JP2004059344A

JP2004059344A - セラミックス超多孔体およびその製造方法ならびにそれを用いた細胞培養用基材

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Publication number: JP2004059344A
Application number: JP2002216713A
Authority: JP
Inventors: Yukifumi Imaizumi; 今泉　幸文; Yoshiro Aiba; 相庭　吉郎; Koichi Imura; 井村　浩一; Hideo Uemoto; 上本　英雄
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP4293334B2

Abstract

【課題】８５％以上の高い気孔率を有し、気孔径および気孔相互の連通孔径も大きく、しかも、形状保持性、均質性に優れたセラミックス超多孔体およびその製造方法を提供する。また、生体内においても使用可能であり、生体適合性に優れ、かつ、長期間使用することができる上記セラミックス超多孔体を用いた細胞培養用基材を提供する。
【解決手段】三次元網状気孔構造からなるセラミックス多孔体であって、気孔率が８５％以上９９％以下であり、かつ、気孔径１００μｍ以上２０００μｍ以下の気孔が前記セラミックス多孔体に占める体積が５０％以上であることを特徴とするセラミックス超多孔体を用いる。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス超多孔体およびその製造方法ならびにそれを用いた細胞培養用基材に関し、より詳細には、気孔率の高いセラミックス超多孔体およびその製造方法、ならびに、人工臓器等に用いられる機能性組織細胞の培養に好適な該セラミックス超多孔体を用いた細胞培養用基材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、種々の植物や動物の細胞が培養されており、その培養技術の開発も進められている。
近年、細胞培養技術は、生物学的な研究だけでなく、例えば、酵素、ホルモン、抗体、核酸等の医療、薬剤、食品工学等の分野において、有用な物質を工業的に生産する方法としても注目されている。
また、再生医療においては、生体の外部で培養した細胞や組織を人工材料と共存させて、生体内の細胞や組織がもつ本来の機能を発現させ、かつ、それを長期間維持することを目的としたハイブリッド型人工臓器の研究開発が進められている。
【０００３】
ところで、例えば、肝臓の機能を果たす主な細胞である肝細胞等、動物細胞の多くは、物質に付着して育成される付着依存性を有しており、一般に生体外の浮遊状態では失活し、死滅しやすい。このため、このような細胞の培養には、細胞が付着するための足場、すなわち、細胞培養用基材が必要とされる。
また、前記細胞は、単独では機能を発揮し難く、球状組織体またはスフェロイドと呼ばれる複数の細胞の凝集状態において、機能が活発化される傾向にある。
このようなスフェロイドを形成するためには、細胞、栄養分等が進入することができる幅の通路と、細胞が定着することができる大きさの空間が必要である。
【０００４】
このため、前記ハイブリッド型人工臓器等に用いられる人工材料からなる細胞培養用基材としては、上記のような要件を満たす材料、構造等を有していなければならない。
例えば、人工肝臓の研究開発においては、従来、細胞培養用基材に用いられる人工材料としては、ポリウレタンフォーム等の有機化合物が用いられている。
しかしながら、ポリウレタンフォームは、原料として、生体に有害なイソシアネートが用いられており、また、その他の有機化合物についても、生体への悪影響がないことが完全には確認されておらず、安全性の面から、人体への適用は未だに行われていない。
【０００５】
このため、上記のような有機化合物に代わる材料として、無機材料を用いることも研究されている。この無機材料の中でも、生体為害性のないものとして、チタン等の金属材料、アルミナ、ジルコニア、リン酸カルシウム系等のセラミックス材料は、既に人体の治療のために生体内において用いられているものであり、有望視されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記細胞培養用基材として用いられているポリウレタンフォームは、気孔率が９８〜９９％程度と非常に高いものであり、金属やセラミックスにより、このような高い気孔率を有する多孔体を得ることは困難であった。
【０００７】
例えば、セラミックス多孔体の製造方法としては、有機化合物を混入させて、これを焼き抜いて気孔を形成させる方法や、ポリウレタンフォームをセラミックス原料スラリーで被覆し、ポリウレタンを焼き抜いて気孔を形成させる方法等があるが、これらの方法によっては、気孔率８５％以上、ましてや９０％を超えるものを製造することはほとんど不可能である。
また、セラミックス原料スラリーを撹拌起包させた状態で架橋重合剤を添加し、架橋重合させた後、焼成して、気孔率の高いセラミックス多孔体を製造する方法も提案されているが、この方法によっても、気孔率８５％以上のものは、焼成時に崩壊する等、十分な強度を有するセラミックス多孔体を得ることは困難であった。
【０００８】
このように、セラミックスは、焼結体であるため、気孔の制御が困難であり、しかも、脆く、崩れやすいため、上記ポリウレタンフォームのような成形体を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、８５％以上の高い気孔率を有し、気孔径および気孔相互の連通孔径も大きく、しかも、形状保持性、均質性に優れたセラミックス超多孔体およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、生体内においても使用可能であり、生体適合性に優れ、かつ、長期間使用することができる上記セラミックス超多孔体を用いた細胞培養用基材を提供することも目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るセラミックス超多孔体は、三次元網状気孔構造からなるセラミックス多孔体であって、気孔率が８５％以上９９％以下であり、かつ、気孔径１００μｍ以上２０００μｍ以下の気孔が前記セラミックス多孔体に占める体積が５０％以上であることを特徴とする。
このような８５％以上の高い気孔率を有するセラミックス多孔体は、触媒担体、細胞培養用基材等として好適に用いることができる。
【００１１】
前記セラミックス超多孔体は、特に、生体細胞培養用基材として用いられる場合には、前記三次元網状気孔構造を形成する骨格の棒状部分の幅が、気孔相互間に形成される連通孔の孔径よりも小さく、かつ、前記骨格は中実であることが好ましい。
また、前記骨格の棒状部分の本数の少なくとも６０％は、最も太い部分の断面積が、最も細い部分の断面積の２倍以下であり、前記骨格の棒状部分は、該骨格の交差部分の根元の幅の２倍以上の長さを有することが好ましい。
このような構造からなるセラミックス超多孔体は、高気孔率にもかかわらず、構造物としての十分な強度を得ることができる。
上記のような三次元網状気孔構造は、撹拌起泡により形成されたものであることが好ましい。
【００１２】
また、前記セラミックス超多孔体を構成するセラミックスは、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、シリカ、アルミナ−シリカ、チタニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、リン酸カルシウム系セラミックスのうちの少なくとも１種からなることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、前記セラミックス超多孔体は、その外周および／または内部の少なくとも一部に、形状維持部材が設けられていることが好ましい。
この形状維持部材としては、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、シリカ、アルミナ−シリカ、チタニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ハイドロキシアパタイトのうちの少なくとも１種からなることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るセラミックス超多孔体の製造方法は、平均粒径１ｎｍ以上２μｍ以下のセラミックス原料粉末と、界面活性剤と、分散媒と、セラミックス原料粉末に対して４０重量％以上３００重量％以下の架橋重合性樹脂とを、撹拌して起泡させ、泡沫スラリーを調製する工程と、前記泡沫スラリーに架橋剤を添加して成形し、架橋重合させる工程と、前記成形体を焼成して、気孔率８５％以上のセラミックス多孔体を得る工程とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
上記製造方法において、前記界面活性剤は、陰イオン系または非イオン系界面活性剤であることが好ましい。
陰イオン系界面活性剤の場合には、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルアリルエーテル硫酸エステル塩から選ばれた少なくとも１種であることが好ましく、また、非イオン系界面活性剤の場合には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、特殊非イオン活性剤から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
【００１６】
また、前記泡沫スラリー調製工程においては、さらに、分散媒に対して０．１重量％以上５重量％以下の吸液剤を添加してもよい。
この吸液剤は、高分子系吸液剤、いわゆる超吸水剤であることが好ましい。
【００１７】
また、前記焼成工程により得られたセラミックス多孔体は、さらに、酸により表面をエッチングしてもよい。
これにより、気孔率をさらに高くし、また、セラミックス多孔体内部の表面積を増加させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る細胞培養用基材は、上記のような本発明に係るセラミックス超多孔体の内部に、生体細胞が担持されていることを特徴とする。
上記セラミックス超多孔体は、８５％以上の高い気孔率を有しているため、酸素、栄養素の供給および老廃物の除去等の物質交換を円滑に行い、細胞を均等かつ高密度で培養させることができ、しかも、高い気孔率にもかかわらず、実用上十分な強度を有しているため、生体細胞の細胞培養用基材として好適に用いることができる。
【００１９】
前記セラミックス超多孔体の骨格表面の少なくとも一部には、細胞付着性を有する有機化合物が形成されていることが好ましい。
この有機化合物としては、乳酸および／またはグリコール酸の重合体、乳酸および／またはグリコール酸の重合体とポリエチレングリコールとのブロック共重合体、コラーゲンから選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
【００２０】
前記細胞培養用基材は、上記のようなセラミックス超多孔体の優れた効果により、特に、生体細胞が肝細胞である場合に好適に用いることができ、人工肝臓等の人工臓器としても適用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明に係るセラミックス超多孔体は、三次元網状気孔構造からなるセラミックス多孔体であって、気孔率が８５％以上９９％以下であり、かつ、気孔径１００μｍ以上２０００μｍ以下の気孔が前記セラミックス多孔体に占める体積が５０％以上であることを特徴とするものである。
本発明によれば、このような、８５％以上の高い気孔率を有し、かつ、気孔径が大きく、しかも、形状保持性、均質性に優れたセラミックス超多孔体が実現可能である。
なお、上記気孔体積は、水銀ポロシメータ、顕微鏡観察等により、測定することができる。
【００２２】
図１に、下記実施例１に係るセラミックス超多孔体の顕微鏡写真を示す。図１においては、白い部分が、セラミックスからなる骨格部分を、黒い部分が、気孔を示している。
図１に示したセラミックス超多孔体は、気孔率９５％であり、気孔径２００μｍ以上８００μｍ以下の気孔が前記セラミックス多孔体に占める体積が５０％以上である。
【００２３】
前記セラミックス超多孔体は、触媒担体、細胞培養用基材等の様々の用途に適用することができるが、特に、細胞培養用基材として用いられる場合には、後述するように、前記気孔率は、できる限り大きいことが好ましく、９１％以上、より好ましくは、９３％以上、さらには、９５％以上であることが好ましい。
また、強度および均質性の観点から、気孔径１００μｍ以上１０００μｍ以下の気孔が前記セラミックス多孔体に占める体積が５０％以上であることが、より好ましい。
【００２４】
図９は、前記セラミックス超多孔体の三次元網状気孔構造を形成する骨格の構成を模式的に示した拡大図である。
図９に示した骨格３の棒状部分の幅ａは、気孔相互間に形成される連通孔の平均孔径よりも小さい。
また、前記骨格３の棒状部分は、最も太い部分の断面積Ｓ_ｍａｘが、最も細い部分の断面積Ｓ_ｍｉｎの２倍以下、すなわち、Ｓ_ｍａｘ≦２Ｓ_ｍｉｎである。
さらに、前記骨格３の棒状部分の長さｃは、該骨格３の交差部分の根元の幅ｂの２倍以上、すなわち、ｃ≧２ｂである。好ましくは、４倍以上、すなわち、ｃ≧４ｂである。
前記骨格３の棒状部分の本数の少なくとも６０％以上が、上記のような関係を有していることが好ましい。より好ましくは、８０％以上である。
このような構造からなる本発明に係るセラミックス超多孔体は、気孔径のみならず、連通孔径も大きいものであるが、骨格自体は、中実である、すなわち、内部に空洞がない状態であることにより、高気孔率にもかかわらず、構造物としての十分な強度を得ることができる。
また、前記骨格３は、その棒状部分の幅ａを５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲となるように制御することにより、本発明に係る超多孔体を安定して製造することが容易となる。
【００２５】
上記図１に示したようなセラミックスの三次元網状気孔構造は、撹拌起泡により容易に形成することができる。撹拌起泡によれば、骨格が中空状態とならず、連通孔の歪みも小さく、かつ、気孔径の均一化を図りやすいため、十分な強度を得ることができる。
【００２６】
また、前記セラミックス超多孔体を構成するセラミックスの材質としては、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、シリカ、アルミナ−シリカ（ムライトを含む）、チタニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、リン酸カルシウム系セラミックス等が挙げられる。これらの中でも、強度の観点から、特に、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニアを用いることが好ましい。
【００２７】
また、前記セラミックス超多孔体の外周および／または内部の少なくとも一部に、該セラミックス超多孔体の強度を補充するための形状維持部材が設けられていることが好ましい。
図１０に、形状維持部材の一例を模式的に示す。
図１０に示した形状維持部材２は、セラミックス超多孔体１の内部に、円柱体が組み合わされたものが設けられているものである。
形状維持部材は、その他にも、セラミックス超多孔体内部にハシゴ状に形成したもの、セラミックス超多孔体の外周に円筒状や壁状に形成したもの等でもよく、その形態は特に限定されない。
また、形状維持部材を設ける方法も、特に限定されるものではなく、例えば、予め形成しておいた形状維持部材に対して接するように、セラミックス超多孔体を作製してもよい。また、セラミックス超多孔体を形成させた後、形状維持部材を接着等により複合させてもよい。
【００２８】
前記形状維持部材の材質としては、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア（ムライトを含む）、シリカ、アルミナ−シリカ、チタニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ハイドロキシアパタイト等が好適に用いられる。
【００２９】
また、本発明に係るセラミックス超多孔体の製造方法は、平均粒径１ｎｍ以上２μｍ以下のセラミックス原料粉末と、界面活性剤と、分散媒と、セラミックス原料粉末に対して４０重量％以上３００重量％以下の架橋重合性樹脂とを、撹拌して起泡させ、泡沫スラリーを調製する工程と、前記泡沫スラリーに架橋剤を添加して成形し、架橋重合させる工程と、前記成形体を焼成して、気孔率８５％以上のセラミックス多孔体を得る工程とを備えていることを特徴とするものである。
上記製造方法によれば、８５％以上の高い気孔率を有する上記のような本発明に係るセラミックス超多孔体を容易に得ることができる。
【００３０】
前記架橋重合性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂等、通常用いられるもので差し支えなく、セラミックス原料粉末に対して４０重量％以上３００重量％以下、より好ましくは、２３０重量％以上３００重量％以下添加される。
さらに、泡沫スラリー中のセラミックス原料の濃度が、３０重量％以下とされていることがより好ましい。
【００３１】
上記製造方法において、前記界面活性剤は、セラミックススラリーの起泡剤および分散剤としての役割を果たすものであり、陰イオン系または非イオン系界面活性剤であることが好ましい。
陰イオン系界面活性剤としては、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルアリルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられる。
また、非イオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体等の特殊非イオン活性剤等が好適に用いられる。
【００３２】
また、前記泡沫スラリー調製工程においては、さらに、分散媒に対して０．１重量％以上５重量％以下の吸液剤を添加してもよい。
前記吸液剤としては、ポリアクリル酸塩、デンプン−アクリロニトリルグラフと共重合体、架橋ポリビニルアルコール等の高分子系吸液剤、いわゆる超吸水剤が好適に用いられる。
図２に、下記実施例３において、分散媒に対して１重量％のポリアクリル酸塩を吸液剤として添加した場合に得られたセラミックス超多孔体の顕微鏡写真を示す。
図２に示したように、セラミックス超多孔体のセラミックスからなる骨格表面が凹凸状に形成され、多孔体内部の表面積が大きくなり、また、吸液剤が添加されていない場合に比べて、強度の向上を図ることもできる。
【００３３】
前記吸液剤の添加量は、分散媒に対して０．１重量％以上５重量％以下であることが好ましく、より好ましくは、０．５重量％以上１重量％以下である。
前記添加量が０．１重量％未満である場合には、上記のような、多孔体内部の表面積の増加等の効果は得られない。
一方、添加量が５重量％を超える場合には、セラミックススラリーの粘性が高くなりすぎ流動性に劣り、十分な撹拌起泡が困難となる。
【００３４】
また、上記製造方法においては、さらに高い気孔率を得るため、また、連通孔径を大きくするために、前記焼成工程により得られたセラミックス多孔体は、さらに、酸により表面をエッチングしてもよい。
【００３５】
また、本発明に係る細胞培養用基材は、上記のような本発明に係るセラミックス超多孔体の内部に、生体細胞が担持されていることを特徴とするものである。
上記セラミックス超多孔体は、８５％以上の高い気孔率を有しているため、酸素、栄養素の供給および老廃物の除去等の物質交換を円滑に行い、細胞を均等かつ高密度で培養させることができ、しかも、高い気孔率にもかかわらず、実用上十分な強度を有しているため、細胞培養用基材として好適に用いることができる。
【００３６】
また、前記セラミックス超多孔体は、気孔相互の連通孔径も大きく、また、気孔径が１００μｍ以上２０００μｍ以下の気孔がセラミックス多孔体の体積の５０％以上を占めるため、均等に大きな気孔の割合が大きいため、セラミックス多孔体内部まで均等に細胞を導入することができる。
上記のように、前記セラミックス超多孔体は、細胞の足場としての役割を果たすことから、気孔率は９１％以上であり、かつ、気孔径が１００μｍ以上１０００μｍ以下の気孔がセラミックス多孔体の体積の５０％以上を占めることが好ましい。さらに、気孔率は９３％以上、特に、９５％以上と高いほど好ましいが、９９％を超えるものは、実際上、形成困難である。
【００３７】
さらにまた、前記セラミックス超多孔体の骨格表面の少なくとも一部に、細胞の定着性を向上させる観点から、細胞付着性を有する有機化合物が形成されていてもよい。
このような細胞付着性を有する有機化合物としては、分子量により細胞付着性を制御することができる観点から、高分子材料であることが好ましく、例えば、乳酸および／またはグリコール酸の重合体、乳酸および／またはグリコール酸の重合体とポリエチレングリコールとのブロック共重合体、コラーゲン等が好適に用いられる。
これらの有機化合物を多孔体の骨格表面にコーティング等によって形成させることにより、細胞培養用基材に対する細胞の定着性等の向上を図ることができる。さらに、該有機化合物内に各種増殖因子、薬剤等を含有させることにより、新たな機能を付加することができる。
【００３８】
例えば、繊維芽細胞成長因子（ＦＧＦ；ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ　ｇｒｏｗｔｈｆａｃｔｏｒ）、血管内皮細胞増殖因子（ＶＥＧＦ；ｖａｓｃｕｌａｒ　ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ　ｇｒｏｗｔｈ　ｆａｃｔｏｒ）、形質転換成長因子−β（ＴＧＦ−β；ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ　ｇｒｏｗｔｈ　ｆａｃｔｏｒ−β）等の血管増殖因子を、前記細胞付着性を有する有機化合物に含有させて徐放させてもよい。
これにより、生体細胞培養においては、毛細血管の形成が促進され、細胞の活性化を図ることができる。
【００３９】
前記細胞培養用基材は、上記のようなセラミックス超多孔体の優れた効果により、生体細胞機能の発現性およびその持続性に優れていることから、各種細胞や微生物の培養担体として有用であるが、特に、生体細胞が肝細胞である場合に好適に用いることができ、人工肝臓等の人工臓器として適用することができる。
また、本発明に係る細胞培養用基材は、生体適合性に優れており、セラミックス超多孔体により構成されているため、一方向への血漿等の流れが要求される人工臓器にも好適に用いることができる。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
セラミックス原料として平均粒径１μｍのアルミナ粉末８５ｇと、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩０．６５ｇと、分散媒として水４０ｇとをボールミルで５時間撹拌混合して原料スラリーを得た。
この原料スラリーに、起泡剤としてポリオキシエチレン高級アルコールエーテル３．５ｇと、架橋重合剤としてエポキシ樹脂１４ｇとを添加し、５分間撹拌して起泡させ、泡沫スラリーを調製した。
さらに、硬化剤としてイミノビスプロピルアミン３．８ｇを添加して撹拌した。このときの泡沫スラリー中のセラミックス原料以外の重量は、セラミックス原料の重量の約７３％であった。
前記泡沫スラリーを１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×４０ｍｍの成形型に鋳込み、デシケータ中で２時間静置して架橋重合によりゲル化させた後、脱型した。
得られた成形体を４０℃、湿度９０％の加湿状態で、７２時間かけて乾燥させた後、５００℃までは２５℃／ｈｒ、５００℃〜１６００℃においては５０℃／ｈｒで昇温し、１６００℃で４時間保持した後、放冷し、表１の実施例１に示すような気孔率および気孔径を有するアルミナセラミックス超多孔体を得た。
得られたアルミナセラミックス超多孔体の電子顕微鏡写真を図１に示す。
【００４１】
［実施例２〜６］
撹拌起泡の際の空気導入量を変化させることによって気孔率を変化させ、また、添加する界面活性剤の種類を変化させることによって連通孔径を変化させて、それ以外については、実施例１と同様の工程により、表１の実施例２〜６に示すような気孔率および気孔径を有するアルミナセラミックス超多孔体を作製した。なお、実施例３においては、原料スラリーを調製する際、分散媒に対して約１重量％のポリアクリル酸塩を吸液剤として添加した。
実施例３〜６において得られた各アルミナセラミックス超多孔体の電子顕微鏡写真を図２〜５に示す。
【００４２】
［比較例１〜５］
撹拌起泡の際の空気導入量を変化させることによって気孔率を変化させ、また、添加する界面活性剤の種類を変化させることによって連通孔径を変化させて、それ以外については、実施例１と同様の工程により、表１の比較例１〜５に示すような気孔率および気孔径を有するアルミナセラミックス多孔体を作製した。
比較例１および５において得られた各アルミナセラミックス多孔体の電子顕微鏡写真を図６および７に示す。
【００４３】
［比較例６および７］
ポリウレタンフォームにアルミナ粉末含有スラリーを含浸させ、余分なスラリーを除去し、乾燥させた後、１６００℃で焼成して、表１の比較例６、７に示すような気孔率および気孔径を有するアルミナセラミックス多孔体を得た。
比較例７において得られたアルミナセラミックス多孔体の電子顕微鏡写真を図８に示す。
【００４４】
なお、表１に示した気孔径の範囲内にある気孔の体積が、アルミナセラミックス多孔体に占める体積は、いずれも５０％以上であった。
また、表１における骨格の幅は、連通孔径と比較した場合の大小を示したものである。
比較例２の場合には、気孔率が９９．５％と高すぎて、強度が不十分であり、アルミナセラミックス多孔体は、焼成時に崩壊してしまった。
また、比較例６の場合には、骨格内部が中空であり、この場合も、焼成時に崩壊してしまった。
【００４５】
［実施例１’〜６’］
実施例１〜６において作製したアルミナセラミックス超多孔体にコラーゲンを０．１ｍｇ／ｍｍ^２コーティングして、細胞培養用基材とした。
【００４６】
［細胞培養試験」
上記実施例１〜６および比較例１〜７において作製したアルミナセラミックス多孔体をそのまま細胞培養基材とし、また、実施例１’〜６’において作製した細胞培養用基材を用いて、それぞれ、滅菌後、ポリスチレン製シャーレ内において、無菌状態で細胞培養試験を行った。
培養細胞としては、ラットの肝臓実質細胞の初代培養系で、生存率９８％以上のものを使用した。培養液は、１０％血清含有培養液を用いた。
各細胞培養用基材が用意されたシャーレに、細胞密度が培養液１ｍｌ当たり５×１０^５個の細胞懸濁液を４ｍｌ播種して、肝細胞培養を開始した。
培養開始２４時間後、無血清培養液に切り替えて培養を継続し、２４時間経過するごとに、培養液を４ｍｌずつ全交換した。
【００４７】
評価は、経日的に肝の特異的機能であるアルブミン産生量を酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ法；Ｅｎｚｙｍｅ−Ｌｉｎｋｅｄ　Ｉｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔ　Ａｓｓａｙ）により定量し、１×１０^６個の細胞が２４時間（１日）で産生するアルブミンの量に換算して、肝細胞の活性度を評価した。
これらの結果を表１に示す。
なお、最大機能発現能は、播種肝細胞数１×１０^６個につき１日当たりのアルブミン産生量が最大であった日の産生量とする。
また、機能発現能の維持期間は、播種肝細胞数１×１０^６個につき１日当たり１０μｇ以上のアルブミン産生量が持続した培養日数とした。
【００４８】
【表１】

【００４９】
表１に示したように、肝臓実質細胞の培養試験の結果、本発明に係る細胞培養用基材（実施例１〜６）は、最大機能発現能が高く、また、機能維持期間も３０日よりも長く、肝細胞培養のための良好な基材として用いることができることが認められた。また、コラーゲンコーティングした場合（実施例１’〜６’）も、同様に、良好な結果が得られた。
【００５０】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係るセラミックス超多孔体の製造方法によれば、８５％以上の高い気孔率を有し、気孔径および気孔相互の連通孔径も大きく、しかも、十分な強度を有するセラミックス超多孔体を得ることができる。
さらに、このセラミックス超多孔体は、形状保持性、均質性に優れており、また、生体内においても使用可能であり、生体適合性に優れ、かつ、長期間使用することができるため、細胞培養用基材、特に、生体細胞培養用基材として好適に用いることができる。
したがって、本発明に係る細胞培養用基材は、細胞培養キット、機能性組織細胞が生産する有用物質の大量生産用バイオリアクタ等に好適に使用することができる。
さらには、本発明に係る細胞培養用基材によれば、人工肝臓等のハイブリッド人工臓器等の実現化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係るセラミックス超多孔体の顕微鏡写真を示したものである。
【図２】実施例３に係るセラミックス超多孔体の顕微鏡写真を示したものである。
【図３】実施例４に係るセラミックス超多孔体の顕微鏡写真を示したものである。
【図４】実施例５に係るセラミックス超多孔体の顕微鏡写真を示したものである。
【図５】実施例６に係るセラミックス超多孔体の顕微鏡写真を示したものである。
【図６】比較例１に係るセラミックス多孔体の顕微鏡写真を示したものである。
【図７】実施例５に係るセラミックス多孔体の顕微鏡写真を示したものである。
【図８】実施例７に係るセラミックス多孔体の顕微鏡写真を示したものである。
【図９】本発明に係るセラミックス超多孔体の骨格の構成を模式的に示した拡大図である。
【図１０】本発明に係る形状維持部材の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１　セラミックス超多孔体
２　形状維持部材
３　骨格

Claims

三次元網状気孔構造からなるセラミックス多孔体であって、気孔率が８５％以上９９％以下であり、かつ、気孔径１００μｍ以上２０００μｍ以下の気孔が前記セラミックス多孔体に占める体積が５０％以上であることを特徴とするセラミックス超多孔体。
前記三次元網状気孔構造を形成する骨格の棒状部分の幅が、気孔相互間に形成される連通孔の孔径よりも小さく、かつ、前記骨格は中実であることを特徴とする請求項１記載のセラミックス超多孔体。
前記骨格の棒状部分の本数の少なくとも６０％は、最も太い部分の断面積が、最も細い部分の断面積の２倍以下であることを特徴とする請求項２記載のセラミックス超多孔体。
前記骨格の棒状部分は、該骨格の交差部分の根元の幅の２倍以上の長さを有していることを特徴とする請求項３記載のセラミックス超多孔体。
前記三次元網状気孔構造は、撹拌起泡により形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のセラミックス超多孔体。
前記セラミックスは、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、シリカ、アルミナ−シリカ、チタニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、リン酸カルシウム系セラミックスのうちの少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載のセラミックス超多孔体。
その外周および／または内部の少なくとも一部に、形状維持部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のセラミックス超多孔体。
前記形状維持部材は、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、シリカ、アルミナ−シリカ、チタニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ハイドロキシアパタイトのうちの少なくとも１種からなることを特徴とする請求項７記載のセラミックス超多孔体。
平均粒径１ｎｍ以上２μｍ以下のセラミックス原料粉末と、界面活性剤と、分散媒と、セラミックス原料粉末に対して４０重量％以上３００重量％以下の架橋重合性樹脂とを、撹拌して起泡させ、泡沫スラリーを調製する工程と、
前記泡沫スラリーに架橋剤を添加して成形し、架橋重合させる工程と、
前記成形体を焼成して、気孔率８５％以上のセラミックス多孔体を得る工程とを備えていることを特徴とするセラミックス超多孔体の製造方法。
前記界面活性剤が、陰イオン系または非イオン系界面活性剤であることを特徴とする請求項９記載のセラミックス超多孔体の製造方法。
前記陰イオン系界面活性剤は、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルアリルエーテル硫酸エステル塩から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０記載のセラミックス超多孔体の製造方法。
前記非イオン系界面活性剤は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、特殊非イオン活性剤から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０記載のセラミックス超多孔体の製造方法。
前記泡沫スラリー調製工程において、分散媒に対して０．１重量％以上５重量％以下の吸液剤を添加することを特徴とする請求項９から請求項１２までのいずれかに記載のセラミックス超多孔体の製造方法。
前記吸液剤は、高分子系吸液剤であることを特徴とする請求項１３記載のセラミックス超多孔体の製造方法。
前記焼成工程により得られたセラミックス多孔体を、さらに、酸により表面をエッチングすることを特徴とする請求項９から請求項１４までのいずれかに記載のセラミックス超多孔体の製造方法。
セラミックス多孔体の内部に、生体細胞が担持されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載のセラミックス超多孔体を用いた細胞培養用基材。
前記セラミックス多孔体の骨格表面の少なくとも一部に、細胞付着性を有する有機化合物が形成されていることを特徴とする請求項１６記載の細胞培養用基材。
前記細胞付着性を有する有機化合物は、乳酸および／またはグリコール酸の重合体、乳酸および／またはグリコール酸の重合体とポリエチレングリコールとのブロック共重合体、コラーゲンから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１７記載の細胞培養用基材。
前記生体細胞は、肝細胞であることを特徴とする請求項１６から請求項１８までのいずれかに記載の細胞培養用基材。
人工臓器として用いられることを特徴とする請求項１６から請求項１９までのいずれかに記載の細胞培養用基材。