JP2010099494A - 医療用3次元構造物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 微小なシリンジとこれに対向する造形用ステージの移動を3次元構造物の形状データに基づいて制御しつつ、前記シリンジのノズルから生分解性樹脂の細線状の熱溶融物を吐出させる工程を反復して、微小な3次元構造物を形成する製造方法。
【選択図】図1
Description
本願の第1発明は、生体適合性を有する生分解性樹脂からなり、体内埋設型の治療具又は治療補助具としての任意の形状を有する3次元構造物であって、その成形に50μm以下の分解能を要する医療用3次元構造物である。
本願の第2発明は、前記第1発明に係る生体適合性を有する生分解性樹脂が、乳酸、グリコール酸、カプロラクトンのいずれか1種のモノマーからなるホモポリマー、あるいはこれらの2種以上のモノマーからなるコポリマーである、医療用3次元構造物である。
本願の第3発明は、前記第1発明又は第2発明に係る体内埋設型の治療具又は治療補助具が、外科的治療具、組織再生の足場材、骨格の構成用材料、薬物送達システム(DDS)又は遺伝子導入用デバイスである、医療用3次元構造物である。ここに薬物送達システム(DDS:ドラッグデリバリーシステム)とは、いわゆるドラッグデリバリーシステムを構成するデバイスの全体、又は薬物送達システムを構成する個々の部材を言う。
本願の第4発明は、前記第3発明に係る組織再生の足場材が、血管再生用ないしは毛細血管再生用の足場材としての分岐部を有する中空管状体である、医療用3次元構造物である。
本願の第5発明は、以下の(1)〜(3)のプロセスを含む、医療用3次元構造物の製造方法である。
(1)加熱手段を付設した微小なシリンジの下端のノズルを造形用ステージに接近して対向させ、前記シリンジに生体適合性を有する生分解性樹脂の細粒を充填して前記加熱手段により熱溶融させる。
(2)3次元構造物を構成する多数の2次元スライス層の平面形状データに基づき、熱溶融した生分解性樹脂を前記ノズルから細線状に吐出させると共に前記シリンジ又は造形用ステージを平面方向(X−Y方向)へ移動させることにより、多数の2次元スライス層(X−Y方向スライス層)の内の1層を形成する。
(3)前記シリンジ又は造形用ステージを前記2次元スライス層の1層分の厚さだけ縦方向(Z方向)へ離隔移動させた後に前記第2工程を反復し、この繰り返しにより3次元構造物を構成する多数の2次元スライス層の全てを形成する。
本願の第6発明は、前記第5発明における(1)〜(3)の各プロセスを、以下の(4)〜(6)の内の少なくとも1以上の条件に従って行う、医療用3次元構造物の製造方法である。
(4)前記ノズルからの細線状吐出物の直径が200μm以下である。
(5)前記ノズルからの細線状吐出物の吐出量が1.5μL/min.以下である。
(6)前記造形用ステージ上が生分解性樹脂の熱溶融点温度よりも30°C以上低い温度である。
本願の第7発明は、前記第5発明又は第6発明に係る3次元構造物が分岐部を有する中空管状体である場合において、当該分岐部に相当する複数の2次元スライス層の各層の形状を、1個の円形から、順次、楕円形、中央に括れを持つ楕円形、「8」の字状、2個の円形に変化させて行くことにより、中空管状体の分岐部を形成する、医療用3次元構造物の製造方法である。
本願の第8発明は、以下の(a)〜(e)の要素を含む、医療用3次元構造物の製造装置である。
(a)下端にノズルを備えた微小なシリンジと、このシリンジの外周に設けた加熱手段からなる吐出部。
(b)前記ノズルからのシリンジ内容物の吐出を制御する吐出制御手段。
(c)前記シリンジの下端のノズルに対向して位置する造形用ステージ。
(d)前記吐出部及び/又は造形用ステージの平面方向(X−Y方向)及び縦方向(Z方向)への移動を制御する移動制御手段。
(e)3次元構造物を構成する多数の2次元スライス層の平面形状データが入力されており、このデータに基づいて前記移動制御手段と吐出制御手段とを協調して作動させるコントローラ。
本願の第9発明は、前記第8発明に係る移動制御手段による制御方式が、吐出部及び造形用ステージのいずれか一方の平面方向(X−Y方向)及び縦方向(Z方向)への移動を制御する方式であるか、あるいは吐出部及び造形用ステージのいずれか一方の平面方向(X−Y方向)への移動を制御すると共に他方の縦方向(Z方向)への移動を制御する方式である、医療用3次元構造物の製造装置である。
本発明において使用する材料は生体適合性を有する生分解性樹脂である。医療関連以外の産業分野では、生体適合性を有しないモノマーからなる生分解性樹脂がしばしば使用されるが、このような生体適合性を有しない生分解性樹脂は本発明では使用しない。
本発明において、「医療用3次元構造物」とは、上記の生分解性樹脂からなり、体内埋設型の治療具又は治療補助具としての任意の形状を有する3次元構造物であって、その成形に50μm以下の分解能を要するものを言う。即ち、50μm以下のサイズであり、又は、全体のサイズが50μmを超える場合でも3次元構造物の少なくとも一部には50μm以下のサイズで正確に成形すべき部分を有する構造物である。
本発明に係る医療用3次元構造物の製造方法は、以下の(1)〜(3)のプロセスを少なくとも含む方法である。
上記の(1)〜(3)の各プロセスは、以下の(4)〜(6)の内の少なくとも1以上の条件に従って行うことが、特に好ましい。これらの条件に従うことにより、微小な医療用3次元構造物を迅速に冷却固化させ、成形型を用いることなく、熱溶融樹脂吐出後の「形崩れ」を有効に防止して、極めて正確に目的とする形状の3次元構造物を製造することができる。
3次元構造物が分岐部を有する中空管状体である場合、例えば血管や毛細血管の足場材として分岐部を有する中空管状体である場合、当該分岐部に相当する複数の2次元スライス層の各層の形状を、1個の円形から、順次、楕円形、中央に括れを持つ楕円形、「8」の字状、2個の円形に変化させて行くことにより、中空管状体の分岐部を自由に形成することができる。
本発明に係る医療用3次元構造物の製造装置は、以下の(a)〜(e)の要素を少なくとも含む装置である。
Imaging)等を用いて得られるような、3次元構造物の「輪切り」の形状データを言う。
図1に本発明の一実施例である医療用3次元構造物の製造装置1を簡略化して示す。この製造装置1において、非常に細いシリンジ2は、その下端に微小なノズル3を備えている。上記のノズル3の孔径は約50μmである。ノズル3からの細線状吐出物の直径は約45μmである。シリンジ2の外周は、アルミニウム製の筒状体4を介して、スパイラルに巻かれたニクロム線5により包囲されている。ニクロム線5は加熱制御部6により加熱のON/OFF及び加熱温度を制御される。
上記の製造装置1を用いて医療用3次元構造物を製造する方法を、図2及び図3に基づいて説明する。
上記の図7に示す箱体を細胞培養の容器として使用することにより、その生体適合性を評価した。比較実験の容器として、市販の96穴マイクロウエルプレートを用いた。
図9(a)に示す毛細血管再生用の足場材13は、生分解性樹脂であるポリ乳酸からなり、前記の実施例1の製造装置を用いて、前記の実施例2の製造方法により製造されたものである。この足場材13は、管壁部15が直径50μm以下のほぼ円形の断面形状を呈する中空の管状体であるが、分岐部14を伴っている。
生分解性樹脂であるポリ乳酸からなり、上記の実施例4の場合と同一形状の毛細血管再生用の足場材であって、管壁部が直径5μm以下であると言う極めて微細な中空管状体を作製した。作製方法は実施例4の場合と同様であるが、熱溶融させたポリ乳酸を吐出するノズルの直径は2μmとし、吐出量を0.15μL/min.とした。又、吐出されたポリ乳酸を迅速に固化させるため、冷却装置を用いて造形用ステージ10上を20°C以下の温度に冷却した。その結果、図9(a)に示すものと同様で、サイズがほぼ一ケタ小さい毛細血管再生用の足場材を作製することができた。
Claims (9)
- 生体適合性を有する生分解性樹脂からなり、体内埋設型の治療具又は治療補助具としての任意の形状を有する3次元構造物であって、その成形に50μm以下の分解能を要する医療用3次元構造物。
- 前記生体適合性を有する生分解性樹脂が、乳酸、グリコール酸、カプロラクトンのいずれか1種のモノマーからなるホモポリマー、あるいはこれらの2種以上のモノマーからなるコポリマーである請求の範囲1項に記載の医療用3次元構造物。
- 前記体内埋設型の治療具又は治療補助具が、外科的治療具、組織再生の足場材、骨格の構成用材料、薬物送達システム又は遺伝子導入用デバイスである請求の範囲1項又は2項に記載の医療用3次元構造物。
- 前記組織再生の足場材が、血管再生用ないしは毛細血管再生用の足場材としての、分岐部を有する中空管状体である請求の範囲3項に記載の医療用3次元構造物。
- 以下の(1)〜(3)の各プロセスを含む医療用3次元構造物の製造方法。
(1)加熱手段を付設した微小なシリンジの下端のノズルを造形用ステージに接近して対向させ、前記シリンジに生体適合性を有する生分解性樹脂の細粒を充填して前記加熱手段により熱溶融させる。
(2)3次元構造物を構成する多数の2次元スライス層の平面形状データに基づき、熱溶融した生分解性樹脂を前記ノズルから細線状に吐出させると共に前記シリンジ又は造形用ステージを平面方向(X−Y方向)へ移動させることにより、多数の2次元スライス層(X−Y方向スライス層)の内の1層を形成する。
(3)前記シリンジ又は造形用ステージを前記2次元スライス層の1層分の厚さだけ縦方向(Z方向)へ離隔移動させた後に前記第2工程を反復し、この繰り返しにより3次元構造物を構成する多数の2次元スライス層の全てを形成する。 - 前記(1)〜(3)の各プロセスを、以下の(4)〜(6)の内の少なくとも1以上の条件に従って行う請求の範囲5項に記載の医療用3次元構造物の製造方法。
(4)前記ノズルからの細線状吐出物の直径が200μm以下である。
(5)前記ノズルからの細線状吐出物の吐出量が1.5μL/min.以下である。
(6)前記造形用ステージ上が生分解性樹脂の熱溶融点温度よりも30°C以上低い温度である。 - 前記3次元構造物が分岐部を有する中空管状体である場合において、当該分岐部に相当する複数の2次元スライス層の各層の形状を、1個の円形から、順次、楕円形、中央に括れを持つ楕円形、「8」の字状、2個の円形に変化させて行くことにより、中空管状体の分岐部を形成する請求の範囲5項又は6項に記載の医療用3次元構造物の製造方法。
- 以下の(a)〜(e)の要素を含む医療用3次元構造物の製造装置。
(a)下端にノズルを備えた微小なシリンジと、このシリンジの外周に設けた加熱手段からなる吐出部。
(b)前記ノズルからのシリンジ内容物の吐出を制御する吐出制御手段。
(c)前記シリンジの下端のノズルに対向して位置する造形用ステージ。
(d)前記吐出部及び/又は造形用ステージの平面方向(X−Y方向)及び縦方向(Z方向)への移動を制御する移動制御手段。
(e)3次元構造物を構成する多数の2次元スライス層の平面形状データが入力されており、このデータに基づいて前記移動制御手段と吐出制御手段とを協調して作動させるコントローラ。 - 前記移動制御手段による制御方式が、吐出部及び造形用ステージのいずれか一方の平面方向(X−Y方向)及び縦方向(Z方向)への移動を制御する方式であるか、あるいは吐出部及び造形用ステージのいずれか一方の平面方向(X−Y方向)への移動を制御すると共に他方の縦方向(Z方向)への移動を制御する方式である請求の範囲8項に記載の医療用3次元構造物の製造装置。
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