JP2016113738A - ロープ状構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロサイズのロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を簡易に製造する。【解決手段】第１流体の吐出口の直径ｄと第２流体の流路断面とを決定し、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比である流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフとして作製した流量比粘度形状設定用マップの右下がりの第１所定線Ｌ１により区分けされる領域のうち右上領域の流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度を求め、求めた粘度に調整した第２流体を流量Ｑ２として供給している流路に第１流体を流量Ｑ１で吐出口から吐出する。すると、第１流体によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を得ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ロープ状構造体の製造方法に関し、詳しくは、第１流体中に第２流体を吐出することにより第２流体によるロープ状の折りたたみ構造体またはロープ状の螺旋構造体を製造するロープ状構造体の製造方法に関する。

従来、この種の技術としては、アルギン酸ゲルによるマイクロゲルファイバをコイル状にしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、マイクロゲルファイバを直径１ｍｍのガラス管に巻き取った後にガラス管から外すことにより、マイクロゲルファイバによる螺旋構造体を形成する。

国際公開ＷＯ２０１１／０４６１０５Ａ１、図５

しかしながら、上述の技術では、マイクロゲルファイバをガラス管に巻き取ったり、巻き取ったマイクロゲルファイバをガラス管から外す作業が必要となるため、螺旋構造のマイクロゲルファイバの製造に多くの工程を要する。また、ガラス管に巻き取るため、螺旋の直径が小さな螺旋構造のマイクロゲルファイバを製造するのは困難なものとなる。

本発明のロープ状構造体の製造方法は、マイクロサイズのロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を簡易に製造することを主目的とする。

本発明のロープ状構造体の製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のロープ状構造体の製造方法は、
第１流体を第２流体中に吐出することにより前記第１流体によるロープ状の折りたたみ構造体またはロープ状の螺旋構造体を製造するロープ状構造体の製造方法であって、
前記第１流体を所定断面流路内で吐出径が５００μｍ以下の吐出口から第１流量で吐出すると共に前記第２流体を前記所定断面流路に前記第１流体の流向と同一方向に第２流量で供給する際に、
前記第２流量に対する前記第１流量の流量比を対数軸による縦軸とすると共に前記第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフとしたときに、前記流量比と前記第２流体の粘度が右下がりの第１所定線により区分けされる２つの領域のうち前記第１所定線より右上領域に属するようにする、
ことを特徴とする。

この本発明のロープ状構造体の製造方法では、第２流体を所定断面流路に第２流量で供給し、第１流体を所定断面流路内で吐出径が５００μｍ以下の吐出口から第２流体の流向と同一方向に第１流量で吐出する。このとき、第２流量に対する第１流量の流量比（第１流量／第２流量）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸（正の値の範囲）による横軸とした片対数グラフにおいて、流量比と第２流体の粘度が右下がりの第１所定線により区分けされる２つの領域のうち第１所定線より右上領域に属するようにする。すると、第１流体は、第２流体中でロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体となる。したがって、流量比と第２流体の粘度とを調整して第１流体を第２流体中に吐出するだけでロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。ここで、「折りたたみ構造」としては、同一平面内で略一定の幅でつづら折り状に折れ曲がっている構造を意味している。

こうした本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第１所定線は、前記流量比と前記第２流体の粘度とを変更して前記第１流体を前記第２流体中に吐出したときにロープ状の直線構造体が形成されるかロープ状の折りたたみ構造体が形成されるかの境界線として用いられる線であるものとすることもできる。こうすれば、ロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。

また、本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記片対数グラフにおいて、前記流量比と前記第２流体の粘度が前記第１所定線より右上の領域で右下がりの第２所定線により区分けされる２つの領域のうち前記第２所定線より右上領域に属するようにするものとしてもよい。この場合、前記第２所定線は、前記流量比と前記第２流体の粘度とを変更して前記第２流体に前記第２流体を吐出したときにロープ状の折りたたみ構造体が形成されるかロープ状の螺旋構造体が形成されるかの境界線として用いられる線であるものとすることもできる。こうすれば、ロープ状の螺旋構造体を製造することができる。

本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第１流体はアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムを含む溶液であり、前記第２流体は塩化カルシウムとポリエチレングリコールとを含む溶液であるものとすることもできる。アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムは反応によりアルギン酸カルシウムハイドロゲルとなるから、アルギン酸カルシウムハイドロゲルによるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。ここで、クエン酸ナトリウムは、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応を遅くするために用いられている。また、ポリエチレングリコールは、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応を遅くするためと、第２流体の粘度調整のために用いられている。なお、第２流体の粘度調節としては、第２流体におけるポリエチレングリコールの組成比が大きくなるほど粘度が大きくなることに基づいている。なお、得られたアルギン酸カルシウムハイドロゲルによるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体に細胞を付着させて培養すれば、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を得ることができる。

このアルギン酸カルシウムハイドロゲルによるロープ状構造体を製造する態様の本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第１流体は、所定の第１溶液をアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムとを含む第２溶液で被覆した状態として吐出される流体であるものとしてもよい。こうすれば、ロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体をコア−シェル構造により製造することができる。この場合、前記第１溶液は、細胞と該細胞を培養するための培養液とを含む溶液であるものとすることもできる。こうすれば、アルギン酸カルシウムハイドロゲルの管に細胞と培養液とが内在するロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。これを用いて細胞を培養すれば、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を得ることができる。

本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第２流体中に形成された前記第１流体によるロープ状の構造体を前記第２流体と共に第３流体中に吐出することによりロープ状構造体を製造するものとすることもできる。こうすれば、第３流体中にロープ状の構造体、即ち、ロープ状の折りたたみ構造体またはロープ状の螺旋構造体あるいはロープ状の螺旋構造体による螺旋構造体を製造することができる。

この第２流体中に形成された第１流体によるロープ状の構造体を第２流体と共に第３流体中に吐出する態様の本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体が形成されている状態で前記第３流体に吐出する際に、前記第３流体の前記第１流体の流向と同一方向の流量を調節することにより前記ロープ状の螺旋構造体のピッチを調整するものとすることもできる。この場合、第３流体の流量が大きいほどピッチも大きくなる。こうすれば、ロープ状の螺旋構造体のピッチを自在に調節することができる。

また、第２流体中に形成された第１流体によるロープ状の構造体を第２流体と共に第３流体中に吐出する態様の本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の直線構造体が形成されている状態で前記第３流体中に吐出することにより、前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体とするものとすることもできる。こうすれば、第２流体中ではロープ状の直線構造体を第３流体中でロープ状の螺旋構造体とすることができる。

さらに、第２流体中に形成された第１流体によるロープ状の構造体を第２流体と共に第３流体中に吐出する態様の本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体が形成されている状態で前記第３流体中に吐出することにより、前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体の更なる螺旋構造体とするものとすることもできる。こうすれば、ロープ状の螺旋構造体による螺旋構造体を得ることができる。

本発明の実施形態としてのロープ状構造体の製造方法の一例を示す工程図である。 第１流体の吐出口や第２流体の流路の一例を示す説明図である。 図２のＢ−Ｂ面における断面図である。 ロープ状の構造体の一例を示す説明図である。 流量比粘度形状設定用マップの一例を示す説明図である。 流量比粘度形状設定用マップの作製の様子の一例を示す説明図である。 流量比（Ｑ１／Ｑ２）を変化させたときのロープ状構造体の形状の変化の様子を示す説明図である。 流量比（Ｑ１／Ｑ２）を変化させたときのロープ状構造体の形状の変化の様子を示す説明図である。 ロープ状の構造体の寸法を説明する説明図である。 直線（straight），折りたたみ（folding），コイル（coilling）のロープ状構造体におけるロープの直径Ｔ１と吐出口からの距離との関係を示すグラフである。 折りたたみ（folding），コイル（coilling）のロープ状構造体におけるコイル径（折り返し径）Ａと吐出口からの距離との関係を示すグラフである。 第１流体の吐出径ｄに対するコイルのピッチｐの比（ｐ／ｄ）と流量比（Ｑ１／Ｑ２）との関係を示すグラフである。 ２層構造の第１流体によるロープ状構造体を製造する手法を説明する説明図である。 第１流体および第２流体の流路を第３流体の流路内に構成した流路の一例を示す説明図である。 図１４のＣ−Ｃ面における断面図である。 第２流体の流路および第３流体の流路におけるコイルを示す説明図である。 第３流体の流量Ｑ３により第３流体中のコイルのピッチｐが変化する様子を説明する説明図である。 条件を変更して第１流体によるロープ状構造体を第２流体と共に流速が値０の第３流体に吐出したときの一例を示す説明図である。 図１８の一例の各条件を示す一覧表である。 図１８の（ｄ）の実際の写真を示す説明図である。 第１流体と第２流体との吐出口を移動させながらシャーレ内に２重コイル構造体を形成している様子の一例を説明する説明図である。

次に、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施形態としてのロープ状構造体の製造方法の一例を示す工程図である。実施形態のロープ状構造体の製造方法は、まず、ロープ状の構造体を形成する第１流体の吐出口の直径や第２流体の流路断面を決定する（工程Ｓ１００）。第１流体の吐出口や第２流体の流路の一例を図２および図３に示す。図３は、図２のＢ−Ｂ面における断面図である。図示するように、第２流体の流路は、一辺が長さＷの正方形断面の管として形成されており、第１流体の吐出口は、流路の中央に直径ｄ（５００μｍ以下）の円形断面として形成されている。なお、第２流体の流路は、一辺が長さＷの正方形断面の管である必要はなく、第１流体の吐出口の断面に比して充分に大きいものであればよいから、直径がＷの円形断面の管や、長径がＷの楕円断面の管、長さがＷ１，Ｗ２の長方形断面、一辺が長さＷの三角形断面などの種々の断面形状としてもよい。また、第１流体の吐出口は、直径ｄの円形断面である必要はなく第２流体の断面に比して充分に小さいものであればよいから、長径ｄの楕円断面や、一辺が長さｄの正方形断面、長さがｄ１，ｄ２の長方形断面、一辺がｄの三角形断面、星形断面などの種々の断面形状としてもよい。また、第１流体の吐出口は、第２流体の流路の中央に配置される必要はなく、第２流体の流路の中央から偏心した位置に配置されるものとしても構わない。

次に、ロープ状の構造体の形状を設定する（工程Ｓ１１０）。ロープ状の構造体としては、直線（straight）、折りたたみ（folding）、コイル（coilling）のうちから設定する。図４にロープ状の構造体の一例を示す。図４（ａ１），（ａ２）は直線（straight）のロープ状構造体を示し、図４（ｂ１），（ｂ２）は折りたたみ（folding）のロープ状構造体を示し、図４（ｃ１），（ｃ２）はコイル（coilling）のロープ状構造体を示す。図４の左側の（ａ１），（ｂ１），（ｃ１）は模式図であり、右の（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）は、第１流体としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用いると共に第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用いたときに形成された直線（straight）、折りたたみ（folding）、コイル（coilling）のロープ状構造体の写真である。図としては、写真だけでもよいが、写真の視認性が低いため、模式図を並記した。

ロープ状の構造体の形状を設定すると、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比としての流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度とロープ状の構造体の形状との関係を示すマップ（以下、「流量比粘度形状設定用マップ」という。）から、第１流体の流量Ｑ１，第２流体の流量Ｑ２，第２流体の粘度を設定する（工程Ｓ１２０）。流量比粘度形状設定用マップの一例を図５に示す。流量比粘度形状設定用マップは、図示するように、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフが用いられている。そして、右下がりの第１所定線Ｌ１および第２所定線Ｌ２により３つの領域が区分けされており、３つの領域のうち第１所定線Ｌ１より左下の領域が直線（straight）の領域、第１所定線Ｌ１より右上で第２所定線Ｌ２より左下の領域が折りたたみ（folding）の領域、第２所定線Ｌ２より右上の領域がコイル（coilling）の領域である。こうした流量比粘度形状設定用マップは、設定した第１流体の吐出口の直径および第２流体の流路断面を用いて第１流体に対して流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度を変化させて得られるロープ状の構造体の形状を片対数グラフにマッピングし、直線（straight）と折りたたみ（folding）との境界線を第１所定線Ｌ１として設定すると共に折りたたみ（folding）とコイル（coilling）との境界線を第２所定線Ｌ２として設定することにより作製することができる。図６に、流量比粘度形状設定用マップの作製の様子の一例を示す。図６の流量比粘度形状設定用マップは、第１流体としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用いると共に第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用い、第１流体の吐出口の直径ｄは８８μｍ、第２流体の流路断面は一辺Ｗ＝１ｍｍの正方形断面を用いた。第２流体の粘度の調整は、ポリエチレングリコールの濃度を変化させることにより行なった。図６中、黒四角印はロープ状構造体の形状が直線（straight）であったことを示し、三角印はロープ状構造体の形状が折りたたみ（folding）であったことを示し、黒丸印はロープ状構造体の形状がコイル（coilling）であったことを示す。図示するように、黒四角印の直線（straight）と三角印の折りたたみ（folding）との境界線として第１所定線Ｌ１を設定することができ、三角印の折りたたみ（folding）と黒丸印のコイル（coilling）との境界線として第２所定線Ｌ２を設定することができる。第２流体の粘度を一定とし、流量比（Ｑ１／Ｑ２）を変化させたときのロープ状構造体の形状を図７および図８に示す。図７は写真であり、図８は図７の写真にロープ状構造体を線として示したものである。図示するように、流量比（Ｑ１／Ｑ２）が大きくなるにしたがって、ロープ状構造体の形状は、直線（straight）から折りたたみ（folding）に、折りたたみ（folding）からコイル（coilling）に変化するのが解る。

流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度とを設定すると、第１流体を調製すると共に設定した粘度となるように第２流体を調製し（工程Ｓ１３０）、決定した流路断面の流路に第２流体を流量Ｑ２となるように供給すると共に決定した吐出口の直径の吐出口から第１流体を流量Ｑ１となるように吐出して（工程Ｓ１４０）、設定した形状のロープ状構造体の製造を完了する。

上述した流量比粘度形状設定用マップの作製の際に以下の知見が得られた。これらの知見はロープ状の構造体を製造する際に参考となる。図９は、ロープ状の構造体の寸法を説明する説明図である。図９に示すように、第１流体の吐出口の直径をｄ、ロープの直径をＴ１、コイル径（折り返し径）をＡ、コイルのピッチをｐ、第２流体の正方形の流路断面の一辺の長さをＷとした。図１０および図１１では、第２流体の正方形の流路断面の一辺の長さＷは１ｍｍであり、第１流体の吐出口の直径ｄは８８μｍである。また、第１流体としてはアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液を用い、第２流体としてはポリエチレングリコールが１００ｇ／Ｌの水溶液を用いた。図１０は、直線（straight），折りたたみ（folding），コイル（coilling）のロープ状構造体におけるロープの直径Ｔ１と吐出口からの距離との関係を示すグラフであり、図１１は、折りたたみ（folding），コイル（coilling）のロープ状構造体におけるコイル径（折り返し径）Ａと吐出口からの距離との関係を示すグラフである。図中、黒ダイヤ印は、第１流体の流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎで第２流体の流量Ｑ２を５０μＬ／ｍｉｎとして得られたロープ状構造体が圧縮されたコイル（coilling）（例えば、図７および図８のｇ，ｈの状態）であることを示し、黒四角印は、第１流体の流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎで第２流体の流量Ｑ２を１００μＬ／ｍｉｎとして得られたロープ状構造体が圧縮されていないコイル（coilling）（例えば、図７および図８のｆの状態）であることを示す。また、丸印は、第１流体の流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎで第２流体の流量Ｑ２を２００μＬ／ｍｉｎとして得られたロープ状構造体が折りたたみ（folding）（例えば、図７および図８のｄ，ｅの状態）であることを示し、三角印は、第１流体の流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎで第２流体の流量Ｑ２を１０００μＬ／ｍｉｎとして得られたロープ状構造体が直線（straight）（例えば、図７および図８のａ，ｂの状態）であることを示す。黒ダイヤ印の圧縮されたコイル（coilling）は、第１流体の吐出口からの距離が大きくなるにしたがってコイル径Ａが大きくなり、これにしたがってロープの直径Ｔ１は小さくなる。黒四角印の圧縮されていないコイル（coilling）や丸印の折りたたみ（folding）では、第１流体の吐出口からの距離が１０００μｍ以上では、コイル径（折り返し径）Ａがほぼ一定となり、ロープの直径Ｔ１もほぼ一定となる。

図１２は、第１流体の吐出径ｄに対するコイルのピッチｐの比（ｐ／ｄ）と流量比（Ｑ１／Ｑ２）との関係を示すグラフである。図中、黒ダイヤ印は、吐出径ｄが８８μｍ、第１流体がアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液、第２流体がポリエチレングリコールが１００ｇ／Ｌの水溶液としたものである。四角印は、吐出径ｄが８８μｍ、第１流体はアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液、第２流体はポリエチレングリコールが１５０ｇ／Ｌの水溶液としたものである。丸印は、吐出径ｄが５６μｍ、第１流体はアルギン酸ナトリウムが５ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液、第２流体はポリエチレングリコールが１００ｇ／Ｌの水溶液としたものである。黒丸印は、吐出径ｄが３３μｍ、第１流体はアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液、第２流体はポリエチレングリコールが１００ｇ／Ｌの水溶液としたものである。図示するように、吐出径ｄに拘わらず、吐出径ｄに対するピッチｐの比（ｐ／ｄ）は、流量比（Ｑ１／Ｑ２）が大きくなるにしたがって小さくなる。

以上説明した実施形態のロープ状構造体の製造方法によれば、第１流体の吐出口の直径ｄと第２流体の流路断面とを決定し、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比である流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフとして作製した流量比粘度形状設定用マップの右下がりの第１所定線Ｌ１により区分けされる領域のうち右上領域の流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度を求め、求めた粘度に調整された第２流体を流量Ｑ２として供給している流路に第１流体を流量Ｑ１で決定した吐出口から吐出することにより、第１流体によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。即ち、決定した流路に粘度調整した第２流体を流量Ｑ２で供給し、この流路の中央の吐出口から第１流体を流量Ｑ１で吐出するだけマイクロサイズのロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を容易に製造することができるのである。しかも、流量比粘度形状設定用マップの右下がりの第２所定線Ｌ２により区分けされる領域のうち右上領域の流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度とすれば、第１流体によるロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。

実施形態のロープ状構造体の製造方法では、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比である流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフにおいて右下がりの第１所定線Ｌ１や第２所定線Ｌ２を設定した流量比粘度形状設定用マップを用いるものとしたが、片対数グラフに変換したときに右下がりの第１所定線Ｌ１や第２所定線Ｌ２となればよいから、流量比（Ｑ１／Ｑ２）を実数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸としたグラフにおいて第１所定線や第２所定線を設定したマップや、流量比（Ｑ１／Ｑ２）を実数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに大きくなる実数軸による横軸としたグラフにおいて第１所定線や第２所定線を設定したマップなどを用いるものとしても構わない。

実施形態のロープ状構造体の製造方法では、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比である流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフにおいて右下がりの第１所定線Ｌ１や第２所定線Ｌ２を設定した流量比粘度形状設定用マップを用いるものとしたが、流量比（Ｑ１／Ｑ２）に代えて流速比（Ｖ１／Ｖ２）を用いるものとしてもよい。この場合、第１流体の流速Ｖ１については流量Ｑ１／吐出口の断面積として計算し、第２流体の流速Ｖ２については流量Ｑ２／第２流体の流路断面積（Ｗ×Ｗ−吐出口の断面積）として計算すればよい。また、図６に例示するように、第２流体の粘度に代えて第２流体の粘度を調整可能な成分の第２流体における濃度を用いるものとしてもよい。

次に、実施形態のロープ状構造体の製造方法により製造されたロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体の用途の一例について説明する。第１流体としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用いると共に第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用いると、第１流体のアルギン酸ナトリウムは第２流体の塩化カルシウムと反応してアルギン酸カルシウムハイドロゲルとなる。ここで、第１流体中のクエン酸ナトリウムは、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応をロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を構成した後に生じさせるよう反応を遅らせるために用いられている。また、第２流体中のポリエチレングリコールは、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応をロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を構成した後に生じさせるよう反応を遅らせるために用いられていると共に、第２流体の粘度調整のために用いられている。こうした第１流体に細胞を混在させると、細胞が混在した第１流体によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。そして、この構造体を培養することにより、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。また、製造されたアルギン酸カルシウムハイドロゲルによるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体に細胞を付着させて培養することによっても、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。

また、第１流体はコア−シェル構造の２つの溶液による２層構造としたり、コア−第１シェル−第２シェルの３つの溶液の３層以上の構造としてもよい。コア−シェル構造の２つの溶液による２層構造とする場合、例えば、図１３に例示する手法を用いることができる。溶液ＬＱ１を溶液ＬＱ２の中央部に吐出し、溶液ＬＱ２を溶液ＬＱ２によって管状に被覆したものとして第１流体を構成し、この第１流体を第２流体ＬＱ３の中央に吐出することにより、第１流体によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。このように、第１流体を２層構造とする場合、溶液ＬＱ１として細胞を含む培養液を用い、溶液ＬＱ２としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用い、第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用いるものとすれば、細胞を含む培養液を内側に含むアルギン酸カルシウムハイドロゲルの管によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。この構造体の細胞を培養することにより、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状のコイル構造体を製造することができる。

以上の説明では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用い、第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用いるものとしたが、用途として細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状のコイル構造体を製造する場合を想定したものであるため、第１流体はアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液に限定されるものではなく、また、第２流体は塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液に限定されるものではないことは勿論である。即ち、ロープ状の折りたたみ構造体やロープ状のコイル構造体の用途によって、第１流体の組成や第２流体の組成を考慮すればよいのである。

次に、上述の実施形態としてのロープ状構造体の製造方法において、更なる知見が得られたので以下に記載する。図１４は、図２および図３に示した第１流体および第２流体の流路を第３流体の流路内に構成した流路の一例であり、図１５は図１４のＣ−Ｃ面における断面図である。図示するように、第３流体の流路は、一辺が長さＷ２の正方形断面の管として形成されており、その中央に一辺が長さＷの正方形断面の管として第２流体の流路が形成されており、更にその中央に直径ｄ（５００μｍ以下）の円形断面として第１流体の吐出口が形成されている。ここで、第３流体の流路は、一辺が長さＷ２の正方形断面の管である必要はなく、第２流体の流路の断面に比して充分に大きいものであればよいから、直径がＷ２の円形断面の管や、長径がＷ２の楕円断面の管、長方形断面、三角形断面などの種々の断面形状としてもよい。また、第２流体の流路は、第３流体の流路の中央に配置される必要はなく、第３流体の流路の中央から偏心した位置に配置されるものとしても構わない。なお、第２流体の流路の形状や第１流体の吐出口の位置については上述した。

図５の流量比粘度形状設定用マップにおける第２所定線Ｌ２より右上の領域がコイル（coilling）の領域となるように第１流体と第２流体の流量Ｑ１，Ｑ２および第２流体の粘度を調整して第２流体中に第１流体のコイルを形成し、この第１流体のコイルを第２流体と共に第３流体に吐出する。この際、第１流体や第２流体の流向と同一方向の第３流体の流量Ｑを調整することによりコイルのピッチｐを調節する。第２流体の流路および第３流体の流路におけるコイルの写真を図１６に示し、第３流体の流量Ｑ３により第３流体中のコイルのピッチｐが変化する様子を図１７に示す。図１７の（ａ１），（ｂ１），（ｃ１）は説明用の模式図であり、（ａ２）,（ｂ２），（ｃ２）は（ａ１）,（ｂ１），（ｃ１）における第３流体中のコイルに対応する実際の写真である。図１７の（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）における第１流体の流量Ｑ１と第２流体の流量Ｑ２と第３流体の流量Ｑ３は、Ｑ１／Ｑ２／Ｑ３として表わすと、（ａ２）３６μＬ／６５μＬ／１３０μＬ，（ｂ２）３６μＬ／８０μＬ／１６０μＬ，（ｃ２）３６μＬ／１００μＬ／２００μＬである。このように、第３流体の流量Ｑ３を大きくすることによりコイルのピッチｐを大きくすることができる。即ち、第３流体の流量Ｑ３によりコイルのピッチｐを調節することができるのである。なお、図１７の（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）の第２流体の流量Ｑ２はこの順に大きくなっているが、第２流体の流量Ｑ２を同一としても良好な結果が得られる。なお、図１６の右下のスケールバーは１ｍｍを示しており、図１７の（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）のスケールバーは５００μｍを示している。

次に、第１流体によるロープ状構造体を第２流体と共に流速が値０の第３流体に吐出したときの様子について説明する。図１８は、条件を変更して第１流体によるロープ状構造体を第２流体と共に流速が値０の第３流体に吐出したときの一例を示す説明図であり、図１９は図１８の一例の各条件を示す一覧表である。図１８の（ａ）では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％の水溶液を用い、その流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎとし、第２流体としてポリエチレングリコール（製品名ＰＥＧ−１０００）が８０ｇ／Ｌの水溶液を用い、その流量Ｑ２を１５０μＬ／ｍｉｎとし、第３流体として塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）が１００ｍＭの水溶液を用いた。この条件では、ロープ状構造体は、第２流体中も第３流体中も直線（straight）となった。

図１８の（ｂ）では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸塩（例えばクエン酸ナトリウムなど）が２００ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ１を６μＬ／ｍｉｎとし、第２流体としてポリエチレングリコール（製品名ＰＥＧ−６０００）が８０ｇ／Ｌで塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）が２５０ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ２を１５０〜２２０μＬ／ｍｉｎとし、第３流体として超純水を用いた。この条件では、ロープ状構造体は、第２流体中も第３流体中も同一径のコイル（coilling）となった。

図１８の（ｃ）では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムが３ｗｔ％でクエン酸塩（例えばクエン酸ナトリウムなど）が２５０ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎとし、第２流体としてポリエチレングリコール（製品名ＰＥＧ−６０００）が８０ｇ／Ｌで塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）が１００ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ２を１ｍＬ／ｍｉｎとし、第３流体として超純水を用いた。この条件では、ロープ状構造体は、第２流体中では直線（straight）となり、第３流体中では途中からコイル（coilling）となった。これは、第３流体の途中で第２流体と第３流体との混合溶液と第１流体との関係が図５の流量比粘度形状設定用マップにおける第２所定線Ｌ２より右上のコイル（coilling）の領域となる条件に至ったことによると考えられる。

図１８の（ｄ）では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムが３ｗｔ％でクエン酸塩（例えばクエン酸ナトリウムなど）が１５０ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎとし、第２流体としてポリエチレングリコール（製品名ＰＥＧ−６０００）が８０ｇ／Ｌで塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）が２００ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ２を２００〜３００μＬ／ｍｉｎとし、第３流体として超純水を用いた。この条件では、ロープ状構造体は、第２流体中でコイル（coilling）となり、第３流体中でコイル状のロープがその形状を維持したまま全体としてコイル（coilling）となった。これは、第２流体中で生じたコイルをコイル状の第１流体としたときに、第３流体の途中で第２流体と第３流体との混合溶液とコイル状の第１流体との関係が図５の流量比粘度形状設定用マップにおける第２所定線Ｌ２より右上のコイル（coilling）の領域となる条件に至ったことによると考えられる。図１８の（ｄ）の実際の写真を図２０に示す。図２０に示すように、コイル状の第１流体がその形状を維持したまま全体としてコイルとなっている。以下、この状体を２重コイル構造体と称する。

図１８の（ｄ）における第３流体をシャーレ内に構成し、第１流体と第２流体との吐出口を移動可能に構成し、この吐出口を移動させながらシャーレ内に２重コイル構造体を形成している様子を図２１に示す。図示するように、第１流体と第２流体との吐出口を移動させることにより、シャーレ内に立体的に自在に２重コイル構造体を形成することができる。上述したように、第１流体に細胞を混在させて培養することによって細胞組織体によるロープ状の構造体とすることができるから、第１流体に細胞を混在させて第１流体と第２流体との吐出口を移動させることと組み合わせることにより、高密度で３次元的な細胞組織体による２重コイル構造体を製造することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ロープ状構造体の製造産業などに利用可能である。

Claims (11)

1. 第１流体を第２流体中に吐出することにより前記第１流体によるロープ状の折りたたみ構造体またはロープ状の螺旋構造体を製造するロープ状構造体の製造方法であって、
   前記第１流体を所定断面流路内で吐出径が５００μｍ以下の吐出口から第１流量で吐出すると共に前記第２流体を前記所定断面流路に前記第１流体の流向と同一方向に第２流量で供給する際に、
   前記第２流量に対する前記第１流量の流量比を対数軸による縦軸とすると共に前記第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフとしたときに、前記流量比と前記第２流体の粘度が右下がりの第１所定線により区分けされる２つの領域のうち前記第１所定線より右上領域に属するようにする、
   ことを特徴とするロープ状構造体の製造方法。
2. 請求項１記載のロープ状構造体の製造方法であって、
   前記第１所定線は、前記流量比と前記第２流体の粘度とを変更して前記第１流体を前記第２流体中に吐出したときにロープ状の直線構造体が形成されるかロープ状の折りたたみ構造体が形成されるかの境界線として用いられる線である、
   ロープ状構造体の製造方法。
3. 請求項１または２記載のロープ状構造体の製造方法であって、
   前記片対数グラフにおいて、前記流量比と前記第２流体の粘度が前記第１所定線より右上の領域で右下がりの第２所定線により区分けされる２つの領域のうち前記第２所定線より右上領域に属するようにする、
   ロープ状構造体の製造方法。
4. 請求項３記載のロープ状構造体の製造方法であって、
   前記第２所定線は、前記流量比と前記第２流体の粘度とを変更して前記第２流体に前記第２流体を吐出したときにロープ状の折りたたみ構造体が形成されるかロープ状の螺旋構造体が形成されるかの境界線として用いられる線である、
   ロープ状構造体の製造方法。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれか１つの請求項に記載のロープ状構造体の製造方法であって、
   前記第１流体は、アルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムを含む溶液であり、
   前記第２流体は、塩化カルシウムとポリエチレングリコールとを含む溶液である、
   ロープ状構造体の製造方法。
6. 請求項５記載のロープ状構造体の製造方法であって、
   前記第１流体は、所定の第１溶液をアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムとを含む第２溶液で被覆した状態として吐出される流体である、
   ロープ状構造体の製造方法。
7. 請求項６記載のロープ状構造体の製造方法であって、
   前記第１溶液は、細胞と該細胞を培養するための培養液とを含む溶液である、
   ロープ状構造体の製造方法。
8. 請求項１ないし６のうちのいずれか１つの請求項に記載のロープ状構造体の製造方法であって、
   前記第２流体中に形成された前記第１流体によるロープ状の構造体を前記第２流体と共に第３流体中に吐出することによりロープ状構造体を製造する、
   ロープ状構造体の製造方法。
9. 請求項８記載のロープ状構造体の製造方法であって、
   前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体が形成されている状態で前記第３流体に吐出する際に、前記第３流体の前記第１流体の流向と同一方向の流量を調節することにより前記ロープ状の螺旋構造体のピッチを調整する、
   ロープ状構造体の製造方法。
10. 請求項８記載のロープ状構造体の製造方法であって、
    前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の直線構造体が形成されている状態で前記第３流体中に吐出することにより、前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体とする、
    ロープ状構造体の製造方法。
11. 請求項８記載のロープ状構造体の製造方法であって、
    前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体が形成されている状態で前記第３流体中に吐出することにより、前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体の更なる螺旋構造体とする、
    ロープ状構造体の製造方法。