JP6765052B2 - 培養用足場および繊維集合体の製造方法、ならびに培養用足場の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、培養用足場（以下、便宜的に培地と称する。）および繊維集合体の製造方法、ならびに培地の製造装置に関し、特に、一方向に配列した繊維を備える培地および繊維集合体の生産性の向上に関する。

近年、生物組織や微生物を培養するための培地として、繊維基材が注目されている（特許文献１参照）。繊維基材は、例えば、織物、編物あるいは不織布であり、三次元の構造を備える。そのため、in vitroで生理的環境に近い状態で、生物組織や微生物を培養することができる。

特表２０１０−５１７５９０号公報

生物組織や微生物の成長に方向性が見られる場合、繊維基材を構成する繊維は、ある一方向に配列していることが望ましい。生物組織や微生物が成長し易くなるためである。しかし、通常、繊維基材は、繊維同士の交絡によって形状が保持されており、上記のような配列性を有さない。

本発明の一局面は、繊維の原料液をノズルの吐出口から吐出して、前記繊維を生成させる繊維生成工程と、前記繊維を、巻取回転体の周面に周回するように堆積させて、繊維集合体を形成する堆積工程と、前記巻取回転体を回転させながら、前記繊維集合体を基材に転写する転写工程と、を備え、前記繊維が、溶融紡糸法または溶液紡糸法により生成される、培地の製造方法に関する。

本発明の他の一局面は、繊維が一定の方向に配列した繊維集合体の製造方法であって、繊維の原料液をノズルの吐出口から吐出して、前記繊維を生成させる繊維生成工程と、前記繊維を、巻取回転体の周面に周回するように堆積させる堆積工程と、を備え、前記繊維が、溶融紡糸法または溶液紡糸法により生成され、前記堆積工程の前に、前記繊維を前記巻取回転体以外の予備堆積部材に堆積させる予備堆積工程を備え、前記予備堆積工程と前記堆積工程とが、前記原料液を、前記ノズルの前記吐出口から継続的に吐出させながら、連続して行われる、繊維集合体の製造方法に関する。

本発明のさらに他の一局面は、繊維の原料液をノズルの吐出口から吐出して、前記繊維を生成させる繊維生成部と、前記繊維を、巻取回転体の周面に周回するように堆積させて、繊維集合体を形成する堆積部と、前記巻取回転体を回転させながら、前記繊維集合体を基材に転写する転写部と、を備え、前記繊維が、溶融紡糸法または溶液紡糸法により生成される、培地の製造装置に関する。

本発明に係る製造方法および製造装置によれば、一方向に配列した繊維を備える培地および繊維集合体を、効率よく製造することができる。

本発明に係る製造方法の各工程における巻取回転体および基材を模式的に示す側面図である（（ａ）、（ｂ））。 本発明に係る繊維生成工程におけるノズルおよび吐出端保持部材を模式的に示す側面図である（（ａ）〜（ｄ））。 図２に示される繊維生成工程に続いて行われる堆積工程におけるノズルおよび吐出端保持部材を模式的に示す側面図である（（ｅ）、（ｆ））。 本発明に係る予備堆積工程における巻取回転体およびノズルを模式的に示す側面図である。 本発明に係る他の製造方法の繊維生成工程および堆積工程における巻取回転体およびノズルを模式的に示す側面図である。 本発明に係る製造方法に用いられるノズルを模式的に示す断面図である。 本発明に係る製造方法に用いられる他のノズルを模式的に示す断面図である。 本発明に係る他の製造方法の繊維生成工程および堆積工程における巻取回転体およびノズルを模式的に示す側面図である。 本発明に係るさらに他の製造方法の繊維生成工程および堆積工程における巻取回転体およびノズルを模式的に示す側面図である。 繊維の配列を説明するための繊維集合体の一部の領域の概略上面図である。

従来、溶融紡糸法または溶液紡糸法では、繊維を紡糸しながら、順次、ロールに巻き取っていく。その後、繊維は当該ロールから繰り出され、織物、編物あるいは不織布等の繊維基材を製造するために、種々の加工機に供される。本実施形態では、図１に示すように、溶融紡糸法または溶液紡糸法により紡糸され、巻取回転体１０に巻き取られた繊維２１の集合体（繊維集合体２０、図１（ａ））を、その配列を維持した状態で基材３０へと転写し（図１（ｂ））、培地１００として使用するものである。これにより、高い配列性を備える培地を得ることができる。溶融紡糸法および溶液紡糸法は、繊維径および紡糸速度等が制御し易いため、培地１００の製造に適している。

溶液紡糸法は、繊維２１の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を、原料液２２として用いる方法である。溶媒を用いる溶液紡糸法には、いわゆる湿式紡糸法および乾式紡糸法がある。湿式紡糸法では、原料液２２をノズル５１に設けられた吐出口５１１から凝固液中に吐出して、繊維２１の原料と凝固液との化学反応により、あるいは、溶媒と凝固液との置換により、繊維２１が形成される。乾式紡糸法では、原料液２２を吐出口５１１から空気中に吐出した後、加熱等により溶媒を除去することにより、繊維２１が形成される。なかでも、乾式紡糸法によれば、繊維２１の配列性が高まり易い。

溶融紡糸法は、繊維２１の原料を加熱して溶融させた溶融液を、原料液２２として用いる方法である。原料液２２は、吐出口５１１から空気中に吐出された後、冷却されることにより、繊維状に固化する。この場合、通常、繊維２１の原料を溶解するための溶媒は使用しない。よって、溶融紡糸法は、溶媒の除去作業が省略できる点で好ましい方法である。

以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の各工程における巻取回転体および基材等を模式的に示す側面図である。

本実施形態に係る培地１００の製造方法は、繊維２１の原料液２２をノズル５１の吐出口５１１から吐出して、繊維２１を生成させる繊維生成工程と、繊維２１を、巻取回転体１０の周面に周回するように堆積させて、繊維集合体２０を形成する堆積工程と、巻取回転体１０を回転させながら、繊維集合体２０を基材３０に転写する転写工程と、を備える。

上記の製造方法は、繊維２１の原料液２２をノズル５１の吐出口５１１から吐出して、繊維２１を生成させる繊維生成部と、繊維２１を、巻取回転体１０の周面に周回するように堆積させて、繊維集合体２０を形成する堆積部と、巻取回転体１０を回転させながら、繊維集合体２０を基材３０に転写する転写部と、を備える製造装置により製造される。

さらに、本実施形態では、繊維２１の原料液２２をノズル５１の吐出口５１１から吐出して、繊維２１を生成させる繊維生成工程と、繊維２１を、巻取回転体１０の周面に周回するようにさせる堆積工程と、繊維生成工程の後、堆積工程の前に、繊維２１を巻取回転体１０以外の予備堆積部材６０（図４参照）に堆積させる予備堆積工程と、を備える方法により、繊維集合体２０が製造される。このとき、繊維２１が、溶融紡糸法または溶液紡糸法により生成されるとともに、予備堆積工程と堆積工程とが、原料液２２を、ノズル５１の吐出口５１１から継続的に吐出させながら、連続して行われる。巻取回転体１０の周面に形成された繊維集合体２０は、必要に応じて離型紙に転写される。繊維集合体２０は、単独で培地として使用され得る。

（１）繊維生成工程および堆積工程（図１（ａ））
本工程では、溶融紡糸法または溶液紡糸法により、原料液２２から繊維２１を生成させるとともに、繊維２１を巻取回転体１０の周面に幾重にも堆積させる。これにより、巻取回転体１０の周面には、繊維集合体２０が形成される。なかでも、溶媒を用いる溶液紡糸法は、原料液２２を所望の配合あるいは粘度に調製することが容易である点で好ましい。

原料液２２を吐出するノズル５１には、原料液２２を吐出口５１１から吐出させるために、原料液２２を加圧する加圧装置６３が接続されている。原料液２２に加えられる圧力は、生成する繊維２１の繊維径、生産性（ノズル５１の移動速度）等を制御するパラメータの一つである。加圧装置６３は、例えば、ポンプ６３１とバルブ６３２とを備える。溶融紡糸法により繊維２１を生成させる場合、例えばノズル５１は図示しない加熱装置を備えている。

繊維集合体２０の剥離性を向上するために、図１（ａ）に示すように、巻取回転体１０の周面に、凸部１０Ｐを複数、配置してもよい。これにより、繊維集合体２０は、巻取回転体１０の周面から剥離され易くなる。

凸部１０Ｐの形状は、特に限定されない。凸部１０Ｐを巻取回転体１０の周面の法線方向から見たときの形状としては、例えば、矩形、台形、円形、ドーナツ形等が挙げられる。凸部１０Ｐの数は、２以上であれば特に限定されない。繊維集合体２０の剥離性の観点から、複数の凸部１０Ｐは、等間隔に配置されることが好ましい。

凸部１０Ｐの大きさも特に限定されない。なかでも、繊維集合体２０の剥離性の観点から、すべての凸部１０Ｐの巻取回転体１０の周面に接触する総面積が、巻取回転体１０の周面の表面積の１０％以上、８０％以下、特に３０％以上、７０％以下になるように、凸部１０Ｐの大きさを決定することが好ましい。

凸部１０Ｐの高さは特に限定されない。ただし、繊維２１の弛みを抑制し、一方向への配列を維持し易い点で、凸部１０Ｐの高さは過度に高くないことが好ましい。繊維集合体２０の剥離性および繊維２１の弛み抑制の観点から、凸部１０Ｐの高さは１００〜５０００μｍであることが好ましい。凸部１０Ｐの高さは、巻取回転体１０の周面の法線方向における平均値である。

凸部１０Ｐの材質は、特に限定されない。凸部１０Ｐの材質は、例えば、ＰＡ、ＰＥＴ、ポリスチレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。また、剥離性の観点から、凸部１０Ｐは、少なくとも繊維２１との接触部にシリコーンゴム層を備えることが好ましい。シリコーンゴムは適度な粘着性を備えるため、転写工程の前に繊維集合体２０が巻取回転体１０の周面から剥離することも抑制される。シリコーンゴムとは、主鎖がケイ素−酸素結合（シロキサン結合）により形成される、非熱可塑性の化合物である。シリコーンゴムとしては、例えば、メチルシリコーンゴム、ビニル−メチルシリコーンゴム、フェニル−メチルシリコーンゴム、ジメチルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が挙げられる。もちろん、凸部１０Ｐの全体が、シリコーンゴムにより形成されていてもよい。

（原料液）
溶液紡糸法で利用する原料液２２は、繊維２１の原料と溶媒とを含む。溶融紡糸法で利用する原料液２２は、溶融した繊維２１の原料を含む。繊維２１の原料としては、生物組織や微生物の培地として用いることができる限り特に限定されない。なかでも、生物組織や微生物に対する親和性が高く、培養する際、生物組織や微生物にストレスを与え難い点で、繊維２１の原料は、ポリスチレンブロックおよびポリブタジエンブロックを含むブロックポリマーと、当該ブロックポリマーとは異なるスチレン樹脂と、を含むことが好ましい。

ブロックポリマーは、例えば、ポリブタジエン（ＰＢ）ブロックとポリスチレン（ＰＳ）ブロックとが連結したジブロック体であってもよいが、ＰＢブロックとＰＳブロックとが交互に連結したトリブロック体以上のポリブロック体が好ましい。ブロックポリマーは、スチレン樹脂との親和性を確保する観点から、少なくとも末端にＰＳブロックを含むことが好ましい。ＰＢブロックは、得られる繊維２１の柔軟性や伸度を高める。

ブロックポリマー中のＰＢブロックの含有量は、例えば、１０〜３０質量％であり、１５〜３０質量％であることが好ましく、２０〜３０質量％または２０〜２５質量％であることがさらに好ましい。ＰＢブロックの含有量がこのような範囲である場合、スチレン樹脂との親和性が高くなって、均質な繊維２１が生成され易くなる。また、得られる繊維２１は高い柔軟性および伸度を備える。

スチレン樹脂としては、上記のブロックポリマーとは異なるポリマーが使用される。スチレン樹脂としては、例えば、ポリスチレン（スチレンホモポリマー）、スチレンと他の共重合性モノマーとの共重合体が挙げられる。スチレン樹脂は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせてもよい。繊維２１の柔軟性と形成し易さとを両立させる観点から、ブロックポリマーとスチレン樹脂との質量比（＝ブロックポリマー：スチレン樹脂）は、例えば、２：１〜１：５であり、好ましくは１：１〜１：４である。

溶媒としては、繊維２１の原料を溶解し、揮発などにより除去可能なものであれば特に制限されず、原料の種類や製造条件に応じて、水および有機溶媒から適宜選択して使用できる。溶媒としては、非プロトン性の極性有機溶媒が好ましい。このような溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などのアミド（鎖状または環状アミドなど）；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシドなどが挙げられる。これらの溶媒は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

溶液紡糸法で利用する原料液２２の固形分濃度は、溶媒の種類などに応じて調節できるが、例えば、５〜５０質量％であり、１０〜３０質量％であってもよい。原料液２２は、必要に応じてさらに添加剤を含んでもよい。

（繊維）
上記原料液２２から生成される繊維２１は、上記ブロックポリマーおよびスチレン樹脂、さらには、必要に応じて添加剤を含む。繊維２１の平均繊維径は、例えば、０．５μｍ〜１０が好ましく、１〜５μｍがより好ましく、１．５〜４μｍが特に好ましい。

なお、平均繊維径とは、繊維２１の直径の平均値である。繊維２１の直径とは、繊維２１の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、繊維集合体２０の１つの主面の法線方向から見たときの、繊維２１の長さ方向に対して垂直な方向の幅を、繊維２１の直径と見なしてもよい。平均繊維径は、例えば、繊維集合体２０に含まれる任意の１０本の繊維２１の任意の箇所の直径の平均値である。

（繊維集合体）
繊維集合体２０は、複数の繊維２１の集合体である。繊維集合体２０において、複数の繊維２１は一方向に配列している。複数の繊維２１が一方向に配列しているとは、繊維集合体２０において、繊維２１同士が交差していないか、繊維２１同士が交わる平均的な角度が、０°を超え６０°以下であることをいう。このように、複数の繊維２１が配列した状態である場合、繊維２１は配列方向に沿って伸び易いため、生物組織や微生物へのストレスも低減できる。よって、繊維の配列方向に沿って生物組織や微生物が成長し易くなる。

ここで、繊維２１同士が交わる平均的な角度は、繊維２１の平均的な長さ方向の交わりから決定できる。繊維２１の平均的な長さ方向は、例えば、繊維集合体２０をその法線方向から見たときのＳＥＭ写真に基づいて決定することができる。図８は、繊維２１の配列を説明するための繊維集合体２０の概略上面図である。図８では、繊維集合体２９を法線方向から撮影したＳＥＭ写真における繊維集合体２０の状態を模している。複数の繊維２１で構成される繊維集合体２０を法線方向から見て、所定のサイズ（例えば、１００μｍ×１００μｍ）の正方形の領域Ｒを設定する。このとき、領域Ｒは、領域Ｒ内に１２本以上の繊維２１が入り、かつ領域Ｒ内に位置する繊維２１の５０％以上が領域Ｒの対向する２辺と交差するように決定する。この領域Ｒにおいて、ある繊維２１が、上記の対向する２辺と交差する２点間を結んだ直線（図８では点線）の方向を、その繊維２１の平均的な長さ方向とする。

繊維２１同士が交わる平均的な角度は、例えば、上記領域Ｒにおいて、任意に選択した複数（例えば、２０本）の繊維２１から、さらに任意に２本の繊維２１を選択し、各繊維２１の平均的な長さ方向が交わる角度（例えば、図８のθ１）を求める。別の２本の繊維２１を選択し、各繊維２１の平均的な長さ方向が交わる角度（例えば、図８のθ２）を求める。このような作業を、選択した残りの繊維２１（例えば、１６本）について行う。そして、それぞれの角度の平均を算出し、繊維２１同士が交わる平均的な角度とする。

繊維集合体２０の単位面積に占める繊維２１の面積の割合は１０〜９０％から選択できる。例えば、心筋細胞の培養や電位測定装置に利用する場合には、繊維集合体２０はごく薄く、単位面積当たりに占める繊維２１の割合は２０〜５０％であり、３０〜４０％で均一に分散して堆積していることが好ましい。なお、繊維２１の面積の割合は、繊維集合体２０の一方の主面（例えば、上面）において、繊維集合体２０における所定の面積（例えば、短軸３ｍｍ×長軸６ｍｍの楕円形）の領域において、光沢度計により光沢度を測定し、繊維２１と繊維２１以外の領域との光沢度の違いに基づき、繊維２１が占める面積を算出し、単位面積当たりの面積比率（％）に換算することにより求めることができる。

（巻取回転体）
巻取回転体１０（回転基体１１）の構成は、回転可能である限り特に限定されず、ドラム状であってもよいし、複数のロールで張架されたベルトであってもよい。後者の場合、少なくとも１本のロールを回転駆動させて、ベルトを回転させる。巻取回転体１０の材質としては、例えば、金属材料、各種樹脂、各種ゴム、セラミックスおよびこれらの組み合わせが挙げられる。巻取回転体１０がベルトである場合、ベルトは、金属ベルトであってもよいし、樹脂ベルトであってもよい。巻取回転体１０の外形は、例えば、円柱または角柱であってもよい。

繊維生成工程では、原料液２２の吐出開始前に、ノズル５１の吐出口５１１を、巻取回転体１０の周面あるいはその他の部材（以下、吐出端保持部材）に当接させて、吐出端を確保して保持させることが好ましい。これにより、紡糸がスムーズに進行する。なかでも、巻取回転体１０に堆積する繊維２１が均質になる点で、図２に示すように、巻取回転体１０以外の吐出端保持部材６２に吐出端を保持させることが好ましい。すなわち、繊維生成工程は、ノズル５１を下降させて（図２（ａ））、ノズル５１の吐出口５１１を吐出端保持部材６２に当接させる（図２（ｂ））当接工程と、吐出口５１１から原料液２２を吐出しながら、吐出口５１１を吐出端保持部材６２から離間させる（図２（ｄ））離間工程と、を備えることが好ましい。

上記の場合、続いて、原料液２２の吐出を継続しながら、ノズル５１を巻取回転体１０の近傍にまで移動させる（図３（ｅ））。原料液２２の吐出によって生成された繊維２１の一部が、回転する巻取回転体１０に接触すると、繊維２１は、巻取回転体１０の周面に周回しながら堆積していく（図３（ｆ））。このとき、巻取回転体１０あるいは原料液２２を吐出するノズル５１を、例えば巻取回転体１０の回転軸の方向に移動させながら原料液２２を吐出することにより、巻取回転体１０の周面の少なくとも一部を覆い、一方向に配列する繊維２１を備える繊維集合体２０が形成される。

吐出端保持部材６２の形状および材質は、原料液２２の吐出端を保持できる限り特に限定されない。なかでも、後述するように、ノズル５１の吐出口５１１のクリーニングも可能となる点で、吐出端保持部材６２は、多孔質体であることが好ましい。多孔質体としては、例えば、不織布、多孔質フィルム、スポンジ等が挙げられる。なかでも、ノズル５１の差し込みが容易である一方、厚みを大きくし易く、クリーニング効果が高まり易い点で、不織布が好ましい。

吐出端保持部材６２が多孔質体である場合、当接工程は、例えば、ノズル５１の吐出口５１１を、吐出端保持部材６２（多孔質体）に差し込む差込工程であってもよい。原料液２２の吐出は、少なくとも吐出口５１１を吐出端保持部材６２から引き抜く際に開始されていればよい。これにより、原料液２２の吐出端が吐出端保持部材６２に確保されるとともに、保持される。

上記の場合、差込工程では、吐出口５１１に付着した原料液２２や繊維２１の残渣等が吐出端保持部材６２に絡めとられて、吐出口５１１がクリーニングされる。よって、安定した紡糸が可能となって、生成する繊維２１の品質が向上する。離間工程では、吐出口５１１を吐出端保持部材６２の内部で移動させた後（図２（ｃ））、吐出口５１１を吐出端保持部材６２から引き抜いてもよい。これにより、吐出端がさらに吐出端保持部材６２に保持され易くなるとともに、上記クリーニングの効果が高まる。

ノズル５１は、吐出口５１１を包囲する吐出口カバー６５（図５参照）を備えることが好ましい。外的要因によって、繊維２１に弛みや吐出方向のブレ等が生じるのを防止するためである。これにより、繊維２１の配列性が向上する。さらに、後述するように、冷却装置６４Ａあるいは乾燥装置６４Ｂが設置される場合、吐出口カバー６５により、所望の繊維２１が形成される前に、原料液２２が固化あるいは乾燥することが抑制される。

繊維２１が溶融紡糸法により生成される場合、図５に示すように、堆積工程において、生成した繊維２１を冷却装置６４Ａにより冷却しながら、巻取回転体１０の周面に堆積させることが好ましい。溶融紡糸法では、吐出された原料液２２が冷却されることにより、固化して、繊維２１が形成される。巻取回転体１０の周面に堆積した直後の繊維２１は、固化が完了していない場合がある。巻取回転体１０の周面において繊維２１の固化が徐々に進行する場合、繊維２１が収縮するなどして配列が乱れる場合がある。また、堆積した繊維２１同士が接着する場合がある。繊維２１を積極的に冷却して、原料液２２の固化を速やかに進行させることにより、配列の乱れや繊維２１同士の接着を抑制することができる。なかでも、配列性が向上する点で、巻取回転体１０の周面に堆積する直前の繊維２１、あるいは、巻取回転体１０の周面に堆積した直後の繊維２１を冷却することが好ましい。この場合、冷却装置６４Ａは、吐出口５１１の近傍、または、繊維２１の巻取回転体１０への堆積開始点の近傍に設置する。

冷却装置６４Ａの種類は特に限定されず、例えば、ノズル５１あるいは巻取回転体１０の周囲の大気を繊維２１に吹き付けるファンであってもよいし、冷却効果のある気体（例えば、圧縮された大気や窒素等）を噴出する機構を備えていてもよい。

同様の観点から、繊維２１が溶液紡糸法により生成される場合、堆積工程において、生成した繊維２１を乾燥装置６４Ｂにより乾燥させながら、巻取回転体１０の周面に堆積させることが好ましい。乾燥装置６４Ｂもまた、吐出口５１１の近傍、または、繊維２１の巻取回転体１０への堆積開始点の近傍に設置されることが好ましい。乾燥装置６４Ｂの種類も特に限定されず、例えば、上記のようなファンであってもよいし、温風を噴出する機構を備えていてもよい。

ノズル５１は、図６Ａに示すように、複数の吐出口５１１を備えていてもよい。あるいは、図６Ｂに示すように、吐出口５１１を備えるノズル５１が複数、配置されていてもよい。これらの場合、各吐出口５１１から原料液２２が吐出されて、複数本の繊維２１が巻取回転体１０の周面に堆積される。これにより、生産性が向上する。

歩留まりおよび生産性を向上させるために、図７Ａに示すように、吐出口５１１の近傍に、吐出口５１１を監視する監視装置６６Ａを配置することが好ましい。繊維生成工程において、監視装置６６Ａから入手される原料液２２の吐出状態に基づいて、原料液２２の吐出を制御することができる。吐出不良の場合、例えば、バルブ６３２を閉じて吐出を停止して、吐出口５１１のクリーニングを行う。吐出口５１１のクリーニングは、例えば、上記吐出端保持部材６２を用いて行われる。

同様の観点から、図７Ｂに示すように、巻取回転体１０の近傍に、巻取回転体１０の周面を監視する監視装置６６Ｂを配置することが好ましい。堆積工程において、監視装置６６Ｂから入手される繊維集合体２０の形成状態に基づいて、巻取回転体１０の回転をリアルタイムで制御することができる。形成不良の場合、例えば、原料液２２の吐出および巻取回転体１０の回転を停止して、吐出口５１１および／または巻取回転体１０の周面のクリーニングを行う。巻取回転体１０の周面のクリーニングは、例えば、後述する粘着部材を用いて行われる。

（２）予備堆積工程
堆積工程の前に、図４に示すように、繊維２１を巻取回転体１０以外の予備堆積部材６０に堆積させる予備堆積工程を備えることが好ましい。このとき、予備堆積工程と堆積工程とは、原料液２２をノズル５１から継続的に吐出させながら、連続して行われる。すなわち、予備堆積部材６０から巻取回転体１０まで、原料液２２を吐出しながらノズル５１を移動させることにより、生成した繊維２１は、堆積目標を予備堆積部材６０から巻取回転体１０へと変えて、巻取回転体１０の周面に堆積していく。このように、まず、予備堆積部材６０に繊維２１を堆積させて、紡糸を安定させ、その後、巻取回転体１０に堆積させることにより、巻取回転体１０には均質な繊維２１が堆積する。

堆積工程の後、原料液２２をノズル５１から継続的に吐出させながら、再び、繊維２１を予備堆積部材６０に堆積させてもよい。例えば、繊維２１を予備堆積部材６０に堆積させている間に巻取回転体１０を交換すると、新たな巻取回転体１０に対しても、当初から均質な繊維２１を堆積させることができる。すなわち、予備堆積工程は、巻取回転体１０を交換する間の退避工程であり得る。

予備堆積部材６０の形状は特に限定されず、平板状であってもよいし、図示例のように回転体（予備回転体）であってもよい。予備回転体は、巻取回転体１０の回転方向とは反対向きに回転することが好ましい。これにより、予備堆積部材６０から巻取回転体１０への繊維２１の移動がスムーズになる。予備回転体の周面の移動速度（周速）は特に限定されない。なかでも、巻取回転体１０の周速よりも低速で回転させ始め、徐々に、巻取回転体１０の周速と同程度まで加速させることが好ましい。これにより、紡糸が安定化し易くなる。その後、ノズル５１を移動して、巻取回転体１０の周面に繊維２１を堆積させる。このとき、予備回転体の周速に合わせて、加圧装置６３により原料液２２に加えられる圧力を変動させる。例えば、予備回転体の周速が高まるのに連動させて、原料液２２に加えられる圧力も大きくする。これにより、所望の繊維径を備える繊維２１を得ることができる。予備堆積部材６０の材質も特に限定されず、例えば、巻取回転体１０と同じであってもよい。

（３−１）接着剤付与工程
後述する転写工程の前に、繊維集合体２０および基材３０の少なくとも一方に、接着剤を付与する接着剤付与工程を備えることが好ましい。繊維集合体２０と基材３０との接着性が高まり、剥離が抑制されるためである。接着剤付与工程は、堆積工程の後、転写工程の前に行われる。接着剤の種類は特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂、ホットメルト樹脂または紫外線硬化樹脂等が挙げられる。

巻取回転体１０が凸部１０Ｐを備える場合、接着剤は、繊維集合体２０の凸部１０Ｐに対応する領域に付与されることが好ましい。この場合、繊維集合体２０および基材３０は、接着剤を介在させた状態で、凸部１０ＰとＸＺステージ５２に支持された架台５３とで押圧される。よって、繊維集合体２０と基材３０との接着性が向上する。ＸＺステージ５２は、架台５３、ひいては架台５３に載置される基材３０を、巻取回転体１０の回転軸に交わる方向（Ｘ軸方向）および上下方向（Ｚ軸方向）に搬送することができる。

シリコーン樹脂等の感圧接着剤は、フィルム状に成形された後、繊維集合体２０あるいは基材３０に付与されてもよい。この場合、フィルム状の感圧接着剤を基材３０に付与するタイミングは、転写工程の前であれば特に限定されない。例えば、架台５３に載置される前に、基材３０にフィルム状の感圧接着剤を付与してもよい。

接着剤の付与量は、特に限定されない。なかでも、上記接着性を確保しながら細胞の培養を阻害しないようにする観点から、０．５〜１００ｍｇ／ｃｍ^２であることが好ましい。

（基材）
基材３０は特に限定されず、従来の培地（足場も含む）に利用されるものを用いることができる。基材３０としては、培養する生物組織や微生物の種類などに応じて、樹脂フィルム、カンテン層、ゼラチン層、不織布などの多孔質基材、あるいは、これらの組み合わせが挙げられる。

不織布に含まれる繊維の材質は特に限定されず、例えば、ガラス繊維、セルロース、セルロース誘導体（エーテル、エステルなど）、アクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。ポリオレフィンとしては、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが例示される。ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどが挙げられる。不織布に含まれる繊維は、これらの材質を一種含んでもよく、二種以上含んでもよい。

（３−２）加熱工程
転写工程の前に、接着剤付与工程に替えて、あるいは、接着剤付与工程に加えて、繊維集合体２０および基材３０の少なくとも一方を加熱する加熱工程を備えていてもよい。転写工程の前に繊維集合体２０を加熱することにより、繊維集合体２０が軟化した状態で基材３０に転写される。これにより、繊維集合体２０と基材３０との接着性が向上する。また、転写工程の前に基材３０を加熱することにより、転写後、繊維集合体２０の熱が伝わって軟化する。これにより、繊維集合体２０と基材３０との接着性が向上する。なかでも、基材３０を加熱する方法は、繊維２１の劣化が抑制できる点で好ましい。

（３−３）プラズマ処理工程
転写工程の前に、接着剤付与工程および加熱工程に替えて、あるいは、接着剤付与工程および／または加熱工程に加えて、繊維集合体２０にプラズマ照射するプラズマ処理工程を備えていてもよい。繊維集合体２０の少なくとも基材３０に当接する領域にプラズマを照射することにより、繊維集合体２０と基材３０との接着性が向上する。なお、繊維集合体２０を基材３０に転写した後、繊維集合体２０の基材３０とは反対側の領域に、さらにプラズマ照射してもよい。培地１００で培養される生物組織や微生物の電位の変化を測定するために、繊維集合体２０と電極（例えば、白金電極）とを接続する場合、プラズマ照射によって電極と繊維集合体２０との密着性も向上する。

（４）切断工程
転写工程に先立って、繊維集合体２０は、巻取回転体１０に捲回された状態で基材３０の形状に応じて切断される。このとき、繊維集合体２０は、例えば、回転軸Ａに沿う方向に切断される。この切断部をきっかけにして、繊維集合体２０は基材３０に転写される。切断装置としては特に限定されず、例えば、長尺カッター等が挙げられる。

切断工程により、基材３０に転写されない不要な切断片が生じる場合、切断工程の後、転写工程の前に、切断片を除去するクリーニング工程を備えることが好ましい。工程が簡略化されて生産性が向上するとともに、得られる培地の品質が高まる。

クリーニングは、例えば、粘着層を備える粘着部材を用いて行われる。粘着部材としては、例えば、粘着テープや粘着ロール等が挙げられる。粘着ロールは、周面に粘着層を備え、例えば、巻取回転体１０とは反対向きに回転可能である。粘着部材は、巻取回転体１０に対して接近および後退が可能である。巻取回転体１０の回転によって不要な切断片が粘着部材に対向するタイミングに合わせて、粘着部材を巻取回転体１０に接近させる。これにより、不要な切断片は粘着部材の粘着層に粘着されて、巻取回転体１０の周面から除去される。粘着層の材質は特に限定されず、例えば、アクリル粘着剤等が挙げられる。

（５）転写工程（図１（ｂ））
本工程では、巻取回転体１０を回転させながら、繊維集合体２０を基材３０に転写する。
基材３０は、ＸＺステージ５２に支持された架台５３に載置されて、搬送される。このとき、基材３０は、巻取回転体１０の周速よりも相対的に速い速度で、Ｘ軸方向に搬送されることが好ましい。これにより、弛みがさらに抑制された状態で、繊維集合体２０は基材３０に転写される。

一方、転写工程では、基材３０を、巻取回転体１０の回転により搬送させてもよい。すなわち、基材３０を所定の位置にまで搬送した後、架台５３を上昇して基材３０を巻取回転体１０に押し付ける。次いで、巻取回転体１０を回転させて、凸部１０Ｐと基材３０との間に生じる摩擦力により基材３０を搬送させてもよい。これにより、基材３０の相対的な搬送速度が巻取回転体１０の周面の移動速度と同じになり、繊維集合体２０の弛みが抑制される。また、基板３の位置合わせが容易となるため、繊維集合体２０の転写ずれが抑制される。繊維集合体２０が転写された後、速やかに架台５３を降下して、基材３０を巻取回転体１０から離間させる。

転写工程の間、原料液２２の吐出口５１１からの吐出は停止される場合がある。原料液２２が溶液紡糸法により生成される場合、吐出口５１１近傍において原料液２２が乾燥するのを防止するために、原料液２２の吐出が停止している間、ノズル５１の少なくとも吐出口５１１を、原料液２２に含まれる溶媒と同じ溶媒に浸しておくことが好ましい。なお、転写工程の間に限らず、例えば、長期間、原料液２２の吐出を行わない場合にも、吐出口５１１を溶媒に浸しておくことが好ましい。原料液２２の吐出が再開されたときに、吐出が安定し易くなるためである。同様の観点から、原料液２２が溶融紡糸法により生成される場合、吐出口５１１近傍において原料液２２が固化するのを防止するために、原料液２２の吐出が停止している間、ノズル５１の少なくとも吐出口５１１近傍を加温しておくことが好ましい。

本発明により得られる培地および繊維集合体は、繊維が一方向に高い精度で配列しているため、筋細胞のように、筋原線維の長手方向に沿って収縮する細胞を培養する培地として有用である。

１０：巻取回転体
１０Ｐ：凸部
２０：繊維集合体
２１：繊維
２２：原料液
３０：基材
５１：ノズル
５１１：吐出口
５２：ＸＺステージ
５３：架台
６０：予備堆積部材
６２：吐出端保持部材
６３：加圧装置
６３１：ポンプ
６３２：バルブ
６４Ａ：冷却装置
６４Ｂ：乾燥装置
６５：吐出口カバー
６６Ａ、６６Ｂ：監視装置
１００：培地

Claims (13)

1. 繊維の原料液をノズルの吐出口から吐出して、前記繊維を生成させる繊維生成工程と、
   前記繊維を、巻取回転体の周面に周回するように堆積させて、繊維集合体を形成する堆積工程と、
   前記巻取回転体を回転させながら、前記繊維集合体を基材に転写する転写工程と、を備え、
   前記繊維が、溶融紡糸法または溶液紡糸法により生成される、培養用足場の製造方法。
2. 前記堆積工程の前に、前記繊維を前記巻取回転体以外の予備堆積部材に堆積させる予備堆積工程を備え、
   前記予備堆積工程と前記堆積工程とが、前記原料液を、前記ノズルの前記吐出口から継続的に吐出させながら、連続して行われる、請求項１に記載の培養用足場の製造方法。
3. 前記予備堆積部材が、前記巻取回転体の回転方向とは反対向きに回転する予備回転体である、請求項２に記載の培養用足場の製造方法。
4. 前記繊維生成工程が、前記ノズルの前記吐出口を、前記巻取回転体以外の吐出端保持部材に当接させる当接工程と、
   前記吐出口から前記原料液を吐出しながら、前記吐出口を前記吐出端保持部材から離間させる離間工程と、を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
5. 前記吐出端保持部材が多孔質体であって、
   前記当接工程が、前記ノズルの前記吐出口を、前記多孔質体に差し込む差込工程であり、
   前記離間工程の前に、前記吐出口から前記原料液を吐出する、請求項４に記載の培養用足場の製造方法。
6. 前記離間工程において、前記吐出口を前記多孔質体の内部で移動させた後、前記吐出口を前記多孔質体から離間させる、請求項５に記載の培養用足場の製造方法。
7. 前記ノズルが、前記吐出口を包囲する吐出口カバーを備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
8. 前記繊維が、前記溶融紡糸法により生成され、
   前記堆積工程において、前記巻取回転体の前記周面に、前記繊維を冷却装置により冷却しながら堆積させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
9. 前記繊維が、前記溶液紡糸法により生成され、
   前記堆積工程において、前記巻取回転体の前記周面に、前記繊維を乾燥装置により乾燥させながら堆積させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
10. 複数の前記吐出口を備え、各前記吐出口から前記原料液が吐出される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
11. 前記繊維生成工程において、前記ノズルの前記吐出口を監視することにより入手される前記原料液の吐出状態に基づいて、前記原料液の吐出が制御される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
12. 前記堆積工程において、前記繊維集合体が形成された前記巻取回転体の周面を監視することにより入手される前記繊維集合体の形成状態に基づいて、前記巻取回転体の回転が制御される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
13. 繊維の原料液をノズルの吐出口から吐出して、前記繊維を生成させる繊維生成部と、
    前記繊維を、巻取回転体の周面に周回するように堆積させて、繊維集合体を形成する堆積部と、
    前記巻取回転体を回転させながら、前記繊維集合体を基材に転写する転写部と、を備え、
    前記繊維が、溶融紡糸法または溶液紡糸法により生成される、培養用足場の製造装置。

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