JP6011963B2 - Multilayer cellulose airgel and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、多層セルロースエアロゲルおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a multilayer cellulose airgel and a method for producing the same.
セルロース繊維を含むエアロゲルおよびハイドロゲル(以下「セルロースエアロゲル」および「セルロースハイドロゲル」ともいう)は、工業材料、医療用材料、食用材料として注目を集めている。セルロースハイドロゲルはセルロース繊維の三次元ネットワーク構造中のポア(空孔)に水を保持してなるゲルであり、この水を空気で置換することによりセルロースエアロゲルが得られる。さらに、当該エアロゲル中の空気を再び水で置換すると、セルロースハイドロゲルとなる。 Airgels and hydrogels containing cellulose fibers (hereinafter also referred to as “cellulose aerogels” and “cellulose hydrogels”) are attracting attention as industrial materials, medical materials, and edible materials. Cellulose hydrogel is a gel in which water is retained in pores (holes) in a three-dimensional network structure of cellulose fibers, and cellulose airgel is obtained by replacing this water with air. Furthermore, when the air in the airgel is replaced with water again, a cellulose hydrogel is obtained.
セルロースハイドロゲルは、セルロース産生バクテリアを培養することにより得られる。例えば特許文献1には、30℃で5〜10日間、セルロース産生バクテリアを静置培養して、セルロースハイドロゲルを得ることが開示されている。このようにして得られたセルロースハイドロゲルは、通常、単層構造を有する。 Cellulose hydrogel is obtained by culturing cellulose-producing bacteria. For example, Patent Document 1 discloses that a cellulose hydrogel is obtained by stationary culture of cellulose-producing bacteria at 30 ° C. for 5 to 10 days. The cellulose hydrogel thus obtained usually has a single layer structure.
この他に、繊維密度の高い層と低い層とを交互に積層してなる多層構造を有するセルロースハイドロゲルも知られている。例えば、ミニストップ株式会社製「ハロハロ」に含まれるナタデココ、株式会社ドール製「ナタデココシラップづけ(ライト)」が市販されている。 In addition, a cellulose hydrogel having a multilayer structure in which layers having high fiber density and layers having low fiber density are alternately laminated is also known. For example, “Natadecoko” included in “Halohalo” manufactured by Ministop Co., Ltd. and “Natadecoko wrapping (light)” manufactured by Dole Co., Ltd. are commercially available.
多層構造のセルロースハイドロゲルは、各層の特性を生かして高機能性を付与できる可能性があり工業的に有用である。そこで発明者らは、市販の多層セルロースハイドロゲルについて予備的に検討したが、これらは層構造にバラツキが多いことを見出した。この理由は、市販の多層構造のセルロースハイドロゲルは、セルロース産生バクテリアを自然環境下で培養して製造されるので、層構造の制御が容易ではないためと推察された。具体的にこれらの多層セルロースハイドロゲルは、通常、タイやフィリピン等の東南アジア地域において製造される。タイの年間平均気温は、月ごとに殆ど大差なく、最高気温30〜32℃、最低気温24〜25℃程度である。フィリピンの1日の最高気温は平均31℃、最低気温は平均24℃である。このため、昼間の高温(29〜32℃)培養においてバクテリアが高活性となり繊維密度の高い層が産生され、夜間(24〜25℃)の低温培養においてバクテリアが低活性となり繊維密度の低い層が産生される。しかし、温度は自然任せであるので変動幅が大きい。また高温培養と低温培養は約12時間周期で繰り返されるが、時期により変動する。よって従来の方法では、構造を精密に制御した多層セルロースハイドロゲルを得ることは困難であった。 The cellulose hydrogel having a multilayer structure is industrially useful because it may be able to impart high functionality by taking advantage of the characteristics of each layer. Therefore, the inventors preliminarily examined commercially available multilayer cellulose hydrogels, and found that these had many variations in the layer structure. This is presumably because a commercially available multilayered cellulose hydrogel is produced by culturing cellulose-producing bacteria in a natural environment, so that the layer structure is not easily controlled. Specifically, these multilayer cellulose hydrogels are usually produced in Southeast Asian regions such as Thailand and the Philippines. The average annual temperature in Thailand is almost the same every month, with a maximum temperature of 30-32 ° C and a minimum temperature of 24-25 ° C. The average daily maximum temperature in the Philippines is 31 ° C, and the average minimum temperature is 24 ° C. For this reason, bacteria have high activity and a high fiber density layer is produced in daytime high temperature (29 to 32 ° C) culture, and bacteria have low activity and low fiber density layer in low temperature culture at night (24 to 25 ° C). Produced. However, since the temperature is left to nature, the fluctuation range is large. The high temperature culture and the low temperature culture are repeated at a cycle of about 12 hours, but it varies depending on the time. Therefore, it has been difficult to obtain a multilayer cellulose hydrogel having a precisely controlled structure by the conventional method.
上記事情を鑑み、本発明は、構造をより正確に制御しうる多層セルロースハイドロゲルの製造方法を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for producing a multilayer cellulose hydrogel capable of controlling the structure more accurately.
発明者らは課題解決について検討を重ねた結果、セルロース産生バクテリアを特定の温度で培養することで、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、前記課題は、以下の本発明により解決される。
[1](A)セルロース産生菌を、23〜40℃で培養して繊維密度の低い第1ハイドロゲル層を形成する工程、および
(B)セルロース産生菌を、10℃以上23℃未満で培養して前記第1ハイドロゲル層よりも繊維密度の高い第2ハイドロゲル層を形成する工程、
を交互に実施することを含む、前記第1ハイドロゲル層および第2ハイドロゲル層が交互に3層以上積層された多層ハイドロゲルの製造方法。
[2]第1ハイドロゲル層の、以下の方法で求めた平均繊維束間距離が3.5〜5μm、以下の方法で求めた平均ポア径が0.9〜5μmであり、
第2ハイドロゲル層の、前記平均繊維束間距離が0.1μm以上3μm未満、前記平均ポア径が0.3〜0.9μmである:
[平均繊維束間距離の測定方法:[1]に記載の方法で得た多層セルロースハイドロゲルを乾燥してエアロゲルとし、当該エアロゲルを積層面に垂直に切断した面を観察して層状に存在する繊維束同士の層間の最短距離を複数測定し、平均する、
平均ポア径の測定方法:前記エアロゲルの表面を観察して複数の空孔の径を測定し、平均する]
前記[1]に記載の方法で得られた多層ハイドロゲル。
[3]第1ハイドロゲル層の、以下に定義されるR1が0.05以上0.50未満、
第2ハイドロゲル層の、以下に定義されるR2が0.50〜1.2である、
R1(%)=D1/W1×100
D1:前記第1ハイドロゲル層の乾燥時の質量
W1:前記第1ハイドロゲル層の飽和吸水時の質量
R2(%)=D2/W2×100
D2:前記第2ハイドロゲル層の乾燥時の質量
W2:前記第2ハイドロゲル層の飽和吸水時の質量
前記[1]に記載の方法で得られた多層ハイドロゲル。
As a result of repeated studies on solving the problems, the inventors have found that the above problems can be solved by culturing cellulose-producing bacteria at a specific temperature, and the present invention has been completed. That is, the said subject is solved by the following this invention.
[1] A step of culturing a cellulose-producing bacterium at 23 to 40 ° C. to form a first hydrogel layer having a low fiber density, and (B) culturing a cellulose-producing bacterium at 10 ° C. or more and less than 23 ° C. And forming a second hydrogel layer having a fiber density higher than that of the first hydrogel layer,
A method for producing a multilayer hydrogel in which three or more layers of the first hydrogel layer and the second hydrogel layer are alternately laminated.
[2] The average fiber bundle distance determined by the following method of the first hydrogel layer is 3.5 to 5 μm, the average pore diameter determined by the following method is 0.9 to 5 μm,
In the second hydrogel layer, the distance between the average fiber bundles is 0.1 μm or more and less than 3 μm, and the average pore diameter is 0.3 to 0.9 μm:
[Measuring method of distance between average fiber bundles] The multilayer cellulose hydrogel obtained by the method described in [1] is dried to obtain an airgel, and the airgel is cut in a direction perpendicular to the laminated surface, and is present in a layered form. Measure and average multiple shortest distances between layers of fiber bundles,
Method of measuring average pore diameter: Observe the surface of the airgel, measure the diameter of a plurality of pores, and average]
A multilayer hydrogel obtained by the method described in [1] above.
[3] R1 defined below of the first hydrogel layer is 0.05 or more and less than 0.50,
R2 defined below of the second hydrogel layer is 0.50 to 1.2,
R1 (%) = D1 / W1 × 100
D1: Mass at the time of drying of the first hydrogel layer W1: Mass at the time of saturated water absorption of the first hydrogel layer R2 (%) = D2 / W2 × 100
D2: Mass of the second hydrogel layer upon drying W2: Mass of the second hydrogel layer upon saturated water absorption Multilayer hydrogel obtained by the method described in [1] above.
本発明により、構造をより正確に制御しうる多層セルロースハイドロゲルの製造方法が提供できる。 The present invention can provide a method for producing a multilayer cellulose hydrogel whose structure can be controlled more accurately.
以下、本発明を詳細に説明する。本発明において「〜」はその両端の値を含む。
1.セルロースハイドロゲルの製造方法
(1)工程A
工程Aでは、セルロース産生菌を、23〜40℃で培養して繊維密度の低い第1ハイドロゲル層を形成する。セルロース産生菌とは、培養することによりセルロースを産生する菌であり、例えば酢酸菌が挙げられる。酢酸菌としては公知のものを用いてよいが、その菌株の例としては、ATCC23769、ATCC10245、ATCC35959、ATCC10821、ATCC700178、Acetobacter xylinum FF-88 (FERM BP-4407)等が挙げられる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, “to” includes values at both ends thereof.
1. Method for producing cellulose hydrogel (1) Step A
In step A, the cellulose-producing bacterium is cultured at 23 to 40 ° C. to form a first hydrogel layer having a low fiber density. The cellulose-producing bacterium is a bacterium that produces cellulose by culturing, and examples thereof include acetic acid bacteria. Known strains may be used as the acetic acid bacterium, and examples of the strain include ATCC 23769, ATCC 10245, ATCC 35959, ATCC 10821, ATCC 7000017, Acetobacter xylinum FF-88 (FERM BP-4407) and the like.
培地としては、公知のものを使用でき、例えば、寒天状の固体培地や液体培地(培養液)を使用できる。培養液としては、コーンスティープリカーおよび果糖を主成分とし、pHを5程度に調整した培養液等が挙げられる。 A known medium can be used as the medium, for example, an agar-like solid medium or a liquid medium (culture solution) can be used. Examples of the culture solution include a culture solution containing corn steep liquor and fructose as main components and having a pH adjusted to about 5.
培養温度は23〜40℃である。この温度で培養することにより、セルロース産生菌がセルロースハイドロゲルを産生する。温度設定の容易さ、コスト等を考慮すると、工程Aにおける培養温度は23〜33℃が好ましく、25〜32℃がより好ましく、26〜31℃がさらに好ましい。 The culture temperature is 23-40 ° C. By culturing at this temperature, cellulose-producing bacteria produce cellulose hydrogel. Considering ease of temperature setting, cost, and the like, the culture temperature in Step A is preferably 23 to 33 ° C, more preferably 25 to 32 ° C, and further preferably 26 to 31 ° C.
培養時間は所望の層の厚さを得るために適宜調整してよいが、12時間〜60日が好ましく、3日〜22日が好ましく、4日〜10日がより好ましい。また、培養は静置培養であることが好ましい。 The culture time may be appropriately adjusted in order to obtain a desired layer thickness, but is preferably 12 hours to 60 days, preferably 3 days to 22 days, and more preferably 4 days to 10 days. The culture is preferably stationary culture.
(2)工程B
工程Bでは、セルロース産生菌を10℃以上23℃未満で培養する。この温度でセルロース産生菌を培養することで前記第1ハイドロゲル層よりも繊維密度の高い第2ハイドロゲル層を形成する。一般に、温度が高い方がバクテリアの活性が高くなるので、得られる層の繊維密度も高くなると考えられるが、本発明においては、工程Aよりも低い温度で培養することにより、繊維密度の高い層を得る。
(2) Process B
In step B, the cellulose-producing bacterium is cultured at 10 ° C. or more and less than 23 ° C. By culturing cellulose-producing bacteria at this temperature, a second hydrogel layer having a fiber density higher than that of the first hydrogel layer is formed. In general, the higher the temperature, the higher the bacterial activity, and therefore the fiber density of the resulting layer is also considered to be higher. In the present invention, by culturing at a lower temperature than in step A, Get.
この理由は限定されないが、次のように考えられる。一般に、セルロース産生菌を培養すると、菌はセルロースを吐き出しながらランダムに運動する。培養温度が適温の場合には菌は活発に運動し、かつ増殖する。このため、産生されるセルロース繊維の量は多いが、菌の移動距離も大きいので単位体積あたりの繊維密度が低くなり低繊維密度層が得られる。しかし培養温度が低い場合には菌の運動性が低下するため、菌の行動範囲が狭まり、菌は位置をあまり変えずに増殖する。このため、一定の限られた場所で菌が増殖し、かつセルロースを産生するので、単位体積あたりの繊維密度が高くなり高繊維密度層が得られる。 Although this reason is not limited, it thinks as follows. Generally, when cellulose-producing bacteria are cultured, the bacteria move randomly while exhaling cellulose. When the culture temperature is appropriate, the bacteria actively move and grow. For this reason, although the quantity of the cellulose fiber produced is large, since the movement distance of bacteria is also large, the fiber density per unit volume becomes low and a low fiber density layer is obtained. However, when the culture temperature is low, the motility of the bacterium is reduced, so that the range of the bacterium's behavior is narrowed, and the bacterium grows without changing its position so much. For this reason, bacteria grow in a certain limited place and produce cellulose, so that the fiber density per unit volume is increased and a high fiber density layer is obtained.
また、10℃以上23℃未満という低温で培養することにより、酢酸菌の活性は低下しないが他の菌の活性が低下するので、ゲル中の不純物を少なくできる、または培地が腐食しにくくなる等の利点がある。 In addition, by culturing at a low temperature of 10 ° C. or more and less than 23 ° C., the activity of acetic acid bacteria is not lowered, but the activity of other bacteria is lowered, so that impurities in the gel can be reduced or the medium is less likely to corrode. There are advantages.
この効果をよりよく発現するために、低温培養温度は15〜20℃が好ましく、17〜19℃がより好ましい。培養時間は高温培養と同様である。
工程AとBを交互に行なうことで、第1ハイドロゲル層と第2ハイドロゲル層が交互に積層された構造となる。効率よく製造するために工程AとBは、連続して行うことが好ましい。また、得られるセルロースハイドロゲルの最外層が繊維密度の高い第2ハイドロゲル層であると、ゲルの強度、形状安定性が良好となるので、工程Bを最初に行ない、その後工程AとBとを繰り返し、最後に工程Bを実施することがより好ましい。
In order to express this effect better, the low temperature culture temperature is preferably 15 to 20 ° C, more preferably 17 to 19 ° C. The culture time is the same as that for high-temperature culture.
By performing steps A and B alternately, the first hydrogel layer and the second hydrogel layer are alternately stacked. In order to manufacture efficiently, it is preferable to perform the process A and B continuously. In addition, if the outermost layer of the obtained cellulose hydrogel is a second hydrogel layer having a high fiber density, the strength and shape stability of the gel will be good, so step B is performed first, and then steps A and B It is more preferable to repeat step B and finally carry out step B.
(3)後処理
培養後の培地に公知の後処理を施すことでセルロースハイドロゲルとできる。例えば、産生物を培地から取り出した後、水洗、アルカリ処理によりバクテリアを除去することにより、セルロースハイドロゲルを得ることができる。
(3) Post-treatment A cellulose hydrogel can be obtained by subjecting the cultured medium to a known post-treatment. For example, a cellulose hydrogel can be obtained by taking out the product from the medium and then removing the bacteria by washing with water and alkali treatment.
2.セルロースハイドロゲル
セルロースハイドロゲルはセルロース繊維の三次元ネットワーク構造中のポア(空孔)に水を保持してなるゲルである。本発明で得られるセルロースハイドロゲルの例を図1に示す。図1中、10は第1ハイドロゲル層、20は第2ハイドロゲル層である。第2ハイドロゲル層は強度および剛性が高いので、形状安定性の観点から、多層セルロースハイドロゲルの最外層は、第2ハイドロゲル層であることが好ましい。本明細書では特に断らない限り、最外層が第2ハイドロゲル層であるとして説明する。また、図1は3層構造のセルロースハイドロゲルを示しているが、本発明で得られる多層セルロースハイドロゲルの層数は、3以上であればよく、3〜11、3〜7程度が好ましい。
2. Cellulose hydrogel Cellulose hydrogel is a gel formed by holding water in pores (holes) in a three-dimensional network structure of cellulose fibers. An example of the cellulose hydrogel obtained in the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, 10 is a first hydrogel layer, and 20 is a second hydrogel layer. Since the second hydrogel layer has high strength and rigidity, the outermost layer of the multilayer cellulose hydrogel is preferably the second hydrogel layer from the viewpoint of shape stability. In the present specification, the outermost layer is described as the second hydrogel layer unless otherwise specified. Moreover, although FIG. 1 has shown the cellulose hydrogel of 3 layer structure, the number of layers of the multilayer cellulose hydrogel obtained by this invention should just be three or more, and about 3-11 and 3-7 are preferable.
(1)第1ハイドロゲル層
第1ハイドロゲル層は、第2ハイドロゲル層に比べて繊維密度が低い層である。層の特定は、セルロースハイドロゲルを乾燥してセルロースエアロゲルとし、セルロースエアロゲルの表面または破断面を電子顕微鏡等で観察して、ポア径を測定することにより可能である。セルロースエアロゲルにおいてポア径が大きい層が第1ハイドロゲル層、ポア径の小さい層が第2ハイドロゲル層に対応する。あるいは、セルロースハイドロゲルを観察して、透明度によって層を特定できる。この場合、透明度の高い層が第1ハイドロゲル層であり、透明度の低い層が、第2ハイドロゲル層である。
(1) First hydrogel layer The first hydrogel layer is a layer having a lower fiber density than the second hydrogel layer. The layer can be specified by drying the cellulose hydrogel to obtain a cellulose airgel, observing the surface or fracture surface of the cellulose airgel with an electron microscope or the like, and measuring the pore diameter. In the cellulose airgel, a layer having a large pore diameter corresponds to the first hydrogel layer, and a layer having a small pore diameter corresponds to the second hydrogel layer. Or a cellulose hydrogel is observed and a layer can be specified by transparency. In this case, the layer with high transparency is the first hydrogel layer, and the layer with low transparency is the second hydrogel layer.
第1ハイドロゲル層の繊維密度の範囲は特に限定されないが平均ポア径が0.9〜5μmであることが好ましい。平均ポア径は、次のようにして測定される。1)多層セルロースハイドロゲルを、室温にて(20〜25℃)水に16〜24時間浸漬した後、凍結乾燥してセルロースエアロゲルを得る。2)当該セルロースエアロゲルの表面を電子顕微鏡等で観察した際に認められるポア(空孔)の径を測定する。ポアが円でない場合は、長径と短径を測定し、その平均をポア径とする。3)複数のポアについてポア径を測定し、平均する。 The fiber density range of the first hydrogel layer is not particularly limited, but the average pore diameter is preferably 0.9 to 5 μm. The average pore diameter is measured as follows. 1) The multilayer cellulose hydrogel is immersed in water at room temperature (20 to 25 ° C.) for 16 to 24 hours, and then freeze-dried to obtain a cellulose airgel. 2) The diameter of pores (holes) observed when the surface of the cellulose airgel is observed with an electron microscope or the like is measured. When the pore is not a circle, the major axis and the minor axis are measured, and the average is taken as the pore diameter. 3) The pore diameter is measured for a plurality of pores and averaged.
また、エアロゲル層における繊維密度は、以下のように測定される平均繊維束間距離によっても影響を受ける。通常セルロースハイドロゲルは、まず薄いシート状のセルロースハイドロゲルが産生され、次いで当該シート状のゲルが積層されてある程度の大きさのセルロースハイドロゲルが形成される。前述のとおりセルロース産生バクテリアを用いてセルロースハイドロゲルを製造する場合、通常、前記シート状のゲルは液面に平行に液相側に積層される。よって、セルロースハイドロゲル中にはセルロースの繊維が寄り集まった繊維束が層状に存在する。当該繊維束同士の最短距離を繊維束間距離といい、複数の繊維束について繊維束間距離を測定し平均したものを平均繊維束間距離という。平均繊維束間距離は繊維密度の指標となり、平均繊維束間距離が大きいほど繊維密度は小さくなる。第1ハイドロゲル層の平均繊維束間距離は3.5〜5μmであることが好ましい。平均繊維束間距離は、次のようにして測定する。1)前述の方法でセルロースエアロゲルを得る。2)カッター等を用いて当該セルロースエアロゲルを積層面に垂直に切断する。3)切断面を電子顕微鏡等で観察して、層状に存在する繊維束同士の層間の最短距離を測定する。4)複数の層間について前記距離を測定し平均する。 The fiber density in the airgel layer is also affected by the average distance between fiber bundles measured as follows. Usually, a cellulose hydrogel is produced in the form of a thin sheet-like cellulose hydrogel, and then the sheet-like gel is laminated to form a cellulose hydrogel having a certain size. As described above, when a cellulose hydrogel is produced using cellulose-producing bacteria, the sheet-like gel is usually laminated on the liquid phase side in parallel to the liquid surface. Therefore, in the cellulose hydrogel, fiber bundles in which cellulose fibers are gathered are present in layers. The shortest distance between the fiber bundles is referred to as an inter-fiber bundle distance, and an average of the inter-fiber bundle distances obtained by measuring and averaging the inter-fiber bundle distances for a plurality of fiber bundles. The average fiber bundle distance is an index of fiber density, and the fiber density decreases as the average fiber bundle distance increases. The average distance between the fiber bundles of the first hydrogel layer is preferably 3.5 to 5 μm. The average distance between fiber bundles is measured as follows. 1) A cellulose airgel is obtained by the above-mentioned method. 2) Using a cutter or the like, cut the cellulose airgel perpendicular to the laminated surface. 3) The cut surface is observed with an electron microscope or the like, and the shortest distance between the layers of the fiber bundles existing in layers is measured. 4) Measure and average the distances for multiple layers.
この他、繊維密度はセルロースハイドロゲル単位質量あたりの乾燥質量Rを算出する、乾燥質量法でも評価できる。具体的にR(%)はD/W×100で定義される。Dはハイドロゲル乾燥時の質量であり、Wはハイドロゲルの飽和吸水時の質量である。Dを第1ハイドロゲル層の乾燥時の質量D1とし、Wを第1ハイドロゲル層の飽和吸水時の質量W1とすれば、第1ハイドロゲル層のR、すなわちR1が求められる。飽和吸水時とは、常態(室温、大気圧下)でゲルを吸水させた際に吸水量が飽和する時点である。またハイドロゲル乾燥時とは、ハイドロゲルが完全に乾燥されて絶乾状態のエアロゲルになっていることを意味する。具体的にW1およびD1は次のようにして求められる。
1)前述の方法により第1ハイドロゲル層を特定する。
2)第1ハイドロゲル層から試料を採取する。
3)当該試料を室温にて水に1晩侵漬した後、質量を秤量し飽和吸水時質量W1を求める。
4)前記3)で得た試料を乾燥した後、質量を秤量して乾燥時質量D1を求める。
In addition, the fiber density can also be evaluated by a dry mass method in which a dry mass R per unit mass of cellulose hydrogel is calculated. Specifically, R (%) is defined by D / W × 100. D is the mass when the hydrogel is dried, and W is the mass when the hydrogel is saturated with water. If D is a mass D1 when the first hydrogel layer is dried and W is a mass W1 when the first hydrogel layer is saturated, water absorption R, that is, R1 is obtained. Saturated water absorption is the time when water absorption is saturated when gel is absorbed in a normal state (room temperature and atmospheric pressure). Moreover, the time of hydrogel drying means that the hydrogel is completely dried to become an airgel in an absolutely dry state. Specifically, W1 and D1 are obtained as follows.
1) The first hydrogel layer is specified by the method described above.
2) A sample is taken from the first hydrogel layer.
3) After soaking the sample in water at room temperature overnight, the mass is weighed to determine the saturated water absorption mass W1.
4) After drying the sample obtained in 3), the mass is weighed to determine the dry mass D1.
秤量は、精密天秤を用いて、0.1mgのオーダーまで測定することが好ましい。乾燥は、熱風乾燥、凍結乾燥、または自然乾燥等により行なってよいが、乾燥効率を考慮すると熱風乾燥が好ましい。第1ハイドロゲル層と第2ハイドロゲル層を分割する場合には、ゲルをつぶさないようにカッター等を用いて切断することが好ましい。 The weighing is preferably measured to the order of 0.1 mg using a precision balance. Drying may be performed by hot air drying, freeze drying, natural drying, or the like, but hot air drying is preferable in consideration of drying efficiency. When dividing | segmenting a 1st hydrogel layer and a 2nd hydrogel layer, it is preferable to cut | disconnect using a cutter etc. so that a gel may not be crushed.
Rが小さい方が第1ハイドロゲル層(低密度層)であり、大きい方が第2ハイドロゲル層(高密度層)となる。R1は0.05以上0.50未満が好ましい。 The smaller R is the first hydrogel layer (low density layer), and the larger R is the second hydrogel layer (high density layer). R1 is preferably 0.05 or more and less than 0.50.
(2)第2ハイドロゲル層
第2ハイドロゲル層は、第1ハイドロゲル層よりも高い繊維密度を有する。第2ハイドロゲル層の繊維密度の範囲は特に限定されないが、平均ポア径が0.3〜0.9μmであることが好ましく、0.6〜0.9μmであることがより好ましい。第1ハイドロゲル層の好ましい平均ポア径は0.9〜5μmであるので、表記上は第2ハイドロゲル層の好ましい平均ポア径の上限(0.9μm)と重複する。しかし、第1エアロゲル層の平均ポア径は常に第2エアロゲル層の平均ポア径よりも大きく、前記表記は、両者の値が同じになることは意味しない。
(2) Second hydrogel layer The second hydrogel layer has a higher fiber density than the first hydrogel layer. The range of the fiber density of the second hydrogel layer is not particularly limited, but the average pore diameter is preferably 0.3 to 0.9 μm, and more preferably 0.6 to 0.9 μm. Since the preferable average pore diameter of the first hydrogel layer is 0.9 to 5 μm, it overlaps the upper limit (0.9 μm) of the preferable average pore diameter of the second hydrogel layer. However, the average pore diameter of the first airgel layer is always larger than the average pore diameter of the second airgel layer, and the above description does not mean that both values are the same.
第2ハイドロゲル層の平均繊維束間距離は0.1μm以上3μm未満であることが好ましい。
本発明のセルロースハイドロゲルは、第1ハイドロゲル層および第2ハイドロゲル層とも比較的小さな平均繊維束間距離を有する。このため、本発明のセルロースハイドロゲルは、食用とした場合に、独特のこりこりとした優れた食感を有する。
The average distance between fiber bundles of the second hydrogel layer is preferably 0.1 μm or more and less than 3 μm.
The cellulose hydrogel of the present invention has a relatively small average interfiber bundle distance in both the first hydrogel layer and the second hydrogel layer. For this reason, when the cellulose hydrogel of the present invention is edible, it has an excellent texture with a unique lump.
また、第2ハイドロゲル層におけるR、すなわちR2はR1と同様にして求められる。R2は0.50〜1.2が好ましい。以上から、本発明のセルロースハイドロゲルにおいて、R1:R2は「0.05以上0.50未満」:「0.50〜1.2」であることが好ましい。 Further, R in the second hydrogel layer, that is, R2 is obtained in the same manner as R1. R2 is preferably 0.50 to 1.2. From the above, in the cellulose hydrogel of the present invention, R1: R2 is preferably “0.05 or more and less than 0.50”: “0.50 to 1.2”.
(3)形状、寸法
本発明で得られるセルロースハイドロゲルの形状は限定されないが、取扱性等から、略立方体または略直方体が好ましい。略立方体とは立方体に準じる形状である。例えば、略立方体は、頂点や面と面とがなす角度が直角からややずれている、または丸みを帯びている形状の立方体や、各辺が略平行であるような立方体を含む。略直方体についても同様である。この場合、取扱性の観点から、第1ハイドロゲル層および第2ハイドロゲル層の主面が、略立方体または略直方体の底面と略平行であることが好ましい。主面とは、各層の主たる面であり、他の層が積層される面である。本発明で得られるセルロースハイドロゲルを裁断する等によって略立方体または略直方体に成形してもよい。略直方体とは、一辺の長さが他の辺よりも短い板状の形状も含む。板状とはバクテリアを培養して得られる前述のシートより厚く、当該シートとは異なる。
(3) Shape and dimension Although the shape of the cellulose hydrogel obtained by this invention is not limited, from a handleability etc., a substantially cube or a substantially rectangular parallelepiped is preferable. A substantially cube is a shape that conforms to a cube. For example, the substantially cube includes a cube having a shape in which an angle between a vertex and a surface is slightly deviated from a right angle, or a rounded shape, and a cube whose sides are substantially parallel. The same applies to a substantially rectangular parallelepiped. In this case, from the viewpoint of handleability, it is preferable that the main surfaces of the first hydrogel layer and the second hydrogel layer are substantially parallel to the bottom surface of the approximately cubic or approximately cuboid. The main surface is a main surface of each layer and is a surface on which other layers are laminated. The cellulose hydrogel obtained in the present invention may be formed into a substantially cubic shape or a substantially rectangular parallelepiped shape by cutting or the like. The substantially rectangular parallelepiped includes a plate-like shape in which the length of one side is shorter than the other side. The plate shape is thicker than the aforementioned sheet obtained by culturing bacteria and is different from the sheet.
本発明で用いるセルロースハイドロゲルの寸法は、特に限定されないが、取扱性等を考慮すると、一辺の長さが0.5〜2.0cmであることが好ましく、1.0〜1.8cmであることがより好ましい。 Although the dimension of the cellulose hydrogel used by this invention is not specifically limited, When handling property etc. are considered, it is preferable that the length of one side is 0.5-2.0 cm, and is 1.0-1.8 cm. It is more preferable.
(4)層の厚み
本発明においては、第1ハイドロゲル層および第2ハイドロゲル層の厚みを所望のとおりに制御できるので、セルロースハイドロゲルまたはこれから調製されるセルロースエアロゲルに機能性を付与できる。例えば、セルロースエアロゲルは、吸水材料として有用であるが、第1ハイドロゲル層を厚くするあるいは第1ハイドロゲル層の数を増やすと、吸水速度が大きいセルロースエアロゲルが得られる。この他、セルロースエアロゲルを圧縮すると、復元時に形状が元に戻ることを遅らせることができる(膨張率を低減できる)。このような性質は手術時の液体吸収材料等、医療用材料として用いる際に必要となるが、第2ハイドロゲル層を厚くするまたは第2ハイドロゲル層の数を増やすと、さらに前記膨張率を低減したセルロースエアロゲルが得られる。
(4) Layer thickness In the present invention, since the thickness of the first hydrogel layer and the second hydrogel layer can be controlled as desired, functionality can be imparted to the cellulose hydrogel or the cellulose aerogel prepared therefrom. For example, cellulose aerogel is useful as a water-absorbing material, but when the first hydrogel layer is thickened or the number of first hydrogel layers is increased, a cellulose airgel having a high water absorption rate is obtained. In addition, when the cellulose airgel is compressed, it is possible to delay the return of the shape at the time of restoration (the expansion rate can be reduced). Such a property is necessary when used as a medical material such as a liquid absorbing material at the time of surgery. However, when the second hydrogel layer is thickened or the number of second hydrogel layers is increased, the expansion coefficient is further increased. Reduced cellulose airgel is obtained.
このように層の厚みを変える等によりセルロースハイドロゲルに機能性を付与できるが、各層の厚みは1〜8mmが好ましく、2〜4mmがより好ましい。 As described above, functionality can be imparted to the cellulose hydrogel by changing the thickness of the layer, but the thickness of each layer is preferably 1 to 8 mm, and more preferably 2 to 4 mm.
3.セルロースエアロゲル
(1)調製方法
1)乾燥
セルロースエアロゲルは、前記セルロースハイドロゲルを乾燥させることで調製できる。セルロースエアロゲルにおける、第1ハイドロゲル層由来の層を第1エアロゲル層と、第2ハイドロゲル層由来の層を第2エアロゲル層という。乾燥方法としては、凍結乾燥、減圧乾燥、超臨界液体乾燥、亜臨界液体乾燥等が挙げられる。凍結乾燥は、水を凍結して昇華して行なう乾燥である。本発明においては、ゲルの劣化を避けるため、減圧下、50℃以下の低温において凍結乾燥することが好ましい。具体的には、15〜25Paの圧力下、−50〜−40℃の温度にて凍結乾燥することが好ましい。
3. Cellulose aerogel (1) Preparation method 1) Drying Cellulose aerogel can be prepared by drying the cellulose hydrogel. In the cellulose airgel, the layer derived from the first hydrogel layer is referred to as a first airgel layer, and the layer derived from the second hydrogel layer is referred to as a second airgel layer. Examples of the drying method include freeze-drying, reduced-pressure drying, supercritical liquid drying, and subcritical liquid drying. Freeze-drying is drying performed by freezing water and sublimating. In the present invention, it is preferable to freeze-dry at a low temperature of 50 ° C. or lower under reduced pressure in order to avoid gel degradation. Specifically, it is preferable to freeze-dry at a temperature of −50 to −40 ° C. under a pressure of 15 to 25 Pa.
減圧乾燥は、減圧下において水を除去する乾燥である。本発明においては、25Pa〜0.1MPaの圧力下、−40〜100℃の温度にて乾燥することが好ましい。
超臨界液体乾燥は、溶媒溶液を超臨界以上に加熱した後、穏やかに溶媒蒸気を系外に排出することにより乾燥させる方法である。亜臨界液体乾燥とは、溶媒溶液を、超臨界よりも温度および圧力がやや低い状態の亜臨界状態にし、溶媒蒸気を系外に排出することにより乾燥させる方法である。
Vacuum drying is a drying that removes water under reduced pressure. In this invention, it is preferable to dry at the temperature of -40-100 degreeC under the pressure of 25 Pa-0.1 MPa.
Supercritical liquid drying is a method in which a solvent solution is heated by being supercritical or higher and then dried by gently discharging solvent vapor out of the system. Subcritical liquid drying is a method in which a solvent solution is brought into a subcritical state where the temperature and pressure are slightly lower than those of the supercritical state, and the solvent vapor is discharged out of the system.
本発明においては、セルロースハイドロゲル中の水をそのまま、またはエタノール、メタノール、二酸化炭素等で置換し、水またはエタノール等を超臨界液体乾燥または亜臨界液体乾燥することが好ましい。臨界温度および圧力は以下に示すとおりである。例えば、エタノールを用いる場合、6.38MPa、243℃で超臨界液体乾燥することができる。 In the present invention, it is preferable to replace water in the cellulose hydrogel as it is or with ethanol, methanol, carbon dioxide or the like, and dry water or ethanol with supercritical liquid drying or subcritical liquid drying. The critical temperature and pressure are as shown below. For example, when ethanol is used, supercritical liquid drying can be performed at 6.38 MPa and 243 ° C.
水を置換せずにそのまま乾燥させる場合は、超臨界状態で行なうとセルロースが分解する場合があるので、亜臨界状態で行なうことが好ましい。例えば、大気圧で100℃以上、かつ22.12MPaで温度374.15℃(647.30K)以下とすることが好ましい。
二酸化炭素:304.1(K)、7.38(MPa)
水 :647.3(K)、22.12(MPa)
メタノール:512.6(K)、8.09(MPa)
エタノール:513.9(K)、6.14(MPa)
アセトン :508.1(K)、4.70(MPa)
乾燥時間は、乾燥状態により適宜調整できるが、24〜72時間程度行なうことが好ましい。
In the case of drying as it is without replacing water, it is preferable to carry out in a subcritical state because cellulose may be decomposed in a supercritical state. For example, it is preferable to set the temperature to 100 ° C. or higher at atmospheric pressure and to a temperature of 374.15 ° C. (647.30 K) or lower at 22.12 MPa.
Carbon dioxide: 304.1 (K), 7.38 (MPa)
Water: 647.3 (K), 22.12 (MPa)
Methanol: 512.6 (K), 8.09 (MPa)
Ethanol: 513.9 (K), 6.14 (MPa)
Acetone: 508.1 (K), 4.70 (MPa)
Although drying time can be suitably adjusted with a dry state, it is preferable to carry out for about 24 to 72 hours.
2)乾燥前処理
しかしながら単にセルロースハイドロゲルを乾燥すると、セルロースハイドロゲルにヒビが入る等の不具合が生じることがある。この理由は、乾燥中にセルロースハイドロゲル内部に存在する水が体積膨張を起こすことがあり、これによって生じたひずみにより、既に乾燥して強度が低下しているセルロースハイドロゲル表面が破壊されるためと考えられる。発明者らは、この不具合を解消するために、乾燥前にセルロースハイドロゲル表面を水で被覆する方法を開発している(特願2010−020455参照)。従って、本発明においても同様にして乾燥を行なうことが好ましい。
2) Pretreatment for drying However, if the cellulose hydrogel is simply dried, defects such as cracks in the cellulose hydrogel may occur. The reason for this is that the water present inside the cellulose hydrogel may undergo volume expansion during drying, and the strain generated thereby destroys the surface of the cellulose hydrogel that has already been dried and reduced in strength. it is conceivable that. In order to solve this problem, the inventors have developed a method of coating the surface of cellulose hydrogel with water before drying (see Japanese Patent Application No. 2010-020455). Therefore, it is preferable to perform drying in the same manner in the present invention.
また、本発明においては、セルロースハイドロゲル表面を水で被覆する代わりに、セルロースハイドロゲルをマルトース等の二糖類を含む水溶液に浸漬してもよい。このような水溶液を用いると、乾燥時のセルロースハイドロゲルの破損を防止するだけでなく、復元セルロースハイドロゲルを得る際の復元率および食感が向上する。マルトースとは、2つのα−グルコースが、α1−4グリコシド結合で結合した二糖である。この他、二糖類としては、スクロース(ショ糖)またはラクトース(乳糖)を用いてもよい。濃度範囲は0.001〜1質量%が好ましく、0.01〜0.5質量%がより好ましく、0.1〜0.5質量%がさらに好ましく、0.2〜0.3質量%がよりさらに好ましく、0.22〜0.27質量%が特に好ましい。 In the present invention, instead of coating the surface of the cellulose hydrogel with water, the cellulose hydrogel may be immersed in an aqueous solution containing a disaccharide such as maltose. When such an aqueous solution is used, not only the breakage of the cellulose hydrogel during drying is prevented, but also the restoration rate and texture when obtaining the restored cellulose hydrogel are improved. Maltose is a disaccharide in which two α-glucoses are linked by α1-4 glycosidic bonds. In addition, sucrose (sucrose) or lactose (lactose) may be used as the disaccharide. The concentration range is preferably 0.001 to 1% by mass, more preferably 0.01 to 0.5% by mass, further preferably 0.1 to 0.5% by mass, and more preferably 0.2 to 0.3% by mass. Further preferred is 0.22 to 0.27% by mass.
マルトースは、水あめに主成分として含まれているので、本発明においては、マルトースを含む水溶液として、水あめを含む水溶液を用いることが好ましい。水あめとは、主成分のマルトースの他に、ブドウ糖およびデキストリンを含む食用の甘味料である。水あめを用いると表面のつやを向上できる。水あめ水溶液の濃度は、当該水溶液に含まれるマルトースの濃度が前記範囲となるように調製される。しかしながら水あめには他の成分が含まれているので水あめの濃度が高くなるとゲル内に浸透しにくくなる。よって、この観点からは、水あめ濃度は0.01〜0.25質量%が好ましい。 Since maltose is contained as a main component in the starch syrup, in the present invention, it is preferable to use an aqueous solution containing starch syrup as the aqueous solution containing maltose. Mizuame is an edible sweetener containing glucose and dextrin in addition to the main component maltose. Using water candy can improve the surface gloss. The concentration of the syrup aqueous solution is adjusted so that the concentration of maltose contained in the aqueous solution falls within the above range. However, since other components are contained in the starch candy, it becomes difficult to penetrate into the gel when the concentration of the starch candy increases. Therefore, from this viewpoint, the starch candy concentration is preferably 0.01 to 0.25% by mass.
また、マルトースを含む水溶液として、水あめ2〜10gとゼラチン10〜20mLを30mLの水に溶解して得た水溶液を、さらに10〜1000倍に希釈して得た水溶液を用いてもよい。ゼラチンとは、コラーゲンを水で煮沸して得られる誘導たんぱく質である。 Moreover, as an aqueous solution containing maltose, an aqueous solution obtained by further diluting 10 to 1000 times an aqueous solution obtained by dissolving 2 to 10 g of starch syrup and 10 to 20 mL of gelatin in 30 mL of water may be used. Gelatin is an induced protein obtained by boiling collagen in water.
セルロースハイドロゲルを前記水溶液に1〜24時間浸漬することで、前記水溶液がセルロースハイドロゲル中に浸透する。浸漬時の温度は室温が好ましい。
このような水溶液を用いることで復元セルロースハイドロゲルの食感および外観が向上する理由は限定されないが以下のように推察される。マルトース等の二糖類は、セルロース類似の化学構造を有し、かつ分子量も低いので、セルロースハイドロゲル内に浸透しやすい。そして二糖類は、セルロース繊維と親和性がよいので、乾燥時にもセルロース繊維間に存在する。このため、マルトースがなければ乾燥によってセルロース繊維同士が強固に結びついてしまうところ、二糖類により、セルロース繊維同士が強固に結びつくことが低減される。その結果、再び吸水させて復元セルロースハイドロゲルを得る際に、元のセルロース繊維によるネットワーク構造が再現されやすくなる。さらに二糖類をセルロースハイドロゲル中に浸透させる際に、本発明では比較的低い濃度の水溶液を用いる。濃度が低いので毛細管現象が生じやすく二糖類をセルロースハイドロゲル内により一層浸透させやすくなる。
By immersing the cellulose hydrogel in the aqueous solution for 1 to 24 hours, the aqueous solution penetrates into the cellulose hydrogel. The temperature during immersion is preferably room temperature.
The reason why the texture and appearance of the regenerated cellulose hydrogel are improved by using such an aqueous solution is not limited, but is presumed as follows. Since disaccharides such as maltose have a chemical structure similar to cellulose and have a low molecular weight, they easily penetrate into the cellulose hydrogel. And since disaccharide has good affinity with a cellulose fiber, it exists between cellulose fibers also at the time of drying. For this reason, if there is no maltose, the cellulose fibers are strongly bound to each other by drying, but the fact that the cellulose fibers are strongly bound to each other by the disaccharide is reduced. As a result, when the water is absorbed again to obtain the restored cellulose hydrogel, the network structure of the original cellulose fiber is easily reproduced. Further, when the disaccharide is infiltrated into the cellulose hydrogel, an aqueous solution having a relatively low concentration is used in the present invention. Since the concentration is low, capillary action is likely to occur and the disaccharide is more easily penetrated into the cellulose hydrogel.
また、二糖類と併用されるゼラチンは、分子量が高いのでセルロースハイドロゲルの外郭を補強するように作用していると考えられる。しかしながら、ゼラチンも前記同様に比較的低い濃度の水溶液として用いるため、セルロースハイドロゲルを完全被膜することはないので、食感を低下させないと考えられる。 In addition, gelatin used in combination with disaccharides is considered to act to reinforce the outer shell of cellulose hydrogel because of its high molecular weight. However, since gelatin is also used as an aqueous solution having a relatively low concentration as described above, the cellulose hydrogel is not completely coated, so that it is considered that the texture is not lowered.
この他、セルロースハイドロゲルを被覆する代わりに、セルロースハイドロゲルの30〜50体積%を水または前記水溶液に浸漬した状態で乾燥に供してもよい。 In addition, instead of coating the cellulose hydrogel, 30 to 50% by volume of the cellulose hydrogel may be subjected to drying in a state of being immersed in water or the aqueous solution.
(2)加工
セルロースエアロゲルには、切込を設けるなどの加工を施してもよい。セルロースエアロゲルを吸収させて再度セルロースハイドロゲルを得る場合に、当該加工により復元性を高めることができる。復元性については後で詳しく説明するが、復元性は復元セルロースハイドロゲルの形状および性状が、元のセルロースハイドロゲルにどの程度近いかを表す指標である。
(2) Processing The cellulose aerogel may be subjected to processing such as cutting. When cellulose aerogel is absorbed and a cellulose hydrogel is obtained again, the restorability can be enhanced by the processing. The restorability will be described in detail later, but the restorability is an index indicating how close the restored cellulose hydrogel is to the original cellulose hydrogel.
1)切込加工
切込加工として、最外層を構成する第2エアロゲル層表面に、i)深さxの切込1を長辺と短辺のいずれかに平行に複数設ける、またはii)深さxの切込1を長辺と短辺のいずれか一方の辺に平行に複数設け、さらに他方の辺に平行して深さxの切込2を複数設けることが好ましい。i)の加工を「平行カット」、ii)の加工を「クロスカット」ともいう。図2は、このような加工が施されたセルロースエアロゲルを示す。図2(a)は平行カットを施したセルロースエアロゲル、図2(b)はクロスカットを施したセルロースエアロゲルである。図2中、30は切込1であり、s1は切込1に平行な辺1(長さはL1)である。32は切込2であり、s2は切込2に平行な辺2(長さはL2)である。図2中、第1エアロゲル層および第2エアロゲル層の表示は省略してある。
1) Incision processing As the incision processing, i) a plurality of incisions 1 having a depth x are provided in parallel on either the long side or the short side on the surface of the second airgel layer constituting the outermost layer, or ii) depth It is preferable to provide a plurality of cuts 1 having a length x parallel to one of the long side and the short side, and to provide a plurality of cuts 2 having a depth x in parallel to the other side. The process of i) is also called “parallel cut”, and the process of ii) is also called “cross cut”. FIG. 2 shows a cellulose airgel subjected to such processing. FIG. 2 (a) is a cellulose airgel subjected to a parallel cut, and FIG. 2 (b) is a cellulose airgel subjected to a cross cut. In FIG. 2, reference numeral 30 denotes a cut 1, and s <b> 1 is a side 1 (length is L <b> 1) parallel to the cut 1. Reference numeral 32 denotes a cut 2, and s 2 denotes a side 2 (length is L 2) parallel to the cut 2. In FIG. 2, the display of the first airgel layer and the second airgel layer is omitted.
切込の深さxは、前記略立方体または略直方体(以下「略立方体等」ともいう)の切込が設けられる面の長辺と短辺の平均長さをL(=(長辺+短辺)/2)としたときに、0.02L〜0.1Lとなる長さである。具体的には、0.5〜1mm程度が好ましい。 The depth x of the cut is L (= (long side + short side), the average length of the long side and the short side of the surface where the cut of the substantially cube or the substantially rectangular parallelepiped (hereinafter also referred to as “substantially cube” or the like) is provided. Side) / 2), the length is 0.02L to 0.1L. Specifically, about 0.5-1 mm is preferable.
また、切込の深さ方向と切込を設ける面とのなす最小角度は、15〜90°であることが好ましい。当該角度が15〜30°程度であると、セルロースエアロゲルを損傷することなく切込を設けることができる場合がある。 Moreover, it is preferable that the minimum angle made by the depth direction of a notch and the surface which provides a notch is 15-90 degrees. If the angle is about 15 to 30 °, the cut may be provided without damaging the cellulose airgel.
このように、最外層を構成する第2エアロゲル層表面に加工を施すことにより、復元性に優れたセルロースエアロゲルが得られる。この理由は限定されないが、第2エアロゲル層は繊維密度が高いので、ポア径が小さく水が浸透しにくいが、前記加工を施すことにより、水が浸透しやすくなるためと推察される。この効果をより十分に発揮するために、切込1の長さは、当該切込に平行な辺1の長さL1の70〜100%が好ましい。また、隣接する切込1同士の間隔は、L1/5〜L1/100が好ましい。具体的には、1つの面に5〜100本程度設けることが好ましい。この場合、切込1はできるだけ非等間隔で設けられることが好ましい。切込2に関しても同様である。切込を、周期性を有するように等間隔に設けると、いわゆるハスの葉効果により表面が濡れ難くなって水が浸透しにくくなる場合がある。 Thus, the cellulose airgel excellent in the recoverability is obtained by processing the surface of the second airgel layer constituting the outermost layer. The reason for this is not limited, but the second airgel layer has a high fiber density, so the pore diameter is small and water does not easily permeate. However, it is presumed that the above-described processing facilitates water permeation. In order to exhibit this effect more fully, the length of the cut 1 is preferably 70 to 100% of the length L1 of the side 1 parallel to the cut. Moreover, as for the space | interval of the adjacent notches 1, L1 / 5-L1 / 100 are preferable. Specifically, about 5 to 100 are preferably provided on one surface. In this case, it is preferable that the notches 1 are provided at unequal intervals as much as possible. The same applies to the cut 2. When the cuts are provided at regular intervals so as to have periodicity, the surface may be difficult to wet due to the so-called lotus leaf effect, and water may not easily penetrate.
切込を設ける手段は限定されない。例えば、カッターやカミソリを用いて切込を設けてよい。さらにこの切込加工は、略立方体等の他の5面に対して施してもよい。 The means for providing the cut is not limited. For example, a notch may be provided using a cutter or a razor. Further, this cutting process may be performed on other five surfaces such as a substantially cube.
2)貫通穿孔加工
セルロースエアロゲルには、前記切込加工に加えて、貫通穿孔加工を施してもよい。貫通穿孔加工とは、略立方体等の面の中心を通り、対向する面の中心へ貫通する孔を設けることである。この孔により、水がセルロースエアロゲル中により浸透しやすくなる。図3(a)は貫通穿孔加工されたセルロースエアロゲルを示す。図3(a)中、40が貫通孔である。
2) Through perforation processing In addition to the above-described cutting processing, the cellulose airgel may be subjected to through perforation processing. The through drilling process is to provide a hole that passes through the center of a surface such as a substantially cube and penetrates to the center of the opposing surface. This hole makes it easier for water to penetrate into the cellulose airgel. FIG. 3 (a) shows a cellulose airgel that has been perforated. In FIG. 3A, reference numeral 40 denotes a through hole.
穿孔には公知の材料を用いてよいが、例えば、直径が0.3〜1mmの針を用いることが好ましい。さらに、貫通穿孔加工は、略立方体等の6面に対して施してもよい。 For the perforation, a known material may be used. For example, it is preferable to use a needle having a diameter of 0.3 to 1 mm. Further, the through drilling process may be performed on six surfaces such as a substantially cube.
3)非貫通穿孔加工
セルロースエアロゲルには、前記切込加工に加えて、非貫通穿孔加工を施してもよい。非貫通穿孔加工とは、略立方体等の面から対向する面へ向けて、貫通しない孔を設けることである。図3(b)は貫通穿孔加工されたセルロースエアロゲルを示す。図3(b)中、42が非貫通孔である。非貫通孔42の深さ方向と、非貫通孔42が設けられる面とのなす最小角度は75〜90°が好ましい。
3) Non-penetrating perforation process In addition to the above-described cutting process, the cellulose airgel may be subjected to non-penetrating perforation process. The non-penetrating drilling process is to provide a hole that does not penetrate from a surface such as a substantially cubic body to a facing surface. FIG. 3 (b) shows a cellulose airgel that has been perforated. In FIG. 3B, reference numeral 42 denotes a non-through hole. The minimum angle formed by the depth direction of the non-through hole 42 and the surface where the non-through hole 42 is provided is preferably 75 to 90 °.
孔の深さは対向する面間の距離Mの10〜70%が好ましい。貫通しない孔の数は、2〜20個程度が好ましい。非貫通穿孔加工は、例えば、直径が0.3〜1mmの針を用いて行なうことが好ましい。さらに、非貫通穿孔加工は、略立方体等の6面に対して施してもよい。 The depth of the hole is preferably 10 to 70% of the distance M between the facing surfaces. The number of holes not penetrating is preferably about 2 to 20. The non-through drilling process is preferably performed using, for example, a needle having a diameter of 0.3 to 1 mm. Further, the non-penetrating drilling process may be performed on six surfaces such as a substantially cube.
4)深切込加工
セルロースエアロゲルには、前記切込加工に加えて、深切込加工を施してもよい。深切込加工とは、略立方体等の対向する2面に、0.5M〜0.7M(ただしMは、前記対向する面間の距離)の深さの深切込を、双方の深切込がセルロースエアロゲル中で結合しないように1つずつ設けることである。この深切込により、水がセルロースエアロゲル中により浸透しやすくなる。図3(c)は深切込加工されたセルロースエアロゲルを示す。図3(c)中、44が深切込である。この場合、深切込と深切込を設ける面とのなす最小角度は75〜90°が好ましく、85〜90°がより好ましい。また、深切込を設けるz軸上の位置は、図3(c)のz軸方向の辺(s3)の長さをZとした場合、0.25Z〜0.33Zが好ましい。
4) Deep cutting process In addition to the said cutting process, you may give a deep cutting process to a cellulose airgel. Deep cutting is a deep cutting with a depth of 0.5M to 0.7M (where M is the distance between the opposing surfaces) on two opposing faces such as a substantially cube, where both deep cuttings are cellulose. It is to provide one by one so as not to bond in the airgel. This deep cutting makes it easier for water to penetrate into the cellulose airgel. FIG. 3C shows a cellulose airgel that has been deep-cut. In FIG. 3C, 44 is a deep cut. In this case, the minimum angle formed by the deep cut and the surface on which the deep cut is provided is preferably 75 to 90 °, and more preferably 85 to 90 °. Further, the position on the z-axis at which the deep cut is provided is preferably 0.25Z to 0.33Z, where Z is the length of the side (s3) in the z-axis direction in FIG.
深切込の幅(図3(c)におけるy軸方向の長さ)が過度に長いと、セルロースエアロゲルの強度が低下することがあるので、切込の幅は当該切込を設ける面の短辺と長辺の平均長さLの50〜70%が好ましい。深切込を設ける手段は、切込加工で述べたとおりである。 If the width of the deep cut (the length in the y-axis direction in FIG. 3 (c)) is excessively long, the strength of the cellulose airgel may be reduced, so the width of the cut is the short side of the surface on which the cut is provided. And 50 to 70% of the average length L of the long side is preferable. The means for providing the deep cutting is as described in the cutting process.
5)加工の組合せ
前記1)〜4)で説明した加工は、任意に組合せてよい。特に、1)〜3)の加工を略立方体等の6面に対して施し、4)の加工を対向する2面に対して施すと、極めて復元性に優れたセルロースエアロゲルが得られるので好ましい。この加工を特に「S加工」ということがある。
5) Combination of processing The processing described in the above 1) to 4) may be arbitrarily combined. In particular, it is preferable to apply the processes 1) to 3) to 6 surfaces such as a substantially cubic body and the 4) process to 2 surfaces facing each other, because a cellulose airgel having extremely excellent restoration properties can be obtained. This processing is sometimes referred to as “S processing”.
6)セルロースエアロゲルに加工を施すことの意義
本発明では、セルロースエアロゲル、すなわち乾燥状態のゲルに対して加工を行なうことが好ましい。セルロースハイドロゲルに対して加工を行ない、これを乾燥すると、乾燥時に加工部近傍のセルロース繊維が過度に密着してしまう。密着したセルロース繊維は、吸水時には容易にほぐれないので、加工による吸水速度を向上効果が相殺されてしまい、満足の行く復元性が得られにくい。しかし、乾燥後のセルロースゲルに対して加工を行なうと、加工部近傍のセルロース繊維の過度な密着が生じないので優れた復元性を達成できる。
6) Significance of processing cellulose aerogel In the present invention, it is preferable to process a cellulose aerogel, that is, a gel in a dry state. When the cellulose hydrogel is processed and dried, the cellulose fibers in the vicinity of the processed part are excessively adhered during drying. Adherent cellulose fibers are not easily loosened at the time of water absorption, so that the effect of improving the water absorption rate by processing is offset and it is difficult to obtain satisfactory restoration. However, when the cellulose gel after drying is processed, the cellulose fibers in the vicinity of the processed portion do not excessively adhere to each other, so that excellent resilience can be achieved.
4.復元ハイドロゲル
(1)調製方法(復元方法)
本発明で得たセルロースハイドロゲルから調製されたセルロースエアロゲル(以下「本発明で得たセルロースエアロゲル」ともいう)は、吸水させることにより復元ハイドロゲルとすることができる。この時の温度は0〜100℃が好ましい。吸水は、前記温度の水または水溶液に本発明のセルロースハイドロゲルを浸漬することで行なえる。水溶液としては、糖水溶液、無機イオン(ミネラル成分)を含む水溶液、炭酸水、だし汁等が挙げられる。従来のセルロースエアロゲルでは、速やかに復元ハイドロゲルとするためには、熱水に浸漬する必要があったが、本発明で得たセルロースエアロゲルは、冷水(好ましくは4〜30℃、より好ましくは10〜30℃)でも容易に復元できる。
4). Restoration hydrogel (1) Preparation method (restoration method)
The cellulose aerogel prepared from the cellulose hydrogel obtained in the present invention (hereinafter also referred to as “cellulose aerogel obtained in the present invention”) can be made into a restored hydrogel by absorbing water. The temperature at this time is preferably 0 to 100 ° C. Water absorption can be performed by immersing the cellulose hydrogel of the present invention in water or an aqueous solution at the above temperature. Examples of the aqueous solution include an aqueous sugar solution, an aqueous solution containing inorganic ions (mineral components), carbonated water, and broth. In the conventional cellulose aerogel, it was necessary to immerse in hot water in order to quickly restore the hydrogel, but the cellulose aerogel obtained in the present invention is cold water (preferably 4 to 30 ° C., more preferably 10 ˜30 ° C.).
浸漬する時間は、1分〜24時間で選択できるが、本発明で得たセルロースエアロゲルは、特に3分程度の浸漬においても高い復元率を達成できる。 Although the time to immerse can be selected in 1 minute-24 hours, the cellulose airgel obtained by this invention can achieve a high restoration rate especially also in about 3 minutes of immersion.
(2)復元性
復元性は、復元性は復元セルロースハイドロゲルの形状および性状が、元のセルロースハイドロゲルにどの程度近いかを表す指標である。復元性は、復元率を用いて評価できる。復元率は、復元セルロースハイドロゲルの質量/セルロースエアロゲルの質量で定義される。本発明で得たセルロースエアロゲルは、3分間水に浸漬した時点での復元率(「3分復元率」ともいう)が60%以上であることが好ましい。
(2) Restorability Restorability is an index representing how close the shape and properties of the restored cellulose hydrogel are to the original cellulose hydrogel. Restorability can be evaluated using the restoration rate. The restoration rate is defined by the mass of the restored cellulose hydrogel / the mass of the cellulose airgel. The cellulose airgel obtained in the present invention preferably has a recovery rate (also referred to as “3-minute recovery rate”) of 60% or more when immersed in water for 3 minutes.
また、復元性は復元セルロースハイドロゲルの白残りを目視で観察することによっても評価できる。「白残り」とは水が浸透しないため白く見える部分である。 The restorability can also be evaluated by visually observing the white residue of the restored cellulose hydrogel. The “white residue” is a portion that appears white because water does not penetrate.
[実施例1]
(1)セルロースハイドロゲルおよびセルロースエアロゲルの調製
セルロース産生菌として、酢酸菌(菌株ATCC23769)を準備した。液体培地用に、コーンスティープリカー(シグマーアルドリッチ社製、商品名 Corn Steep Liquor)10mL、果糖20g、(NH4)2SO4 1,65g、KH2PO4 0.5g、MgSO4・7H2O 125.0mg、ビタミンミクスチャー5.0mL、ソルトミクスチャー5.0mLを準備した。
[Example 1]
(1) Preparation of cellulose hydrogel and cellulose airgel Acetic acid bacteria (strain ATCC 23769) were prepared as cellulose-producing bacteria. For liquid medium, corn steep liquor (manufactured by Sigma Aldrich, trade name Corn Step Liquid) 10 mL, fructose 20 g, (NH 4 ) 2 SO 4 1,65 g, KH 2 PO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 125.0 mg, vitamin mixture 5.0 mL, and salt mixture 5.0 mL were prepared.
ビタミンミクスチャーは、イノシトール 2.0mg/L、D−Chiroニコチン酸 0.4mg/L、ピリドキシン塩酸塩 0.4mg/L、チアミン塩酸塩 0.4mg/L、 パントテン酸カルシウム 0.2mg/L、リボフラビン 0.2mg/L、p−アミノ安息香酸 0.2mg/L、 葉酸 0.002mg/L、ビオチン 0.002mg/Lの混合溶液であり、各試薬は和光純薬株式会社製であった。 The vitamin mixture is inositol 2.0 mg / L, D-Chiro nicotinic acid 0.4 mg / L, pyridoxine hydrochloride 0.4 mg / L, thiamine hydrochloride 0.4 mg / L, calcium pantothenate 0.2 mg / L, riboflavin It was a mixed solution of 0.2 mg / L, p-aminobenzoic acid 0.2 mg / L, folic acid 0.002 mg / L, biotin 0.002 mg / L, and each reagent was manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
ソルトミクスチャーは、CaCl2・2H2O 14.7mg/L、FeSO4・7H2O 3.6mg/L、Na2MoO4・2H2O 2.42mg/L、ZnSO4・7H2O 1.73mg/L、MnSO4・5H2O 1.39mg/L、CuSO4・5H2O 0.05mg/Lの混合液であり、各試薬は和光純薬株式会社製であった。 The salt mixture was CaCl 2 · 2H 2 O 14.7 mg / L, FeSO 4 · 7H 2 O 3.6 mg / L, Na 2 MoO 4 · 2H 2 O 2.42 mg / L, ZnSO 4 · 7H 2 O 1. It was a mixed solution of 73 mg / L, MnSO 4 · 5H 2 O 1.39 mg / L, CuSO 4 · 5H 2 O 0.05 mg / L, and each reagent was manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
ビタミンミクスチャー以外の成分を蒸留水に溶解し500mLの水溶液を調製した。当該水溶液にNaOHを添加してpHを5に調整し、オートクレーブ滅菌(121℃で20分)処理を行なった。続いて、当該水溶液を室温まで冷却した後に、ろ過滅菌(フィルターとしてSartorius stedim Biotech社製、商品名 Minisart RC15、孔径0.20μmを使用)処理したビタミンミクスチャーを加えた。 Ingredients other than the vitamin mixture were dissolved in distilled water to prepare a 500 mL aqueous solution. NaOH was added to the aqueous solution to adjust the pH to 5, followed by autoclave sterilization (at 121 ° C. for 20 minutes). Subsequently, the aqueous solution was cooled to room temperature, and then a vitamin mixture treated by filtration sterilization (manufactured by Sartorius steady Biotech, trade name Minisart RC15, pore size 0.20 μm was used as a filter) was added.
15mLファルコンチューブにて培養を行なった。培養温度は、5日ごとに18℃と29℃に切り替えながら、合計で30日間実施した。これにより1cmの厚さのゲルを得た。 Culturing was performed in a 15 mL falcon tube. The culture temperature was changed to 18 ° C. and 29 ° C. every 5 days for a total of 30 days. This gave a 1 cm thick gel.
ゲルを水に浸漬し、105℃で20分間オートクレーブで処理した。次いで、水の代わりに0.1NのNaOHを用いて105℃で20分の条件でオートクレーブ処理を10回行なった。さらに水を用いて、105℃で20分の条件でオートクレーブ処理を行ない、十分洗浄してアルカリを除去した。 The gel was immersed in water and treated with an autoclave at 105 ° C. for 20 minutes. Next, autoclave treatment was performed 10 times at 105 ° C. for 20 minutes using 0.1 N NaOH instead of water. Further, using water, autoclaving was performed at 105 ° C. for 20 minutes, and washing was sufficiently performed to remove alkali.
10mLビーカーに、得られたセルロースハイドロゲルを、培養時の気相面が下に、層が水平になるように入れた。当該ビーカーに、ゲルの半分が水に浸かるように蒸留水を入れ、このまま48時間凍結乾燥(東京理科器械株式会社製、FDU−1200使用、−40〜50℃、15〜25Pa)を行なった。 The obtained cellulose hydrogel was put into a 10 mL beaker so that the gas phase at the time of culture was below and the layer was horizontal. Distilled water was put into the beaker so that half of the gel was immersed in water, and freeze-drying was performed for 48 hours (Fukuoka, manufactured by Tokyo Science Instruments Co., Ltd., −40 to 50 ° C., 15 to 25 Pa).
こうして得られたゲルは、29℃培養で産生された透明な層(第1ハイドロゲル層)3層と、18℃培養で産生された白濁した層(第2ハイドロゲル層)3層との計6層からなる多層構造を有していた。 The gel thus obtained was a total of three transparent layers (first hydrogel layer) produced by 29 ° C. culture and three cloudy layers (second hydrogel layer) produced by 18 ° C. culture. It had a multilayer structure consisting of 6 layers.
このようにして得たセルロースハイドロゲルを、室温で、水に一晩浸漬した。浸漬後のセルロースハイドロゲルを凍結乾燥機48時間凍結乾燥し、セルロースエアロゲルを得た。セルロースエアロゲルの第1ハイドロゲル層および第2ハイドロゲル層表面を、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製JSM−5200)で観察した(図4)。電子顕微鏡像からポア径を観察した。具体的には図4において矢印で示す部分をポア径と認定し、複数のポアについてポア径を測定した。第1ハイドロゲル層および第2ハイドロゲル層の平均ポア径は、それぞれ1.0μmおよび0.90μmであった。さらに、カミソリ(貝印カミソリ株式会社製、長柄ゴールドアルファ)を用いてセルロースエアロゲルを積層面に垂直な面で切断した。当該破断面を走査型電子顕微鏡で観察した(図5)。電子顕微鏡像から平均繊維束間距離を測定した。具体的には図5において矢印で示す部分を層間距離と認定し、複数の層間距離を測定した。第1ハイドロゲル層および第2ハイドロゲル層の平均繊維束間距離は、それぞれ3.78μmおよび1.15μmであった。 The cellulose hydrogel thus obtained was immersed in water overnight at room temperature. The soaked cellulose hydrogel was freeze-dried for 48 hours to obtain a cellulose airgel. The surfaces of the first hydrogel layer and the second hydrogel layer of the cellulose airgel were observed with a scanning electron microscope (JSM-5200, manufactured by JEOL Ltd.) (FIG. 4). The pore diameter was observed from an electron microscope image. Specifically, the portion indicated by the arrow in FIG. 4 was recognized as the pore diameter, and the pore diameter was measured for a plurality of pores. The average pore diameters of the first hydrogel layer and the second hydrogel layer were 1.0 μm and 0.90 μm, respectively. Furthermore, the cellulose airgel was cut | disconnected in the surface perpendicular | vertical to the lamination | stacking surface using the razor (Kaishin razor Co., Ltd. product, long pattern gold alpha). The fracture surface was observed with a scanning electron microscope (FIG. 5). The average distance between fiber bundles was measured from an electron microscope image. Specifically, a portion indicated by an arrow in FIG. 5 was recognized as an interlayer distance, and a plurality of interlayer distances were measured. The average fiber bundle distances of the first hydrogel layer and the second hydrogel layer were 3.78 μm and 1.15 μm, respectively.
また、前述のとおり各層についてRを求めた。R1およびR2の値はそれぞれ0.28%、0.90%であった。 Moreover, R was calculated | required about each layer as above-mentioned. The values of R1 and R2 were 0.28% and 0.90%, respectively.
(2)セルロースエアロゲルの復元
前記(1)で調製したセルロースエアロゲルを、カミソリを用いて切断し、一辺が約1cmの立方体状とした。この際、積層面が底面と平行となるようにした。この様にして得たセルロースエアロゲルを25℃の水に全浸漬して、3分後の復元率を測定した。復元率は前述のとおり、復元セルロースハイドロゲルの質量/セルロースエアロゲルの質量から求めた。質量は化学天秤(カルツァイス社製)を用いて測定した。その結果、復元率(3分時復元率)は、0.35であった。
(2) Restoration of cellulose airgel The cellulose airgel prepared in the above (1) was cut with a razor to form a cube having a side of about 1 cm. At this time, the laminated surface was made parallel to the bottom surface. The cellulose airgel thus obtained was fully immersed in water at 25 ° C., and the restoration rate after 3 minutes was measured. As described above, the restoration rate was obtained from the mass of the restored cellulose hydrogel / the mass of the cellulose airgel. The mass was measured using a chemical balance (Cal Zeiss). As a result, the recovery rate (recovery rate at 3 minutes) was 0.35.
(3)加工セルロースエアロゲルの復元
前記(1)で得た立方体のセルロースエアロゲルの6面の表面に、カミソリ(貝印カミソリ株式会社製、長柄ゴールドアルファ)を用いて前述のクロスカット加工を施した。切込深さは0.5〜1mmとし、切込の数は、1面あたり100本(切込1が50本、切込2が50本)とした。切込1および切込2の深さ方向と、当該切込が設けられた面とのなす最小角度は約90°であった。
(3) Restoration of processed cellulose aerogel The above-mentioned cross-cut processing was applied to the surface of the six surfaces of the cubic cellulose aerogel obtained in (1) above using a razor (manufactured by Kaiken Razor Co., Ltd., long pattern gold alpha). The depth of cut was 0.5 to 1 mm, and the number of cuts was 100 per side (50 cuts 1 and 50 cuts 2). The minimum angle formed by the depth direction of the cuts 1 and 2 and the surface provided with the cuts was about 90 °.
次に、当該セルロースエアロゲルの6面に、裁縫用針(直径0.71mm)を用いて前述の貫通穿孔加工を施し、さらに、裁縫用針(直径0.53mm)を用いて前述の非貫通穿孔加工を施した。非貫通孔の数は1面あたり20個とし、深さは1〜5mmとした。非貫通孔の深さ方向と、当該孔が設けられた面とのなす最小角度は約90°であった。 Next, the 6th surface of the cellulose airgel is subjected to the above-described through-piercing process using a sewing needle (diameter 0.71 mm), and further, the above-described non-through-hole drilling is performed using a sewing needle (diameter 0.53 mm). Processed. The number of non-through holes was 20 per surface, and the depth was 1 to 5 mm. The minimum angle formed by the depth direction of the non-through hole and the surface provided with the hole was about 90 °.
さらに図3(c)に示すように、当該セルロースエアロゲルの側面の対向する2面にメス(アズワン株式会社製、ディスポメスNo.10)を用いて深さ8mm、長さ14mmの深切込を1本ずつ、当該面に垂直に設けた。深切込の主面と、当該主面に平行なセルロースエアロゲル面との最短距離は、0.3mmであった。 Further, as shown in FIG. 3 (c), one deep cut having a depth of 8 mm and a length of 14 mm is made by using a scalpel (Dispomes No. 10 manufactured by ASONE CORPORATION) on two opposing surfaces of the cellulose airgel. Each was provided perpendicular to the surface. The shortest distance between the deep-cut main surface and the cellulose airgel surface parallel to the main surface was 0.3 mm.
このように加工したセルロースエアロゲルを、25℃の水に全浸漬して、3分後の復元率を測定した。その結果、復元率(3分時復元率)は、0.7であった。さらに、60分後の復元率(60分時復元率)を測定したところ、8.0であった。 The cellulose airgel processed in this manner was fully immersed in water at 25 ° C., and the restoration rate after 3 minutes was measured. As a result, the recovery rate (restoration rate at 3 minutes) was 0.7. Furthermore, when the restoration rate after 60 minutes (the restoration rate at 60 minutes) was measured, it was 8.0.
[比較例1]
培養条件を28℃で20日間の単一条件とした以外は実施例1の(1)と同様にして、セルロースハイドロゲルを調製した。得られたセルロースハイドロゲルは、白濁した部分と透明の部分が2層に積層されたゲルであった。空気中に晒されていた培地で産生された部分が第2ハイドロゲル層に相当し、培養液中に存在した培地で産生された部分が第1ハイドロゲル層に相当した。各層を、実施例1と同様にして評価した。第2ハイドロゲル層における平均ポア径は0.2μmであり(図6b)、平均繊維束間距離は5μmであった(図7b)。第1ハイドロゲル層における平均ポア径は1μmであり(図6a)、平均繊維束間距離は8μmであった(図7a)。また、R1およびR2の値はそれぞれ0.29%、0.52%であった。
[Comparative Example 1]
A cellulose hydrogel was prepared in the same manner as (1) of Example 1 except that the culture condition was a single condition for 20 days at 28 ° C. The obtained cellulose hydrogel was a gel in which a cloudy part and a transparent part were laminated in two layers. The part produced by the medium exposed to the air corresponded to the second hydrogel layer, and the part produced by the medium present in the culture medium corresponded to the first hydrogel layer. Each layer was evaluated in the same manner as in Example 1. The average pore diameter in the second hydrogel layer was 0.2 μm (FIG. 6 b), and the average inter-fiber bundle distance was 5 μm (FIG. 7 b). The average pore diameter in the first hydrogel layer was 1 μm (FIG. 6 a), and the average interfiber bundle distance was 8 μm (FIG. 7 a). The values of R1 and R2 were 0.29% and 0.52%, respectively.
このようにして得たセルロースハイドロゲルを実施例1と同様にして乾燥し、セルロースエアロゲルを得た。得られたセルロースエアロゲルについて、加工をせずに実施例1の(2)と同様にして復元率を評価した。その結果、3分時復元率は0.28であった。 The cellulose hydrogel thus obtained was dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cellulose airgel. About the obtained cellulose airgel, the restoration rate was evaluated like (2) of Example 1 without processing. As a result, the 3-minute recovery rate was 0.28.
また、得られたセルロースエアロゲルについて、実施例1の(3)と同様にして加工をした後に復元率を評価したところ、3分時復元率は0.55であった。 Moreover, about the obtained cellulose airgel, when the restoration rate was evaluated after processing like (3) of Example 1, the 3-minute restoration rate was 0.55.
[比較例2]
縦、横の1辺が1.4cm、高さが1.8cmの直方体セルロースハイドロゲル(ミニストップ株式会社製「ハロハロ」に含まれるナタデココ)を準備した。当該ナタデココから不純物を除去し、十分な水洗を行なった後、100℃の熱水で10回洗浄した。実施例1と同様にして当該ナタデココを乾燥し、セルロースエアロゲルを得た。
[Comparative Example 2]
A rectangular parallelepiped cellulose hydrogel (Natadecoko included in “Halohalo” manufactured by Ministop Co., Ltd.) having a vertical and horizontal side of 1.4 cm and a height of 1.8 cm was prepared. Impurities were removed from the Nata de Coco, and after sufficient washing with water, it was washed 10 times with hot water at 100 ° C. The nata de coco was dried in the same manner as in Example 1 to obtain a cellulose airgel.
当該セルロースエアロゲルは、2層の第1エアロゲル層と3層の第2エアロゲル層から形成されており、各層の厚みは約第1エアロゲルが3.1mm、第2エアロゲル層が3.6mmであった。第2ハイドロゲル層における平均ポア径は0.2μmであり(図8b)、平均繊維束間距離は3.5μmであった(図9b)。第1ハイドロゲル層における平均ポア径は0.4μmであり(図8a)、平均繊維束間距離は4μmであった(図9a)。また、R1およびR2の値はそれぞれ0.45%、1.0%であった。 The cellulose airgel is formed of two first airgel layers and three second airgel layers. Each layer has a thickness of about 3.1 mm for the first airgel and 3.6 mm for the second airgel layer. . The average pore diameter in the second hydrogel layer was 0.2 μm (FIG. 8 b), and the average inter-fiber bundle distance was 3.5 μm (FIG. 9 b). The average pore diameter in the first hydrogel layer was 0.4 μm (FIG. 8 a), and the average fiber bundle distance was 4 μm (FIG. 9 a). The values of R1 and R2 were 0.45% and 1.0%, respectively.
当該セルロースハイドロゲルを実施例1と同様に乾燥し、さらに加工して、セルロースエアロゲルを得た。得られたセルロースエアロゲルについて、実施例1の(2)と同様にして復元率を評価した。その結果、3分時復元率は0.68であった。さらに60分復元率を測定したところ7.0であった。 The cellulose hydrogel was dried in the same manner as in Example 1 and further processed to obtain a cellulose airgel. About the obtained cellulose airgel, the restoration rate was evaluated like (2) of Example 1. As a result, the 3-minute recovery rate was 0.68. Further, the 60-minute restoration rate was measured and found to be 7.0.
[実施例2]
(1)セルロースハイドロゲルおよびセルロースエアロゲルの調製
培養条件を、18℃で10日間、次いで29℃で10日間、続いて18℃で10日間とした以外は、実施例1の(1)と同様にして3層セルロースハイドロゲルを得た。R1およびR2の値はそれぞれ0.28%、0.90%であった。
[Example 2]
(1) Preparation of Cellulose Hydrogel and Cellulose Airgel The culture conditions were the same as in (1) of Example 1 except that the culture conditions were 18 ° C for 10 days, then 29 ° C for 10 days, and then 18 ° C for 10 days. To obtain a three-layer cellulose hydrogel. The values of R1 and R2 were 0.28% and 0.90%, respectively.
(2)膨張率
当該セルロースエアロゲルを、プレス機(アズワン株式会社製、1トンハイプレッシャージャッキ)に、積層面とプレス板が平行になるように配置し、7MPaの圧力で、30秒間、室温にてプレスした。プレス後のセルロースエアロゲルを、25℃の水に全浸漬して、厚み(t1)の経時変化を求めた。t1と、プレス後のセルロースエアロゲルの厚みt0との比から、膨張率(t1/t0)を測定した。
(2) Expansion rate The cellulose airgel is placed in a press machine (manufactured by ASONE Co., Ltd., 1 ton high pressure jack) so that the laminated surface and the press plate are parallel to each other at room temperature for 30 seconds at a pressure of 7 MPa. And pressed. The cellulose airgel after pressing was fully immersed in water at 25 ° C., and the change with time in thickness (t 1 ) was determined. The expansion rate (t 1 / t 0 ) was measured from the ratio between t 1 and the thickness t 0 of the cellulose airgel after pressing.
[実施例3]
培養条件を、29℃で10日間、次いで18℃で10日間、続いて29℃で10日間とした以外は、実施例1の(1)、(3)と同様にして加工された3層セルロースハイドロゲルを得た。R1およびR2の値はそれぞれ0.40%、0.90%であった。当該加工セルロースエアロゲルについて、実施例2と同様にして膨張率を評価した。
[Example 3]
Three-layer cellulose processed in the same manner as (1) and (3) of Example 1 except that the culture conditions were 29 ° C. for 10 days, then 18 ° C. for 10 days, and then 29 ° C. for 10 days. A hydrogel was obtained. The values of R1 and R2 were 0.40% and 0.90%, respectively. With respect to the processed cellulose airgel, the expansion coefficient was evaluated in the same manner as in Example 2.
[比較例3]
培養条件を29℃で30日間の単一条件とした以外は実施例1の(1)と同様にして、セルロースハイドロゲルを調製した。当該セルロースハイドロゲルからセルロースエアロゲルを調製し、実施例2の(2)と同様にして膨張率を評価した。
[Comparative Example 3]
A cellulose hydrogel was prepared in the same manner as (1) of Example 1 except that the culture condition was a single condition at 29 ° C. for 30 days. Cellulose airgel was prepared from the cellulose hydrogel, and the expansion rate was evaluated in the same manner as in Example 2 (2).
[比較例4]
培養条件を18℃で30日間の単一条件とした以外は実施例1の(1)と同様にして、セルロースハイドロゲルを調製した。当該セルロースハイドロゲルからセルロースエアロゲルを調製し、実施例2の(2)と同様にして膨張率を評価した。
[Comparative Example 4]
A cellulose hydrogel was prepared in the same manner as (1) of Example 1 except that the culture condition was a single condition for 30 days at 18 ° C. Cellulose airgel was prepared from the cellulose hydrogel, and the expansion rate was evaluated in the same manner as in Example 2 (2).
実施例2〜3および比較例3〜4の結果を図10に示す。本発明のセルロースエアロゲルは、復元率を適度に低減できることが明らかである。このように復元率が適度に低減できるセルロースエアロゲルは、急な膨張を抑制できるため手術用の液体吸収材量等、医療用材料として有用である。 The results of Examples 2-3 and Comparative Examples 3-4 are shown in FIG. It is clear that the cellulose airgel of the present invention can moderately reduce the restoration rate. Thus, the cellulose airgel which can reduce a restoration | restoration rate moderately is useful as medical materials, such as the amount of liquid absorbers for surgery, since it can suppress rapid expansion | swelling.
10 第1ハイドロゲル層
20 第2ハイドロゲル層
30 切込1
s1 切込1に平行な辺1
32 切込2
s2 切込2に平行な辺2
40 貫通孔
42 非貫通孔
44 深切込
s3 辺
10 1st hydrogel layer 20 2nd hydrogel layer 30 Notch 1
s1 Side 1 parallel to notch 1
32 depth of cut 2
s2 Side 2 parallel to notch 2
40 through hole 42 non-through hole 44 deep cut s3 side
Claims (4)
(B)セルロース産生菌を、10℃以上23℃未満で培養して前記第1ハイドロゲル層よりも繊維密度の高い第2ハイドロゲル層を形成する工程、
を交互に実施することを含む、前記第1ハイドロゲル層および第2ハイドロゲル層が交互に3層以上積層された多層ハイドロゲルの製造方法。 (A) a step of culturing a cellulose-producing bacterium at 23 to 40 ° C. to form a first hydrogel layer having a low fiber density, and (B) culturing the cellulose-producing bacterium at 10 ° C. or more and less than 23 ° C. Forming a second hydrogel layer having a higher fiber density than the first hydrogel layer;
A method for producing a multilayer hydrogel in which three or more layers of the first hydrogel layer and the second hydrogel layer are alternately laminated.
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