JP6646298B2 - Method of manufacturing rope-like structure - Google Patents
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Description
本発明は、ロープ状構造体の製造方法に関し、詳しくは、第１流体中に第２流体を吐出することにより第２流体によるロープ状の折りたたみ構造体またはロープ状の螺旋構造体を製造するロープ状構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a rope-shaped structure, and more particularly, to a rope for manufacturing a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure with a second fluid by discharging a second fluid into a first fluid. The present invention relates to a method for manufacturing a flaky structure.
従来、この種の技術としては、アルギン酸ゲルによるマイクロゲルファイバをコイル状にしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、マイクロゲルファイバを直径１ｍｍのガラス管に巻き取った後にガラス管から外すことにより、マイクロゲルファイバによる螺旋構造体を形成する。 Conventionally, as this kind of technology, a technology in which a microgel fiber made of alginate gel is formed into a coil shape has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this technique, a microgel fiber is wound around a glass tube having a diameter of 1 mm and then removed from the glass tube, thereby forming a spiral structure using the microgel fiber.
しかしながら、上述の技術では、マイクロゲルファイバをガラス管に巻き取ったり、巻き取ったマイクロゲルファイバをガラス管から外す作業が必要となるため、螺旋構造のマイクロゲルファイバの製造に多くの工程を要する。また、ガラス管に巻き取るため、螺旋の直径が小さな螺旋構造のマイクロゲルファイバを製造するのは困難なものとなる。 However, in the above-described technique, since it is necessary to wind the microgel fiber into a glass tube or to remove the wound microgel fiber from the glass tube, many steps are required to manufacture a microgel fiber having a helical structure. . In addition, since the microgel fiber is wound around a glass tube, it is difficult to produce a microgel fiber having a spiral structure with a small spiral diameter.
本発明のロープ状構造体の製造方法は、マイクロサイズのロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を簡易に製造することを主目的とする。 A method of manufacturing a rope-shaped structure according to the present invention mainly aims at easily manufacturing a micro-sized rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure.
本発明のロープ状構造体の製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The method for producing a rope-shaped structure of the present invention employs the following means in order to achieve the above-mentioned main object.
本発明のロープ状構造体の製造方法は、
第１流体を第２流体中に吐出することにより前記第１流体によるロープ状の折りたたみ構造体またはロープ状の螺旋構造体を製造するロープ状構造体の製造方法であって、
前記第１流体を所定断面流路内で吐出径が５００μｍ以下の吐出口から第１流量で吐出すると共に前記第２流体を前記所定断面流路に前記第１流体の流向と同一方向に第２流量で供給する際に、
前記第２流量に対する前記第１流量の流量比を対数軸による縦軸とすると共に前記第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフとしたときに、前記流量比と前記第２流体の粘度が右下がりの第１所定線により区分けされる２つの領域のうち前記第１所定線より右上領域に属するようにする、
ことを特徴とする。
The method for producing a rope-shaped structure of the present invention includes:
A method of manufacturing a rope-shaped structure, which manufactures a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure by the first fluid by discharging a first fluid into a second fluid,
The first fluid is discharged at a first flow rate from a discharge port having a discharge diameter of 500 μm or less in a predetermined sectional flow path, and the second fluid is discharged into the predetermined sectional flow path in the same direction as the flow direction of the first fluid. When supplying at a flow rate,
When a flow rate ratio of the first flow rate to the second flow rate is a vertical axis on a logarithmic axis, and the viscosity of the second fluid is a horizontal axis on a real axis that decreases to the right, the flow rate ratio is expressed as a semilogarithmic graph. And that the viscosity of the second fluid belongs to the upper right region of the first predetermined line among the two regions divided by the first predetermined line falling to the right,
It is characterized by the following.
この本発明のロープ状構造体の製造方法では、第２流体を所定断面流路に第２流量で供給し、第１流体を所定断面流路内で吐出径が５００μｍ以下の吐出口から第２流体の流向と同一方向に第１流量で吐出する。このとき、第２流量に対する第１流量の流量比（第１流量／第２流量）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸（正の値の範囲）による横軸とした片対数グラフにおいて、流量比と第２流体の粘度が右下がりの第１所定線により区分けされる２つの領域のうち第１所定線より右上領域に属するようにする。すると、第１流体は、第２流体中でロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体となる。したがって、流量比と第２流体の粘度とを調整して第１流体を第２流体中に吐出するだけでロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。ここで、「折りたたみ構造」としては、同一平面内で略一定の幅でつづら折り状に折れ曲がっている構造を意味している。 In the method of manufacturing a rope-shaped structure according to the present invention, the second fluid is supplied to the predetermined cross-sectional flow path at the second flow rate, and the first fluid is discharged from the discharge port having a discharge diameter of 500 μm or less in the predetermined cross-sectional flow path. The liquid is discharged at the first flow rate in the same direction as the flow direction of the fluid. At this time, the flow ratio of the first flow rate to the second flow rate (first flow rate / second flow rate) is defined as a vertical axis on a logarithmic axis, and the viscosity of the second fluid decreases to the right in a real number axis (range of positive values). In the semilogarithmic graph on the horizontal axis, the flow ratio and the viscosity of the second fluid belong to the upper right region of the first predetermined line among the two regions separated by the first predetermined line falling to the right. Then, the first fluid becomes a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure in the second fluid. Therefore, a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure can be manufactured only by adjusting the flow ratio and the viscosity of the second fluid to discharge the first fluid into the second fluid. Here, the “folded structure” means a structure that is bent in a zigzag manner with a substantially constant width in the same plane.
こうした本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第１所定線は、前記流量比と前記第２流体の粘度とを変更して前記第１流体を前記第２流体中に吐出したときにロープ状の直線構造体が形成されるかロープ状の折りたたみ構造体が形成されるかの境界線として用いられる線であるものとすることもできる。こうすれば、ロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。 In such a method of manufacturing a rope-shaped structure according to the present invention, the first predetermined line is formed when the first fluid is discharged into the second fluid by changing the flow rate ratio and the viscosity of the second fluid. It may be a line used as a boundary line between whether a rope-shaped linear structure is formed or a rope-shaped folded structure is formed. In this case, a rope-shaped folding structure or a rope-shaped spiral structure can be manufactured.
また、本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記片対数グラフにおいて、前記流量比と前記第２流体の粘度が前記第１所定線より右上の領域で右下がりの第２所定線により区分けされる２つの領域のうち前記第２所定線より右上領域に属するようにするものとしてもよい。この場合、前記第２所定線は、前記流量比と前記第２流体の粘度とを変更して前記第２流体に前記第２流体を吐出したときにロープ状の折りたたみ構造体が形成されるかロープ状の螺旋構造体が形成されるかの境界線として用いられる線であるものとすることもできる。こうすれば、ロープ状の螺旋構造体を製造することができる。 Further, in the method for manufacturing a rope-shaped structure according to the present invention, in the semilogarithmic graph, the flow rate ratio and the viscosity of the second fluid are separated by a second predetermined line that is lower right in an upper right region than the first predetermined line. Of the two regions to be performed, the region may belong to an upper right region from the second predetermined line. In this case, when the second predetermined line changes the flow rate ratio and the viscosity of the second fluid and discharges the second fluid to the second fluid, a rope-shaped folded structure is formed. It may be a line that is used as a boundary line when a rope-shaped spiral structure is formed. In this case, a rope-shaped spiral structure can be manufactured.
本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第１流体はアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムを含む溶液であり、前記第２流体は塩化カルシウムとポリエチレングリコールとを含む溶液であるものとすることもできる。アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムは反応によりアルギン酸カルシウムハイドロゲルとなるから、アルギン酸カルシウムハイドロゲルによるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。ここで、クエン酸ナトリウムは、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応を遅くするために用いられている。また、ポリエチレングリコールは、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応を遅くするためと、第２流体の粘度調整のために用いられている。なお、第２流体の粘度調節としては、第２流体におけるポリエチレングリコールの組成比が大きくなるほど粘度が大きくなることに基づいている。なお、得られたアルギン酸カルシウムハイドロゲルによるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体に細胞を付着させて培養すれば、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を得ることができる。 In the method for producing a rope-shaped structure according to the present invention, the first fluid may be a solution containing sodium alginate and sodium citrate, and the second fluid may be a solution containing calcium chloride and polyethylene glycol. it can. Since sodium alginate and calcium chloride react to form a calcium alginate hydrogel, a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure made of the calcium alginate hydrogel can be produced. Here, sodium citrate is used to slow down the reaction between sodium alginate and calcium chloride. In addition, polyethylene glycol is used for slowing down the reaction between sodium alginate and calcium chloride and for adjusting the viscosity of the second fluid. The viscosity of the second fluid is adjusted based on the fact that the viscosity increases as the composition ratio of polyethylene glycol in the second fluid increases. In addition, if cells are attached to the obtained rope-shaped folded structure or the rope-shaped spiral structure made of the calcium alginate hydrogel and cultured, the rope-shaped folded structure or the rope-shaped spiral structure made of the cell tissue can be obtained. Can be obtained.
このアルギン酸カルシウムハイドロゲルによるロープ状構造体を製造する態様の本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第１流体は、所定の第１溶液をアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムとを含む第２溶液で被覆した状態として吐出される流体であるものとしてもよい。こうすれば、ロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体をコア−シェル構造により製造することができる。この場合、前記第１溶液は、細胞と該細胞を培養するための培養液とを含む溶液であるものとすることもできる。こうすれば、アルギン酸カルシウムハイドロゲルの管に細胞と培養液とが内在するロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。これを用いて細胞を培養すれば、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を得ることができる。 In the method for producing a rope-shaped structure according to the aspect of the present invention in which the rope-shaped structure is produced by using a calcium alginate hydrogel, the first fluid includes a second solution containing sodium alginate and sodium citrate as a predetermined first solution. The fluid may be discharged in a state of being covered with the solution. In this case, a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure can be manufactured with a core-shell structure. In this case, the first solution may be a solution containing cells and a culture solution for culturing the cells. This makes it possible to manufacture a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure in which cells and a culture solution are present in a tube of calcium alginate hydrogel. If cells are cultured using this, a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure made of a cell tissue can be obtained.
本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第２流体中に形成された前記第１流体によるロープ状の構造体を前記第２流体と共に第３流体中に吐出することによりロープ状構造体を製造するものとすることもできる。こうすれば、第３流体中にロープ状の構造体、即ち、ロープ状の折りたたみ構造体またはロープ状の螺旋構造体あるいはロープ状の螺旋構造体による螺旋構造体を製造することができる。 In the method of manufacturing a rope-shaped structure according to the present invention, the rope-shaped structure is discharged by discharging the rope-shaped structure formed by the first fluid in the second fluid together with the second fluid into the third fluid. Can be manufactured. In this case, a rope-shaped structure, that is, a rope-shaped folded structure, a rope-shaped spiral structure, or a spiral structure formed by a rope-shaped spiral structure can be manufactured in the third fluid.
この第２流体中に形成された第１流体によるロープ状の構造体を第２流体と共に第３流体中に吐出する態様の本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体が形成されている状態で前記第３流体に吐出する際に、前記第３流体の前記第１流体の流向と同一方向の流量を調節することにより前記ロープ状の螺旋構造体のピッチを調整するものとすることもできる。この場合、第３流体の流量が大きいほどピッチも大きくなる。こうすれば、ロープ状の螺旋構造体のピッチを自在に調節することができる。 In the method for manufacturing a rope-like structure according to the aspect of the present invention, in which the rope-like structure formed of the first fluid formed in the second fluid is discharged into the third fluid together with the second fluid, When discharging to the third fluid in a state where the rope-shaped helical structure is formed by the first fluid, the flow rate of the third fluid in the same direction as the flow direction of the first fluid is adjusted. The pitch of the rope-shaped spiral structure may be adjusted. In this case, the pitch increases as the flow rate of the third fluid increases. In this case, the pitch of the rope-shaped spiral structure can be freely adjusted.
また、第２流体中に形成された第１流体によるロープ状の構造体を第２流体と共に第３流体中に吐出する態様の本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の直線構造体が形成されている状態で前記第３流体中に吐出することにより、前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体とするものとすることもできる。こうすれば、第２流体中ではロープ状の直線構造体を第３流体中でロープ状の螺旋構造体とすることができる。 Further, in the method for manufacturing a rope-like structure according to the present invention, the rope-like structure formed by the first fluid formed in the second fluid is discharged together with the second fluid into the third fluid. By discharging the rope into the third fluid in a state where the rope-shaped linear structure is formed by the first fluid, a rope-shaped spiral structure can be formed by the first fluid. In this case, the rope-shaped linear structure can be made into the rope-shaped spiral structure in the third fluid in the second fluid.
さらに、第２流体中に形成された第１流体によるロープ状の構造体を第２流体と共に第３流体中に吐出する態様の本発明のロープ状構造体の製造方法において、前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体が形成されている状態で前記第３流体中に吐出することにより、前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体の更なる螺旋構造体とするものとすることもできる。こうすれば、ロープ状の螺旋構造体による螺旋構造体を得ることができる。 Further, in the method of manufacturing a rope-like structure according to the present invention, the rope-like structure formed of the first fluid formed in the second fluid is discharged into the third fluid together with the second fluid. And forming a further spiral structure of the rope-like spiral structure of the first fluid by discharging into the third fluid in a state where the rope-like spiral structure of the first fluid is formed. It can also be. This makes it possible to obtain a spiral structure having a rope-shaped spiral structure.
次に、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施形態としてのロープ状構造体の製造方法の一例を示す工程図である。実施形態のロープ状構造体の製造方法は、まず、ロープ状の構造体を形成する第１流体の吐出口の直径や第２流体の流路断面を決定する（工程Ｓ１００）。第１流体の吐出口や第２流体の流路の一例を図２および図３に示す。図３は、図２のＢ−Ｂ面における断面図である。図示するように、第２流体の流路は、一辺が長さＷの正方形断面の管として形成されており、第１流体の吐出口は、流路の中央に直径ｄ（５００μｍ以下）の円形断面として形成されている。なお、第２流体の流路は、一辺が長さＷの正方形断面の管である必要はなく、第１流体の吐出口の断面に比して充分に大きいものであればよいから、直径がＷの円形断面の管や、長径がＷの楕円断面の管、長さがＷ１，Ｗ２の長方形断面、一辺が長さＷの三角形断面などの種々の断面形状としてもよい。また、第１流体の吐出口は、直径ｄの円形断面である必要はなく第２流体の断面に比して充分に小さいものであればよいから、長径ｄの楕円断面や、一辺が長さｄの正方形断面、長さがｄ１，ｄ２の長方形断面、一辺がｄの三角形断面、星形断面などの種々の断面形状としてもよい。また、第１流体の吐出口は、第２流体の流路の中央に配置される必要はなく、第２流体の流路の中央から偏心した位置に配置されるものとしても構わない。 Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described. FIG. 1 is a process chart showing an example of a method for manufacturing a rope-shaped structure according to an embodiment of the present invention. In the method of manufacturing the rope-shaped structure according to the embodiment, first, the diameter of the discharge port of the first fluid and the cross section of the flow path of the second fluid that form the rope-shaped structure are determined (Step S100). FIGS. 2 and 3 show an example of the discharge port of the first fluid and the flow path of the second fluid. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. As shown in the drawing, the flow path of the second fluid is formed as a tube having a square cross section with one side having a length W, and the discharge port of the first fluid has a circular shape having a diameter d (500 μm or less) at the center of the flow path. It is formed as a cross section. Note that the flow path of the second fluid does not need to be a tube having a square section with a length W on one side, and may have a diameter sufficiently large as compared with the cross section of the discharge port of the first fluid. Various cross-sectional shapes such as a W circular cross-section tube, an elliptical cross-section tube having a long diameter of W, a rectangular cross-section having lengths of W1 and W2, and a triangular cross-section having a side length of W may be used. In addition, the discharge port of the first fluid does not need to have a circular cross section having a diameter d, and may be sufficiently small as compared with the cross section of the second fluid. Various cross-sectional shapes such as a square cross section of d, a rectangular cross section of length d1 and d2, a triangular cross section of d on one side, and a star cross section may be used. Further, the discharge port of the first fluid does not need to be arranged at the center of the flow path of the second fluid, and may be arranged at a position eccentric from the center of the flow path of the second fluid.
次に、ロープ状の構造体の形状を設定する（工程Ｓ１１０）。ロープ状の構造体としては、直線（straight）、折りたたみ（folding）、コイル（coilling）のうちから設定する。図４にロープ状の構造体の一例を示す。図４（ａ１），（ａ２）は直線（straight）のロープ状構造体を示し、図４（ｂ１），（ｂ２）は折りたたみ（folding）のロープ状構造体を示し、図４（ｃ１），（ｃ２）はコイル（coilling）のロープ状構造体を示す。図４の左側の（ａ１），（ｂ１），（ｃ１）は模式図であり、右の（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）は、第１流体としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用いると共に第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用いたときに形成された直線（straight）、折りたたみ（folding）、コイル（coilling）のロープ状構造体の写真である。図としては、写真だけでもよいが、写真の視認性が低いため、模式図を並記した。 Next, the shape of the rope-shaped structure is set (step S110). The rope-shaped structure is set from a straight line, a folding, and a coil. FIG. 4 shows an example of a rope-shaped structure. 4 (a1) and 4 (a2) show a straight rope-like structure, and FIGS. 4 (b1) and 4 (b2) show a folding rope-like structure. (C2) shows a rope-shaped structure of a coil (coilling). (A1), (b1), and (c1) on the left side of FIG. 4 are schematic diagrams, and (a2), (b2), and (c2) on the right show an aqueous solution of sodium alginate and sodium citrate as the first fluid. FIG. 4 is a photograph of a straight, folded, coiled rope-like structure formed when an aqueous solution of calcium chloride and polyethylene glycol is used as the second fluid. As a figure, a photograph alone may be used, but a schematic diagram is shown because the visibility of the photograph is low.
ロープ状の構造体の形状を設定すると、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比としての流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度とロープ状の構造体の形状との関係を示すマップ（以下、「流量比粘度形状設定用マップ」という。）から、第１流体の流量Ｑ１，第２流体の流量Ｑ２，第２流体の粘度を設定する（工程Ｓ１２０）。流量比粘度形状設定用マップの一例を図５に示す。流量比粘度形状設定用マップは、図示するように、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフが用いられている。そして、右下がりの第１所定線Ｌ１および第２所定線Ｌ２により３つの領域が区分けされており、３つの領域のうち第１所定線Ｌ１より左下の領域が直線（straight）の領域、第１所定線Ｌ１より右上で第２所定線Ｌ２より左下の領域が折りたたみ（folding）の領域、第２所定線Ｌ２より右上の領域がコイル（coilling）の領域である。こうした流量比粘度形状設定用マップは、設定した第１流体の吐出口の直径および第２流体の流路断面を用いて第１流体に対して流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度を変化させて得られるロープ状の構造体の形状を片対数グラフにマッピングし、直線（straight）と折りたたみ（folding）との境界線を第１所定線Ｌ１として設定すると共に折りたたみ（folding）とコイル（coilling）との境界線を第２所定線Ｌ２として設定することにより作製することができる。図６に、流量比粘度形状設定用マップの作製の様子の一例を示す。図６の流量比粘度形状設定用マップは、第１流体としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用いると共に第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用い、第１流体の吐出口の直径ｄは８８μｍ、第２流体の流路断面は一辺Ｗ＝１ｍｍの正方形断面を用いた。第２流体の粘度の調整は、ポリエチレングリコールの濃度を変化させることにより行なった。図６中、黒四角印はロープ状構造体の形状が直線（straight）であったことを示し、三角印はロープ状構造体の形状が折りたたみ（folding）であったことを示し、黒丸印はロープ状構造体の形状がコイル（coilling）であったことを示す。図示するように、黒四角印の直線（straight）と三角印の折りたたみ（folding）との境界線として第１所定線Ｌ１を設定することができ、三角印の折りたたみ（folding）と黒丸印のコイル（coilling）との境界線として第２所定線Ｌ２を設定することができる。第２流体の粘度を一定とし、流量比（Ｑ１／Ｑ２）を変化させたときのロープ状構造体の形状を図７および図８に示す。図７は写真であり、図８は図７の写真にロープ状構造体を線として示したものである。図示するように、流量比（Ｑ１／Ｑ２）が大きくなるにしたがって、ロープ状構造体の形状は、直線（straight）から折りたたみ（folding）に、折りたたみ（folding）からコイル（coilling）に変化するのが解る。 When the shape of the rope-shaped structure is set, a flow ratio (Q1 / Q2) as a ratio of the flow rate Q1 of the first fluid to the flow rate Q2 of the second fluid, the viscosity of the second fluid, the shape of the rope-shaped structure, (Hereinafter referred to as “flow rate specific viscosity shape setting map”), the flow rate Q1 of the first fluid, the flow rate Q2 of the second fluid, and the viscosity of the second fluid are set (step S120). FIG. 5 shows an example of the flow rate specific viscosity shape setting map. As shown in the figure, the flow rate specific viscosity shape setting map sets the flow rate ratio (Q1 / Q2) of the flow rate Q1 of the first fluid to the flow rate Q2 of the second fluid as a vertical axis on a logarithmic axis, and also sets the viscosity of the second fluid. A semilogarithmic graph with a horizontal axis based on a real axis that decreases to the right is used. Then, three regions are divided by a first predetermined line L1 and a second predetermined line L2 that are lower right, and a region below and to the left of the first predetermined line L1 is a straight region and a first region. An area on the upper right of the predetermined line L1 and on the lower left of the second predetermined line L2 is a folding area, and an area on the upper right of the second predetermined line L2 is a coil area. The flow rate ratio viscosity shape setting map uses the set diameter of the discharge port of the first fluid and the flow path cross section of the second fluid to determine the flow rate ratio (Q1 / Q2) and the viscosity of the second fluid with respect to the first fluid. Is mapped to a semilogarithmic graph, the boundary between a straight line and a folding is set as a first predetermined line L1, and the folding and the coil are set. It can be manufactured by setting a boundary line with (coilling) as the second predetermined line L2. FIG. 6 shows an example of how to create a flow rate specific viscosity shape setting map. The flow rate specific viscosity shape setting map of FIG. 6 uses an aqueous solution of sodium alginate and sodium citrate as the first fluid, uses an aqueous solution of calcium chloride and polyethylene glycol as the second fluid, and has a diameter d of the discharge port of the first fluid. Used was a square cross section having a side of W = 1 mm. The viscosity of the second fluid was adjusted by changing the concentration of polyethylene glycol. In FIG. 6, black squares indicate that the shape of the rope-like structure was straight, triangles indicate that the shape of the rope-like structure was folding, and black circles indicate that the shape of the rope-like structure was folding. It shows that the shape of the rope-like structure was coiling. As shown, a first predetermined line L1 can be set as a boundary between a straight line (straight) indicated by a black square and a folding (folding) indicated by a triangle. (Coilling), a second predetermined line L2 can be set as a boundary line. FIGS. 7 and 8 show the shape of the rope-shaped structure when the viscosity of the second fluid is kept constant and the flow rate ratio (Q1 / Q2) is changed. FIG. 7 is a photograph, and FIG. 8 shows the rope-like structure as a line in the photograph of FIG. As shown in the figure, as the flow ratio (Q1 / Q2) increases, the shape of the rope-shaped structure changes from a straight line (fold) to a folding (folding) and from a folding (coiling) to a coil (coilling). I understand.
流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度とを設定すると、第１流体を調製すると共に設定した粘度となるように第２流体を調製し（工程Ｓ１３０）、決定した流路断面の流路に第２流体を流量Ｑ２となるように供給すると共に決定した吐出口の直径の吐出口から第１流体を流量Ｑ１となるように吐出して（工程Ｓ１４０）、設定した形状のロープ状構造体の製造を完了する。 When the flow rate ratio (Q1 / Q2) and the viscosity of the second fluid are set, the first fluid is prepared and the second fluid is prepared so as to have the set viscosity (step S130). The second fluid is supplied to the passage so as to have the flow rate Q2, and the first fluid is discharged from the discharge port having the determined discharge port diameter so as to have the flow rate Q1 (step S140), and the rope-shaped structure having the set shape is formed. Complete body production.
上述した流量比粘度形状設定用マップの作製の際に以下の知見が得られた。これらの知見はロープ状の構造体を製造する際に参考となる。図９は、ロープ状の構造体の寸法を説明する説明図である。図９に示すように、第１流体の吐出口の直径をｄ、ロープの直径をＴ１、コイル径（折り返し径）をＡ、コイルのピッチをｐ、第２流体の正方形の流路断面の一辺の長さをＷとした。図１０および図１１では、第２流体の正方形の流路断面の一辺の長さＷは１ｍｍであり、第１流体の吐出口の直径ｄは８８μｍである。また、第１流体としてはアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液を用い、第２流体としてはポリエチレングリコールが１００ｇ／Ｌの水溶液を用いた。図１０は、直線（straight），折りたたみ（folding），コイル（coilling）のロープ状構造体におけるロープの直径Ｔ１と吐出口からの距離との関係を示すグラフであり、図１１は、折りたたみ（folding），コイル（coilling）のロープ状構造体におけるコイル径（折り返し径）Ａと吐出口からの距離との関係を示すグラフである。図中、黒ダイヤ印は、第１流体の流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎで第２流体の流量Ｑ２を５０μＬ／ｍｉｎとして得られたロープ状構造体が圧縮されたコイル（coilling）（例えば、図７および図８のｇ，ｈの状態）であることを示し、黒四角印は、第１流体の流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎで第２流体の流量Ｑ２を１００μＬ／ｍｉｎとして得られたロープ状構造体が圧縮されていないコイル（coilling）（例えば、図７および図８のｆの状態）であることを示す。また、丸印は、第１流体の流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎで第２流体の流量Ｑ２を２００μＬ／ｍｉｎとして得られたロープ状構造体が折りたたみ（folding）（例えば、図７および図８のｄ，ｅの状態）であることを示し、三角印は、第１流体の流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎで第２流体の流量Ｑ２を１０００μＬ／ｍｉｎとして得られたロープ状構造体が直線（straight）（例えば、図７および図８のａ，ｂの状態）であることを示す。黒ダイヤ印の圧縮されたコイル（coilling）は、第１流体の吐出口からの距離が大きくなるにしたがってコイル径Ａが大きくなり、これにしたがってロープの直径Ｔ１は小さくなる。黒四角印の圧縮されていないコイル（coilling）や丸印の折りたたみ（folding）では、第１流体の吐出口からの距離が１０００μｍ以上では、コイル径（折り返し径）Ａがほぼ一定となり、ロープの直径Ｔ１もほぼ一定となる。 The following findings were obtained when preparing the flow rate specific viscosity shape setting map described above. These findings will be helpful when manufacturing a rope-shaped structure. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the dimensions of the rope-shaped structure. As shown in FIG. 9, the diameter of the outlet of the first fluid is d, the diameter of the rope is T1, the diameter of the coil (turning diameter) is A, the pitch of the coil is p, and one side of the square cross section of the second fluid. Was set to W. In FIGS. 10 and 11, the length W of one side of the square cross section of the second fluid is 1 mm, and the diameter d of the discharge port of the first fluid is 88 μm. In addition, an aqueous solution containing 4 wt% of sodium alginate and 200 mM of sodium citrate was used as the first fluid, and an aqueous solution containing 100 g / L of polyethylene glycol was used as the second fluid. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the rope diameter T1 and the distance from the outlet in the rope-shaped structure of straight, folding, and coiling, and FIG. 11 is the folding. 4) is a graph showing a relationship between a coil diameter (turning diameter) A and a distance from a discharge port in a coil-shaped rope-shaped structure. In the figure, black diamond marks indicate a coiled coil (coilling) obtained by setting the flow rate Q1 of the first fluid at 10 μL / min and the flow rate Q2 of the second fluid at 50 μL / min (for example, FIG. 7). And the black square marks indicate the rope-shaped structure obtained by setting the flow rate Q1 of the first fluid to 10 μL / min and the flow rate Q2 of the second fluid to 100 μL / min. Is an uncompressed coil (for example, the state of f in FIGS. 7 and 8). The circles indicate that the rope-shaped structure obtained when the flow rate Q1 of the first fluid is 10 μL / min and the flow rate Q2 of the second fluid is 200 μL / min (for example, d in FIGS. 7 and 8). , E), and the triangle mark indicates that the rope-shaped structure obtained by setting the flow rate Q1 of the first fluid to 10 μL / min and the flow rate Q2 of the second fluid to 1000 μL / min is a straight line (straight line). For example, FIG. 7 and FIG. 8 show states (a and b). The coil diameter of the compressed coil (coilling) marked with a black diamond increases as the distance from the discharge outlet of the first fluid increases, and accordingly, the diameter T1 of the rope decreases. In the uncompressed coil (coilling) and the circle (folding) indicated by a black square, the coil diameter (turned diameter) A becomes substantially constant when the distance from the discharge port of the first fluid is 1000 μm or more, and The diameter T1 is also substantially constant.
図１２は、第１流体の吐出径ｄに対するコイルのピッチｐの比（ｐ／ｄ）と流量比（Ｑ１／Ｑ２）との関係を示すグラフである。図中、黒ダイヤ印は、吐出径ｄが８８μｍ、第１流体がアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液、第２流体がポリエチレングリコールが１００ｇ／Ｌの水溶液としたものである。四角印は、吐出径ｄが８８μｍ、第１流体はアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液、第２流体はポリエチレングリコールが１５０ｇ／Ｌの水溶液としたものである。丸印は、吐出径ｄが５６μｍ、第１流体はアルギン酸ナトリウムが５ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液、第２流体はポリエチレングリコールが１００ｇ／Ｌの水溶液としたものである。黒丸印は、吐出径ｄが３３μｍ、第１流体はアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸ナトリウムが２００ｍＭの水溶液、第２流体はポリエチレングリコールが１００ｇ／Ｌの水溶液としたものである。図示するように、吐出径ｄに拘わらず、吐出径ｄに対するピッチｐの比（ｐ／ｄ）は、流量比（Ｑ１／Ｑ２）が大きくなるにしたがって小さくなる。 FIG. 12 is a graph showing the relationship between the ratio (p / d) of the coil pitch p to the discharge diameter d of the first fluid and the flow rate ratio (Q1 / Q2). In the figure, black diamond marks indicate that the discharge diameter d is 88 μm, the first fluid is an aqueous solution of 4 wt% of sodium alginate and 200 mM of sodium citrate, and the second fluid is an aqueous solution of 100 g / L of polyethylene glycol. The square marks indicate an ejection diameter d of 88 μm, the first fluid was an aqueous solution of 4 wt% of sodium alginate and 200 mM of sodium citrate, and the second fluid was an aqueous solution of polyethylene glycol at 150 g / L. The circles indicate an ejection diameter d of 56 μm, the first fluid was an aqueous solution of 5 wt% of sodium alginate and 200 mM of sodium citrate, and the second fluid was an aqueous solution of 100 g / L of polyethylene glycol. The black circles indicate an ejection diameter d of 33 μm, the first fluid was an aqueous solution of 4 wt% of sodium alginate and 200 mM of sodium citrate, and the second fluid was an aqueous solution of 100 g / L of polyethylene glycol. As shown in the figure, regardless of the discharge diameter d, the ratio (p / d) of the pitch p to the discharge diameter d decreases as the flow rate ratio (Q1 / Q2) increases.
以上説明した実施形態のロープ状構造体の製造方法によれば、第１流体の吐出口の直径ｄと第２流体の流路断面とを決定し、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比である流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフとして作製した流量比粘度形状設定用マップの右下がりの第１所定線Ｌ１により区分けされる領域のうち右上領域の流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度を求め、求めた粘度に調整された第２流体を流量Ｑ２として供給している流路に第１流体を流量Ｑ１で決定した吐出口から吐出することにより、第１流体によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。即ち、決定した流路に粘度調整した第２流体を流量Ｑ２で供給し、この流路の中央の吐出口から第１流体を流量Ｑ１で吐出するだけマイクロサイズのロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を容易に製造することができるのである。しかも、流量比粘度形状設定用マップの右下がりの第２所定線Ｌ２により区分けされる領域のうち右上領域の流量比（Ｑ１／Ｑ２）と第２流体の粘度とすれば、第１流体によるロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。 According to the method of manufacturing the rope-shaped structure of the embodiment described above, the diameter d of the discharge port of the first fluid and the cross section of the flow path of the second fluid are determined, and the flow rate Q2 of the first fluid relative to the flow rate Q2 of the second fluid is determined. The flow rate ratio viscosity shape setting prepared as a semi-logarithmic graph in which the flow rate ratio (Q1 / Q2), which is the ratio of the flow rate Q1, is set as the vertical axis on the logarithmic axis and the viscosity of the second fluid is reduced to the right as the horizontal axis on the real axis The flow rate ratio (Q1 / Q2) in the upper right area and the viscosity of the second fluid in the area divided by the first predetermined line L1 that is lower right in the map for use are determined, and the second fluid adjusted to the determined viscosity is subjected to the flow rate Q2. The first fluid is discharged from the discharge port determined by the flow rate Q1 into the flow path that is supplied as the first fluid, so that a rope-shaped folding structure or a rope-shaped coil (coilling) structure is formed by the first fluid. Can be manufactured. That is, the second fluid whose viscosity has been adjusted is supplied at a flow rate Q2 to the determined flow path, and the first fluid is discharged at a flow rate Q1 from a discharge port at the center of the flow path. The structure and the structure of a rope-shaped coil (coilling) can be easily manufactured. Moreover, if the flow rate ratio (Q1 / Q2) in the upper right area and the viscosity of the second fluid are defined as the flow rate ratio (Q1 / Q2) in the area divided by the lower right second predetermined line L2 in the flow rate specific viscosity shape setting map, the rope by the first fluid is used. A coiled structure can be manufactured.
実施形態のロープ状構造体の製造方法では、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比である流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフにおいて右下がりの第１所定線Ｌ１や第２所定線Ｌ２を設定した流量比粘度形状設定用マップを用いるものとしたが、片対数グラフに変換したときに右下がりの第１所定線Ｌ１や第２所定線Ｌ２となればよいから、流量比（Ｑ１／Ｑ２）を実数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸としたグラフにおいて第１所定線や第２所定線を設定したマップや、流量比（Ｑ１／Ｑ２）を実数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに大きくなる実数軸による横軸としたグラフにおいて第１所定線や第２所定線を設定したマップなどを用いるものとしても構わない。 In the method of manufacturing the rope-shaped structure according to the embodiment, the flow ratio (Q1 / Q2), which is the ratio of the flow rate Q1 of the first fluid to the flow rate Q2 of the second fluid, is set as the vertical axis on a logarithmic axis, and the viscosity of the second fluid is adjusted. In the semilogarithmic graph in which the horizontal axis is represented by a real number axis that decreases to the right, a flow rate specific viscosity shape setting map in which the first predetermined line L1 and the second predetermined line L2 are set to the lower right is used, but the semilogarithmic graph is used. It is sufficient that the first predetermined line L1 and the second predetermined line L2 decrease to the right when converted to the following formula. Therefore, the flow rate ratio (Q1 / Q2) is set to the vertical axis based on the real number axis, and the viscosity of the second fluid is reduced to the right. A map in which a first predetermined line and a second predetermined line are set in a graph having a horizontal axis based on a real axis, a flow rate ratio (Q1 / Q2) is set as a vertical axis based on a real axis, and the viscosity of the second fluid is increased to the right. Horizontal axis with real axis It may be as using maps and setting the first predetermined line or the second predetermined line in graph.
実施形態のロープ状構造体の製造方法では、第２流体の流量Ｑ２に対する第１流体の流量Ｑ１の比である流量比（Ｑ１／Ｑ２）を対数軸による縦軸とすると共に第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフにおいて右下がりの第１所定線Ｌ１や第２所定線Ｌ２を設定した流量比粘度形状設定用マップを用いるものとしたが、流量比（Ｑ１／Ｑ２）に代えて流速比（Ｖ１／Ｖ２）を用いるものとしてもよい。この場合、第１流体の流速Ｖ１については流量Ｑ１／吐出口の断面積として計算し、第２流体の流速Ｖ２については流量Ｑ２／第２流体の流路断面積（Ｗ×Ｗ−吐出口の断面積）として計算すればよい。また、図６に例示するように、第２流体の粘度に代えて第２流体の粘度を調整可能な成分の第２流体における濃度を用いるものとしてもよい。 In the method of manufacturing the rope-shaped structure according to the embodiment, the flow ratio (Q1 / Q2), which is the ratio of the flow rate Q1 of the first fluid to the flow rate Q2 of the second fluid, is set as the vertical axis on a logarithmic axis, and the viscosity of the second fluid is adjusted. In the semi-logarithmic graph in which the horizontal axis is represented by a real number axis that decreases to the right, a flow rate specific viscosity shape setting map in which the first predetermined line L1 and the second predetermined line L2 are set to the lower right is used. The flow rate ratio (V1 / V2) may be used instead of (Q1 / Q2). In this case, the flow rate V1 of the first fluid is calculated as the flow rate Q1 / the cross-sectional area of the discharge port, and the flow rate V2 of the second fluid is calculated as the flow rate Q2 / the cross-sectional area of the flow path of the second fluid (W × W−the discharge port). (Cross-sectional area). Further, as illustrated in FIG. 6, instead of the viscosity of the second fluid, the concentration of the component capable of adjusting the viscosity of the second fluid in the second fluid may be used.
次に、実施形態のロープ状構造体の製造方法により製造されたロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体の用途の一例について説明する。第１流体としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用いると共に第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用いると、第１流体のアルギン酸ナトリウムは第２流体の塩化カルシウムと反応してアルギン酸カルシウムハイドロゲルとなる。ここで、第１流体中のクエン酸ナトリウムは、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応をロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を構成した後に生じさせるよう反応を遅らせるために用いられている。また、第２流体中のポリエチレングリコールは、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの反応をロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を構成した後に生じさせるよう反応を遅らせるために用いられていると共に、第２流体の粘度調整のために用いられている。こうした第１流体に細胞を混在させると、細胞が混在した第１流体によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。そして、この構造体を培養することにより、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。また、製造されたアルギン酸カルシウムハイドロゲルによるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体に細胞を付着させて培養することによっても、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状の螺旋構造体を製造することができる。 Next, examples of uses of the rope-shaped folding structure and the rope-shaped coil (coilling) structure manufactured by the method for manufacturing a rope-shaped structure according to the embodiment will be described. When an aqueous solution of sodium alginate and sodium citrate is used as the first fluid and an aqueous solution of calcium chloride and polyethylene glycol is used as the second fluid, the sodium alginate of the first fluid reacts with the calcium chloride of the second fluid to form a calcium alginate hydrochloride. It becomes a gel. Here, the sodium citrate in the first fluid may cause a reaction between sodium alginate and calcium chloride after forming a rope-shaped folding structure or a rope-shaped coiling structure. Used to slow down the reaction. In addition, the polyethylene glycol in the second fluid reacts so as to cause a reaction between sodium alginate and calcium chloride after forming a rope-shaped folding structure or a rope-shaped coiling structure. It is used for delaying and for adjusting the viscosity of the second fluid. When cells are mixed in such a first fluid, a rope-shaped folding structure or a rope-shaped coil (coilling) structure by the first fluid in which cells are mixed can be manufactured. Then, by culturing this structure, a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure made of a cell tissue body can be produced. In addition, by attaching cells to a rope-shaped folding structure or a coil-shaped coil (coilling) structure by the manufactured calcium alginate hydrogel and culturing the same, the rope-like structure of the cell tissue can be used. A folded structure or a rope-shaped spiral structure can be manufactured.
また、第１流体はコア−シェル構造の２つの溶液による２層構造としたり、コア−第１シェル−第２シェルの３つの溶液の３層以上の構造としてもよい。コア−シェル構造の２つの溶液による２層構造とする場合、例えば、図１３に例示する手法を用いることができる。溶液ＬＱ１を溶液ＬＱ２の中央部に吐出し、溶液ＬＱ２を溶液ＬＱ２によって管状に被覆したものとして第１流体を構成し、この第１流体を第２流体ＬＱ３の中央に吐出することにより、第１流体によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。このように、第１流体を２層構造とする場合、溶液ＬＱ１として細胞を含む培養液を用い、溶液ＬＱ２としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用い、第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用いるものとすれば、細胞を含む培養液を内側に含むアルギン酸カルシウムハイドロゲルの管によるロープ状の折りたたみ（folding）の構造体やロープ状のコイル（coilling）の構造体を製造することができる。この構造体の細胞を培養することにより、細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状のコイル構造体を製造することができる。 The first fluid may have a two-layer structure of two core-shell solutions, or may have a structure of three or more layers of three core-first shell-second solution solutions. When a two-layer structure using two solutions having a core-shell structure is used, for example, a method illustrated in FIG. 13 can be used. By discharging the solution LQ1 to the center of the solution LQ2 and forming the first fluid as the solution LQ2 covered with the solution LQ2 in a tubular shape, the first fluid is discharged to the center of the second fluid LQ3, thereby forming the first fluid. A rope-shaped folding structure or a rope-shaped coiling structure by a fluid can be manufactured. As described above, when the first fluid has a two-layer structure, a culture solution containing cells is used as the solution LQ1, an aqueous solution of sodium alginate and sodium citrate is used as the solution LQ2, and calcium chloride and polyethylene glycol are used as the second fluid. If an aqueous solution is used, it is possible to produce a rope-shaped folding structure or a rope-shaped coil (coilling) structure by a tube of calcium alginate hydrogel containing a culture medium containing cells inside. it can. By culturing the cells of this structure, a rope-shaped folded structure or a rope-shaped coil structure made of a cell tissue can be produced.
以上の説明では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液を用い、第２流体として塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液を用いるものとしたが、用途として細胞組織体によるロープ状の折りたたみ構造体やロープ状のコイル構造体を製造する場合を想定したものであるため、第１流体はアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの水溶液に限定されるものではなく、また、第２流体は塩化カルシウムとポリエチレングリコールの水溶液に限定されるものではないことは勿論である。即ち、ロープ状の折りたたみ構造体やロープ状のコイル構造体の用途によって、第１流体の組成や第２流体の組成を考慮すればよいのである。 In the above description, an aqueous solution of sodium alginate and sodium citrate was used as the first fluid, and an aqueous solution of calcium chloride and polyethylene glycol was used as the second fluid. And the first fluid is not limited to an aqueous solution of sodium alginate and sodium citrate, and the second fluid is calcium chloride and polyethylene glycol. Of course, the present invention is not limited to the aqueous solution. That is, the composition of the first fluid and the composition of the second fluid may be considered depending on the use of the rope-shaped folding structure or the rope-shaped coil structure.
次に、上述の実施形態としてのロープ状構造体の製造方法において、更なる知見が得られたので以下に記載する。図１４は、図２および図３に示した第１流体および第２流体の流路を第３流体の流路内に構成した流路の一例であり、図１５は図１４のＣ−Ｃ面における断面図である。図示するように、第３流体の流路は、一辺が長さＷ２の正方形断面の管として形成されており、その中央に一辺が長さＷの正方形断面の管として第２流体の流路が形成されており、更にその中央に直径ｄ（５００μｍ以下）の円形断面として第１流体の吐出口が形成されている。ここで、第３流体の流路は、一辺が長さＷ２の正方形断面の管である必要はなく、第２流体の流路の断面に比して充分に大きいものであればよいから、直径がＷ２の円形断面の管や、長径がＷ２の楕円断面の管、長方形断面、三角形断面などの種々の断面形状としてもよい。また、第２流体の流路は、第３流体の流路の中央に配置される必要はなく、第３流体の流路の中央から偏心した位置に配置されるものとしても構わない。なお、第２流体の流路の形状や第１流体の吐出口の位置については上述した。 Next, in the method for manufacturing a rope-shaped structure as the above-described embodiment, further findings have been obtained, and will be described below. FIG. 14 is an example of a flow path in which the flow paths of the first fluid and the second fluid shown in FIGS. 2 and 3 are included in the flow path of the third fluid, and FIG. 15 is a plane CC of FIG. FIG. As shown in the figure, the flow path of the third fluid is formed as a tube having a square section with a length W2 on one side, and the flow path of the second fluid is formed at the center thereof as a tube with a square section having a length W. A discharge port for the first fluid is formed at the center thereof as a circular cross section having a diameter d (500 μm or less). Here, the flow path of the third fluid does not need to be a tube having a square section with a length W2 on one side, and may be any pipe that is sufficiently larger than the cross section of the flow path of the second fluid. May have various cross-sectional shapes such as a tube having a circular cross section of W2, a tube having an elliptical cross section having a major axis of W2, a rectangular cross section, and a triangular cross section. Further, the flow path of the second fluid need not be disposed at the center of the flow path of the third fluid, and may be disposed at a position eccentric from the center of the flow path of the third fluid. The shape of the flow path of the second fluid and the position of the discharge port of the first fluid have been described above.
図５の流量比粘度形状設定用マップにおける第２所定線Ｌ２より右上の領域がコイル（coilling）の領域となるように第１流体と第２流体の流量Ｑ１，Ｑ２および第２流体の粘度を調整して第２流体中に第１流体のコイルを形成し、この第１流体のコイルを第２流体と共に第３流体に吐出する。この際、第１流体や第２流体の流向と同一方向の第３流体の流量Ｑを調整することによりコイルのピッチｐを調節する。第２流体の流路および第３流体の流路におけるコイルの写真を図１６に示し、第３流体の流量Ｑ３により第３流体中のコイルのピッチｐが変化する様子を図１７に示す。図１７の（ａ１），（ｂ１），（ｃ１）は説明用の模式図であり、（ａ２）,（ｂ２），（ｃ２）は（ａ１）,（ｂ１），（ｃ１）における第３流体中のコイルに対応する実際の写真である。図１７の（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）における第１流体の流量Ｑ１と第２流体の流量Ｑ２と第３流体の流量Ｑ３は、Ｑ１／Ｑ２／Ｑ３として表わすと、（ａ２）３６μＬ／６５μＬ／１３０μＬ，（ｂ２）３６μＬ／８０μＬ／１６０μＬ，（ｃ２）３６μＬ／１００μＬ／２００μＬである。このように、第３流体の流量Ｑ３を大きくすることによりコイルのピッチｐを大きくすることができる。即ち、第３流体の流量Ｑ３によりコイルのピッチｐを調節することができるのである。なお、図１７の（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）の第２流体の流量Ｑ２はこの順に大きくなっているが、第２流体の流量Ｑ２を同一としても良好な結果が得られる。なお、図１６の右下のスケールバーは１ｍｍを示しており、図１７の（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）のスケールバーは５００μｍを示している。 The flow rates Q1 and Q2 of the first fluid and the second fluid and the viscosity of the second fluid are set such that the area on the upper right side of the second predetermined line L2 in the flow rate specific viscosity shape setting map of FIG. The adjustment is performed to form a coil of the first fluid in the second fluid, and the coil of the first fluid is discharged to the third fluid together with the second fluid. At this time, the pitch p of the coil is adjusted by adjusting the flow rate Q of the third fluid in the same direction as the flow direction of the first fluid and the second fluid. FIG. 16 shows photographs of the coils in the flow path of the second fluid and the flow path of the third fluid, and FIG. 17 shows how the pitch p of the coils in the third fluid changes depending on the flow rate Q3 of the third fluid. (A1), (b1), and (c1) of FIG. 17 are schematic diagrams for explanation, and (a2), (b2), and (c2) are the third fluids in (a1), (b1), and (c1). It is an actual photograph corresponding to the coil inside. The flow rate Q1 of the first fluid, the flow rate Q2 of the second fluid, and the flow rate Q3 of the third fluid in (a2), (b2), and (c2) of FIG. 17 are expressed as Q1 / Q2 / Q3, and (a2) 36 μL / 65 μL / 130 μL, (b2) 36 μL / 80 μL / 160 μL, and (c2) 36 μL / 100 μL / 200 μL. Thus, the coil pitch p can be increased by increasing the flow rate Q3 of the third fluid. That is, the coil pitch p can be adjusted by the flow rate Q3 of the third fluid. Although the flow rate Q2 of the second fluid in (a2), (b2), and (c2) of FIG. 17 increases in this order, good results can be obtained even if the flow rate Q2 of the second fluid is the same. The scale bar at the lower right of FIG. 16 indicates 1 mm, and the scale bars of (a2), (b2), and (c2) of FIG. 17 indicate 500 μm.
次に、第１流体によるロープ状構造体を第２流体と共に流速が値０の第３流体に吐出したときの様子について説明する。図１８は、条件を変更して第１流体によるロープ状構造体を第２流体と共に流速が値０の第３流体に吐出したときの一例を示す説明図であり、図１９は図１８の一例の各条件を示す一覧表である。図１８の（ａ）では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％の水溶液を用い、その流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎとし、第２流体としてポリエチレングリコール（製品名ＰＥＧ−１０００）が８０ｇ／Ｌの水溶液を用い、その流量Ｑ２を１５０μＬ／ｍｉｎとし、第３流体として塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）が１００ｍＭの水溶液を用いた。この条件では、ロープ状構造体は、第２流体中も第３流体中も直線（straight）となった。 Next, how the rope-shaped structure made of the first fluid is discharged together with the second fluid to the third fluid having a flow velocity of 0 will be described. FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example when the rope-like structure made of the first fluid is discharged together with the second fluid to a third fluid having a flow velocity of 0 with changing the conditions, and FIG. 19 is an example of FIG. 6 is a list showing the conditions of FIG. In FIG. 18A, an aqueous solution containing 4 wt% of sodium alginate is used as the first fluid, the flow rate Q1 is set to 10 μL / min, and an aqueous solution of polyethylene glycol (product name: PEG-1000) of 80 g / L is used as the second fluid. The flow rate Q2 was set to 150 μL / min, and an aqueous solution containing 100 mM calcium chloride (CaCl 2 ) was used as the third fluid. Under these conditions, the rope-like structure was straight in both the second and third fluids.
図１８の（ｂ）では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムが４ｗｔ％でクエン酸塩（例えばクエン酸ナトリウムなど）が２００ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ１を６μＬ／ｍｉｎとし、第２流体としてポリエチレングリコール（製品名ＰＥＧ−６０００）が８０ｇ／Ｌで塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）が２５０ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ２を１５０〜２２０μＬ／ｍｉｎとし、第３流体として超純水を用いた。この条件では、ロープ状構造体は、第２流体中も第３流体中も同一径のコイル（coilling）となった。 In FIG. 18B, an aqueous solution containing 4 wt% of sodium alginate and 200 mM of citrate (for example, sodium citrate) is used as the first fluid, the flow rate Q1 is set to 6 μL / min, and polyethylene glycol is used as the second fluid. An aqueous solution (product name: PEG-6000) of 80 g / L and calcium chloride (CaCl 2 ) of 250 mM was used, the flow rate Q2 was 150 to 220 μL / min, and ultrapure water was used as the third fluid. Under this condition, the rope-like structure became a coil having the same diameter in both the second fluid and the third fluid.
図１８の（ｃ）では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムが３ｗｔ％でクエン酸塩（例えばクエン酸ナトリウムなど）が２５０ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎとし、第２流体としてポリエチレングリコール（製品名ＰＥＧ−６０００）が８０ｇ／Ｌで塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）が１００ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ２を１ｍＬ／ｍｉｎとし、第３流体として超純水を用いた。この条件では、ロープ状構造体は、第２流体中では直線（straight）となり、第３流体中では途中からコイル（coilling）となった。これは、第３流体の途中で第２流体と第３流体との混合溶液と第１流体との関係が図５の流量比粘度形状設定用マップにおける第２所定線Ｌ２より右上のコイル（coilling）の領域となる条件に至ったことによると考えられる。 In FIG. 18C, an aqueous solution of 3 wt% sodium alginate and 250 mM citrate (for example, sodium citrate) is used as the first fluid, the flow rate Q1 is set to 10 μL / min, and polyethylene glycol is used as the second fluid. An aqueous solution (product name: PEG-6000) of 80 g / L and calcium chloride (CaCl 2 ) of 100 mM was used, the flow rate Q2 was 1 mL / min, and ultrapure water was used as the third fluid. In this condition, the rope-like structure became straight in the second fluid, and became coiled halfway in the third fluid. This is because the relationship between the first fluid and the mixed solution of the second fluid and the third fluid in the middle of the third fluid is higher than the second predetermined line L2 in the flow rate specific viscosity shape setting map in FIG. It is considered that this is because the conditions for the area of ()) have been reached.
図１８の（ｄ）では、第１流体としてアルギン酸ナトリウムが３ｗｔ％でクエン酸塩（例えばクエン酸ナトリウムなど）が１５０ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ１を１０μＬ／ｍｉｎとし、第２流体としてポリエチレングリコール（製品名ＰＥＧ−６０００）が８０ｇ／Ｌで塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）が２００ｍＭの水溶液を用い、その流量Ｑ２を２００〜３００μＬ／ｍｉｎとし、第３流体として超純水を用いた。この条件では、ロープ状構造体は、第２流体中でコイル（coilling）となり、第３流体中でコイル状のロープがその形状を維持したまま全体としてコイル（coilling）となった。これは、第２流体中で生じたコイルをコイル状の第１流体としたときに、第３流体の途中で第２流体と第３流体との混合溶液とコイル状の第１流体との関係が図５の流量比粘度形状設定用マップにおける第２所定線Ｌ２より右上のコイル（coilling）の領域となる条件に至ったことによると考えられる。図１８の（ｄ）の実際の写真を図２０に示す。図２０に示すように、コイル状の第１流体がその形状を維持したまま全体としてコイルとなっている。以下、この状体を２重コイル構造体と称する。 In FIG. 18 (d), an aqueous solution of 3 wt% sodium alginate and 150 mM citrate (eg, sodium citrate) is used as the first fluid, the flow rate Q1 is set to 10 μL / min, and polyethylene glycol is used as the second fluid. An aqueous solution (product name: PEG-6000) of 80 g / L and calcium chloride (CaCl 2 ) of 200 mM was used, the flow rate Q2 was 200 to 300 μL / min, and ultrapure water was used as the third fluid. Under these conditions, the rope-like structure became coiled in the second fluid, and the coiled rope became coiled as a whole in the third fluid while maintaining its shape. This is because, when the coil formed in the second fluid is used as the coil-shaped first fluid, the relationship between the mixed solution of the second fluid and the third fluid and the coil-shaped first fluid in the middle of the third fluid. It is considered that the condition has reached the condition of the upper right coil (coilling) region from the second predetermined line L2 in the flow rate specific viscosity shape setting map of FIG. FIG. 20 shows an actual photograph of FIG. As shown in FIG. 20, the coil-shaped first fluid forms a coil as a whole while maintaining its shape. Hereinafter, this shape is referred to as a double coil structure.
図１８の（ｄ）における第３流体をシャーレ内に構成し、第１流体と第２流体との吐出口を移動可能に構成し、この吐出口を移動させながらシャーレ内に２重コイル構造体を形成している様子を図２１に示す。図示するように、第１流体と第２流体との吐出口を移動させることにより、シャーレ内に立体的に自在に２重コイル構造体を形成することができる。上述したように、第１流体に細胞を混在させて培養することによって細胞組織体によるロープ状の構造体とすることができるから、第１流体に細胞を混在させて第１流体と第２流体との吐出口を移動させることと組み合わせることにより、高密度で３次元的な細胞組織体による２重コイル構造体を製造することができる。 The third fluid in FIG. 18D is formed in a petri dish, the discharge ports of the first fluid and the second fluid are configured to be movable, and a double coil structure is formed in the petri dish while moving the discharge ports. 21 is shown in FIG. As shown in the figure, by moving the discharge ports of the first fluid and the second fluid, the double coil structure can be formed in the petri dish three-dimensionally and freely. As described above, the cells can be mixed in the first fluid and cultured to form a rope-shaped structure made of a cell tissue. Therefore, the cells can be mixed in the first fluid and the first fluid and the second fluid can be mixed. By combining this with moving the discharge port, it is possible to manufacture a high-density, three-dimensional cell tissue body of a double coil structure.
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As described above, the embodiments for carrying out the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these embodiments at all, and can be carried out in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course.
本発明は、ロープ状構造体の製造産業などに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the manufacturing industry of a rope-like structure.
Claims (8)
前記第１流体を所定断面流路内で吐出径が５００μｍ以下の吐出口から第１流量で吐出すると共に前記第２流体を前記所定断面流路に前記第１流体の流向と同一方向に第２流量で供給する際に、
前記第２流量に対する前記第１流量の流量比を対数軸による縦軸とすると共に前記第２流体の粘度を右向きに小さくなる実数軸による横軸とした片対数グラフとしたときに、前記流量比と前記第２流体の粘度が右下がりの第１所定線により区分けされる２つの領域のうち前記第１所定線より右上領域に属するようにし、
前記第１所定線は、前記流量比と前記第２流体の粘度とを変更して前記第１流体を前記第２流体中に吐出したときにロープ状の直線構造体が形成されるかロープ状の折りたたみ構造体が形成されるかの境界線として用いられる線であり、
前記第１流体は、アルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムを含む溶液であり、
前記第２流体は、塩化カルシウムとポリエチレングリコールとを含む溶液である、
ことを特徴とするロープ状構造体の製造方法。 A method of manufacturing a rope-shaped structure, which manufactures a rope-shaped folded structure or a rope-shaped spiral structure by the first fluid by discharging a first fluid into a second fluid,
The first fluid is discharged at a first flow rate from a discharge port having a discharge diameter of 500 μm or less in a predetermined sectional flow path, and the second fluid is discharged into the predetermined sectional flow path in the same direction as the flow direction of the first fluid. When supplying at a flow rate,
When the flow ratio of the first flow rate to the second flow rate is a vertical axis on a logarithmic axis, and the viscosity of the second fluid is a semilogarithmic graph on the horizontal axis on a real axis that decreases to the right, And that the viscosity of the second fluid belongs to the upper right region of the first predetermined line among the two regions separated by the first predetermined line falling to the right ,
The first predetermined line is formed such that a rope-shaped linear structure is formed when the flow rate ratio and the viscosity of the second fluid are changed and the first fluid is discharged into the second fluid. Is a line that is used as a borderline of whether a folded structure of
The first fluid is a solution containing sodium alginate and sodium citrate;
The second fluid is a solution containing calcium chloride and polyethylene glycol,
A method for manufacturing a rope-shaped structure.
前記片対数グラフにおいて、前記流量比と前記第２流体の粘度が前記第１所定線より右上の領域で右下がりの第２所定線により区分けされる２つの領域のうち前記第２所定線より右上領域に属するようにし、
前記第２所定線は、前記流量比と前記第２流体の粘度とを変更して前記第２流体に前記第１流体を吐出したときにロープ状の折りたたみ構造体が形成されるかロープ状の螺旋構造体が形成されるかの境界線として用いられる線である、
ロープ状構造体の製造方法。 It is a manufacturing method of the rope-shaped structure of Claim 1 , Comprising:
In the semilog graph, the flow rate ratio and the viscosity of the second fluid are divided into upper right and lower right regions from the first predetermined line by a second lower predetermined line. Belong to the territory ,
The second predetermined line is formed such that a rope-shaped folding structure is formed when the first fluid is discharged to the second fluid by changing the flow rate ratio and the viscosity of the second fluid. Is a line used as a borderline of whether a helical structure is formed,
A method for manufacturing a rope-like structure.
前記第１流体は、所定の第１溶液をアルギン酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムとを含む第２溶液で被覆した状態として吐出される流体である、
ロープ状構造体の製造方法。 It is a manufacturing method of the rope-shaped structure of Claim 1 or 2 , Comprising:
The first fluid is a fluid that is discharged in a state where a predetermined first solution is coated with a second solution containing sodium alginate and sodium citrate,
A method for manufacturing a rope-like structure.
前記第１溶液は、細胞と該細胞を培養するための培養液とを含む溶液である、
ロープ状構造体の製造方法。 It is a manufacturing method of the rope-shaped structure of Claim 3 , Comprising:
The first solution is a solution containing cells and a culture solution for culturing the cells,
A method for manufacturing a rope-like structure.
前記第２流体中に形成された前記第１流体によるロープ状の構造体を前記第２流体と共に第３流体中に吐出することによりロープ状構造体を製造する、
ロープ状構造体の製造方法。 A method for manufacturing a rope-like structure according to any one of claims 1 to 4 , wherein
Manufacturing a rope-shaped structure by discharging a rope-shaped structure formed by the first fluid in the second fluid together with the second fluid into a third fluid;
A method for manufacturing a rope-like structure.
前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体が形成されている状態で前記第３流体に吐出する際に、前記第３流体の前記第１流体の流向と同一方向の流量を調節することにより前記ロープ状の螺旋構造体のピッチを調整する、
ロープ状構造体の製造方法。 It is a manufacturing method of the rope-shaped structure of Claim 5 , Comprising:
When discharging to the third fluid in a state in which the rope-shaped spiral structure is formed by the first fluid in the second fluid, the flow rate of the third fluid in the same direction as the flow direction of the first fluid By adjusting the pitch of the rope-shaped spiral structure,
A method for manufacturing a rope-like structure.
前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の直線構造体が形成されている状態で前記第３流体中に吐出することにより、前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体とする、
ロープ状構造体の製造方法。 It is a manufacturing method of the rope-shaped structure of Claim 5 , Comprising:
By discharging into the third fluid in a state where the rope-shaped linear structure is formed by the first fluid in the second fluid, a rope-shaped spiral structure is formed by the first fluid.
A method for manufacturing a rope-like structure.
前記第２流体中に前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体が形成されている状態で前記第３流体中に吐出することにより、前記第１流体によるロープ状の螺旋構造体の更なる螺旋構造体とする、
ロープ状構造体の製造方法。
It is a manufacturing method of the rope-shaped structure of Claim 5 , Comprising:
By discharging the rope into the third fluid in a state in which the rope-shaped spiral structure is formed by the first fluid in the second fluid, the further spiral of the rope-shaped spiral structure by the first fluid is formed. Structure
A method for manufacturing a rope-like structure.
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