JP5467396B2 - 「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法に関する。
なお、本発明において、高分子ナノ繊維とは、平均直径が１０００ｎｍ程度又はそれ以下の繊維のことをいう。また、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」とは、「所定の３次元形状を有するターゲット基材（ターゲット基材については後述する。）の表面に高分子ナノ繊維を堆積させて製造した「ターゲット基材・高分子ナノ繊維複合体」又は「当該複合体からターゲット基材を取り除いたもの」」のことをいう。

「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」は、極細の高分子ナノ繊維を用いているため、極めて大きい比表面積を有し、また、極めて細かい網目状構造を有する。このため、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」は、カテーテル、バルーン、人工血管、徐放性医薬カプセル、人工骨、空気清浄用フィルター、人工透析用フィルター、各種産業用フィルター、ワイピングクロース、人工皮革、おむつなどに用いることができる。

このような「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」は、電界紡糸法により製造することができる。図１６は、従来の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法を説明するために示す図である。図１６（ａ）はコレクター９５０に高分子ナノ繊維９２０を堆積させる様子を示す側面図であり、図１６（ｂ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体９３０」の断面図である。すなわち、従来の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、ノズル９００とコレクター９５０との間に電圧を印加した状態で、液状高分子ナノ繊維原料をノズル９００から略円筒形状を有するコレクター９５０に向けて吐出することにより、当該コレクター９５０の外周面上に高分子ナノ繊維９２０を堆積させて（図１６（ａ）参照。）、円筒状の高分子ナノ繊維層を形成した後、当該高分子ナノ繊維層から当該コレクター９５０を取り除いて「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体９３０」を製造する（図１６（ｂ）参照。）というものである（例えば、特許文献１参照。）。

従来の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、カテーテルやバルーンなどに適用可能な「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体９３０」を、電界紡糸法を用いて製造することができる。

特開２００８−１２５６８３号公報

しかしながら、従来の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、高電圧電源との接続部を有するコレクターの外周面上に高分子ナノ繊維を堆積させることとしているため、コレクターの形状やサイズが大きく制限され、その結果、製造可能な３次元構造体の形状やサイズに制限がある。また、ノズルとコレクターとの間には高電圧が印加されるため、コレクターの取り扱いが煩雑であり、さらには、安全性にも問題がある。

そこで、本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、製造可能な「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の形状やサイズの制限が少なく、取り扱いが簡単で、さらには、安全性にも問題の少ない「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法を提供することを目的とする。

［１］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、電界紡糸法による「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法であって、ノズルとコレクターとの間に高電圧を印加した状態で、所定の３次元形状を有するターゲット基材を前記ノズルと前記コレクターとの間の空間に配置するとともに、液状高分子ナノ繊維原料を前記ノズルから前記コレクターに向けて吐出することにより、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることを特徴とする。

このため、本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、コレクターとは異なり高電圧電源との接続部を必要としないターゲット基材をノズルとコレクターとの間の空間に配置した状態で、当該ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させるため、製造可能な「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の形状やサイズに制限が少なく、取り扱いが簡単で、さらには、安全性にも問題の少ない「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法とすることが可能となる。

また、本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、ノズルとの間に高電圧が印加される結果電界が不安定になり易いコレクターとは異なり、ノズルとに間に高電圧が印加されていないため電界が不安定になり難いターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させるため、ターゲット基材上に従来よりも安定して高分子ナノ繊維を堆積させることが可能となり、その結果、従来よりも均一に高分子ナノ繊維が堆積した状態の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

なお、本発明において、「液状高分子ナノ繊維原料」とは、「高分子材料を溶媒に溶かした溶液」又は「高分子材料を溶融させた液体」のことを言う。

［２］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記ノズルと前記コレクターとの間の距離を基準距離Ｄとしたとき、前記基準距離Ｄの５０％以上前記ノズルから離隔させるとともに前記基準距離Ｄの１０％以上前記コレクターから離隔させた場所に前記ターゲット基材を配置した状態で、前記ターゲット基材に前記高分子ナノ繊維を堆積させることが好ましい。

このように、ターゲット基材を配置する位置を、基準距離Ｄの５０％以上ノズルから離隔させるとともに基準距離Ｄの１０％以上コレクターから離隔させた場所とすることにより、より極細の高分子ナノ繊維をターゲット基材に安定して堆積させることができる。すなわち、ターゲット基材を配置する位置を基準距離Ｄの５０％以上ノズルから離隔させる場所とすれば、ノズルから離れて直径が小さくなった極細の高分子ナノ繊維をターゲット基材に堆積することが可能となる。また、ターゲット基材を配置する位置を基準距離Ｄの１０％以上コレクターから離隔させた場所とすれば、ターゲット基材の存在に起因してコレクター近傍の電界が不安定になることがなく、ターゲット基材に高分子ナノ繊維を安定して堆積させることが可能となる。

［３］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記ターゲット基材に堆積する高分子ナノ繊維の量が前記コレクターに堆積する高分子ナノ繊維の量よりも少なくなるような条件で、前記ターゲット基材に前記高分子ナノ繊維を堆積させることが好ましい。

このような方法とすることにより、ターゲット基材を前記ノズルと前記コレクターとの間の空間に配置することに起因して高分子ナノ繊維の流れが不安定になることがなくなり、ターゲット基材に高分子ナノ繊維をより安定して堆積させることが可能となる。

なお、「コレクターに堆積する高分子ナノ繊維」とは、「コレクターに直接堆積する高分子ナノ繊維」だけではなく、「コレクター上に配置されることがある高分子ナノ繊維の回収装置や保護カバーなどに堆積する高分子ナノ繊維」も含む。

［４］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記コレクターが、前記ノズルと対向する略平坦面を有することが好ましい。

このような方法とすることにより、ノズルから吐出される液状高分子ナノ繊維原料が略平坦面全面に渡って拡散するため、高分子ナノ繊維を堆積させることが可能な範囲も略平坦面全面となり、その結果、ターゲット基材に高分子ナノ繊維をより一層安定して堆積させることが可能となる。
なお、略平坦面とは、極端に突出した部分（例えば、針状や刃状の部分）がなく、起伏が少ない面又は平面であることをいう。当該条件を満たすコレクターとしては、例えば、平板形状を有するコレクターや径の大きいドラム状のコレクターを挙げることができる。

［５］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記ターゲット基材として棒状のターゲット基材を用いるとともに、前記ターゲット基材の軸を中心として前記ターゲット基材を回転させながら、かつ、前記ターゲット基材の軸に沿って前記ターゲット基材を往復動させながら前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることが好ましい。

このような方法とすることにより、外周が高分子ナノ繊維に覆われた状態の棒状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

［６］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記ターゲット基材として、円柱状又は円筒状のターゲット基材を用いて「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造するとともに、当該「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」から前記ターゲット基材を取り除くことが好ましい。

このような方法とすることにより、カテーテル、人工血管等に用いることが可能な、円筒状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。なお、当該製造方法は、比較的径が大きい「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」や比較的短尺の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造するときに好適に用いることができる。

［７］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記ターゲット基材として、糸状のターゲット基材を用いるとともに、前記ターゲット基材の軸を中心として前記ターゲット基材を回転させながら、かつ、前記ターゲット基材の軸に沿って前記ターゲット基材を移動させながら前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させて長尺の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが好ましい。

このような方法とすることにより、外周が高分子ナノ繊維に覆われた状態の糸状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

［８］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記糸状のターゲット基材を用いて製造した前記「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」から前記ターゲット基材を取り除くことが好ましい。

このような方法とすることによっても、カテーテル、人工血管等に用いることが可能な、円筒状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。なお、当該製造方法は、比較的径が小さい「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」や比較的長尺の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造するときに好適に用いることができる。

［９］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記ターゲット基材としてカプセル状のターゲット基材を用いるとともに、前記ターゲット基材の軸を中心として前記ターゲット基材を回転させながら前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることが好ましい。

このような方法とすることにより、外周が高分子ナノ繊維に覆われた状態のカプセル状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

［１０］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記ターゲット基材は、カプセル殻の内部に薬剤が入った医薬カプセルからなることが好ましい。

このような方法とすることにより、薬物輸送システムに用いる徐放性医薬カプセルとすることが可能な、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

［１１］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させた後、前記薬剤を残して前記カプセル殻を除去することにより、前記「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」として、前記高分子ナノ繊維からなる外殻層の内部に薬剤が入った医薬カプセルを製造することが好ましい。

このような方法とすることによっても、薬物輸送システムに用いる徐放性医薬カプセルとすることが可能な、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

［１２］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記液状高分子ナノ繊維原料としてカーボンナノ構造物を含有する液状高分子ナノ繊維原料を用いて、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることが好ましい。

このような方法とすることにより、カーボンナノ構造物の介在により強度を高くすることが可能な「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

なお、本発明において、「カーボンナノ構造物」とは、ほぼ炭素元素のみにより構成されたナノメートルオーダーの構造体のことを言い、グラファイト構造を持つシートであるグラフェンシート、１つのグラフェンシートが筒状になった単層カーボンナノチューブ、２つ以上のグラフェンシートが筒状に層をなしている多層カーボンナノチューブ、ナノメートルサイズの直径を持つカーボン繊維が直径１０００ｎｍ以内でらせん状になったカーボンナノコイル、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンナノカプセルなどを好ましく例示できる。

［１３］本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、前記液状高分子ナノ繊維原料として機能性物質を含有する液状高分子ナノ繊維原料を用いて、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることが好ましい。

このような構成とすることにより、機能性物質により種々の効果を有する「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

なお、本発明において、「機能性物質」とは、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の表面又は内面にあって種々の効果を奏するもののことを言い、各種の触媒、酵素、薬剤などを好ましく例示できる。

実施形態１におけるターゲット基材１０を説明するために示す図である。 実施形態１におけるターゲット基材１０に高分子ナノ繊維を堆積させる様子を示す側面図である。 実施形態１における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を説明するために示す図である。 実施形態２におけるターゲット基材３０を説明するために示す図である。 実施形態２におけるターゲット基材３０に高分子ナノ繊維を堆積させる様子を示す側面図である。 実施形態２における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３０」を説明するために示す図である。 実施例１における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を説明するために示す写真である。 実施例２における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１７」を説明するために示す写真である。 実施例３における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３１」を説明するために示す写真である。 実施例４における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１５０」を説明するために示す写真である。 変形例１におけるターゲット基材３０ａ，３０ｂ，３０ｃを説明するために示す図である。 変形例２における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３２」を説明するために示す断面図である。 変形例３におけるターゲット基材５０に高分子ナノ繊維を堆積させる様子を示す側面図である。 変形例４及び５における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を説明するために示す図。 変形例６における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１４」を説明するために示す図である。 従来の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法を説明するために示す図である。

以下、本発明の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１におけるターゲット基材１０を説明するために示す図である。図１（ａ）はターゲット基材１０の斜視図であり、図１（ｂ）はターゲット基材１０の上面図であり、図１（ｃ）はターゲット基材１０の正面図である。
図２は、実施形態１におけるターゲット基材１０に高分子ナノ繊維を堆積させる様子を示す側面図である。
図３は、実施形態１における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を説明するために示す図である。図３（ａ）はターゲット基材１０及び高分子ナノ繊維２０からなる「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１０」の斜視図であり、図３（ｂ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１０」からターゲット基材１０を取り除く様子を示す斜視図であり、図３（ｃ）は高分子ナノ繊維２０からなる「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」の斜視図である。
なお、堆積させた高分子ナノ繊維２０を表示する各図面においては、説明のために、堆積させた高分子ナノ繊維２０の厚みを誇張して表示している。

実施形態１においては、円筒状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」（図３（ｃ）参照。）を製造するための「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法を説明する。

実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、電界紡糸法による「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法である。
まず、所定の３次元形状を有するターゲット基材１０を準備する。ターゲット基材１０は、図１に示すように、棒状のターゲット基材（実施形態１においては、円柱状のターゲット基材）である。ターゲット基材１０の軸方向の長さは６ｃｍであり、直径は２ｍｍである。なお、図１及び図２において符号１０ａｘで示すのは、ターゲット基材１０の軸である。

次に、ターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０（後述）を堆積させる。具体的には、図２に示すように、ノズル２００とコレクター２５０との間に高電圧（例えば、数ｋＶ〜数十ｋＶ）を印加した状態で、ターゲット基材１０をノズル２００とコレクター２５０との間の空間に配置するとともに、液状高分子ナノ繊維原料をノズル２００からコレクター２５０に向けて吐出する。このときに、ターゲット基材１０の軸１０ａｘを中心としてターゲット基材１０を回転させながら、かつ、ターゲット基材１０の軸１０ａｘに沿ってターゲット基材１０を往復動させながらターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０を堆積させ、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１０」を製造する。

ノズル２００は、液状高分子ナノ繊維原料が収容されているタンク２１０と接続されており、液状高分子ナノ繊維原料を吐出可能である。液状高分子ナノ繊維原料は、例えば、ポリ乳酸をジクロロメタンに溶かした溶液からなる。
コレクター２５０は、平板形状の通電体（例えば、ステンレス）からなり、ノズル２００と対向する略平坦面を有する。詳しい説明は省略するが、コレクター２５０はターゲット基材１０に比べて十分大きく、ターゲット基材１０に堆積する高分子ナノ繊維２０の量がコレクター２５０に堆積する高分子ナノ繊維２０の量よりも少なくなる。

ノズル２００とコレクター２５０とは、電源２６０を介して電気的に接続されており、高分子ナノ繊維２０を堆積させるときには、電源２６０により電圧が印加される。ノズル２００とコレクター２５０との間の距離（基準距離Ｄ）は、３０ｃｍである。

ターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０（後述）を堆積させるときにおいて、ターゲット基材１０は、ノズル２００から２０ｃｍ、コレクター２５０から１０ｃｍの位置に配置される。これは、基準距離Ｄの５０％（１５ｃｍ）以上ノズル２００から離隔させるとともに基準距離Ｄの１０％（３ｃｍ）以上コレクター２５０から離隔させた場所という条件を満たす。

ターゲット基材１０は、保持部材２７０によって保持されている。保持部材２７０は、ターゲット基材１０の軸１０ａｘを中心としてターゲット基材１０を回転させ、また、ターゲット基材１０の軸１０ａｘに沿ってターゲット基材１０を往復動させる。

次に、図３に示すように、製造した「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１０」（図３（ａ）参照。）からターゲット基材１０を剥離させて取り除き（図３（ｂ）参照。）、高分子ナノ繊維２０からなる「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」（図３（ｃ）参照。）を製造する。製造された「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」は円筒状の形状を有し、長さは３ｃｍ、内径は２ｍｍ、厚みは約７０μｍである。「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」は、平均直径が５００ｎｍの高分子ナノ繊維２０からなる。高分子ナノ繊維２０は、生体適合性が高いポリ乳酸からなる。「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」は、カテーテル、人工血管等に用いることが可能である。なお、ポリ乳酸以外にも、ポリカプロラクトン等の生体適合性が高い高分子を用いることができる、

なお、ターゲット基材が容易に溶解が可能な物質（ポリビニルアルコール、ゼラチン等）からなる場合には、剥離ではなく、溶解により取り除くこともできる。

上記のように、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、コレクターとは異なり高電圧電源との接続部を必要としないターゲット基材１０をノズル２００とコレクター２５０との間の空間に配置した状態で、当該ターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるため、製造可能な「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の形状やサイズに制限が少なく、取り扱いが簡単で、さらには、安全性にも問題の少ない「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法とすることが可能となる。

また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、ノズルとの間に高電圧が印加される結果電界が不安定になり易いコレクターとは異なり、ノズルとの間に高電圧が印加されていないため電界が不安定になり難いターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるため、ターゲット基材１０上に従来よりも安定して高分子ナノ繊維２０を堆積させることが可能となり、その結果、従来よりも均一に高分子ナノ繊維２０が堆積した状態の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」を製造することが可能となる。

また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、基準距離Ｄの５０％以上ノズル２００から離隔させるとともに基準距離Ｄの１０％以上コレクター２５０から離隔させた場所にターゲット基材１０を配置した状態で、ターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるため、より極細の高分子ナノ繊維２０をターゲット基材１０に安定して堆積させることができる。

また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、ターゲット基材１０に堆積する高分子ナノ繊維２０の量がコレクター２５０に堆積する高分子ナノ繊維の量よりも少なくなるような条件で、ターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるため、ターゲット基材１０をノズル２００とコレクター２５０との間の空間に配置することに起因して高分子ナノ繊維２０の流れが不安定になることがなくなり、ターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０をより安定して堆積させることが可能となる。

また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、コレクター２５０が、ノズル２００と対向する略平坦面を有するため、ノズル２００から吐出される液状高分子ナノ繊維原料が広範囲に渡って拡散するため、高分子ナノ繊維２０を堆積させることが可能な範囲も広範囲となり、その結果、ターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０をより一層安定して堆積させることが可能となる。

また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、ターゲット基材として棒状のターゲット基材１０を用いるとともに、ターゲット基材１０の軸１０ａｘを中心としてターゲット基材１０を回転させながら、かつ、ターゲット基材１０の軸１０ａｘに沿ってターゲット基材を往復動させながらターゲット基材１０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるため、外周が高分子ナノ繊維２０に覆われた状態の棒状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１０」を製造することが可能となり、その結果、円筒状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」を製造することが可能となる。

また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、ターゲット基材として円柱状のターゲット基材１０を用いて「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」１１０を製造するとともに、当該「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１０」からターゲット基材１０を取り除くため、カテーテル、人工血管等に用いることが可能な、円筒状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」を製造することが可能となる。

［実施形態２］
図４は、実施形態２におけるターゲット基材３０を説明するために示す図である。図４（ａ）はターゲット基材３０の斜視図であり、図４（ｂ）はターゲット基材３０の上面図であり、図４（ｃ）はターゲット基材３０の断面図である。
図５は、実施形態２におけるターゲット基材３０に高分子ナノ繊維を堆積させる様子を示す側面図である。
図６は、実施形態２における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３０」を説明するために示す図である。図６（ａ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３０」の斜視図であり、図６（ｂ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３０」の断面図である。
なお、図４及び図６においては、カプセル殻３２，３４の厚みを、ターゲット基材３０に比べて大きく表示している。

実施形態２に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、基本的には実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法と同様であるが、ターゲット基材及び製造する「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」が実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法とは異なる。すなわち、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法においては、図４に示すように、ターゲット基材３０としてカプセル状のターゲット基材を用い、また、図６に示すように、カプセル状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３０」を製造する。以下の説明においては、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法と同様の事項については説明を省略する。

ターゲット基材３０は、図４に示すように、二体構造のカプセル殻３２，３４の内部に薬剤３６が入った医薬カプセルからなる。ターゲット基材３０の長手方向の長さは１．５ｃｍであり、中央部の直径は５ｍｍである。なお、図４及び図５において符号３０ａｘで示すのは、ターゲット基材３０の軸である。
カプセル殻３２，３４は、アルギン酸を主成分とするカプセルである。なお、カプセル殻としては、ゼラチンやヒドロキシプロピルメチルセルロース等を主成分とするものを用いることもできる。また、二体構造のカプセル殻以外にも、一体構造のカプセル殻を用いることもできる。

ターゲット基材３０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるときには、ターゲット基材３０の全体に高分子ナノ繊維２０を堆積させるために、カプセル殻３２側を保持しながら高分子ナノ繊維２０を堆積させる工程（図５参照。）と、カプセル殻３４側を保持しながら高分子ナノ繊維２０を堆積させる工程とを実施する。
ターゲット基材３０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるときには、ターゲット基材３０の軸３０ａｘを中心としてターゲット基材３０を回転させながら、かつ、ターゲット基材３０の軸３０ａｘに沿ってターゲット基材３０を往復動させながらターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させる。

このようにすることで、薬物輸送システムに用いる徐放性医薬カプセルとすることが可能な「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」１３０を製造することができる（図６参照。）。

上記のように、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、ターゲット基材及び製造する「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」が実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法とは異なるが、コレクター２５０とは異なり高電圧を印加する必要のないターゲット基材３０をノズル２００とコレクター２５０との間の空間に配置した状態で、当該ターゲット基材３０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるため、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法と同様に、製造可能な「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の形状やサイズに制限が少なく、取り扱いが簡単で、さらには、安全性にも問題のない「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法を提供することが可能となる。

また、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、ターゲット基材としてカプセル状のターゲット基材３０を用いるとともに、ターゲット基材３０の軸３０ａｘを中心としてターゲット基材３０を回転させながらターゲット基材３０に高分子ナノ繊維２０を堆積させるため、外周が高分子ナノ繊維２０に覆われた状態のカプセル状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３０」とすることが可能となる。

また、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法によれば、ターゲット基材３０がカプセル殻３２，３４の内部に薬剤３６が入った医薬カプセルからなるため、薬物輸送システムに用いる徐放性医薬カプセルとすることが可能な、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３０」を製造することが可能となる。

なお、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、ターゲット基材及び製造する「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」以外の点においては実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法と同様であるため、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

［実施例１］
図７は、実施例１における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」を説明するために示す写真である。図７（ａ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」を上面から見た写真であり、図７（ｂ）は電子顕微鏡による「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」の拡大写真であり、図７（ｃ）は電子顕微鏡による「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」の断面の拡大写真であり、図７（ｄ）は電子顕微鏡による「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」の表面の拡大写真である。

実施例１においては、直径が１．５ｍｍのターゲット基材を用いたこと以外においては、基本的に実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法と同様の方法を実施した。
その結果、図７に示すような「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」を得ることができた。製造された「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」は円筒状の形状を有し、長さは約２．６ｃｍ、内径は約１．５ｍｍ、厚みは約７０μｍである。「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１２」は、平均直径が１０００ｎｍ程度の高分子ナノ繊維からなる（図７（ｄ）参照。）。当該高分子ナノ繊維は、ポリ乳酸からなる。

なお、図７（ａ）において符号１１５で示すのは、液状高分子ナノ繊維原料としてカーボンナノチューブを含有する液状高分子ナノ繊維原料を用いたこと以外においては、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」と同様の方法により製造した「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」である。「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１５」は、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」と同様の形状を有する。このような方法とすることにより、カーボンナノチューブの介在により強度を高くすることが可能な「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１５」を製造することが可能となる。

［実施例２］
図８は、実施例３における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１７」を説明するために示す写真である。

実施例３においては、実施例よりも太いターゲット基材（直径６ｍｍ）を用いたこと以外においては、基本的に実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法と同様の方法を実施した。
その結果、図８に示すような「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１７」を得ることができた。製造された「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１７」は、長さが約５．２ｃｍであり、内径は約６ｍｍであること以外においては、実施例１における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」と同様の構成を有する。

［実施例３］
図９は、実施例３における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３１」を説明するために示す写真である。

実施例２においては、基本的に実施形態２に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法と同様の方法を実施した。
その結果、図９に示すような「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３１」を得ることができた。製造された「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」はカプセル状の形状を有し、長手方向の長さは約１．５ｃｍであり、中央部の直径は約５ｍｍである。図示による説明は省略するが、堆積させた高分子ナノ繊維の厚みは約７０μｍである。当該高分子ナノ繊維の平均直径は約７００ｎｍであり、ポリ乳酸からなる。
なお、図９において符号３１で示すのは、実施例３におけるターゲット基材であり、符号３１ａで示すのは、片側のみ高分子ナノ繊維を堆積させたターゲット基材である。

［実施例４］
図１０は、実施例４における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１５０」を説明するために示す写真である。

実施例４においては、ターゲット基材の形状以外においては、基本的に実施形態１に係る「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法と同様の方法を実施した。
その結果、図１０に示すような「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１５０」を得ることができた。製造された「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１５０」は、長さが約５．５ｃｍで、輪を巻くような形状をしていること以外においては、実施例１における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１３」と同様の構成を有する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態において示した各要素の寸法、形状、位置、材料は例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に決定することができる。

（２）上記各実施形態においては、ポリ乳酸からなる高分子ナノ繊維２０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。生体適合性を問われない分野に用いる「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造する場合には、生体適合性が低い高分子材料からなる高分子ナノ繊維を用いることができる。

（３）上記実施形態２においては、１つのカプセル形状のターゲット基材３０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１１は、変形例１におけるターゲット基材３０ａ，３０ｂ，３０ｃを説明するために示す図である。例えば、図１１に示すように、多数のカプセル形状のターゲット基材（変形例１においては３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）が連結部材（変形例１においては３８）によって連結されたものを用いてもよい。なお、この場合、連結部材の末端部を支持した状態でターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることとなる。

（４）上記実施形態２においては、カプセル殻３２，３４を含む「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」１３０を製造したが、本発明はこれに限定されるものではない。図１２は、変形例２における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３２」を説明するために示す断面図である。図１２（ａ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３０」からカプセル殻３２を除去する様子を示す断面図であり、図１２（ｂ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１３２」の断面図である。例えば、ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させてカプセル殻を含む「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造した後、薬剤を残してカプセル殻を除去することにより（図１２（ａ）参照。）、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」として、高分子ナノ繊維からなる外殻層の内部に薬剤が入った医薬カプセルを製造してもよい（図１２（ｂ）参照。）。カプセル殻の除去は、例えば、カプセル殻がゼラチンやアルギン酸のように水溶性であり、薬剤が非水溶性である場合には、水によってカプセル殻を溶出することにより行うことができる。このような方法とすることによっても、薬物輸送システムに用いる徐放性医薬カプセルとすることが可能な、「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

（５）上記実施形態１においては、棒状のターゲット基材１０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１３は、変形例３におけるターゲット基材５０にナノ繊維を堆積させる様子を示す側面図である。例えば、図１３に示すように、ターゲット基材として、糸状のターゲット基材（図１３の符号５０を参照。）を用いることもできる。この場合、ターゲット基材の軸を中心としてターゲット基材を回転させながら、かつ、ターゲット基材の軸に沿ってターゲット基材を移動させながらターゲット基材にナノ繊維を堆積させることによって、長尺の「ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することができる。長尺の「ナノ繊維を用いた３次元構造体」は、例えば、図１３に示すような装置（ターゲット基材を送り出す送りローラー３００、ターゲット基材を移動させる移動ローラー３２０，３５０、ターゲット基材を回転させる回転装置３３０，３４０及びターゲット基材を回収する回収ローラー３７０を備える。）を用いることで製造することができる。このような方法とすることによって、手術用糸等に用いることが可能な、糸状の「ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。なお、上記のような装置を複数並列に稼動させることにより、大量の「ナノ繊維を用いた３次元構造体」を一度に製造することができる。

（６）また、上記のように糸状のターゲット基材を用いて製造した「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」からターゲット基材を取り除いてもよい。このとき、糸状のターゲット基材としてポリビニルアルコールやゼラチン等、容易に溶解が可能な物質からなるターゲット基材を用いることにより、溶解によりターゲット基材を容易に取り除くことができる。このような方法とすることによっても、カテーテル、人工血管等に用いることが可能な、円筒状の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。

（７）上記各実施形態においては、平板状のコレクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ドラム状のコレクターを用いてもよく、この場合においても、ターゲット基材に高分子ナノ繊維をより一層安定して堆積させることが可能となるという効果を損なうこともない。

（８）上記各実施形態においては、液状高分子ナノ繊維原料として、「高分子材料を溶媒に溶かした溶液」を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。「高分子材料を溶融させた液体」を用いてもよい。

（９）上記実施形態１においては、棒状のターゲット基材を用い、上記実施形態２においては、カプセル状のターゲット基材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１４は、変形例４及び５における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を説明するために示す図である。図１４（ａ）は変形例４における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の斜視図であり、図１４（ｂ）は変形例５における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の斜視図である。例えば、平板状のターゲット基材（図１４（ａ）参照。）を用いてもよいし、格子板状のターゲット基材（図１４（ｂ）参照。）を用いてもよい。また、上記したものの他にも、網状のターゲット基材、文字を象った形状のターゲット基材、任意の曲面や突出点を有するターゲット基材等、種々のターゲット基材を用いることができる。

（１０）上記各実施形態においては、ナノ繊維２０のみを堆積させた「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１０」を製造したが、本発明はこれに限定されるものではない。図１５は、変形例６における「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１４」を説明するために示す図である。図１５（ａ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１４」の斜視図であり、図１５（ｂ）は「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１４」の正面図である。例えば、図１５に示すように、ナノ繊維２０の上にナノ繊維２２を堆積させた「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体１１４」を製造してもよい。また、さらに多種類のナノ繊維を堆積させた「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造してもよい。このような「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」は、例えば、あらかじめナノ繊維を堆積させた「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」をターゲット基材とし、新たにナノ繊維を堆積させることにより製造することができる。

（１１）上記各実施形態においては、液状高分子ナノ繊維原料として機能性物質を含有する液状高分子ナノ繊維原料を用いてもよい。このような構成とすることにより、機能性物質により種々の効果を有する「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することが可能となる。例えば、液状高分子ナノ繊維原料として鎮痛剤を含有する液状高分子ナノ繊維原料を用いることで、鎮痛作用を有する「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造することができる。

１０，３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３１，５０，６０，７０…ターゲット基材、１０ａｘ，３０ａｘ…ターゲット基材の軸、２０，２２，９２０…高分子ナノ繊維、１１０，１１２，１１３，１１４，１１５，１３０，１３２，１３３，１５０，１６０，１７０…「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」、２００，９００…ノズル、２１０…タンク、２５０,９５０…コレクター、２６０…電源、３００…送りローラー、３１０，３５０…ガイドローラー、３２０，３５０…移動ローラー、３３０，３４０…回転装置、３７０…回収ローラー

Claims (11)

1. 電界紡糸法による「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法であって、
   前記「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、ノズルとコレクターとの間に高電圧を印加した状態で、所定の３次元形状を有するターゲット基材を前記ノズルと前記コレクターとの間の空間に配置するとともに、液状高分子ナノ繊維原料を前記ノズルから前記コレクターに向けて吐出することにより、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させる「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法であって、
   前記ターゲット基材として棒状のターゲット基材を用いるとともに、前記ターゲット基材の軸を中心として前記ターゲット基材を回転させながら、かつ、前記ターゲット基材の軸に沿って前記ターゲット基材を往復動させながら前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
2. 請求項１に記載の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法において、
   前記ターゲット基材として、円柱状又は円筒状のターゲット基材を用いて「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造するとともに、当該「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」から前記ターゲット基材を取り除くことを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
3. 電界紡糸法による「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法であって、
   前記「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、ノズルとコレクターとの間に高電圧を印加した状態で、所定の３次元形状を有するターゲット基材を前記ノズルと前記コレクターとの間の空間に配置するとともに、液状高分子ナノ繊維原料を前記ノズルから前記コレクターに向けて吐出することにより、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させる「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法であって、
   前記ターゲット基材として、糸状のターゲット基材を用いるとともに、前記ターゲット基材の軸を中心として前記ターゲット基材を回転させながら、かつ、前記ターゲット基材の軸に沿って前記ターゲット基材を移動させながら前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させて長尺の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」を製造するとともに、
   前記糸状のターゲット基材を用いて製造した前記「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」から前記ターゲット基材を取り除くことを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
4. 電界紡糸法による「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法であって、
   前記「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法は、ノズルとコレクターとの間に高電圧を印加した状態で、所定の３次元形状を有するターゲット基材を前記ノズルと前記コレクターとの間の空間に配置するとともに、液状高分子ナノ繊維原料を前記ノズルから前記コレクターに向けて吐出することにより、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させる「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法であって、
   前記ターゲット基材としてカプセル状のターゲット基材を用いるとともに、前記ターゲット基材の軸を中心として前記ターゲット基材を回転させながら前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる３次元構造体」の製造方法。
5. 請求項４に記載の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法において、
   前記ターゲット基材は、カプセル殻の内部に薬剤が入った医薬カプセルからなることを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
6. 請求項５に記載の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法において、
   前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させた後、前記薬剤を残して前記カプセル殻を除去することにより、前記「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」として、前記高分子ナノ繊維からなる外殻層の内部に薬剤が入った医薬カプセルを製造することを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法において、
   前記ノズルと前記コレクターとの間の距離を基準距離Ｄとしたとき、
   前記基準距離Ｄの５０％以上前記ノズルから離隔させるとともに前記基準距離Ｄの１０％以上前記コレクターから離隔させた場所に前記ターゲット基材を配置した状態で、前記ターゲット基材に前記高分子ナノ繊維を堆積させることを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
8. 請求項７に記載の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法において、
   前記ターゲット基材に堆積する高分子ナノ繊維の量が前記コレクターに堆積する高分子ナノ繊維の量よりも少なくなるような条件で、前記ターゲット基材に前記高分子ナノ繊維を堆積させることを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
9. 請求項８に記載の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法において、
   前記コレクターが、前記ノズルと対向する略平坦面を有することを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法において、
    前記液状高分子ナノ繊維原料としてカーボンナノ構造物を含有する液状高分子ナノ繊維原料を用いて、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法において、
    前記液状高分子ナノ繊維原料として機能性物質を含有する液状高分子ナノ繊維原料を用いて、前記ターゲット基材に高分子ナノ繊維を堆積させることを特徴とする「高分子ナノ繊維を用いた３次元構造体」の製造方法。