JP2021132569A - 拡散制御機構及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号応答性部材を支持部材に簡便に支持させることができる拡散制御機構及びその製造方法を提供する。【解決手段】拡散制御機構１は、物質２が２つの媒質３間で拡散する速度を制御する拡散制御機構１であって、媒質３間で物質２を通過させる通路４を備える支持部材５と、通路４内に配置されるとともに、信号６を受けることで膨潤又は収縮する信号応答性部材７とを有し、支持部材５は、信号応答性部材７を一方の媒質３の側から支持する第１支持面１１を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、拡散制御機構及びその製造方法に関する。

物質が２つの媒質間で拡散する速度を制御する拡散制御機構として、媒質間で物質を通過させる通路を備える支持部材と、通路内に配置されるとともに、信号を受けることで膨潤又は収縮する信号応答性部材とを有するものが知られている（例えば特許文献１、２参照）。信号応答性部材は例えば温度応答性材料（例えば特許文献１〜３参照）で構成される。

また、温度応答性材料を培養容器の底面や光ファイバの先端などに共有結合で固定する技術が知られている（例えば特許文献４、５参照）。特許文献４では、プラスチックからなる培養容器の底面を電子線で前処理することで、プラスチック表面を共有結合が可能となるように活性化している。特許文献５では、光ファイバの先端をシランカップリング剤で前処理することで官能基を導入し、温度応答性材料中の官能基と共有結合させている。

国際公開第２０１９／１４６５３１号 国際公開第２０１９／１４６４４４号 特開２０１９−８３７６１号公報 特許第６４６８７１４号公報 特表２０１９−５１４８９２号公報

信号応答性部材を支持部材に支持させるために、特許文献４、５に記載されるような共有結合を用いる場合、支持部材に前処理を施す必要があるため煩雑である。信号応答性部材を支持部材に支持させるために共有結合を用いる必要性をなくし、又は低減することが望ましい。

本開示の目的は、信号応答性部材を支持部材に簡便に支持させることができる拡散制御機構及びその製造方法を提供することにある。

幾つかの実施形態に係る拡散制御機構は、物質が２つの媒質間で拡散する速度を制御する拡散制御機構であって、前記媒質間で前記物質を通過させる通路を備える支持部材と、前記通路内に配置されるとともに、信号を受けることで膨潤又は収縮する信号応答性部材とを有し、前記支持部材は、前記信号応答性部材を一方の前記媒質の側から支持する第１支持面を有する。このような構成によれば、信号応答性部材の膨潤又は収縮により、通路を通過する物質の量を制御することができる。また、このような構成によれば、信号応答性部材を第１支持面によって一方の媒質の側から簡便に支持することができる。したがって、信号応答性部材を支持部材に簡便に支持させることができる。通路の形状及び大きさは、通路を物質が通過できる限り、特に限定されない。通路は、途中で分岐又は集約する形状でもよい。支持部材は複数の部材で構成されてもよい。

一実施形態において、前記第１支持面は、前記通路の周方向に連続又は断続して延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を第１支持面によってより確実に支持することができる。通路の周方向とは、通路の中心軸線を周回する方向を意味する。通路の中心軸線とは、一方の媒質の側から他方の媒質の側へ延び、通路の中心を通る軸線を意味する。

一実施形態において、前記支持部材は、前記信号応答性部材を他方の前記媒質の側から支持する第２支持面を有する。このような構成によれば、信号応答性部材をより確実に支持することができる。

一実施形態において、前記第２支持面は、前記通路の周方向に連続又は断続して延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を第２支持面によってより確実に支持することができる。

一実施形態において、前記支持部材は、前記信号応答性部材を前記通路の径方向内側から支持する第３支持面を有する。このような構成によれば、信号応答性部材をより確実に支持することができる。通路の径方向とは、通路の中心軸線に直交する方向を意味する。

一実施形態において、前記第３支持面は、前記通路の周方向に連続又は断続して延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を第３支持面によってより確実に支持することができる。

一実施形態において、前記支持部材は、前記信号応答性部材を前記通路の径方向外側から支持する第４支持面を有する。このような構成によれば、信号応答性部材をより確実に支持することができる。

一実施形態において、前記第４支持面は、前記通路の周方向に連続又は断続して延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を第４支持面によってより確実に支持することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材は、少なくとも最収縮時に、前記支持部材との間に前記物質が前記信号応答性部材を通らずに前記通路を通過する隙間を形成する。このような構成によれば、信号応答性部材の膨潤又は収縮によって信号応答性部材と支持部材との間の隙間の大きさを制御することができるので、隙間を通って通路を通過する物質の量を制御することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材は、最収縮時においても、前記支持部材との間に前記物質が前記信号応答性部材を通らずに前記通路を通過する隙間を形成しない。このような構成によれば、信号応答性部材の膨潤又は収縮により、信号応答性部材を通過する物質の量を制御し、それにより、通路を通過する物質の量を制御することができる。

一実施形態において、前記信号は光である。このような構成によれば、信号応答性部材の膨潤又は収縮を簡便に制御することができる。

一実施形態において、前記支持部材は、前記光の進路上に光調節機構を有する。このような構成によれば、信号応答性部材における、光を受けると支持部材からの支持力の低下を招く部分への光の入射量を簡便に抑制することができる。光調節機構は例えば、光を散乱させる凹凸面で簡便に構成することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材は前記光を受けることで収縮し、前記光調節機構は、前記信号応答性部材における前記支持部材に接する部分への前記光の入射を抑制する。このような構成によれば、信号応答性部材における支持部材に接する部分が光を受けることで収縮し、それにより支持部材からの支持力が低下することを抑制することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材はゲル状である。このような構成によれば、信号応答性部材をゲル化前の流動性を有する状態で支持部材に配置し、ゲル化させることで、信号応答性部材を支持部材に簡便に配置することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材は、ゲル状であるとともに、ゲル化により液体を吸収することによって膨潤することで前記支持部材に圧迫される。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に簡便且つより確実に支持させることができる。またこの場合、信号応答性部材が光を受けることで収縮し、光調節機構が信号応答性部材における支持部材に圧迫される部分への光の入射を抑制する構成とすることで、圧迫による支持部材からの支持力が光によって低下することを簡便に抑制することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材は、刺激を受けることで膨潤又は収縮する刺激応答性材料で構成される。このような構成によれば、信号応答性部材を簡便に構成することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材は、刺激を受けることで膨潤又は収縮する刺激応答性材料と、前記信号を受けて前記刺激を発生させる変換材とで構成される。このような構成によれば、１つの刺激応答性材料に対して変換材を変えることで信号に対する信号応答性部材の応答性を容易に変えることができる。したがって、信号応答性部材を簡便に構成することができ、また、信号応答性部材の膨潤又は収縮を簡便に制御することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材は、刺激を受けることで膨潤又は収縮する刺激応答性材料としての温度応答性材料と、前記信号としての光を受けて前記刺激としての熱を発生させる光熱変換材とで構成される。このような構成によれば、信号応答性部材を簡便に構成することができ、また、信号応答性部材の膨潤又は収縮を簡便に制御することができる。

一実施形態において、前記第１支持面は、前記信号応答性部材を鉛直下方から支持する。このような構成によれば、信号応答性部材を第１支持面によってより確実に支持することができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材に載置される錘部材を有する。このような構成によれば、膨潤又は収縮による信号応答性部材の移動を錘部材によって規制することができるので、物質が２つの媒質間で拡散する速度をより確実に制御することができる。

一実施形態において、前記支持部材は２つの開口を有し、前記信号応答性部材は、前記２つの開口を順に通って周回するように延びる周回部を有する。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に強固に連結することができるので、信号応答性部材を支持部材に、より確実に支持させることができる。

一実施形態において、前記支持部材は、中央開口と、前記中央開口の周縁部に沿って並ぶ複数の周縁開口とを有し、前記信号応答性部材は、前記中央開口と前記周縁開口との各々の対に対し、前記中央開口と前記周縁開口とを順に通って周回するように延びる周回部を有する。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に、より強固に連結することができるので、信号応答性部材を支持部材に、より一層確実に支持させることができる。

一実施形態において、前記信号応答性部材は、前記通路の径方向内側に凹むとともに前記通路の周方向に連続又は断続して延びる周溝を有し、前記支持部材は、前記信号応答性部材の前記周溝内に延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に、より確実に支持させることができる。

一実施形態において、前記支持部材及び前記信号応答性部材の一方は、前記周溝内で前記一方の媒質の側又は他方の前記媒質の側に凹むとともに前記通路の周方向に連続又は断続して延びる更なる周溝を有し、前記支持部材及び前記信号応答性部材の他方は、前記信号応答性部材の前記周溝内の前記更なる周溝内に延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に、より一層確実に支持させることができる。

一実施形態において、前記支持部材は、前記通路の径方向外側に凹むとともに前記通路の周方向に連続又は断続して延びる周溝を有し、前記信号応答性部材は、前記支持部材の前記周溝内に延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に、より確実に支持させることができる。

一実施形態において、前記支持部材及び前記信号応答性部材の一方は、前記支持部材の前記周溝内で前記一方の媒質の側又は他方の前記媒質の側に凹むとともに前記通路の周方向に連続又は断続して延びる更なる周溝を有し、前記支持部材及び前記信号応答性部材の他方は、前記支持部材の前記周溝内の前記更なる周溝内に延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に、より一層確実に支持させることができる。

一実施形態において、前記支持部材及び前記信号応答性部材の一方は、少なくとも１つの前記周溝内で凹む凹部を有し、前記支持部材及び前記信号応答性部材の他方は、前記凹部内に延びる。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に、より一層確実に支持させることができる。

一実施形態において、前記支持部材は、前記２つの媒質をそれぞれ収容する収容部を有する。このような構成によれば、支持部材に２つの媒質を収容する容器としての機能を持たせることができる。

幾つかの実施形態に係る拡散制御機構の製造方法は、前記拡散制御機構を製造する方法であって、前記信号応答性部材をゲル化前の流動性を有する状態で前記支持部材に配置し、ゲル化させる信号応答性部材配置工程を有する。このような構成によれば、信号応答性部材を支持部材に簡便に支持させることができる。

本開示によれば、信号応答性部材を支持部材に簡便に支持させることができる拡散制御機構及びその製造方法を提供することができる。

一実施形態に係る拡散制御機構を示す断面図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 図４ＡのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 図５ＡのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 拡散制御機構の変形例を示す図である。 実施例として制作した拡散制御機構の模式図である。 実施例として制作した拡散制御機構の通路を信号応答性部材の配置前に下方から撮影した画像である。 実施例として制作した拡散制御機構の通路を信号応答性部材の配置後に下方から撮影した画像である。 実施例として制作した拡散制御機構のリーク率の試験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態について詳細に例示説明する。全図を通じて、対応する部分には同一の符号を付している。

図１に示す本実施形態に係る拡散制御機構１は、物質２が２つの媒質３間で拡散する速度を制御する機構である。拡散制御機構１は、媒質３間で物質２を通過させる通路４を備える支持部材５と、通路４内に配置されるとともに、信号６を受けることで膨潤又は収縮する信号応答性部材７とを有している。信号応答性部材７の膨潤又は収縮により、通路４を通過する物質２の量を制御することができる。

本実施形態において、通路４の中心軸線Ｏを周回する方向を通路４の周方向といい、通路４の中心軸線Ｏに直交する方向を通路４の径方向という。通路４の中心軸線Ｏとは、一方の媒質３の側から他方の媒質３の側へ延び、通路４の中心を通る軸線を意味する。通路４の形状及び大きさは、通路４を物質２が通過できる限り、特に限定されない。通路４は、途中で分岐又は集約する形状でもよい。

本実施形態では、支持部材５は、２つの媒質３をそれぞれ収容する収容部８を有している。つまり、支持部材５は、２つの収容部８を有する容器としての機能も備えている。各々の収容部８は、拡散制御機構１の外部空間Ｓから媒質３を密封しているが、これに限らない。つまり、一方又は両方の収容部８は、外部空間Ｓに連通する開口を有していてもよい。また支持部材５は、２つの収容部８を有するものに限らない。例えば、支持部材５は、一方の媒質３を収容する収容部８と、他方の媒質３を流通させる配管部とを有する構成であってもよい。

物質２は、物質２の濃度が高い方の媒質３から低い方の媒質３に拡散する。以下、濃度が高い方の媒質３を第１媒質３ａといい、第１媒質３ａを収容する収容部８を第１収容部８ａという。また、濃度が低い方の媒質３を第２媒質３ｂといい、第２媒質３ｂを収容する収容部８を第２収容部８ｂという。

支持部材５は、第１収容部８ａと第２収容部８ｂの一部とを有する第１部材５ａと、第２収容部８ｂの残りの一部を有する第２部材５ｂとの２つの部材からなっている。しかし支持部材５はこのような構成に限らず、３つ以上の部材からなっていてもよいし、１つの部材からなっていてもよい。

支持部材５の製造方法は特に限定されない。支持部材５は例えば、三次元積層造形（３Ｄプリンタ）技術を用いて形成される。３Ｄプリンタ技術を用いることで、支持部材５の部品点数を低減することができる。支持部材５は物質２を実質的に透過させない材料からなっている。支持部材５を形成する材料は例えば、合成樹脂、又は金属等であり、物質２の大きさ以下の孔径を有する多孔質材料であってもよい。多孔質材料は例えば、半透膜、ハイドロゲル等である。支持部材５を形成する合成樹脂材料はとしては例えば、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂や、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）や、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂や、アクリル樹脂などが挙げられる。ポリエチレン樹脂やポリテトラフルオロエチレン樹脂などの表面エネルギーが小さい材料で支持部材５を形成する場合には、信号応答性部材７を支持部材５に支持させる手段として、共有結合などの化学的な接合手段を用い難い。したがってこの場合には、本実施形態で用いる構造的な支持手段が特に有効である。

拡散速度の制御は例えば、拡散が促進される状態と、拡散が抑制された状態（拡散が実質的にゼロの場合を含む）との間で状態を切替えるように行われる。

拡散制御機構１は、１種類のみの物質２が、２つの媒質３間で拡散する速度を制御するように構成されている。しかし拡散制御機構１は、複数種類の物質２が２つの媒質３間で拡散する速度を制御するように構成してもよい。

拡散制御機構１は、物質２が１対のみの媒質３間で拡散する速度を制御するように構成されている。しかし拡散制御機構１はこれに限らず例えば、物質２が複数対の媒質３間で拡散する速度を制御するように構成してもよい。この場合、拡散制御機構１は例えば、各々の対の媒質３に対し、信号応答性部材７が配置された通路４を有する。

拡散制御機構１は例えば、１つの第１媒質３ａに対して複数の第２媒質３ｂが設けられるように構成してもよい。この場合、拡散制御機構１は例えば、各々の第２媒質３ｂに対し、信号応答性部材７が配置された通路４を有する。拡散制御機構１は例えば、１つの第２媒質３ｂに対して複数の第１媒質３ａが設けられるように構成してもよい。この場合、拡散制御機構１は例えば、各々の第１媒質３ａに対し、信号応答性部材７が配置された通路４を有する。

拡散制御機構１は、細胞等の培養に用いられる。つまり、拡散制御機構１は培養容器として用いられる。しかし、拡散制御機構１はこれに限らず例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）等の化学反応の実施に用いられてもよい。

拡散制御機構１を培養に用いる場合、物質２は例えば、酵素、サイトカイン、分化誘導因子、タンパク質、ペプチド、抗生物質、アミノ酸、グルコース、レチノイン酸、核酸又はリポソームである。分化誘導因子は例えば、ＦＧＦ２等の繊維芽細胞成長因子である。タンパク質は例えば抗体である。ペプチドは例えば、インスリン等のホルモンである。核酸は例えばＤＮＡである。

またこの場合、媒質３は例えば、細胞の種類や培養の目的に応じて選択される培地である。培地は例えば、ＭＥＭ培地、ＤＭＥＭ培地又はＲＰＭＩ−１６４０培地である。培地は、液体状でもゲル状でもよい。

培地がゲル状である場合には例えば、信号応答性部材７を事前に培養液、生理食塩水等の生物適合性のある液体に浸す。信号応答性部材７を事前に生物適合性のある液体に浸すことにより、該液体が信号応答性部材７に浸透して２つの媒質３に接液し、物質２が第１媒質３ａから第２媒質３ｂへと好適に拡散される。

細胞等の培養対象は第２媒質３ｂ内に配置されている。つまり、拡散制御機構１は、培養対象に物質２を添加するために用いられている。しかし拡散制御機構１は、培養対象から物質２を回収するように構成してもよい。

第２部材５ｂは培養皿である。しかし第２部材５ｂは例えば、培養プレート、培養フラスコ、ディスポーザブルチューブ、マイクロチューブ又はマイクロ流体デバイスとして構成されてもよい。第２部材５ｂとして汎用品を用いることで、拡散制御機構１を簡便に製造することができる。

信号６は近赤外光等の光９である。このような構成によれば、信号応答性部材７の膨潤又は収縮を簡便に制御することができる。信号６は、信号供給装置１０によって信号応答性部材７に供給される。信号応答性部材７に信号６が進入する方向、又は信号供給装置１０の配置は特に限定されない。信号供給装置１０は光源である。支持部材５は光９を透過させる透光性を有している。信号６を供給するタイミング及び強度は例えば、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータによって制御される。信号応答性部材７は例えば、温度応答性材料と、光９を受けて熱を発生させる光熱変換材とで構成される。温度応答性材料は例えば温度応答性高分子である。信号応答性部材７は光応答性材料で構成されてもよい。光応答性材料は例えば光応答性高分子である。

温度応答性高分子は例えば、下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ；Lower Critical Solution Temperature）型高分子又は上限臨界溶液温度（ＵＣＳＴ；Upper Critical Solution Temperature）型高分子である。水溶液中において、ＬＣＳＴ型高分子は、ＬＣＳＴ以下の温度では親水性（コイル状；膨潤状態）であり、ＬＣＳＴより高い温度となると、疎水性（グロビュール状；収縮状態）へと相転移する。水溶液中において、ＵＣＳＴ型高分子は、ＵＣＳＴ未満の温度では疎水性（グロビュール状；収縮状態）であり、ＵＣＳＴ以上の温度となると、親水性（コイル状；膨潤状態）へと相転移する。ＬＣＳＴ型高分子は例えば、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）である。ＵＣＳＴ型高分子は例えば、ポリ（アリルアミン−コ−アリルウレア）又はポリ（アクリルアミド−コ−アクリロニトリル）である。

光熱変換材は例えば、有機化合物、金属構造体又はカーボン構造体である。有機化合物は例えば、有機色素である。金属構造体は例えば、金ナノロッド又は金ナノ粒子である。カーボン構造体は例えば、カーボンナノチューブ、フラーレン又はカーボンナノワイヤーである。

光応答性材料は例えば、アゾベンゼン基とシクロデキストリン基とを含む高分子、アゾベンゼン結合ポリアクリル酸、又はニトロ桂皮酸エステル化ポリエチレングリコールである。

信号６は光に限らず例えば、温度、ｐＨ、磁場、電場、音波、酸化還元又は分子濃度であってもよい。信号応答性部材７は上記以外の刺激応答性材料で構成してもよい。刺激応答性材料は刺激を受けることで膨潤又は収縮する材料である。刺激応答性材料は例えば、温度応答性高分子、光応答性高分子、ｐＨ応答性高分子又は分子応答性高分子である。信号応答性部材７は、刺激応答性材料を用いることで簡便に構成することができる。

信号６を刺激として用いてもよいし、信号６を刺激に変換する変換材を刺激応答性材料に含有させてもよい。つまり、信号応答性部材７は、刺激応答性材料と、信号を受けて刺激を発生させる変換材とで構成してもよい。変換材を用いると、１つの刺激応答性材料に対して変換材を変えることで信号６に対する信号応答性部材７の応答性を容易に変えることができる。したがって、信号応答性部材７を簡便に構成することができ、また、信号応答性部材７の膨潤又は収縮を簡便に制御することができる。

信号応答性部材７はゲル状である。つまり信号応答性部材７は温度応答性ゲルで構成されている。このような構成によれば、例えば、信号応答性部材７をゲル化前の流動性を有する状態で支持部材５に配置し、ゲル化させる信号応答性部材配置工程を経ることにより、信号応答性部材７を支持部材５に簡便に支持させることができるので、拡散制御機構１を簡便に製造することができる。流動性を有する状態の信号応答性部材７は例えば、支持部材５の所定部分に供給し、接触させることで毛細管現象によって配置することができる。なお信号応答性部材７はゲル状のものに限らない。

信号応答性部材７は例えば、ゲル化後に適切な溶媒に浸漬することでゲル化時点より膨潤させることで支持部材５に圧迫される。つまり、信号応答性部材７は例えば、ゲル化により液体を吸収することによって膨潤することで支持部材５に圧迫される。このような構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に簡便且つより確実に支持させることができる。またこの場合、信号応答性部材７をＬＣＳＴ型高分子で構成すると、例えば、ゲル化点以上の室温を越える温度で調製した流動性を有する状態の信号応答性部材７を支持部材５に配置した後、室温まで冷ますことで、信号応答性部材７を支持部材５に圧迫状態で容易に支持させることができる。

支持部材５は、信号応答性部材７を一方の媒質３の側から支持する第１支持面１１と、信号応答性部材７を他方の媒質３の側から支持する第２支持面１２とを有している。本実施形態では、信号応答性部材７を第２媒質３ｂの側から支持している面を第１支持面１１といい、信号応答性部材７を第１媒質３ａの側から支持している面を第２支持面１２という。しかしこの逆に、信号応答性部材７を第２媒質３ｂの側から支持している面を第２支持面１２といい、信号応答性部材７を第１媒質３ａの側から支持している面を第１支持面１１ということもできる。支持部材５は、第２支持面１２を有さない構成であってもよい。

支持部材５が第１支持面１１を有する構成によれば、信号応答性部材７を第１支持面１１によって一方の媒質３の側から簡便に支持することができる。したがって、信号応答性部材７を支持部材５に簡便に支持させることができる。支持部材５が第２支持面１２を有する構成によれば、信号応答性部材７をより確実に支持させることができる。

第１支持面１１は、通路４の周方向に連続して延びている。しかし第１支持面１１はこれに限らず例えば、通路４の周方向に断続して延びていてもよい。第１支持面１１が通路４の周方向に延びる構成によれば、信号応答性部材７を第１支持面１１によってより確実に支持することができる。第２支持面１２は、通路４の周方向に連続して延びている。しかし第２支持面１２はこれに限らず例えば、通路４の周方向に断続して延びていてもよい。第２支持面１２が通路４の周方向に延びる構成によれば、信号応答性部材７を第２支持面１２によってより確実に支持することができる。

支持部材５は、信号応答性部材７を通路４の径方向内側から支持する第３支持面１３を有している。このような構成によれば、信号応答性部材７をより確実に支持することができる。第３支持面１３は、通路４の周方向に連続して延びている。しかし第３支持面１３はこれに限らず例えば、通路４の周方向に断続して延びていてもよい。第３支持面１３が通路４の周方向に延びる構成によれば、信号応答性部材７を第３支持面１３によってより確実に支持することができる。

支持部材５は、信号応答性部材７を通路４の径方向外側から支持する第４支持面１４を有している。このような構成によれば、信号応答性部材７をより確実に支持することができる。第４支持面１４は、通路４の周方向に連続して延びている。しかし第４支持面１４はこれに限らず例えば、通路４の周方向に断続して延びていてもよい。第４支持面１４が通路４の周方向に延びる構成によれば、信号応答性部材７を第４支持面１４によってより確実に支持することができる。

支持部材５は、通路４の径方向外側に凹むとともに通路４の周方向に連続して延びる周溝１５を有し、信号応答性部材７は、支持部材５の周溝１５内に延びている。周溝１５は通路４の周方向に連続して延びるものに限らず例えば、通路４の周方向に断続して延びていてもよい。支持部材５の周溝１５を有する構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に、より確実に支持させることができる。

支持部材５は、支持部材５の周溝１５内で第１媒質３ａの側に凹むとともに通路４の周方向に連続して延びる更なる周溝１６を有し、支持部材５の周溝１５内の更なる周溝１６内に延びている。しかしこのような構成に限らない。更なる周溝１６は通路４の周方向に断続して延びていてもよい。更なる周溝１６は第２媒質３ｂの側に凹んでいてもよい。信号応答性部材７が更なる周溝１６を有し、支持部材５が更なる周溝１６内に延びていてもよい。支持部材５と信号応答性部材７とがそれぞれ更なる周溝１６を有していてもよい。支持部材５の周溝１５内の更なる周溝１６を有する構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に、より一層確実に支持させることができる。しかし、図２Ａに示すように、更なる周溝１６を設けない構成としてもよい。

図２Ｂに示すように、信号応答性部材７が周溝１５内で凹む凹部１７を有し、支持部材５が凹部１７内に延びる構成としてもよい。この構成に代えて又は加えて、支持部材５が周溝１５内で凹む凹部１７を有し、信号応答性部材７が当該凹部１７内に延びる構成としてもよい。支持部材５の周溝１５内の凹部１７は、周溝１５内の更なる周溝１６内に設けられてもよい。このように、第１支持面１１と第２支持面１２とのいずれか又は両方が、凹部１７、又は凹部１７内に延びる凸部１７ａを有してもよい。凹部１７又は凸部１７ａが更に細かい凹凸部を有していてもよい。支持部材５の周溝１５内の凹部１７を有する構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に、より一層確実に支持させることができる。

図３Ａに示すように、信号応答性部材７は、通路４の径方向内側に凹むとともに通路４の周方向に連続して延びる周溝１８を有し、支持部材５は、信号応答性部材７の周溝１８内に延びる構成としてもよい。周溝１８は通路４の周方向に連続して延びるものに限らず例えば、通路４の周方向に断続して延びていてもよい。信号応答性部材７の周溝１８を有する構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に、より確実に支持させることができる。

信号応答性部材７は、信号応答性部材７の周溝１８内で一方の媒質３の側又は他方の媒質３の側に凹むとともに通路４の周方向に連続又は断続して延びる更なる周溝を有し、信号応答性部材７の周溝１８内の更なる周溝内に延びる構成としてもよい。この構成に代えて又は加えて、支持部材５が信号応答性部材７の周溝１８内の更なる周溝を有し、信号応答性部材７が当該更なる周溝内に延びていてもよい。信号応答性部材７の周溝１８内の更なる周溝を有する構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に、より一層確実に支持させることができる。

図３Ｂに示すように、信号応答性部材７が周溝１８内で凹む凹部１９を有し、支持部材５が凹部１９内に延びる構成としてもよい。この構成に代えて又は加えて、支持部材５が周溝１８内で凹む凹部１９を有し、信号応答性部材７が当該凹部１９内に延びる構成としてもよい。つまり、第１支持面１１と第２支持面１２とのいずれか又は両方が、凹部１９、又は凹部１９内に延びる凸部１９ａを有してもよい。凹部１９又は凸部１９ａが更に細かい凹凸部を有していてもよい。信号応答性部材７の周溝１８内の凹部１９を有する構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に、より一層確実に支持させることができる。

図４Ａ、図４Ｂに示すように、支持部材５は２つの開口２０を有し、信号応答性部材７は、２つの開口２０を順に通って周回するように延びる周回部２１を有する構成としてもよい。この場合、通路４は２つの開口２０で構成されている。このような構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に強固に連結することができるので、信号応答性部材７を支持部材５に、より確実に支持させることができる。

図５Ａ、図５Ｂに示す例では支持部材５は２つのみの開口２０と１つのみの周回部２１を有しているがこれに限らず、支持部材５は３つ以上の開口２０と２つ以上の周回部２１を有していてもよい。例えば、図５Ａ、図５Ｂに示すように、支持部材５は、中央開口２０ａと、中央開口２０ａの周縁部に沿って並ぶ複数（図示の例では４つ）の周縁開口２０ｂとを有し、信号応答性部材７は、中央開口２０ａと周縁開口２０ｂとの各々の対に対し、中央開口２０ａと周縁開口２０ｂとを順に通って周回するように延びる周回部２１を有する構成としてもよい。このような構成によれば、信号応答性部材７を支持部材５に、より強固に連結することができるので、信号応答性部材７を支持部材５に、より一層確実に支持させることができる。

図６Ａ〜図６Ｃに示すように、支持部材５の一部を、物質２が通過可能な多孔質部材５ｃで構成し、多孔質部材５ｃで通路４を構成してもよい。多孔質部材５ｃは例えば、金属製又は合成樹脂製等の網状部材、不織布又はハイドロゲルである。図６Ａ〜図６Ｃに示す例では、多孔質部材５ｃが第１支持面１１を有している。

図６Ａに示す例では、信号応答性部材７は、少なくとも最収縮時に、支持部材５との間に物質２が信号応答性部材７を通らずに通路４を通過する隙間Ｇを形成するように構成されている。図６Ａにおいて最収縮時の信号応答性部材７を二点鎖線で示している。図１に示す本実施形態又は上述した様々な変形例においても、信号応答性部材７は、少なくとも最収縮時に、支持部材５との間に物質２が信号応答性部材７を通らずに通路４を通過する隙間Ｇを形成する構成としてもよい。このような構成によれば、信号応答性部材７の膨潤又は収縮によって信号応答性部材７と支持部材５との間の隙間Ｇの大きさを制御することができるので、隙間Ｇを通って通路４を通過する物質２の量を制御することができる。つまりこの場合、信号応答性部材７が収縮することにより隙間Ｇを通過する物質２の量が増加し、媒質３間での物質２の拡散速度が増加する。

図６Ｂに示す例では、信号応答性部材７は、最収縮時においても、支持部材５との間に物質２が信号応答性部材７を通らずに通路４を通過する隙間Ｇ（図６Ａ参照）を形成しないように構成されている。図６Ｂにおいて最収縮時の信号応答性部材７を二点鎖線で示している。図１に示す本実施形態又は上述した様々な変形例においても、信号応答性部材７は、最収縮時においても、支持部材５との間に物質２が信号応答性部材７を通らずに通路４を通過する隙間Ｇ（図６Ａ参照）を形成しない構成としてもよい。このような構成によれば、信号応答性部材７の膨潤又は収縮により、信号応答性部材７を通過する物質２の量を制御し、それにより、通路４を通過する物質２の量を制御することができる。つまりこの場合、信号応答性部材７が膨潤することにより信号応答性部材７を通過する物質２の量が増加し、媒質３間での物質２の拡散速度が増加する。

図１〜図６Ｂに示す例では、第１支持面１１は、信号応答性部材７を鉛直下方から支持するように構成されているが、これに限らない。例えば、第１支持面１１は、信号応答性部材７を水平方向から支持するように構成してもよい。

図６Ｃに示す例では、拡散制御機構１は信号応答性部材７に載置される錘部材２２を有している。このような構成によれば、膨潤又は収縮による信号応答性部材７の移動を錘部材２２によって規制することができるので、物質２が２つの媒質３間で拡散する速度をより確実に制御することができる。

図１に示す本実施形態では、支持部材５は、光９の進路上に光調節機構２３を有している。このような構成によれば、信号応答性部材７における、光９を受けると支持部材５からの支持力の低下を招く部分への光９の入射量を簡便に抑制することができる。またこの場合、光９を信号応答性部材７全体に照射しても構わないので、光９の照射範囲を正確に調節する必要がなく簡便である。光調節機構２３は、光９を散乱させる凹凸面で簡便に構成されている。しかし光調節機構２３は、凹凸面で構成されるものに限らない。支持部材５は光調節機構２３を有さない構成であってもよい。

信号応答性部材７は光９を受けることで収縮し、光調節機構２３は、信号応答性部材７における支持部材５に接する部分への光９の入射を抑制する構成としてもよい。このような構成によれば、信号応答性部材７における支持部材５に接する部分が光９を受けることで収縮し、それにより支持部材５からの支持力が低下することを抑制することができる。またこの場合、信号応答性部材７は、ゲル状であるとともに、ゲル化により液体を吸収することによって膨潤することで支持部材に５圧迫され、光調節機構２３が信号応答性部材７における支持部材５に圧迫される部分への光９の入射を抑制する構成としてもよい。このような構成によれば、圧迫による支持部材５からの支持力が光９によって低下することを簡便に抑制することができる。なおこの場合、信号応答性部材７は例えば、ＬＣＳＴ型高分子と光熱変換材とで構成される。

前述した実施形態は本開示の一例であり、種々変更可能であることはいうまでもない。

前記の実施形態では、共有結合などの化学的な接合手段を用いていない。しかしこれに限らず、信号応答性部材７を支持部材５に支持させるために必要な場合には、このような化学的な接合手段を併用してもよい。

実施例として、図７に示す拡散制御機構１を制作し、通路４のリーク試験を行った。支持部材５の第１部材５ａには、上下方向に延びる円筒状の筒壁２４を設け、筒壁２４の下端には、全周に亘って径方向内側に突出する環状凸部２５を上下方向に並べて２つ設けた。２つの環状凸部２５によって形成された通路４にゲル化前の流動性を有する状態で信号応答性部材７を供給し、毛細管現象によって隙間なく通路４に充填させ、ゲル化させた。信号応答性部材７としては、架橋剤比率０．５％の温度応答性ゲルを用いた。信号応答性部材７の配置前後の通路４を下方から撮影した画像を図８Ａ、Ｂに示す。通路４の最小径φ（つまり、環状凸部２５の内径）は１ｍｍとした。さらに、通路４に配置した信号応答性部材７の上に第１媒質３ａを充填した。第１媒質３ａには、信号応答性部材７の網目サイズよりも十分大きい物質２として、２種類の蛍光標識デキストランを含有させた。第１蛍光標識デキストラン２ａは、１０ｋＤａのＦＩＴＣデキストランとした。第２蛍光標識デキストラン２ｂは、５００ｋＤａのＴＲＩＴＣデキストランとした。

これらの物質２が通路４を通過するということは、通路４において信号応答性部材７と支持部材５との間にその通過を許容する隙間ができてしまっていることを意味する。このような隙間がない方が、信号応答性部材７を用いたより高精度な拡散速度の制御が可能である。

比較例１として、上記２種類の蛍光標識デキストランが透過可能な網目サイズを有する温度応答性ゲルを信号応答性部材７として用いたものを制作した。比較例２として、信号応答性部材７を設けず、通路４が第２媒質３ｂで充填されたものを制作した。比較例１、２のその他の条件は実施例と同じであった。

各例において、一定の温度で２５時間放置した後に、第１媒質３ａ内から第２媒質３ｂ内への蛍光標識デキストランの拡散量を測定した。その結果を図９に示す。図９においては、比較例１における第２蛍光標識デキストラン２ｂの拡散量を基準とし、この基準量に対する１００分率で拡散量（リーク率）を示している。図９から分かるように、実施例の拡散制御機構１では２種類の蛍光標識デキストランのリークがほとんど生じていない。

本実施例により、ゲルの網目サイズよりも十分大きい分子が拡散する隙間なく、温度応答性ゲルを支持部材５に支持させることができることが確認された。

１ 拡散制御機構
２ 物質
２ａ 第１蛍光標識デキストラン
２ｂ 第２蛍光標識デキストラン
３ 媒質
３ａ 第１媒質
３ｂ 第２媒質
４ 通路
５ 支持部材
５ａ 第１部材
５ｂ 第２部材
５ｃ 多孔質部材
６ 信号
７ 信号応答性部材
８ 収容部
８ａ 第１収容部
８ｂ 第２収容部
９ 光
１０ 信号供給装置
１１ 第１支持面
１２ 第２支持面
１３ 第３支持面
１４ 第４支持面
１５ 支持部材の周溝
１６ 支持部材の周溝内の更なる周溝
１７ 支持部材の周溝内の凹部
１７ａ 凸部
１８ 信号応答性部材の周溝
１９ 信号応答性部材の周溝内の凹部
１９ａ 凸部
２０ 開口
２０ａ 中央開口
２０ｂ 周縁開口
２１ 周回部
２２ 錘部材
２３ 光調節機構
２４ 筒壁
２５ 環状凸部
Ｇ 隙間
Ｏ 中心軸線
Ｓ 外部空間
φ 最小径

Claims (13)

1. 物質が２つの媒質間で拡散する速度を制御する拡散制御機構であって、
   前記媒質間で前記物質を通過させる通路を備える支持部材と、
   前記通路内に配置されるとともに、信号を受けることで膨潤又は収縮する信号応答性部材とを有し、
   前記支持部材は、前記信号応答性部材を一方の前記媒質の側から支持する第１支持面を有する拡散制御機構。
2. 前記第１支持面は、前記通路の周方向に連続又は断続して延びる、請求項１に記載の拡散制御機構。
3. 前記支持部材は、前記信号応答性部材を他方の前記媒質の側から支持する第２支持面を有する、請求項１又は２に記載の拡散制御機構。
4. 前記第２支持面は、前記通路の周方向に連続又は断続して延びる、請求項３に記載の拡散制御機構。
5. 前記支持部材は、前記信号応答性部材を前記通路の径方向内側から支持する第３支持面を有し、
   前記第３支持面は、前記通路の周方向に連続又は断続して延び、
   前記支持部材は、前記信号応答性部材を前記通路の径方向外側から支持する第４支持面を有し、
   前記第４支持面は、前記通路の周方向に連続又は断続して延びる、請求項１〜４の何れか１項に記載の拡散制御機構。
6. 前記信号応答性部材は、少なくとも最収縮時に、前記支持部材との間に前記物質が前記信号応答性部材を通らずに前記通路を通過する隙間を形成する、請求項１〜５の何れか１項に記載の拡散制御機構。
7. 前記信号応答性部材は、最収縮時においても、前記支持部材との間に前記物質が前記信号応答性部材を通らずに前記通路を通過する隙間を形成しない、請求項１〜５の何れか１項に記載の拡散制御機構。
8. 前記信号は光であり、
   前記支持部材は、前記光の進路上に光調節機構を有し、
   前記信号応答性部材は前記光を受けることで収縮し、
   前記光調節機構は、前記信号応答性部材における前記支持部材に接する部分への前記光の進入を抑制する、請求項１〜７の何れか１項に記載の拡散制御機構。
9. 前記第１支持面は、前記信号応答性部材を鉛直下方から支持し、
   前記信号応答性部材に載置される錘部材を有する、請求項１〜８の何れか１項に記載の拡散制御機構。
10. 前記支持部材は２つの開口を有し、
    前記信号応答性部材は、前記２つの開口を順に通って周回するように延びる周回部を有する、請求項１〜９の何れか１項に記載の拡散制御機構。
11. 前記信号応答性部材は、前記通路の径方向内側に凹むとともに前記通路の周方向に連続又は断続して延びる周溝を有し、
    前記支持部材は、前記信号応答性部材の前記周溝内に延びる、請求項１〜１０の何れか１項に記載の拡散制御機構。
12. 前記支持部材は、前記通路の径方向外側に凹むとともに前記通路の周方向に連続又は断続して延びる周溝を有し、
    前記信号応答性部材は、前記支持部材の前記周溝内に延びる、請求項１〜１１の何れか１項に記載の拡散制御機構。
13. 物質が２つの媒質間で拡散する速度を制御する拡散制御機構を製造する方法であって、
    前記媒質間で前記物質を通過させる通路を備える支持部材と、前記通路内に配置されるとともに、信号を受けることで膨潤又は収縮する信号応答性部材とを有し、
    前記支持部材は、前記信号応答性部材を一方の前記媒質の側から支持する第１支持面を有し、
    前記信号応答性部材をゲル化前の流動性を有する状態で前記支持部材に配置する工程と、
    ゲル化させる信号応答性部材配置工程とを有する、
    拡散制御機構の製造方法。

Images