JP6952287B2 - 培養用足場およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、配列した複数の繊維を含む培養用足場およびその製造方法に関する。

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

複数の繊維が配列した繊維集合体を培養用足場として利用する場合、繊維の配列方向においてはある程度の剛性を確保できる。しかし、繊維集合体の厚み方向や繊維の配列方向に垂直な方向については剛性が低くなり、繊維の配列が乱れ易い。

本発明の一局面は、基板と、前記基板上に配置された繊維集合体と、前記繊維集合体の一部に形成された溶着部と、を備え、
前記繊維集合体は、配列した複数の繊維を含み、前記溶着部により前記基板上に固定されている、培養用足場に関する。

本発明の他の局面は、基板を準備する工程と、
前記基板上に、配列した複数の繊維を含む繊維集合体を配置する工程と、
前記基板に対して、前記繊維集合体の一部を溶着させて溶着部を形成し、前記溶着部により、前記繊維集合体を前記基板に固定する繊維固定工程と、を備える、培養用足場の製造方法に関する。

配列した複数の繊維を含む繊維集合体を備える培養用足場において、繊維の配列の乱れを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る培養用足場を模式的に示す上面図である 図１の貫通孔から露出した状態の繊維集合体を模式的に示す上面図である。 溶着部の他の実施形態を模式的に示す上面図である。 本発明に係る製造方法の堆積工程における巻取回転体を模式的に示す側面図である。 本発明に係る製造方法の転写工程における巻取回転体、枠体、および繊維集合体を模式的に示す側面図である。 本発明に係る製造方法の繊維集合体の配置工程における枠体、基板、および繊維集合体を模式的に示す側面図である。 本発明に係る製造方法の繊維固定工程における枠体、基板、および繊維集合体を模式的に示す断面図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）の巻取回転体を示す斜視図である。 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。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る培養用足場およびその製造方法についてより詳細に説明する。

［培養用足場］
図１は、本発明の一実施形態に係る培養用足場を模式的に示す上面図である。培養用足場１００は、基板１１０と、基板１１０上に配置された繊維集合体１３０と、繊維集合体１３０の一部に形成された溶着部１４０と、を備える。繊維集合体１３０は、配列した複数の繊維１３１を含み、溶着部１４０により基板１１０上に固定されている。

一般に、基板上に、配列した状態の複数の繊維を載置しただけでは、繊維の配列が乱れ易い。例えば、培養用足場を液体の培地に浸漬させたり、液体の培地を培養用足場に注いだりする場合には、繊維が乱れてしまう。そのため、培養用途でも、繊維の高い配列性が求められる場合には、繊維の配列の乱れを低減することが求められる。本実施形態によれば、繊維集合体１３０を溶着部１４０により基板１１０上に固定することで繊維１３１の配列の乱れを低減または抑制することができる。

図示例についてより具体的に説明すると、培養用足場１００は、基板１１０に搭載される枠体１２０を備えている。枠体１２０は、一方の主面（第１の主面）１２０Ｘと、第１の主面１２０Ｘの反対側の他方の主面（第２の主面）１２０Ｙとを備えており、第１の面１２０Ｘが基板１１０に対向するように、基板１１０に搭載される。枠体１２０は、第１の面１２０Ｘから第２の面１２０Ｙに貫通する貫通孔１２１を備えている。貫通孔１２１が枠体１２０を厚み方向に貫通することで、第１の面１２０Ｘには第１開口１２１ａが形成され、第２の面１２０Ｙには第２開口１２１ｂが形成される。図示例において、枠体１２０は、４つの貫通孔１２１を備えているが、この場合に限定されず、１つ以上の貫通孔１２１を備えていればよい。

繊維集合体１３０は、基板１１０と枠体１２０との間に介在している。複数の繊維１３１は、一方向に沿って配列しており、配列した複数の繊維１３１が繊維集合体１３０を構成している。そして、繊維集合体１３０の少なくとも一部および溶着部１４０は、それぞれ、貫通孔１２１によって第１の面１２０Ｘに形成された第１開口１２１ａから露出している。なお、図示例では、繊維集合体１３０は、基板１１０の枠体１２０が搭載されている面の全面ではなく、枠体１２０の一方の主面（第１の面１２０Ｘ）に対向する範囲内に配置されている。

図２は、図１の１つの貫通孔１２１の第１開口１２１ａから露出した状態の繊維集合体１３０を模式的に示す上面図である。図示例では、繊維集合体１３０の第１開口１２１ａから露出した部分において、溶着部１４０は４箇所にスポット状に形成されており、繊維集合体１３０は、溶着部１４０により、基板１１０上に固定されている。溶着部１４０を形成する位置および個数、ならびに溶着部１４０の形状は特に制限されない。しかし、生物組織や細胞を培養用足場１００上に載置することを考慮すると、溶着部１４０が生物組織や細胞の成長の抵抗となることがある。そのため、生物組織や細胞を配置する位置を避けるように溶着部１４０を形成することが好ましく、このような観点から、位置や個数、形状などを選択すればよい。例えば、生物組織や細胞を第１開口１２１ａの中央付近に載置する場合には、図２に示すように、第１開口１２１ａの中央付近を避けて、その周囲に溶着部１４０を形成することが好ましい。

図３は、溶着部の他の実施形態を模式的に示す上面図である。図３でも、図２と同様に、１つの貫通孔１２１の第１開口１２１ａから露出した状態の繊維集合体１３０を示している。

図３では、溶着部２４０は、ライン状に形成されている。図示例では、２つのライン状の溶着部２４０が形成されており、各溶着部２４０は、配列した複数の繊維１３１と交差する方向に伸びている。図３においても、図２の場合と同様に、第１開口１２１ａの中央付近を避けて、その周囲に２つの溶着部１４０が形成されている。
ただし、図２や図３の場合に限らず、目的に応じて、繊維集合体１３０（および基板１１０）上の所望する位置に溶着部１４０，２４０を形成することができる。

複数の繊維１３１の配列の乱れを低減する効果が高い観点からは、図３のように溶着部２４０をライン状に形成することが好ましい。生物組織や細胞の成長を阻害し難い観点からは、図２のように溶着部１４０をスポット状に形成することが好ましい。

培養用足場１００は、例えば、生物組織や微生物を培養するための培地を保持し、かつ生物組織や微生物を支える保持体として利用される。また、培養用足場１００は、生物組織や微生物を保持した状態で、これらの電位を測定するための電位測定装置などに用いてもよい。培養用足場１００は、必要に応じてホルダーなどに収容した状態で、各用途に利用してもよい。

なお、本明細書中、「生物組織」には、生物組織またはその一部、生物組織や臓器を構成する細胞、ｉＰＳ細胞やＥＳ細胞などの生物組織や臓器などに分化可能な細胞（およびその細胞から培養される組織または臓器、もしくはこれらの一部など）を含むものとする。

（繊維集合体１３０）
繊維集合体１３０は、配列した複数の繊維１３１の集合体である。繊維集合体１３０において、複数の繊維１３１は一方向に配列していることが好ましい。複数の繊維１３１が一方向に配列しているとは、繊維集合体１３０において、繊維１３１同士が交差していないか、繊維１３１同士が交わる平均的な角度（鋭角の角度）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１３１が配列した状態である場合、その繊維１３１の配列方向に沿って繊維１３１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１３１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１３１同士が交わる平均的な角度（鋭角の角度）は、繊維１３１の平均的な長さ方向の交わりから決定できる。繊維１３１の平均的な長さ方向は、例えば、繊維集合体１３０をその法線方向から見たときの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真に基づいて決定することができる。図６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６では、繊維集合体１３０を法線方向から撮影したＳＥＭ写真における繊維集合体１３０の状態を模している。複数の繊維１３１で構成される繊維集合体１３０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１３１が入り、かつ領域Ｒ内に位置する繊維１３１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１３１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６では点線）の方向を、その繊維１３１の平均的な長さ方向とする。

繊維１３１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１３１から、さらに任意に２本の繊維１３１を選択し、各繊維１３１の平均的な長さ方向が交わる角度（例えば、図６のθ１）を求める。別の２本の繊維１３１を選択し、各繊維１３１の平均的な長さ方向が交わる角度（例えば、図６のθ２）を求める。このような作業を、選択した残りの繊維１３１（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１３１同士が交わる平均的な角度とする。

繊維集合体１３０の単位面積に占める繊維１３１の面積の割合は１０〜９０％から選択できる。繊維集合体１３０をごく薄く形成してもよい。この場合、単位面積当たりに占める繊維１３１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１３１の面積の割合は、繊維集合体１３０の一方の主面（例えば、上面）において、繊維集合体１３０における所定の面積（例えば、短軸３ｍｍ×長軸６ｍｍの楕円形）の領域について、光学顕微鏡等で取得した画像を２値化処理して、繊維１３１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。

繊維１３１の材質は、生物組織や微生物の培養用足場に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１３１は、ゴム含有スチレン樹脂を含むことが好ましい。ゴム含有スチレン樹脂としては、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（その水素添加物も含む）が好ましい。繊維１３１は、ゴム含有スチレン樹脂を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。また、繊維１３１は、ゴム含有スチレン樹脂（第１樹脂）と他の樹脂（第２樹脂）とを含んでもよい。第２樹脂としては、ゴム含有スチレン樹脂との親和性が高い観点から、スチレン樹脂が好ましい。必要に応じて、繊維１３１は、各種添加剤を含んでいてもよい。

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く、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でもよい。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１３１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、１０〜５０質量％であり、１０〜３０質量％または１５〜３０質量％であることが好ましく、２０〜３０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１３１が生成され易くなる。また、得られる繊維１３１は高い柔軟性および伸度を備える。さらに、繊維１３１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。

繊維１３１が二種以上のゴム含有スチレン樹脂を含む場合、各ゴム含有スチレン樹脂としては、例えば、ゴム含有量、および／またはブロック構造が異なるものなどが挙げられる。

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。ゴム含有スチレン樹脂とスチレン樹脂との比率は、ゴム含有スチレン樹脂中のゴム含有量、紡糸方法、および／または用途などに応じて調節すればよい。

ゴム含有スチレン樹脂とスチレン樹脂との質量比（＝ゴム含有スチレン樹脂：スチレン樹脂）は、例えば、９０：１０〜３：９７から選択できる。例えば、溶液紡糸法や電界紡糸法を採用する場合、ゴム含有スチレン樹脂とスチレン樹脂との質量比は、好ましくは７０：３０〜３：９７であり、５０：５０〜３：９７としてもよい。溶融紡糸法では、溶液紡糸法や電界紡糸法に比べて、樹脂の組み合わせ、混合比率、ゴム含有量などの自由度を高めることができる。例えば、ゴム含有スチレン樹脂とスチレン樹脂との質量比を、９０：１０〜５０：５０や９０：１０〜７０：３０とすることもできる。

繊維１３１の平均繊維径は、例えば、０．５〜２０μｍ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１３１の直径の平均値である。繊維１３１の直径とは、繊維１３１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１３０の１つの主面の法線方向から見たときの、繊維１３１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１３０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。

（溶着部１４０，２４０）
溶着部１４０，２４０は、繊維１３１を熱溶着することにより形成される。この溶着部１４０，２４０により、繊維集合体１３０が少なくとも部分的に基板１１０に固定されるため、複数の繊維１３１の配列の乱れを低減することができる。

溶着部１４０，２４０の個数、位置、および形状は、培養用足場１００の使用形態や用途、枠体１２０の形状などに応じて選択すればよい。
溶着部１４０，２４０は、少なくとも一箇所に形成すればよく、二箇所以上に形成されていてもよい。
また、図２および図３では、スポット状やライン状の場合を示したが、これらの場合に限らず、溶着部１４０，２４０を、例えば、円弧状またはリング状に形成してもよい。

図１〜図３では、枠体１２０の貫通孔１２１の第１開口１２１ａから露出する部分に溶着部１４０，２４０を形成した例を示したが、これらの場合に限らない。例えば、図１において、隣接する貫通孔１２１の間において枠体１２０に隠れるように溶着部１４０，２４０を形成してもよい。つまり、溶着部１４０，２４０は、第１開口１２１ａから露出した状態でなくてもよい。

１つの溶着部１４０，２４０は、複数の繊維１３１のうち１本の繊維１３１を基板１１０に対して溶着することで、形成されていてもよい。複数の繊維１３１の配列の乱れを低減し易い観点からは、図２や図３に示すように、１つの溶着部１４０，２４０により、複数の繊維１３１のうちの２本以上の繊維１３１が溶着し、基板１１０に固定されていることが好ましい。つまり、１つの溶着部１４０，２４０は、複数の繊維１３１のうち２本以上の繊維１３１と交差する（または跨る）ように形成されていることが好ましい。

（基板１１０）
基板１１０は、特に制限されず、用途に応じて適宜選択すればよい。基板の材質としては、例えば、ガラス、石英、樹脂、およびこれらの組み合わせなどが挙げられる。基板は、板状やフィルム状であってもよく、多孔質状であってもよい。基板としては、ガラス板、石英板、アクリル板、多孔質基材（不織布など）、またはこれらの組み合わせが例示される。

基板１１０は、必要に応じて、電極を備えていてもよい。このような電極としては、例えば、互いに絶縁された複数の電極（第１電極）が挙げられる。複数の第１電極は、繊維集合体１３０に接触しないように配置される。基板１１０は、さらに、第１電極と電気的に接続し、かつ互いに絶縁された複数のマイクロ電極（第２電極）を備えていてもよい。複数の第２電極は、繊維集合体１３０の少なくとも一部に接触するように配置される。

第１電極および第２電極の種類やサイズ、隣接する電極間の距離などは、それぞれ、用途に応じて適宜選択すればよい。第１電極および第２電極としては、それぞれ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）電極や白金電極などが例示される。

（枠体）
枠体１２０は、第１の面１２０Ｘと、その反対側の第２の面１２０Ｙと、第１の面１２０Ｘから第２の面１２０Ｙに貫通する１つ以上の貫通孔１２１と、を備える。第１の面１２０Ｘの表面には、貫通孔１２１の少なくとも一部を覆うように、繊維集合体１３０が配置される。すなわち、貫通孔１２１の第１の面１２０Ｘ側の開口（第１開口１２１ａ）からは、繊維集合体１３０（繊維１３１）が露出する。

枠体１２０が基板１１０に搭載されると、第１開口１２１ａが繊維集合体１３０を介して基板１１０によって塞がれて、基板１１０上には貫通孔１２１により窪みが形成される。この窪みに、貫通孔１２１の第２の面１２０Ｙ側の開口（第２開口）から生物組織または微生物を含む培養液が注入される。注入された生物組織または微生物は、繊維集合体１３０を足場として成長する。繊維集合体１３０を構成する複数の繊維１３１は、配列しているため、生物組織または微生物を、繊維１３１の長さ方向に沿って成長させることもできる。

枠体１２０の材質は特に制限されず、ガラス製や樹脂製（エラストマー製も含む）であってもよい。枠体１２０のサイズは、第１の面１２０Ｘの全面が基板１１０に対向できる限り、特に限定されない。基板１１０に電極が配置される場合には、電極の配線の妨げにならないように、枠体１２０のサイズを調節してもよい。

貫通孔１２１の数も特に限定されず、枠体１２０のサイズや用途に応じて適宜設定すればよい。第１開口１２１ａおよび第２開口１２１ｂの形状および大きさも特に限定されず、用途等に応じて適宜設定すればよい。第１開口１２１ａおよび第２開口１２１ｂの形状および大きさは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。貫通孔１２１によって形成される上記窪みの形状も特に限定されない。例えば、第１開口１２１ａおよび第２開口１２１ｂがともに円形である場合、窪みの形状は、円筒状であってもよいし、すり鉢状であってもよい。培養液が注入し易い観点からは、上記窪みは、図示例のように、第２開口１２１ｂが第１開口１２１ａよりも大きいすり鉢状であることが好ましい。

（その他）
基板１１０と枠体１２０と繊維集合体１３０とは、必要に応じて、接着部により接着されていてもよい。接着部は、接着剤（粘着剤も含む）で形成される。接着剤としては、感圧接着剤、ホットメルト型接着剤または硬化性接着剤などが挙げられる。

［培養用足場１００の製造方法］
本実施形態に係る培養用足場１００は、基板１１０を準備する工程と、基板１１０上に、配列した複数の繊維１３１を含む繊維集合体１３０を配置する工程と、基板１１０に対して、繊維集合体１３０の一部を溶着させて溶着部１４０を形成し、溶着部１４０により、繊維集合体１３０を基板１１０に固定する繊維固定工程と、を備える、製造方法により製造することができる。このような製造方法により得られる培養用足場１００では、繊維１３１の配列の乱れを低減することができる。

本実施形態に係る製造方法は、さらに、第１の面１２０Ｘと、その反対側の第２の面１２０Ｙと、第１の面１２０Ｘから第２の面１２０Ｙに貫通する１つ以上の貫通孔１２１と、を備える枠体１２０を準備する工程と、繊維１３１の原料液をノズルから吐出して、繊維１３１を生成させるとともに、繊維１３１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１３０を形成する堆積工程と、巻取回転体を回転させながら、繊維集合体１３０を枠体１２０の第１の面１２０Ｘに転写する転写工程と、を備えることが好ましい。繊維集合体１３０を配置する工程においては、転写工程で得られた繊維集合体１３０が転写された枠体１２０を、第１の面１２０Ｘが基板１１０に対向するように、基板１１０に搭載することにより、繊維集合体１３０を基板１１０上に配置することが好ましい。

この方法では、繊維１３１を紡糸しながら巻取回転体で巻き取っていくため、巻取回転体の周面に形成される繊維集合体１３０は、一方向への高い配列性を備える。そして、枠体１２０ごと、繊維集合体１３０を基板１１０に転写することで、巻取回転体に巻き取られたときの高い配列性を保持したままの繊維集合体１３０を、基板１１０と枠体１２０との間に配置することができ、後続の溶着工程で、高い配列性を有する繊維集合体１３０を基板１１０に対して固定することができる。

以下、本実施形態の製造方法を、図面を参照しながら説明する。図４（ａ）は、本実施形態に係る製造方法の堆積工程における巻取回転体１０等を模式的に示す側面図である。図４（ｂ）は、本実施形態に係る製造方法の転写工程における巻取回転体１０、枠体１２０、および繊維集合体１３０等を模式的に示す側面図である。図４（ｃ）は、本実施形態に係る製造方法の繊維集合体１３０の配置工程における枠体１２０、基板１１０、および繊維集合体１３０等を模式的に示す側面図である。図４（ｄ）は、繊維固定工程における枠体１２０、基板１１０、および繊維集合体１３０等を模式的に示す概略断面図である。

（１）基板１１０の準備工程
まず、繊維集合体１３０が配置される基板１１０を準備する。図４（ｃ）に示すように、基板１１０は、繊維集合体１３０を配置（または搭載）する搭載面１１０Ｘを備えている。枠体１２０を用いる場合には、この搭載面１１０Ｘに、後続の工程で枠体１２０が搭載される。

図４（ｃ）では、搭載面１１０Ｘの少なくとも一部には、接着部１５０が形成されている。接着部１５０は、例えば、印刷、ディスペンサー等により、搭載面１１０Ｘの第１開口１２１ａに対向する部分以外の一部に形成される。接着部１５０は、必ずしも搭載面１１０Ｘに設ける必要はなく、繊維集合体１３０や枠体１２０の第１の面１２０Ｘに形成してもよい。

（２）枠体１２０の準備工程
枠体１２０を用いる場合には、第１の面１２０Ｘと、その反対側の第２の面１２０Ｙと、第１の面１２０Ｘから第２の面１２０Ｙに貫通する１つ以上の貫通孔１２１と、を備える枠体１２０を準備する。
第１の面１２０Ｘに接着部を形成する場合には、搭載面１１０Ｘに形成する場合の説明に準じて、接着部を形成すればよい。

（３）堆積工程（図４（ａ））
原料液１３２から繊維１３１を生成させるとともに、繊維１３１を巻取回転体１０の周面を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の周面には、繊維１３１が一方向に配列した繊維集合体１３０が形成される。

巻取回転体１０を用いない場合には、基板１１０の搭載面１１０Ｘや枠体１２０の第１の面１２０Ｘに対して直接紡糸することで、繊維１３１を堆積させてもよいが、繊維１３１の高い配列性が得られる観点からは、巻取回転体１０を用いることが好ましい。

原料液１３２から繊維１３１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１３１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１３１の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を、原料液１３２として用いる方法である。溶液紡糸法には、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１３２を凝固液中に吐出して、繊維１３１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１３１が形成される。乾式紡糸法では、原料液１３２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１３１が形成される。繊維１３１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１３１の原料を加熱して溶融させた溶融液を、原料液１３２として用いる方法である。得られた原料液１３２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１３１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１３１の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を原料液１３２として用いる点で、溶液紡糸法と共通する。ただし、電界紡糸法では、原料液１３２に高電圧を印加しながら空気中に吐出する。原料液１３２に含まれる溶媒は、巻取回転体１０の周面に到達するまでの過程において揮発させることが好ましい。

電界紡糸法では、原料液１３２に高電圧を印加するため、原料液１３２をプラスまた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、もしくは、原料液１３２とは逆の極性に帯電させる。これにより、空気中に吐出された原料液１３２の吐出端は巻取回転体１０に引き寄せられて、その周面に付着する。そして、原料液１３２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１３１は、巻取回転体１０の周面に周回しながら堆積し、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１３１を備える繊維集合体１３０が形成される。

（原料液）
溶液紡糸法や電界紡糸法で利用する原料液１３２は、繊維１３１の原料と溶媒とを含む。溶融紡糸法で利用する原料液１３２は、溶融した繊維１３１の原料を含む。原料としては、繊維１３１を構成する材料を用いることができる。原料液１３２は、必要に応じてさらに添加剤を含んでもよい。

溶液紡糸法や電界紡糸法で原料液１３２に使用される溶媒としては、繊維１３１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。

溶液紡糸法や電界紡糸法で使用される原料液１３２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。

溶融紡糸法では、繊維１３１の原料の溶融物を原料液１３２として用いるため、溶液紡糸法や電界紡糸法の場合のように、原料の溶媒に対する溶解性を考慮する必要がない。よって、繊維１３１の原料の選択の範囲が広がる。

（巻取回転体）
巻取回転体１０の一例を図５に示す。図５は、巻取回転体１０の斜視図である。
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１３１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１３１は、巻取回転体１０の周面を周回する方向（以下、配列方向Ｄ_Ｆ）に配列しながら、巻取回転体１０の周面に堆積される。配列方向Ｄ_Ｆ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の回転軸に垂直な方向）に沿う方向である。配列方向Ｄ_Ｆと回転軸とのなす角度θ_Ｆ（ただし、θ_Ｆ≦９０°）は、例えば、６０°以上、９０°以下でもよい。なお、配列方向Ｄ_Ｆは、繊維１３１を巻取回転体１０の周面の法線方向から見たときの、繊維１３１の長手方向である。繊維１３１の長手方向は、巻取回転体１０の周面の法線方向から見たときの繊維１３１の近似直線をとって、求めてもよい。角度θ_Ｆは、複数の繊維１３１の配列方向Ｄ_Ｆと回転軸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１３１の配列方向Ｄ_Ｆは、上記範囲内で互いに異なっていてもよい。

巻取回転体１０の周面に、巻取回転体１０の回転軸に沿う方向に延伸する複数の帯状の凸部１０Ｐを配置してもよい。これにより、巻取回転体１０の周面に周回するように配列した繊維１３１の集合体（繊維集合体１３０）は、巻取回転体１０から剥離され易くなる。その結果、繊維１３１の配列を維持したまま、繊維集合体１３０を基板１１０や枠体１２０に容易に転写することができる。複数の凸部１０Ｐの端部は、回転軸と交差する方向に延伸するリブ１０Ｒにより連結されていてもよい。
凸部１０Ｐの材質は特に限定されず、各種樹脂材料が挙げられる。

なお、後述するように、繊維集合体１３０の枠体１２０（図４（ｂ）参照）への転写工程に先立って、繊維集合体１３０が巻取回転体１０に巻回された状態で切断される場合、切断後の繊維集合体１３０の少なくとも一部が凸部１０Ｐに接触した状態になるよう、繊維集合体１３０は凸部１０Ｐ同士の間、例えば、切断予定箇所Ｃ（図４（ａ）参照）で切断される。図示例のように、切断予定箇所Ｃに隣接する凸部１０Ｐ同士の間隔を、他の部分の凸部１０Ｐ同士の間隔よりも小さくしてもよい。

（４）加熱工程
堆積工程の後、転写工程の前に、繊維集合体１３０および枠体１２０の少なくとも一方を加熱する加熱工程を行なってもよい。加熱工程により、繊維集合体１３０が直接的または枠体１２０を介して間接的に加熱されて軟化するため、繊維集合体１３０と枠体１２０との密着性が向上する。

加熱方法は特に限定されないが、繊維１３１の配列が維持できる点で、非接触式であることが好ましい。非接触式の加熱装置としては、例えば、ハロゲンランプ等、公知のものが挙げられる。加熱温度は、繊維１３１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。

（５）転写工程（図４（ｂ））
巻取回転体１０を回転させながら、繊維集合体１３０を枠体１２０に転写する。
転写工程に先立って、繊維集合体１３０は、巻取回転体１０に巻回された状態で切断予定箇所Ｃにおいて切断されてもよい。切断予定箇所Ｃは、例えば、枠体１２０（あるいは第１開口１２１ａ）の形状およびサイズに応じて設定される。繊維集合体１３０は、例えば、巻取回転体１０の回転軸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１３０は枠体１２０に転写される。

枠体１２０は、例えばＸＺステージ５２に支持されたステージ５３に載置されて、搬送される。ＸＺステージ５２は、ステージ５３、つまりステージ５３に載置される枠体１２０を、巻取回転体１０の回転軸に垂直な方向（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。

生産性がさらに向上する点で、転写工程は、複数の枠体１２０に対し一括してあるいは連続的に実施されることが好ましい。この場合、複数の枠体１２０は、ステージ５３上にＹ軸方向（巻取回転体１０の回転軸に沿う方向）に沿って配置されてもよいし、Ｘ軸方向に沿って配置されてもよい。また、一体的に形成された複数の枠体１２０の集合体に対して、転写工程が行われてもよい。この場合、転写工程の後、繊維集合体の配置工程の前に、上記枠体１２０の集合体を個々の枠体１２０に分離する。この方法によれば、複数の枠体１２０に対し、一括して繊維集合体１３０が転写できるとともに、巻取回転体１０に堆積した繊維１３１の大部分が枠体１２０の転写に利用されるため、生産性がさらに向上する。

（６）繊維集合体の配置工程（図４（ｃ））
繊維集合体１３０が転写された枠体１２０を、第１の面１２０Ｘが対向するように、基板１１０に搭載することにより、基板１１０上に繊維集合体１３０を配置する。このとき、枠体１２０と基板１１０との間には、繊維集合体１３０が介在している。転写工程が、複数の枠体１２０に対し、一括してあるいは連続的に実施された場合にも、１つの基板１１０には１つの枠体１２０が搭載される。

なお、枠体１２０を用いない場合には、転写工程において、上記の場合に準じて、基板１１０の搭載面１１０Ｘに繊維集合体１３０を転写することにより、繊維集合体１３０が基板１１０上に配置される。

（７）繊維固定工程（図４（ｄ））
繊維集合体１３０を基板１１０上に配置する工程の後、繊維集合体１３０の一部を溶着させて溶着部１４０を形成する。溶着部１４０により、繊維集合体１３０は基板１１０に固定される。溶着は、熱溶着により行なうことが好ましい。

より具体的には、図４（ｄ）に示すように、繊維集合体１３０の一部に、溶接器具１６０を当接させることにより加熱して、繊維１３１を溶融または軟化させながら、基板１１０の搭載面１１０Ｘに押し付ける。これにより、溶融または軟化した繊維１３１が基板１１０の搭載面１１０Ｘに付着し、溶着部１４０，２４０が形成される。そして、溶着部１４０，２４０において基板１１０に付着した繊維１３１が固化することで、繊維集合体１３０が基板１１０上に溶着部１４０，２４０を介して固定される。

溶接器具１６０は、金属部材１６０ａと、金属部材１６０ａを加熱するヒータ１６０ｂと、金属部材１６０ａの先端（繊維集合体１３０との当接部分）に装着されたシリコーンゴム部１６０ｃとを備えている。溶接器具１６０は、ヒータ１６０ｂにより、シリコーンゴム部１６０ｃが所定温度になるように加熱される。金属部材１６０ａの先端にシリコーンゴム部１６０ｃを設けることで、シリコーンゴム部１６０ｃを介して溶接器具１６０を、繊維集合体１３０に当接させることができる。これにより、当接時の溶接器具１６０と繊維集合体１３０とを安定して接触させることができるとともに、溶着後に溶接器具１６０を繊維集合体１３０から離す際の離型性を高めることができる。

例えば、スポット状の溶着部１４０を形成する場合には、繊維集合体１３０と当接する先端部分（図示例では、シリコーンゴム部１６０ｃ）が半球やこれと類似する形状である溶接器具１６０を用いて、溶接器具１６０の先端を繊維集合体１３０に当接させればよい。これと類似の形状の溶接器具１６０を用い、溶接器具１６０の先端（図示例では、シリコーンゴム部１６０ｃ）を繊維集合体１３０に当接させ、繊維１３１の配列と交差するように移動させて、ライン状の溶着部２４０を形成してもよい。また、板状の金属部材１６０ａの端部（または端面）がシリコーンゴム部１６０ｃで覆われた溶接器具１６０の先端を、繊維集合体１３０の繊維１３１の配列と交差するように繊維集合体１３０に当接させることで、ライン状の溶着部２４０を形成してもよい。このように、溶接器具１６０の形状は、溶着部の形状に応じて決定すればよい。

なお、図示例では、金属部材１６０ａの先端にシリコーンゴム部１６０ｃを設けたが、シリコーンゴム部１６０ｃは、必ずしも設ける必要はなく、また、金属部材１６０ａの先端をシリコーンゴム以外の材料で覆ってもよい。このような材料としては、溶着の温度に耐えることができるとともに、柔軟性および／または離型性などを有するものを用いることが好ましい。

溶着の温度は、繊維１３１の材料の種類および／または繊維１３１の溶着の程度などに応じて決定されるが、例えば、７０〜１５０℃であり、９０〜１３０℃としてもよい。

本発明の一実施形態に係る培養用足場は、微生物または生物組織の培養用途や微生物や生物組織の電位を測定するための基材に適している。

１０：巻取回転体
１０Ｐ：凸部
１０Ｒ：リブ
５１：ノズル
５２：ＸＺステージ
５３：ステージ
１００：培養用足場
１１０：基板
１１０Ｘ：搭載面
１２０：枠体
１２０Ｘ：第１の面
１２０Ｙ：第２の面
１２１：貫通孔
１２１ａ：第１開口
１２１ｂ：第２開口
１３０：繊維集合体
１３１：繊維
１３２：原料液
１４０，２４０：溶着部
１５０：接着部
１６０：溶接器具
１６０ａ：金属部材
１６０ｂ：ヒータ
１６０ｃ：シリコーンゴム部

Claims (5)

1. 細胞、生物組織、または微生物の培養に用いられる培養用足場であって、
   前記培養用足場は、基板と、前記基板上に配置された繊維集合体と、前記繊維集合体の一部に形成された溶着部と、枠体と、を備え、
   前記枠体は、第１の面と、その反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に貫通する１つ以上の貫通孔と、を備えるとともに、前記第１の面が対向するように前記基板に搭載され、
   前記繊維集合体は、配列した複数の繊維を含み、前記溶着部により前記基板上に固定されており、
   前記繊維集合体は、前記基板と前記第１の面との間に介在し、
   前記繊維集合体の少なくとも一部は、前記貫通孔によって前記第１の面に形成された第１開口から露出しており、
   前記溶着部は、前記第１開口から露出している、培養用足場。
2. 前記溶着部は、スポット状またはライン状に形成されている、請求項１に記載の培養用足場。
3. 前記繊維集合体は、前記複数の繊維が一方向に沿って配列している、請求項１または２に記載の培養用足場。
4. 前記複数の繊維において、繊維同士が交わる平均的な角度が０°以上６０°以下である、請求項３に記載の培養用足場。
5. 細胞、生物組織、または微生物の培養に用いられる培養用足場の製造方法であって、
   前記製造方法は、
   第１の面と、その反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に貫通する１つ以上の貫通孔と、を備える枠体を準備する工程と、
   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、配列した複数の繊維を含む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、前記繊維集合体を前記枠体の前記第１の面に転写する転写工程と、
   基板を準備する工程と、
   前記基板上に、前記繊維集合体を配置する工程と、
   前記基板に対して、前記繊維集合体の一部を溶着させて溶着部を形成し、前記溶着部により、前記繊維集合体を前記基板に固定する繊維固定工程と、
   を備え、
   前記繊維集合体を配置する工程において、前記転写工程で得られた前記繊維集合体が転写された前記枠体を、前記第１の面が前記基板に対向するように、前記基板に搭載することにより、前記繊維集合体を前記基板上に配置する、培養用足場の製造方法。

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