JP2022525269A - ３ｄプリンター用インク、製造方法及び応用 - Google Patents
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Abstract
一つの様態では、３Ｄプリントで使用するためのインクを本明細書に記載する。一部の実施形態では、本明細書に記載のインクはαゼイン、孔形成剤、エタノールと水で形成したゲルである。調製方法は、αゼインをエタノールと水の混合溶液に溶き、孔形成剤を加え、５～９５℃で１～１０日間静置反応し、或いは、３０分～２４時間攪拌することにより、形成した。αゼインの添加質量は混合溶液体積の１０～５０％であって、混合溶液のエタノールの体積分率は４０～９０％であって、孔形成剤の添加質量はαゼインの添加量の０～１０％である。本方法は、温和な条件と簡単な操作を備えており、インクの機械的特性と生体適合性が良好で、生物医学分野で使用できる。室温で３Ｄプリントすることにより、組織工学の代替品や止血材を調製できる。【選択図】図１
Description
本出願は、生物製造の分野に属し、３Ｄプリンター用のインク材料の製造方法および使用に関する。
三次元（３Ｄ）プリント技術は、近年開発が進んでいる新しい製造技術である。ＣＡＤやＣＴスキャンツールなどの画像診断機器から取得したデータを３Ｄプリンターに導入し、精密な立体構造を持つ三次元製品を生産できる。３Ｄプリンターに使用できる材料は、合成高分子（ポリ乳酸、ポリカプロラクトンなど）、天然高分子（ゼラチン、コラーゲン、キトサン、アルギン酸ナトリウム、セルロースなど）、無機材料（ヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウムなど）の三種類である。天然高分子素材は、生体適合性、生分解性、低温３Ｄプリントに優れているが、機械的性質が不十分のため、３Ｄプリントへの応用は限られている。そのため、天然高分子材料のインク開発は急務である。
αゼインは、組織工学への応用において大きな可能性があることが既に証明されている。加圧成形で作られたαゼインの多孔足場は、優れた細胞適合性と機械的性質を備えており、骨欠損の修復材料として期待される。３Ｄプリンターのインクに使用できるαゼインの開発は、この材料の医工学への応用に大きく関わっている。しかし、これまでに発表した研究は会議論文の１件のみである（ESAFORM 2016: Proceedings of the 19th International ESAFORM Conference on Material Forming）。この研究では、ゼインと可塑剤グリセリンの混合材料をインクとして、１３０℃で３Ｄプリントすることに成功した。グリセリンを加えたゼインは熱可塑性であるが、可塑剤の添加と高温処理によって、ゼインの生体適合性と生分解性に悪影響を及ぼす可能性がある。今回の発明は、αゼインの分子構造および特性に悪い影響を与えず、３Ｄプリンターに使用できる天然高分子インクを提供し、温和な条件でプリントすることができる。更に、プリントされた製品は細胞および活性因子の活性を保つことが期待できる。
本発明は、３Ｄプリンター用のインク材料を提供するという課題を解決するものである。
本発明が解決しようとする第二の問題は、３Ｄプリンター用のインク材料の製造方法を提供することである。
本発明が解決しようとする第三の問題は、３Ｄプリンター用のインクの応用を提供することである。
本発明のインクは、室温で３Ｄプリント可能なαゼインのゲルである。具体的には、１０～５０％（ｗ／ｖ）のαゼインと混合溶液の混合物であって、混合溶液はエタノールと水である。記載された比率はαゼインの重量と混合溶液の体積の比であって、推奨比率は、３０～５０％である。一部の例は、１００ｍＬの混合溶液に対して、αゼインの重量は１０～５０ｇである。混合溶液のエタノールと水の体積比が４０～９０：１０～６０であって、推奨比率は６０～８５：１５～４０である。
３Ｄプリンター用インク材料の調製方法は、１０～５０％のαゼインをエタノールと水の混合溶液に溶解し、５～９５℃で、１～１０日間の静置反応であって、推奨温度は１０～５０℃であって、推奨時間は１～３日である。又は、１０～５０％のαゼインをエタノールと水の混合溶液に溶き、５～９５℃で、３０分～２４時間攪拌し、推奨温度は１０～５０℃である。混合溶液中のエタノールと水の体積比は、４０～９０：１０～６０である。調製したインクに孔形成剤を添加することにより、印刷物の孔構造や気孔率を調整することもできる。孔形成剤の推奨量は、αゼインの質量の０～１０％である。孔形成剤はマンニトール、重炭酸アンモニウム、塩化ナトリウム、酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、パラフィン粒子又は氷粒子である。
本発明により提供される３Ｄ印刷インクは、以下のような生物医学分野で使用することができる。３Ｄプリンターで、ＣＴスキャンツールなどの画像診断装置で得たデジタルデータに基づいて、精密な立体構造を持つ三次元製品を素早く製造することである。前記高解像度と内部孔構造及び機械的性質が制御可能な三次元製品は、組織工学の代替品と止血材料への応用ができる。一部の例は、管状製品（神経導管、気管、尿道管、血管など）、膜製品（人工皮膚および止血膜材料など）、３Ｄ足場製品（骨、軟骨、耳、止血材料など）である。更に、３Ｄ足場製品の気孔率は３０～９５％であり、圧縮強度は０．２ＭＰａから２０ＭＰａ、圧縮弾性率は１０ＭＰａから３００ＭＰａであって、曲げ強度は０．５ＭＰａから１８ＭＰａ、曲げ弾性率は１５から１００ＭＰａであって、引張強度は０～２ＭＰａ、引張弾性率は０～２０ＭＰａである。前記のインクはプリントせず、深いまたは不規則な傷口に注入または塗抹することによって、出血を止める。局所止血材としてのゲルのゼロ剪断粘度は３０～５０００Ｐａ・ｓであって、推奨は１２０～４０００Ｐａ・ｓである。止血メカニズムは次のステップに分けられる。注入後、ゲルに含まれるエタノールの放出により、血液中のタンパク質成分が沈殿しながらゲルが固化され、大量の血小板が固化したゲルに吸着され、フィブリンを生成することによって、赤血球を捕獲し、止血に至る。
本発明により提供される製品は、一つの３Ｄプリントヘッドでαゼインの単一成分製品か、２つ以上の３Ｄプリントヘッドでαゼイン及びその他のインク材料（合成および天然高分子ＰＬＡ、アルギン酸、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ゼラチンなど）の多成分製品をプリントできる。
本発明により提供されるαゼインのインクは、豊富な原材料と簡単な調製方法を備えている。更に、室温で３Ｄプリントが実行できるため、αゼインの分子構造や特性に影響を与えず、製造された製品は細胞や活性因子の活性を維持できる。
以下の詳細な説明において、これらの及び他の実施形態をより詳細に記載する。
以下の詳細な説明、及び実施例を参照することにより、本明細書に記載の実施形態をより容易に理解することができる。しかしながら、本明細書に記載の要素、装置、及び方法は、詳細な説明及び実施例に示される特定の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の原理の単なる例示であることを認識されたい。本開示の精神及び範囲を逸脱することなく、多くの変更及び適応が当業者に容易に明らかとなるであろう。
３Ｄプリンター用インク１はαゼイン１０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク１の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインを１００ｍＬのエタノールと水の混合溶液に溶解し、室温で１０分間の超音波処理することにより乳白色の溶液になる。混合溶液中のエタノールの体積分率は４０％である。その後、１０℃で１０日間静置反応することで、３Ｄプリンター用インク１を形成した。インク１のゼロ剪断粘度は約２８Ｐａ・ｓである。
３Ｄプリンター用インク２はαゼイン２０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク２の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインをエタノールと水の混合溶液１００ｍＬに溶解し、室温で１０分間超音波処理することにより、透明なゲルになる。混合溶液中のエタノールの体積分率は６５％である。その後、２０℃で１日間静置反応することで、図１に示すように、３Ｄプリンター用インク２を形成した。インク２のゼロせん断粘度は約１２０Ｐａ・ｓである。
３Ｄプリンター用インク３はαゼイン３０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク３の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインを１００ｍＬエタノールと水の混合溶液に溶解し、室温で１０分間超音波処理することにより、透明な溶液になる。混合溶液中のエタノールの体積分率は７０％である。その後、３０℃で２日間静置反応することで、透明なゲルが得られる。本ゲルのゼロ剪断粘度は約３８９Ｐａ・ｓである。調製されたゲルに、マンニトール顆粒（コーングルテンの質量の６％、ｗ／ｗ）を加えて、インク３として、３Ｄプリンターに導入し、直径０．５ｍｍの３Ｄプリントヘッドを用いて、１０℃のプリント温度で、８ｍｍ／ｓのプリント速度で、１５０ｋＰａ印加圧力で３Ｄプリントする。煮沸法で造孔剤を取り除くことにより、多孔管状製品を製造した。図２に示すように、多孔管状製品は組織工学の神経導管として使用できる。
３Ｄプリンター用インク４はαゼイン４０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク４の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインを１００ｍＬのエタノールと水の混合溶液に溶解し、室温で１０分間超音波処理することにより、透明な溶液になる。混合溶液中のエタノールの体積分率は８０％である。その後、４０℃で４日間静置反応することで、３Ｄプリンター用インク４を形成した。インク４のゼロ剪断粘度は約１８３２Ｐａ・ｓである。
インク４を３Ｄプリンターに導入し、直径０．３３ｍｍの３Ｄプリントヘッドを用いて、２０℃のプリント温度で、８ｍｍ／ｓのプリント速度で、８０ｋＰａの印加圧力で、図３に示すようなメッシュフィルムを製造できた。図４に示すように、この製品はラットの皮膚出血に対して良好な止血効果を示唆した。
３Ｄプリンター用インク５はαゼイン５０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク５の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインを１００ｍＬのエタノールと水の混合溶液に溶解し、室温で１０分間超音波処理することにより、透明な溶液になる。混合溶液中のエタノールの体積分率は８５％である。その後、５０℃で８日間静置反応することで、３Ｄプリンター用インク５を形成した。インク５のゼロ剪断粘度は約１６２３Ｐａ・ｓである。
３Ｄプリンター用インク６はαゼイン２０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク６の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインを１００ｍＬのエタノールと水の混合溶液に溶解し、室温で１０分間超音波処理することにより、透明な溶液になる。混合溶液中のエタノールの体積分率は９０％である。その後、１０℃で１２時間攪拌反応することで、３Ｄプリンター用インク６を形成した。インク６のゼロ剪断粘度は約５５Ｐａ・ｓである。
３Ｄプリンター用インク７はαゼイン３０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク７の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインを１００ｍＬのエタノールと水の混合溶液に溶解し、室温で１０分間超音波処理することにより、透明な溶液になる。混合溶液中のエタノールの体積分率は６５％である。その後、２０℃で３０分間攪拌反応することで、３Ｄプリンター用インク７を形成した。インク７のゼロ剪断粘度は約３４４Ｐａ・ｓである。
インク７を３Ｄプリンターに導入し、直径０．５ｍｍの３Ｄプリントヘッドを用いて、５０℃のプリント温度で、８ｍｍ／ｓのプリント速度で、２００ｋＰａの印加圧力で、３Ｄプリントすることで、生体工学の代替品を製造できる。図５は、３Ｄプリンターを使用して、インク７で製造された様々な三次元止血材料を示している。この結果を踏まえて、αゼインは３Ｄ足場の製造に高い適正性を有する。得られた３Ｄ足場は３．３４±１．２５ＭＰａの圧縮強度、６３．９３±１９．２２ＭＰａの圧縮弾性率、５．３０±１．３２ＭＰａの曲げ強度、５２．０７±１１．０７ＭＰａの曲げ弾性率、０．１１±０．０２ＭＰａの引張強度、２．６３±１．２５ＭＰａの引張弾性率を有する。
３Ｄプリンター用インク８はαゼイン３０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク８の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインを１００ｍＬのエタノールと水の混合溶液に溶解し、室温で１０分間超音波処理することにより、透明な溶液になる。混合溶液中のエタノールの体積分率は８５％である。その後、３０℃で６時間攪拌反応することで、３Ｄプリンター用インク８を形成した。インク８のゼロせん断粘度は約５５１Ｐａ・ｓである。
インク８を３Ｄプリンターに導入し、二つのプリントヘッドを使って３Ｄプリントを行う。両プリントヘッドの直径は０．３３ｍｍである。最初のプリントヘッドにはインク８がロードされ、次のプリントヘッドには細胞とアルギン酸ナトリウム（細胞密度は１×１０６セル／ｍＬであり）のインクがロードされた。３７℃のプリント温度、８ｍｍ／ｓのプリント速度、８０ｋＰａの印加圧力で３Ｄプリントを行い、図６に示すような人工耳を製造できた。この結果を踏まえて、インク８は、単独プリントするか、細胞或いは他のインク材料と二つのヘッドで同時にプリントすることにより、不規則な形状の組織工学代替品を製造することができる。
３Ｄプリンター用インク９はαゼイン５０ｇを有する。
３Ｄプリンター用インク９の調製方法は、以下のステップを含む。
αゼインを１００ｍＬのエタノールと水の混合溶液に溶解し、室温で１０分間超音波処理することにより、透明な溶液になる。混合溶液中のエタノールの体積分率は９０％である。その後、５０℃で４時間攪拌反応することで、３４７６Ｐａ・ｓのゼロ剪断粘度を持つインク９が形成できた。インク９はプリントせず、直接に深く且つ不規則な出血部位に注入または塗抹することにより、局所止血材として使用できる。更に、インク７で製造された３Ｄ製品と連携止血することで、より良好な止血効果が期待できる（図７）。
Claims (12)
- ３Ｄプリンター用インクであって、
αゼイン、エタノール、水のゲルである、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インク。 - 請求項１記載の３Ｄプリンター用インクにおいて、
αゼインの含有量がインクの総質量の１０～５０％であって、他にはエタノールと水の混合溶液であって、残りは孔形成剤であって、
混合溶液のエタノールと水の体積比は４０～９０：１０～６０であって、
孔形成剤は、マンニトール、重炭酸アンモニウム、塩化ナトリウム、酒石酸ナトリウムまたはクエン酸ナトリウムの水溶性塩または糖粒子、パラフィン粒子または氷粒子などであって、添加量はαゼインの質量の０～１０％である、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インク。 - 請求項１記載の３Ｄプリンター用インクにおいて、
３０～５０％のαゼインを含む、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インク。 - 請求項２記載の３Ｄプリンター用インクにおいて、
使用した混合溶液はエタノールと水であって、両溶液の体積比が６０～８５：１５～４０である、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インク。 - 請求項１又は２記載の３Ｄプリンター用インクにおいて、
室温で３Ｄプリントすることができる、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インク。 - 請求項１又は２記載の３Ｄプリンター用インクにおいて、
ゼロ剪断粘度が３０～５０００Ｐａ・ｓである、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インク。 - 請求項１又は２記載の３Ｄプリンター用インクにおいて、
製造方法は以下のプロセスを含む：
１０～５０％のαゼインを混合溶液に溶解し、５～９５℃で１～１０時間反応させ、
或いは、３０分～２４時間攪拌し、
前記第２の孔形成剤を添加してから形成し、
孔形成剤の添加量はαゼイン質量の０～１０％であって、
混合溶液はエタノールと水であって、両溶液の体積比は４０～９０：１０～６０である、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インク。 - 請求項７記載の３Ｄプリンター用インクの製造方法において、
静置反応の温度が１０～５０℃であって、反応時間が１～３日である、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インクの製造方法。 - 請求項１又は７記載の３Ｄプリンター用インクの応用において、
医用生体工学材料である、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インクの応用。 - 請求項９記載の３Ｄプリンター用インクの応用において、
３Ｄプリンターで、管状、膜状および３Ｄ足場の組織工学代替物または止血材料の目的とする、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インクの応用。 - 請求項９又は１０記載の３Ｄプリンター用インクの応用において、
具体的な製品は組織工学代替物であって、
神経導管、人工気管、人工尿道管、人工血管、人工皮膚、止血膜材料、人工骨、人工軟骨と人工耳である、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インクの応用。 - 請求項１記載の３Ｄプリンター用インクにおいて、
止血材料として、注射または塗抹で、深層或は不規則な傷口の出血に使用でき、
請求項９に記載した３Ｄ印刷製品と連携止血することができる、
ことを特徴とする３Ｄプリンター用インク。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59148724A (ja) * | 1983-02-03 | 1984-08-25 | エチコン・インコ−ポレ−テツド | 骨外傷の場合の止血および欠損の一時的橋かけのためのペ−スト |
| US20170218228A1 (en) * | 2014-07-30 | 2017-08-03 | Tufts University | Three Dimensional Printing of Bio-Ink Compositions |
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Family Cites Families (7)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002179971A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-26 | Toyo Ink Mfg Co Ltd | 印刷インキ |
| CN1256990C (zh) * | 2004-01-08 | 2006-05-24 | 上海交通大学 | 植物源性醇溶蛋白三维支架的制备方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59148724A (ja) * | 1983-02-03 | 1984-08-25 | エチコン・インコ−ポレ−テツド | 骨外傷の場合の止血および欠損の一時的橋かけのためのペ−スト |
| US20170218228A1 (en) * | 2014-07-30 | 2017-08-03 | Tufts University | Three Dimensional Printing of Bio-Ink Compositions |
| CN107496994A (zh) * | 2017-09-19 | 2017-12-22 | 云智前沿科技发展（深圳）有限公司 | 一种基于3d打印的术后药物缓释支架及其制备方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| ACS APPL. MATER. INTERFACES, vol. 10, JPN6023004164, 2018, pages 18551 - 18559, ISSN: 0004984021 * |
| ADDITIVE MANUFACTURING, vol. 21, JPN6023004163, 2018, pages 220 - 233, ISSN: 0004984022 * |
| AIP CONFERENCE PROCEEDINGS, vol. Vol. 1914, 190003, JPN6023004166, 2017, pages 1 - 5, ISSN: 0004984019 * |
| CEREAL CHEM., vol. 81, no. 1, JPN6023004162, 2004, pages 1 - 5, ISSN: 0004984023 * |
| JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY, vol. 53, no. 370, JPN6023004161, 2002, pages 947 - 958, ISSN: 0004984024 * |
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