JP2000005225A - 生体模倣材料 - Google Patents

生体模倣材料

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JP2000005225A JP10193540A JP19354098A JP2000005225A JP 2000005225 A JP2000005225 A JP 2000005225A JP 10193540 A JP10193540 A JP 10193540A JP 19354098 A JP19354098 A JP 19354098A JP 2000005225 A JP2000005225 A JP 2000005225A
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ドナルド・イー・イングバー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に組立できる生体模倣材料を提供する。 【解決手段】 一体的に連結したモジュールが所定の配
置にあり、各モジュールが、多面体の少なくとも一部を
形成する、一体的に連結した複数の伸長部材からなり、
これらの部材は少なくとも一部がジェオデシック又はテ
ンセグリティー要素を構成するように配置されている、
骨格材が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジェオデシックの
特徴を備え、テンセグリティーを通じて安定が可能な三
次元構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】解毒、濾過、触媒、編織布、空間の充填
物、空間のカバー及び生物医学的用途に適した骨格材と
して、機械的強度及び柔軟性に優れかつ露出した表面を
有する、軽量で多孔性の新素材を開発することが必要と
されている。生きた細胞及び組織の、機械的反応及び生
体処理能を模倣する生体模倣材料が最も適当な素材であ
る。
【０００３】生きた細胞と組織は、テンセグリティー構
造を利用して、内部に繊維状サポートネットワーク（内
的に連結する核マトリックス、細胞骨格、及び細胞外マ
トリックス骨格）を、従って更には三次元構造を構成し
て機械的に安定する（Ｊ．Ｃｅｌｌ Ｓｃｉ．１０４：
６１３、１９９３参照）。テンセグリティーの概念はジ
ェオデシックドーム等のジェオデシック構造の加工品で
広く知られている（例えば米国特許第３，０６３，５２
１号、第３，３５４，５９１号及び第４，９０１，４８
３号参照）。ほとんどの構築材が圧縮した場合よりも引
張した場合により効果的に利用され、より高い耐久力を
呈するという認識に基づいて、テンセグリティーを利用
した構造物は組み立てられている。テンセグリティーを
利用した構造物においては、圧縮要素に対する引張要素
の比が大きい。これらの構造における引張部材は、閉じ
た多面体を画定するような頂点間の最短距離を結ぶジェ
オデシック要素である。テンセグリティー構造の構築及
び設計に用いる数理モデルの法則も良く理解されている
（例えば、単純なテンセグリティーモジュール内の各構
造要素の方向を定義する基本数理について述べたＫｅｎ
ｎｅｒのＧｅｏｄｅｓｉｃ Ｍａｔｈ（１９８０）を参
照）。これらのモデルは、建築物、玩具などの大型の物
体に適したマクロ構造を目的としてきた（米国特許第
３，６９５，６１７号参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これらのマクロ構造
は、各要素を望まれる三次元配置に結合することによっ
て調製されており、小型化にはあまり適していない。従
って、生きた細胞及び組織の機械的反応及び生体処理能
を模倣する材料を調製することが依然として必要とされ
ている。本発明は、生きた細胞及び組織内におけるミク
ロ構造と肉眼で確認できる反応との関係の理解において
なされてきた近年の発展に基づく。本発明の目的は、新
規な機械的特性及び対生体活性特性を有する素材を提供
することにある。本発明の更なる目的は、保護シールド
又は布地として有用で、濾過、解毒及び生物医学的用途
に適した素材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ジェオデシッ
クの特徴を備え、テンセグリティーを通じて安定が可能
で、ミクロ又はマクロレベルで一体構造として加工する
ことのできる、三次元生体模倣骨格材料について開示す
る。本発明の一つの態様にあっては、一体的に連結した
モジュールが所定の配置にあり、各モジュールが、多面
体の少なくとも一部を形成する、一体的に連結した複数
の伸長部材からなり、これらの部材は少なくとも一部が
ジェオデシック又はテンセグリティー要素を構成するよ
うに配置されている、骨格材が提供される。
【０００６】ここでいう「骨格（材）」とは、拡張され
た繰り返し構造を持つ材料を意味する。この材料がなす
枠組み又は骨組み上及び内部に、材料へ更に特徴を賦与
する目的で、更なる構成要素が加えられても良い。ここ
でいう「モジュール」とは、一体的に連結した複数の構
造部材を意味する。この構造部材は多面体の少なくとも
一部分の辺をなす。ここでいう「一体的に連結した」と
は、複数の要素から単一体となるように作られた１個の
構成物又は構造を意味する。この構造には別個のコネク
ター、又は付加的つなぎ、又は接着材料は含まれない。
ここでいう「ジェオデシック要素」とは、立体表面上の
二点間の最短距離を画定するジェオデシック要素を意味
する。例えば、直線は多面体表面上の二頂点間の最短距
離を結ぶものであり、球の大円（球心を通る面で切った
円）の円周は球体上の最短距離（ゆえにジェオデシック
要素）であり、螺旋は円柱表面のジェオデシック要素で
ある。三角形は多面体表面上の三頂点間を、最短で最も
無駄のないラインで辿るのでジェオデシックであるとい
える。
【０００７】ここでいう「テンセグリティー要素」と
は、連続的引張と不連続的圧縮の伝達を通じて自動的に
安定する、相互に連結した構造部材の配置を意味する。
テンセグリティー要素は、局部的な引張又は圧縮に対し
選択的に抵抗性を示す部材、又は位置及び力の伝わる経
路に応じて引張又は圧縮のどちらかに対して抵抗性を示
しうる非圧縮性部材のみで構成されてもよい。自動的に
安定するテンセグリティー構造の後者タイプの例とし
て、非圧縮性支柱のみからなる三角形が挙げられる。こ
こでいう「伸長性要素」とは、部材の一端又は両端に引
張力を加えた場合、その動きが所与の範囲内にとどまる
様に伸長する又は長さを増すことの出来る要素を意味す
る。ここでいう「非圧縮性要素」とは、部材の一端又は
両端に圧縮力を加えた場合、長さが短くならない要素を
意味する。しかしながら、非圧縮性部材は圧縮を受けた
場合に長さを短くすることなく座屈するものであっても
良い。非圧縮性部材は、末端に外部から引張力が加えら
れた時、伸長してもしなくても構わない。このような伸
長性・非圧縮性部材は圧縮に対する耐久性を有しうる
が、引張に対する耐久性は有し得ない。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明を添付の図を参照に説明す
るが、これらの図は図解するだけの目的で記載するもの
であって、決して発明を制限する為のものではない。本
発明においては、生きた細胞及び組織が持つのと類似し
た、機械的、構造的、且つ化学的処理能力を持つ合成材
料の設計と加工に、生物細胞と組織の構成に関する法
則、及び細胞生物化学の新規な特徴を適用する。ほとん
どの人工構造物を安定させるためには、重力による圧縮
力を、主要な支持要素全てにわたって連続的に加える必
要がある。簡単な例として、ストーンアーチが挙げられ
る。対照的に、テンセグリティー構造が安定するのは、
構造部材がジェオデシックに配置されて、独立した支柱
群だけに圧縮がかかり、代わりに引張力が連続的に加え
られる状態の時である。工学的に言い換えると、本発明
は、独立した圧縮支柱を包含することにより自動的に安
定する構築系について述べたものである。この独立した
圧縮支柱は、周囲の構造要素を引張状態にするか、又は
周囲の収縮性張力ネットワークの内向張力に抵抗した結
果、構造全体にプレストレスを与える。従って、最も単
純な形態のテンセグリティー単位を、例えば弓と弦のよ
うに、一本の非圧縮性直線状支柱に対し引っ張られてい
る引張弦にみることができる。プレストレスは力を加え
る前に系内において平衡状態にある内部引張のことであ
りうる。テンセグリティーモジュールを組み立てるの
に、テンセグリティー及びジェオデシック配置を通じて
自動的に安定する多面体モジュールを構築するための法
則と同様の法則を用いてもよい。同様の法則を用いて複
数の独立したジェオデシックモジュールを相互に連結さ
せることによって、より高次の構造を組み立てることが
できる。
【０００９】全てのテンセグリティー構造では、局部的
に加えられた応力が、引張力として広範囲に伝播する。
ジェオデシックドームや八本トラスのように、全ての構
造部材が非圧縮性で且つジェオデシックに配置された場
合、構造全体は機械的に安定し高い機械的耐荷力を示
す。
【００１０】構造部材が伸長可能な場合、全体の形状を
保ったまま構造全体を膨張させることができ（例えば球
体は様々なレベルに膨張させても球体の形状を保ってい
る）、加えられた応力に反応してジェオデシックに再配
置される。膨張応力が取り除かれて収縮し、一部又は全
ての伸長性部材が非圧縮性で耐圧縮の配置にならない限
りは、この構造は自動的に安定しない。この構造の例と
して図１１に示すものが挙げられる。この図において
は、骨格材がジェオデシックに一体的に連結した伸長性
モジュール複数個からなる。この構造は外部応力を加え
ると、部材間の関係パターンを一定に保ったまま、サイ
ズ又は伸長の程度を変化させる。図１１に示すような複
数ドームモジュールは、平面配置にあるジェオデシック
要素、例えば同様の構造部材からなる三角形によって一
体的に連結している。
【００１１】全ての構造部材が非圧縮性で部材群の一部
のみがジェオデシックに配置されている場合、三角形に
配置され安定しているジェオデシック要素は、応力が加
えられると、各頂点において隣接するジェオデシック要
素間の角度を変化させて、全ての部材が八面体や四面体
等の完全にジェオデシックな多面体モジュールを形成す
るまで、運動学的に再配置される。こうして構造全体は
再び機械的に安定し、高い機械的強度を持つようにな
る。図１に三次元的な立方八面体（ｃｕｂｏｃｔａｈｅ
ｄｒｏｎ）モジュールにおいて起こり得る力学的構造変
形を示す。立方八面体モジュールの各四角形の周囲には
４個の三角形がある。柔軟な多面体ネットワークと強固
な八面体及び四面体との間の変形は、内向引張力とねじ
れから生じる。このモデルは、生きた細胞のアクチン骨
格において細胞レベルで、及び肺胞内において組織レベ
ルで観察される構造の変形を予見するものである（Ｄ．
Ｉｎｇｂｅｒ、Ｊ. Ｃｅｌｌ Ｓｃｉ．１０４：６１３
（１９９３）参照）。
【００１２】引張部材だけが伸長可能な場合、又は全て
の部材が非伸長性であるが圧縮支柱が非圧縮性又は座屈
性である場合、局部的に応力を加えると構造全体の再配
置がおこり、局部的に加える応力が増加するのに従っ
て、構造全体の機械的剛性が比例的に、又は一次関数的
に増大する（Ｗａｎｇ他、１９９３ Ｓｃｉｅｎｃｅ；
Ｓｔａｍｅｎｏｖｉｃ他、１９９６ Ｊ．Ｔｈｅｏｒ．
Ｂｉｏｌ；Ｆｕｌｌｅｒｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃｓ参
照）。応力を加えた結果起こる剛性の一次関数的増大
は、生きた細胞と組織の基本的特徴でもある。
【００１３】ここに開示する新規な素材は、生物要素の
ミクロ構造を支配する構造原理が、生きた細胞及び組織
の反応性の一端を担う、という発見に基づく。本発明
は、生きた組織の機械的、構造的、且つ化学的特徴を模
倣する合成素材の加工に、これらの構造原理を適用する
ものである。
【００１４】生きた細胞はテンセグリティー構造を利用
して細胞骨格を構成し、形状の歪みに対抗して細胞を安
定させることがわかっている（Ｊ．Ｃｅｌｌ Ｓｃｉ．
ｓｕｐｒａ及びＪ．Ｔｈｅｏｒ．Ｂｉｏ．１８１：１２
５（１９９６）を引用して説明に変える）。この種の構
築系は独立した圧縮要素（例えば分子の支柱、局部的な
膨潤圧力）を結合させることで自動的に安定する。この
圧縮要素は周囲のネットワークを引張状態にし、それに
よって構造全体にプレストレスを与える。これらの構造
に局部的な外部応力が加えられると、構造全体が再配置
され、ジェオデシックが変形する（図２ａ及び図２
ｂ）。各支柱が硬くて曲がらない場合であっても、柔軟
な接続部を有するテンセグリティーネットワークであれ
ばジェオデシックが更に変形する（図１）。テンセグリ
ティー構造の最も知られている例として、バックミンス
ター・フラーのジェオデシックドームとヒト筋骨格の枠
組みが挙げられる。実際、ドームや八本トラスなど全て
のジェオデシック構造が高い耐荷力を持つのは、応力伝
播及び自動安定化というテンセグリティーに基づいた機
構によるところである。
【００１５】テンセグリティー構造の他の特徴は、加え
る応力のレベルを高めるにつれて、正比例して機械的剛
性が増加することである（図３ｂ）。これは全ての生き
た細胞（図３ａ）とヒトの皮膚を含む組織の基本的特性
であり、特徴的な引張強度と機械的柔軟性を与える要因
となっている。細胞構造の他の特徴としては、細胞の不
溶性細胞骨格上に固定された時、細胞の新陳代謝の多く
は固体状態で行われるということが挙げられる。このよ
うに、細胞骨格構造とその機構に機械的に引き起こされ
た変化は、細胞骨格と結合する生化学処理分子の挙動に
影響を及ぼす。細胞骨格繊維や酵素を含む関連の対生体
活性分子などの生物学的に活性な種が耐荷力を持つ場合
には、細胞骨格構造の単なる変化が（従ってこれら分子
の歪みが）系の化学ポテンシャルや熱力学状態に変化を
引き起こす（Ｄ．Ｉｎｇｂｅｒ“Ｔｅｎｓｅｇｒｉｔ
ｙ：Ｔｈｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｂａｓｉｓ
ｏｆ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｍｅｃｈａｎｏｔｒａｎｓ
ｄｕｃｔｉｏｎ”Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．
５９：５７５−５９９（１９９７）参照）。
【００１６】本発明によると、生体模倣骨格材は、所与
の配置にある一体的に連結したモジュールを包含する。
各モジュールは多面体の少なくとも一部分を構成する一
体的に連結した伸長部材複数個から成る。伸長部材は少
なくともその一部がジェオデシック要素又はテンセグリ
ティー要素を構成する様に配置される。骨格材は、ジェ
オデシック要素及び／又はテンセグリティー要素を含む
ので、優れた機械的強度と反応性を示す。典型的な骨格
材として、開放構造及び繰り返しジェオデシック配置を
有する非圧縮性伸長要素を持つ、八本トラスを図４に示
す。
【００１７】モジュールは、輪郭がジェオデシックであ
るあらゆる多面体構造、又はその部分であってもよい。
モジュールは四面体のように完全にジェオデシックなも
のであっても良いし、二十面体、又は八面体などの様
に、より複雑な複数三角形系であっても良い。又、モジ
ュールは四角形、五角形、六角形又は八角形など三角形
でないものを表面要素としても良い。他の態様にあって
は、モジュールは更により単純なジェオデシック要素に
分解することのできる、より複雑な多面体であっても良
い。例えば、モジュールが半ドーム形からなり、この半
ドームが四面体のジェオデシックサブモジュールから成
るものであっても良い。ある態様にあっては、部材が様
々な形状の多角形を面としているか、又は部材群の一部
のみがジェオデシックになっている多面体モジュールを
構成していてもよい。モジュールを構成する伸長部材
は、一個のモジュールの一体化した部材である。すなわ
ち、これらの部材は個々の要素として接続されているの
ではなく、全体で単一体を形成している。運動学的な特
性が望まれる態様又は隙間（ｉｎｔｅｒｓｔｉｃｅｓ）
に柔軟性が望まれる態様にあっては、空間又は頂点にお
いてあるいはその近傍で、異なる横断面積を有する伸長
要素が提供されることが望ましい。従って、ある態様に
あっては、モジュールは、中央において「太い」、そし
て頂点において「細い」伸長要素からなる。又、頂点領
域におけるコンプライアンスを上げるために、例えば高
分子材料の架橋密度を変化させる等のように、骨格材の
材質特性を変えてもよい。
【００１８】伸長要素は非圧縮性要素であっても良い。
あるいは、伸長要素は、伸長性要素、すなわち引張応力
を加えると長さが増加するものであっても良い。材質上
の制限から、このような伸長性特性による要素の動き
は、限られた範囲内のものであると考えられている。伸
長性の伸長要素は、この要素が圧縮不可能となるある点
まで、圧縮力を加えると長さが縮むと考えられる。伸長
性部材の例として、直線状（入れ子状）、曲線状、螺旋
状、ばね状、鋸歯状、小鈍鋸歯状又はからみあい状等の
形状が挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。本発明の骨格材は非圧縮性要素のみ又は伸長性要素
のみからなってもよいし、あるいはこれら２種類の要素
の組み合わせからなっても良い。
【００１９】各モジュールは、隣接するモジュールと一
体的に連結して骨格材を形成する。骨格は枠組み又は内
部骨組みを構成し、この上及び内部には更に材料が加え
られても良い。
【００２０】伸長部材及びモジュール、従って骨格材そ
のものは望まれる用途に応じて適当な材料から作成する
ことができる。例えば骨格は、ポリアクリレート、エポ
キシド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリメタクリレ
ート、ポリイミド、ポリシロキサンなどの非侵蝕性重合
体から調製しても良い。構造部材が伸長可能であるなど
柔軟性が望まれる場合、伸長部材はエラストマーを用い
て調製しても良い。伸長要素の材料については、下記に
述べる製造方法や意図した用途にその一部を述べる。
【００２１】伸長部材の寸法は、結果として得られる骨
格材の意図した用途に応じて決められる。しかし部材は
一般的には約１×１０-9ｍ〜１×１０-1ｍで、より一般
的には約１×１０-6ｍ〜１×１０-2ｍである。構造に局
部的柔軟性が必要とされる時は特に、伸長部材はその全
長に沿って均一又は様々な厚みであっても良い。通常、
伸長要素の横断面直径は約１〜１, ０００μｍである。
多くの場合、テンセグリティー構造の自動安定化を促進
するためプレストレスが加えられるのが望ましい。プレ
ストレスを骨格材に加えるのに様々な方法を用いること
ができる。例えば非圧縮性部材を少なくとも一つ組み込
み、その非圧縮性部材周辺にある他の複数の部材を収縮
させることによって骨格材にプレストレスを加えても良
い。あるいは、骨格材内の非圧縮性部材を膨張又は伸長
することによってプレストレスを加えても良い。又、他
の方法として、重合体など第二の材料を骨格材内空間に
組み込んでプレストレスを加えても良い。好ましい態様
にあっては、第二の材料は、膨張することができ、膨張
によって骨格材に応力を加える重合体である。ある用途
に有用であろう開孔構造を保持しながら骨格材にプレス
トレスを加えるように間隙内に重合体を好ましくは膨張
性水重合体（ｈｙｄｒｏｐｏｌｙｍｅｒ）を配置したも
のを図５に示す。
【００２２】骨格材はこのように拡張部分にわたって一
体的に連結されたジェオデシック要素の少なくとも一部
分を含む開放ネットワークであり、これによって所望通
りにシート状又は他の形状を形成する。骨格材の実際の
形状及びモジュールの配置と大きさは、意図した用途の
必要を満たすように選択できる。
【００２３】本発明の一つの態様にあっては、骨格材を
濾過に用いることができる。図４に示されたような剛体
八本トラスは、エアマスク、純水精製システム、濾過、
炭化水素除去のための触媒コンバーター及びその他の解
毒ネットワーク等の通過流量（ｆｌｏｗｔｈｒｏｕｇ
ｈ）の多い用途に適する骨格材の例である。開放ネット
ワークは媒体から分子又は化学物質を除去することので
きる材料に含浸しても良い。典型的な含浸剤としてはヒ
ドロゲル、炭分子、リポソーム、脂質フォーム、解毒酵
素又は触媒、親和性結合配位子、抗体及び光ファイバー
が挙げられるが、これらに制限されるものではない。本
発明での使用を企図した対生体活性ヒドロゲルは、固層
として適用した場合、空気、湿気及び熱の通過を有意に
制限する。従って、高い引張強度を提供するのに加え、
空気交換のための開口通路を保持できるような、ヒドロ
ゲル用の軽量支持骨格を作成する必要がある。
【００２４】本発明の他の態様にあっては、骨格材はシ
ェル型埋没材注入成形用のパターンに組んでも良い。こ
の態様にあっては、薄くて硬い外表面並びにその外表面
を支持する内部骨格構造を有するパターンが作成され
る。外表面は、骨格を形成するのに用いたのと同じ工程
を用いて作成しても良いし、例えば形成した骨格の周り
を柔軟な素材で包むというように、骨格を形成した後で
加えても良い。骨格はテンセグリティーに基づく構造を
有するので、注入成形工程に耐え得るほど十分な強度の
あるパターンを、最少量のパターン材料により作成する
ことができ、それにより多孔性が最適化される。このパ
ターンがいったん形成されると、パターンの表面は硬化
性材料でカバーされ、シェルコーティングが形成され
る。ひとつの態様にあっては、硬化性材料が、硬化して
セラミック型（ｍｏｌｄｉｎｇ）を形成するセラミック
スラリーであっても良い。そして骨格材を、例えばフラ
ッシュ燃焼法などの方法で除去した結果、オリジナルパ
ターンの形状をした、金属注入成形に適したシェル型又
は重合体部が残る。続く注入成形においてパターンから
シェル型を形成する方法は当分野において公知のもので
あり、“Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃａｓｔｉｎｇ”Ｅｎ
ｃｙｃ．ｏｆ Ｍａｔ．Ｓｃｉ．＆Ｅｎｇ．３：２３９
８−２４０２（１９８６）及びＳｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏ
ｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ＲＰ＆Ｍ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍａｎｕ
ｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ １８３−１
８５（１９９６）に述べられている。ここで述べたタイ
プの骨格材を埋没材注入成形パターンに組み込むという
ことには、従来のパターンに比べてシェル型を支持する
のに必要な材料の量を削減し、さらには燃焼で生成され
る灰の量を削減できるという長所がある。さらに、これ
らの骨格は従来使われている多孔性プラスチックパター
ンに比べてより効果的に収縮し、従ってセラミック型に
起こる膨張による亀裂を最小にする。
【００２５】関連した態様にあっては、同様のパターン
を用いて焼結用の型を作成することができる。この態様
にあっては、上記の態様と同様に、パターンを元にその
パターンの周りを硬化性材料でカバーすることによって
シェルを形成する。上記したようにパターンを除去した
後、公知の方法により、シェルを粉末で満たし高温及び
／又は高圧下で粉末を焼結して固体物品にすることがで
きる。シェルは焼結後に除去しても良いし、最終物品の
一部を形成しても良い（焼結の原理については、“Ｓｉ
ｎｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ”Ｅｎｃｙ
ｃ．ｏｆ Ｍａｔ．Ｓｃｉ．＆ Ｅｎｇ．６：４４５５
−４４５６（１９８６）及び“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｆｕ
ｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉ
ｏｎ”Ｍｅｔａｌｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、９ｔｈ ｅ
ｄ．、７：３０８−３２１を参照）。
【００２６】本発明の他の態様にあっては、骨格材を長
い形状にして編織布として調製することができる。図６
〜８に示すように、骨格材を、一つの辺又は面に沿って
一体的に連結させた立方八面体モジュールに組むことに
よって、圧縮したときの材料の強度を増すことが可能な
ので、防弾チョッキや審判用ベストなどの高い耐衝撃性
物品に有用である。図６に例証する態様にあっては、立
方八面体モジュールの列は、八面体モジュールの列に再
配置できる。他の態様にあっては、図６とは異なる一つ
の辺に沿って一体的に連結させた立方八面体モジュール
に組んだ骨格材は、「くの字形」配置に変形させること
ができ、湾曲した又は角度のついた表面の周りに非等方
的に圧縮する必要があるであろう編織布に特に適してい
る（図７）。図８は更に他の態様を例証する。この態様
にあっては、立方八面体モジュールが他の配置の八面体
モジュールに変形する。これら三つの材料は全て、開放
配置にあっては高い柔軟性及び多孔性を保持する一方
で、圧縮される際に高い剛性、強度を示しかつ通過流量
を制限し、従って高圧力下で自動的に閉まりバルブの機
能を示す濾過システムを作成するのに有用である。
【００２７】他の態様にあっては、この編織布は生物毒
又は化学毒からの保護を目的とする戦闘服の上着（ＢＤ
Ｏ）に適している。従来のＢＤＯには活性炭粒子又は他
の風媒化学毒を吸収する手段が用いられている。これら
には、生物毒又は病原体に対する防御力が殆ど無い。高
濃度の生物学的危険物に対して効果を持たせるため、本
発明の骨格材を高い多孔性及びねじれ度を持つように加
工し、病原体の侵入は許しかつ空気の通路を与える一方
で、物理的に病原体の透過を制限するようにしても良
い。効率良い生物学的危険物の除去を確実なものにする
ために、織物は高い対体積表面積比を示し、毒及び病原
体に効率良く結合し、封鎖しかつ破壊する、分子配位子
及び酵素を含有するものであるのが望ましい。相互結合
作用を促進し酵素活性を補助するために、材料は有意な
量の水分を保持し、従って、少なくとも部分的に、「ヒ
ドロゲル」として組織されるものであるのが望ましい。
又、生物体及び化学薬剤を含む風媒水滴が格子状の高表
面積を通過する際に、水層が存在することによってその
ような生物体及び化学薬剤の除去が促進でき、病原体捕
獲の効率を更に高めることができる。本発明の一つの態
様にあっては、骨格材はヒドロゲルでカバーされる又は
ヒドロゲルに含浸しているのが望ましい。
【００２８】好適なヒドロゲルの例として、ポリ（２−
ヒドロキシエチルメタクリレート−コ−メチルメタクリ
レート）、メタクリル酸（ＭＡＡ）、アクリル酸（Ａ
Ａ）及び／又はグリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）の
共重合体、不飽和直鎖ポリエステル、並びにポリ（エチ
レングリコル）が挙げられる。ポリ（２−ヒドロキシエ
チルメタクリレート−コ−メチルメタクリレート）の調
製においては、モノマー、２−ヒドロキシエチルメタク
リレート（ＨＥＭＡ）及びメチルメタクリレート（ＭＭ
Ａ）は液状であり、架橋剤（エチレングリコルジメタク
リレート、ＥＧＤＭＡ）並びに重合化及びヒドロゲル形
成の開始剤を混合することができる。２−ヒドロキシエ
チルメタクリレートの相対量は親水性及び柔軟性（ｐｌ
ｉａｂｉｌｉｔｙ）に寄与する一方、メチルメタクリレ
ートは疎水性及びヒドロゲルに対する機械的剛性に寄与
する。ＨＥＭＡ／ＭＭＡ共重合体比及びＥＤＧＭＡ架橋
比を調整することにより、意図した選択透過性（ｐｅｒ
ｍｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）及び機械的
特性を備えたヒドロゲルを作成することができる。
【００２９】引張強度及び材料のモジュラスは軸方向／
捩り試験系により決定できる。水との結合能は動力学・
平衡膨潤度の研究により測定できる。乾燥試料の多孔性
及び孔径は水銀押込ポロシメーターによって測定でき
る。湿潤試料の多孔性及び孔径は環境走査型電子顕微鏡
を用いて形態計測的に評価することができる。図９ａは
ヒドロゲルでコートされた骨格材を例示する。
【００３０】又、生物学的危険物に対する更なる防御活
性を、酵素（例えば毒を分解するプロテアーゼ、ゲル中
に遊離基を生成する酵素等）を組み込むことによって加
えることが可能である。更に、例えば有機燐酸神経ガス
（アセチルコリンエステラーゼ、有機燐酸アンヒドロラ
ーゼ、フォスフォトリエステラーゼなど）などの化学毒
に結合し不活化及び／又は破壊する酵素をゲルに組み込
んでこれらの化学兵器に対する更なる保護を提供するこ
とができる。例えば、アセチルコリンエステラーゼ酵素
を、カルボニル−ジイミダゾル、並びに従来の生化学法
で生体外分析した固定化酵素の活性を用いて、ヒドロゲ
ルに結合させても良い。蛋白質結合の有効性を、放射性
同位元素標識又は表面分析（Ｘ線光電子分光分析法）に
よって評価することができる。
【００３１】生物毒（例えばリシン毒、ボツリヌス毒、
Ｖｉｂｒｉｏ ｃｈｏｌｅｒａｅノイラミニダーゼ）や
病原生物体（例えばバクテリア、ウイルス、原生動物）
は生きた細胞に付着し、例えば単糖（ガラクトース
等）、錯体炭水化物（ヘパラン硫酸等）及び膜燐酸脂質
（フォスファチジル−イノシトール等）等の細胞表面上
の特異的配位子に結合して体内に侵入する。特異な生物
学的危険物（リシン毒等）に対して高い親和力で結合す
るモノクローナル抗体が作成されてきた。特異的な配位
子を骨格材内に含浸したヒドロゲルの基幹に結合するこ
とによって、これらの病原生物体及び毒を結合して捕ら
え封鎖することができる。
【００３２】立体平板印刷（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇ
ｒａｐｈｙ）を用いて加工したジェオデシック骨格カセ
ットなどの多孔質骨格の上に、ポリ（ＨＥＭＡ）ヒドロ
ゲルをカバーする方法が改良されてきた。この方法はま
ずＨＥＭＡ／アルコール溶液を用いたプレコーティング
工程、次いで酸化還元開始系を用いた０．７Ｍ ＮａＣ
ｌ中でのＨＥＭＡ及び架橋剤ＥＧＤＭＡの重合化工程か
らなる。この方法を用いて単一体ヒドロゲルコーティン
グを得ることができる。ヒドロゲルコーティングの厚さ
は、モノマー及び開始剤の濃度、コーティング時間によ
って制御される。
【００３３】本発明の骨格材は、公知の重合体合成法及
びミクロ加工法、例えば立体平板印刷、三次元ミクロ写
真印画、ミクロ規模パターン及びミクロ成形によって調
製しても良い。これらの加工法に細胞の数理的モデル及
びテンセグリティーに基づく細胞骨格機構を適用しても
良い（数学的原理については“Ａ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕ
ｃｔｕｒａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｃｙｔｏｓｋ
ｅｌｔａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ
Ｔｅｎｓｅｇｒｉｔｙ”Ｊ．Ｔｈｅｏｒ．Ｂｉｏｌ．１
８１：１２５（１９９６）付録Ｉを参照）。テンセグリ
ティー構造の機械的安定性を決定する２つのパラメータ
ーはプレストレスと構造である。プレストレスは、構造
の初期剛性を決定し、かつ外力が加わったときに構造が
即座に反応するのを確実にする。構造は異なる構築要素
の数と空間的にどのように力を配分するかについて述べ
たものである。異なる構造要素がどのように再配置さ
れ、従って、応力に対して構造全体がどのように剛化す
るのかが、この配置特徴によって決定される。この数理
上の処理により、正比例的に剛性を増すような自然系に
おける機械的特性を寸法に関係無く量的に分析する方法
としては、完全に新規なものが提供される。
【００３４】しかし、テンセグリティー構造は複雑にな
りうるので、方程式の解や分析結果のみからは、これら
の構造ネットワークが外力に対して起こす反応の全体像
を得ることはできない。このような理由から、本発明の
骨格材を設計する補助として、コンピューターモデル及
びアニメーション技術を用いて、三次元（３Ｄ）テンセ
グリティー格子内での力学的配置変化の模擬実験及び研
究を行ってもよい。このＣＡＤ技術により、所望の機構
的、構造的及び配置的特徴を備えた合成ネットワークを
設計することが可能となる。例えば、コンピューターに
よる連続図６〜８は、中央に大きな孔を有し高い柔軟性
と多孔性を示す格子が、徐々に配置を変化させていると
ころを示す（左欄及び右欄はそれぞれ同じ構造の上面図
及び側面図示す）。緩い開放格子が、構造的連結を壊す
ことなく徐々にに折り曲げられ、中央の穴が閉じ、機械
的に剛化する（安定した八角形及び四面体に再配置され
る）のがわかる。同様な配置的特徴を有するように加工
した合成重合体格子は、構造上の一体性を損なうことな
く、ネットワーク機構、構造及び多孔性を変化させる同
様の能力を有する。その上更に、図１０に示すように、
より大型で、柔軟性がより少ない支柱（例えば長い炭素
繊維）を骨組み内に組み込むことによって、これらの柔
軟なネットワークの機械的強度を大幅に増加させること
ができる。同様の方法を用いて、（例えば膝関節をカバ
ーする）生態模倣編織布の異なる領域における挙動を非
等方的にしてもよい。
【００３５】近年、製造業者は青写真や製図板より情報
処理システム及びＣＡＤ／ＣＡＭソフトウェアーを用い
るようになっている。市販のソフトウェアーを用いて、
ＣＡＤ図面から相互作用的な、高解像度の３Ｄモデルを
作成することが技術者にとって可能になっている。これ
により、部品を実際に手にすることなく、パーツを回転
させたり、形状、嵌合及び機能をチェックすることがで
きる。リンクしたＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いれば、
設計から直接に製品を作成できる。同時に、航空宇宙産
業及び自動車産業用における特に複合材料の取り扱いか
ら、これらの材料のミクロ構造（例えば繊維の大きさと
方向）が、機械的特性に大きく寄与することがわかって
きた。これらの材料におけるミクロ構造の特徴の殆ど
は、設計／製造工程において制御できるものではない。
これらの小型構造の特徴は基本的に、射出成形又は圧縮
成形等の従来法を用いて、最終的な形状を形成する際
に、人工的に作られる。
【００３６】ＣＡＤ技術とＣＡＭソフトウェアーを組み
合わせることにより、望ましいということが判明してい
る、画定したジェオデシック及びテンセグリティーに基
づくミクロ構造を有する骨格構造を加工することが可能
となる。特に、ＣＡＤ技術を立体平板印刷に基づくＣＡ
Ｍ技術と組み合わせても良い。立体平板印刷において
は、液体重合体樹脂をコンピューター制御のレーザー光
線により選択的に重合化（凝固）し、ＣＡＤにより特定
した３Ｄミクロ構造の特徴と正確に合致する特徴を有す
る重合体材料を作成する。製作工程は、（断層撮影断面
に類似した）連続した薄い横断面層の加工が含まれる。
この方法では、３Ｄ材料全体が完全に形成されるまで、
層を他層の上に重合化する。この方法を用いて、ＣＡＤ
を用いて作成可能なあらゆるミクロ構造を有する、３Ｄ
多孔質重合体ネットワークを加工することができる。エ
ポキシを基礎とする樹脂がこの方法に最も一般的に用い
られるが、理論上では、ＵＶ過敏開始剤を用いて重合化
できる化学薬品であればどのようなものでも用いること
ができる。密な八面体及び四面体からなる八本トラス配
置は、立体平板印刷を用いたエポキシ及びアクリル樹脂
の両方から作成されている。
【００３７】このＣＡＤ技術により、これまでに考えら
れたことの無かった能力を有する材料の設計及び加工が
可能になる。例えば、病原体中和用の、機械的強度が高
く軽量の重合体スキンを作成するのに用いるのと同じ方
法を、血管内に注射して生体内で病原体を吸収及び中和
することのできる、皮膚工学用生物侵蝕性重合体骨格又
は生体模倣赤血球（生物侵蝕性ナノスポンジ）を作成す
るのに適用することができる。このような用途に適した
材料の例としては、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリ
イミド、ポリアミド、ポリエステル、蛋白質、炭水化
物、核酸及び脂質が挙げられるが、これらに限定される
ものではない。
【００３８】他に公知のミクロ加工法を、骨格材の調製
に用いても良い。例えば、立体平板印刷法、三次元ミク
ロ写真印画法、レーザーを用いた三次元穿孔又はエッチ
ング法、ミクロ成形法、及び自動組み立て法などを、本
発明の材料の調整に用いても良い。ミクロ加工法につい
ての更なる情報は、Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏ
ｎ Ｒ．Ｅ．Ｈｏｗａｒｄ、Ｅ．Ｌ．Ｈｕ，Ｓ．Ｎａｍ
ｂａ、Ｓ．Ｐａｎｇ（Ｅｄｓ．）Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｓｙｍｐｏｓｉａ
Ｖｏｌ．７６（１９８７）を参照されたい。
【００３９】保護エアーマスク濾過装置に用いることの
できる典型的な骨格材は、以下の実施例に述べるように
調製されている。ＣＡＤアプリケーションを三次元ネッ
トワークの設計に用いる。ＰｒｏＥｎｇｉｎｅｅｒ（Ｐ
ａｒａｍｅｔｒｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎ）、Ｉｄｅａｓ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａ
ｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏ
ｒａｔｉｏｎ）などの、いくつかの市販プログラムが、
ネットワークの設計に適していることがわかっている。
ネットワークは、部材の長さが約８００μｍ、縦断面直
径が約１５０μｍの、図４に示すような八本トラスから
なる。全てのトラスは、隣接する部材に対して約６０度
の角度を作っており、その結果、モジュール内に八面体
空間を有する、「八本トラス」として知られる、密な四
面体モジュールの連続列を形成する。骨格材は、ＣＡＭ
と３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＳＬＡ−２５０ Ｓｔｅｒｅ
ｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ装置（３ＤＳｙｓｔｅｍｓ、
Ｖａｌｅｎｃｉａ、ＣＡ）とを用いて、エポキシ及びア
クリル樹脂の両方から加工されている。ＴＥＭ００レー
ザーを組み込むように改変されたこの装置は、一体形エ
ポキシ又はアクリル樹脂からなり、横断面積が約７０μ
ｍ2 である細目線（ｆｉｎｅｓｔ ｌｉｎｅ）の特徴
（伸長部材）を有する、一辺２３インチの立方形重合体
を製造することができる。
【００４０】作成した骨格は、ＨＥＭＡ及びＥＧＤＭＡ
を含む液体ヒドロゲル樹脂に浸漬し、遊離樹脂の殆どを
除去するために空気をパージした。骨格材の表面に付着
した残余樹脂は、酸化還元開始系を用いて０．７Ｍ Ｎ
ａＣｌ中で重合化し、図９ａに示すようにヒドロゲル被
覆を形成した。次にこのヒドロゲルを、リシン毒を除去
するためのガラクトースダイマーを含む炭水化物、さま
ざまな病原体に対する抗体及び神経ガスを不活性化する
アセチルコリンエステラーゼなどの酵素などの対生体活
性分子に、化学的に結合させることもできる。骨格空間
に風媒化学毒を除去する炭ミクロ粒子や親油剤や有機体
を除去するリポソーム又は脂質フォームを含浸させるこ
ともできる（図９ｂ）。
【００４１】柔軟な立方八面体列のプロトタイプも、Ｄ
ｕｐｏｎｔ ＳＯＭＯＳ ２１００ｐｏｌｙｍｅｒを用
いて作成されている。図１３ｃ及び１３ｄに示すプロト
タイプは、二つの連結した立方八面体からなるが、同じ
方法を用いてより大きな列を作成することができる。
【００４２】柔軟な列を、上記した八本トラスの製造に
用いたのと同じＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて作成し
た。図１３ｄに示すように、作成したプロトタイプは、
完全に膨張した配置で高さ３３ｍｍ、収縮した配置で高
さ１７ｍｍであった。プロトタイプは立方八面体から八
面体へと比較的容易に変形し、かなりの硬さになること
がわかった。この挙動は、コンピューターによる同じ配
置のモデルの挙動と一致した。図１３ａ及び１３ｂはそ
れぞれ膨張及び収縮配置にあるプロトタイプのコンピュ
ーターモデルを示す。このプロトタイプの原理を用いて
作成した大型の列は開放配置でより高い柔軟性及び多孔
性を保持する一方、圧縮した時に高い剛性、強度を示し
かつ通過流量を制限する。従って大型の列は、高圧力下
で自動的に閉まりバルブの機能を示す濾過システムを作
成するのに有用である。
【００４３】ＣＡＤ／ＣＡＭを用いて作成することので
きる骨格材の他の例として、頂点を細くすることによっ
てより大きな柔軟性を材料に持たせた立方八面体骨格が
挙げられる。例えば、各部材は長さ約１ｍｍ、横断面直
径が中央で約２７５μｍ、直径が各頂点において約２５
０μｍである。このような骨格は、上記した柔軟性プロ
トタイプと同様の挙動を示すが、但し、二次元三角形要
素を三角形の辺に沿って一次元支柱に置き換えられるの
で、圧縮配置にあっても依然として流れの通過が可能で
ある。
【００４４】本発明の他の態様は、ここに開示した本発
明の明細及び実施例から鑑みて、当業者に自明のもので
あろう。本明細書及び実施例は例証を目的としたもので
あって、本発明の真の範囲及び精神は請求項に記載され
るものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】テンセグリティーにより再配置して自動的に安
定することのできる非圧縮性伸長部材を含む立方八面体
モジュールを例証する。
【図２】（ａ）は、棒及び弦からなる、複次元的で、有
核状のテンセグリティー「細胞」モデルを例証し、
（ｂ）は生きた細胞が接着基質に付着したときに起こ
る、細胞及び核の調和した拡散を例証する。
【図３】機械的剛性（歪みに対する応力の比）を生きた
細胞に適用した応力に対してプロットしたもの（ａ）及
びテンセグリティーモデルに適用した応力に対してプロ
ットしたもの（ｂ）である。
【図４】非圧縮性伸長部材及び四面体モジュールを用い
た、本発明の完全にジェオデシックな骨格材を例証す
る。
【図５】立方八面体モジュールからなる柔軟ジェオデシ
ック骨格材に、膨張前の膨張性重合体を浸漬したもの
（図５ａ）及び、骨格材にプレストレスが与えられ剛化
する一方で開孔を保つようにように、散在するヒドロゲ
ル膨張後の膨張性重合体を浸漬したもの（図５ｂ）を例
証する。
【図６】一本の辺に沿って結合した三個の立方八面体モ
ジュールからなる、一体的に結合した骨格に起こる一連
の動力学的配置変化を例証したコンピューターシミュレ
ーションである。この骨格はいずれにも共通する大きな
孔を中心にもつ、直鎖状で柔軟な立方八面体の列から、
無孔の、直鎖状で剛性のある閉じた八面体テンセグリテ
ィー配置に再配置することができる。
【図７】図６に示したものとは異なる一本の辺に沿って
結合した三個の立方八面体モジュールからなる骨格に起
こる、一連の動力学的配置変化を例証したコンピュータ
ーシミュレーションである。この骨格は、直鎖状で柔軟
な立方八面体の列から、「くの字形」の、非直鎖状で剛
性のある閉じた八面体テンセグリティー構造に再配置す
ることができる。
【図８】一個のいずれにも共通する三角面に沿って結合
した三個の立方八面体モジュールからなる骨格に起こ
る、一連の動力学的配置変化を例証したコンピューター
シミュレーションである。この骨格は、直鎖状で柔軟な
立方八面体の列から、図６に示したのとは異なる、非直
鎖状で剛性のある閉じた八面体テンセグリティー配置に
再配置することができる。
【図９】骨格材を、ヒドロゲルでコートしたもの（図９
ａ）及び更に解毒剤に浸漬したもの（図９ｂ）を例証す
る。
【図１０】剛性があるが柔軟なより大きな繊維をモジュ
ラーネットワークに加えた結果、ねじれに対する抵抗が
増加し、応力がかかったときにテンセグリティーネット
ワークが剛化し開いたままになることを例証したコンピ
ューターシミュレーションである。
【図１１】球状でモジュールに配置された伸長性部材の
みからなるジェオデシック材料を例証する。
【図１２】異なる収縮及び再配置段階にある二個の立方
八面体を例証する。これは各モジュールが一斉に挙動す
る必要が無いことを示している。
【図１３】結合した２個の立方八面体が変形（図１３ａ
及び図１３ｂ）及び、ＣＡＤ／ＣＡＭ法により加工し
た、結合した２個の立方八面体の対応する変形（図１３
ｃ及び図１３ｄ）を例証するコンピューターモデルであ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年２月９日（１９９９．２．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１１】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１２】
【図１３】

Claims (45)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一体的に連結したモジュールが所定の配
    置にあり；各該モジュールが、多面体の少なくとも一部
    を形成する、一体的に連結した複数の伸長部材からな
    り；該部材は少なくとも一部がジェオデシック要素又は
    テンセグリティー要素を構成するように配置されている
    ことを特徴とする骨格材料。
  2. 【請求項２】 該モジュールが、完全なジェオデシック
    又はテンセグリティー構造を形成するように再配置でき
    ることを特徴とする請求項１に記載の材料。
  3. 【請求項３】 全ての該モジュールの全ての部材が、ジ
    ェオデシック又はテンセグリティー要素を形成すること
    を特徴とする請求項１に記載の材料。
  4. 【請求項４】 該伸長部材が実質的に非圧縮性であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の材料。
  5. 【請求項５】 該部材の第一の部分が実質的に非圧縮性
    であり該部材の第二の部分が伸長性であることを特徴と
    する請求項１に記載の材料。
  6. 【請求項６】 非ジェオデシックな四辺多角形要素とし
    て方向付けられている一群の部材を、該モジュールが包
    含することを特徴とする請求項１又は２に記載の材料。
  7. 【請求項７】 該多面体モジュールが頂点で一体的に連
    結した８個の三角形要素を包含することを特徴とする請
    求項１又は３に記載の材料。
  8. 【請求項８】 一体的に連結したモジュールが所定の配
    置にあり；各該モジュールが、多面体の少なくとも一部
    を形成する、一体的に連結した複数の伸長性伸長部材か
    らなり；該部材の全てがジェオデシック要素を構成する
    ように配置されていることを特徴とする骨格材料。
  9. 【請求項９】 該伸長性部材が、直線状、曲線状、螺旋
    状、ばね状、鋸歯状、小鈍鋸歯状又はからみあい状の要
    素からなる群より選ばれることを特徴とする請求項８に
    記載の材料。
  10. 【請求項１０】 該モジュールが、球、球の一部、二十
    面体、八面体、十二面体、四面体及びこれらジェオデシ
    ック多面体の平頭形状又は星型状であることを特徴とす
    る請求項１、２、３又は８に記載の材料。
  11. 【請求項１１】 該配置が、１個以上の頂点、辺、面又
    は交点を共有することによって一体的に連結した複数の
    該モジュールを包含することを特徴とする請求項１、
    ２、３又は８に記載の材料。
  12. 【請求項１２】 該部材が、約１×１０-9〜約１×１０
    -1ｍの伸長サイズを有することを特徴とする請求項１、
    ２、３又は８に記載の材料。
  13. 【請求項１３】 ジェオデシック又はテンセグリティー
    要素の配置が約１×１０-9〜約１×１０-1ｍの部材間孔
    を有する構造になることを特徴とする請求項１、２、３
    又は８に記載の材料。
  14. 【請求項１４】 少なくとも１個のモジュールにプレス
    トレスが与えられていることを特徴とする請求項１、
    ２、３又は８に記載の材料。
  15. 【請求項１５】 該プレストレスが、少なくとも１個の
    モジュール内に位置する重合体によって与えられたもの
    であることを特徴とする請求項１４に記載の材料。
  16. 【請求項１６】 該重合体が、水性媒体に接触した時に
    膨張することのできるヒドロゲルであることを特徴とす
    る請求項１５に記載の材料。
  17. 【請求項１７】 該ヒドロゲル重合体が、ポリ（２−ヒ
    ドロキシエチルメタクリレート−コ−メチルメタクリレ
    ート）、不飽和直鎖ポリエステル、ポリ（エチレングリ
    コル）、並びにメタクリル酸、アクリル酸及び／又はグ
    リシジルメタクリレートの共重合体のいずれかからなる
    ことを特徴とする請求項１６に記載の材料。
  18. 【請求項１８】 伸長部材の少なくとも一部をカバーす
    るヒドロゲル重合体を更に包含することを特徴とする請
    求項１、２、３又は８に記載の材料。
  19. 【請求項１９】 該ヒドロゲル重合体が、ポリ（２−ヒ
    ドロキシエチルメタクリレート−コ−メチルメタクリレ
    ート）、不飽和直鎖ポリエステル、ポリ（エチレングリ
    コル）、並びにメタクリル酸、アクリル酸及び／又はグ
    リシジルメタクリレートの共重合体のいずれかからなる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の材料。
  20. 【請求項２０】 該重合体が、生物学的又は化学的活性
    分子から誘導されたものであることを特徴とする請求項
    １８に記載の材料。
  21. 【請求項２１】 該重合体が、熱、ｐＨの変化、電荷の
    変化又は他の環境条件にさらされた際に膨張可能である
    ことを特徴とする請求項１５に記載の材料。
  22. 【請求項２２】 該プレストレスが、少なくとも１個の
    非圧縮性部材を組み込むことによって与えられたもので
    あることを特徴とする請求項１４に記載の材料。
  23. 【請求項２３】 該プレストレスが、該少なくとも１個
    の非圧縮性部材の周りにある骨格材の収縮によって与え
    られたものであることを特徴とする請求項２２に記載の
    材料。
  24. 【請求項２４】 該プレストレスが、骨格材に接触した
    少なくとも１個の非圧縮性部材の膨張によって与えられ
    たものであることを特徴とする請求項２２に記載の材
    料。
  25. 【請求項２５】 該モジュールの該部材が少なくとも１
    個の部材間空間を画定し、少なくとも１個の部材間空間
    が固体材料で充填されていることを特徴とする請求項
    １、２、３又は８に記載の材料。
  26. 【請求項２６】 該固体材料がエラストマーであること
    を特徴とする請求項２５に記載の材料。
  27. 【請求項２７】 該エラストマーが、不飽和直鎖ポリエ
    ステル及びポリエチレングリコール、ポリウレタン並び
    にポリジメチルシロキサンからなる群より選ばれること
    を特徴とする請求項２６に記載の材料。
  28. 【請求項２８】 構造部材が非侵蝕性重合体からなるこ
    とを特徴とする請求項１、２、３又は８に記載の材料。
  29. 【請求項２９】 該重合体が、ポリアクリレート、ポリ
    エポキシド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリメタク
    リル酸、ポリアクリル酸、ポリイミド及びポリシロキサ
    ンからなる群より選ばれることを特徴とする請求項２８
    に記載の材料。
  30. 【請求項３０】 構造部材が侵蝕性重合体からなること
    を特徴とする請求項１、２、３又は８に記載の材料。
  31. 【請求項３１】 構造部材が、ポリグリコール酸、ポリ
    乳酸、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、蛋白
    質、炭水化物、核酸及び脂質からなる群より選ばれるこ
    とを特徴とする請求項３０に記載の材料。
  32. 【請求項３２】 該材料が、コンピューターを用いた製
    造方法によって加工されたものであることを特徴とする
    請求項１、２、３又は８に記載の材料。
  33. 【請求項３３】 該材料が、立体平板印刷法、ミクロ成
    形法、三次元ミクロ写真印画法、レーザーを用いた三次
    元穿孔又はエッチング法、及び自動組み立て法の少なく
    とも一つを用いて加工したものであることを特徴とする
    請求項３２に記載の材料。
  34. 【請求項３４】 モジュールの一部が生物学的又は化学
    的活性分子から誘導したものであることを特徴とする請
    求項１、２、３又は８に記載の材料。
  35. 【請求項３５】 該材料の表面が重合体で被覆されてい
    ることを特徴とする請求項１、２、３又は８に記載の材
    料。
  36. 【請求項３６】 該被覆重合体が、生物学的又は化学的
    活性分子から誘導したものであることを特徴とする請求
    項３５に記載の材料。
  37. 【請求項３７】 骨格が、製造品用のパターンを有する
    内部構造を形成することを特徴とする請求項１、２、３
    又は８に記載の材料。
  38. 【請求項３８】 パターンが、埋没材注入形成用パター
    ンであることを特徴とする請求項３７に記載の材料。
  39. 【請求項３９】 製造品が焼結により形成されたもので
    あることを特徴とする請求項３７に記載の材料。
  40. 【請求項４０】 製造品の形状を画定する堅固な外表
    面、並びに一体的に連結したモジュールが所定の配置に
    あり；各該モジュールが、多面体の少なくとも一部を形
    成する、一体的に連結した複数の伸長部材からなり；該
    部材は少なくとも一部がジェオデシック要素又はテンセ
    グリティー要素を構成するように配置されていることを
    特徴とする内部骨格材料を包含する、製造品のパター
    ン。
  41. 【請求項４１】 製造品が埋没材注入成形によって製造
    されることを特徴とする請求項４０に記載のパターン。
  42. 【請求項４２】 製造品が焼結によって製造されること
    を特徴とする請求項４０に記載のパターン。
  43. 【請求項４３】 （ａ）（ｉ）堅固な外表面及び（ｉ
    ｉ）一体的に連結したモジュールが所定の配置にあり；
    各該モジュールが、多面体の少なくとも一部を形成す
    る、一体的に連結した複数の伸長部材からなり；該部材
    は少なくとも一部がジェオデシック要素又はテンセグリ
    ティー要素を構成するように配置されていることを特徴
    とする内部骨格材料を包含する製造品の形状におけるパ
    ターンを提供し、（ｂ）パターンを硬化性材料で被覆
    し、（ｃ）硬化性材料を硬化シェル型に変形し、そして
    （ｄ）硬化シェル型を壊すことなく、シェルからパター
    ンを除去することを包含する、製造用型を製作する方
    法。
  44. 【請求項４４】 型が金属、セラミック、ガラス又は重
    合体製品を注入成形するのに用いられることを特徴とす
    る請求項４３に記載の方法。
  45. 【請求項４５】 （ａ）（ｉ）堅固な外表面及び（ｉ
    ｉ）一体的に連結したモジュールが所定の配置にあり；
    各該モジュールが、多面体の少なくとも一部を形成す
    る、一体的に連結した複数の伸長部材からなり；該部材
    は少なくとも一部がジェオデシック要素又はテンセグリ
    ティー要素を構成するように配置されていることを特徴
    とする内部骨格材料を包含する、注入成形により作成さ
    れる製造品の形状におけるパターンを提供し、（ｂ）パ
    ターンを硬化性材料で被覆し、（ｃ）硬化性材料を硬化
    シェルに変形し、（ｄ）硬化シェルを壊すことなく、シ
    ェルからパターンを除去し、そして（ｅ）実質的に固体
    に変形される液体をシェルに充填することによって製造
    品を注入成形することを包含する、埋没材注入成形の方
    法。
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