JP2018023361A - 繊維集合体、それを用いた培地、および生物組織もしくは微生物の電位測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】心筋細胞などの生物組織や微生物の培養に適した繊維集合体を提供する。【解決手段】繊維集合体に含まれる複数の繊維は、第１スチレン樹脂を含む。第１スチレン樹脂は、ゴム含有スチレン樹脂である。繊維集合体中のゴム成分の含有量は、例えば、２〜３０質量％である。複数の繊維は、さらに第１スチレン樹脂とは異なる第２スチレン樹脂を含んでもよい。複数の繊維が一方向に沿って配列していることが好ましい。より具体的には、複数の繊維において、繊維同士が交わる平均的な角度は、０°以上６０°以下であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、生物組織や微生物を培養するのに有用な繊維集合体、および繊維集合体を用いた培地、および生物組織もしくは微生物の電位測定装置に関する。

従来、生物組織や微生物を培養するための培地としては、カンテンやゼラチンなどの培地が利用されているが、これらの培地では、三次元的な培養が難しい。そこで、不織布や繊維の三次元構築物を、生物種を培養するための培地（培養のための足場）に利用することが提案されている（特許文献１）。

また、電極上に載置した細胞の電位変化を測定する装置やインピーダンス変化に基づいて大気中の化学種を検知する装置が提案されている（特許文献２および特許文献３など）。特許文献３では、電極上に導電性充填材を含むナノファイバを配置して、ナノファイバのインピーダンス変化に基づいて化学種を識別している。

特開２０１２−２００１５２号公報 特表２００２−５２３７２６号公報 特表２０１０−５１３９３４号公報

生物組織や微生物の種類などによっては、従来のカンテン培地や不織布培地では、効率よく培養することができない場合がある。また、繊維基材上で生物組織や微生物を、培養に適した状態で評価できれば、正しい評価が可能になると期待される。

本発明の一局面は、複数の繊維の集合体であって、
前記複数の繊維が、第１スチレン樹脂を含み、
前記第１スチレン樹脂が、ゴム含有スチレン樹脂である、繊維集合体に関する。

本発明の他の一局面は、複数の繊維の集合体であって、
前記複数の繊維が、第１スチレン樹脂と、前記第１スチレン樹脂とは異なる第２スチレン樹脂と、を含み、
前記第１スチレン樹脂は、ポリスチレンブロックとポリジエンブロックとを含む第１ブロックポリマーであり、
前記第１ブロックポリマーは、少なくとも末端に前記ポリスチレンブロックを含む、繊維集合体に関する。

本発明のさらに他の局面は、上記の繊維集合体を備え、生物組織または微生物を培養するための培地に関する。

本発明の別の局面は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に配置され、かつ互いに絶縁された複数の電極と、前記電極上に配された上記の繊維集合体と、を備え、
前記複数の電極の少なくとも一部を、前記繊維集合体に保持された生物組織または微生物と電気的に接続させ、前記電極により前記生物組織または微生物の電位を測定する、生物組織または微生物の電位測定装置に関する。

本発明によれば、心筋細胞などの生物組織や微生物の培養に適した繊維集合体を提供することができる。繊維集合体は、生物組織や微生物を培養する際の培地（培養のための足場）に適している。また、繊維集合体は、生物組織や微生物の電位を測定するときに、生物組織や微生物を載置するための基材としても利用できる。

本発明の一実施形態に係る生物組織または微生物の電位測定装置を模式的に示す斜視図である 図１の電位測定装置の概略上面図である。 実施例１の電位測定装置において、絶縁性リングの内側の領域を上から見た走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 実施例における引張試験結果を示すグラフである。 繊維の配列を説明するための繊維集合体の一部の領域の概略上面図である。

本発明の一実施形態に係る繊維集合体は、複数の繊維を含んでおり、複数の繊維は、スチレン樹脂（以下、第１スチレン樹脂とも言う）を含む。第１スチレン樹脂は、ゴム含有スチレン樹脂である。

従来は、生物組織や微生物の培養に、カンテン培地や不織布培地などが用いられているが、生物組織や微生物の種類などによっては、効率よく培養することができない場合がある。
また、特許文献３に記載されているように、例えば、細胞毒性の低いポリスチレンで形成した繊維の不織布を培地として用いると、繊維が高弾性であるため、デバイスのアセンブリやハンドリングの過程で繊維が切断される場合がある。

それに対し、本発明の上記の実施形態では、ゴム含有スチレン樹脂である第１スチレン樹脂を用いることで、繊維の柔軟性および伸度を向上できる。また、繊維化が容易になり、繊維の強度を確保し易くなる。そのため、このような繊維を用いた繊維集合体は、生物組織や微生物に対する親和性が高まる。よって、繊維集合体は、生物組織や微生物の培養用途（特に、培地（足場））に適している。

繊維集合体中のゴム成分の含有量は、２〜３０質量％であることが好ましい。また、ゴム成分は、ポリジエン成分であることが好ましい。これらの場合、繊維の柔軟性および伸度をさらに高めることができる。
なお、繊維集合体中のゴム成分の含有量（質量％）は、例えば、繊維集合体のＦＴ−ＩＲ分析により算出できる。

複数の繊維は、さらに第１スチレン樹脂とは異なるスチレン樹脂（以下、第２スチレン樹脂とも言う）を含んでもよい。この場合、繊維の高い柔軟性および伸度を確保しながら、容易に繊維化できるとともに、繊維の強度を確保し易くなる。

第１スチレン樹脂は、ポリスチレンブロックとポリジエンブロックとを含む第１ブロックポリマーであり、第２スチレン樹脂は、ポリスチレンブロックとポリジエンブロックとを含む第２ブロックポリマーであってもよい。第１ブロックポリマー中の前記ポリジエンブロックの含有量は、１５質量％を超え２５質量％以下であることが好ましく、第２ブロックポリマー中のポリジエンブロックの含有量は、１〜１５質量％であることが好ましい。この場合、第１スチレン樹脂と第２スチレン樹脂との親和性を高め易く、双方の樹脂の特性を繊維に付与し易くなる。よって、高い柔軟性および伸度を確保しながら、繊維化が容易になり、繊維の強度を確保し易くなる。

第１ブロックポリマーは、少なくとも末端にポリスチレンブロックを含み、第２ブロックポリマーは、少なくとも末端にポリスチレンブロックを含むことが好ましい。この場合、第１ブロックポリマーと第２ブロックポリマーとの親和性をさらに高めることができる。

本発明の他の一実施形態に係る繊維集合体は、複数の繊維を含んでおり、複数の繊維は、第１スチレン樹脂と、第１スチレン樹脂とは異なる第２スチレン樹脂と、を含む。第１スチレン樹脂は、ポリスチレンブロックとポリジエンブロックとを含む第１ブロックポリマーであり、第１ブロックポリマーは、少なくとも末端にポリスチレンブロックを含んでいる。このような実施形態では、ポリジエンブロックを含む第１ブロックコポリマーを用いることで、柔軟で、伸度に優れる繊維が得られる。また、第１ブロックポリマーが末端にポリスチレンブロックを含むことで、第２スチレン樹脂との親和性が高まり、繊維における樹脂の均一性を高めることができる。また、第１スチレン樹脂と第２スチレン樹脂とを用いることで、繊維化が容易になり、繊維の強度を確保し易くなる。そのため、このような繊維を用いた繊維集合体は、生物組織や微生物に対する親和性が高まる。よって、このような繊維集合体も、生物組織や微生物の培養用途（特に、培地（足場））に適している。

これらの実施形態に係る繊維集合体において、複数の繊維は、一方向に沿って配列していることが好ましい。複数の繊維が一方向に配列した場合には、繊維集合体を構成する複数の繊維の全てが一方向に沿って配列している場合に限らず、繊維集合体において、繊維同士が交わる平均的な角度が０°以上６０°以下（好ましくは０°以上３０°以下）である場合も含まれるものとする。このように、複数の繊維が配列した状態である場合、その繊維の配列方向に沿って繊維が伸び易いため、デバイスのアセンブリやハンドリングの過程で繊維が切断され難くなる。なお、繊維同士が交わる角度が０°である場合とは、繊維同士が平行である場合を意味するものとする。ここで、繊維同士が交わる平均的な角度は、繊維の平均的な長さ方向の交わりから決定する。

繊維の平均的な長さ方向は、例えば、繊維集合体を上から見たときのＳＥＭ写真に基づいて決定することができる。図５は、繊維の配列を説明するための繊維集合体の概略上面図である。図５では、繊維集合体を上から撮影したＳＥＭ写真における繊維集合体の状態を模している。複数の繊維２１で構成される繊維集合体２０を上から見たとき、まず、所定のサイズ（例えば、１００μｍ×１００μｍや２５μｍ×２５μｍ）の正方形の領域Ｒを設定する。このとき、領域Ｒは、領域Ｒ内に１２本以上の繊維２１が入り、かつ領域Ｒ内に位置する繊維２１の５０％以上が領域Ｒの対向する２辺と交差するように決定する。この領域Ｒにおいて、ある繊維２１が、上記の対向する２辺と交差する２点間を結んだ直線（図５では点線）の方向を、その繊維２１の平均的な長さ方向とする。

繊維同士が交わる平均的な角度は、例えば、上記領域Ｒにおいて、任意に選択した複数（例えば、２０本）の繊維から、さらに任意に２本の繊維を選択し、各繊維の平均的な長さ方向が交わる角度（例えば、図５のθ₁）を求める。別の２本の繊維を選択し、各繊維の平均的な長さ方向が交わる角度（例えば、図５のθ₂）を求める。このような作業を、選択した残りの繊維（例えば、１６本）について行う。そして、それぞれの角度の平均を算出し、繊維同士が交わる平均的な角度とする。

繊維集合体において、第１スチレン樹脂と第２スチレン樹脂との質量比は、７０：３０〜３：９７であることが好ましく、５０：５０〜３：９７であることがさらに好ましい。この場合、繊維の柔軟性を確保しながらも、繊維形成性をさらに高めることができる。

第１ブロックポリマー中のポリジエンブロックの含有量は、好ましくは１０〜３０質量％である。この場合、繊維化がさらに容易になり、しかも繊維に適度な柔軟性および伸度を付与し易い。

スチレン樹脂は、ポリスチレンを含むことが好ましい。この場合、繊維形成性をさらに高めることができる。特に、繊維集合体を電界紡糸法により形成する場合には、高い曳糸性を確保し易くなる。

本実施形態に係る繊維集合体は、生物組織や微生物の培養用途（特に、培地（足場））に適している。そのため、本発明の他の実施形態には、上記の繊維集合体を備え、生物組織または微生物を培養するための培地（より具体的には、培養用の足場）も含まれる。
なお、本明細書中、「生物組織」には、生物組織またはその一部、生物組織や臓器を構成する細胞、ｉＰＳ細胞やＥＳ細胞などの生物組織や臓器などに分化可能な細胞（およびその細胞から培養される組織または臓器、もしくはこれらの一部など）を含むものとする。

上記の培地において複数の繊維が一方向に沿って配列している場合には、生物組織の中でも、特に、心筋細胞との親和性を高めることができ、心筋細胞を培養するのに特に適している。

本発明のさらに他の実施形態には、上記の繊維集合体を用いた生物組織または微生物の電位測定装置も含まれる。より具体的には、生物組織または微生物の電位測定装置は、絶縁性基板と、絶縁性基板上に配置され、かつ互いに絶縁された複数の電極と、電極上に配された上記の繊維集合体と、を備える。電位測定装置では、複数の電極の少なくとも一部を、繊維集合体に保持された生物組織または微生物と電気的に接続させ、電極により生物組織または微生物の電位を測定する。このような電位測定装置では、生物組織や微生物を、上記の繊維集合体に保持させた状態で、電位の変化を測定するため、培養に適した条件で電位に基づく機能評価を行うことができ、より正しい評価が可能になると考えられる。
なお、培地の場合と同様の理由で、電位測定装置も心筋細胞の電位測定に適している。

以下に繊維集合体、培地および生物組織または微生物の電位測定装置の構成についてより詳細に説明する。
［繊維集合体］
本実施形態に係る繊維集合体は、複数の繊維の集合体であり、複数の繊維は、第１スチレン樹脂を含む。第１スチレン樹脂は、ゴム含有スチレン樹脂である。
ゴム含有スチレン樹脂としては、例えば、ゴム成分がスチレン樹脂に配合されたポリマーアロイ、ゴム成分にポリスチレン鎖がグラフト結合したグラフトポリマー、ゴム成分のブロックとポリスチレンブロックとを含むブロックポリマーなどが挙げられる。複数の繊維は、第１スチレン樹脂を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。

第１スチレン樹脂を構成するスチレン単位には、スチレン単位だけでなく、メチルスチレン、ヒドロキシスチレンなどのスチレン誘導体（スチレン置換体など）の単位も包含される。第１スチレン樹脂は、スチレン単位およびスチレン誘導体単位の少なくとも一方を含んでおり、スチレン単位とスチレン誘導体単位との双方を含んでいてもよい。

ゴム含有スチレン樹脂に含まれるゴム成分（第１ゴム成分とも言う）としては、特に制限されず、例えば、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルゴム、エチレンプロピレンジエンゴムなどが挙げられる。ブロックポリマーでは、後述のポリジエンブロックなどのポリジエン成分を第１ゴム成分として含むことが好ましい。

第１スチレン樹脂としては、ポリスチレンブロックとポリジエンブロックとを含む第１ブロックポリマーが好ましい。
繊維集合体は、さらに、第１スチレン樹脂とは異なる第２スチレン樹脂を含んでもよい。

繊維集合体中のゴム成分の含有量は、２〜３０質量％であることが好ましく、３〜３０質量％または５〜３０質量％であることがさらに好ましく、１０〜２５質量％であってもよい。繊維集合体中のゴム成分の含有量をこのような範囲とすることで、繊維の高い柔軟性と伸度とを確保することができる。繊維集合体中のゴム成分の含有量とは、繊維集合体の質量に占める、繊維集合体に含まれるゴム成分全体の比率である。この比率には、第１スチレン樹脂に含まれる第１ゴム成分の比率が含まれるとともに、第２スチレン樹脂にゴム成分（第２ゴム成分とも言う）が含まれる場合には第２ゴム成分の比率も含まれ、第１スチレン樹脂および第２スチレン樹脂以外にゴム成分（第３ゴム成分とも言う）を含む場合には、さらに第３ゴム成分の比率も含まれる。

（第１ブロックポリマー）
第１スチレン樹脂としての第１ブロックポリマーは、ポリジエンブロックを含む。これにより、繊維の柔軟性や伸度を高めることができる。
本明細書中、ポリジエンブロックとは、ジエンユニットが繰り返し連結したポリマーブロックを言う。ジエンユニットとしては、ブタジエン、イソプレン、およびクロロプレンなどからなる群より選択される少なくとも一種のジエンのユニットが挙げられる。ポリジエンブロックは、ポリブタジエン（ＰＢ）ブロック、ポリイソプレンブロック、ポリクロロプレンブロックなどの単独重合ブロックであってもよく、ポリ（ブタジエン−イソプレン）ブロックなどの共重合ブロックであってもよい。高い柔軟性や伸度を繊維に付与し易い観点から、ＰＢブロックが好ましい。

第１ブロックポリマーは、ポリジエンブロックを末端に有していてもよい。第２スチレン樹脂との親和性を高める観点からは、末端以外にポリジエンブロックを有することが好ましい。第２スチレン樹脂との親和性を確保する観点からは、第１ブロックポリマーは、少なくとも末端にポリスチレン（ＰＳ）ブロックを含んでいることが好ましい。第１ブロックポリマーは、例えば、側鎖を有する場合には、側鎖の末端にＰＳブロックを含んでもよいが、ＰＳブロックを、主鎖の少なくとも１つの末端に有することが好ましい。特に、主鎖の両末端にＰＳブロックを有する場合には、第２スチレン樹脂との親和性をさらに高めることができるため、さらに繊維が形成され易くなり、繊維内での樹脂の分散性も高まる。よって、繊維の柔軟性や伸度のばらつきが低減される。特に、繊維集合体を電界紡糸法により形成する場合には、高い曳糸性を確保し易くなる。第１ブロックポリマーは、さらに、末端以外に位置するＰＳブロックを有していてもよい。

第１ブロックポリマーは、例えば、ポリジエンブロックとＰＳブロックとが連結したジブロック体であってもよいが、ポリジエンブロックとＰＳブロックとが交互に連結したトリブロック体以上のポリブロック体が好ましい。中でも、ポリジエンブロックとＰＳブロックとが交互に連結し、かつＰＳブロックがブロックポリマーの両末端に位置するトリブロック体（ＡＢＡ型トリブロック体）やペンタブロック体など奇数のブロック（例えば、３、５、７または９のブロック）が連結したブロックポリマーが好ましい。

第１ブロックポリマー中のポリジエンブロックの含有量は、例えば、１０〜３０質量％であり、１５〜３０質量％であることが好ましく、２０〜３０質量％または２０〜２５質量％であってもよい。第１ブロックポリマー中のポリジエンブロックの含有量は、１５質量％を超え３０質量％以下である場合も好ましく、１５質量％を超え２５質量％以下である場合も好ましい。ポリジエンブロックの含有量がこのような範囲である場合、第１ブロックポリマーと第２スチレン樹脂との高い親和性を確保し易い。また、高い柔軟性および伸度を有する繊維が形成され易い。電界紡糸法により繊維集合体を形成する場合には、高い曳糸性を確保することができる。

第１ブロックポリマーは、必要に応じて、ＰＳブロックおよびポリジエンブロックに加え、他の共重合ブロックや共重合モノマー単位などを含んでもよい。ブロックポリマー中のＰＳブロックおよびポリジエンブロック（ＰＢブロックなど）の割合は、例えば、１０質量％以上であり、好ましくは２０質量％以上であり、第２スチレン樹脂との親和性が確保し易い観点からは３０質量％以下であることが好ましい。また、第１ブロックポリマーは、ＰＳブロックおよび／またはポリジエンブロックに、必要に応じて、置換基（例えば、アルキル基、ヒドロキシ基、および／またはハロゲン原子など）を有していてもよい。

第１ブロックポリマーなどの第１スチレン樹脂のＭＦＲは、例えば、３〜１２ｇ／１０分であり、４〜１０ｇ／１０分であることが好ましく、５〜８ｇ／１０分であることがさらに好ましい。第１ブロックポリマーのＭＦＲがこのような範囲である場合、繊維を形成し易くなる、また、第２スチレン樹脂を用いる場合には、第２スチレン樹脂との親和性を高め易くなり、繊維形成性をさらに高めることができる。さらに、繊維に柔軟性や伸度を付与し易い。
なお、本明細書中、ＭＦＲは、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７２１０に準拠し、２００℃にて荷重５ｋｇｆ（≒４９Ｎ）の条件にて測定した値である。

（第２スチレン樹脂）
第１スチレン樹脂と第２スチレン樹脂とを併用する場合、繊維の柔軟性や伸度確保しながらも、繊維化が容易になり、繊維の強度を確保し易くなる。第２スチレン樹脂としては、上記の第１スチレン樹脂とは異なるものが使用される。第２スチレン樹脂としては、例えば、ポリスチレン（スチレンホモポリマー）、スチレンと他の共重合性モノマーとの共重合体、第１ブロックポリマーとは異なるブロックポリマー（第２ブロックポリマーとも言う）などが挙げられる。第２スチレン樹脂は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせてもよい。

第２スチレン樹脂を構成するスチレン単位としては、スチレン単位だけでなく、メチルスチレン、ヒドロキシスチレンなどのスチレン誘導体（スチレン置換体など）の単位も包含される。第２スチレン樹脂は、スチレン単位および／またはスチレン誘導体単位を含んでいる。

共重合体を構成する共重合性モノマーとしては、例えば、アクリロニトリル、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸またはその無水物などが挙げられる。共重合体は、これらの共重合性モノマーの単位を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。共重合体中に含まれる共重合性モノマー単位の割合は、例えば、０モル％を超え３０モル％であり、１〜２０モル％であってもよい。

第２ブロックポリマーとしては、第１ブロックポリマーとして記載したものから選択できる。第２ブロックポリマーは、少なくとも末端にＰＳブロックを含むことが好ましい。この場合、第１スチレン樹脂との親和性を確保し易くなる。

第２ブロックポリマーは、ポリジエンブロックを含むことが好ましい。第２ブロックポリマー中のポリジエンブロックの含有量は、例えば、１〜３０質量％の範囲から選択できる。第２ブロックポリマー中のポリジエンブロックの含有量は、第１ブロックポリマー中のポリジエンブロックの含有量よりも少ないことが好ましい。この場合、第１ブロックポリマーなどの第１スチレン樹脂との高い親和性を確保しながらも、第２ブロックポリマーにより、繊維化が容易になり、繊維に強度を付与しやすくなる。第２ブロックポリマー中のポリジエンブロックの含有量は、１〜２０質量％であることが好ましく、１〜１５質量％または５〜１５質量％であることがさらに好ましい。

第２スチレン樹脂は、ポリスチレンを含むことが好ましい。繊維化が容易である観点から、スチレン樹脂に占めるポリスチレンの比率は、例えば、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であってもよい。特に、電界紡糸法により繊維集合体を形成する場合には、ポリスチレンの比率がこのような範囲である場合、曳糸性を高めることができる。

第２スチレン樹脂としては、第２ブロックポリマーも好ましい。特に、第１ブロックポリマーと、第１ブロックポリマーとは異なる第２スチレンブロックポリマーとを用いることで、両ブロックポリマーの親和性を高めることができ、双方の特性を繊維に付与しやすくなる。よって、柔軟性および伸度が高く、強度に優れる繊維を得ることができる。また、繊維化も容易になる。

繊維の柔軟性と繊維の形成し易さとを両立させる観点から、第１スチレン樹脂と第２スチレン樹脂との質量比（＝第１スチレン樹脂：第２スチレン樹脂）は、例えば、７０：３０〜３：９７であり、５０：５０〜３：９７であることが好ましく、３０：７０〜１０：９０であることがさらに好ましい。また、第１スチレン樹脂と第２スチレン樹脂との質量比は、２：１〜１：５または１：１〜１：４である場合も好ましい。このような質量比の範囲は、第１ブロックポリマーと第２ポリスチレン樹脂としてのポリスチレンとを組み合わせる場合に特に適している。特に、溶液を用いる電界紡糸法により繊維集合体を形成する場合には、質量比がこのような範囲である場合、第１スチレン樹脂および第２スチレン樹脂を溶媒に溶解し易く、高い紡糸性を確保することもできる。

第２スチレン樹脂のＭＦＲは、例えば、１〜１５ｇ／１０分であり、３〜１５ｇ／分であることが好ましい。また、第２スチレン樹脂のＭＦＲは、例えば、１〜１０ｇ／１０分であってもよく、３〜１０ｇ／１０分または５〜９ｇ／１０分である場合も好ましい。第２スチレン樹脂のＭＦＲがこのような範囲である場合、第１ブロックポリマーなどの第１スチレン樹脂との親和性を高め易く、繊維が形成され易い。

繊維集合体を構成する材料のＭＦＲは、例えば、２〜１４ｇ／１０分であり、４〜１２ｇ／１０分であることが好ましい。繊維集合体を構成する材料のＭＦＲは、繊維を形成する前の材料、または繊維集合体を用いて測定できる。

（繊維）
繊維は、必要に応じて添加剤などを含んでもよい。
繊維集合体における繊維の平均繊維径は、例えば、５０ｎｍ〜５μｍであり、５０ｎｍ〜３μｍであってもよく、２〜５μｍであってもよい。例えば、電界紡糸法により繊維集合体を形成する場合には、繊維の平均繊維径は、３μｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ〜３μｍまたは０．５〜３μｍであってもよい。溶融紡糸法や溶液紡糸法により繊維集合体を形成する場合には、繊維の平均繊維径は、３μｍ以上であることが好ましく、３〜５μｍであることがさらに好ましい。

なお、平均繊維径とは、繊維の直径の平均値である。繊維の直径とは、繊維の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、繊維集合体の１つの主面（例えば、上面）の法線方向から見たときの、繊維の長さ方向に対して垂直な方向の幅を、繊維の直径と見なしてもよい。平均繊維径は、例えば、繊維集合体に含まれる任意の１０本の繊維の任意の箇所の直径の平均値である。

繊維集合体において、複数の繊維はランダムに配置され、交差していてもよく、所定の方向に沿って配列していてもよい。繊維の交差や配列の状態は、用途に応じて適宜選択すればよい。上述のように、複数の繊維が一方向に沿って配列している場合には、複数の繊維のうち、例えば、５０％以上の繊維が一方向に沿って配列していることが望ましい。

生物組織や微生物の成長に方向性が見られる場合には、繊維がランダムに交差しているよりはある程度配列していることが好ましい。例えば、繊維同士が交わる平均的な角度は、０°以上６０°以下であることが好ましく、０°以上３０°以下であることがさらに好ましい。このように繊維は一方向に沿って配列している場合には、特に、心筋細胞を培養する場合にも適している。

繊維集合体の単位面積に占める繊維の面積の割合は１０〜９０％から選択できる。例えば、心筋細胞の培養や電位測定装置に利用する場合には、繊維集合体はごく薄く、単位面積当たりに占める繊維の割合は２０〜５０％であり、３０〜４０％で均一に分散して堆積していることが好ましい。なお、繊維の面積の割合は、繊維集合体の一方の主面（例えば、上面）において、繊維集合体における所定の面積（例えば、短軸３ｍｍ×長軸６ｍｍの楕円形）の領域において、光沢度計により光沢度を測定し、繊維と繊維以外の領域との光沢度の違いに基づき、繊維が占める面積を算出し、単位面積当たりの面積比率（％）に換算することにより求めることができる。

（繊維集合体の製造方法）
繊維集合体は、繊維の原料を含む原料液から繊維を生成させ（または紡糸し）、基材などに堆積させることにより形成することができる。原料液は、繊維の生成に先立って準備される。繊維を堆積させる際に、配列させながら堆積させてもよい。基材上に形成した繊維集合体を、基材とともに、培地として用いてもよい。

また、基材上に形成した繊維集合体を基材から剥離させて培地や電位測定装置に用いてもよい。基材からの剥離を、転写を利用して行なってもよい。具体的には、基材（第１基材）上に形成した繊維集合体を、繊維集合体が別の基材（第２基材）や電極上に接触するように第１基材とともに重ねて、繊維集合体を第２基材または電極上に転写させ、第１基材を剥離させてもよい。繊維集合体の転写を容易にするために、必要に応じて、繊維集合体および／または第２基材（もしくは電極）の一部の領域に接着剤を配してもよい。このとき、接着剤として、生体適合性に優れたシリコーン粘着剤などを用いることが好ましい。

原料液から繊維を生成する方法（紡糸法）は特に限定されず、生成させる繊維の種類等に応じて適宜選択すればよい。紡糸法としては、例えば、溶液紡糸法、溶融紡糸法および電界紡糸法等が挙げられる。

溶液紡糸法は、繊維の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を、原料液として用いる方法である。溶媒を用いる溶液紡糸法には、いわゆる湿式紡糸法および乾式紡糸法がある。湿式紡糸法では、原料液を凝固液中に吐出して、繊維の原料と凝固液との化学反応により、あるいは、溶媒と凝固液との置換により、繊維が形成される。乾式紡糸法では、原料液を空気中に吐出した後、加熱等により溶媒を除去することにより、繊維が形成される。なかでも、繊維を一方向に配列させた状態で堆積させ易い点で、乾式紡糸法が好ましい。

溶融紡糸法は、繊維の原料を加熱して溶融させた溶融液を、原料液として用いる方法である。得られた原料液は、空気中に吐出された後、冷却されることにより、繊維状に固化する。この場合、通常、繊維の原料を溶解するための溶媒は使用しない。よって、溶融紡糸法は、作業者の安全性確保のための紡糸空間からの溶媒の除去作業が省略できる点で好ましい。

電界紡糸法は、繊維の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を原料液として用いる点で溶液紡糸法と共通する。しかし、電界紡糸法では、原料液に高電圧を印加しながら空気中に吐出する。原料液に含まれる溶媒は、基材上に到達するまでの過程において概ね揮発する。電界紡糸法では、原料液に高電圧を印加するため、原料液は、プラスあるいはマイナスに帯電する。このとき、基材をグランドさせるか、あるいは、原料液とは逆の極性に帯電させることで、吐出された原料液が基材に引き寄せられ、基材に繊維が堆積する。

原料液を吐出するノズルの動きおよび／または基材の動きを制御することで、繊維を交差させたり、配列させたりすることができる。繊維を配列させる場合には、例えば、原料液の吐出開始時に、その吐出端を、第１基材としての巻取回転体の周面に付着させて、吐出端を確保する。そして、原料液を吐出しながら巻取回転体を回転させることにより、繊維は、巻取回転体の周面を周回しながら堆積していく。巻取回転体あるいはノズルを、例えば巻取回転体の回転軸方向に移動させながら原料液を吐出することにより、巻取回転体の周面の少なくとも一部を覆い、周回する方向に配列する繊維を備える繊維集合体を形成することができる。巻取回転体の周面に形成された繊維集合体は、適宜切断され、例えば、第２基材や電極などに転写される。

溶液紡糸法や電界紡糸法で利用する繊維の原料を含む溶液は、通常、繊維の原料（例えば、第１スチレン樹脂、必要に応じて第２スチレン樹脂および／または添加剤など）と溶媒とを含んでいる。

溶媒としては、繊維の原料を溶解し、揮発などにより除去可能なものであれば特に制限されず、原料の種類や製造条件に応じて、水および有機溶媒から適宜選択して使用できる。溶媒としては、非プロトン性の極性有機溶媒が好ましい。このような溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などのアミド（鎖状または環状アミドなど）；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシドなどが挙げられる。これらの溶媒は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶液などの原料液は、必要に応じてさらに添加剤を含んでもよい。

溶液の固形分濃度は、溶媒の種類などに応じて調節できるが、例えば、３〜５０質量％であり、５〜５０質量％または１０〜３０質量％であってもよい。固形分濃度がこのような範囲である場合、紡糸時に固形分がビーズ状になり難く、曳糸性の観点で望ましい。また、固形分を溶媒に均一に溶解させることができ、ゲル化等の不良を低減できるため、溶液安定性に優れる。

［培地］
生物組織または微生物を培養するために使用される培地は、上記の繊維集合体を少なくとも備えていればよく、必要に応じて、繊維集合体と、繊維集合体を支持する基材層とを含んでもよい。

基材層としては、樹脂フィルムなどを用いてもよいが、従来の培地（足場も含む）に利用されるものを用いることが好ましい。このような基材層としては、培養する生物組織や微生物の種類などに応じて、カンテン層やゼラチン層などを用いてもよく、不織布などの多孔質基材層を用いてもよく、これらを組み合わせてもよい。

不織布に含まれる繊維の材質は特に限定されず、例えば、ガラス繊維、セルロース、セルロース誘導体（エーテル、エステルなど）、アクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。ポリオレフィンとしては、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが例示される。ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどが挙げられる。不織布に含まれる繊維は、これらの材質を一種含んでもよく、二種以上含んでもよい。

［電位測定装置］
上記の繊維集合体は、生物組織や微生物を保持した状態でこれらの電位を測定するための電位測定装置に利用するのに適している。繊維集合体の繊維は柔軟性や伸度に優れているため、培養に適した状態でこれらの電位を測定することができ、電位に基づいて生物組織や微生物の機能を評価することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る生物組織または微生物の電位測定装置を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の電位測定装置の概略上面図である。電位測定装置２００は、絶縁性基板２０１と、絶縁性基板２０１上に配置された複数の電極（第１電極）２０２と、第１電極２０２上に配された繊維集合体２０と、を備えている。複数の第１電極２０２は、互いに絶縁されている。このような装置２００では、複数の電極２０２の少なくとも一部を、繊維集合体２０に保持された生物組織または微生物２１０と電気的に接続させることで、電極２０２により生物組織または微生物２１０の電位を測定することができる。なお、図２では、図１の電位測定装置２００の繊維集合体２０上に生物組織または微生物２１０を載せた状態を示しており、第１電極２０２を備える絶縁性基板２０１を省略している。

図示例では、電位測定装置２００は、さらに第１電極２０２と電気的に接続する複数のマイクロ電極（第２電極）２０３を備えている。複数の第２電極２０３は、行列方式にて所定の間隔で形成されており、複数の第２電極２０３は互いに絶縁されている。複数の第２電極２０３は、第２電極２０３と第１電極２０２および／または絶縁性基板２０１との間に繊維集合体２０を挟むように形成されている。そして、生物組織または微生物２１０は、複数の第２電極２０３の少なくとも一部に接触するように配されている。複数の第２電極２０３、および繊維集合体２０により保持された生物組織または微生物２１０を取り囲むように、絶縁性のリング２０４が配されている。第２電極２０３を形成すると、第２電極２０３を生物組織または微生物２１０と接触させ易くなるため、生物組織または微生物２１０の電位の測定が容易になる。

図示例では、繊維集合体２０を構成する繊維２１は、繊維２１が一方向に沿った状態で配列している。このような配列の繊維２１を備える繊維集合体２０は、特に柔軟であり、繊維２１の長さ方向に沿って伸び易い。よって、生物組織や微生物の培養に適した状態で、生物組織や微生物の電位測定（および機能評価）が可能となる。
電位測定装置２００は、必要に応じてホルダーなどに収容してもよい。

絶縁性基板としては、特に制限されず、用途に応じて選択でき、例えば、ガラス基板、石英基板、アクリル板、ポリスチレン板などが例示される。
第１電極としては、特に制限されず、用途に応じて選択でき、例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）電極や白金電極などが例示される。

第２電極としては、生物組織や微生物の電位を測定可能であればよく、用途に応じて適宜選択できる。第２電極のサイズ、隣接する第２電極間の距離、第２電極の個数は、生物
組織や微生物の種類やサンプルのサイズなどに応じて適宜選択できる。第２電極の一辺の長さ（円盤状の場合には直径）は、例えば、１０〜１００μｍであり、１５〜６０μｍであってもよい。隣接する第２電極間距離（第２電極の中心間距離）は、例えば、５０〜１０００μｍであり、５０〜５００μｍであってもよい。

絶縁性のリングは、特に制限されず、ガラス製や樹脂製（エラストマー製も含む）のものが使用される。ガラス製やシリコーン樹脂（ポリジメチルシロキサンなど）製のリングが用いられる場合が多い。なお、絶縁性リングの内側の領域は、仕切り板などにより仕切られていてもよい。

繊維集合体は、第１電極を備える絶縁性基板上に繊維を直接堆積することにより形成してもよいが、図１や図２に示すように、繊維が配列した状態の繊維集合体を作製するには、前述のような転写を利用するのが有利である。転写を行なう場合には、別途第１基材上に形成した繊維集合体を、第１電極を備える絶縁性基板（第２基材）上に、繊維集合体を接触させた状態で載せ、プレスして、第１基材を剥離する。繊維集合体や絶縁性基板に接着剤を付与しておくと、絶縁性基板に繊維集合体を転写させ易くなる。このとき、第２電極や絶縁性リングの外側となる領域に接着剤が配されるように、接着剤を付与すると、電位測定の妨げになり難い。

第２電極を設ける場合には、繊維集合体を絶縁性基板上に配した後、第２電極と第１電極および／または絶縁性基板との間に繊維を挟むように第２電極を形成する。このとき、第２電極を、第１電極と電気的に接続させる。第１電極の表面は、各第２電極と接続させる領域で露出していればよく、残りの領域はアクリル樹脂などの絶縁製の膜で覆ってもよい。電位測定装置は、必要に応じて、基準電極および／または参照電極を備えていてもよい。

電位測定装置では、繊維集合体に保持された生物組織または微生物の電位を、第１電極（第１および第２電極）で測定する。電位の経時的な変化や条件を変更した際の変化を求め、この電位変化に基づいて、生物組織または微生物の状態や機能などを評価することができる。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（１）繊維集合体の作製
実施例１
第１基材としての巻取回転体の周面に、電界紡糸法により、繊維を堆積させて繊維集合体を作製した。このとき、原料液を吐出させながら巻取回転体を回転させて、繊維を巻取回転体の周面を周回させながら堆積させた。周面の幅方向に沿って繊維集合体に切れ目を入れ、複数のＩＴＯ電極を備えるガラス基板（第２基材）の表面に、繊維集合体が接触するように、ガラス基板を巻取回転体の周面に押し付け、繊維集合体を、ガラス基板上に転写させた。ガラス基板の一部の領域には、格子状に予め接着剤を付与しておいた。

なお、電解紡糸に用いた原料液としては、第１スチレン樹脂としてＰＢブロックとＰＢブロックの両方の末端に結合したＰＳブロックとを有するブロックポリマー（トリブロック体、ＰＢ含有量：２３質量％、ＭＦＲ：６ｇ／１０分）、および第２スチレン樹脂としてのポリスチレン（ＭＦＲ：７．７ｇ／１０分）を、それぞれ、１５質量％濃度で含むＤＭＡｃ溶液を用いた。得られた繊維集合体における繊維の平均繊維径は、２．５μｍであり、繊維集合体の単位面積当たりに占める繊維の面積の割合は３５％であった。なお、繊維集合体中のゴム成分の含有量は、１１．５質量％である。

実施例２
原料液におけるブロックポリマーおよびポリスチレンの濃度をそれぞれ、１０質量％および２０質量％とした以外は実施例１と同様に繊維集合体を作製した。繊維集合体中のゴム成分の含有量は、７．６質量％である。

実施例３
原料液におけるブロックポリマーおよびポリスチレンの濃度をそれぞれ、４．５質量％および２５．５質量％とした以外は実施例１と同様に繊維集合体を作製した。繊維集合体中のゴム成分の含有量は、３．５質量％である。

実施例４
第１スチレン樹脂として、ＰＢブロックを含むスチレン系ブロックポリマー（ＰＢ含有量：２３質量％、ＭＦＲ：６ｇ／１０分）、および第２スチレン樹脂として、ＰＢブロックを含むスチレン系ブロックポリマー（ＰＢ含有量：１０質量％、ＭＦＲ：６ｇ／１０分）、を、それぞれ、２０質量％濃度および１０質量％濃度で含むＤＭＡｃ溶液を用いた。このこと以外は、実施例１と同様に繊維集合体を作製し、引張り試験評価を行なった。なお、繊維集合体中のゴム成分の含有量は、５．６質量％である。

比較例１
ブロックポリマーを用いずに、原料液におけるポリスチレンの濃度を、３０質量％とした以外は実施例１と同様に繊維集合体を作製した。

（２）電位測定装置の作製
実施例５
実施例１〜４および比較例１で得られた繊維集合体のそれぞれを、ガラス基板とともに縦２０ｍｍ×横２０ｍｍのサイズにカットし、図１に示すようなマイクロ電極（第２電極）１０３を白金めっきにより形成し、第１電極１０２としてのＩＴＯ電極に電気的に接続させた。このとき、第２電極１０３は、繊維集合体２０の繊維２１を第２電極１０３と第１電極１０２との間に挟むように、４×４の行列方式で形成した。そして、ポリジメチルシロキサン製の絶縁性リング１０４を第２電極１０３の周囲を取り囲むように配置した。なお、繊維集合体には、接着剤が絶縁性リング１０４の外側の領域に配された状態となるように、接着剤を付与した。また、繊維集合体のカットは、接着剤を付与した部分において行った。

図３に、実施例１の繊維集合体を用いた場合について絶縁性リングの内側の領域を上から見たＳＥＭ写真を示す。図３に示すように、実施例１の繊維集合体では、繊維が一方向に配列した状態となっていた。ＳＥＭ写真から、繊維集合体の領域Ｒ（２５μｍ×２５μｍ）について繊維同士が交わる平均的な角度を求めたところ５°であった。なお、図３中、黒い微小な矩形の物体がマイクロ電極である。

（３）引張試験評価
上記実施例１〜４、比較例１で得られた繊維（固形分）をＩＳＯ３１６７；１９９３に示す多目的試験片（厚み４ｍｍ）に成型し、ＩＳＯ５２７−１（プラスチック−引張特性の試験方法）に準拠して、引張速度５０ｍｍ／分で、引張試験を行った。
評価結果を図４に示す。比較例１の繊維を用いた試験片では、降伏しなかったため、図４には実施例１〜４の繊維を用いた例をそれぞれＡ１〜Ａ４として示した。

ポリスチレンのみを用いた比較例１の試験片では降伏しなかったのに対し、実施例の試験片では、図４に示されるように、繊維集合体中のゴム成分の含有量が多くなると、最大応力が低下し、歪みが向上することが確認された。

本発明の一実施形態に係る繊維集合体は、微生物または生物組織の培養のための培地（足場）や微生物や生物組織の電位を測定するための基材に適している。繊維集合体は、妊娠検査シート等の体外検査シート、医療用シート等などの用途にも利用することができる。

２０：繊維集合体、２１：繊維、２００：生物組織または微生物の電位測定装置、２０１：絶縁性基板、２０２：第１電極、２０３：第２電極、２０４：絶縁性のリング、２１０：生物組織または微生物

Claims (16)

1. 複数の繊維の集合体であって、
   前記複数の繊維が、第１スチレン樹脂を含み、
   前記第１スチレン樹脂が、ゴム含有スチレン樹脂である、繊維集合体。
2. 前記繊維集合体中のゴム成分の含有量は、２〜３０質量％である、請求項１に記載の繊維集合体。
3. 前記ゴム成分は、ポリジエン成分である、請求項１または２に記載の繊維集合体。
4. 前記複数の繊維は、さらに前記第１スチレン樹脂とは異なる第２スチレン樹脂を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維集合体。
5. 前記第１スチレン樹脂は、ポリスチレンブロックとポリジエンブロックとを含む第１ブロックポリマーであり、
   前記第２スチレン樹脂は、ポリスチレンブロックとポリジエンブロックとを含む第２ブロックポリマーであり、
   前記第１ブロックポリマー中の前記ポリジエンブロックの含有量は、１５質量％を超え２５質量％以下であり、
   前記第２ブロックポリマー中の前記ポリジエンブロックの含有量は、１〜１５質量％である、請求項４に記載の繊維集合体。
6. 前記第１ブロックポリマーは、少なくとも末端に前記ポリスチレンブロックを含み、
   前記第２ブロックポリマーは、少なくとも末端に前記ポリスチレンブロックを含む、請求項５に記載の繊維集合体。
7. 複数の繊維の集合体であって、
   前記複数の繊維が、第１スチレン樹脂と、前記第１スチレン樹脂とは異なる第２スチレン樹脂と、を含み、
   前記第１スチレン樹脂は、ポリスチレンブロックとポリジエンブロックとを含む第１ブロックポリマーであり、
   前記第１ブロックポリマーは、少なくとも末端に前記ポリスチレンブロックを含む、繊維集合体。
8. 前記複数の繊維が一方向に沿って配列している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維集合体。
9. 前記複数の繊維において、繊維同士が交わる平均的な角度が０°以上６０°以下である、請求項８に記載の繊維集合体。
10. 前記第１スチレン樹脂と前記第２スチレン樹脂との質量比は、７０：３０〜３：９７である、請求項４〜７のいずれか１項に記載の繊維集合体。
11. 前記第１ブロックポリマー中の前記ポリジエンブロックの含有量は、１０〜３０質量％である、請求項５〜７のいずれか１項に記載の繊維集合体。
12. 前記第２スチレン樹脂は、ポリスチレンを含む、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の繊維集合体。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の繊維集合体を備え、生物組織または微生物を培養するための培地。
14. 前記生物組織が心筋細胞である、請求項１３に記載の培地。
15. 絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に配置され、かつ互いに絶縁された複数の電極と、前記電極上に配された請求項１〜１２のいずれか１項に記載の繊維集合体と、を備え、
    前記複数の電極の少なくとも一部を、前記繊維集合体に保持された生物組織または微生物と電気的に接続させ、前記電極により前記生物組織または微生物の電位を測定する、生物組織または微生物の電位測定装置。
16. 前記生物組織が心筋細胞である、請求項１５に記載の生物組織または微生物の電位測定装置。