JP2012170861A - Method of synthesizing non-spherical hydrogel particle and non-spherical hydrogel particle - Google Patents

Method of synthesizing non-spherical hydrogel particle and non-spherical hydrogel particle Download PDF

Info

Publication number
JP2012170861A
JP2012170861A JP2011034026A JP2011034026A JP2012170861A JP 2012170861 A JP2012170861 A JP 2012170861A JP 2011034026 A JP2011034026 A JP 2011034026A JP 2011034026 A JP2011034026 A JP 2011034026A JP 2012170861 A JP2012170861 A JP 2012170861A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogel particles
spherical hydrogel
solution
spherical
synthesizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011034026A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5939558B2 (en
Inventor
Minoru Seki
実 関
Masumi Yamada
真澄 山田
Ayaki Miyama
文葵 三山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chiba University NUC
Original Assignee
Chiba University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chiba University NUC filed Critical Chiba University NUC
Priority to JP2011034026A priority Critical patent/JP5939558B2/en
Publication of JP2012170861A publication Critical patent/JP2012170861A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5939558B2 publication Critical patent/JP5939558B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new technique that makes it possible to synthesize non-spherical hydrogel particles with good reproducibility only through a simple operation, while eliminating the need for a complex manufacturing device and operation required heretofore to synthesize non-spherical hydrogel particles.SOLUTION: To a flow passage structure X having at least two entrances, at least one exit O, entrance flow passages connected to the entrances, and a flow passage part J which is formed as the entrance flow passages are combined at the same time or in steps and which is connected to the exit O, a sol solution Z serving as the raw material of hydrogel and a gelling agent solution G are continuously introduced from the entrance I1 and the entrance I2, respectively. Fibers where the sol solution Z is at least partially gelled at the flow passage part J are confined within liquid droplets and thereby non-spherical hydrogel particles are manufactured by cutting the fibers.

Description

本発明は、非球形ハイドロゲル粒子の合成法及び非球形ハイドロゲル粒子に関する。   The present invention relates to a method for synthesizing non-spherical hydrogel particles and non-spherical hydrogel particles.

ハイドロゲル粒子は、体内での薬物送達のための担体、再生医療のための細胞培養材料、細胞移植のためのキャリア、バイオリアクターのための固定化担体などとして広く利用されている。   Hydrogel particles are widely used as carriers for drug delivery in the body, cell culture materials for regenerative medicine, carriers for cell transplantation, immobilized carriers for bioreactors, and the like.

ハイドロゲル粒子を作製する既存の手法として、ゲルを形成する水溶液を、ゲル化剤を含む水溶液に滴下する手法がある。この手法では直径数mm程度の比較的大きなハイドロゲル粒子が得られ、その形状は球形あるいは球形に準ずる形状であることが多い。   As an existing technique for producing hydrogel particles, there is a technique in which an aqueous solution that forms a gel is dropped into an aqueous solution containing a gelling agent. In this method, relatively large hydrogel particles having a diameter of several millimeters are obtained, and the shape thereof is often a sphere or a shape similar to a sphere.

一方近年、微細加工技術を利用して作製したマイクロ流路を用いることで、より微小な直径数十〜数百μmのハイドロゲル粒子を合成する手法が提案されており、例として、流路内で、油相を連続相とし、ハイドロゲル構成物質を含む水溶液を分散相として液滴を形成し、その液滴をゲル化する手法が提案されている。この手法では、ハイドロゲル構成物質としてアルギン酸ナトリウムを用い、ゲル化剤として液滴内部に混合した炭酸カルシウムを用い、流路下流において酢酸を含む油を導入すると、液滴内の炭酸カルシウムが溶解することで、液滴がゲル化し、直径100μm程度の球形アルギン酸カルシウムハイドロゲル粒子が得られる。   On the other hand, in recent years, a method for synthesizing hydrogel particles having a diameter of several tens to several hundreds of μm by using a microchannel manufactured by using microfabrication technology has been proposed. Thus, a technique has been proposed in which droplets are formed using an oil phase as a continuous phase and an aqueous solution containing a hydrogel constituent as a dispersed phase, and the droplets are gelled. In this method, sodium alginate is used as the hydrogel constituent material, calcium carbonate mixed inside the droplet is used as the gelling agent, and the oil containing acetic acid is introduced downstream of the flow path, the calcium carbonate in the droplet dissolves. As a result, the droplets gel, and spherical calcium alginate hydrogel particles having a diameter of about 100 μm are obtained.

これらの既存の手法では、得られるハイドロゲル粒子の形状は主に球形、あるいはそれに準ずる形状であるが、たとえばハイドロゲル粒子を細胞移植のキャリアとして用いる場合には、その形状は血流を阻害しないものが望ましい。また、細胞や酵素などの固定化担体としてハイドロゲル粒子を利用する場合には、内部への効率的な酸素や栄養の供給を可能とする、比表面積が大きい形状が望ましく、その観点からは、非球形なハイドロゲル粒子は好ましい。   In these existing methods, the shape of the obtained hydrogel particles is mainly spherical or similar, but for example, when the hydrogel particles are used as a carrier for cell transplantation, the shape does not inhibit blood flow. Things are desirable. In addition, when using hydrogel particles as an immobilization carrier for cells, enzymes, etc., a shape with a large specific surface area that enables efficient supply of oxygen and nutrients to the inside is desirable. Non-spherical hydrogel particles are preferred.

非球形なハイドロゲル粒子を作製する手法として、マイクロ流路内で光硬化性モノマーに光を照射しゲル化を行う手法も提案されている。例えば、マイクロ流路内に導入した光硬化性モノマーであるpoly(ethylene glycol)diacrylate (PEG-DA)の水溶液に対し、任意の形状のマスクを通してUVを照射し、stopped flow lithography (SFL)というシステムを用いて、周期的かつ自動的に流れを停止させることによって、流れが停止する間に、UV照射された領域のPEG-DA分子は架橋されてポリマーとなり、マスクの形状に応じた様々な形状のハイドロゲル粒子を得るための手法も報告されている。   As a technique for producing non-spherical hydrogel particles, a technique has also been proposed in which a photocurable monomer is irradiated with light in a microchannel for gelation. For example, a system called stopped flow lithography (SFL) is applied by irradiating an aqueous solution of poly (ethylene glycol) diacrylate (PEG-DA), which is a photocurable monomer, introduced into a microchannel, through a mask having an arbitrary shape. By periodically and automatically stopping the flow, the PEG-DA molecules in the UV-irradiated area are cross-linked into a polymer while the flow is stopped, and various shapes depending on the mask shape A technique for obtaining the hydrogel particles has also been reported.

特開2007−186456号公報JP 2007-186456 A

「アンゲヴァンテ・ケミー・インターナショナル・エディション(Angewandte Chemie Int. Ed.), 49, 87-90, 2010.“Angewandte Chemie Int. Ed., 49, 87-90, 2010.

しかしながら、上記非特許文献1に記載された手法では、非球形の粒子を合成することは可能ではあるものの、複雑な作製装置および操作を要するという欠点がある。また、得られる粒子の形状は平面的(深さ方向に均一の厚み)に限られてしまうため、表面積の大幅な増加は不可能であるという問題がある。   However, although the technique described in Non-Patent Document 1 described above can synthesize non-spherical particles, it has a drawback of requiring a complicated production apparatus and operation. Moreover, since the shape of the obtained particles is limited to a planar shape (a uniform thickness in the depth direction), there is a problem that it is impossible to increase the surface area significantly.

また、上記非特許文献1に記載された手法は、光架橋性の反応基を有するポリマー分子以外に適用できないため、アルギン酸ゲルのような、安価で生体適合性や強度が高い天然分子を材料とした非球形ハイドロゲル粒子の作製は不可能であった。   In addition, since the technique described in Non-Patent Document 1 cannot be applied to a polymer molecule having a photocrosslinkable reactive group, an inexpensive natural molecule having high biocompatibility and strength such as alginate gel is used as a material. It was impossible to produce non-spherical hydrogel particles.

本発明は、従来の技術の有する上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来非球形ハイドロゲル粒子を合成するために必要であった、複雑な作製装置および操作を不要とし、簡便な操作のみで再現性良く非球形なハイドロゲル粒子の合成を可能とする新規手法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is a complicated production that has been conventionally required for synthesizing non-spherical hydrogel particles. It is an object of the present invention to provide a new technique that makes it possible to synthesize non-spherical hydrogel particles with simple reproducibility and with no reproducibility with no need for apparatus and operation.

また本発明は、アルギン酸によって構成された、強度の高く非球形なハイドロゲル粒子を作製するための新規手法を提供するとともに、より比表面積の大きい、毛糸玉状のハイドロゲル粒子を作製するための新規手法を提供するものである。   The present invention also provides a novel method for producing high-strength, non-spherical hydrogel particles composed of alginic acid, and for producing wool ball-shaped hydrogel particles having a larger specific surface area. It provides a new method.

さらに本発明は、さらにその新規手法によって得られる毛糸玉状のハイドロゲル粒子自体を提供しようとするものである。   Furthermore, the present invention intends to provide a yarn ball-shaped hydrogel particle itself obtained by the novel method.

上記目的を達成するために、本発明の一観点に係る発明は、少なくとも2つの入口I1〜In(n≧2)と、少なくとも1つの出口Oと、入口I1〜Inにそれぞれ接続される入口流路C1〜Cnと、入口流路C1〜Cnが同時にあるいは段階的に合流することによって形成され、出口Oに接続される流路部分J、を有する流路構造Xに対して、入口I1からハイドロゲルの原料となるゾル溶液Zを、入口I2からゲル化剤溶液Gをそれぞれ連続的に導入し、流路部分Jにおいてゾル溶液Zを少なくとも部分的にゲル化させたファイバーを形成し、さらに、流路Xの内部あるいは外部において、ゾル溶液Zを少なくとも部分的にゲル化させたファイバーを液滴内に閉じ込めることによってファイバーを切断することで、非球形ハイドロゲル粒子を作製することを可能とする、非球形ハイドロゲル粒子の合成方法である。これにより、複数種類の溶液を特定の形状を有する流路構造に導入するだけで、特殊な外部装置を用いることなく、非球形ハイドロゲル粒子の合成が可能となる。   In order to achieve the above object, the invention according to one aspect of the present invention provides at least two inlets I1 to In (n ≧ 2), at least one outlet O, and inlet streams connected to the inlets I1 to In, respectively. For the channel structure X having the channel portion J connected to the outlet O, formed by the passages C1 to Cn and the inlet channels C1 to Cn joining at the same time or stepwise, The sol solution Z that is the raw material of the gel is continuously introduced with the gelling agent solution G from the inlet I2 to form a fiber in which the sol solution Z is at least partially gelled in the flow path portion J. A non-spherical hydrogel particle is obtained by cutting the fiber by confining the fiber in which the sol solution Z is at least partially gelled in the droplet inside or outside the channel X. The makes it possible to produce a synthesis method of a non-spherical hydrogel particles. This makes it possible to synthesize non-spherical hydrogel particles by simply introducing a plurality of types of solutions into a channel structure having a specific shape without using a special external device.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記液滴は油相あるいは気相中に分散した水滴であることが好ましい。このようにすることで、水滴内にハイドロゲルのファイバーを閉じ込めることによってファイバーを効率的に切断することが可能となる。   In the invention according to this aspect, the droplet is preferably an oil phase or a water droplet dispersed in a gas phase, although not limited thereto. By doing so, it becomes possible to efficiently cut the fiber by confining the hydrogel fiber in the water droplet.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記流路構造Xは少なくとも3つの入口I1〜In(n≧3)を有しており、その内少なくとも1つの入口I3から油Aを導入することで、前記流路X内部で液滴を形成させることが好ましい。このようにすることで、前記流路構造Xの内部において、油相に分散した水滴を形成し、水滴内にハイドロゲルのファイバーを閉じ込めることによってファイバーを切断することが可能となる。   Further, in the invention according to this aspect, although not limited, the flow path structure X has at least three inlets I1 to In (n ≧ 3). It is preferable that droplets are formed inside the channel X by introducing A. In this way, water droplets dispersed in the oil phase are formed inside the flow channel structure X, and the fibers can be cut by confining the hydrogel fibers in the water droplets.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記流路構造Xは少なくとも4つの入口I1〜In(n≧4)を有しており、その内少なくとも1つの入口I4からバッファー溶液Bを導入することが好ましい。このようにすることで、ゾル溶液Zとゲル化剤溶液Gの接触によって起こるゲル化反応の速度が速い場合であっても、ゾル溶液Zとゲル化剤溶液Gの直接的な接触を防ぐことができ、流路の閉塞を防止することができ、また、ゲル化の速度を調節することも可能となる。   In the invention according to this aspect, although not limited, the flow path structure X has at least four inlets I1 to In (n ≧ 4), and at least one of the inlets I4 has a buffer. It is preferable to introduce the solution B. This prevents direct contact between the sol solution Z and the gelling agent solution G even when the speed of the gelation reaction caused by the contact between the sol solution Z and the gelling agent solution G is high. Thus, the blockage of the flow path can be prevented, and the gelation speed can be adjusted.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記流路構造Xは少なくとも部分的に平面的なマイクロ流路で構成されていることが好ましい。このようにすることで、たとえばポリマー基板上あるいは内部に形成された比較的安価な流路構造を用いることが可能となる。   In the invention according to this aspect, the channel structure X is preferably at least partially constituted by a planar microchannel, although not limited thereto. By doing so, it is possible to use a relatively inexpensive flow path structure formed on or in the polymer substrate, for example.

また、本観点に係る発明において、前記流路構造Xは少なくとも部分的に多重管を用いた構造で構成されていても良い。このようにすることで、たとえばガラス・プラスチック・金属などのキャピラリー管を組み合わせた多重管によって構成される比較的安価な流路構造を作製することが可能となる。   In the invention according to this aspect, the flow path structure X may be at least partially configured with a structure using multiple tubes. By doing in this way, it becomes possible to produce a relatively inexpensive flow path structure constituted by a multiple tube in which capillary tubes such as glass, plastic, and metal are combined.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記入口流路C1〜Cnのうち少なくとも1つがその途中に分岐を有しており、それぞれの分岐はその他の入口流路と同時あるいは段階的に合流していることが好ましい。このようにすることで、溶液を導入するための入口の数を減少させることが可能となり、流路構造Xをよりコンパクトで簡易な構造にすることが可能となると共に、操作性の向上も期待できる。   Further, in the invention according to this aspect, although not limited, at least one of the inlet channels C1 to Cn has a branch in the middle thereof, and each branch is simultaneously with other inlet channels. Or it is preferable to join in steps. In this way, the number of inlets for introducing the solution can be reduced, the flow path structure X can be made more compact and simple, and improvement in operability is also expected. it can.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記流路構造Xの深さ、幅、直径等のいずれか1つの値が1μm〜1cmの範囲にあることが好ましい。このようにすることで、サイズの小さい非球形ハイドロゲル粒子(直径数μm〜数cm程度)の作製が可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although not necessarily limited, it is preferable that any one value, such as the depth of the said flow path structure X, a width | variety, a diameter, is in the range of 1 micrometer-1 cm. By doing so, it is possible to produce non-spherical hydrogel particles having a small size (diameter of several μm to several cm).

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記ゾル溶液Zとは、アルギン酸ナトリウム水溶液であり、ゲル化剤溶液Gとは、多価金属カチオンを含む溶液であることが好ましい。このようにすることで、強度および生体適合性の高い、アルギン酸カルシウム・アルギン酸バリウム・アルギン酸マグネシウム等によって構成された非球形ハイドロゲル粒子の作製が可能となり、その表面あるいは内部に、細胞や酵素などを導入・固定化することが可能となる。   In the invention according to this aspect, although not limited, the sol solution Z is preferably a sodium alginate aqueous solution, and the gelling agent solution G is preferably a solution containing a polyvalent metal cation. . This makes it possible to produce non-spherical hydrogel particles composed of calcium alginate, barium alginate, magnesium alginate, etc. that have high strength and biocompatibility. It can be introduced and fixed.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、ゲル化剤溶液Gにおけるゲル化剤の濃度は予め適切な値に調整されていることが好ましい。このようにすることで、切断される時点において、ゾル化溶液を少なくとも部分的にゲル化した状態にすることが可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although it is not necessarily limited, it is preferable that the density | concentration of the gelatinizer in the gelatinizer solution G is previously adjusted to the appropriate value. In this way, at the time of cutting, the sol solution can be at least partially gelled.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、ゲル化剤溶液Gとバッファー溶液Bのうち少なくとも1つに予め増粘剤が添加されていることが好ましい。このようにすることで、流路X内における液滴の形成を安定化することが可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although it is not necessarily limited, it is preferable that the thickener is added to at least one of the gelatinizer solution G and the buffer solution B previously. By doing so, it is possible to stabilize the formation of droplets in the flow path X.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、ゲル化剤溶液G、油A、及びバッファー溶液Bのうち少なくとも1つに界面活性剤が予め添加されていることが好ましい。このようにすることで、形成した液滴を安定化することが可能となり、生成される非球形ハイドロゲル粒子の大きさをより均一にすることが可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although it is not necessarily limited, it is preferable that surfactant is previously added to at least one of the gelatinizer solution G, the oil A, and the buffer solution B. By doing in this way, it becomes possible to stabilize the formed droplet, and it becomes possible to make the size of the generated non-spherical hydrogel particles more uniform.

また、本観点に係る発明において、前記流路構造Xは、ゾル溶液Zを導入するための入口I1少なくとも2つ有しており、同じあるいは異なる組成のゾル溶液Zを導入しても良い。このようにすることで、非球形ハイドロゲル粒子におけるゲル部分の体積割合を増加させることも可能となるほか、異なる組成を有する2種類以上のファイバーから構成された非球形ハイドロゲル粒子を作製することが可能となる。   In the invention according to this aspect, the channel structure X has at least two inlets I1 for introducing the sol solution Z, and the sol solution Z having the same or different composition may be introduced. In this way, it is possible to increase the volume ratio of the gel part in the non-spherical hydrogel particles, and to produce non-spherical hydrogel particles composed of two or more types of fibers having different compositions. Is possible.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記非球形とは毛糸玉状であることが好ましい。このことにより、従来技術で得られる球形ハイドロゲル粒子に比べ、比表面積が劇的に大きく、酵素や微生物などをゲル粒子に固定化してリアクターとして用いる場合に、反応効率や代謝活性等の向上が期待されるような、有用なハイドロゲル材料を提供することができる。またこのことにより、ゲル粒子内部において動物細胞等の培養を行う際、粒子内に隙間が存在するため粒子の中心部まで栄養分を効率的に供給することが可能となる。さらにこのことにより、再生医療の1つの手技である細胞移植において、内部に細胞をカプセル化した非球形ハイドロゲル粒子をキャリアとして利用する場合、粒子の内部に隙間が存在するため、血流を阻害する可能性が低くなると期待される。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although not necessarily limited, it is preferable that the said non-spherical shape is a yarn ball shape. As a result, the specific surface area is dramatically larger than the spherical hydrogel particles obtained by the prior art, and when the enzyme or microorganism is immobilized on the gel particles and used as a reactor, the reaction efficiency and metabolic activity are improved. Useful hydrogel materials can be provided as expected. In addition, this makes it possible to efficiently supply nutrients to the center of the particles because there are gaps in the particles when culturing animal cells or the like inside the gel particles. In addition, when using non-spherical hydrogel particles that encapsulate cells inside as a carrier in cell transplantation, which is one of the techniques of regenerative medicine, this also inhibits blood flow because there are gaps inside the particles. This is expected to be less likely.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記非球形ハイドロゲルの直径は1mm以下であることが好ましい。このことにより、細胞移植のためのキャリアとして利用した場合に、血管への導入が容易になると期待される。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although it is not necessarily limited, it is preferable that the diameter of the said non-spherical hydrogel is 1 mm or less. This is expected to facilitate introduction into blood vessels when used as a carrier for cell transplantation.

また、本発明の他の一観点に係る非球形ハイドロゲル粒子は、上記第一の観点に係る非球形ハイドロゲル粒子の合成方法を利用することで得られるものである。このことにより、従来技術で得られる球形ハイドロゲル粒子と比較した場合に、比表面積が劇的に増加するため、リアクターとして用いる場合の反応効率・代謝活性等の向上、細胞培養の際の効率的な栄養供給、細胞移植用キャリアとして利用した際の血流の阻害可能性の低下、等の利点を有する、非球形ハイドロゲル粒子の提供が可能となる。   The non-spherical hydrogel particles according to another aspect of the present invention are obtained by using the method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to the first aspect. As a result, the specific surface area increases dramatically when compared with spherical hydrogel particles obtained by the prior art, improving reaction efficiency and metabolic activity when used as a reactor, and efficient cell culture. It is possible to provide non-spherical hydrogel particles having advantages such as a simple nutrient supply and a reduced possibility of inhibiting blood flow when used as a carrier for cell transplantation.

本発明は、以上に述べられたように構成されるため、従来の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法において必要であった複雑な装置や操作が必要とせずに、流路構造に溶液を導入するだけで、非球形ハイドロゲル粒子を合成することが可能となる。   Since the present invention is configured as described above, the solution is introduced into the channel structure without the need for complicated devices and operations required in the conventional method for synthesizing non-spherical hydrogel particles. Only it becomes possible to synthesize non-spherical hydrogel particles.

また本発明は、以上に述べられたように構成されるため、従来は非球形粒子の合成がほとんど報告されていない、アルギン酸によって構成されたハイドロゲルを用いて、非球形ハイドロゲル粒子の合成を可能とするため、生体適合性および強度の高い非球形ハイドロゲル粒子を提供することが可能となる。   In addition, since the present invention is configured as described above, the synthesis of non-spherical hydrogel particles can be performed using a hydrogel composed of alginic acid, which has hardly been reported in the past. Therefore, non-spherical hydrogel particles having high biocompatibility and strength can be provided.

また本発明は、以上に述べられたように構成されるため、これまでに報告されていない、毛糸玉状のハイドロゲル粒子の作製を可能とするため、比表面積が劇的に増加したハイドロゲル材料を提供でき、生物学・医療・バイオプロセスによる物質生産などの各分野において非常に有用な、新規材料を提供することが可能となる。   In addition, since the present invention is configured as described above, a hydrogel having a dramatically increased specific surface area, which has not been reported so far, can be produced in the form of yarn-ball shaped hydrogel particles. It is possible to provide materials, and it is possible to provide new materials that are very useful in various fields such as biological production, medical treatment, and substance production by bioprocesses.

本発明における非球形ハイドロゲル粒子の合成方法の原理を示す概略図である。It is the schematic which shows the principle of the synthesis | combining method of the nonspherical hydrogel particle in this invention. 非球形ハイドロゲル粒子の合成するための、最も基本的な流路構造を有するデバイスの概略図である。図2(a)は、平面的に構成された流路構造Xおよび流路構造Xを含むデバイスを上面から観察した様子を示した概略図であり、図2(b)乃至(e)におけるB矢視図でもある。図2(b)乃至(e)はそれぞれ、図2(a)におけるA0-A1線、A2-A3線、A4-A5線、A6-A7線における、流路構造Xを含むデバイスの断面図を表している。1 is a schematic view of a device having the most basic channel structure for synthesizing non-spherical hydrogel particles. FIG. FIG. 2A is a schematic view showing a flow channel structure X configured in a plane and a device including the flow channel structure X as viewed from above, and B in FIGS. 2B to 2E. It is also an arrow view. 2 (b) to 2 (e) are cross-sectional views of the device including the channel structure X in the lines A0-A1, A2-A3, A4-A5, and A6-A7 in FIG. 2 (a), respectively. Represents. 実施形態に係る、流路に油を導入することによって流路内部で液滴を形成する際に用いる、流路構造Xの概略図、各溶液の流れの様子、および非球形ハイドロゲル粒子の合成の様子を示した概略図である。Schematic diagram of channel structure X, flow of each solution, and synthesis of non-spherical hydrogel particles used when forming droplets inside the channel by introducing oil into the channel according to the embodiment It is the schematic which showed the mode of. 実施形態に係る、流路外部で重力によって液滴を形成する場合に用いる流路構造X、および、流路構造X内に各溶液が導入され非球形ハイドロゲル粒子が合成される様子を示した概略図である。The flow channel structure X used when forming droplets by gravity outside the flow channel according to the embodiment, and the state in which each solution is introduced into the flow channel structure X and the non-spherical hydrogel particles are synthesized are shown. FIG. 実施形態に係る、非球形ハイドロゲル粒子を合成するために用いる、多重管によって構成される流路構造Xと、流路構造X内を流れる各溶液の様子および、非球形ハイドロゲル粒子合成の様子を示した概略図である。図5(a)は、図5(b)及び(c)におけるW4矢視図であり、図5(b)および図5(c)はそれぞれ、図5(a)におけるW0-W1線、W2-W3線における、流路構造Xおよび流路構造X内部を流れる溶液の断面図を表している。According to the embodiment, used to synthesize non-spherical hydrogel particles, a flow channel structure X constituted by multiple tubes, a state of each solution flowing in the flow channel structure X, and a state of non-spherical hydrogel particle synthesis It is the schematic which showed. FIG. 5 (a) is a view taken in the direction of arrow W4 in FIGS. 5 (b) and 5 (c), and FIGS. 5 (b) and 5 (c) are respectively the W0-W1 line and W2 in FIG. 5 (a). Sectional drawing of the solution which flows through the flow path structure X and the flow path structure X in the -W3 line | wire is represented. 実施形態に係る、非球形ハイドロゲル粒子を合成するために用いる、入口流路C2、C3、C4がそれぞれ途中に分岐を有しており、それぞれの分岐がその他の入口流路と段階的に合流している流路構造Xと、流路構造X内の各溶液の流れの様子および、非球形ハイドロゲル粒子合成の様子を示した概略図である。The inlet channels C2, C3, C4 used for synthesizing the non-spherical hydrogel particles according to the embodiment each have a branch in the middle, and each branch merges with other inlet channels in stages. It is the schematic which showed the mode of the flow path structure X which is carrying out, the mode of the flow of each solution in the flow path structure X, and the mode of non-spherical hydrogel particle synthesis. 実施形態に係る、非球形ハイドロゲル粒子を合成するために用いる、図3乃至図6に示される流路構造とは異なる形態を有する流路構造Xにおいて、流路構造X内の各溶液の流れの様子および、非球形ハイドロゲル粒子合成の様子を示した概略図である。The flow of each solution in the flow channel structure X in the flow channel structure X having a form different from the flow channel structure shown in FIGS. 3 to 6 used for synthesizing the non-spherical hydrogel particles according to the embodiment. It is the schematic which showed the mode of this, and the mode of the synthesis | combination of a non-spherical hydrogel particle. 実施例に係る、非球形ハイドロゲル粒子を合成するための流路構造を有するデバイスの概略図である。図8(a)は、平面的に構成された流路構造Xおよび流路構造Xを含むデバイスを上面から観察した様子を示した概略図かつ、図8(b)乃至(e)におけるB矢視図である。図8(b)乃至(e)はそれぞれ、図8(a)におけるA0-A1線、A2-A3線、A4-A5線、A6-A7線における、流路構造Xを含むデバイスの断面図である。It is the schematic of the device which has a flow-path structure for synthesize | combining the non-spherical hydrogel particle based on an Example. FIG. 8A is a schematic diagram showing a flow channel structure X configured in a plane and a device including the flow channel structure X as viewed from above, and an arrow B in FIGS. 8B to 8E. FIG. FIGS. 8B to 8E are cross-sectional views of the device including the channel structure X along the lines A0-A1, A2-A3, A4-A5, and A6-A7 in FIG. 8A, respectively. is there. 非球形ハイドロゲル粒子の合成方法の実施例のための流路構造Xにおいて、流路構造X内の溶液の流れを観察した顕微鏡写真である。図9(a)は、入口流路C1〜C4の合流点にて各溶液が合流する様子を示した顕微鏡写真であり、図9(b)は、流路部分Jにて液滴が形成され、ファイバーが液滴内に閉じ込められ、切断される様子を示した顕微鏡写真である。In the flow path structure X for the Example of the synthesis | combining method of a non-spherical hydrogel particle, it is the microscope picture which observed the flow of the solution in the flow path structure X. FIG. 9A is a photomicrograph showing how the solutions merge at the junctions of the inlet channels C1 to C4. FIG. 9B shows a droplet formed in the channel portion J. FIG. 2 is a photomicrograph showing how the fiber is confined in the droplet and cut. 非球形ハイドロゲル粒子の合成方法の実施例のための流路構造Xを用いて、合成した非球形ハイドロゲル粒子の顕微鏡写真である。図10(a)および(b)は、同じ非球形ハイドロゲル粒子を、それぞれ(a)明視野において観察した顕微鏡写真、および(b)蛍光を観察した顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the synthetic | combination nonspherical hydrogel particle | grains using the flow-path structure X for the Example of the synthesis | combining method of nonspherical hydrogel particle | grains. FIGS. 10A and 10B are a micrograph of the same non-spherical hydrogel particles observed in a bright field, respectively, and (b) a micrograph of fluorescence observed.

以下、本発明に係る非球形ハイドロゲル粒子の合成方法及び非球形ハイドロゲル粒子の最良の形態を詳細に説明するものとする。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ限定されるものでは無い。   Hereinafter, the synthesis method of the non-spherical hydrogel particles and the best mode of the non-spherical hydrogel particles according to the present invention will be described in detail. However, the present invention can be implemented in many different forms, and is not limited to the following embodiments and examples.

図1は、本発明における非球形ハイドロゲル粒子の合成方法の原理を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic view showing the principle of a method for synthesizing non-spherical hydrogel particles in the present invention.

図1において、2つの入口I1およびI2と、1つの出口Oと、入口I1およびI2にそれぞれ接続される入口流路C1およびC2と、入口流路C1およびC2の合流点と出口Oの間に存在する流路部分J、を有する流路構造Xに対して、入口I1からハイドロゲルの原料となるゾル溶液Zを、入口I2からゲル化剤溶液Gをそれぞれ連続的に導入し、流路部分Jにおいてゾル溶液Zを少なくとも部分的にゲル化させたハイドロゲルファイバーを形成し、さらに、流路Xの外部において、ゾル溶液Zを少なくとも部分的にゲル化させたハイドロゲルファイバーを液滴内に閉じ込めることによって切断することで、非球形ハイドロゲル粒子を作製し、液滴内から非球形ハイドロゲル粒子のみを回収することで、非球形ハイドロゲル粒子を得ることが可能となる。   In FIG. 1, between two inlets I1 and I2, one outlet O, inlet channels C1 and C2 connected to the inlets I1 and I2, respectively, and between the junction of the inlet channels C1 and C2 and the outlet O A sol solution Z as a hydrogel raw material is continuously introduced from the inlet I1 and a gelling agent solution G is continuously introduced from the inlet I2 into the channel structure X having the existing channel portion J. In J, a hydrogel fiber in which the sol solution Z is at least partially gelled is formed, and further, outside the flow path X, the hydrogel fiber in which the sol solution Z is at least partially gelled is placed in the droplet. Non-spherical hydrogel particles are produced by cutting by confinement, and non-spherical hydrogel particles are obtained by collecting only non-spherical hydrogel particles from within the droplets. It is possible.

図2は、非球形ハイドロゲル粒子を合成するための、最も基本的な流路構造を有するデバイスの概略図である。図2(a)は、平面的に構成された流路構造Xおよび流路構造Xを含むデバイスを上面から観察した様子を示した概略図であり、図2(b)乃至(e)におけるB矢視図でもある。図2(b))乃至(e)はそれぞれ、図2(a)におけるA0-A1線、A2-A3線、A4-A5線、A6-A7線における、流路構造Xを含むデバイスの断面図を表している。   FIG. 2 is a schematic view of a device having the most basic channel structure for synthesizing non-spherical hydrogel particles. FIG. 2A is a schematic view showing a flow channel structure X configured in a plane and a device including the flow channel structure X as viewed from above, and B in FIGS. 2B to 2E. It is also an arrow view. 2 (b)) to 2 (e) are cross-sectional views of the device including the channel structure X along the lines A0-A1, A2-A3, A4-A5, and A6-A7 in FIG. 2 (a), respectively. Represents.

図2において、流路構造Xは、2つの入口I1およびI2と、1つの出口Oと、入口I1およびI2にそれぞれ接続される入口流路C1とC2と、入口流路C1とC2の合流点と出口Oの間の部分である流路部分Jを有している。   In FIG. 2, the flow path structure X has two inlets I1 and I2, one outlet O, inlet flow paths C1 and C2 connected to the inlets I1 and I2, respectively, and a junction of the inlet flow paths C1 and C2. And a channel portion J which is a portion between the outlet O and the outlet O.

図2における流路構造Xは、下面に溝構造を有する上側基板と、平らな下側基板を接着することで形成されており、流路の深さは一定である。しかし、流路深さは部分的に異なっていてもよく、さらに、流路構造Xは、径の同じあるいは異なる円管によって少なくとも部分的に接続された構造であっても良い。ただし、流路構造が少なくとも部分的に平面的に構成されているものの方が、流路構造の作製が容易になり、また、より精密な流路作製を可能とする、といった利点があるため、より好ましい。   The flow path structure X in FIG. 2 is formed by adhering an upper substrate having a groove structure on the lower surface and a flat lower substrate, and the depth of the flow path is constant. However, the channel depths may be partially different, and the channel structure X may be a structure connected at least partially by circular tubes having the same or different diameters. However, since the flow path structure is at least partially configured in a planar manner, the flow path structure can be easily manufactured, and more precise flow path preparation is possible. More preferred.

なお、平面的に構成された流路構造を作製する場合、例えば、モールディングやエンボッシングといった鋳型を利用した作製技術は、流路構造を容易に作製可能であるという点において好ましいが、その他にも、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザー加工、電子線直接描画、機械加工等の作製技術を用いることも可能である。   When producing a planar flow path structure, for example, a production technique using a mold such as molding or embossing is preferable in that the flow path structure can be easily produced. Manufacturing techniques such as wet etching, dry etching, laser processing, direct electron beam drawing, and machining can also be used.

なお、平面的に構成された流路構造を作製する場合、デバイスの材質としては、PDMS(ポリジメチルシロキサン)、アクリル等の各種ポリマー材料、ガラス、シリコン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属、などを用いることができ、また、これらの材料のうちの任意の複数種類の基板を組み合わせて用いることも可能である。ただし、流路を安価に作製するためには、少なくとも部分的にポリマー材料を用いることが好ましい。   When producing a planar flow path structure, device materials include PDMS (polydimethylsiloxane), various polymer materials such as acrylic, glass, silicon, ceramics, various metals such as stainless steel, etc. It is also possible to use a combination of a plurality of types of substrates among these materials. However, it is preferable to use a polymer material at least partially in order to produce the flow path at low cost.

図2(a)に示す流路構造Xにおいて、入口流路Cnおよび流路部分Jはそれぞれ直線状であるが、これは必ずしも直線状である必要はない。また、図2(a)において、流路構造XはA6-A7線を対称軸として線対称であるが、これは必ずしも線対称な形態を有する必要はない。   In the flow channel structure X shown in FIG. 2A, the inlet flow channel Cn and the flow channel portion J are each linear, but this is not necessarily linear. In FIG. 2A, the flow path structure X is line symmetric with respect to the A6-A7 line as a symmetry axis, but it does not necessarily have a line symmetric form.

図3は、本実施形態における、流路に油を導入することによって流路内部で液滴を形成する際に用いる、流路構造Xの概略図、各溶液の流れの様子、および非球形ハイドロゲル粒子の合成の様子を示した概略図である。   FIG. 3 is a schematic diagram of the flow channel structure X used for forming droplets inside the flow channel by introducing oil into the flow channel in this embodiment, how each solution flows, and non-spherical hydro It is the schematic which showed the mode of the synthesis | combination of a gel particle.

図3において、流路構造Xは、7つの入口I1、I2、I2’、I3、I3’、I4、I4’、出口O、及び入口I1、I2、I2’、I3、I3’、I4、I4’にそれぞれ接続される入口流路C1、C2、C2’、C3、C3’、C4、C4’を有している。   In FIG. 3, the channel structure X has seven inlets I1, I2, I2 ′, I3, I3 ′, I4, I4 ′, outlet O, and inlets I1, I2, I2 ′, I3, I3 ′, I4, I4. Inlet channels C1, C2, C2 ′, C3, C3 ′, C4, and C4 ′ connected to “′, respectively.

図3において、入口I1からゾル溶液Zを、入口I2およびI2’からゲル化剤溶液Gを導入することで、流路部分J内において、部分的にゲル化したハイドロゲルファイバーが形成される。入口I3およびI3’から油Aを導入することで、流路部分J内部において、連続相を油として、分散相をファイバーを含む混合水溶液として、液滴を形成させることが可能となる。なお入口I4およびI4’から、ゲル化剤を含まないバッファー溶液Bを導入することで、ゾル溶液Zとゲル化剤溶液Gの接触による瞬間的なゲル化および流路の閉塞を防ぐことが可能となる。   In FIG. 3, by introducing the sol solution Z from the inlet I1 and the gelling agent solution G from the inlets I2 and I2 ', a partially gelled hydrogel fiber is formed in the channel portion J. By introducing the oil A from the inlets I3 and I3 ', it is possible to form droplets in the flow path portion J, using the continuous phase as oil and the dispersed phase as a mixed aqueous solution containing fibers. By introducing the buffer solution B containing no gelling agent from the inlets I4 and I4 ′, it is possible to prevent instantaneous gelation and blockage of the flow path due to contact between the sol solution Z and the gelling agent solution G. It becomes.

なお、流路内で水溶液の液滴を形成する場合、流路部分J内部の表面は、少なくとも部分的に、液滴を形成することを可能とするような適切な濡れ性を有する方が好ましい。そのために、必要に応じて適切な表面処理を行うことも可能である。   In addition, when forming the droplet of the aqueous solution in the flow path, it is preferable that the surface inside the flow path portion J has an appropriate wettability so that the liquid droplet can be formed at least partially. . Therefore, it is also possible to perform an appropriate surface treatment as necessary.

図4は、本実施形態における、流路外部で重力によって液滴を形成する場合に用いる流路構造X、および、流路構造X内に各溶液が導入され非球形ハイドロゲル粒子が合成される様子を示した概略図である。   FIG. 4 shows a flow channel structure X used in the present embodiment when droplets are formed by gravity outside the flow channel, and each solution is introduced into the flow channel structure X to synthesize non-spherical hydrogel particles. It is the schematic which showed the mode.

図4において、流路構造Xは、5つの入口I1、I2、I2’、I4、I4’、出口O、及び入口I1、I2、I2’、I4、I4’にそれぞれ接続される入口流路C1、C2、C2’、C4、C4’を有している。   In FIG. 4, the channel structure X has five inlets I1, I2, I2 ′, I4, I4 ′, an outlet O, and inlet channels C1 connected to the inlets I1, I2, I2 ′, I4, I4 ′, respectively. , C2, C2 ′, C4, C4 ′.

図4において、入口I1からゾル溶液Zを、入口I2およびI2’からゲル化剤溶液Gをそれぞれ導入することで、流路部分Jにおいて、ゾル溶液が部分的にゲル化したファイバーが形成される。なお、入口I4およびI4’からバッファー溶液Bを導入することで、ゾル溶液Zとゲル化剤溶液Gの接触による瞬間的なゲル化および流路の閉塞を防ぐことが可能となる。   In FIG. 4, by introducing the sol solution Z from the inlet I1 and the gelling agent solution G from the inlets I2 and I2 ′, fibers in which the sol solution is partially gelled are formed in the channel portion J. . By introducing the buffer solution B from the inlets I4 and I4 ', it is possible to prevent instantaneous gelation and blockage of the flow path due to contact between the sol solution Z and the gelling agent solution G.

そして、出口Oから流路構造Xの外部へ排出された水溶液中のファイバーは、気相中において水溶液が液滴となって滴下することによって、切断され、液滴内に閉じ込められることによって、非球形ハイドロゲル粒子が合成される。   Then, the fiber in the aqueous solution discharged from the outlet O to the outside of the flow channel structure X is cut and trapped in the droplet by dropping the aqueous solution as a droplet in the gas phase. Spherical hydrogel particles are synthesized.

図5は、多重管によって構成される流路構造Xと、流路構造X内を流れる各溶液の様子および、非球形ハイドロゲル粒子合成の様子を示した概略図である。図5(a)は、図5(b)及び(c)におけるW4矢視図であり、図5(b)および図5(c)はそれぞれ、図5(a)におけるW0−W1線、W2−W3線における、流路構造Xおよび流路構造X内部を流れる溶液の断面図を表している。   FIG. 5 is a schematic view showing a flow channel structure X constituted by multiple tubes, a state of each solution flowing in the flow channel structure X, and a state of synthesis of non-spherical hydrogel particles. FIG. 5 (a) is a view taken in the direction of arrow W4 in FIGS. 5 (b) and 5 (c), and FIGS. 5 (b) and 5 (c) are respectively W0-W1 lines and W2 in FIG. 5 (a). Sectional drawing of the solution which flows through the flow path structure X and the flow path structure X in the -W3 line | wire is represented.

図5(a)に示した流路構造Xは、4つの入口I1、I2、I3、I4、出口O、及びI1、I2、I3、I4にそれぞれ接続される入口流路C1、C2、C3、C4を有している。   The flow path structure X shown in FIG. 5A includes four inlets I1, I2, I3, I4, an outlet O, and inlet flow paths C1, C2, C3, which are connected to I1, I2, I3, and I4, respectively. C4.

図5(a)に示した流路構造Xは、部分的に内径の異なる円管を組み合わせることによって構成されているが、必ずしも全ての部分が円管である必要はなく、例えば、ガラス管などで形成されている多重管とポリマー材料などで形成されている矩形断面を有する流路構造との組み合わせによって構成されていてもよい。   The flow path structure X shown in FIG. 5 (a) is configured by combining circular tubes having partially different inner diameters. However, not all of the portions are necessarily circular tubes, such as glass tubes. It may be configured by a combination of a multiple tube formed of and a flow channel structure having a rectangular cross section formed of a polymer material or the like.

図5に示す流路構造Xに対して、上流側の入口I1、I4、I2、I3からそれぞれ、ゾル溶液、バッファー溶液、ゲル化剤溶液、油を連続的に導入することによって、流路部分Jにおいて、平面上の流路の場合と同様に、非球形ハイドロゲル粒子を内包する液滴を作製することが可能となる。   By sequentially introducing a sol solution, a buffer solution, a gelling agent solution, and oil from the upstream side inlets I1, I4, I2, and I3 to the channel structure X shown in FIG. In J, as in the case of the flow path on a plane, it is possible to produce a droplet that contains non-spherical hydrogel particles.

図6は、入口流路C2、C3、C4がそれぞれ途中に分岐を有しており、それぞれの分岐がその他の入口流路と段階的に合流している流路構造Xと、流路構造X内を各溶液が流れる様子、および、非球形ハイドロゲル粒子合成の様子を示した概略図である。   In FIG. 6, each of the inlet channels C2, C3, and C4 has a branch in the middle, and each branch merges with other inlet channels in stages, and the channel structure X It is the schematic which showed a mode that each solution flows through the inside, and the mode of non-spherical hydrogel particle synthesis | combination.

図6に示した流路構造Xは、4つの入口I1、I2、I3、I4、出口O、及び入口I1、I2、I3、I4にそれぞれ接続される入口流路C1、C2、C3、C4を有している。   6 has four inlets I1, I2, I3, I4, outlet O, and inlet passages C1, C2, C3, C4 connected to the inlets I1, I2, I3, I4, respectively. Have.

図6における流路構造Xにおいて、入口流路C2、C3、C4は、分岐・再合流部分を有しており、それらが異なる合流点において段階的に合流しているが、これらの入口流路は分岐を有していなくてもよく、また、1つの合流点において全ての入口流路が合流していても良い。図6に示す流路構造Xは、図3に示す流路構造と比較して、入口の数が少ないため、流路構造がコンパクトになるとともに、操作性を向上することが可能となる。   In the channel structure X in FIG. 6, the inlet channels C2, C3, and C4 have branching / re-merging portions, and they merge stepwise at different junction points. May not have a branch, and all the inlet channels may join at one junction. Since the flow path structure X shown in FIG. 6 has a smaller number of inlets than the flow path structure shown in FIG. 3, the flow path structure becomes compact and the operability can be improved.

図7は、2種類の、ゾル溶液Z1およびZ2を導入することで、部分的に異なる成分によって構成されるハイドロゲル粒子の合成を可能とする流路構造Xと、流路構造X内の各溶液の流れの様子および、非球形ハイドロゲル粒子合成の様子を示した概略図である。   FIG. 7 shows a flow channel structure X that enables synthesis of hydrogel particles partially composed of different components by introducing two types of sol solutions Z1 and Z2, and each of the flow channel structures X. It is the schematic which showed the mode of the flow of a solution, and the mode of the synthesis | combination of a non-spherical hydrogel particle.

図7において、流路構造Xは、9つの入口I1、I1’I2、I2’、I3、I3’、I4、I4’、I4’’、出口O、および入口I1、I1’I2、I2’、I3、I3’、I4、I4’、I4’’にそれぞれ接続される入口流路C1、C1’C2、C2’、C3、C3’、C4、C4’、C4’’を有している。   In FIG. 7, the channel structure X has nine inlets I1, I1′I2, I2 ′, I3, I3 ′, I4, I4 ′, I4 ″, an outlet O, and inlets I1, I1′I2, I2 ′, It has inlet channels C1, C1′C2, C2 ′, C3, C3 ′, C4, C4 ′, C4 ″ connected to I3, I3 ′, I4, I4 ′, I4 ″, respectively.

図7において、入口I1、I1’からそれぞれ組成の異なるゾル溶液Zを導入することにより、2本のファイバーから構成される非球形ハイドロゲル粒子を合成することが可能となる。   In FIG. 7, non-spherical hydrogel particles composed of two fibers can be synthesized by introducing sol solutions Z having different compositions from the inlets I1 and I1 '.

図7において、ゾル溶液Zを導入するための入口は2つであるが、この数は2以上でも良く、その場合、より多くの種類の部分から構成される非球形ハイドロゲル粒子の合成が可能となる。なお、入口I4’’からバッファー溶液Bを導入することで、導入される各ゾル溶液Z1およびZ2を接触させることなく、独立にゲル化させ、ファイバーを形成することが可能となる。   In FIG. 7, there are two inlets for introducing the sol solution Z, but this number may be two or more, and in that case, it is possible to synthesize non-spherical hydrogel particles composed of more types of parts. It becomes. In addition, by introducing the buffer solution B from the inlet I4 ″, the introduced sol solutions Z1 and Z2 can be independently gelled to form a fiber without contacting them.

なお、図3、図5、図6、および図7に示す流路構造Xにおいては、油Aを導入することによって流路構造Xの内部において液滴の形成を行っているが、図4に示すように、液滴が流路構造Xの外部において形成されてもよい。つまり、図3乃至図7に示す流路構造Xの形態の部分が、任意に組み合わされた形態を有する流路構造Xであってもよい。   In addition, in the flow path structure X shown in FIGS. 3, 5, 6, and 7, droplets are formed inside the flow path structure X by introducing oil A. FIG. As shown, the droplets may be formed outside the channel structure X. That is, the flow channel structure X having a form in which the portions of the flow channel structure X shown in FIGS. 3 to 7 are arbitrarily combined may be used.

上記の流路構造Xを用いて合成される非球形ハイドロゲル粒子は、毛糸玉状ハイドロゲル粒子である。   The non-spherical hydrogel particles synthesized using the flow path structure X are yarn ball-shaped hydrogel particles.

毛糸玉状ハイドロゲル粒子のサイズや粒子内のファイバー径は、導入する溶液の流量比を調節することによって、任意に制御することが可能である。   The size of the ball-shaped hydrogel particles and the fiber diameter in the particles can be arbitrarily controlled by adjusting the flow rate ratio of the solution to be introduced.

本実施形態において、ゾル溶液としては、アルギン酸ナトリウムを含む水溶液を用いることが好ましい。アルギン酸ハイドロゲルは、強度および生体適合性が高く、細胞などの固定化担体として応用することが可能である。   In this embodiment, it is preferable to use an aqueous solution containing sodium alginate as the sol solution. Alginate hydrogel has high strength and biocompatibility, and can be applied as an immobilization carrier for cells and the like.

また、毛糸玉状ハイドロゲル粒子の用途によって、アルギン酸ナトリウム水溶液に、任意の機能を持つ溶液を混合しても良い。たとえば、毛糸玉状ハイドロゲル粒子を細胞培養担体として用いる場合、アルギン酸ナトリウム水溶液に、細胞培養の材料として好ましい成分であるコラーゲンを添加しても良い。   Moreover, you may mix the solution which has arbitrary functions with the sodium alginate aqueous solution by the use of a fuzzy ball-shaped hydrogel particle. For example, in the case of using fuzzy ball-shaped hydrogel particles as a cell culture carrier, collagen, which is a preferred component as a cell culture material, may be added to a sodium alginate aqueous solution.

本実施形態にかかる非球形ハイドロゲル粒子合成方法を利用することで、従来の非球形ハイドロゲル粒子の合成において必要であった、複雑な作製装置や操作が不要となる。   By using the non-spherical hydrogel particle synthesizing method according to the present embodiment, complicated production apparatuses and operations necessary for the synthesis of conventional non-spherical hydrogel particles become unnecessary.

以下、本発明に係る非球形ハイドロゲル粒子合成方法および非球形ハイドロゲル粒子の具体的な実施例を詳細に説明する。   Hereinafter, specific examples of the non-spherical hydrogel particle synthesis method and the non-spherical hydrogel particles according to the present invention will be described in detail.

図8は、本実施例に係る、非球形ハイドロゲル粒子を合成するための流路構造を有するデバイスの概略図である。図8(a)は、平面的に構成された流路構造Xおよび流路構造Xを含むデバイスを上面から観察した様子を示した概略図かつ、図8(b)乃至(e)におけるB矢視図である。図8(b)乃至(e)はそれぞれ、図8(a)におけるA0-A1線、A2-A3線、A4-A5線、A6-A7線における、流路構造Xを含むデバイスの断面図を表している。   FIG. 8 is a schematic view of a device having a flow channel structure for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to the present example. FIG. 8A is a schematic diagram showing a flow channel structure X configured in a plane and a device including the flow channel structure X as viewed from above, and an arrow B in FIGS. 8B to 8E. FIG. 8B to 8E are cross-sectional views of the device including the channel structure X, respectively, along the lines A0-A1, A2-A3, A4-A5, and A6-A7 in FIG. 8A. Represents.

本実施例に係る非球形ハイドロゲル粒子合成のための流路構造Xを含むデバイスは、微細な溝構造を有する平板状のポリマー基板(PDMS(ポリジメチルシロキサン))と、溝構造を有さない平板状のポリマー基板(PDMS)を上下にボンディングすることにより形成されている。   A device including a flow channel structure X for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to the present embodiment does not have a flat polymer substrate (PDMS (polydimethylsiloxane)) having a fine groove structure and a groove structure. It is formed by bonding a flat polymer substrate (PDMS) up and down.

また、本実施例に係る非球形ハイドロゲル粒子の合成するための流路構造を含むデバイスは、図6に示す流路構造と類似の構成となっている。全体の大きさは、2.5x7.5cm程度である。   Further, the device including the flow channel structure for synthesizing the non-spherical hydrogel particles according to the present example has a configuration similar to the flow channel structure shown in FIG. The overall size is about 2.5 × 7.5 cm.

上部のポリマー基板の下面には、流路構造Xが形成されており、その深さは約110μmである。この値が大きいほど、大きい液滴が形成され、この値が小さいほど小さい液滴が形成される傾向がある。従って、合成する粒子の大きさに応じて、最小1μm、最大1cmまでの任意の値の流路構造を採用することが可能であり、また、下部の基板の上面にも同様の加工が施されていても良く、流路構造は部分的に深さが異なっていても良い。   A channel structure X is formed on the lower surface of the upper polymer substrate, and its depth is about 110 μm. Larger values tend to form larger droplets, and smaller values tend to form smaller droplets. Therefore, it is possible to adopt a flow path structure having an arbitrary value of 1 μm minimum and 1 cm maximum depending on the size of the particles to be synthesized, and the same processing is applied to the upper surface of the lower substrate. The flow path structure may be partially different in depth.

図8において、上部のポリマー基板に形成された流路構造Xは、直径2mmの開口部を有する4つの入口I1〜I4、直径2mmの開口部を有する出口O、幅100μm、深さ約110μmである入口流路C1〜C4、幅400μm、深さ約110μmである流路部分Jから構成されている。入口流路C2〜C4は、それぞれ途中における分岐点において分岐しており、入口から導入された流量は50%ずつがそれぞれの分岐に分配され、再合流点において合流する設計となっている。このようにすることで、流路構造Xの入口の数を減らし、流路構造Xをよりコンパクト簡易な構造にすることが可能となる。   In FIG. 8, the channel structure X formed in the upper polymer substrate has four inlets I1 to I4 having an opening with a diameter of 2 mm, an outlet O having an opening with a diameter of 2 mm, a width of 100 μm, and a depth of about 110 μm. It is composed of a certain inlet channel C1 to C4, a channel portion J having a width of 400 μm and a depth of about 110 μm. Each of the inlet channels C2 to C4 is branched at a branch point in the middle, and 50% of the flow rate introduced from the inlet is distributed to each branch, and is designed to merge at the rejoining point. By doing in this way, it becomes possible to reduce the number of the inlets of the flow path structure X, and to make the flow path structure X into a more compact and simple structure.

図8において、導入口からそれぞれの溶液を連続的に供給するために、入口I1〜I4それぞれにおける貫通孔に対して、外径2mm、内径1mmのシリコーンチューブが接続されている。また、合成した非球形ハイドロゲル粒子を連続的に回収するために、出口Oには外径2mm、内径1mmのシリコーンチューブが接続されている。そのチューブの先を、洗浄用の0.1Mの塩化カルシウム水溶液が入った容器に浸すことで、非球形ハイドロゲル粒子を自動的に回収できるようになっている。   In FIG. 8, a silicone tube having an outer diameter of 2 mm and an inner diameter of 1 mm is connected to the through holes at the inlets I1 to I4 in order to continuously supply each solution from the inlet. Further, in order to continuously collect the synthesized non-spherical hydrogel particles, a silicone tube having an outer diameter of 2 mm and an inner diameter of 1 mm is connected to the outlet O. By immersing the tip of the tube in a container containing a 0.1 M calcium chloride aqueous solution for cleaning, non-spherical hydrogel particles can be automatically recovered.

以上の構成を有する、非球形ハイドロゲル粒子の合成するための流路構造を含むデバイスを用いて、非球形ハイドロゲル粒子を合成する方法を説明する。   A method for synthesizing non-spherical hydrogel particles using the device having the above-described configuration and including a channel structure for synthesizing non-spherical hydrogel particles will be described.

入口I1から、ゾル溶液として2%(w/v)アルギン酸ナトリウム水溶液を、入口I2からゲル化剤溶液として10%(w/v)デキストラン(分子量50万)を含む0.01M塩化カルシウム水溶液を、入口I3から油としてオリーブオイル(1%(w/w)レシチンを含む)を、I4からバッファー溶液として10%(w/v)デキストラン水溶液を、それぞれシリンジポンプを用いて連続的に導入した。   From inlet I1, a 2% (w / v) sodium alginate aqueous solution as a sol solution and a 0.01M calcium chloride aqueous solution containing 10% (w / v) dextran (molecular weight 500,000) as a gelling agent solution from inlet I2, Olive oil (containing 1% (w / w) lecithin) as an oil from the inlet I3 and 10% (w / v) dextran aqueous solution as a buffer solution from the I4 were successively introduced using a syringe pump.

アルギン酸ナトリウム溶液は、2%の濃度のものを用いたが、0.1〜10%の範囲であれば良く、濃度が高いほど強度の強い非球形ハイドロゲル粒子の作製が可能となる。また、アルギン酸の分子量としては、高分子量のものであっても、低分子量のものであってもよい。またアルギン酸の構成成分であるグルロン酸およびマンヌロン酸の割合比率は、グルロン酸の割合が高い場合ほど、作製される非球形ハイドロゲル粒子の硬度は高くなるが、用途に応じて最適なものを選択することが可能である。   A sodium alginate solution having a concentration of 2% was used, but it should be in the range of 0.1 to 10%. The higher the concentration, the stronger non-spherical hydrogel particles can be produced. The molecular weight of alginic acid may be a high molecular weight or a low molecular weight. In addition, as the proportion of guluronic acid and mannuronic acid, which are constituents of alginic acid, the higher the proportion of guluronic acid, the higher the hardness of the non-spherical hydrogel particles produced, the optimal one is selected according to the application. Is possible.

デキストランは、バッファー溶液およびゲル化剤溶液の粘度を上げ、送液を安定化するための増粘剤として使用したが、流路のスケール等の条件によっては、送液が可能であれば増粘剤を用いなくても良く、また、増粘剤としての効果のある分子であれば分子量の異なるデキストランを用いることも可能であり、さらに、デキストラン以外の水溶性高分子を増粘剤として利用することも可能である。   Dextran was used as a thickener to increase the viscosity of the buffer solution and gelling agent solution and stabilize the liquid transfer. However, depending on the conditions such as the scale of the flow path, dextran increases the viscosity if liquid transfer is possible. It is not necessary to use an agent, and it is possible to use dextran having a different molecular weight as long as it is a molecule that has an effect as a thickener. Furthermore, a water-soluble polymer other than dextran can be used as a thickener. It is also possible.

ゲル化剤溶液としては、塩化カルシウムがゲル化剤として含まれているものを使用したが、塩化カルシウムの代わりに、塩化バリウム、塩化マグネシウム等のゲル化剤が含まれていても良く、また、これらのうちの任意の組み合わせが含まれていてもよい。   As the gelling agent solution, a solution containing calcium chloride as a gelling agent was used, but instead of calcium chloride, a gelling agent such as barium chloride or magnesium chloride may be contained, Any combination of these may be included.

ゲル化剤溶液に含まれるゲル化剤の濃度は0.01Mであったが、この値は、流路のスケール、ゲル化剤およびゾル溶液の種類および濃度、溶液の物性などに応じて、あらかじめ最適な値に設定しておくことが望ましい。   The concentration of the gelling agent contained in the gelling agent solution was 0.01M. This value depends on the scale of the flow path, the types and concentrations of the gelling agent and sol solution, the physical properties of the solution, etc. It is desirable to set the optimal value.

油としては、オリーブ油の代わりとして他の植物油、鉱物油等を用いることもできる。また、レシチンは、液滴同士の合一を防ぐための界面活性剤として使用したが、界面活性剤を使用しない場合であっても毛糸玉状ハイドロゲル粒子の作製は可能であり、また、他の種類の界面活性効果を持つ分子を用いることも可能であり、さらには、界面活性剤をバッファー溶液あるいはゲル化剤溶液に溶解して用いることも可能である。   As the oil, other vegetable oils, mineral oils and the like can be used instead of olive oil. In addition, lecithin was used as a surfactant to prevent the droplets from coalescing, but even when no surfactant is used, it is possible to produce yarn-ball shaped hydrogel particles. It is also possible to use a molecule having a surface-active effect of this kind, and it is also possible to use a surfactant dissolved in a buffer solution or a gelling agent solution.

さらに、非球形ハイドロゲル粒子のハイドロゲル部の内部に細胞を埋包する場合は、細胞にダメージを与えることのない溶液を選択することが好ましい。たとえば動物細胞を用いる場合は、ゾル溶液、ゲル化剤溶液、バッファー溶液を、それぞれ予め等張にしておくことが望ましい。   Furthermore, when the cells are embedded in the hydrogel part of the non-spherical hydrogel particles, it is preferable to select a solution that does not damage the cells. For example, when animal cells are used, it is desirable that the sol solution, gelling agent solution, and buffer solution are made isotonic in advance.

入口I1〜I4からの各導入流量は、例えばそれぞれ、100μL/h、10μL/h、1μL/h、3μL/hであった。この流量に関しては、ゾル溶液が部分的にゲル化し、また、流路内で液滴が形成され、さらに、部分的にゲル化したファイバーが切断される条件であれば良いため、流路スケールおよび作製目的となる非球形ハイドロゲル粒子の大きさに応じて、適切な値に設定することが可能である。   The introduction flow rates from the inlets I1 to I4 were, for example, 100 μL / h, 10 μL / h, 1 μL / h, and 3 μL / h, respectively. With respect to this flow rate, it is sufficient that the sol solution is partially gelled, droplets are formed in the flow path, and the partially gelled fiber is cut. An appropriate value can be set according to the size of the non-spherical hydrogel particles to be produced.

図9には、上記溶液および流量条件における、流路構造X内の流れの様子が示されており、(a)は入口流路C1〜C4の合流点にて各溶液が合流する様子を示した顕微鏡写真であり、(b)は流路部分Jにて液滴が形成され、ファイバーが液滴内に閉じ込められ、切断される様子を示した顕微鏡写真である。合流地点から約2mm下流において、液滴が形成され、ファイバーが切断される様子が観察された。   FIG. 9 shows a flow state in the channel structure X under the above-described solution and flow rate conditions, and (a) shows a state in which the solutions merge at the junction points of the inlet channels C1 to C4. (B) is a photomicrograph showing a state in which a droplet is formed in the flow path portion J and the fiber is confined in the droplet and cut. It was observed that about 2 mm downstream from the meeting point, droplets were formed and the fibers were cut.

図10には、ゲル化溶液に直径1μmの緑色蛍光微粒子を加えた上で、上記溶液および流量条件おいて作製し、出口Oから回収し、さらに0.1Mの塩化カルシウム水溶液を用いて洗浄した後、顕微鏡を用いて観察した際の、非球形ハイドロゲル粒子の写真が示されている。(a)は明視野において観察した顕微鏡写真であり、(b)は蛍光観察した顕微鏡写真である。平均直径約220μmの、毛糸玉状のハイドロゲル粒子が合成されていることが確認された。   In FIG. 10, green fluorescent fine particles having a diameter of 1 μm are added to the gelled solution, prepared under the above-described solution and flow rate conditions, recovered from the outlet O, and further washed with a 0.1 M calcium chloride aqueous solution. Later, a photograph of non-spherical hydrogel particles when observed with a microscope is shown. (A) is the microscope picture observed in the bright field, (b) is the microscope picture observed by fluorescence. It was confirmed that wool ball-shaped hydrogel particles having an average diameter of about 220 μm were synthesized.

なお、流路サイズ、流量条件および溶液条件を変更することにより、最小で約30μm、最大で約800μmの非球形ハイドロゲルの作製に成功している。   In addition, by changing the channel size, flow rate condition, and solution condition, a non-spherical hydrogel having a minimum of about 30 μm and a maximum of about 800 μm has been successfully produced.

また、作製された非球形ハイドロゲル粒子を、ポリLリジンやポリエチレンイミンなどのポリカチオン溶液に浸すことで、非球形ハイドロゲル粒子の外側に膜を形成することも可能である。このように膜で被覆することで、特にゲル化剤として塩化カルシウムを用いて非球形ハイドロゲル粒子を作製し、動物細胞培養用培地などのリン酸を含む溶液中に浸した際に、膨潤を抑制することが可能である。また塩化バリウムをゲル化剤として用いた場合には、膜による被覆を行わない場合であっても、膨潤を抑制することが可能となる。   It is also possible to form a film on the outside of the non-spherical hydrogel particles by immersing the produced non-spherical hydrogel particles in a polycation solution such as poly-L-lysine or polyethyleneimine. By coating with a membrane in this way, non-spherical hydrogel particles are produced using calcium chloride as a gelling agent, and swelling occurs when immersed in a solution containing phosphoric acid such as animal cell culture medium. It is possible to suppress. In addition, when barium chloride is used as a gelling agent, it is possible to suppress swelling even when coating with a film is not performed.

また、等張にしたゾル溶液に動物培養細胞を懸濁させ、等張にしたゲル化剤溶液、非球形ハイドロゲル粒子を作製し、培養を行ったところ、3T3等の細胞は、その内部で増殖することが確認され、培養担体としての応用が可能であることが実証された。   In addition, when cultured animal cells were suspended in an isotonic sol solution, and an isotonic gelling agent solution and non-spherical hydrogel particles were prepared and cultured, cells such as 3T3 Proliferation was confirmed, and it was demonstrated that application as a culture carrier is possible.

本発明で得られる、非球形ハイドロゲル粒子と同様の形態を有するハイドロゲルを合成する手法は、これまでに報告されていない。このような毛糸玉状のゲル粒子は、従来技術で得られる球形ハイドロゲル粒子に比べ、比表面積が劇的に大きい。そのため、酵素や微生物などをゲル材料中に固定化してリアクターとして用いる場合に、反応効率・代謝活性等の向上が期待される。   The technique for synthesizing the hydrogel having the same form as the non-spherical hydrogel particles obtained in the present invention has not been reported so far. Such yarn ball-like gel particles have a dramatically larger specific surface area than spherical hydrogel particles obtained by the prior art. Therefore, when an enzyme or microorganism is immobilized in a gel material and used as a reactor, improvement in reaction efficiency, metabolic activity, etc. is expected.

また、ゲル粒子内部において動物細胞等の細胞を培養する際、従来の球形ハイドロゲル粒子を用いた場合では、酸素や栄養が外部からの拡散によって内部へと浸透するため、粒子表面近傍の細胞には栄養分が行き渡るものの、中心部近くの細胞には栄養が行き届きにくいため、死滅してしまうという問題点がある。一方毛糸玉状粒子を用いた場合では、粒子内に間隙が存在するため粒子の中心部まで酸素や栄養分を効率的に供給することが可能であるため、細胞を高密度かつ大量に培養することができる。そのため、組織工学における応用や、動物細胞を用いた物質生産プロセスにおいて非常に有用性が高い材料を提供することが可能となる。   In addition, when culturing cells such as animal cells inside the gel particles, when conventional spherical hydrogel particles are used, oxygen and nutrients penetrate into the interior by diffusion from the outside, so that the cells near the particle surface Although the nutrients are distributed, there is a problem that the cells near the center are difficult to reach and the cells are killed. On the other hand, when wool ball-shaped particles are used, oxygen and nutrients can be efficiently supplied to the center of the particle because there is a gap in the particle. Can do. Therefore, it becomes possible to provide materials that are very useful in applications in tissue engineering and in substance production processes using animal cells.

さらにまた、再生医療の1つの手技である細胞移植において、細胞をハイドロゲル内にカプセル化しキャリアとして利用する研究が行われているが、従来の球形ハイドロゲル粒子の場合では、その球形の形状ゆえに、移植時に血管を閉塞し血流を阻害してしまう可能性がある。それに対し、毛糸玉状ハイドロゲル粒子を用いた場合では、粒子の内部に隙間が存在するため、血流を阻害する可能性が低いと考えられる。   Furthermore, in cell transplantation, which is one technique of regenerative medicine, research has been conducted in which cells are encapsulated in a hydrogel and used as a carrier. In the case of conventional spherical hydrogel particles, because of their spherical shape, There is a possibility of obstructing blood flow at the time of transplantation and inhibiting blood flow. On the other hand, when the yarn ball-shaped hydrogel particles are used, it is considered that there is a low possibility that blood flow is inhibited because there are gaps inside the particles.

なお、医療分野への応用以外にも、ハイドロゲル粒子自体、その他様々な分野で幅広く用いられているため、本発明の毛糸玉状粒子は、食品・医薬品・化粧品・再生医療など多くの分野において有用であると考えられる。

In addition to the application to the medical field, the hydrogel particles themselves are widely used in various other fields. Therefore, the yarn ball-shaped particles of the present invention are used in many fields such as food, pharmaceuticals, cosmetics, and regenerative medicine. It is considered useful.

Claims (16)

少なくとも2つの入口I1〜In(n≧2)と、
少なくとも1つの出口Oと、
前記入口I1〜Inにそれぞれ接続される入口流路C1〜Cnと、
前記入口流路C1〜Cnが同時に又は段階的に合流することによって形成され、出口Oに接続される流路部分Jと、を有する流路構造Xに対して、
前記入口I1からハイドロゲルの原料となるゾル溶液Zを、前記入口I2からゲル化剤溶液Gをそれぞれ連続的に導入し、前記流路部分Jにおいてゾル溶液Zを少なくとも部分的にゲル化させたファイバーを形成し、
さらに、流路Xの内部あるいは外部において、ゾル溶液Zを少なくとも部分的にゲル化させたファイバーを液滴内に閉じ込めることによってファイバーを切断することで、非球形ハイドロゲル粒子を作製することを可能とする、非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。
At least two inlets I1-In (n ≧ 2);
At least one exit O;
Inlet channels C1 to Cn respectively connected to the inlets I1 to In;
For the flow channel structure X having the flow channel portion J formed by joining the inlet flow channels C1 to Cn simultaneously or stepwise and connected to the outlet O,
The sol solution Z, which is a raw material of the hydrogel, is continuously introduced from the inlet I1, and the gelling agent solution G is continuously introduced from the inlet I2, and the sol solution Z is at least partially gelled in the flow path portion J. Forming fibers,
Furthermore, it is possible to produce non-spherical hydrogel particles by cutting the fiber by confining the fiber in which the sol solution Z is at least partially gelled in the droplet inside or outside the channel X. A method for synthesizing non-spherical hydrogel particles.
前記液滴は、油相又は気相中に分散した水滴である請求項1に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to claim 1, wherein the droplets are water droplets dispersed in an oil phase or a gas phase. 前記流路構造Xは、少なくとも3つの入口I1〜In(n≧3)を有しており、その内少なくとも1つの前記入口I3から油Aを導入することで、前記流路X内部で液滴を形成させる、請求項1乃至2のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The channel structure X has at least three inlets I1 to In (n ≧ 3), and by introducing oil A from at least one of the inlets I3, droplets are formed inside the channel X. The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to claim 1, wherein: 前記流路構造Xは少なくとも4つの入口I1〜In(n≧4)を有しており、その内少なくとも1つの入口I4からバッファー溶液Bを導入する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The flow path structure X has at least four inlets I1 to In (n ≧ 4), and the buffer solution B is introduced from at least one of the inlets I4. A method for synthesizing the described non-spherical hydrogel particles. 前記流路構造Xは少なくとも部分的に平面的なマイクロ流路で構成されている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the channel structure X is constituted by at least a partially planar microchannel. 前記流路構造Xは少なくとも部分的に多重管を用いた構造で構成されている、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 5, wherein the flow path structure X is at least partially configured by a structure using a multi-pipe. 前記入口流路C1〜Cnのうち少なくとも1つがその途中に分岐を有しており、それぞれの分岐はその他の入口流路と同時あるいは段階的に合流している、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   7. At least one of the inlet channels C1 to Cn has a branch in the middle thereof, and each branch merges with other inlet channels at the same time or stepwise. 2. A method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to item 1. 前記流路構造Xの深さ、幅、直径等のいずれか1つの値が1μm〜1cmの範囲にある、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 7, wherein any one of the depth, width, diameter and the like of the flow channel structure X is in a range of 1 µm to 1 cm. 前記ゾル溶液Zとは、アルギン酸ナトリウム水溶液であり、ゲル化剤溶液Gとは、多価の金属カチオンを含む溶液である、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The non-spherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 8, wherein the sol solution Z is a sodium alginate aqueous solution, and the gelling agent solution G is a solution containing a polyvalent metal cation. Synthesis method. ゲル化剤溶液Gにおけるゲル化剤の濃度は予め適切な値に調整されている、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 9, wherein the concentration of the gelling agent in the gelling agent solution G is adjusted to an appropriate value in advance. ゲル化剤溶液Gとバッファー溶液Bのうち少なくとも1つに増粘剤が予め添加されている、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 10, wherein a thickener is added in advance to at least one of the gelling agent solution G and the buffer solution B. ゲル化剤溶液G、油A、及びバッファー溶液Bのうち少なくとも1つに界面活性剤が予め添加されている、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 11, wherein a surfactant is previously added to at least one of the gelling agent solution G, the oil A, and the buffer solution B. . 前記流路構造Xは、ゾル溶液Zを導入するための入口I1を少なくとも2つ有しており、同じあるいは異なる組成のゾル溶液Zを導入する、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The flow path structure X has at least two inlets I1 for introducing the sol solution Z, and introduces the sol solution Z having the same or different composition. A method for synthesizing non-spherical hydrogel particles. 前記非球形とは毛糸玉状である、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing non-spherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 13, wherein the non-spherical shape is a yarn ball shape. 前記非球形ハイドロゲル粒子の直径は1mm以下である、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の非球形ハイドロゲル粒子の合成方法。   The method for synthesizing nonspherical hydrogel particles according to any one of claims 1 to 14, wherein the diameter of the nonspherical hydrogel particles is 1 mm or less. 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の方法を用いて作製する、非球形ハイドロゲル粒子。

A non-spherical hydrogel particle produced using the method according to any one of claims 1 to 15.

JP2011034026A 2011-02-18 2011-02-18 Synthesis method of non-spherical hydrogel particles and non-spherical hydrogel particles Expired - Fee Related JP5939558B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011034026A JP5939558B2 (en) 2011-02-18 2011-02-18 Synthesis method of non-spherical hydrogel particles and non-spherical hydrogel particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011034026A JP5939558B2 (en) 2011-02-18 2011-02-18 Synthesis method of non-spherical hydrogel particles and non-spherical hydrogel particles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012170861A true JP2012170861A (en) 2012-09-10
JP5939558B2 JP5939558B2 (en) 2016-06-22

Family

ID=46974279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011034026A Expired - Fee Related JP5939558B2 (en) 2011-02-18 2011-02-18 Synthesis method of non-spherical hydrogel particles and non-spherical hydrogel particles

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5939558B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014178121A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Hydrogel array substrate and manufacturing method of the substrate, and bimolecular lipid membrane array substrate and manufacturing method of the substrate
JP2016524907A (en) * 2013-07-18 2016-08-22 ズートツッカー アクチェンゲゼルシャフト マンハイム/オクセンフルト Optimized process for producing isomaltulose-containing compositions
US10035887B2 (en) 2015-08-19 2018-07-31 Shimadzu Corporation Manufacturing method for nanoparticle
CN110407163A (en) * 2019-08-07 2019-11-05 哈尔滨工业大学 A kind of integrated microfluidic chip and application synthesizing composite droplet to the hydrogel microfibre of filling

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006133001A (en) * 2004-11-04 2006-05-25 Hitachi Ltd Electrophysiological measuring instrument for cell
JP2006239594A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Ricoh Co Ltd Emulsification apparatus, continuous emulsification apparatus and emulsification method
JP2007097510A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Univ Waseda Microreactor
JP2008183554A (en) * 2007-01-05 2008-08-14 Fujifilm Corp Method for producing dispersion liquid of organic fine particle, and organic fine particle obtained thereby
JP2011020004A (en) * 2009-07-13 2011-02-03 Kri Inc Method for producing microstructure, and microreactor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006133001A (en) * 2004-11-04 2006-05-25 Hitachi Ltd Electrophysiological measuring instrument for cell
JP2006239594A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Ricoh Co Ltd Emulsification apparatus, continuous emulsification apparatus and emulsification method
JP2007097510A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Univ Waseda Microreactor
JP2008183554A (en) * 2007-01-05 2008-08-14 Fujifilm Corp Method for producing dispersion liquid of organic fine particle, and organic fine particle obtained thereby
JP2011020004A (en) * 2009-07-13 2011-02-03 Kri Inc Method for producing microstructure, and microreactor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014178121A (en) * 2013-03-13 2014-09-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Hydrogel array substrate and manufacturing method of the substrate, and bimolecular lipid membrane array substrate and manufacturing method of the substrate
JP2016524907A (en) * 2013-07-18 2016-08-22 ズートツッカー アクチェンゲゼルシャフト マンハイム/オクセンフルト Optimized process for producing isomaltulose-containing compositions
US10035887B2 (en) 2015-08-19 2018-07-31 Shimadzu Corporation Manufacturing method for nanoparticle
CN110407163A (en) * 2019-08-07 2019-11-05 哈尔滨工业大学 A kind of integrated microfluidic chip and application synthesizing composite droplet to the hydrogel microfibre of filling
CN110407163B (en) * 2019-08-07 2022-05-20 哈尔滨工业大学 Integrated microfluidic chip for synthesizing composite droplet pair filled hydrogel microfiber and application

Also Published As

Publication number Publication date
JP5939558B2 (en) 2016-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10928382B2 (en) Microfluidic device and method for analysis of tumor cell microenvironments
CN107930542A (en) One-step method continuously prepares the microflow control technique of calcium alginate microgel
AU2004260106B2 (en) Automated cell culture system and process
Mohamed et al. Microfluidics-based fabrication of cell-laden microgels
JP5939558B2 (en) Synthesis method of non-spherical hydrogel particles and non-spherical hydrogel particles
Mazzitelli et al. Optimised production of multifunctional microfibres by microfluidic chip technology for tissue engineering applications
Tang et al. Designable dual-power micromotors fabricated from a biocompatible gas-shearing strategy
JP2013009598A (en) Complex type hepatocyte organoid and method for preparing the same
Liu et al. Microfluidic synthesis of highly spherical calcium alginate hydrogels based on external gelation using an emulsion reactant
Namgung et al. Engineered cell-laden alginate microparticles for 3D culture
CN109806919A (en) A kind of preparation method of the gelatin Methacrylamide core-shell particles of 3D cell culture
Mohajeri et al. Cell encapsulation in alginate-based microgels using droplet microfluidics; a review on gelation methods and applications
CN205549077U (en) A micro -fluidic device for preparing microgel
JP6241890B2 (en) Vascular tissue and method for producing the same
JP6296620B2 (en) Hydrogel substrate for cell evaluation, method for producing hydrogel substrate for cell evaluation, and cell evaluation method
US9957481B2 (en) Scaffolds and other cell-growth structures using microfluidics to culture biological samples
Sánchez et al. Encapsulation of cells in alginate gels
CN109675100A (en) Polylactic acid-zinc oxide micrometer nanometer hierarchical structure composite micro-sphere material and application
EP0185701A1 (en) Tissue culture and production in permeable gels
US5387522A (en) Apparatus having a biphasic spray head for entrapping biological material in a hydrophilic gel
Miyama et al. A droplet-based microfluidic process to produce yarn-ball-shaped hydrogel microbeads
JP2022130591A (en) Method and apparatus for manufacturing liquid medium composition
Yamada et al. Microfluidic synthesis of complex alginate fibers for the direction control of cell growth
Ogawa et al. Microbial production inside microfabricated hydrogel microtubes
JP7134464B2 (en) Method for making collagen tube

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140210

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150212

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151005

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160422

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160511

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5939558

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees