Чувствительный к стимулам материал и медицинский материал, содержащий его

Чувствительный к стимулам материал и медицинский материал, содержащий его

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Техническая область изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к чувствительному к стимулам материалу и к медицинскому материалу, содержащему его, чувствительный к стимулам материал, в частности, содержит чувствительный к стимулам полимер, волокна и воду.

Уровень техники изобретения

[0002] В целом известен чувствительный к стимулам полимер, у которого меняется объем или состояние (он набухает или сжимается) в ответ на стимул, такой как внешнее тепло, свет, электрический ток, электрическое поле и pH, и который можно применять в функциональных материалах в различных областях. Например, предложено применение в носителях лекарственных средств или противоспаечных материалах, медицинских материалах для систем доставки лекарственных средств, косметике, полимерных исполнительных механизмах для приведения в движение двигающихся частей роботов, химических клапанах, разделителях материалов и оптических элементах. В частности, медицинские материалы рассматривают в силу многообещающего использования таких материалов.

[0003] Соседние органы или совокупности органов образуют спайки друг с другом, когда заживает рана, такая как воспаление, повреждение, ссадина и операционная рана. Например, спайкообразование возникает после различных хирургических вмешательств, сопровождаемых удалением пораженных частей и восстановлением поврежденных частей. Листовой противоспаечный материал, такой как «SEPRAFILM» (производства Genzyme Biosurgery) и «INTERSEED» (производства Johnson & Johnson Company), известен как барьер спайкообразования, который работает для того, чтобы предотвращать такое спайкообразование, пока в организме заживает рана.

[0004] Однако сложно такой противоспаечный материал использовать для органов, имеющих трехмерную форму, такую как цилиндрическая форма, или для медицинского оборудования, которое имеет сложную геометрическую форму и установлено в организме. Кроме того, описанный выше «SEPRAFILM» или тому подобное может обладать плохими технологическими свойствами, когда становится влажным. Кроме того, очень сложно использовать такой листовой противоспаечный материал в хирургических операциях с использованием эндоскопа или лапароскопа, распространяющихся в последнее время.

[0005] Для того чтобы повысить удобство применения, в последнее время привлекают чувствительные к стимулам материалы, которые поставляют в жидком состоянии (или твердом состоянии) и которые создают эффект, такой как защита, разделение, армирование и амортизация, в твердом состоянии (или жидком состоянии), вызванном посредством стимула, такого как изменение температуры. В патентном документе 1 раскрыто прикладное исследование материала раневой повязки, хирургического противоспаечного материала и адгезива с использованием материала, выполненного из чувствительного к температуре полимера, который подают в виде жидкости, которая является текучей при комнатной температуре, в организм, где он затвердевает при температуре организма и проявляет барьерные свойства после контакта с пораженными частями при операции с использованием эндоскопа или лапароскопа.

[0006] Чувствительный к температуре полимер представляет собой один из таких привлекательных, чувствительных к стимулам полимеров. Чувствительный к температуре полимер в целом включает два типа, из которых гидратированный полимер дегидратируют для того, чтобы изменять объем, структуру или характеристики выше нижней критической температуры растворения (можно сокращать как LCST), и из которых полимер гидратируют для того, чтобы изменять объем, структуру или характеристики ниже верхней критической температуры растворения (можно сокращать как UCST). Последний тип чувствительного к температуре полимера, имеющий UCST, может представлять собой сополимер N-ацетилакриламида и акриламида, раскрытый в патентном документе 2. Первый тип чувствительного к температуре полимера, имеющий LCST, может представлять собой гомополимер или сополимер N-изопропилакриламида (NIPAM), раскрытый в патентном документе 3, или может представлять собой полоксамер. В частности, их привлекают к исследованию полимерного соединения на основе поли(N-изопропилакриламида) (PNIPAM), которое раскрыто в патентном документе 4. Такое соединение изменяет объем в виде набухания-сжимания для того, чтобы формировать твердый гель около 32°C, близко к температуре организма, и, следовательно, ожидается его применение в медицинском материале или тому подобное.

[0007] Несмотря на то что такой чувствительный к стимулам полимер обладает удобством применения, он в целом имеет слишком низкую эластичность и слишком низкую прочность, чтобы отвечать механическим характеристикам, необходимым для использования в твердом (гелеобразном) состоянии. Например, он может иметь барьерные характеристики, недостаточные для противоспаечных материалов. Кроме того, хорошо известно, что трансплантированный искусственный материал, который отличается по механическим характеристикам от внутренних органов, может вызывать биологическую реакцию в соответствии с различиями в механических характеристиках. Соответственно, необходим материал, который имеет превосходные механические характеристики, как у внутренних органов. Если чувствительный к стимулам полимер используют для создания исполнительного механизма, он должен иметь механическую прочность, позволяющую в достаточной мере выносить сопротивление, прикладываемое к исполнительному механизму.

[0008] Соответственно, изучают различные новые полимеры с усовершенствованными механическими характеристиками. Например, в патентном документе 5 раскрыт чувствительный к температуре желатинирующий поли(этиленгликоль-блок-(DL-молочная кислота-статистический-гликолевая кислота)-блок-этиленгликоль);(PEG-PLGA-PEG) триблок-сополимер и (PLGA-PEG-PLGA) триблок-сополимер. Кроме того, в патентном документе 6 раскрыт разветвленный блок-сополимер, состоящий из разветвленного простого полиэфира и сложного полиэфира.

[0009] Однако даже такой полимерный материал не может сделать возможным, чтобы одновременно в большой степени были достигнуты функция чувствительности к стимулам, механические характеристики и необходимые характеристики, такие как биоразлагаемость, биосовместимость и низкая токсичность, поскольку введенная функциональная группа для усовершенствования механических характеристик будет относительно снижать число групп, чувствительных к температуре.

[0010] Таким образом, удобство применения и превосходные механические характеристики никогда не были достигнуты с использованием какого-либо чувствительного к стимулам материала.

Документы известного уровня техники

Патентные документы

[0011]

Патентный документ 1: JP 2003-252936-A

Патентный документ 2: JP 2000-86729-A

Патентный документ 3: JP 11-228850-A

Патентный документ 4: JP 2004-307523-A

Патентный документ 5: JP 2012-12606-A

Патентный документ 6: JP 2009-29967-A

Сущность изобретения

Проблемы, подлежащие решению с помощью изобретения

[0012] Для того, чтобы решить описанные выше проблемы и при этом одновременно добиться удобства применения и высоких механических характеристик, будет полезно, если будет найдена технология усовершенствования механических характеристик чувствительных к стимулам полимеров. Например, технологичность и эффективность будут значительно усовершенствованы, если добиться способности формировать прочное покрытие и удобства переноса и легкости подачи материала в место применения, когда материал используют в качестве обычного покрывающего материала, такого как краска, адгезив и герметик, или в качестве медицинского покрывающего материала, такого как материал раневой повязки и противоспаечный материал. В частности, будет полезно, если материал подают в жидком состоянии, чтобы прочно покрывать место применения, давая стимул. В частности, стандартные листовые противоспаечные материалы могут иметь проблемы в отношении адгезионной способности на сложных геометрических формах, возможности манипулирования и характеристик при подаче на пораженные части при эндоскопическом или лапароскопическом хирургическом вмешательстве. Соответственно, предполагают, что новый противоспаечный материал может решить проблемы.

[0013] Будет полезно, если настоящее изобретение предоставляет чувствительный к стимулам материал, позволяющий добиваться удобства применения и механических характеристик, а также медицинский материал, содержащий чувствительный к стимулам материал.

Средства решения проблем

[0014] Настоящее изобретение выполнено в следующем виде, чтобы достичь описанной выше цели. Чувствительный к стимулам материал в соответствии с настоящим изобретением представляет собой чувствительный к стимулам материал, который содержит чувствительный к стимулам полимер, волокна, которые имеют среднечисловой диаметр от 1 до 900 нм, и воду, где волокна содержатся диспергированными. Медицинский материал в соответствии с настоящим изобретением представляет собой медицинский материал, который содержит чувствительный к стимулам материал в соответствии с настоящим изобретением.

Эффект в соответствии с изобретением

[0015] Настоящее изобретение делает возможным предоставление чувствительного к стимулам материала, в котором одновременно достигают удобства применения и механических характеристик. Настоящее изобретение имеет другой аспект преимущества возможности усовершенствования механических характеристик различных, чувствительных к стимулам полимеров.

Варианты осуществления для осуществления изобретения

[0016] В этом описании термин «чувствительность к стимулам» означает склонность менять геометрическую форму и/или характеристики как результат реакции на стимул, такой как освещение, наложение электрического поля, температурные (тепловые) изменения, изменение pH и добавление химического соединения. Склонность может представлять собой изменение объема, такое как набухание и усадка, переход золь-гель между жидким и твердым состояниями или структурные изменения между жидким раствором и жидкой дисперсией. Главным образом, настоящее изобретение может быть благоприятным при переходе золь-гель между жидким и твердым состояниями, поскольку механические характеристики значительно меняются до и после ответа на стимул. Что касается чувствительности к стимулам, предпочтительно, чтобы различие в динамических модулях упругости, определяемых посредством способа, описанного далее, до и после ответа на стимул, была больше чем или равнялась 10 Па и предпочтительно была больше чем или равнялась 100 Па и еще более предпочтительно больше чем или равнялась 1000 Па.

[0017] Такой чувствительный к стимулам материал может иметь взаимодействие между чувствительным к стимулам полимером и волокнами, для того, чтобы усовершенствовать механические характеристики самого чувствительного к стимулам полимера, такие как прочность, вязкость и стабильность геометрической формы. Чувствительный к стимулам материал имеет чувствительность к стимулам при концентрации, доле, химической структуре, геометрической форме или тому подобном чувствительного к стимулам полимера или волокон. Чувствительный к стимулам полимер проявляет чувствительность к стимулам в подходящем состоянии, таком как концентрация. Чувствительный к стимулам полимер меняется до и после ответа на стимул в геометрической форме и/или характеристиках или тому подобном и, следовательно, может меняться в усовершенствовании механических характеристик с использованием волокон. Например, чувствительный к стимулам полимер, имеющий нижнюю критическую температуру растворения (LCST) в отношении воды, может поддерживать текучесть по причине меньшего усовершенствования механических характеристик в состоянии текучести (золь) ниже критической температуры, тогда как выше критической температуры полимер может уникально усовершенствовать механические характеристики. Также медицинский материал, такой как противоспаечный материал, в частности, который меняет геометрическую форму и/или характеристики или тому подобное до и после получения стимула, может поддерживать текучесть, когда его подают в пораженные части, при этом медицинский материал теряет текучесть после прикрепления к пораженным частям, чтобы выполнять функцию противоспаечного материала.

[0018] В чувствительном к стимулам материале в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно, чтобы динамический модуль упругости составлял меньше чем 100 Па при 25°C. Динамический модуль упругости меньше чем 100 Па может делать оборудование в форме тубы или спрея, применимым для того, чтобы подавать материал в точку использования и удалять его из точки использования. Более предпочтительно, чтобы динамический модуль упругости составлял меньше чем 50 Па. Для того, чтобы усовершенствовать эффекты, такие как покрывающий эффект и противоспаечный эффект, предпочтительно, чтобы максимальный динамический модуль упругости составлял больше чем или равнялся 100 Па при от 30 до 60°C, предпочтительно при от 30 до 45°C. Предпочтительно, чтобы максимальный динамический модуль упругости составлял больше чем или равнялся 300 Па и предпочтительно составлял больше чем или равнялся 1000 Па. Верхний предел, соответствующий этому, в целом составляет меньше чем или равен 50000 Па.

[0019] Максимальный динамический модуль упругости означает самый большой динамический модуль упругости в диапазоне измерения. Динамический модуль упругости (Gʹ) определяют с использованием динамического вязкоэластичного измерительного оборудования, к которому прикрепляют параллельные пластины с интервалами 1 мм в следующем состоянии после покидания жидкого образца в течение 5 мин: напряжение 4 дин/см²; скорость роста температуры 0,5°C/мин; угловая скорость 1 рад/с. Чувствительный к температуре полимер измеряют при от 25 до 60°C. Другие материалы до получения стимула измеряют при 25°C, а после получения стимула измеряют при от 30 до 60°C.

[0020] В качестве предпочтительного, чувствительного к стимулам полимера, образующего чувствительный к стимулам материал, может быть поли(N-замещенное акриламидное производное), такое как поли(N-изопропилакриламид), сополимер поли(N-изопропилакриламид-акриловой кислоты), сополимер поли(N-изопропилакриламид-метилметакрилата), сополимер поли(N-изопропилакриламид-акрилата натрия), сополимер поли(N-изопропилакриламид-винилферроцена) и поли(винилметиловый эфир), поли(N-замещенное метакриламидное производное), производное гиалуроновой кислоты, полученное сополимеризацией гиалуроновой кислоты с чувствительным к температуре полимером, производное полиаминокислоты, полидепсипептид, производное полиаспарагина, синтезированное из α/β- аспарагинового производного, полипропиленоксид, сополимер пропиленоксида и другого алкиленоксида, поливинилметиловый эфир, продукт частичной ацетификации поливинилового спирта, полиалкиленоксид, поли(этиленгликоль-блок-(L-молочная кислота));(PEG-PLLA) диблок-сополимер, поли(этиленгликоль-блок-(D-молочная кислота));(PEG-PDLA) диблок-сополимер, поли(этиленгликоль-блок-(DL-молочная кислота));(PEG-PDLLA) диблок-сополимер, (PEG-PLLA-PEG) триблок-сополимер, (PEG-PDLA-PEG) триблок-сополимер, (PEG-PDLLA-PEG) триблок-сополимер, поли(этиленгликоль-блок-DL-молочная кислота-статистический-гликолевая кислота-блок-этиленгликоль);(PEG-PLGA-PEG) триблок-сополимер, (PLLA-PEG-PLLA) триблок-сополимер, (PDLA-PEG-PDLA) триблок-сополимер, (PDLLA-PEG-PDLLA) триблок-сополимер, (PLGA-PEG-PLGA) триблок-сополимер, (разветвленный PEG-PLLA) блок-сополимер, состоящий из разветвленного PEG и полимолочной кислоты, (разветвленный PEG-PDLA) блок-сополимер, (разветвленный PEG-PDLLA) блок-сополимер, (разветвленный PEG-PLGA) блок-сополимер, сополимер лактида и полисахарида, сополимер простого полиэфира и сложного полиэфира или его производного, блок-сополимер простого полиэфира, сополимеризованного со сложным полиэфиром, гидроксиалкилхитозан, сополимер звена гидроксикислоты со введенным в боковую цепь простым полиэфиром и звена аспарагиновой кислоты или его производное или сшитый полимер. Алкил-замещенное производное целлюлозы, такое как метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза и гидроксиэтилметилцеллюлоза, или производное целлюлозы, полученное сополимеризацией целлюлозы с другим чувствительным к температуре полимером, можно использовать, если они имеют высокую молекулярную массу или имеют заместитель, введенный с тем, чтобы проявлять температурную чувствительность. Например, в качестве желаемого варианта осуществления, несмотря на то, что простая карбоксиметилцеллюлоза может не проявлять температурную чувствительность, производное карбоксиметилцеллюлозы или метилцеллюлозы, сополимеризованное с полиалкиленоксидом или тому подобным, вероятно, проявляет температурную чувствительность.

[0021] Чувствительный к стимулам полимер, который реагирует на добавление химического соединения, может представлять собой электролит или комбинацию ионного вещества и сильного ионного полимера. Например, сшитый полимер поливинилсульфоновой кислоты или ее производное и т.д. можно комбинировать с катионным поверхностно-активным веществом. Альтернативно, переход золь-гель можно осуществлять в ацетате целлюлозы, имеющем дисульфидную поперечную связь посредством окисления и восстановления.

[0022] Чувствительный к влажности полимер может представлять собой ацетат целлюлозы.

[0023] Фоточувствительный полимер может представлять собой полимер, содержащий соединение, такое как диазосоединение, способное осуществлять цис-транс переход на свету. Это также может быть полимер карбоксиметилцеллюлозы со введенной фоточувствительной группой, который способен желатинироваться под ультрафиолетом, или полимер карбоксиметилцеллюлозы, который способен желатинироваться под радиоактивным излучением.

[0024] pH-чувствительный полимер может представлять собой полимер на электролитной основе или полимер, который имеет основную группу. В частности, он может представлять собой сшитую полиакриловую кислоту или ее производное или соль металла, полиакриламидное производное, сшитую полиалкилсульфоновую кислоту или ее производное или соль металла, сшитую соль металла и карбоксиалкилцеллюлозы или тому подобное.

[0025] В чувствительном к стимулам материале согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения возможно, что содержится один или два типа чувствительных к стимулам полимеров. Предпочтительно использовать чувствительный к стимулам полимер, который имеет физическую поперечную связь или тому подобное, чтобы проявлять обратимость, тогда как чувствительный к стимулам полимер, способный к сшиванию с использованием химических связей, для того, чтобы проявлять необратимость, может служить причиной побочных реакций или остатков, не вступивших в реакцию.

[0026] Предпочтительно, чтобы чувствительный к стимулам полимер представлял собой чувствительный к температуре полимер, который подходит в качестве медицинских материалов. Чувствительный к температуре полимер может иметь UCST или LCST от 0 до 80°C. Предпочтительно чувствительный к стимулам полимер представляет собой чувствительный к температуре полимер, который имеет LCST с точки зрения желаемого использования чувствительного к стимулам материала. Критическая температура растворения может представлять собой пороговую температуру между различными формами и/или характеристиками, переходную температуру между гидратацией и дегидратацией или тому подобное. Чувствительный к температуре полимер, имеющий LCST, переходит в состояние золя, проявляющее текучесть ниже LCST, и при этом переходит в состояние геля, проявляющее твердость выше LCST. Предпочтительно, чтобы критическая температура растворения составляла от 0 до 80°C и предпочтительно от 20 до 70°C, с точки зрения легкого обращения при комнатной температуре. Чувствительный к температуре полимер, имеющий критическую температуру растворения от 20 до 50°C, который подходит в качестве медицинских материалов, чувствительных к температуре организма в качестве внешнего стимула, легко проявляет противоспаечный эффект. С точки зрения легкого обращения, предпочтительно, чтобы чувствительный к стимулам материал, имеющий противоспаечный эффект, был биоразлагаемым и становился жидким при комнатной температуре, при этом становясь твердым гелем в организме.

[0027] Предпочтительно критическую температуру растворения корректируют в зависимости от практического использования. Например, критическую температуру растворения можно снижать посредством сополимеризации гидрофобных полимеров или мономеров и можно повышать посредством сополимеризации гидрофильных полимеров или мономеров. Гидрофильное полимерное соединение может представлять собой полиэтиленоксид, поливиниловый спирт или поли - N-винилпирролидон. Критическую температуру чувствительного к стимулам материала предпочтительно корректируют соответствующим образом, поскольку критическая температура может отличаться от таковой чувствительного к стимулам полимера, который влияет на критическую температуру чувствительного к стимулам материала.

[0028] Для того чтобы усовершенствовать диспергируемость волокон, предпочтительно чувствительный к стимулам полимер содержит компонент, который имеет среднечисловую молекулярную массу, которая больше чем или равна 3000 и предпочтительно больше чем или равна 10000.

[0029] Для того чтобы достигать заметного изменения геометрической формы и/или характеристик до и после ответа на стимул, предпочтительно чувствительный к стимулам материал содержит 50 % масс. или меньше чувствительного к стимулам полимера. Более предпочтительно чувствительный к стимулам полимер содержится в нем на 30 % масс. или меньше и предпочтительно на 20 % масс. или меньше. Для того, чтобы усовершенствовать механические характеристики чувствительного к стимулам материала, предпочтительно чувствительный к стимулам полимер содержится в нем на 0,10 % масс. или больше. Более предпочтительно он содержится в нем на 0,50 % масс. или больше, предпочтительно 1,0 % масс. или больше.

[0030] Чувствительный к стимулам материал можно создавать из натурального волокна, такого как целлюлоза, хитин, хитозан, вискоза и ацетат, регенерированного волокна, полусинтетического волокна или синтетического волокна, такого как полиамид, сложный полиэфир и полиолефин. С точки зрения стабильности качества, однородности диаметра волокна, технологичности микроволокна, прочности и гибкости конструкции, низкой стоимости, безопасности и т.п., предпочтительно чувствительный к стимулам материал выполняют из синтетических волокон. Например, несмотря на то, что целлюлозные волокна можно разбивать для того, чтобы получать целлюлозные нановолокна, имеющие микроволоконца, такие получаемые целлюлозные нановолокна склонны к колебаниям диаметра волокна, что делает качество непостоянным. Синтетические волокна можно создавать из сложного полиэфира, полиамида, полиолефина, полифениленсульфида, фенольной смолы, полиакрилонитрила, поливинилового спирта, полисульфона, полимера на основе фтора или их производных.

[0031] Сложный полиэфир может представлять собой полиэтилентерефталат, политриметилентерефталат, полибутилентерефталат, полимолочную кислоту, полигликолевую кислоту или их сополимер. Полиамид может представлять собой нейлон 4, нейлон 6, нейлон 66, нейлон 11 или их сополимер. Полиолефин может представлять собой полиэтилен, полипропилен, полистирол или их сополимер. Возможно, что волокна содержат комбинационный агент, такой как мелкие частицы, замедлитель воспламенения и антистатическое средство.

[0032] С точки зрения хорошей диспергируемости волокна, предпочтительно чувствительный к стимулам материал выполняют из волокон, которые имеют официальную остаточную влажность 0,5 или больше согласно JIS L 1030-2 (2005). В качестве предпочтительных примеров, нейлон имеет официальную остаточную влажность 4,5, тогда как акриловый имеет 2,0, а полимолочная кислота имеет 0,5. Напротив, полипропилен и углеродные волокна имеют официальную остаточную влажность 0,0, что может вызывать плохую диспергируемость. Предпочтительно официальную остаточную влажность волокна меньше чем 0,5 преобразуют с использованием окисления поверхности волокна, прививки или сополимеризации или смешиванием с гидрофильным компонентом. Конечно, предпочтительно даже официальную остаточную влажность волокна больше чем или равную 0,5 преобразуют для того, чтобы совершенствовать диспергируемость.

[0033] Чувствительный к стимулам материал согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения содержит волокна, которые имеют среднечисловой диаметр мононити от 1 до 900 нм. Предпочтительно среднечисловой диаметр составляет меньше чем или равен 700 нм. Предпочтительно он составляет меньше чем или равен 500 нм, предпочтительно меньше чем или равен 200 нм. Среднечисловой диаметр ниже 900 нм будет усовершенствовать диспергируемость и механические характеристики волокон при значительном взаимодействии между волокнами и чувствительным к стимулам полимером. Например, волокна, доступные для обычной материи, имеющие тонину от 0,5 до 5 дтекс (нейлон 6, имеющий плотность 1,14, будет иметь диаметр от 7,5 до 23,6 мкм), будут склонны к снижению механических характеристик. С другой стороны, среднечисловой диаметр выше 1 нм будет позволять достигать превосходного обращения и усовершенствовать механические характеристики.

[0034] С точки зрения превосходной диспергируемости волокна, предпочтительно волокна имеют длину меньше чем или равную 10,0 мм, предпочтительно меньше чем или равную 5,0 мм. С точки зрения возможности обращения и усовершенствования механических характеристик чувствительного к стимулам материала предпочтительно волокна имеют длину больше чем или равную 0,01 мм, предпочтительно больше чем или равную 0,1 мм. С точки зрения превосходного усовершенствования механических характеристик предпочтительно отношение (L/D) длины к диаметру составляет больше чем или равно 200 и предпочтительно больше чем или равно 1000. С точки зрения превосходной диспергируемости предпочтительно L/D меньше чем или равно 100000, предпочтительно меньше чем или равно 10000.

[0035] Среднечисловой диаметр мононити и длину волокна определяют посредством следующих способов. Образцы сушат при 60°C и затем наблюдают с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) или оптического микроскопа для того, чтобы измерять диаметры мононитей и длины волокон случайно выбранных 30 образцов. Эту последовательность из взятия образцов и наблюдения повторяют 10 раз для того, чтобы просто усреднить диаметры мононитей и длины волокон в сумме для 300 образцов. Длину волокна выше 5,0 мм определяют согласно способу JIS L 1015 (2010) 8.4.1С.

[0036] Синтетическое волокно можно изготавливать способом композитного прядения, например, по типу «море-остров», «смесь и сплав», а также способом однопроцессного прядения. Способ прядения может представлять собой прядение из раствора, прядение из расплава, электростатическое прядение или тому подобное. Прежде всего, способ композитного прядения по типу море-остров является предпочтительным с точки зрения низкой стоимости и однородности диаметра.

[0037] Целлюлозное волокно можно извлекать из растения, например, из древесины, хлопка, бамбука, пеньки, джута, кенафа, сельскохозяйственных отбросов, животных, таких как асцидии, водорослей, микробов, таких как уксуснокислые бактерии (ацетобактерии). С точки зрения доступности, целлюлозное волокно предпочтительно извлекают из растения. Целлюлозное волокно можно получать стандартным способом миниатюризации, таким как способ фибриллообразования, или способом миниатюризации для истирания или разбивания с использованием измельчителя, гомогенизатора высокого давления, мельницы, перемешивающей среду, жерновой мельницы, дробилки или водной струи, способом очистки с химической обработкой кислотным гидролизом, способ получения с использованием микроорганизмов, способом фибриллообразования, в котором волокна дезагрегируют во влажном состоянии и затем подвергают паровой обработке и физической обработке в присутствии фермента, способом электростатического прядения для того, чтобы создавать регенерированное целлюлозное волокно или очищенное целлюлозное волокно.

[0038] Волокно хитина можно извлекать из живых существ или создавать с использованием синтетического или полусинтетического полимера. Волокно хитина, которое включено в большом количестве в раковины ракообразных - крабов или креветок, имеет диаметр мононити 10-20 нм и большую длину волокна в несколько мм, и его по желанию используют с высокими механическими характеристиками. Для того, чтобы извлекать волокно хитина из раковины ракообразного, раковину ракообразного можно молоть для того, чтобы смешивать со щелочью и затем в достаточной мере перемешивать и промывать и впоследствии смешивать с кислотой и затем в достаточной мере перемешивать и промывать. Альтернативно, раковину ракообразного можно дробить с использованием дробилки.

[0039] Волокно чувствительного к стимулам материала можно диспергировать в воде или чувствительном к стимулам полимере или композитном теле из воды и чувствительного к стимулам полимера. В такой дисперсии механические характеристики можно усовершенствовать посредством взаимодействия с чувствительным к стимулам полимером, и можно менять геометрическую форму или характеристики до и после ответа на стимул. В этом описании дисперсия означает состояние, в котором волокна не сконструированы независимо с переплетением или адгезией, как показано в нетканом материале, бумаге или губке. В такой дисперсии материал, состоящий из чувствительного к стимулам полимера, волокна и воды, может проявлять текучесть до или после подачи стимула. С точки зрения стабильности и механических характеристик дисперсии, предпочтительно преимущественно диспергируют мононити. Возможно, что диспергируют пучки волокон или скопления волокон (меньше 100 мкм, например) или частично диспергируют мононити.

[0040] Диспергируемость волокон можно оценивать способом, в котором случайно выбранные части чувствительного к стимулам материала наблюдают с использованием оптического микроскопа или микроскопа, чтобы подсчитывать число мононитей с использованием наблюдаемых изображений, деленных на блоки, чтобы оценивать диспергируемость по неравномерности числа волокон среди блоков.

[0041] Предпочтительно массовая концентрация волокна составляет меньше чем или равна 10 % масс., чтобы геометрическая форма и/или характеристики менялись заметно до и после ответа на стимул. Она предпочтительно составляет меньше чем или равна 5,0 % масс., предпочтительно меньше чем или равна 3,0 % масс. Для того, чтобы усовершенствовать механические характеристики чувствительного к стимулам материала, предпочтительно она составляет больше чем или равна 0,01 % масс. Она предпочтительно составляет больше чем или равна 0,10%, предпочтительно больше чем или равна 0,50 % масс.

[0042] Предпочтительно массовое отношение (чувствительный к стимулам полимер/волокно) чувствительного к стимулам полимера к волокнам составляет от 5 до 100 в чувствительном к стимулам материале согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Массовое отношение ниже 100 может диспергировать волокна в чувствительном к стимулам полимере соответствующим образом для того, чтобы усовершенствовать механические характеристики. Массовое отношение выше 5 может заметно совершенствовать механические характеристики волокон. Предпочтительно массовое отношение составляет от 7 до 50, предпочтительно от 10 до 30. Если массовое отношение составляет меньше чем 1, запутывание волокон, меньший вклад чувствительного к стимулам полимера или тому подобное могут препятствовать проявлению чувствительности к стимулам материалом, состоящим из чувствительного к стимулам полимера, волокон и воды.

[0043] Для того, чтобы диспергировать волокна, можно физически перемешивать волокна с использованием высокоскоростного смесителя, смесителя Хенкеля, суперсмесителя, гомогенизатора или тому подобного. Альтернативно, можно использовать другой стандартный способ, такой как способ ультразвукового вибрационного диспергирования с использованием ультразвукового диспергирующего устройства. Предпочтительно, по желанию, добавляют поверхностно-активное вещество для того, чтобы диспергировать волокна.

[0044] В настоящем изобретении чувствительный к стимулам полимер или волокно может иметь одну или несколько основных химических структур. Основная химическая структура означает звено, составляющее полимер, такой как молочнокислое звено (-О-СН(СН₃)-СО-) в полимолочной кислоте, пропиленовое звено (-СН₂-СH(СН₃)-) в полипропилене, звено терефталевой кислоты и этиленгликолевое звено (-O-CO-C₆H₆-CO-O-CH₂CH₂-) или гликолевое звено (-CH₂CH₂-O-) в полиэтилентерефталате, звено нейлона 6 (-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-CO-NH-) или амидное звено (-CO-NH-) в нейлоне 6, гликолевое звено (-CH₂CH₂-O-) в полиэтиленгликоле, N-изопропилакриламидное звено (-CH₂CH(CO-NH-CH(CH₃)₂)-) или амидное звено (-CO-NH-) в поли(N-изопропилакриламиде), глюкозное звено в целлюлозе и глюкозаминовое звено или амидное звено (-CO-NH-) в хитине. Предпочтительно основная химическая структура представляет собой звено, составляющее основную цепь. Альтернативно возможно, что звено вводят в основную цепь посредством химической модификации или тому подобного.

[0045] Параметр растворимости (уровень SP) представляет собой параметр, специфичный для материала, который представляет растворимость, гидрофильность и гидрофобность материала. В этом описании уровень SP определяют с помощью способа Федорса [Fedors, R., PolymerEng. Sci., 14, 147 (1974)]. В способе Федорса уровень SP вычисляют с помощью формулы (1) на основе того, что как плотность когезионной энергии, так и молярный объем зависят от типа и числа заместителей.

[0046] Формула (1)

[0047]

[0048] (ΣE_coh обозначает когезионную энергию, а ΣV обозначает молярный объем.)

[0049] Если основная химическая структура состоит из двух или более типов сегментов, уровень SP вычисляют посредством суммирования параметров растворимости каждой основной химической структуры, которые умножают на отношение среднечисловой молекулярной массы каждой основной химической структуры на среднечисловую молекулярную массу целой молекулы.

[0050] Формула(2)

[0051]

[0052] (В формуле δ обозначает параметр растворимости; Mn_k обозначает среднечисловую молекулярную массу каждой основной химической структуры; Mn обозначает среднечисловую молекулярную массу целой молекулы; δ_k обозначает параметр растворимости каждой основной химической структуры).

[0053] Если содержатся некоторые типы основных химических структур, возможно, что по меньшей мере одну основную химическую структуру точно определяют для того, чтобы вычислять уровень SP. Альтернативно, как показано в формуле (3), возможно, что уровень SP каждой основной химической структуры умножают на долю среднечисловой молекулярной массы каждой основной химической структуры и затем суммируют для того, чтобы получить уровень SP чувствительного к стимулам материала согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0054] Формула (3)

[0055]

[0056] (В формуле δ обозначает параметр растворимости; Mn_k обозначает среднечисловую молекулярную массу каждой основной химической структуры; Mn обозначает среднечисловую молекулярную массу; δ_k обозначает параметр растворимости каждой основной химической структуры).

[0057] Предпочтительно разность между по меньшей мере одним типом уровня SP основной химической структуры в чувствительном к стимулам полимере и уровнем SP основной химической структуры волокон составляет от 0 до 10, чтобы увеличивать взаимодействие между чувствительным к стимулам полимером и волокнами, а также усовершенствовать диспергируемость волокон. Предпочтительн