JP6846655B2

JP6846655B2 - 培養用足場の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP6846655B2
Application number: JP2016138330A
Authority: JP
Inventors: 池田　浩二; 浩二池田; 太一中村
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2036-07-13
Also published as: JP2018007610A

Description

本発明は、培地の製造方法および製造装置に関し、特に、均質な繊維を備える培地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。繊維基材が非常に薄い場合、強度および取扱い性の観点から、繊維基材はさらに他の基材に積層されて使用される。

特表２０１０−５１７５９０号公報

なかでも、繊維を紡糸しながら基材に堆積させて得られる培地は、転写工程が不要となるため、生産性の向上が期待できる。さらに、凹凸を備える基材に対しても、繊維を密着させることができる。しかし、均質な繊維を基材に直接、堆積させるのは容易ではない。例えば、紡糸の開始直後は、紡糸動作が安定しておらず、所望の繊維が紡糸されない場合がある。さらには、原料液の吐出が停止する場合もある。繊維が不均質であると、生物組織や微生物の成長の程度が、培地内でばらつく場合がある。

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、基材の一方の主面に沿って定められた堆積領域に堆積させて、繊維集合体を形成する堆積工程と、前記繊維を予備堆積領域に堆積させる予備堆積工程と、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、培地の製造方法に関する。

本発明の他の一局面は、繊維の原料液をノズルから吐出して、前記繊維を生成させる繊維生成部と、前記繊維を、基材の一方の主面に沿って定められた堆積領域に堆積させて、繊維集合体を形成する堆積部と、前記繊維を前記堆積領域以外の予備堆積領域に堆積させる予備堆積部と、を備え、前記堆積領域および前記予備堆積領域への前記繊維の堆積が、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、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、基材に直接、均質な繊維を堆積することができる。

本発明に係る製造方法におけるノズル、基材および予備堆積部材を模式的に示す側面図である。吐出端保持部材を使用する場合の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で示された繊維生成工程に続いて実施される予備堆積工程および堆積工程におけるノズル、基材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））。図１で示されたノズル、基材および予備堆積部材を模式的に示す上面図である。本発明に係る他の製造方法におけるノズル、基材および予備堆積部材を模式的に示す側面図である（（ａ）、（ｂ））。本発明に係る複数の基材に対して堆積工程を実施する製造方法におけるノズル、基材および予備堆積部材を模式的に示す側面図である。本発明に係るノズルを模式的に示す断面図である。本発明に係る他のノズルを模式的に示す断面図である。搬出工程におけるノズル、基材および予備堆積部材を模式的に示す側面図である。監視装置を用いた繊維生成工程におけるノズル、基材、予備堆積部材および監視装置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。

本実施形態では、繊維を、基材の堆積領域以外の予備堆積領域に堆積させる工程を備える。すなわち、繊維を、予備堆積領域に堆積させて紡糸を安定させた後、もしくは安定させながら堆積領域に堆積する。これにより、繊維を、紡糸しながら堆積領域全体に直接、均質な状態で堆積することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図１は、本実施形態の製造方法におけるノズル、基材および予備堆積部材を模式的に示す側面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、吐出端保持部材を使用する繊維生成工程の初期段階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。図３（ｅ）および（ｆ）は、図２で示された繊維生成工程の初期段階に続いて実施される予備堆積工程および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。図４は、図１で示されたノズル、基材および予備堆積部材を模式的に示す上面図である。

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、基材３０の一方の主面に沿って定められた堆積領域Ｒｄに堆積させて、繊維集合体２０を形成する堆積工程と、繊維２１を予備堆積領域Ｒｐに堆積させる予備堆積工程と、を備える。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。また、繊維生成工程と、予備堆積工程または堆積工程とは、並行して実施され得る。

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、基材３０の一方の主面に沿って定められた堆積領域Ｒｄに堆積させて、繊維集合体２０を形成する堆積部と、繊維２１を予備堆積領域Ｒｐに堆積させる予備堆積部と、を備える製造装置により製造される。このとき、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、予備堆積領域Ｒｐおよび堆積領域Ｒｄへの繊維２１の堆積を、連続して行う。

（１）繊維生成工程
本工程では、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。原料液２２から繊維２１を生成する方法（紡糸法）は特に限定されず、生成させる繊維２１の種類等に応じて適宜選択すればよい。紡糸法としては、例えば、溶液紡糸法、溶融紡糸法および電界紡糸法等が挙げられる。

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、繊維が形成される。乾式紡糸法では、原料液２２を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、繊維が形成される。なかでも、後述するように、繊維２１を一方向に配列させた状態で堆積させ易い点で、乾式紡糸法が好ましい。

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。得られた原料液２２は、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。

電界紡糸法は、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として用いる点で、溶液紡糸法と共通する。しかし、電界紡糸法では、原料液２２に高電圧を印加しながら空気中に吐出する。原料液２２に含まれる溶媒は、基材３０の周面に到達するまでの過程において揮発する。

なお、図示例では、原料液２２を吐出するノズル５１に加圧装置６３が接続されている。加圧装置６３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。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、堆積領域Ｒｄ、予備堆積領域Ｒｐあるいはその他の領域に当接させて、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、基材３０に堆積する繊維２１の均質性がより向上する点で、図２に示すように、堆積領域Ｒｄ以外の領域、特に基材３０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を基材３０に向けて移動する（図３（ｅ））。ノズル５１は、そのまま基材３０の堆積領域Ｒｄ上を移動して、繊維２１を堆積領域Ｒｄに堆積させる（図３（ｆ））。このとき、ノズル５１は、図３（ｅ）に示すように、予備堆積領域Ｒｐ上を経由して、堆積領域Ｒｄ上に移動されることが好ましい。これにより、予備堆積領域Ｒｐで紡糸を安定させた後、あるいは安定させながら、繊維２１を堆積領域Ｒｄに堆積させることができる。

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の吐出端は、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、さらに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。

（原料液）
溶液紡糸法や電界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。さらに、繊維２１を電界紡糸法により生成させる場合、高い曳糸性が確保される。

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。

繊維の柔軟性と繊維の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。特に、溶液を用いる電界紡糸法により繊維集合体２０を形成する場合には、質量比がこのような範囲であると、ブロックポリマーおよびスチレン樹脂を溶媒に溶解し易く、高い紡糸性を確保することもできる。

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。

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。

（２）予備堆積工程および堆積工程
本工程では、繊維２１を、基材３０の一方の主面に沿って定められた堆積領域Ｒｄに堆積させて、繊維集合体２０を形成する（堆積工程）。これにより、繊維集合体２０と基材３０とを備える培地１００（図４参照）が得られる。

本実施形態では、さらに、繊維２１を、堆積領域Ｒｄ以外の予備堆積領域Ｒｐにも堆積させる（予備堆積工程）。予備堆積領域Ｒｐは、培地１００を構成しないものの、繊維２１の均質性を高めるために必要な領域である。上記のとおり、紡糸の開始直後は紡糸動作が安定していないため、所望の繊維が紡糸されない場合がある。そこで、繊維２１を一旦、予備堆積領域Ｒｐに堆積させて、紡糸を安定させた後、あるいは安定させながら、堆積領域Ｒｄに堆積させる。これにより、堆積領域Ｒｄに、均質な繊維２１を堆積することができる。このとき、予備堆積領域Ｒｐおよび堆積領域Ｒｄへの繊維２１の堆積を、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うことが重要である。

図示例では、予備堆積領域Ｒｐは、基材３０以外の部材（予備堆積部材６０）に設けられているが、これに限定されない。例えば、基材３０に、堆積領域Ｒｄおよび予備堆積領域Ｒｐを設けてもよい。言い換えれば、堆積領域Ｒｄは、基材３０の一方の主面の一部であってもよいし、全部であってもよい。堆積領域Ｒｐの形状および大きさは特に限定されず、所望の培地の形状および大きさに応じて適宜設定すればよい。予備堆積領域Ｒｐは、基材３０の一部であってもよいし、基材３０以外の予備堆積部材６０に設けられていてもよい。予備堆積領域Ｒｐの形状および大きさは、堆積領域Ｒｄの形状および大きさに応じて適宜設定すればよい。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（以下、予備回転体６０と称す場合がある）であってもよい。繊維２１の均質性向上の観点から、堆積領域Ｒｄと予備堆積領域Ｒｐとは、ほぼ同一平面上にあることが好ましい。堆積領域Ｒｄおよび／または予備堆積領域Ｒｐに凹凸が形成されている場合、凸部の頂部を通る平面を基準に、同一平面上にあるか否かを判断すればよい。

堆積領域ＲｄのＸ方向の長さがＬｘであり、Ｘ方向に直交するＹ方向の長さがＬｙである場合、堆積工程では、図４に示すように、ノズル５１の吐出口５１１を、相対的にＹ方向に長さＬｙの距離を移動させる間に、数回、Ｘ方向に往路および復路がそれぞれ長さＬｘ以上の距離になるように往復移動させてもよい。この場合、堆積領域Ｒｄには、複数の繊維２１がＸ方向に配列しながら堆積する。言い換えれば、得られる繊維集合体２０は、一方向（この場合、Ｘ方向）に配列した複数の繊維２１を備える。このように、複数の繊維２１が配列した状態である場合、その繊維２１の配列方向に沿って繊維２１が伸び易いため、生物組織や微生物へのストレスが低減される。よって、繊維２１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。特に、生物組織や微生物の成長に方向性が見られる場合、繊維２１がある一方向に配列していると、生物組織や微生物が成長し易くなるため好ましい。Ｘ方向は基材３０の主面に平行な任意の方向であり、Ｙ方向はＸ方向に直交する方向である。なお、図４では、矩形の基材３０を示しているが、基材３０の形状はこれに限定されない。

上記のように、吐出口５１１をＸ方向に往復移動させながら、Ｙ方向に移動させる場合、吐出口５１１のＸ方向における進行方向は、順次、反対向きに切り替えられる。吐出口５１１の進行方向が切り替わる際、繊維２１の配列は乱れ易い。そのため、進行方向の切り替え地点（繊維２１の紡糸の方向が変わる地点）が、予備堆積領域Ｒｐ上になるように、吐出口５１１の進行方向を切り替えることが好ましい。すなわち、Ｘ方向における往路および復路の長さを、堆積領域ＲｄのＸ方向の長さＬｘ以上にするとともに、予備堆積領域Ｒｐを、堆積領域ＲｄのＸ方向における端部（好ましくは両端部）に配置することが好ましい。これにより、堆積工程と予備堆積工程とが交互に繰り返されながら、堆積領域ＲｄにＸ方向に配列した複数の繊維２１の集合体（繊維集合体２０）が形成されていく。

予備堆積領域Ｒｐとして、予備回転体６０を配置する場合、予備回転体６０は、Ｙ方向に沿う回転軸を有することが好ましい。このとき、予備回転体６０を、繊維集合体２０にＸ方向の張力をかける方向に回転させながら、予備堆積工程および堆積工程を行う。これにより、繊維２１の配列性がさらに向上する。

予備回転体６０の周面の移動速度（周速）は特に限定されない。なかでも、ノズル５１の移動速度よりも低速で回転させ始め、徐々に、ノズル５１の移動速度と同程度まで加速させることが好ましい。これにより、基材３０への堆積直後から安定した紡糸が可能となる。このとき、ノズル５１の移動速度に合わせて、原料液２２に加えられる圧力を変動させる。例えば、ノズル５１の移動速度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。

繊維２１の紡糸安定性および配列性が向上する点で、図５に示すように、吐出口５１１から吐出された直後の原料液２２の吐出方向Ｄ_２２と、吐出口５１１の移動方向Ｄ_５１１と、の成す角度θ_２２が鋭角（θ_２２＜９０°）になるように、堆積領域Ｒｄに対する吐出口５１１やノズル５１の傾き等を調整することが好ましい。つまり、図５（ａ）に示すように、吐出口５１１（ノズル５１）が、予備回転体６０Ａに向かって移動する場合、原料液２２が予備回転体６０Ｂに向かって吐出されるように、ノズル５１を傾斜させる。同様に、図５（ｂ）に示すように、吐出口５１１が、予備回転体６０Ｂに向かって移動する場合、原料液２２が予備回転体６０Ａに向かって吐出されるように、ノズル５１を傾斜させる。なかでも、繊維２１の紡糸安定性および配列性の観点から、角度θ_２２（ただし、θ_２２＜９０°）は、１０〜７０度であることが好ましく、２０〜５０度であることがより好ましい。なお、図５では、吐出口５１１が、ノズル５１の先端にその長手方向に沿って設けられている場合を示しており、ノズル５１を傾斜させることにより、原料液２２の吐出方向を調整している。原料液２２の吐出方向を調整する方法はこれに限定されず、ノズル５１の構成に応じた方法により行えばよい。

堆積領域Ｒｄへの繊維２１の堆積（堆積工程）が終了した後、原料液２２をノズル５１から継続的に吐出させながら、繊維２１を予備堆積領域Ｒｐに堆積させておいてもよい。例えば、繊維２１を予備堆積領域Ｒｐに堆積させている間に基材３０を交換すると、新たな基材３０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、基材３０を交換する間の退避工程であり得る。

生産性が向上する点で、堆積工程は、複数の基材３０に対して同時に実施されることが好ましい。この場合、複数の基材３０は、Ｙ方向に沿って配置されてもよいし、図６に示すように、Ｘ方向に沿って配置してもよい。複数の基材３０が少なくともＸ方向に沿う長さＬＸの領域に配置される場合、ノズル５１の吐出口５１１を、長さＬＸ以上の距離でＸ方向に複数回、往復移動させることにより、複数の基材３０に、同時に繊維集合体２０を形成することができる。つまり、この配置によれば、ノズル５１の進行方向の切り替え回数を低減しながら、複数の基材３０に繊維２１を堆積させることができる。よって、紡糸装置への負荷が小さくなって、紡糸がさらに安定しやすい。

図７Ａに示すように、ノズル５１は複数の吐出口５１１を備えていてもよい。あるいは、図７Ｂ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が少なくとも堆積領域Ｒｄに堆積される。これにより、生産性が向上する。

ノズル５１は、吐出口５１１を包囲する吐出口カバー（図示せず）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の紡糸がより安定するとともに、配列性が向上する。さらに、後述するように、吐出口５１１の近傍あるいは基材３０の近傍に冷却装置あるいは乾燥装置が設置される場合、吐出口カバーにより、所望の繊維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、少なくとも堆積工程において、生成した繊維２１を冷却装置により冷却しながら、堆積領域Ｒｄさらには予備堆積領域Ｒｐ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。堆積領域Ｒｄあるいは予備堆積領域Ｒｐ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。各領域において繊維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、堆積領域Ｒｄあるいは予備堆積領域Ｒｐに堆積する直前の繊維２１、あるいは、堆積領域Ｒｄあるいは予備堆積領域Ｒｐ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、冷却装置は、吐出口５１１の近傍、または、繊維２１の堆積領域Ｒｄあるいは予備堆積領域Ｒｐへの堆積開始点の近傍に設置する。

冷却装置の種類は特に限定されず、例えば、ノズル５１あるいは各領域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を乾燥装置により乾燥させながら、堆積領域Ｒｄあるいは予備堆積領域Ｒｐに堆積させることが好ましい。乾燥装置もまた、吐出口５１１の近傍、または、繊維２１の堆積領域Ｒｄあるいは予備堆積領域Ｒｐ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。

（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。上記のとおり、繊維集合体２０を構成する複数の繊維２１は、一方向に配列していることが好ましい。生物組織や微生物の成長が促進されるためである。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１０は、繊維の配列を説明するための繊維集合体の概略上面図である。図１０では、繊維集合体を法線方向から撮影したＳＥＭ写真における繊維集合体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。ただし、領域Ｒは、堆積領域Ｒｄよりも小さい領域とする。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１０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１０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１０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、すべての角度（この場合、１０箇所）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。

（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の形状および大きさも特に限定されず、必要に応じて適宜設定すればよい。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、例えば、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。基材３０の堆積領域Ｒｄには、凹凸が形成されていてもよい。本実施形態では、繊維２１は紡糸されながら、堆積領域Ｒｄに直接、堆積される。そのため、堆積領域Ｒｄが凹凸を有する場合にも、繊維２１は堆積領域Ｒｄに密着しながら堆積される。

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。

（予備堆積部材）
予備堆積部材６０の材質は特に限定されない。予備堆積部材６０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。予備堆積部材６０の形状は特に限定されない。予備堆積部材６０の外形は、例えば、円柱または角柱であってもよい。

（搬出工程）
堆積工程の後、基材３０と繊維集合体２０とを備える培地１００を、基材３０の主面に平行な方向（水平方向）に移動させて搬出してもよい。この場合、図８に示すように、培地１００をＸ方向に移動させることが好ましい。上記のように、複数の基材３０を少なくともＸ方向に沿って配置し、これらに対して同時に堆積工程を行う場合、基材３０の並び方向と搬出方向とが一致するため、堆積工程と搬出工程との連携がよくなる。基材３０の移動は、例えば、複数の搬送ベルト６７を用いて行われる。

このとき、予備回転体６０Ａは、上下方向に移動可能であることが好ましい。基材３０の主面（この場合、堆積領域Ｒｄ）と予備回転体６０Ａの周面（予備堆積領域Ｒｐ）とが同一平面上にある場合、予備回転体６０Ａが基材３０の水平方向への移動の妨げになるためである。そこで、予備回転体６０Ａを基材３０よりも上方に、あるいは、図８のように下方に移動させた状態で、基材３０をＸ方向に移動させる。この場合、下方に移動した予備回転体６０Ａを覆い、搬送ベルト６７の間を中継する中継プレート６８を配置することが好ましい。これにより、基材３０がスムーズに搬出される。

歩留まりおよび生産性を向上させるために、図９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６６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６６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の吐出をリアルタイムで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、堆積領域Ｒｄの近傍に、堆積領域Ｒｄを監視する監視装置（図示せず）を配置してもよい。この場合、堆積工程において、監視装置から入手される繊維集合体２０の形成状態に基づいて、原料液２２の吐出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の吐出およびノズル５１の移動を停止して、吐出口５１１のクリーニングを行う。

繊維２１が溶液紡糸法あるいは電界紡糸法により生成される場合、原料液２２の吐出が停止されている間、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、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、上記クリーニングの間に限らず、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、繊維２１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は、均質な繊維が基材に堆積されているため、生物組織や微生物の培地として有用である。

２０：繊維集合体
２１：繊維
２２：原料液
３０：基材
５１：ノズル
５１１：吐出口
６０、６０Ａ、６０Ｂ：予備堆積部材（予備回転体）
６２：吐出端保持部材
６３：加圧装置
６３１：ポンプ
６３２：バルブ
６６：監視装置
６７：搬送ベルト
６８：中継プレート
１００：培地

Claims

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、基材の一方の主面に沿って定められた堆積領域に堆積させて、繊維集合体を形成する堆積工程と、
前記繊維を、前記堆積領域のＸ方向の両端部に配置され、前記Ｘ方向に直交するＹ方向に沿った回転軸を有する予備回転体からなる予備堆積領域に堆積させる予備堆積工程と、を備え、
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て、
前記予備回転体を、前記堆積領域に形成される前記繊維集合体に前記Ｘ方向の張力をかける方向に回転させながら、
前記堆積工程において、前記ノズルの前記吐出口を前記Ｙ方向に長さＬｙの距離を移動させる間に、往路および復路がそれぞれ前記堆積領域の前記Ｘ方向の長さＬｘより長い距離になるように、前記ノズルの前記吐出口を、前記Ｘ方向に複数回、往復移動させる、培養用足場の製造方法。
前記原料液の前記吐出口から吐出された直後の吐出方向と、前記吐出口の移動方向と、の成す角度が鋭角である、請求項１に記載の培養用足場の製造方法。
前記堆積工程の後、前記基材を前記Ｘ方向に移動させる搬出工程を備える、請求項１または２に記載の培養用足場の製造方法。
前記繊維生成工程が、前記ノズルの前記吐出口を、前記基材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。
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、基材の一方の主面に沿って定められた堆積領域に堆積させて、繊維集合体を形成する堆積工程と、
前記繊維を前記堆積領域のＸ方向の両端部に配置された予備堆積領域に堆積させる予備堆積工程と、を備え、
前記繊維生成工程が、前記ノズルの前記吐出口を、前記基材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、を有し、
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て、前記Ｘ方向に往路および復路がそれぞれ前記堆積領域の前記Ｘ方向の長さＬｘより長い距離になるように、複数回、往復移動させながら、連続して行われる、培養用足場の製造方法。
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または５に記載の培養用足場の製造方法。
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６に記載の培養用足場の製造方法。
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１〜７のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
複数の前記基材が、少なくとも前記Ｘ方向に沿う長さＬＸの領域に配置されており、
前記ノズルの前記吐出口を、前記Ｘ方向に往路および復路がそれぞれ前記長さＬＸより長い距離になるように、複数回、往復移動させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の培養用足場の製造方法。
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。
繊維の原料液をノズルの吐出口から吐出して、糸状繊維を生成させる繊維生成工程と、
前記繊維生成工程を継続させながら、基材の一方の主面に沿って定められた堆積領域のＸ方向に前記ノズルを移動させて、前記糸状繊維を基材に密着させながら前記Ｘ方向に沿って堆積させる堆積工程と、
前記繊維を、前記堆積領域の前記Ｘ方向の一端に備えられた第１予備堆積部材からなる第１予備堆積領域に堆積させる第１予備堆積工程と、
前記繊維を、前記堆積領域の前記Ｘ方向の他端に備えられた第２予備堆積部材からなる第２予備堆積領域に堆積させる第２予備堆積工程と、を備え、
前記ノズルを前記Ｘ方向に往路および復路がそれぞれ前記堆積領域の前記Ｘ方向の長さＬｘより長い距離になるように、往復移動させながら、前記Ｘ方向と直交するＹ方向に移動させて、前記第１予備堆積工程と前記堆積工程と前記第２予備堆積工程とを、連続して行い、前記Ｙ方向に複数の前記糸状繊維が配列した繊維集合体を形成する、培養用足場の製造方法。
前記第１予備堆積部材および前記第２予備堆積部材が、前記Ｙ方向に沿う回転軸を有する予備回転体であって、
前記予備回転体を、前記繊維集合体に前記Ｘ方向の張力をかける方向に回転させる、請求項１１に記載の培養用足場の製造方法。
繊維の原料液をノズルの吐出口から吐出して、糸状繊維を生成させる繊維生成部と、
前記糸状繊維を、基材の一方の主面に沿って定められた堆積領域のＸ方向に前記ノズルを移動させて、前記糸状繊維を基材に密着させながら前記Ｘ方向に沿って堆積させる堆積部と、
前記糸状繊維を、前記堆積領域の前記Ｘ方向の一端に備えられた第１予備堆積部材からなる第１予備堆積領域に堆積させる第１予備堆積部と、
前記糸状繊維を、前記堆積領域の前記Ｘ方向の他端に備えられた第２予備堆積部材からなる第２予備堆積領域に堆積させる第２予備堆積部と、を備え、
前記ノズルを前記Ｘ方向に往復移動させながら、前記Ｘ方向と直交するＹ方向に移動させて、前記第１予備堆積領域、前記堆積領域、および前記第２予備堆積領域への前記糸状繊維の堆積を連続して行い、前記Ｙ方向に複数の前記糸状繊維を配列し、前記Ｘ方向の長さが前記堆積領域の前記Ｘ方向の長さＬｘより長い繊維集合体を形成する、培養用足場の製造装置。
前記第１予備堆積部および前記第２予備堆積部は、前記Ｙ方向に沿う回転軸を有する予備回転体からなる請求項１３に記載の培養用足場の製造装置。