JP6952286B2

JP6952286B2 - 培養用足場の製造方法およびその製造装置

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Publication number: JP6952286B2
Application number: JP2017144350A
Authority: JP
Inventors: 池田　浩二; 浩二池田; 太一中村; 悠人海老原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: JP2019024342A

Description

本発明は、培養用足場の製造方法およびその製造装置に関し、特に、一方向に配列した繊維を備える培養用足場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養用足場として、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、細胞、生物組織または微生物の培養に用いる培養用足場の製造方法であって、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とともに、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、前記巻取回転体の周面に堆積された前記繊維集合体を加熱する加熱工程と、前記巻取回転体を回転させながら、加熱された前記繊維集合体を基材に転写する転写工程と、を備え、前記繊維集合体は、一方向に配列した複数の繊維の集合体であり、前記巻取回転体の前記周面に、前記巻取回転体の回転軸に沿う方向に延伸する複数の帯状の加熱層が配置されており、前記加熱工程では、前記加熱層により前記繊維集合体が加熱される、培養用足場の製造方法に関する。

本発明の他の一局面は、細胞、生物組織または微生物の培養に用いる培養用足場の製造装置であって、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とともに、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、前記繊維集合体は、一方向に配列した複数の繊維の集合体であり、前記巻取回転体が、その周面に、前記巻取回転体の回転軸に沿う方向に延伸する複数の帯状の加熱層を備え、前記転写部では、前記加熱層により加熱された前記繊維集合体が前記基材に転写される、培養用足場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養用足場を、効率よく製造することができる。

本発明に係る巻取回転体の一例を示す斜視図（ａ）および平面図（ｂ）である。本発明の第１実施形態にかかる巻取回転体の要部を模式的に示す断面図である。本発明の第１実施形態にかかる他の巻取回転体の要部を模式的に示す断面図である。本発明の第２実施形態にかかる巻取回転体の要部を模式的に示す断面図である。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／または基材を模式的に示す側面図である（（ａ）および（ｂ））。本発明に係る巻取回転体の他の例を示す分解側面図である。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。

繊維を紡糸しながら巻取回転体で巻き取っていくことにより、巻取回転体の周面に形成される繊維集合体は、高い配列性を備える培養用足場として有用である。しかし、その配列性を保持したまま基材に転写することは容易ではない。繊維同士は、巻取回転体から繊維集合体を剥離したときに、その配列を維持できる程度に交絡していないためである。

本実施形態では、繊維の一方向への配列を維持した状態で繊維集合体を基材に転写するために、巻取回転体の周面に加熱層を配置する。転写工程の前に繊維集合体を加熱することにより、繊維集合体は軟化して、巻取回転体から剥離され易くなる。よって、繊維集合体は、繊維の配列を維持したまま、基材に容易に転写される。さらに、繊維集合体が軟化した状態で基材に転写されるため、繊維集合体と基材との密着性が向上する。これにより、繊維集合体と基材との密着に必ずしも接着剤を用いることを要しないため、生産性およびコストの面でも有利である。

加熱層は、巻取回転体の回転軸に沿う方向に延伸する帯状に配置される。一方、繊維集合体を構成する繊維は、巻取回転体の周面に周回するように、つまり、加熱層と交差する方向に配列している。加熱層の延伸方向と繊維の配列方向とを交差させて、繊維を間欠的に加熱することによって、巻取回転体の周面に堆積する繊維を、その集合体（繊維集合体）として基材に転写させることがさらに容易となる。さらに、巻取回転体の周面を部分的に加熱するため、熱効率が高まる。

（加熱層）
以下、加熱層について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、加熱層を備える巻取回転体の一例を示す斜視図（ａ）および平面図（ｂ）である。図１では、巻取回転体の周面に堆積する繊維（繊維集合体）の一部も併せて示している。

加熱層６０は、帯状であって、巻取回転体１０の周面１０Ｓにおいて、巻取回転体１０の回転軸Ａに沿う延伸方向Ｄ_６０に延伸している。延伸方向Ｄ_６０は、回転軸Ａに平行である場合に限られず、延伸方向Ｄ_６０と回転軸Ａとのなす角度θ_６０（ただし、θ_６０＜９０°）は、例えば、０°以上、３０°以下である。なかでも、繊維集合体２０の剥離性の観点から、角度θ_６０は０°以上、２０°以下であることが好ましい。

延伸方向Ｄ_６０は、繊維２１の配列方向Ｄ_２１と交差する方向である。延伸方向Ｄ_６０と配列方向Ｄ_２１とのなす角度θ（ただし、θ≦９０°）は、例えば、６０°以上、９０°以下である。なお、延伸方向Ｄ_６０は、加熱層６０を巻取回転体１０の周面１０Ｓの法線方向から見たとき、加熱層６０の長手方向の中心線Ｌ_Ｃが延伸する方向である。中心線Ｌ_Ｃが曲線を含む場合、延伸方向Ｄ_６０は、中心線Ｌ_Ｃを囲む最小の矩形の中心線が延伸する方向である。

加熱層６０の形状は、帯状である限り特に限定されない。帯状とは、加熱層６０の延伸方向Ｄ_６０の長さが、延伸方向Ｄ_６０に垂直な方向の長さよりも長い形状である。加熱層６０を巻取回転体１０の周面１０Ｓの法線方向から見たときの形状としては、例えば、矩形、台形等が挙げられる。

加熱層６０の数は特に限定されず、２本以上であればよい。なかでも、繊維集合体２０の剥離性の観点から、巻取回転体１０の周面１０Ｓに３本以上配置されることが好ましく、１０本以上配置されることが好ましい。また、同様の観点から、加熱層６０は等間隔に配置されることが好ましい。

加熱層６０の延伸方向Ｄ_６０と直交する方向（以下、短手方向と称す）の長さ（幅）は特に限定されない。なかでも、繊維集合体２０の剥離性の観点から、すべての加熱層６０の巻取回転体１０の周面１０Ｓに当接する総面積が、巻取回転体１０の周面１０Ｓ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、各加熱層６０の幅を決定することが好ましい。加熱層６０の延伸方向Ｄ_６０の長さも特に限定されない。なかでも、巻取回転体１０の周面１０Ｓのうち、少なくとも繊維２１が堆積し得る領域にわたって、加熱層６０が延伸していることが好ましい。

加熱層６０における発熱の原理は、特に限定されない。例えば、ＩＨ（Induction Heating：誘導加熱）により生じたうず電流を加熱層６０に流し、発生したジュール熱を利用する方法であってもよいし、加熱層６０に直接的に電流を流し、発生したジュール熱を利用する方法であってもよい。これらの場合、加熱層６０の材質としては、例えば、金属材料または導電性を有する樹脂が挙げられる。

巻取回転体１０の周面１０Ｓが熱伝導性を有する場合、加熱層と周面１０Ｓとの間に、断熱層が配置されることが好ましい。これにより、周面１０Ｓ全体が加熱されることが抑制されて、繊維を間欠的に加熱することができるとともに、熱効率がさらに向上する。

以下、加熱層が金属材料により形成される形態（第１実施形態）、および、加熱層が導電性を有する樹脂組成物により形成される形態（第２実施形態）を例に挙げて、図面を参照しながら詳細に説明する。図２Ａは、第１実施形態にかかる巻取回転体の要部を模式的に示す断面図であり、図２Ｂは、第１実施形態にかかる他の巻取回転体の要部を模式的に示す断面図である。図２Ｃは、第２実施形態にかかる巻取回転体の要部を模式的に示す断面図である。

［第１実施形態］
本実施形態では、加熱層６０Ａが金属材料により形成されている。さらに、加熱層６０Ａと周面１０Ｓとの間には、断熱層６１が配置されている。

（加熱層）
加熱層６０Ａの材質は金属材料である限り、特に限定されない。金属材料としては、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル−クロム合金、鉄−クロム合金、タングステン等が例示される。なかでも、適度な剛性を有する点で、ステンレス鋼が好ましい。

金属材料の形態は特に限定されず、例えば、箔状であってもよいし、線状であってもよい。線状の金属材料は、例えば、複数本が密接して、あるいは、間隔をあけて同一平面上に並んで配置されて、加熱層６０Ａを形成する。

加熱層６０Ａの厚みも特に限定されず、所望の発熱温度に応じて適宜設定すればよい。加熱層６０Ａの厚みは、ステンレス鋼の場合、例えば２〜５０μｍである。

（断熱層）
断熱層６１の材質は断熱性を有する限り、特に限定されない。このような材質としては、各種樹脂材料が挙げられる。樹脂材料には、合成樹脂（熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂）、天然樹脂、エラストマー、天然ゴムおよび合成ゴムが含まれ得る（以下、同じ）。なかでも、耐熱性の点で、シリコーンゴム、フッ素ゴムが好ましい。

断熱層６１の厚みは特に限定されず、発熱温度に応じて適宜設定すればよい。断熱層６１の厚みは、例えば、８０〜４９００μｍである。

断熱層６１は、断熱効果の観点から、加熱層６０Ａの周面１０Ｓ側の全面に対向するように配置されることが好ましい。断熱層６１の短手方向の長さ（幅Ｗ_Ｉ）は、加熱層６０Ａの短手方向の長さ（幅Ｗ_Ｈ１）と同じか、それよりも大きいことが好ましい。断熱層６１は、周面１０Ｓの全面を覆うように配置されてもよい。

（第１樹脂層）
本実施形態では、さらに、周面１０Ｓに、加熱層６０Ａ（金属材料の表面）の少なくとも一部を覆うとともに、剥離性を有する第１樹脂層６２が配置される。これにより、繊維集合体２０は、周面１０Ｓからさらに剥離され易くなる。なかでも、加熱層６０Ａの全面（金属材料の全表面）が、第１樹脂層６２により覆われることが好ましい。

第１樹脂層６２は、例えば図２Ａに示すように、加熱層６０Ａに対応するように帯状に配置されてもよい。この場合、周面１０Ｓには、加熱層６０Ａおよび第１樹脂層６２による凹凸が形成される。これにより、繊維集合体２０の剥離は、さらに容易になる。

加熱層６０Ａを備え、周面１０Ｓに形成される凹凸の高さは特に限定されない。なかでも、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、上記凹凸の高さは過度に高くないことが好ましい。上記凹凸の高さは、例えば、１００〜５０００μｍである。上記凹凸の高さは、巻取回転体１０の周面１０Ｓの法線方向における平均値である。加熱層６０Ａ、断熱層６１および第１樹脂層６２の厚みについても同様である。

第１樹脂層６２の短手方向の長さ（幅Ｗ_Ｒ）は、加熱層６０Ａを巻取回転体１０の周面１０Ｓの法線方向から見たとき、加熱層６０Ａの短手方向の長さ（幅Ｗ_Ｈ１）よりも大きいことが好ましい。幅Ｗ_Ｒと幅Ｗ_Ｈ１との比：Ｗ_Ｒ／Ｗ_Ｈ１は、１より大きく、２以下であってもよい。

通常、繊維２１の第１樹脂層６２のエッジ６２Ｅに接触する部分にはテンションがかかり易く、また、エッジ６２Ｅには、加熱層６０Ａで発生した熱が集中し易い。しかし、第１樹脂層６２の上記幅Ｗ_Ｒを、加熱層６０Ａの上記幅Ｗ_Ｈ１よりも大きくすることにより、少なくとも一方のエッジ６２Ｅ近傍は加熱され難くなる。そのため、繊維２１の損傷、さらには断糸が抑制され易くなる。

あるいは、第１樹脂層６２は、図２Ｂに示すように、周面１０Ｓの全面を覆うように配置されてもよい。この場合、断熱層６１は、周面１０Ｓの全面を覆うように配置されてもよいし、加熱層６０Ａに対応する領域に帯状に配置されてもよい。

第１樹脂層６２の材質は、剥離性を有する樹脂材料（第１樹脂）である限り、特に限定されない。なかでも、第１樹脂としては、シリコーンゴムが好ましく例示される。これにより、繊維集合体２０の周面１０Ｓからの剥離性がさらに向上する。一方、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が周面１０Ｓから剥離することが抑制される。

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、熱硬化性の化合物である。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。

第１樹脂層６２の厚みは特に限定されず、周面１０Ｓに上記凹凸が形成される場合は、その高さ、加熱層６０Ａおよび断熱層６１の厚みを考慮して、適宜設定すればよい。第１樹脂層６２の厚みは、例えば、１０〜２０００μｍである。

［第２実施形態］
本実施形態では、加熱層６０Ｂが導電性を有する樹脂組成物により形成されている。また、加熱層６０Ｂは、第１実施形態と同様、断熱層６１を備える。本実施形態では、周面１０Ｓには、加熱層６０Ｂおよび断熱層６１を含む凹凸が形成されている。

（加熱層）
加熱層６０Ｂを形成する樹脂組成物は、例えば、導電性フィラーと各種樹脂材料（第２樹脂）との混合物である。

導電性フィラーの種類は特に限定されず、例えば、銅、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン、炭素材料等が挙げられる。第２樹脂に対する導電性フィラーの配合量も特に限定されず、所望の発熱温度に応じて適宜設定すればよい。第２樹脂１００質量部に対する導電性フィラーの配合量は、例えば、２０〜２００質量部である。

第２樹脂の種類も特に限定されない。なかでも、剥離性を有する樹脂材料が好ましい。この場合、加熱層６０Ｂを覆う第１樹脂層６２を配置することが省略できる。第２樹脂としては、第１樹脂と同様のシリコーンゴムが好ましく例示できる。

加熱層６０Ｂの厚みも特に限定されず、所望の発熱温度に応じて適宜設定すればよい。ただし、周面１０Ｓに上記凹凸が形成される場合は、その高さが１００〜５０００μｍとなるように、加熱層６０Ｂの厚みを設定することが好ましい。加熱層６０Ｂの厚みは、例えば、８０〜３０００μｍである。加熱層６０Ｂの短手方向の長さ（幅Ｗ_Ｈ２）は、断熱層６１の幅Ｗ_Ｉと同じか、それよりも小さいことが好ましい。

［製造方法および製造装置］
本実施形態に係る培養用足場の製造方法は、繊維２１の原料液をノズルから吐出して、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１０Ｓ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の周面１０Ｓに堆積された繊維集合体２０を加熱する加熱工程と、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、を具備する。このとき、巻取回転体１０の周面１０Ｓに、巻取回転体１０の回転軸Ａに沿う方向に延伸する複数の帯状の加熱層６０が配置されている。そして、加熱工程では、加熱層６０により繊維集合体２０が加熱される。

上記の製造方法は、繊維２１の原料液をノズルから吐出して、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１０Ｓ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を基材に転写する転写部と、を備える装置により製造される。このとき、巻取回転体１０は、その周面１０Ｓに複数の帯状の加熱層６０を備える。転写部では、加熱層６０により加熱された繊維集合体２０が基材３０に転写される。

以下、本実施形態に係る培養用足場の製造方法および製造装置について、図面を参照しながら、詳細に説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の各工程における巻取回転体１０および／または基材３０等を模式的に示す側面図である。本実施形態において、培養用足場１００は、繊維集合体２０と基材３０とを備える。

（１）堆積工程（図３（ａ））
本工程では、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１０Ｓを１周以上、周回させながら堆積させる。これにより、巻取回転体１０の周面１０Ｓには、繊維集合体２０が形成される。

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。なかでも、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。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２１が形成される。

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、巻取回転体１０の周面１０Ｓに到達するまでの過程において揮発する。

電界紡糸法では、原料液２２に高電圧を印加するため、原料液２２をプラスあるいはマイナスに帯電させる。このとき、巻取回転体１０をグランドさせるか、あるいは、原料液２２とは逆の極性に帯電させることにより、空気中に吐出された原料液２２の吐出端は巻取回転体１０に引き寄せられて、その周面１０Ｓに付着する。そして、原料液２２を吐出しながら巻取回転体１０を回転させることにより、溶液紡糸法および溶融紡糸法と同様に、繊維２１は、巻取回転体１０の周面１０Ｓに周回しながら堆積し、巻取回転体１０の周面１０Ｓの少なくとも一部を覆い、配列方向Ｄ_２１に配列する繊維２１を備える繊維集合体２０が形成される。

（巻取回転体）
巻取回転体１０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。電界紡糸法により繊維２１が紡糸される場合、樹脂ベルトは導電性を備えることが好ましい。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２１は、巻取回転体１０の周面１０Ｓを周回する方向（以下、配列方向Ｄ_２１）に配列しながら、巻取回転体１０の周面１０Ｓに堆積される。配列方向Ｄ_２１は、例えば、巻取回転体１０の回転方向（すなわち、巻取回転体１０の回転軸Ａに垂直な方向）に沿う方向である。配列方向Ｄ_２１と回転軸Ａとのなす角度θ_２１（ただし、θ_２１≦９０°）は、例えば、６０°以上、９０°以下でもよい。なお、配列方向Ｄ_２１は、繊維２１を巻取回転体１０の周面１０Ｓの法線方向から見たときの、繊維２１の長手方向である（図２（ｂ）参照）。繊維２１の長手方向は、巻取回転体１０の周面１０Ｓの法線方向から見たときの繊維２１の近似直線をとって、求めてもよい。角度θ_２１は、複数の繊維２１の配列方向Ｄ_２１と回転軸Ａとのなす角度の平均値である。巻取回転体１０に堆積する複数の繊維２１の配列方向Ｄ_２１は、上記範囲内で互いに異なっていてもよい。

取扱い性の観点から、加熱層６０は、巻取回転体１０に着脱可能な状態で配置されることが好ましい。例えば、図４に示すように、支持シート１２１と、支持シート１２１の表面に帯状に配置された加熱層６０とを備える加熱シート１２を準備し、この加熱シート１２を回転基体１１の周囲に捲回してもよい。この構成により、加熱層６０の配設が容易となるとともに、加熱層６０が劣化した場合の交換も容易となる。加熱シート１２には、加熱層６０とともに、所望の形状の断熱層６１および／または第１樹脂層が配置されてもよい。

支持シート１２１の材質は特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリイミド等が挙げられる。繊維２１が電界紡糸法により生成される場合、支持シート１２１は導電性を備えることが好ましい。支持シート１２１の厚みも特に限定されず、支持シート１２１の材質等に応じて適宜設定すればよい。

（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。溶融紡糸法では、原料の溶媒への溶解性を考慮する必要がないため、原料の選択肢が広がる。

繊維２１の原料としては、生物組織や微生物の培養用足場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。

溶液紡糸法あるいは電界紡糸法の場合、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。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。

溶融紡糸法の場合、ブロックポリマー（好ましくは、ジブロック体）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、５：１〜１：１であってもよく、４：１〜２：１であってもよい。

（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〜２０が好ましく、１〜８μｍ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、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も低減できる。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。

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５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５では、繊維集合体２０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８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５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、１２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５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５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、８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。

（２）加熱工程
本工程では、巻取回転体１０の周面１０Ｓに堆積された繊維集合体２０を加熱する。繊維集合体２０の加熱は、巻取回転体１０の周面１０Ｓに配置された加熱層６０により行われる。

加熱層６０は、例えば、通電により発熱する。発熱温度は、繊維２１の軟化点あるいは融点等を考慮して、適宜設定すればよい。発熱温度は、例えば、繊維２１が８０〜１４０℃になるように調整する。

（３）転写工程（図３（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。これにより、繊維集合体２０および基材３０を備える培養用足場１００が得られる。

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切断予定箇所Ｃにおいて切断される。切断予定箇所Ｃは、例えば、基材３０の形状に沿って設定される。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。

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の周面１０Ｓの移動速度（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。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、回転軸Ａに垂直な方向（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。

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、周面１０Ｓ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の周速と同じになり、繊維集合体２０の弛みが抑制される。また、基材３０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。

（基材）
基材３０は、主に、繊維集合体２０を支持するために用いられる。
基材３０は特に限定されず、従来の培養用足場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、不織布などの多孔質基材、ガラス製あるいは樹脂材料製の基板、あるいは、これらの組み合わせが挙げられる。

転写工程の前に、基材３０に接着剤４０を付与してもよい。これにより、繊維集合体２０と基材３０との接着性がさらに高まる。接着剤４０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。

接着剤４０は、基材３０の加熱層６０に対応する位置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４０を介在させた状態で、加熱層６０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。

接着剤４０は、例えばディスペンサー５５により、基材３０の所定の位置に帯状に配置される。シリコーン樹脂等の感圧接着剤は、帯状のフィルムに成形された後、基材３０に配置されてもよい。接着剤４０の付与量は、特に限定されない。なかでも、繊維集合体２０と基材３０との接着性を確保しながら生物組織や微生物の培養を阻害しないようにする観点から、接着剤４０の付与量は、０．５〜１００ｍｇ／ｃｍ^２であることが好ましい。

本発明により得られる培養用足場および繊維集合体は、一方向に配列した繊維を備えるため、特に、成長に方向性がある生物組織または微生物を培養するための培養用足場として有用である。

１０：巻取回転体
１０Ｓ：周面
１１：回転基体
１２：加熱シート
１２１：支持シート
２０：繊維集合体
２１：繊維
２２：原料液
３０：基材
４０：接着剤
５１：ノズル
５２：ＸＺステージ
５３：架台
６０、６０Ａ、６０Ｂ：加熱層
６１：断熱層
６２：第１樹脂層
６２Ｅ：第１樹脂層のエッジ
１００：培養用足場

Claims

細胞、生物組織または微生物の培養に用いる培養用足場の製造方法であって、
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とともに、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、
前記巻取回転体の周面に堆積された前記繊維集合体を加熱する加熱工程と、
前記巻取回転体を回転させながら、加熱された前記繊維集合体を基材に転写する転写工程と、を備え、
前記繊維集合体は、一方向に配列した複数の繊維の集合体であり、
前記巻取回転体の前記周面に、前記巻取回転体の回転軸に沿う方向に延伸する複数の帯状の加熱層が配置されており、
前記加熱工程では、前記加熱層により前記繊維集合体が加熱される、培養用足場の製造方法。
前記加熱層と前記巻取回転体の前記周面との間に、断熱層が配置されている、請求項１に記載の培養用足場の製造方法。
前記加熱層が金属材料により形成されており、
前記巻取回転体の前記周面に、さらに、前記加熱層の少なくとも一部を覆うとともに、剥離性を有する第１樹脂を含む樹脂層が配置されている、請求項１または２に記載の培養用足場の製造方法。
前記加熱層を前記巻取回転体の前記周面の法線方向から見たとき、
前記加熱層の延伸方向と直交する方向において、前記樹脂層の幅が、前記加熱層の幅よりも大きい、請求項３に記載の培養用足場の製造方法。
前記樹脂層が、シリコーンゴムにより形成される、請求項３または４に記載の培養用足場の製造方法。
前記加熱層が、導電性を有する樹脂組成物により形成される、請求項１または２に記載の培養用足場の製造方法。
前記樹脂組成物が、シリコーンゴムと導電性フィラーとを含む、請求項６に記載の培養用足場の製造方法。
細胞、生物組織または微生物の培養に用いる培養用足場の製造装置であって、
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とともに、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、
前記繊維集合体は、一方向に配列した複数の繊維の集合体であり、
前記巻取回転体が、その周面に、前記巻取回転体の回転軸に沿う方向に延伸する複数の帯状の加熱層を備え、
前記転写部では、前記加熱層により加熱された前記繊維集合体が前記基材に転写される、培養用足場の製造装置。