JP2019024341A - Scaffold for culture - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、培養用足場に関し、特に、一方向に配列した繊維を備える培養用足場に関する。 The present invention relates to a culture scaffold, and more particularly to a culture scaffold comprising fibers arranged in one direction.
近年、生物組織や微生物を培養するための培養用足場として、繊維基材が注目されている(特許文献1参照)。繊維基材は、例えば、織物、編物あるいは不織布であり、三次元の構造を備える。そのため、in vitroで生理的環境に近い状態で、生物組織や微生物を培養することができる。 In recent years, fiber base materials have attracted attention as a culture scaffold for culturing biological tissues and microorganisms (see Patent Document 1). The fiber substrate is, for example, a woven fabric, a knitted fabric, or a non-woven fabric, and has a three-dimensional structure. Therefore, biological tissues and microorganisms can be cultured in a state close to a physiological environment in vitro.
生物組織や微生物の成長に方向性が見られる場合、繊維基材を構成する繊維は、ある一方向に配列し、かつ、伸縮できることが望ましい。生物組織や微生物が成長し易くなるためである。しかし、通常、繊維基材は、繊維同士の交絡によって形状が保持されており、上記のような配列性および伸縮性を有さない。 When directionality is seen in the growth of biological tissues and microorganisms, it is desirable that the fibers constituting the fiber base material are arranged in one direction and can expand and contract. This is because biological tissues and microorganisms are easy to grow. However, usually, the fiber base material is held in shape by entanglement of fibers, and does not have the above-described arrangement and stretchability.
本発明の一局面は、基板と、第1の面と、その反対側の第2の面と、前記第1の面から前記第2の面に貫通する複数の貫通孔と、を備えるとともに、前記第1の面が対向するように前記基板に搭載される枠体と、第1方向に配列した複数の繊維を含み、前記基板と前記第1の面との間に介在する複数の繊維集合体と、を備え、複数の前記貫通孔によって前記第1の面に形成される複数の第1開口は、少なくとも前記第1方向に沿って並んで配置されており、複数の前記繊維集合体は、少なくとも前記第1方向に沿って並んで配置されており、前記第1方向において隣接する2つの前記第1開口から、前記第1方向において隣接する2つの前記繊維集合体の少なくとも一部がそれぞれ露出している、培養用足場に関する。 One aspect of the present invention includes a substrate, a first surface, a second surface on the opposite side, and a plurality of through holes penetrating from the first surface to the second surface, A plurality of fiber assemblies including a frame body mounted on the substrate so that the first surface faces and a plurality of fibers arranged in a first direction, and interposed between the substrate and the first surface A plurality of first openings formed in the first surface by the plurality of through-holes are arranged at least along the first direction, and the plurality of fiber assemblies are , Arranged at least along the first direction, and at least a part of the two fiber assemblies adjacent in the first direction from two adjacent first openings in the first direction, respectively. The exposed scaffold for culture.
本発明に係る培養用足場によれば、一方向に配列し、かつ、配列方向への伸縮性に優れる繊維を備えるため、生物組織や微生物の成長が促進される。 According to the culture scaffold according to the present invention, since the fibers arranged in one direction and excellent in stretchability in the arrangement direction are provided, the growth of biological tissues and microorganisms is promoted.
[培養用足場]
本実施形態に係る培養用足場は、例えば、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好適に利用される。
培養用足場の一例を図1に示す。図1は、培養用足場100を模式的に示す斜視図である。
[Culture scaffold]
The culture scaffold according to the present embodiment is suitably used for, for example, a potential measuring device for measuring these potentials in a state where biological tissue and microorganisms are held.
An example of the culture scaffold is shown in FIG. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a
培養用足場100は、基板110と、基板110に搭載される枠体120と、基板110と枠体120との間に介在する複数の繊維集合体130(130A、130B)と、を備える。ただし、各繊維集合体130は、基板110の枠体120が搭載されている搭載面110Xの全面ではなく、枠体120の一方の主面(第1の面120X)に対向する範囲内に配置されている。培養用足場100は、必要に応じてホルダーなどに収容されて、電位測定装置等に配置されてもよい。
以下、最初に各構成要素について説明する。
The
Hereinafter, each component will be described first.
(繊維集合体)
繊維集合体130は、複数の繊維131の集合体である。繊維集合体130において、複数の繊維131は一方向(第1方向)に配列している。複数の繊維131が一方向に配列しているとは、繊維集合体130において、繊維131同士が交差していないか、繊維131同士が交わる平均的な角度が、0°を超え60°以下であることをいう。このように、複数の繊維131が配列した状態である場合、第1方向DFに沿って繊維131が伸び易いため、生物組織や微生物へのストレスが低減される。よって、第1方向DFに沿って生物組織や微生物が成長し易くなる。
(Fiber assembly)
The
ここで、繊維131同士が交わる平均的な角度は、繊維131の平均的な長さ方向の交わりから決定できる。繊維131の平均的な長さ方向は、例えば、繊維集合体130をその法線方向から見たときのSEM写真に基づいて決定することができる。図6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6では、繊維集合体130を法線方向から撮影したSEM写真における繊維集合体130の状態を模している。複数の繊維131で構成される繊維集合体130を法線方向から見て、所定のサイズ(例えば、100μm×100μm)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131が入り、かつ領域R内に位置する繊維131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131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6では点線)の方向を、その繊維131の平均的な長さ方向とする。
Here, the average angle at which the
繊維131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131から、さらに任意に2本の繊維131を選択し、各繊維131の平均的な長さ方向が交わる角度(例えば、図6のθ1)を求める。別の2本の繊維131を選択し、各繊維131の平均的な長さ方向が交わる角度(例えば、図6のθ2)を求める。このような作業を、選択した残りの繊維131(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131同士が交わる平均的な角度とする。
For example, in the region R, the average angle at which the
繊維集合体130の単位面積に占める繊維131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130はごく薄く、単位面積当たりに占める繊維131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131の面積の割合は、繊維集合体130の一方の主面(例えば、上面)において、繊維集合体130における所定の面積(例えば、短軸3mm×長軸6mmの楕円形)の領域について、光学顕微鏡等で取得した画像を2値化処理して、繊維131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。
The ratio of the area of the
繊維131の材質は、生物組織や微生物の培養用足場として用いることができる限り特に限定されない。なかでも、生物組織や微生物に対する親和性が高く、培養する際、生物組織や微生物にストレスを与え難い点で、繊維131は、ポリスチレンブロックおよびポリブタジエンブロックを含むブロックポリマーと、当該ブロックポリマーとは異なるスチレン樹脂と、を含むことが好ましい。繊維131は、必要に応じて各種添加剤を含んでいてもよい。
The material of the
ブロックポリマーは、例えば、ポリブタジエン(PB)ブロックとポリスチレン(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、PB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。ブロックポリマーは、スチレン樹脂との親和性を確保する観点から、少なくとも末端にPSブロックを含むことが好ましい。PBブロックは、得られる繊維131の柔軟性や伸度を高める。
The block polymer may be, for example, a diblock body in which a polybutadiene (PB) block and a polystyrene (PS) block are connected, but a polyblock body of a triblock body or more in which PB blocks and PS blocks are alternately connected. Is preferred. The block polymer preferably contains a PS block at least at the end from the viewpoint of ensuring affinity with the styrene resin. The PB block increases the flexibility and elongation of the resulting
ブロックポリマー中のPB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%であることがさらに好ましい。PBブロックの含有量がこのような範囲である場合、スチレン樹脂との親和性が高くなって、均質な繊維131が生成され易くなる。また、得られる繊維131は高い柔軟性および伸度を備える。さらに、繊維131を電界紡糸法により生成させる場合、高い曳糸性が確保される。
The content of the PB block in the block polymer is, for example, 10 to 30% by mass, preferably 15 to 30% by mass, and more preferably 20 to 30% by mass or 20 to 25% by mass. When the content of the PB block is in such a range, the affinity with the styrene resin is increased, and the
スチレン樹脂としては、上記のブロックポリマーとは異なるポリマーが使用される。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が挙げられる。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。 As the styrene resin, a polymer different from the above block polymer is used. Examples of the styrene resin include polystyrene (styrene homopolymer), and a copolymer of styrene and another copolymerizable monomer. A styrene resin may be used alone or in combination of two or more.
繊維131の柔軟性と形成し易さとを両立させる観点から、ブロックポリマーとスチレン樹脂との質量比(=ブロックポリマー:スチレン樹脂)は、例えば、2:1〜1:5であり、好ましくは1:1〜1:4である。特に、溶液を用いる電界紡糸法により繊維集合体130を形成する場合には、質量比がこのような範囲であると、ブロックポリマーおよび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。
繊維131の平均繊維径は、例えば、0.5〜10μmが好ましく、1〜5μmがより好ましく、1.5〜4μmが特に好ましい。
From the viewpoint of achieving both flexibility and easy formation of the
For example, the average fiber diameter of the
なお、平均繊維径とは、繊維131の直径の平均値である。繊維131の直径とは、繊維131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130の1つの主面の法線方向から見たときの、繊維131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130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。
The average fiber diameter is an average value of the diameters of the
(枠体)
枠体120は、第1の面120Xと、その反対側の第2の面120Yと、第1の面120Xから第2の面120Yに貫通する2つ以上の貫通孔121(121A、121B)と、を備える。第1の面120Xの表面には、貫通孔121の少なくとも一部を覆うように、繊維集合体130が配置される。すなわち、貫通孔121の第1の面120X側の開口(第1開口121a。図2参照。)からは、繊維集合体130(繊維131)が露出する。
(Frame)
The
枠体120が基板110に搭載されると、貫通孔121の第1開口121aが繊維集合体130を介して基板110によって塞がれて、基板110の搭載面110Xには少なくとも1つの窪みが形成される。この窪みに、貫通孔121の第2の面120Y側の開口(第2開口)から生物組織または微生物を含む培養液が注入される。注液された生物組織または微生物は、繊維集合体130を足場として成長する。
When the
枠体120の材質は特に制限されず、ガラス製や樹脂製(エラストマー製も含む)であってもよい。枠体120のサイズは、第1の面120Xの全面が基板110に対向でき、かつ、基板110に配置される電極(後述参照)の配線の妨げにならない限り、特に限定されない。
The material of the
貫通孔121の数は、2以上である限り特に限定されず、枠体120のサイズや用途に応じて適宜設定すればよい。ただし、複数の貫通孔121(第1開口121a)が、少なくとも第1方向DFに沿う方向に並んで配置される。これは、例えば、隣接する2つの第1開口121aの中心を結んでできる直線と第1方向DFとのなす角度(ただし、≦90°)が、0°以上、30°以下であることをいう。枠体120には、このような関係を満たす少なくとも2つの第1開口121aがあればよい。第1開口121aは、さらに図示例のように、第1方向DFと交わる方向に複数、配置されてもよい。言い換えれば、隣接する2つの第1開口121aの中心を結んでできる直線と第1方向DFとのなす角度(ただし、≦90°)が、60°以上、90°以下である第1開口121aがあってもよい。
The number of the through
第1開口121aおよび第2開口の形状および大きさも特に限定されず、用途等に応じて適宜設定すればよい。第1開口121aおよび第2開口の形状および大きさは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。貫通孔121によって形成される上記窪みの形状も特に限定されない。例えば、第1開口121aおよび第2開口がともに円形である場合、窪みの形状は、円柱状であってもよいし、すり鉢状であってもよい。なかでも、培養液が注入し易い点で、上記窪みは、第2開口が大きいすり鉢状であることが好ましい。
The shape and size of the
(基板)
基板110は絶縁性であって、例えば、図示しない複数の電極(第1電極)と、第1電極と電気的に接続する複数のマイクロ電極(第2電極)とを備えている。複数の第1電極は、互いに絶縁されている。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、互いに絶縁されている。
(substrate)
The
複数の第1電極は、繊維集合体130に接触しないように配置されている一方、複数の第2電極は、繊維集合体130の少なくとも一部に接触するように配置されている。第1電極と第2電極との間の電圧を測定することにより、繊維集合体130(すなわち、生物組織または微生物)の電位が測定できる。このように、繊維集合体130の電位の経時的な変化や条件を変更した際の変化を計測することにより、この電位変化に基づく、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。このとき、生物組織または微生物はストレスの少ない状態でいるため、精度の高い評価が可能となる。さらには、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより、生物組織または微生物に刺激(電気信号)を与えて、これらの成長を促すことができる。
The plurality of first electrodes are disposed so as not to contact the
基板110は、絶縁性である限り特に制限されず、用途に応じて適宜選択すればよい。基板110としては、例えば、ガラス板、石英板、アクリル板などが例示される。第1電極も特に制限されず、用途に応じて適宜選択すればよい。第1電極としては、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。
The
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。 The second electrode only needs to be able to measure the potential of a biological tissue or a microorganism, and can be appropriately selected according to the application. The size of the second electrode, the distance between the adjacent second electrodes, and the number of second electrodes can be appropriately selected according to the type of biological tissue or microorganism, the size of the sample, and the like. The length of one side of the second electrode (diameter in the case of a disk) is, for example, 10 to 100 μm, and may be 15 to 60 μm. The distance between adjacent second electrodes (distance between the centers of the second electrodes) is, for example, 50 to 1000 μm, and may be 50 to 500 μm.
(接着部)
基板110と枠体120と繊維集合体130とは、接着部140を介して接着されることが好ましい。繊維集合体130は一方向に配列する繊維131の集合体であるため、例えば、枠体120に接着剤を付与すると、繊維131の間に入り込んで基板110側にまで浸透し、枠体120と基板110とを接着する接着部140を形成する。同様に、基板110に接着剤を付与すると、枠体120側にまで浸透し、枠体120と基板110とを接着する接着部140を形成する。いずれの場合も、繊維集合体130の一部は、接着部140に埋め込まれるように保持される。
(Adhesive part)
It is preferable that the
なお、図示例では、便宜上、接着部140を、繊維集合体130を挟んで、枠体120側の接着部(第1の接着部140A)と、基板110側の接着部(第2の接着部140B)とにわけて示している。第1の接着部140Aと第2の接着部140Bとは、全面が対向していてもよいし、部分的に対向していてもよい。
In the illustrated example, for the sake of convenience, the
接着部140の材料(接着剤)は特に限定されず、例えば、感圧接着剤、ホットメルト型接着剤または硬化性接着剤等が挙げられる。なかでも、感圧接着剤が好ましい。感圧接着剤は、外的負荷によって容易に変形あるいは移動できるためである。感圧接着剤を含む接着部140は、繊維131の伸縮に追随するように変形(伸縮)あるいは移動する。
The material (adhesive) of the
感圧接着剤は、枠体120あるいは基板110に塗布され、その粘着性により、枠体120と繊維集合体130と基板110とを接着する。感圧接着剤の材質は特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂等が挙げられる。シリコーン樹脂としては、例えば、ジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン等が挙げられる。
The pressure-sensitive adhesive is applied to the
接着部140(140A、140B)の単位面積当たりの質量は、特に限定されない。なかでも、繊維集合体130と枠体120との接着性、さらには基板110と枠体120との接着性を確保しながら、生物組織や微生物の培養を妨げないようにする観点から、上記質量は、それぞれ0.5〜100mg/cm2であることが好ましい。
The mass per unit area of the adhesion part 140 (140A, 140B) is not specifically limited. Among these, from the viewpoint of preventing the cultivation of biological tissues and microorganisms while ensuring the adhesion between the
以下、本実施形態にかかる培養用足場100の構成例を、図面を参照しながら説明する。ただし、培養用足場100の構成は、これに限定されるものではない。図3は、培養用足場100を、基板110側から基板110を透過して見たときの平面図である。なお、図3では、便宜的に接着部140にハッチングを付している。
Hereinafter, a configuration example of the
生物組織または微生物は、繊維の配列方向に伸縮しながら成長する。このとき、繊維の配列方向への伸縮性が十分でないと、生物組織または微生物の成長が妨げられたり、さらには、生物組織または微生物の伸縮に耐え切れず、繊維が断糸したりする場合がある。特に、1つの繊維集合体が、繊維の配列方向に並んだ複数の第1開口を、一括して覆っている場合、生物組織または微生物の成長が妨げられ易い。 Biological tissues or microorganisms grow while expanding and contracting in the fiber arrangement direction. At this time, if the stretchability of the fibers in the arrangement direction is not sufficient, the growth of biological tissues or microorganisms is hindered, and furthermore, the fibers cannot break the stretch of biological tissues or microorganisms, and the fibers may break. is there. In particular, when one fiber assembly covers a plurality of first openings arranged in the fiber arrangement direction in a lump, growth of biological tissue or microorganisms is likely to be hindered.
1つの枠体には、複数の第1開口が形成される。しかし、複数の第1開口は、それぞれ独立して、生物組織または微生物のための足場を形成する。そのため、生物組織または微生物が成長する際、複数の第1開口から露出する繊維(露出繊維)は、それぞれ独立して伸縮しようとする。一方、繊維の配列方向に並んだ複数の第1開口を一括して覆う繊維集合体を構成する繊維は、複数の第1開口間で連続している。そのため、露出繊維の独立した伸縮が妨げられ易い。 A plurality of first openings are formed in one frame. However, each of the plurality of first openings independently forms a scaffold for biological tissue or microorganisms. Therefore, when a biological tissue or microorganism grows, the fibers exposed from the plurality of first openings (exposed fibers) try to expand and contract independently. On the other hand, the fibers constituting the fiber assembly that collectively covers the plurality of first openings arranged in the fiber arrangement direction are continuous between the plurality of first openings. For this reason, independent expansion and contraction of the exposed fiber is likely to be hindered.
そこで、複数の繊維集合体(図示例では、第1の繊維集合体130Aおよび第2の繊維集合体130B)を、少なくとも第1方向DFに並んだ複数の第1開口121Aaおよび121Baにそれぞれ対応するように配置する。これにより、各第1開口121aにおいて、露出繊維は独立して第1方向DFに伸縮することが可能となり、生物組織または微生物の成長が促進される。
Therefore, (in the illustrated example, the
第1の繊維集合体130Aおよび第2の繊維集合体130Bは、各繊維集合体130を形成する繊維131が同じ方向に配列するように、かつ、第1方向DFに沿って並んで配置される。つまり、第1の繊維集合体130Aの第1方向DFと交わる方向の一方の端部と第2の繊維集合体130Bの第1方向DFと交わる方向の一方の端部とは、第1方向DFに隣接する第1開口(121Aaと121Ba)同士の間で相対(あいたい)している。
The
複数の繊維集合体130が、第1方向DFに沿って並んで配置されるとは、例えば、上記相対しているそれぞれの端部と、第1方向DFとのなす角度(ただし、≦90°)が、60°以上、90°以下であることをいう。なお、各繊維集合体130は、図示例のように、第1方向DFと交わる方向に並んだ複数の第1開口121aを一括して覆っていてもよい。
The plurality of
このような第1の繊維集合体130Aおよび第2の繊維集合体130Bは、例えば、複数の繊維集合体130に相当する繊維131の集合体を含む母材(以下、単に母材M130と称す)を、巻取回転体10の周面に形成し、その後、枠体120に転写する前あるいは転写した後、所定の位置で切断することにより作製される。あるいは、当初から別体として形成した複数の繊維集合体130を、基板110あるいは枠体120の所定の位置に配置してもよい。
Such
接着部140は、第1方向DFに隣接する第1開口121Aaと121Baとの間に、第1方向DFと交わる方向(第2方向)にライン状に配置されていることが好ましい。さらに、接着部140は、図示例のように、繊維集合体130Aおよび130Bの端部の近傍に、それぞれライン状に配置されていることが好ましい。これにより、繊維131の各第1開口121aから露出する露出繊維の伸縮性を損なうことなく、基板110と繊維集合体130と枠体120とを接着することができる。第2方向とは、例えば、第1方向DFとのなす角度(ただし、≦90°)が、60°以上、90°以下となる方向である。ライン状の接着部140の配置方向は、接着部140の長手方向の中心線の方向である。中心線が曲線を含む場合、ライン状の接着部140の配置方向は、枠体120の主面の法線方向から見たときの上記中心線の近似直線をとって、求めてもよい。
[培養用足場の製造方法]
以下、本実施形態の培養用足場を製造する方法を、図面を参照しながら説明する。ここでは、母材M130を巻取回転体10の周面に形成した後、枠体120に転写する前あるいは転写した後、所定の位置で切断する方法により培養用足場を製造する場合を例に挙げる。ただし、培養用足場の製造方法はこれに限定されない。図4(a)〜(c)は、本実施形態の培養用足場を製造する各工程における巻取回転体10、枠体120および基板110等を模式的に示す側面図である。
[Method for producing culture scaffold]
Hereinafter, a method for producing the culture scaffold of the present embodiment will be described with reference to the drawings. Here, as an example, a scaffold for culturing is manufactured by forming the base material M130 on the peripheral surface of the winding
本実施形態に係る培養用足場は、例えば、第1の面120Xと、その反対側の第2の面120Yと、第1の面120Xから第2の面120Yに貫通する1つ以上の貫通孔121と、を備え、第1の面120Xに第1の接着部140Aを有する枠体120を準備する準備工程と、繊維131の原料液をノズル51から吐出して、繊維131を生成させるとともに、繊維131を巻取回転体10の周面に周回するように堆積させて、母材M130を形成する堆積工程と、巻取回転体10を回転させながら、母材M130を枠体120の第1の面120Xに、第1の接着部140Aを介して転写する転写工程と、転写された母材M130を、貫通孔121により形成される第1開口121aに対向しない領域において、巻取回転体10の回転軸Aに沿う方向に切断して、複数の繊維集合体130を形成する繊維集合体形成工程と、複数の繊維集合体130を備える枠体120を、第1の面120Xが対向するように、基板110に搭載する搭載工程と、を具備する第1の方法により製造される。
The culture scaffold according to the present embodiment includes, for example, a
あるいは、本実施形態に係る培養用足場は、例えば、第1の面120Xと、その反対側の第2の面120Yと、第1の面120Xから第2の面120Yに貫通する1つ以上の貫通孔121と、を備え、第1の面120Xに第1の接着部140Aを有する枠体120を準備する準備工程と、繊維131の原料液をノズル51から吐出して、繊維131を生成させるとともに、繊維131を巻取回転体10の周面に周回するように堆積させて、母材M130を形成する堆積工程と、巻取回転体10の周面に堆積する母材M130を、所定の位置で巻取回転体10の回転軸Aに沿う方向に切断して、複数の繊維集合体130を形成する工程と、巻取回転体10を回転させながら、複数の繊維集合体130を順次、枠体120の第1の面120Xに、第1の接着部140Aを介して転写する転写工程と、複数の繊維集合体130を備える枠体120を、第1の面120Xが対向するように、基板110に搭載する搭載工程と、を具備する第2の方法により製造される。
Alternatively, the culture scaffold according to the present embodiment includes, for example, the
(1)準備工程
第1の面120Xと、その反対側の第2の面120Yと、第1の面120Xから第2の面120Yに貫通する1つ以上の貫通孔121と、を備える枠体120、および、枠体120を搭載するための基板110を準備する。
(1) Preparatory Step A frame body including a
第1の面120Xには第1の接着部140Aが形成されている。第1の接着部140Aは、例えば、印刷、ディスペンサー等により、第1の面120Xの第1開口121a以外の所定の位置に形成される。
A first
第1の接着部140Aは、例えば、枠体120の第1方向DFにおいて隣接する第1開口121aの間(例えば、第1開口121Aaと第1開口121Baとの間)に、第1方向DFと交わる方向にライン状に形成される。第1の接着部140Aは、第1方向DFに隣接する第1開口121aの間に2本、回転軸Aに沿う方向にライン状に形成されてもよい。この態様は、転写工程の後、母材M130を切断する第1の方法により培養用足場100を製造する場合に、特に適している。母材M130を、ライン状に形成された2本の第1の接着部140Aの間に対応する部分で切断することができるため、切断作業が容易となる。
The
(2)堆積工程(図4(a))
原料液132から繊維131を生成させるとともに、繊維131を巻取回転体10の周面を1周以上、周回させながら堆積させる。これにより、巻取回転体10の周面には、繊維131が一方向に配向した母材M130が形成される。
(2) Deposition process (FIG. 4 (a))
The
原料液132から繊維131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131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。
The method (spinning method) for producing the
溶液紡糸法は、繊維131の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を、原料液132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132を凝固液中に吐出して、繊維131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131が形成される。乾式紡糸法では、原料液132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131が形成される。なかでも、繊維131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。
The solution spinning method is a method in which a solution obtained by dissolving the raw material of the
溶融紡糸法は、繊維131の原料を加熱して溶融させた溶融液を、原料液132として用いる方法である。得られた原料液132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131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、溶媒の除去作業が省略できる点で好ましい。
The melt spinning method is a method in which a melt obtained by heating and melting the raw material of the
電界紡糸法は、繊維131の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を原料液132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132に高電圧を印加しながら空気中に吐出する。原料液132に含まれる溶媒は、巻取回転体10の周面に到達するまでの過程において揮発する。
The electrospinning method is common to the solution spinning method in that a solution obtained by dissolving the raw material of the
電界紡糸法では、原料液132に高電圧を印加するため、原料液132をプラスあるいはマイナスに帯電させる。このとき、巻取回転体10をグランドさせるか、あるいは、原料液132とは逆の極性に帯電させることにより、空気中に吐出された原料液132の吐出端は巻取回転体10に引き寄せられて、その周面に付着する。そして、原料液132を吐出しながら巻取回転体10を回転させることにより、溶液紡糸法および溶融紡糸法と同様に、繊維131は、巻取回転体10の周面に周回しながら堆積し、巻取回転体10の周面の少なくとも一部を覆い、一方向に配列する繊維131を備える母材M130が形成される。
In the electrospinning method, in order to apply a high voltage to the
(原料液)
溶液紡糸法や電界紡糸法で利用する原料液132は、繊維131の原料と溶媒とを含む。溶融紡糸法で利用する原料液132は、溶融した繊維131の原料を含む。
(Raw material liquid)
The
溶媒としては、繊維131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。
The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the raw material of the
原料液132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、5〜50質量%であり、10〜30質量%であってもよい。原料液132は、必要に応じてさらに添加剤を含んでもよい。
Although the solid content concentration of the
(巻取回転体)
巻取回転体10の一例を図5に示す。図5は、巻取回転体10の斜視図である。
巻取回転体10の構成は、回転可能である限り特に限定されず、ドラム状であってもよいし、複数のロールで張架されたベルトであってもよい。後者の場合、少なくとも1本のロールを回転駆動させて、ベルトを回転させる。巻取回転体10の材質としては、例えば、金属材料、各種樹脂、各種ゴム、セラミックスおよびこれらの組み合わせが挙げられる。巻取回転体10がベルトである場合、ベルトは、金属ベルトであってもよいし、樹脂ベルトであってもよい。電界紡糸法により繊維131が紡糸される場合、樹脂ベルトは導電性を備えることが好ましい。巻取回転体10の外形は、例えば、円柱または角柱であってもよい。
(Winding rotary body)
An example of the winding
The configuration of the winding
繊維131は、巻取回転体10の周面を周回する方向(第1方向DF)に配列しながら、巻取回転体10の周面に堆積される。第1方向DFは、例えば、巻取回転体10の回転方向(すなわち、巻取回転体10の回転軸に垂直な方向)に沿う方向である。第1方向DFと回転軸とのなす角度θF(ただし、θF≦90°)は、例えば、60°以上、90°以下でもよい。なお、第1方向DFは、繊維131を巻取回転体10の周面の法線方向から見たときの、繊維131の長手方向である。繊維131の長手方向は、巻取回転体10の周面の法線方向から見たときの繊維131の近似直線をとって、求めてもよい。角度θFは、複数の繊維131の第1方向DFと回転軸とのなす角度の平均値である。巻取回転体10に堆積する複数の繊維131の第1方向DFは、上記範囲内で互いに異なっていてもよい。
The
巻取回転体10の周面に、巻取回転体10の回転軸に沿う方向に延伸する複数の帯状の凸部10Pを配置してもよい。これにより、巻取回転体10の周面に周回するように配列した繊維131の集合体(母材M130)は、巻取回転体10から剥離され易くなる。その結果、繊維131を、配列を維持したまま、枠体120に容易に転写することができる。複数の凸部10Pの端部は、回転軸と交差する方向に延伸するリブ10Rにより連結されていてもよい。
A plurality of belt-like
凸部10Pの形状は、帯状である限り特に限定されない。帯状とは、凸部10Pの延伸方向の長さが、延伸方向に垂直な方向の長さよりも長い形状である。凸部10Pを巻取回転体10の周面の法線方向から見たときの形状としては、例えば、矩形、台形等が挙げられる。
The shape of the
凸部10Pの数は特に限定されず、2本以上であればよい。なかでも、母材M130(繊維集合体130)の剥離性の観点から、巻取回転体10の周面に3本以上配置されることが好ましく、10本以上配置されることが好ましい。また、同様の観点から、凸部10Pは等間隔に配置されることが好ましい。
The number of the
凸部10Pの短手方向の長さ(幅)は特に限定されない。なかでも、母材M130(繊維集合体130)の剥離性の観点から、すべての凸部10Pの巻取回転体10の周面に当接する総面積が、巻取回転体10の周面の表面積の10%以上、80%以下、特に30%以上、70%以下になるように、各凸部10Pの幅を決定することが好ましい。凸部10Pの延伸方向の長さも特に限定されない。なかでも、巻取回転体10の周面のうち、少なくとも繊維131が堆積し得る領域にわたって、凸部10Pが延伸していることが好ましい。
The length (width) in the short direction of the
凸部10Pの高さは特に限定されない。なかでも、繊維131の弛みを抑制し、一方向への配列を維持し易い点で、凸部10Pの高さは過度に高くないことが好ましい。母材M130(繊維集合体130)の剥離性および繊維131の弛み抑制の観点から、凸部10Pの高さは100〜5000μmであることが好ましい。凸部10Pの高さは、巻取回転体10の周面の法線方向における平均値である。
The height of the
凸部10Pの材質は特に限定されず、各種樹脂材料が挙げられる。なかでも、凸部10Pは、少なくとも繊維131との接触部にシリコーンゴム層を備えることが好ましい。母材M130(繊維集合体130)の剥離性がさらに向上するためである。一方で、シリコーンゴムは適度な粘着性を備えるため、転写工程の前に母材M130(繊維集合体130)が巻取回転体10の周面から剥離することが抑制される。
The material of the
シリコーンゴムとは、主鎖がケイ素−酸素結合(シロキサン結合)により形成される、熱硬化性の化合物である。シリコーンゴムとしては、例えば、メチルシリコーンゴム、ビニル−メチルシリコーンゴム、フェニル−メチルシリコーンゴム、ジメチルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が挙げられる。凸部10Pの全体がシリコーンゴムにより形成されていてもよい。なお、繊維131が電界紡糸法により生成される場合、凸部10Pは導電性を備えることが好ましい。
Silicone rubber is a thermosetting compound whose main chain is formed by silicon-oxygen bonds (siloxane bonds). Examples of the silicone rubber include methyl silicone rubber, vinyl-methyl silicone rubber, phenyl-methyl silicone rubber, dimethyl silicone rubber, and fluorosilicone rubber. The entire
堆積工程の後、転写工程の前に、繊維131および枠体120の少なくとも一方を加熱する加熱工程を備えていてもよい。これにより、母材M130(繊維集合体130)と枠体120との密着性が向上する。加熱温度は、繊維131の軟化点あるいは融点等を考慮して、適宜設定すればよい。加熱温度は、例えば、繊維131が80〜140℃になるように調整する。
A heating step of heating at least one of the
(3)繊維集合体形成工程
母材M130を、巻取回転体10の回転軸Aに沿う方向に切断して、複数の繊維集合体130を形成する。
繊維集合体形成工程は、転写工程の後、搭載工程の前に行われてもよい。この場合、母材M130は、枠体120に転写された状態で切断予定箇所Cにおいて切断される。あるいは、繊維集合体形成工程は、堆積工程の後、転写工程の前に行われてもよい。この場合、母材M130は、巻取回転体10に捲回された状態で切断予定箇所Cにおいて切断される。いずれの場合も、切断予定箇所Cは、第1方向DFにおける第1開口121aの長さに応じて設定される。
(3) Fiber assembly formation process The base material M130 is cut | disconnected in the direction in alignment with the rotating shaft A of the winding
The fiber assembly forming process may be performed after the transfer process and before the mounting process. In this case, the base material M130 is cut at the planned cutting position C in a state where it is transferred to the
これらの方法により、第1方向DFに並んだ複数の繊維集合体130を、1つの枠体120に配置されるとともに第1方向DFに並んだ複数の第1開口121aをそれぞれ覆うように、一工程で配置することができる。
These methods, a plurality of
(4)転写工程(図4(b))
巻取回転体10を回転させながら、母材M130あるいは複数の繊維集合体130を枠体120に転写する。これにより、巻取回転体に巻き取られたときの高い配列性を保持したまま、複数の繊維131が枠体120に転写される。
(4) Transfer process (FIG. 4B)
The base material M130 or the plurality of
基板110の搭載面110Xは、電気配線の都合上、枠体120よりも十分に大きい面積を備える。一方、繊維131は、第1開口121aから露出するように配置されていればよい。そのため、母材M130あるいは複数の繊維集合体130を、基板110ではなく枠体120に転写することにより、精密な位置合わせ等を行うことなく、必要な部分にのみ繊維131を配置することができて、生産性が向上する。
The mounting
枠体120は、例えばXZステージ52に支持されたステージ53に載置されて、搬送される。XZステージ52は、ステージ53、つまりステージ53に載置される枠体120を、巻取回転体10の回転軸Aに垂直な方向(X軸方向)および上下方向(Z軸方向)に搬送することができる。
The
生産性がさらに向上する点で、転写工程は、複数の枠体120に対し一括してあるいは連続的に実施されることが好ましい。この場合、複数の枠体120は、ステージ53上にY軸方向(巻取回転体10の回転軸Aに沿う方向)に沿って配置されてもよいし、X軸方向に沿って配置されてもよい。また、一体的に形成された複数の枠体120の集合体に対して、転写工程が行われてもよい。この場合、転写工程の後、搭載工程の前に、上記枠体120の集合体を個々の枠体120に分離する。この方法によれば、複数の枠体120に対し、一括して母材M130あるいは複数の繊維集合体130が転写できるとともに、巻取回転体10に堆積した繊維131の大部分が枠体120の転写に利用されるため、生産性がさらに向上する。
From the viewpoint of further improving productivity, it is preferable that the transfer process is performed on the plurality of
(5)搭載工程(図4(c))
繊維集合体130が配置された枠体120を、第1の面120Xが対向するように、基板110に搭載する。このとき、枠体120と基板110との間には、第1の接着部140Aおよび繊維集合体130が介在しており、さらに第2の接着部140Bが介在していてもよい。転写工程が、複数の枠体120に対し、一括してあるいは連続的に実施された場合にも、1つの基板110には1つの枠体120が搭載される。
(5) Mounting process (FIG. 4C)
The
本発明の培養用足場は、一方向に配列し、かつ、配列方向への伸縮性に優れる繊維を備えるため、特に、成長に方向性がある生物組織または微生物を培養するための培養用足場として有用である。 Since the culture scaffold of the present invention comprises fibers that are arranged in one direction and excellent in stretchability in the arrangement direction, in particular, as a culture scaffold for culturing a biological tissue or microorganism that has a direction of growth. Useful.
10:巻取回転体
10P:凸部
10R:リブ
51:ノズル
52:XZステージ
53:ステージ
100:培養用足場
110:基板
110X:搭載面
120:枠体
120X:第1の面
120Y:第2の面
121、121A、121B:貫通孔
121a、121Aa、121Ba:第1開口
130:繊維集合体
130A:第1の繊維集合体
130B:第2の繊維集合体
M130:母材
131:繊維
132:原料液
140:接着部
140A:第1の接着部
140B:第2の接着部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Winding
Claims (3)
第1の面と、その反対側の第2の面と、前記第1の面から前記第2の面に貫通する複数の貫通孔と、を備えるとともに、前記第1の面が対向するように前記基板に搭載される枠体と、
第1方向に配列した複数の繊維を含み、前記基板と前記第1の面との間に介在する複数の繊維集合体と、を備え、
複数の前記貫通孔によって前記第1の面に形成される複数の第1開口は、少なくとも前記第1方向に沿って並んで配置されており、
複数の前記繊維集合体は、少なくとも前記第1方向に沿って並んで配置されており、
前記第1方向において隣接する2つの前記第1開口から、前記第1方向において隣接する2つの前記繊維集合体の少なくとも一部がそれぞれ露出している、培養用足場。 A substrate,
A first surface, a second surface opposite to the first surface, and a plurality of through holes penetrating from the first surface to the second surface, the first surface facing each other. A frame mounted on the substrate;
A plurality of fiber assemblies including a plurality of fibers arranged in a first direction and interposed between the substrate and the first surface;
The plurality of first openings formed in the first surface by the plurality of through holes are arranged side by side along at least the first direction,
The plurality of fiber assemblies are arranged side by side along at least the first direction,
The culture scaffold, wherein at least a part of the two fiber assemblies adjacent in the first direction are exposed from the two first openings adjacent in the first direction.
The culture scaffold according to claim 2, wherein the adhesive portion is disposed in a line shape in a second direction intersecting the first direction between the first openings adjacent in the first direction.
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