JP4974144B2 - ゲルの製造方法及びそのための装置 - Google Patents
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Description
1)あらかじめパターンを作った基板上に細胞を撒いて、細胞の接着性によってパターン化する方法、
2)個々の細胞を顕微鏡下で目視しながら、光ピンセットでつかんで操作する方法
がある。
3)ディスペンサーで空気圧もしくは機械的駆動によって、細胞の入ったシリンジ内の液滴を圧力で押し出して細胞を位置づけする。
などの方法がある。
1)インクジェット機構により、微小液滴を噴射できる。
2)射出する位置とヘッドの位置により射出信号を制御し、適材適所射出する。(オンデマンド射出)
3)極めて微小な液滴サイズと位置制御により、高解像度の画像を印刷できる
4)1つのノズルから1秒間に数千個以上のインク滴が射出される。
5)印刷対象物に触れることなく、液滴を射出して描画する。
6)インクジェットヘッドを集積させ、多数のノズルで描画ができる。
7)対象物を選ばない。紙であろうが水であろうがインク滴を吐出できる。
8)コンピュータ制御が確立されている。
1)ゲルに包埋することによって、細胞の乾燥によるダメージを防げる。
2)ゲルに包埋することによって三次元構造の積層造形を可能にする。
3)ゲルにより、水溶液中でもにじまない。混ざらない。
4)ゲル化を用いるこの方法はインクジェットによる三次元造形を、培養液などの水溶液中での造形を可能にする。これにより、作製した三次元構造物は、作製後も乾燥から保護される。また、そのまま培養・育成も可能になる。
5)水溶液中に作製することにより、水による浮力のため、柔らかいゲルによる構造体であっても、重力でつぶれにくい。
6)細胞が受ける物理的衝撃の緩和にも働く。
装置試作にあたり、ノズルを移動させるための駆動装置としてステッピングモーターを動力とするボールネジ式の直動アクチュエーターを用いた。なお、比較的低コストでパソコンを用いた制御が容易なアクチュエーターを用いて装置を試作したが、クリーンベンチ内で無菌的に作業がおこなえるよう、低発塵のクリーンルーム仕様アクチュエーターを用いることが好ましい。以下に留意して設計した。
1)細胞を扱うため、クリーンベンチ内で作業ができるサイズに設計。
2) ヘッド自体が三軸に動く機構を採用。
ノズルから噴射するA液には0.8%アルギン酸ナトリウム水溶液を用いた。これを2%塩化カルシウム水溶液(B液)中に打出すことでアルギン酸ゲルを得ることができる。この条件は、使用したインクジェットヘッドにとって最も良い条件で得た値だが、使用するヘッドや駆動条件により、適した濃度調整を行なうことが好ましい。傾向として、アルギン酸濃度を高めると、ゲル化は促進され、ゲルも強固なものになる。塩化カルシウム濃度についても、高くなるほどゲル化は促進され、ゲルも強固なものになる。なお、サンプルを試作する際には、観察しやすいように染色液やインクで着色して用いた。
インクジェットの吐出周波数とヘッドの移動速度の関係を調べ(表1)、ゲル化に適した条件下で駆動を行うこととした。なお、この条件は、実験に使用したヘッドのものである。ヘッドの種類や機構が異なれば、それぞれにあった条件があると考えられる。
試作した装置を用いてゲル三次元構造物の作製をおこなった。
面をドットで順に塗りつぶす方法で打ち出した(図1)。このようにしてゲルのドットでシートを作製した。また、作製したゲルのシートの上に重ね塗りを行うと、積層していくことができた。
図2のように、塩化カルシウム水溶液中にヘッドを円を描かせつつ連続的にアルギン酸ナトリウム液(A液)を噴射することで、三次元チューブを作製した。直径1mmのチューブ及び直径500μmのチューブを作製した。アルギン酸ナトリウム液と細胞浮遊液で細胞を含むゲルのチューブが作製できた。
アルギン酸ナトリウム0.9%(A液)に細胞浮遊液を混和し、塩化カルシウムの液の揺れ動きを抑制するため、塩化カルシウム溶液(B液)に増粘剤としてPVA(ポリビニルアルコール)10重量%、もしくはヒアルロン酸(0. 5重量%)を添加し、そこへ打ち出し複数の直線を描いた。なお、A液には、蛍光染色(PKH-26)で染色したHeLa細胞を含めておいた。その結果、水溶液中にも関わらず、ゲルで包埋しているので、にじむことなく、HeLa細胞を含む直線状のゲルを作ることができた。
2つのヘッドと、赤色の色素を含むA液と、緑色の色素を含むA液を使って、それぞれのノズルから噴射されるA液を上記4−2)と同様に描画することにより、赤色のゲルから成るチューブの中に緑色のゲルから成るチューブが挿入された、2重管状のチューブを作製した。この方法によれば、異なる細胞を含めた同様のチューブの作製が可能である。
射出するゲル前駆体(アルギン酸ナトリウム水溶液、A液)に様々な材料を混和することで、ゲル中に添加することができる。アルギン酸ナトリウム水溶液0.9%(A液)に、緑色蛍光粒子 (micromer-green, micromod社)ポリマーラテックス粒子、FITC粒子径250 nmを添加して噴射し、ゲルマイクロビーズを作製した。蛍光粒子はしっかりとゲル中にトラップされて蛍光を発していた。これにより、ゲル微粒子中に様々な因子、たとえば徐放性薬剤や薬剤の担体などを含めることができること、それによって、その材料の機能(蛍光発光)や薬効などの作用を発現させうることが示された。
0.8%アルギン酸ナトリウム水溶液に1.0μg/mL、2.0μg/mL又は3.0μg/mLの血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を含む溶液をA液とし、2.0%塩化カルシウム水溶液をB液として、A液をB液中にインクジェット噴射してマイクロゲルビーズを形成した。
Claims (14)
- 少なくとも1種類のゲル形成性A液の液滴を、インクジェット法により、前記A液と接触するとゲルを生成するゲル形成性B液の外部から、該B液に、前記A液の到達位置を変えながら噴射することを含み、インクジェットノズルから噴射される前記A液の液滴と、その1個あとに噴射される前記A液の液滴とが、前記B液内で接触する噴射頻度及びノズル移動速度で前記A液の噴射を行なうことにより、次々にゲルマイクロビーズが癒着した一次元、二次元又は三次元構造を有するゲルの製造方法。
- インクジェットノズルが少なくとも2軸方向に移動可能なインクジェット噴射装置を用い、該インクジェットノズルから前記A液を吐出して行なう請求項1記載の方法。
- インクジェットノズルが3軸方向に移動可能なインクジェット噴射装置を用いる請求項2記載の方法。
- 前記インクジェットプリンターが複数のインクジェットノズルを具備し、異なるインクジェットノズルから異なる種類の前記A液が吐出される請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記A液が、ゲル内に封入すべき所望の物質を含む請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記異なる種類の前記A液が、ゲル内に封入すべき所望の物質であって、互いに異なる物質をそれぞれ含む請求項4記載の方法。
- 前記所望の物質が、細胞、微粒子及び薬剤から成る群より選ばれる少なくとも1種である請求項5又は6記載の方法。
- 前記所望の物質が、細胞である請求項7記載の方法。
- 三次元構造を有するゲルを製造する請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記A液とB液の組合せが、(1)アルギン酸塩水溶液とアルカリ土類金属塩水溶液、(2)トロンビン水溶液、フィブリノーゲン水溶液とカルシウム塩水溶液及び(3)ホウ酸水溶液とポリビニルアルコール水溶液、(4)ペプチドハイドロゲル形成性ペプチド水溶液と塩化ナトリウム水溶液、及び(5)昇温時ゲル化型熱可逆ハイドロゲル形成性親水性高分子水溶液と温水の組合せから成る群より選ばれる請求項1ないし9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記B液が、増粘剤を含む請求項1ないし10のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項5記載の方法によりゲルを形成後、ゲルを溶解して前記所望の物質から成る構造を残すことを含む、前記所望の物質から成る構造の形成方法。
- 前記所望の物質が細胞である請求項12記載の方法。
- 三次元構造を有するゲルを形成後、ゲルを溶解して所望の物質から成る三次元構造を残すことを含む請求項12又は13記載の方法。
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