JP6070106B2 - 生体材料パターニング用樹脂基材およびその製造方法ならびに生体材料パターニング材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態に係る生体材料パターニング用樹脂基材100は、図1に示されるように、架橋領域Rc0および未架橋領域Rn0によるパターンPn0を有する。このような生体材料パターニング用樹脂基材100は、例えば、以下に説明する光架橋性高分子から形成される基板に対して、パターンPn0に対応するフォトマスクを介して光を照射することにより、または、レーザー光線を直接、照射することにより作製される。以下、この光架橋性高分子およびその製造方法ならびに生体材料パターニング用樹脂基材100の製造方法について詳述する。
光架橋性高分子は、光の照射を受けて架橋構造を形成する光架橋性官能基を含む高分子である。光架橋性官能基は、光の光線量に応じた量の架橋構造を形成する。そして、この光架橋性高分子においてそのような架橋構造が形成されると、光架橋性高分子は、その架橋構造形成量に応じて体積が減少する。なお、このような体積の減少は光の照射方向に沿って生じる。また、本実施の形態において、光の光線量は、照射面積当たりのエネルギー(mJ/cm2またはmW・s/cm2)で表される。また、光架橋性官能基特有の光吸収ピークでの吸光度が照射時間0分における初期吸光度aに対して1/2になるまでの時間は、180分以下であることが好ましく、60分以下であることがより好ましい。この時間が短ければ短いほど加工時間を短縮することできる。すなわち、この時間は0分に近いことが好ましい。このような架橋構造を生じさせる光は、光架橋性官能基の種類に依存するが、例えば、紫外線(UV光)、可視光線、X線等である。なお、紫外線の波長領域は10nm以上400nm以下であり、可視光線の波長領域は400nm超830nm以下であり、X線の波長領域は1pm以上10nm以下である。
光架橋性高分子の高分子主鎖は、ホモポリマーであってもよいし、ランダム共重合体、交互共重合体、周期的共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合等の共重合体であってもよい。また、この高分子主鎖は、合成高分子であってもよいし、天然高分子であってもよいし、半合成高分子(改質天然高分子)であってもよい。この高分子主鎖は柔軟性を有することが好ましい。柔軟性を有する高分子主鎖としては、例えば、ポリジメチルシロキサン系ポリマー、ポリエチレングリコール系ポリマー、スチレン‐ブタジエン共重合ポリマー、ポリブタジエン、ポリイソプレン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ポリマー、イソプレン−イソブチレン共重合ポリマー、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ポリマー、ハロゲン化ブチルポリマー等のガラス転移温度が低いゴム系高分子、エラストマー系高分子が例示される。なお、このようなポリマーの好ましいガラス転移温度は−140℃以上20℃以下の範囲内である。
光架橋性官能基としては、例えば、アジド基、クロロメチル基、光開始ラジカル発生基、光多量化官能基等を挙げることができる。光多量化官能基としては、例えば、光二量化官能基が挙げられる。光二量化官能基としては、例えば、シンナモイル基、クマリン基、チミン基、キノン基、マレイミド基、カルコン基、ウラシル基、アントラセン基等が挙げられる。このような光二量化官能基は、π電子共役構造を含んでおり、[A+A](Aは2、4などの整数)光環化付加反応によって二量化される。なお、ここにいう「光環化付加反応」とは、π電子系の骨格を形成する反応をいう。また、上記光二量化官能基のうちクマリン基、チミン基、アントラセン基には、二量化−単量化の可逆性がある。具体的には、クマリン基は、310nm以上の長波長紫外線が照射されると二量化し、250〜260nm程度の短波長紫外線が照射されると単量化する。チミン基は、280nm前後の長波長紫外線が照射されると二量化し、240nm前後の短波長紫外線が照射されると単量化する。アントラセン基は、長波長紫外線が照射されると二量化し、加熱されたり300nm以下の短波長紫外線が照射されたりすると単量化する。光架橋性官能基は、光架橋性高分子に少なくとも1種類含まれていればよく、複数種類含まれていてもよい。特に、光二量化官能基は、光の照射時間に応じて光架橋性高分子の体積を減少させ易く好ましい。また、光二量化官能基が1種類である場合、同種の光二量化官能基のみが存在するため架橋構造の形成を制御し易い。一方、光二量化官能基が複数種類含まれている場合、異種の光二量化官能基は架橋構造の形成光波長が異なる。かかる場合、異なる波長の光を用いて光架橋性高分子の体積を減少させることができる。なお、光二量化官能基がシンナモイル基である場合の二量化形成モデルは以下の化学式に示される通りである。
本発明の第1実施形態に係る光架橋性高分子は、(a)光架橋性官能基を有するモノマー(マクロモノマーを含む)、オリゴマー等を重合する方法(以下「重合法」という)、(b)高分子に光架橋性官能基を導入する方法(以下「官能基導入法」という)等により製造することができる。以下、上述の2種類の製造方法について詳述する。
重合法では、上述の通り、光架橋性官能基を有するモノマー、オリゴマー等(以下「光架橋性官能基含有モノマー等」という)が重合される。なお、この重合法では、光架橋性官能基含有モノマー等に、光架橋性官能基を有さない他のモノマー、オリゴマー等(以下「光架橋性官能基非含有モノマー等」という)が共重合されてもよい。光架橋性官能基非含有モノマー等としては、例えば、<光架橋性高分子>の欄に記載されている高分子主鎖を構成するモノマー、オリゴマー等が例示される。
官能基導入法では、上述の通り、高分子に光架橋性官能基が導入される。高分子は、合成高分子であってもよいし、天然高分子であってもよいし、半合成高分子(改質天然高分子)であってもよい。なお、合成高分子を形成するためのモノマーとしては、ビニルモノマー、プロピレンモノマー、ブテンモノマー、塩化ビニルモノマー、テレフタル酸モノマー、1,3−プロパンジオール、ε‐カプロラクタムモノマー、ウンデカンラクタムモノマー、ラウリルラクタムモノマー、ビスフェノールモノマー、アクリル酸モノマー、ジメチルシロキサンモノマー、エチレングリコールモノマー、スチレンモノマー、ブタジエンモノマー、イソプレンモノマー、イソブチレンモノマー等が挙げられる。なお、これらのモノマーに代えてオリゴマーを用いることもできる。また、当然のことながらこれらのモノマー、オリゴマーは、光架橋性官能基を有さない。また、天然高分子としては、澱粉、セルロース、キチン、キトサン、タンパク質等が挙げられる。当然のことながらこれらの天然高分子は、光架橋性官能基を有さない。
生体材料パターニング用樹脂基材100(図1参照)は、フィルム成形工程および露光工程を経て製造される。以下、これらの工程について詳述する。
生体材料パターニング材は、洗浄工程および塗布工程を経て製造される。以下、これらの工程について詳述する。
(1)
第1実施形態に係る生体材料パターニング用樹脂基材100は、光照射によって架橋領域Rc0および未架橋領域Rn0のパターンPn0を形成することができると共に架橋領域Rc0を窪ませることができる。すなわち、この生体材料パターニング用樹脂基材100は、洗浄などの煩雑な工程および厳密な雰囲気制御を必要とせずに作製することができる。また、この生体材料パターニング用樹脂基材100は、架橋領域Rc0/未架橋領域Rn0という僅かな表面弾性率・表面自由エネルギーの差および凹凸構造等により生体材料のパターニングを行うことができる。このため、この生体材料パターニング用樹脂基材100は、2種の生体材料をパターニングすることも可能である。
第1実施形態に係る生体材料パターニング材では、細胞の共培養等を行うことができる。
(A)
先の実施の形態では特に言及しなかったが、生体材料パターニング用樹脂基材の製造方法の露光工程において、パターンPn0の形成後、(i)パターンPn0に対応するフォトマスクの配置方法を変えたり、(ii)そのフォトマスクの上に別のフォトマスクを重ねたり、(iii)そのフォトマスクを別のフォトマスクに置き換えたりした後に、さらに露光を行うことによってパターンPn0を加工してもよい。かかる場合、例えば、(i)パターンPn0形成後の未架橋領域Rn0に対して先とは異なる量の光を照射して先の架橋領域Rc0の架橋度とは異なる架橋度を有する新たな架橋領域を形成してもよいし、(ii)パターンPn0形成後の架橋領域Rc0に対して部分的に光を照射して先の架橋領域Rc0の架橋度とは異なる架橋度を有する新たな架橋領域を形成してもよいし、(iii)前2つの新たな架橋領域を同時に形成してもよい。なお、かかる場合、新たな架橋領域の窪み度合いは先の架橋領域Rc0の窪み度合いと異なり、その結果、複雑な凹凸構造が形成されることになる。このようにしてパターンPn0を加工すれば、未架橋領域Rn0および複数種類の架橋領域を利用した3種以上の生体材料のパターニングを行うことができる。
先の実施の形態では特に言及しなかったが、未架橋領域Rn0を、架橋領域Rc0の架橋度と異なる架橋度を有するように光架橋させてもよい。かかる場合であっても、先の実施の形態に係る生体材料パターニング用樹脂基材と同様の効果を奏することができる。
本発明の第2実施形態に係る生体材料パターニング用樹脂基材100Aは、図2に示されるように、架橋領域Rc1および未架橋領域Rn1によるパターンPn1を有する。このような生体材料パターニング用樹脂基材100Aは、例えば、光架橋性高分子から形成される基板に対して、パターンPn1に対応するフォトマスクを介して光を照射することにより、または、レーザー光線を直接、照射することにより作製される。なお、この生体材料パターニング用樹脂基材100Aは、架橋領域Rc1が窪まず未架橋領域Rn1と同一平面上に存在すること以外、第1実施形態に係る生体材料パターニング用樹脂基材100と同一である。このような生体材料パターニング用樹脂基材100Aは、第1実施形態で例示された比較的柔軟性に乏しい骨格を高分子主鎖として採用することにより実現することができる。このため、ここでは、光架橋性高分子およびその製造方法ならびに生体材料パターニング用樹脂基材100Aの製造方法の説明を省略する。なお、本実施形態においても第1実施形態の変形例を適用することは可能である。
以下、実施例を示して本発明の実施の形態をより詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
シンナモイル基を含むモノマーであるケイ皮酸ビニル(VCi)と、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を含むマクロモノマー(PDMS macromonomer)とを共重合して光架橋性高分子であるグラフト共重合体(PVCi-g-PDMS)を合成した。
Sを合成した(以下の化学式参照)。
PVCi-g-PDMSが10質量%になるようにPVCi-g-PDMSをベンゼンに溶解させ、そのPVCi-g-PDMSベンゼン溶液を3000rpmの回転速度で10分間、シリコンウエハ上にスピンキャストすることによってPVCi-g-PDMSフィルムを調製した。
先ず、細胞パターニング用樹脂基材をPBSで十分に洗浄した後、その細胞パターニング用樹脂基材を6ウェル細胞用プレートにひいた。次いで、各ウェルをイーグルMEM培地(E:MEM)で3回洗浄して余分なゴミや菌を取り除いた。続いて、マウス繊維芽細胞(L929)の細胞懸濁液を各ウェル内に約5mLずつ分注した後(1×105cells/well)、そのマウス繊維芽細胞(L929)を37℃で5%CO2のインキュベーター内で3日間あるいは7日間、培養した。培養完了後、各ウェルをE−MEMで2回、PBSで1回洗浄してから位相差顕微鏡で細胞の様子を観察した。その結果を図7および図8に示す。先ず、270nmのUV照射フィルム表面で細胞培養したときの7日目の顕微鏡写真(図7参照)から、2時間UV照射した表面では僅かに細胞パターンを確認することができ、さらに4時間UV照射した表面ではシートメッシュのパターンに対応した細胞パターンを確認することができた。メッシュ状のフォトマスクを用いて光照射しているため、写真から光照射されて表面が凹んでいる部分に細胞が選択的に分布していることがわかる。
Pn0,Pn1 パターン
Rc0,Rc1 架橋領域
Rn0,Rn1 未架橋領域
Claims (1)
- シンナモイル基を有するポリジメチルシロキサンから成り、(a)第1架橋領域、(b)前記第1架橋領域における架橋度と異なる架橋度を有する第2架橋領域および(c)未架橋領域のうち、前記未架橋領域を含む少なくとも2種の領域によりパターンが形成される基材を準備する準備工程と、
前記架橋領域に細胞が付着された後に前記未架橋領域に細胞が付着される付着工程と、
前記付着工程後に(a)前記架橋領域の架橋度を部分的に変化させる加工および(b)前記未架橋領域を部分的に架橋させる加工の少なくとも一方の加工を行う加工工程と
を備える、生体材料パターニング材の製造方法。
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