、例えば０．２ｗｔ％で、この応答は観察されない。
【0092】
図１９Ａおよび図１９Ｂはともに、最長のストランドを作製するために、ＰＥＯおよびコラーゲンを含む全てのポリマー材料の濃度は、好ましくは、プレストランド組成物の総重量に基づいて８～１３ｗｔ％であることを示す。
【0093】
別の実験では、上記プレストランド組成物の粘度が、直径４０ｍｍのプレートおよび０．５ｍｍのギャップを有する平行平板構成のＳｔｒｅｓｓＴｅｃｈ（商標）ＨＲレオメータ（ＡＴＳ ＲｈｅｏＳｙｓｔｅｍｓ（商標））を使用して測定された。試料は、スパチュラを使用してロードされ、プレートのギャップが達成されたら、過剰のプレストランド組成物は除去された。測定前に、試料は３０秒間保持され、次いで、０．１ｓ－１で３０秒間予備せん断を受けた。温度は２０℃であった。試料は、０．１～１００ｓ－１のせん断速度掃引を受け、新しい試料で２回繰り返され、平均として表された。全ての試料は、非ニュートンシアーシニング挙動を示した。図１９Ｃは、コラーゲン濃度が０．６ｗｔ％で一定に保持される場合、プレストランド組成物の粘度がＰＥＯ濃度の上昇に応じてどのように変化するかを示す。図１９ＤはＰＥＯ濃度が８．５ｗｔ％で一定に保持される場合、プレストランド組成物の粘度がコラーゲン濃度の上昇に応じてどのように変化するかを示す。図１９Ｅは、プレストランド組成物の粘度と平均繊維長との間の関係を示す。多項式回帰：ｑ＝－６Ｅ－０９ｐ４＋１Ｅ－０５ｐ３－０．００５９ｐ２＋１．２８３１ｐ－５７．５２５（式中、ｑは、メートル単位の平均ストランド長であり、ｐは、Ｐａ・ｓでのプレストランド組成物の粘度である）は、この関係を数学的に表し、繊維長は、プレストランド組成物の粘度を調節することによって予測または「調整」され得る。例えば、最も長い繊維は、プレストランド組成物の粘度が１７８Ｐａ・ｓに設定される場合に作製される。
【0094】
別の実験では、平均ストランド長に対する酸溶媒選択の影響が検討された。２０ｍＭ酢酸または１０ｍＭ ＨＣｌ溶媒中に８．５ｗｔ％の１ＭＤａ ＰＥＯおよび０．６ｗｔ％のコラーゲンを含む、２つのプレストランド組成物を調製した。これらは、産業で使用される一般的なコラーゲン溶媒である。繊維は、可変速巻き取り機を使用して、１ｍ／ｓの引っ張り速度で、各プレストランド組成物から作製され、平均長は、１０回の反復に基づいて測定された。ピンのアーキテクチャは、各プレストランド組成物で同じであった。溶媒選択の影響は、図２０に見られるように顕著であった。試験された条件下では、塩酸は、酢酸から作製されたストランドより２倍超長い平均ストランド長を有するストランドを作製したという点で、優れた溶媒であった。
【0095】
実施例４の実験について、部屋の周囲条件を、ＴＰ４９ Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｒｏ（商標）湿度計で記録した。周囲相対湿度は、２５～３０％の範囲であり、周囲温度は、２６～３２℃の範囲であった。
【0096】
実施例５：ポリ（エチレンオキシド）ストランドからの不織布の作製
ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）ストランドを、図２に関連して記載されたような装置を使用し、実施例１に記載された方法論によって決定されたプロセス条件を利用して、水中のＰＥＯの水溶液からストランドを引っ張ることによって作製した。マルチピン核形成要素を使用して作製された連続引っ張り繊維を積層することによって、ストランドは不織布に形成されたが、他の従来の技術を使用することができる。布は、ＮＩＯＳＨレスピレーター認可「Ｎ９５」フィルタマスクの製造における潜在的有用性について評価された。
ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）ストランドを、図２に関連して記載されたような装置を使用し、実施例１に記載された方法論によって決定されたプロセス条件を利用して、水中のＰＥＯの水溶液からストランドを引っ張ることによって作製した。マルチピン核形成要素を使用して作製された連続引っ張り繊維を積層することによって、ストランドは不織布に形成されたが、他の従来の技術を使用することができる。布は、ＮＩＯＳＨレスピレーター認可「Ｎ９５」フィルタマスクの製造における潜在的有用性について評価された。
【0097】
図２１Ａは、不織布の初期濾過効率（％）対粒子径（ｎｍ）のグラフを示す。ポリマー＋ポリマーは、ＰＥＯのみから作られた不織布を表す。図２１Ａに見られるように、不織布の初期濾過効率は、１ｎｍ～５００ｎｍの粒子径範囲全体にわたって、９８％超である。そのような効率は、Ｎ９５マスクに要求される９５％の効率の印（破線）を上回り、ドライフェルトおよびポリマー（ドライフェルト＋ポリマー）を利用する布よりも良好である。ドライフェルト＋ポリマーは、単一ポリマー層＋６０％ｗｔのウールおよび４０％ｗｔのリネンで構成されるフェルトである。図２１Ｂに見られるように、不織布の濾過効率（％）は、Ｎ９５マスクの試験プロトコルに相当する微粒子負荷の後で失われていない。
【0098】
実施例６：ポリ（エチレンオキシド）－ゼラチンストランドの作製
ゼラチンは、３～５ｋＤａの低分子量の加水分解コラーゲンペプチドで構成される（Leon-Lopez Aら、Molecules. 2019, 24, 4031, 16ページ）。この実施例は、ランダムコイル二次構造を有する低分子ペプチドを用いた接触延伸ストランド形成の適用を示す。ポリ（エチレンオキシド）－ウシ皮膚由来Ｂ型ゼラチン（ＰＥＯ－ゼラチン）ストランドを、実施例２のＰＥＯ－コラーゲンストランドと同様の方法のプロセスによって作製した。ストランドを、５ｗｔ％のＰＥＯ（Ｍｗ＝１，０００ｋＤａ）および５ｗｔ％のゼラチンを含有する酢酸溶液から形成した。比較のために、ストランドを、粘性ＰＥＯ水溶液からも形成した。
ゼラチンは、３～５ｋＤａの低分子量の加水分解コラーゲンペプチドで構成される（Leon-Lopez Aら、Molecules. 2019, 24, 4031, 16ページ）。この実施例は、ランダムコイル二次構造を有する低分子ペプチドを用いた接触延伸ストランド形成の適用を示す。ポリ（エチレンオキシド）－ウシ皮膚由来Ｂ型ゼラチン（ＰＥＯ－ゼラチン）ストランドを、実施例２のＰＥＯ－コラーゲンストランドと同様の方法のプロセスによって作製した。ストランドを、５ｗｔ％のＰＥＯ（Ｍｗ＝１，０００ｋＤａ）および５ｗｔ％のゼラチンを含有する酢酸溶液から形成した。比較のために、ストランドを、粘性ＰＥＯ水溶液からも形成した。
【0099】
図２２は、ＰＥＯ－ゼラチンストランドの合計ラマンスペクトルを示す。ＰＥＯ－ゼラチンのスペクトルは、アミドＩ領域にブロードなピークを有し、これは純ＰＥＯストランドのスペクトルには見られず、それにより、ＰＥＯのストランドに担持されたゼラチンのストランドの形成が成功したことを示す。
【0100】
実施例７：クエン酸担持ポリ（エチレンオキシド）ストランドの作製
ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）ストランドを、クエン酸がコラーゲンの代わりにＰＥＯストランド組み込まれることを除いて、実施例３のＰＥＯ－コラーゲンストランドと同様の方法のプロセスによって作製した。ストランドを、純水、水中の０．１Ｍのクエン酸、および水中の１Ｍのクエン酸を含有する１０ｗｔ％のＰＥＯ（Ｍｗ＝１，０００ｋＤａ）溶液から形成した。プレストランド組成物のｐＨを、ストランド形成前に測定した（前）。長さ３０ｃｍの約２００，０００本のストランドが、プレストランド溶液の各々から引っ張られ、１０ｍｌの純水中で再水和され、この時点で、結果として生じる溶液のｐＨを再び測定した（後）。
ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）ストランドを、クエン酸がコラーゲンの代わりにＰＥＯストランド組み込まれることを除いて、実施例３のＰＥＯ－コラーゲンストランドと同様の方法のプロセスによって作製した。ストランドを、純水、水中の０．１Ｍのクエン酸、および水中の１Ｍのクエン酸を含有する１０ｗｔ％のＰＥＯ（Ｍｗ＝１，０００ｋＤａ）溶液から形成した。プレストランド組成物のｐＨを、ストランド形成前に測定した（前）。長さ３０ｃｍの約２００，０００本のストランドが、プレストランド溶液の各々から引っ張られ、１０ｍｌの純水中で再水和され、この時点で、結果として生じる溶液のｐＨを再び測定した（後）。
【0101】
図２３に見られるように、純水中の溶液から引っ張られたＰＥＯストランドについて、プレストランド溶液（前）および再水和されたストランドの溶液（後）のｐＨは、ｐＨ８のまま変化しなかった。対照的に、クエン酸を含有するプレストランド溶液から引っ張られたストランドについて、再水和されたストランドの溶液のｐＨは、どちらの場合も６未満であり、どちらの場合も、クエン酸の少なくとも一部がストランド形成プロセス中にＰＥＯストランドに組み込まれたことを示した。さらに、１Ｍのクエン酸の場合、再水和されたストランドの溶液のｐＨは、０．１Ｍのクエン酸の場合よりも低く、ＰＥＯへのクエン酸のより多くの担持が、より高いクエン酸濃度を有するプレストランド溶液に起因することを示す。
【0102】
実施例８：銀ナノ粒子担持ポリ（エチレンオキシド）ストランドの作製
ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）ストランドを、銀ナノ粒子がコラーゲンの代わりにＰＥＯストランド組み込まれることを除いて、実施例３のＰＥＯ－コラーゲンストランドと同様の方法のプロセスによって作製した。ストランドを、水中の１０ｗｔ％のＰＥＯ（Ｍｗ＝１，０００ｋＤａ）および２，０００ｐｐｍの銀ナノ粒子（直径＝２ｎｍ）のプレストランド溶液から形成した。
ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）ストランドを、銀ナノ粒子がコラーゲンの代わりにＰＥＯストランド組み込まれることを除いて、実施例３のＰＥＯ－コラーゲンストランドと同様の方法のプロセスによって作製した。ストランドを、水中の１０ｗｔ％のＰＥＯ（Ｍｗ＝１，０００ｋＤａ）および２，０００ｐｐｍの銀ナノ粒子（直径＝２ｎｍ）のプレストランド溶液から形成した。
【0103】
図２４に見られるように、ＰＥＯストランドは、銀ナノ粒子のクラスター（左のパネル）およびクラスター化していない銀ナノ粒子（右のパネル）の両方が組み込まれている。図２４Ｂに見られるように、銀ナノ粒子はまた、２００ｎｍ未満のストランド直径を有するＰＥＯストランドに組み込まれる。
【0104】
新規特徴は、記載の検討により当業者に明らかになるであろう。しかしながら、特許請求の範囲は、実施形態によって限定されるべきではなく、全体として特許請求の範囲および明細書の表現と一致する最も広い解釈を与えられるべきであることが理解されるべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図19E】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【図23】
【図24A】
【図24B】
【国際調査報告】