ES2340927T3

ES2340927T3 - Fibra porosa, estructura de fibras porosa y procedimiento de fabricacion de la misma.

Info

Publication number: ES2340927T3
Application number: ES04710522T
Authority: ES
Inventors: Takanori c/o Teijin Ltd MIYOSHI; Shinya c/o Teijin Ltd. KOMURA; Hiroyoshi c/o Teijin Ltd. MINEMATSU
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2010-06-11
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: KR20050098861A; JP4361529B2; TW200424385A; EP1600533A4; DE602004026561D1; US20060204750A1; JPWO2004072336A1; EP1600533B1; EP1600533A1; WO2004072336A1; ATE464408T1; KR101056982B1

Abstract

Fibra porosa que comprende un polímero soluble en un disolvente hidrofóbico y un compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo, y que tiene un diámetro promedio de fibras de 0,1-20 μm y un porcentaje de huecos mínimo de 5%, en el que el peso molecular promedio en número del compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo no es menor de 62 ni superior a 300, y en el que las fibras porosas tienen orificios aislados y/o continuos en partes internas de la fibra.

Description

Fibra porosa, estructura de fibras porosa y procedimiento de fabricación de la misma.

Sector técnico

La presente invención se refiere a una fibra porosa fabricada sin necesidad de solución de coagulación, a una estructura de fibras realizada a base de las fibras porosas y a un procedimiento para la fabricación de la estructura de fibras.

Más particularmente, la presente invención se refiere a una fibra porosa que comprende principalmente un polímero hidrofóbico soluble en un disolvente y un compuesto orgánico que contiene una serie de grupos hidróxilo, una estructura de fibras fabricada a partir de las fibras porosas y un método para la fabricación de la estructura de fibras.

Antecedentes técnicos

En los sectores de la técnica de tejidos se utiliza en algunos casos una estructura porosa como matriz (armazón) cuando se cultivan las células. Como estructura porosa, se conocen un producto liofilizado de un material orgánico bioabsorbible, una estructura esponjosa y una estructura de fibras (ver por ejemplo, la literatura no de patente 1). Estas estructuras porosas deben tener afinidad a las células, biodegradabilidad, seguridad y otras características. El ácido poliglicólico, que es utilizado para suturas quirúrgicas, etc. tiene excelente biocompatibilidad, biodegradabilidad y seguridad y se está estudiando una estructura de fibras realizada a base de ácido poliglicólico para su utilización como matriz (ver, por ejemplo, literatura no de patente 1).

No obstante, los diámetros de fibras obtenidos utilizando métodos convencionales son demasiados grandes y las áreas superficiales sobre las que se pueden adherir las células no son suficientes. A efectos de aumentar las áreas superficiales, son deseables estructuras de fibra con fibras más finas.

Por otra parte, como procedimiento de fabricación para una estructura de fibras que tiene fibras más finas, se conoce la electrocentrifugación (ver, por ejemplo, literatura de patente 1 y 2). El procedimiento de electrocentrifugación comprende las etapas de introducción de un líquido, por ejemplo, una solución de un material que puede formar una estructura fibrosa, en un campo eléctrico, llevando la solución hacia un electrodo por medio de la fuerza eléctrica y formando un material fibroso.

Usualmente, el material fibroso se endurece mientras la solución es desplazada. El endurecimiento es llevado a cabo, por ejemplo, por medio de refrigeración (por ejemplo, en casos en los que la solución a centrifugar es sólida a temperatura ambiente), endurecimiento químico (tratamiento con un vapor de endurecimiento), vaporización del disolvente y otras.

Además, el material fibroso obtenido es recogido sobre un colector situado adecuadamente, desde el cual se puede retirar en caso necesario. Además, la electrocentrifugación puede obtener un material fibroso no tejido directamente y, por lo tanto, la operación del procedimiento es simple y fácil de llevar a cabo, es decir, no hay necesidad de formar fibras por una parte y a continuación formar una estructura de fibras adicionalmente.

Es conocida la utilización de una estructura de fibras obtenida mediante electrocentrifugación como matriz para cultivo de células. Por ejemplo, se encuentra actualmente sometido a investigación el fabricar una estructura de fibras a partir de ácido poliláctico, utilizando electrocentrifugación, y regenerar vasos sanguíneos por cultivo de células de músculos lisos sobre la estructura de fibras (ver, por ejemplo, literatura no de patente 2).

No obstante, las estructuras de fibra obtenidas utilizando electrocentrifugación son apropiadas para conseguir una estructura densa con distancias cortas entre fibras, dado que las fibras tienen diámetros finos. Cuando se utiliza la estructura de fibras como matriz para el cultivo de células, las células que han proliferado se acumulan sobre las superficies de las fibras que forman la estructura de fibras, las superficies de la estructura de fibras son recubiertas por las células al avanzar el cultivo y las superficies son recubiertas por completo finalmente. Como resultado, se hace difícil que una solución que contiene nutrientes, etc. se desplace suficientemente hacia dentro de las partes internas de la estructura de las fibras y ello provoca el problema por el que solamente secciones situadas cerca de la superficie pueden permitir llevar a cabo el cultivo de las células.

Como medio para posibilitar que una solución que contiene nutrientes, etc. se desplace a las superficies de las fibras que forman la estructura de las fibras durante el cultivo de las células, se ha propuesto hacer las fibras porosas en sí mismas.

Por ejemplo, ha habido informes de electrocentrifugación de una estructura de fibras que tiene poros regulares sobre superficies de fibras a partir de una solución que contiene un disolvente vaporizable (ver literatura no de patente 3 y literatura de patente 3). No obstante, utilizando este método, la estructura de fibras formada tiene poros solamente sobre superficies de las fibras y es difícil llegar a hacer porosas las fibras internas.

\newpage

También se ha informado de un método que forma fibras porosas por electrocentrifugación de una estructura de fibras a partir de una solución que contiene un polímero hidrofílico y un polímero hidrofóbico y extrae el polímero hidrofílico al sumergir en agua la estructura de fibras obtenida en (ver literatura no de patente 4 y literatura de patentes 3).

No obstante, el funcionamiento de este método es complicado dado que se requiere un tratamiento de inmersión en agua. Además, las fibras porosas obtenidas finalmente están compuestas sustancialmente sólo del polímero hidrofóbico y se presenta el problema de que no se puede controlar la hidrofilicidad de la estructura de fibras.

[Literatura de patentes 1] JP-A 63-145465 (JP-A significa publicación japonesa de patente no examinada).

[Literatura de patentes 2] JP-A 2002-249966.

[Literatura de patentes 3] Folleto de la publicación internacional nº 02/16680.

[Literatura no de patentes 1] Tissue Engineering, página 258, la traducción fue supervisada por el equipo representado por Noriya Oono y Masuo Aizawa, NTS INC., 31 de Enero de 2002.

[Literatura no de patentes 2] Joel D. Stitzel, Kristin J. Pawlowski, Gary E. Wnek, David G Simpson y Gary L. Bowlin, Journal of Biomaterials Applications 2001, vol. 16, USA, páginas 22-33.

[Literatura no de patentes 3] Michael Bognitzki, Wolfgang Czado, Thomas Frese, Andreas Schaper, Michael Hellwig, Martin Steinhart, Andreas Greiner y Joechim H. Wendroff, Journal of Advanced Materials 2001, vol. 13, USA, páginas 70-72.

[Literatura no de patentes 4] Michael Bognitzki, Thomas Frese, Martin Steinhart, Andreas Greiner y Joachim H. Wendroff, Polymer Engineering and Science 2001, vol. 41, USA, páginas 982-989.

Materia de la invención

El primer objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un material adecuado para matriz de cultivo de células en el sector de la ingeniería de tejidos y particularmente dar a conocer fibras y una estructura de fibras realizada a partir de aquél en el que una solución que contiene nutrientes, etc., necesaria para el cultivo de las células, se pueda desplazar fácilmente hacia dentro de la parte del conjunto de células que crecen sobre la estructura de fibras.

Es un segundo objetivo de la presente invención el dar a conocer un procedimiento de fabricación con el cual se puede obtener una estructura porosa de fibras obtenida de forma hidrofílica sin necesidad de procesos complicados, tales como extracción y similares.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama esquemático que representa un equipo de fabricación y muestra una forma del método de fabricación de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático que representa un tipo de fabricación y muestra una modalidad del procedimiento de fabricación de la presente invención.

La figura 3 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 1 (a un aumento de X2.000).

La figura 4 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 1 (a un aumento de X10.000).

La figura 5 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 2 (a un aumento de X2.000).

La figura 6 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 2 (a un aumento de X10.000).

La figura 7 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 3 (a un aumento de X2.000).

La figura 8 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 3 (a un aumento de X10.000).

La figura 9 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 4 (a un aumento de X2.000).

La figura 10 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 4 (a un aumento de X10.000).

La figura 11 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 5 (a un aumento de X2.000).

La figura 12 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 5 (a un aumento de X10.000).

La figura 13 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 6 (a un aumento de X2.000).

La figura 14 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 6 (a un aumento de X10.000).

La figura 15 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 7 (a un aumento de X2.000).

La figura 16 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 7 (a un aumento de X10.000).

La figura 17 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 8 (a un aumento de X2.000).

La figura 18 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 8 (a un aumento de X10.000).

La figura 19 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo 9 (a un aumento de X2.000).

La figura 20 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo 9 (a un aumento de X10.000).

La figura 21 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo de referencia 1 (a un aumento de X2.000).

La figura 22 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo de referencia 1 (a un aumento de X10.000).

La figura 23 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo de referencia 2 (a un aumento de X2.000).

La figura 24 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo de referencia 2 (a un aumento de X10.000).

La figura 25 es una micrografía electrónica que muestra superficies de una estructura de fibras obtenida con la operativa del ejemplo de referencia 3 (a un aumento de X2.000).

La figura 26 es una micrografía electrónica que muestra una sección de una fibra obtenida mediante la operativa del ejemplo de referencia 3 (a un aumento de X10.000).

Forma preferente de llevar a cabo la invención

A continuación, la presente invención se explicará de forma detallada.

En la presente invención, la estructura de fibras expresa una estructura tridimensional formada con amontonamiento, tejido, tricotado u otro método a partir de fibras porosas obtenidas de manera unitaria o de forma múltiple. Entre las formas concretas de la estructura de fibras se incluyen, por ejemplo, telas no tejidas. Además, tubos, mallas y similares, que se obtienen por el proceso de la estructura de fibras antes mencionada pueden ser utilizados preferentemente en el sector de la técnica de tejidos.

Las fibras porosas y estructuras de fibra, según la presente invención, contienen polímeros solubles en disolventes hidrofóbicos.

El disolvente hidrofóbico de la presente invención expresa una sustancia orgánica que no se puede disolver en agua en una concentración del 5% o más a temperatura ambiente (por ejemplo, a 27ºC) y que es líquida a dicha temperatura. Como disolvente hidrofóbico de la presente invención, son preferibles hidrocarburos que contienen elementos halógenos porque pueden disolver bien los polímeros. Son ejemplos de disolventes hidrofóbicos más preferentes el cloruro de metileno, cloroformo, dicloroetano, tetracloroetano, tricloroetano, dibromometano, bromoformo, y similares, siendo especialmente preferentes el cloruro de metileno.

Entre estos disolventes son utilizados preferentemente los disolventes volátiles. Los disolventes volátiles expresan una sustancia orgánica que tiene un punto de ebullición no superior a 200ºC a presión atmosférica y que es líquida a temperatura ambiente (por ejemplo, 27ºC).

El término "soluble" en la presente invención significa que una solución que contiene un polímero de 1% en peso puede existir de manera estable a temperatura ambiente (por ejemplo, a 27ºC) sin formar precipitados. Son ejemplos de polímeros solubles en el disolvente hidrofóbico el ácido poliláctico, copolímeros de ácido poliláctico-ácido poliglicólico, poliésteres alifáticos, tales como policaprolactona, policarbonatos, poliestireno, poliarilatos, polimetilmetacrilato, polietilmetacrilato, diacetato de celulosa, triacetato de celulosa, polivinil acetato, polivinil metil éter, poli(N-vinilpirrolidona), succinato de polibutileno y succinato de polietileno, así como copolímeros de estos polímeros y similares.

Entre estos polímeros son preferibles un ácido poliláctico, policaprolactona, policarbonatos, poliestireno y poliarilatos.

Las fibras porosas y estructuras de fibras de la presente invención pueden contener un tipo, o dos o más tipos de polímeros solubles en el disolvente hidrofóbico.

Las fibras porosas y estructuras de fibras en la presente invención contienen un compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo y un peso molecular promedio en número no inferior a 62 ni superior a 300. Cuando se utiliza un compuesto orgánico que no tiene una serie de grupos hidróxilo, las fibras porosas objetivo no pueden ser obtenidas, además, una estructura de fibras que comprende las fibras porosas no puede ser producida de manera estable y asimismo, el cultivo celular utilizando la estructura de fibras resulta difícil en algunos casos y, por lo tanto, dicho compuesto orgánico no es preferente.

Si el compuesto orgánico tiene un peso molecular promedio en número superior a 300, la formación de fibras porosas se hace difícil.

Además, un ejemplo de compuesto orgánico con un peso molecular de 62 y una serie de grupos hidróxilo es el etilén glicol, y un compuesto orgánico que tiene un peso molecular menor de 62 y una serie de grupos hidróxilo no existe en la actualidad. Pesos moleculares promedio en número más preferentes de los compuestos orgánicos son no menores de 62 y no superiores a 250.

Se incluyen entre los ejemplos de compuestos orgánicos que tienen una serie de grupos hidróxilo etilén glicol, propilén glicol (1,2-propanodiol), 1,3-propanodiol, dietilén glicol, trietilén glicol, glicerina, pentaeritritol, polietilén glicol, polipropilén glicol, polietilén glicol-polipropilén glicol, polímeros bloque y similares.

En la presente invención, se pueden utilizar de manera combinada polímeros o compuestos distintos a los polímeros solubles en disolventes hidrofóbicos y compuestos orgánicos que tienen una serie de grupos hidróxilo (por ejemplo, copolímeros de polímeros, mezclas de polímeros o mezclas de compuestos) en un rango que no dificulte los objetivos.

Las fibras porosas y estructuras de fibra, según la presente invención, tienen un diámetro de fibras promedio de 0,1-20 \mum. El diámetro de fibras promedio menor de 0,1 \mum no es preferente porque dichas fibras porosas y estructuras de fibra se descomponen demasiado rápidamente in vivo cuando se utilizan como matrices para cultivo celular en la tecnología de tejidos. Además, un diámetro de fibras promedio mayor de 20 \mum no es preferente porque el área sobre las que se pueden adherir las células se hace pequeña. Un diámetro de fibras promedio más preferible es de 0,2-15 \mum y en especial un diámetro de fibras promedio de 0,2-10 \mum. El diámetro de las fibras expresa el diámetro de la sección transversal de las fibras cuando la sección transversal es un círculo. No obstante, el algunos casos la forma de la sección transversal de una fibra es oval. El diámetro de las fibras en este caso expresa el valor calculado haciendo el promedio de las longitudes del eje principal y del eje menor del óvalo. Además, cuando la sección transversal de la fibra no es circular ni oval, se aproxima a un círculo o a un óvalo y se calcula la sección transversal-.

Es preferible que las fibras porosas de la presente invención tengan longitudes de fibras de 20 \mum o más. Cuando las longitudes de fibras son menores de 20 \mum, las resistencias mecánicas de la estructura de fibras obtenida a partir de las fibras mencionadas son insuficientes. Las longitudes de fibras son preferentemente de 40 \mum o más, y más preferentemente de 1 mm o más.

Las fibras porosas de la presente invención expresan fibras que tienen orificios aislados y/o orificios continuos en las superficies y en partes internas de las fibras. Los orificios aislados y los orificios continuos de las partes internas pueden formar cuerpos huecos, de manera que las fibras pueden ser fibras huecas en su conjunto.

Las estructuras de fibras de la presente invención comprenden fibras porosas que tienen un porcentaje de huecos de 5%, como mínimo. El porcentaje de huecos de 5% significa que en la sección transversal de una fibra formada por corte en una posición arbitraria, la suma de las áreas en los orificios aislados y los orificios continuos que llegan a la superficie de las fibras, así como las áreas de los orificios aislados y los orificios continuos existentes en las partes internas de las fibras, es decir, la suma de las áreas espaciales en las que no existen sustancias formadoras de fibras (polímeros solubles en disolventes hidrofóbicos, compuestos orgánicos que tienen una serie de grupos hidróxilo y otros polímeros necesarios y compuestos) ocupa, como mínimo, el 5% del área total de la sección transversal de la fibra, incluyendo las áreas espaciales. Un porcentaje de huecos de menos de 5% no es preferente puesto que una solución que contiene nutrientes y similares no penetra suficientemente en las partes internas de la matriz durante el cultivo celular. El porcentaje de huecos es preferentemente de 10% o más.

Es decir, una modalidad preferente de la presente invención es de fibras porosas que comprenden un polímero soluble en un disolvente hidrofóbico y un compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo y que tienen un diámetro promedio de fibras de 0,1-20 \mum y un porcentaje de huecos de 5%, como mínimo, así como estructuras de fibras fabricadas a partir de las mismas. Es preferible utilizar un poliéster alifático, un policarbonato, poliestireno o un poliarilato como polímero soluble en el disolvente hidrofóbico.

No existe limitación en cuanto al procedimiento de fabricación de estructuras de fibras de la presente invención siempre que se puedan producir fibras y similares que tengan los diámetros de fibras antes mencionados, sin embargo, la electrocentrifugación es preferible. Más adelante se explicará en detalle el método de fabricación utilizando electrocentrifugación.

En la electrocentrifugación utilizada en la presente invención, una solución preparada disolviendo un polímero soluble en un disolvente hidrofóbico y un compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo en un disolvente hidrofóbico es descargado en un campo electrostático generado entre electrodos, la solución es dirigida hacia un electrodo y el material fibroso formado es acumulado sobre un colector y de este modo se puede obtener una estructura de fibras. Es decir, cuando se acumula el material fibroso se formarían fibras porosas, según la presente invención. En esta invención, el material fibroso expresa no solamente un material que tiene un estado de fibras porosas y estructuras de fibras en el que el disolvente de la solución ya se ha evaporado, sino también un material que tiene un estado en el que está contenido el disolvente de la solución.

En primer lugar se explicará un aparato a utilizar en la electrocentrifugación. El electrodo a utilizar en la presente invención se puede seleccionar arbitrariamente desde metales, materiales inorgánicos y materiales orgánicos siempre que muestren conductividad. Además, se puede tratar de un cuerpo formado situando una película delgada de un metal, una sustancia inorgánica o una sustancia orgánica que muestra electroconductividad o un aislante. El campo electrostático de la presente invención está formado entre un par de electrodos o entre una serie de electrodos, y se puede aplicar un alto voltaje sobre cualquier electrodo. Esto comprende el caso en el que se utilizan tres electrodos en total, comprendiendo dos electrodos de diferentes voltajes elevados (por ejemplo, 15 kV y 10 kV) y un electrodo conectado a masa, y el caso en el que se utilizan más de tres electrodos está también incluido.

A continuación, se explicará de manera más detallada el procedimiento de fabricación de la presente invención utilizando electrocentrifugado. En la primera etapa se produce una solución disolviendo un polímero soluble en un disolvente hidrofóbico y un compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo en un disolvente hidrofóbico. En la solución del método de fabricación de la presente invención, la concentración del polímero soluble en disolvente hidrofóbico es preferiblemente de 1-30% en peso. La concentración del polímero soluble en disolvente hidrofóbico de menos del 1% en peso no es preferible porque la formación de las estructuras de fibras resulta difícil debido a la concentración extremadamente baja. Además, la concentración de más del 30% en peso no es preferible porque los diámetros de las fibras de las estructuras de fibras obtenidas son demasiado grandes. La concentración del polímero soluble en disolvente hidrofóbico es más preferentemente del 2-20% en peso.

Es preferible que la concentración del compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo en una solución de la presente invención es del 2-50% en peso. No es preferible que la concentración del compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo sea menor del 2% en peso, dado que las áreas totales de las zonas rebajadas y las partes huecas de las secciones transversales de las fibras resultan pequeñas. Además, la concentración de más del 50% en peso no es preferible, dado que resulta difícil la formación de estructuras de fibras. La concentración del compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo es más preferentemente del 4-30% en peso.

Cuando el punto de ebullición del compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo, según la presente invención, es bajo, una parte del compuesto se evapora en algunos casos conjuntamente con un disolvente durante la centrifugación por medio de la electrocentrifugación. En la presente invención, es preferible que, como mínimo, el 1% en peso o más del compuesto orgánico que contiene hidróxilos suministrados permanezca en el producto. La concentración del compuesto orgánico en la estructura de fibras es más preferentemente de 5-60% en peso, y de manera más preferente de 10-60% en peso.

En el método de fabricación de estructuras de fibras utilizando electrocentrifugación en la presente invención, el disolvente hidrofóbico puede ser utilizado solo, o bien se puede utilizar una serie de disolventes hidrofóbicos en combinación. Además, el disolvente hidrofóbico puede ser utilizado en combinación con otro tipo de disolventes en un rango en el que no se prescinde del objetivo de la presente invención. Los ejemplos concretos del disolvente hidrofóbico se han mostrado ya anteriormente.

A continuación, se explicará la etapa en la que la solución antes mencionada es centrifugada mediante electrocentrifugación. Para descargar la solución en un campo electrostático se puede utilizar un método arbitrario.

A continuación, se explicará de manera detallada una forma preferente de fabricar estructuras de fibras, según la presente invención, haciendo referencia a la figura 1.

La solución ((2) en la figura 1) es suministrada a la tobera, la solución es colocada en una posición adecuada en la fuerza electrostática, la solución es conducida desde la tobera por medio del campo electrostático y, de esta manera, las fibras son formadas a partir de la solución. Con este objetivo, se puede utilizar un aparato apropiado. Por ejemplo, un medio apropiado (por ejemplo, una tobera de eyección de solución con forma de aguja de inyección ((1) en la figura 1) sobre la que se aplica un voltaje utilizando un generador de alto voltaje ((6) en la figura 1)) es colocado en la punta de un depósito cilíndrico para la solución ((3) en la figura 1) de una jeringa, y la solución es guiada hacia la punta.

La punta de la tobera de inyección ((1) de la figura 1) está situada a una distancia apropiada con respecto al electrodo de tierra de recogida de material fibroso ((5) en la figura 1), y cuando la solución ((2) en la figura 1) sale de la punta de la tobera de inyección ((1) en la figura 1), se forma un material fibroso entre dicha punta y el electrodo de recogida de material fibroso ((5) en la figura 1).

Además, se pueden introducir gotas finas de la solución en el campo eléctrico con un método conocido por los técnicos en la materia, y una forma preferible del método se explicará utilizando la figura 2. La única exigencia de ese método es que una gotita sea retenida en el campo electrostático aparte del electrodo de recogida de material fibroso ((5) en la figura 2) a una distancia en la que se pueden formar las fibras. Por ejemplo, un electrodo ((4) en la figura 2) que se opone directamente al electrodo de recogida de material fibroso, se puede insertar directamente en la solución ((2) en la figura 2) en un depósito para la solución ((3) en la figura 2) que tiene una tobera ((1) en la figura 2).

Cuando la solución es alimentada al campo electrostático desde la tobera se puede utilizar una serie de toberas, de manera que la velocidad de producción de material fibroso aumenta. La distancia entre los electrodos depende del nivel de carga electrostática, las dimensiones de la tobera, el flujo y la concentración de la solución a centrifugar, y similares, pero la distancia de 5-20 cm es aproximadamente de 10 kV.

Además, el voltaje electrostático introducido es en general de 3-100 kV, preferentemente de 5-50 kV, y más preferentemente de 5-30 kV. El voltaje electrostático deseado puede ser generado utilizando un método apropiado arbitrariamente seleccionado entre la tecnología conocida.

La explicación antes mencionada se refiere al caso en el que un electrodo funciona conjuntamente asimismo como colector; pero, aparte del electrodo, se puede colocar adicionalmente un colector entre los electrodos, de manera que se recoge una estructura fibrosa sobre el mismo. En este caso, por ejemplo, un material en forma de cinta o banda es colocado entre electrodos, y utilizando un material como colector, se puede producir de manera continua una estructura fibrosa.

Finalmente, se explicará una etapa en la que se obtiene la estructura de fibras acumuladas sobre el colector. En la presente invención, mientras la solución es llevada hacia el colector, el disolvente se evapora de acuerdo con las condiciones existentes y se forma un material fibroso.

El disolvente normalmente se evapora de manera completa antes de que el material fibroso sea recogido sobre el colector a temperatura ambiente ordinaria y presión atmosférica; no obstante, si la evaporación del disolvente no es suficiente, la solución puede ser impulsada a presión reducida. Al final, cuando el material fibroso es recogido sobre el colector, se forman fibras porosas de la presente invención. Además, la temperatura para el centrifugado de las fibras depende del comportamiento de la evaporación del disolvente y la viscosidad de la solución a centrifugar; no obstante, es habitualmente de 0-50ºC. Las fibras porosas son acumuladas adicionalmente sobre sí mismas en el colector, y de esta manera se forma la estructura fibrosa de la presente invención.

Es decir, una forma preferente de los métodos de fabricación de la presente invención incluye una etapa en la que se produce una solución por disolución de un polímero soluble en el disolvente hidrofóbico y un compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo en un disolvente hidrofóbico, una etapa en la que la solución es centrifugada utilizando electrocentrifugación y una etapa en la se obtiene una estructura de fibras acumuladas sobre un colector; y comprendiendo, la estructura de fibras, fibras porosas que tienen un diámetro de fibras promedio de 0,1-20 \mum y un porcentaje de huecos mínimo del 5% se obtiene de manera preferente. En la forma preferente de la presente invención, como polímero soluble en un disolvente hidrofóbico, es preferible utilizar un poliéster alifático, un policarbonato, un poliestireno, o un poliarilato, y es todavía más preferible utilizar un disolvente volátil como el disolvente hidrofóbico.

Una estructura de fibras obtenida en la presente invención puede ser utilizada sola; no obstante, se puede utilizar en combinación con otro elemento teniendo la debida consideración a la maniobrabilidad y otras exigencias. Por ejemplo, una tela no tejida, una tela tejida, una película, o similar, pueden servir como material de soporte utilizado como colector y se forma una estructura de fibras sobre el mismo, y de esta manera se puede obtener un elemento en el que se combina un material de soporte y la estructura de fibras.

Las utilizaciones de las estructuras de fibras obtenidas en la presente invención no están limitadas a matrices para cultivo de células para técnica de tejidos, sino que se pueden utilizar como diferentes materiales tales como todo tipo de filtros, materiales de soporte para catalizadores, o similares, en los que se utilizan de manera práctica las características especiales de la presente invención, es decir, partes entrantes y huecos.

Ejemplos

La presente invención se explicará adicionalmente de forma detallada a continuación mediante ejemplos, si bien la presente invención no está restringida por dichos ejemplos. Además, se llevarán a cabo evaluaciones en cada uno de los siguientes ejemplos y ejemplos de referencia de acuerdo con los procedimientos siguientes.

Porcentaje de huecos

Se fotografiaron imágenes micrográficas mediante microscopio electrónico de exploración mostrando las secciones transversales de las fibras porosas obtenidas o estructuras de fibras (con un aumento de X 10.000).

La totalidad de la sección transversal de la fibra fue recortada del papel fotográfico de la imagen fotográfica de la sección transversal y se midió su peso. A continuación, las partes huecas de la fibra fueron recortadas del papel fotográfico y sus pesos fueron medidos. El porcentaje de huecos de una fibra fue calculado a partir de estos pesos. El procedimiento fue repetido en cinco veces y se calculó el promedio.

Diámetro promedio de fibras

Veinte puntos fueron seleccionados al azar de una imagen de superficies de fibras porosas obtenidas o estructuras de fibras, fotografiadas con un microscopio electrónico de exploración (S-2400, fabricado por Hitachi) (con un aumento de X 2.000), el diámetro de las fibras fue medido en cada punto y se calculó el valor promedio (n=20) para todos los diámetros de fibras, y el valor fue utilizado como diámetro promedio de las fibras.

Identificación de la existencia de fibras de menos de 20 \mum de longitud

La existencia de fibras con una longitud menor de 20 \mum fue evaluada observando una imagen de superficies de una estructura fibrosa obtenida, fotografiada con un microscopio electrónico de exploración (S-2400, fabricado por Hitachi) (con un aumento de X 8.000).

Método para determinar un compuesto orgánico que contiene hidróxilos

Se tomó un espectro ^{1}H-NMR de una estructura de fibras fabricada mediante un aparato JNM-EX-270 fabricado por Hitachi a 20ºC utilizando deuterocloroformo (CDCl_{3}) como disolvente. La proporción molar entre las unidades de polímero y los compuestos orgánicos que contienen hidróxilos en la estructura de fibras se determinó a partir de la proporción de integración de protones que se derivó de la estructura química del polímero utilizado y la del compuesto orgánico que contiene hidróxilos que se utilizó, y el contenido (% en peso) del compuesto orgánico que contiene hidróxilos se calculó basándose en la proporción molar.

Ejemplo 1

Una parte en peso de ácido poliláctico (marca "Lacty 9031", fabricado por Shimazu Seisakusyo), 1 parte en peso de etilén glicol (producto químico de calidad especial fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), y 8 partes en peso de cloruro de metileno (producto químico de calidad especial, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), se mezclaron a temperatura ambiente (25ºC) para preparar una solución ligeramente lechosa.

La solución fue descargada durante 5 minutos hacia un electrodo colector utilizando un aparato mostrado en la figura 2. El diámetro interno de la tobera era de 0,8 mm, el voltaje de 12 kV y la distancia desde la tobera al electrodo colector de 10 cm. La estructura de fibras obtenida fue examinada utilizando un microscópico electrónico de exploración (S-2400, fabricado por Hitachi). El diámetro promedio de las fibras fue de 3 \mum, y no se detectaron fibras con un diámetro superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud menor de 20 \mum.

El porcentaje de huecos era aproximadamente del 40%, y el contenido de etilén glicol en la estructura de fibras era de 18,0% en peso. En las figuras 3 y 4 se muestran micrografías con microscópico electrónico de exploración de una superficie y una sección transversal de fibras de la estructura de fibras.

Ejemplo 2

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de dietilén glicol (producto químico de calidad especial, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) en vez de etilén glicol, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de fibras era de 4 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro de fibras superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud de fibras menor de 20 \mum.

El porcentaje de huecos era aproximadamente del 15% y el contenido de etilén glicol en la estructura de fibras del 47,9% en peso. Se muestran en las figuras 5 y 6 micrografías tomadas con microscópico electrónico de exploración de una superficie y se una sección transversal de la estructura de fibras.

\global\parskip0.900000\baselineskip

Ejemplo 3

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de trietilén glicol (producto químico de calidad especial, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) en vez de etilén glicol, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de fibras era de 3 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro de fibras superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud de fibras menor de 20 \mum. El porcentaje de huecos era aproximadamente del 15% y el contenido de trietilén glicol en la estructura de fibras del 46,2% en peso. Se muestran en las figuras 7 y 8 micrografías tomadas con microscópico electrónico de exploración de una superficie y una sección transversal de la estructura de fibras.

Ejemplo 4

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de polietilén glicol (peso molecular promedio 200, producto químico de primera clase, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) en vez de etilén glicol, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de fibras era de 2 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro de fibras superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud de fibras menor de 20 \mum. El porcentaje de huecos era aproximadamente del 15%, y el contenido de polietilén glicol en la estructura de fibras del 50,0% en peso. Se muestran en las figuras 9 y 10 micrografías tomadas con microscópico electrónico de exploración de una superficie y una sección transversal de la estructura de fibras.

Ejemplo 5

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de propilén glicol (1,2-propanodiol) (producto químico de calidad especial, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) en vez de etilén glicol, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de las fibras era de 4 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud menor de 20 \mum. El porcentaje de huecos era aproximadamente de 15%, y el contenido de 1,2-propanodiol de la estructura de fibras era de 15,3% en peso. Se muestran en las figuras 11 y 12 micrografías tomadas mediante microscopio electrónico de exploración de una superficie y una sección transversal de una fibra de la estructura de fibras.

Ejemplo 6

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de policaprolactona (peso molecular promedio 70.000-100.000, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) en vez de ácido poliláctico, se llevaron a acabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de las fibras era de 4 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud menor de 20 \mum. El porcentaje de huecos era aproximadamente de 15% y el contenido de etilén glicol en la estructura de fibras de 16,7% en peso. Se muestran en las figuras 13 y 14 micrografías tomadas con microscopio electrónico de exploración de una superficie y una sección transversal de fibra de la estructura de fibras.

Ejemplo 7

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de policarbonato (marca comercial "Panlite L1250", fabricado por Teijin Chemicals Ltd.) en vez de ácido poliláctico, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de las fibras fue de 3 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro de fibras superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud menor de 20 \mum. El porcentaje de huecos era aproximadamente de 35% y el contenido de etilén glicol en la estructura de fibras de 12,3% en peso. Se muestran en las figuras 15 y 16 micrografías tomadas con microscopio electrónico de exploración de una superficie y de una sección transversal de una fibra de la estructura de fibras.

Ejemplo 8

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de poliestireno (peso molecular promedio 250.000, fabricado por Kanto Chemicals Ltd.) en vez de ácido poliláctico, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de las fibras fue de 6 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud de fibras menor de 20 \mum. El porcentaje de huecos era aproximadamente de 35% y el contenido de etilén glicol en la estructura de fibras de 11,2% en peso. Se muestran en las figuras 17 y 18 micrografías tomadas mediante microscopio electrónico de exploración de una superficie y una sección transversal de una fibra de la estructura de fibras.

Ejemplo 9

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de poliarilato (marca comercial "U-polymer U-100", fabricado por Yunitika) en vez de ácido poliláctico, se llevaron a cabo las mismas operaciones del ejemplo 1. El diámetro promedio de las fibras fue de 3 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro de fibras superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud de fibras menor de 20 \mum. El porcentaje de huecos era aproximadamente de 35% y el contenido de etilén glicol en la estructura de fibras de 12,5% en peso. Se muestran en las figuras 19 y 20 micrografías tomadas mediante microscopio electrónico de exploración de una superficie y una sección transversal de una fibra de la estructura de fibras.

\global\parskip1.000000\baselineskip

Ejemplo comparativo 1

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de cloruro de metileno en vez de etilén glicol, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de las fibras era de 2 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro de fibra superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud de fibras menor de 20 \mum. No se observaron partes entrantes ni huecos en secciones transversales de fibras y, por lo tanto, el porcentaje de huecos era del 0%, y el contenido de compuesto orgánico que contiene hidróxilos en la estructura de fibras del 0% en peso. Se muestran en las figuras 21 y 22 micrografías tomadas con microscopio electrónico de exploración de la superficie y una sección transversal de la estructura de fibras.

Ejemplo comparativo 2

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de polietilén glicol (peso molecular promedio 400, producto químico de primera clase, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) en vez de etilén glicol, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de las fibras fue de 3 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud de fibras menor de 20 \mum. No se observaron en las secciones transversales de las fibras partes entrantes ni huecos y, por lo tanto, el porcentaje de huecos era del 0%, y el contenido de polietilén glicol en la estructura de fibras era del 50% en peso. Se han mostrado en las figuras 23 y 24 micrografías tomadas con microscopio electrónico de exploración de la superficie y una sección transversal de una fibra de la estructura de fibras.

Ejemplo comparativo 3

Excepto que se utilizó 1 parte en peso de polietilén glicol (peso molecular promedio 600, producto químico de primera clase, fabricado por Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) en vez de etilén glicol, se llevaron a cabo las mismas operaciones que en el ejemplo 1. El diámetro promedio de las fibras era de 3 \mum y no se detectaron fibras con un diámetro superior a 20 \mum. Además, no se detectaron fibras con una longitud menor de \mum. No se observaron entrantes ni huecos en la sección transversal de la fibra y, por lo tanto, el porcentaje de huecos era del 0%, y el contenido de polietilén glicol en la estructura de fibras era del 50,0% en peso. Se muestran en las figuras 25 y 26 micrografías tomadas con microscopio electrónico de exploración de la superficie y de la sección de una fibra de una estructura de fibras.

Claims

1. Fibra porosa que comprende un polímero soluble en un disolvente hidrofóbico y un compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo, y que tiene un diámetro promedio de fibras de 0,1-20 \mum y un porcentaje de huecos mínimo de 5%, en el que el peso molecular promedio en número del compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo no es menor de 62 ni superior a 300, y en el que las fibras porosas tienen orificios aislados y/o continuos en partes internas de la fibra.

2. Fibra porosa, según la reivindicación 1, en la que el disolvente hidrofóbico es un hidrocarburo que contiene elementos halógenos.

3. Fibra porosa, según la reivindicación 2, en la que el hidrocarburo que contiene elementos halógenos es seleccionados entre el grupo que consiste en cloruro de metileno, cloroformo, dicloroetano, tetracloroetano, tricloroetano, dibromometano y bromoformo.

4. Fibra porosa, según la reivindicación 1, en la que el polímero soluble en un disolvente hidrofóbico es seleccionado del grupo que consiste en ácido poliláctico, policaprolactona, policarbonatos, poliestireno y poliarilatos.

5. Estructura de fibras que comprende fibras porosas, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Procedimiento para la fabricación de una estructura de fibras que comprende fibras porosas que tienen un diámetro promedio de fibras de 0,1-20 \mum y un porcentaje de huecos, como mínimo, de 5%, que comprende una etapa en la que se produce una solución por disolución de un polímero soluble en un disolvente hidrofóbico y un compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo en un disolvente hidrofóbico, una etapa en la que la solución es centrifugada por electrocentrifugación y una etapa en la que se obtiene una estructura de fibras acumulada sobre un colector, en el que el peso molecular promedio en número del compuesto orgánico que tiene una serie de grupos hidróxilo no es menor de 62 ni superior a 300, y en el que la fibra porosa tiene orificios aislados y/o contenidos en partes internas de la fibra.

7. Procedimiento para la fabricación de la estructura de fibras, según la reivindicación 6, en el que el disolvente hidrofóbico es un hidrocarburo que contiene elementos halógenos.

8. Procedimiento para la producción de una estructura de fibras, según la reivindicación 7, en el que el hidrocarburo que contiene elementos halógenos es seleccionado entre el grupo que consiste en cloruro de metileno, cloroformo, dicloroetano, tetracloroetano, tricloroetano, dibromometano y bromoformo.