JP6994659B2 - 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（繊維の長さ方向）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、を備え、
前記繊維集合体は、一方向に沿って配列した複数の第１繊維と、前記複数の第１繊維と交差する複数の第２繊維と、を備え、
前記複数の第１繊維と前記複数の第２繊維との交差部のうち、少なくとも一部の前記交差部では、前記第１繊維と前記第２繊維とが一体化している、培養用足場に関する。

本発明の他の局面は、基板と、前記基板上に配置された繊維集合体と、を備える培養用足場を製造する方法であって、
前記繊維集合体は、一方向に沿って配列した複数の第１繊維と、前記複数の第１繊維と交差する複数の第２繊維と、を備え、
前記複数の第１繊維と前記複数の第２繊維との交差部のうち、少なくとも一部の前記交差部において、前記第１繊維と前記第２繊維とを一体化させる工程を含む、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。 図２のＩＩＩの領域を概略的に示す拡大図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線による矢示断面図である。 図２のＶ－Ｖ線による矢示断面図である。 繊維の配列を説明するための繊維集合体における第１繊維または第２繊維の概略上面図である。

本発明の一実施形態に係る培養用足場は、基板と、基板上に配置された繊維集合体と、を備える。繊維集合体は、一方向に沿って配列した複数の第１繊維と、複数の第１繊維と交差する複数の第２繊維と、を備えており、複数の第１繊維と複数の第２繊維との交差部のうち、少なくとも一部の交差部では、第１繊維と第２繊維とが一体化している。

一般に、一方向に沿って配列した複数の繊維からなる繊維集合体は、繊維の配列方向（繊維の長さ方向）に垂直な方向や厚み方向については剛性が低くなり、繊維の配列が乱れ易い。生物組織や細胞を培養する場合、培養用足場を液体の培地に浸漬させたり、液体の培地や洗浄液を培養用足場に注いだり、注いだ洗浄液を吸引除去したりすることがある。これらの場合には、液体の表面張力により繊維の配列が乱れてしまい、隣接する繊維同士がくっつく場合もある。つまり、一旦、配列した繊維集合体を形成しても、その高い配列性を培養時点まで維持することが困難である。それに対し、本実施形態によれば、一方向に沿って配列した複数の第１繊維と複数の第２繊維とを交差させて、交差部で第１繊維と第２繊維とを一体化させているため、第１繊維の配列の乱れを低減または抑制することができる。

なお、交差部とは、第１繊維と第２繊維とが交差している部分である。第１繊維と第２繊維とが一体化しているとは、第１繊維と第２繊維とが、交差部において、直接的に結合した状態であり、例えば、融着（または溶着）した状態、もしくは接合された状態を含むものとする。

本実施形態に係る培養用足場は、複数の第１繊維と複数の第２繊維との交差部のうち、少なくとも一部の交差部において、第１繊維と第２繊維とを一体化させる工程を含む、培養用足場の製造方法により製造することができる。
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、を備える。繊維集合体１３０は、配列した複数の第１繊維１３１ａと、複数の第１繊維と交差する複数の第２繊維１３１ｂとを備えている。

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の搭載面１１０Ｘ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。枠体１２０を用いる場合、第１繊維１３１ａの高い配列性を維持し易くなる。また、貫通孔１２１により形成される窪みに液体の培地などを保持し易く、培養用途に特に適している。

繊維集合体１３０は、基板１１０と枠体１２０との間に介在している。複数の第１繊維１３１ａは、一方向に沿って配列しており、複数の第１繊維と交差する複数の第２繊維１３１ｂとともに、繊維集合体１３０を構成している。そして、繊維集合体１３０の少なくとも一部は、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、複数の第２繊維１３１ｂも一方向（具体的には、第１繊維１３１ａの配列方向（長さ方向）と垂直な方向に沿って配列している。複数の第１繊維１３１ａおよび複数の第２繊維１３１ｂは、格子状に交差した状態である。

図３は、図２のＩＩＩの領域の概略的に示す拡大図である。図４は、図３のＩＶ-ＩＶ線による矢示断面図である。
ＩＩＩの領域は、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとの交差部１４０およびその周辺を含む。交差部１４０では、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとは、一体化している。第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとを交差部１４０において一体化することで、第１繊維の配列方向とは垂直な方向や繊維集合体１３０の厚み方向の剛性が高まり、第１繊維の配列の乱れを抑制することができる。

繊維集合体１３０には、複数の交差部１４０が存在する。この複数の交差部１４０のうち、少なくとも一部の交差部１４０において第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとが一体化していればよいが、第１繊維１３１ａの配列の乱れを低減する観点からは、複数の交差部１４０全体の、例えば、９０％以上の交差部１４０において第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとが一体化していることが好ましく、全ての交差部１４０において第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとが一体化していることがより好ましい。例えば、図２のように、第１開口１２１ａから露出している領域の交差部１４０全体に対して、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとが一体化している交差部１４０の比率が、９０％以上であることが好ましく、１００％であることがさらに好ましい。

図５は、図２のＶ－Ｖ線による矢示断面図である。図５および図４に示すように、繊維集合体１３０において、複数の第２繊維１３１ｂは、複数の第１繊維１３１ａと基板１１０との間に介在している。つまり、培養用足場１００において、配列した複数の第１繊維１３１ａは、裏側から複数の第２繊維１３１ｂで補強された状態である。

また、配列した複数の第１繊維１３１ａを第１繊維層１３２ａ、複数の第２繊維１３１ｂを第２繊維層１３２ｂとすれば、繊維集合体１３０は、第１繊維層１３２ａと第２繊維層１３２ｂとの二層構造であると言える。

このような培養用足場１００では、培養時まで第１繊維１３１ａの高い配列性を維持することができるとともに、繊維が絡み合っていないことで、生物組織や微生物に与えるストレスを軽減できる。よって、生物組織や微生物を第１繊維１３１ａの配列方向（長さ方向）に沿って生物組織や微生物が成長し易くなる。

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、一方向に沿って配列した複数の第１繊維１３１ａと複数の第２繊維１３１ｂとの集合体である。
複数の第１繊維１３１ａが一方向に沿って配列しているとは、繊維集合体１３０において、第１繊維１３１ａ同士が交差していないか、第１繊維１３１ａ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。この平均的な角度は、０°を超え３０°以下であることが好ましい。このように、複数の第１繊維１３１ａが配列した状態である場合、第１繊維１３１ａの配列方向に沿って第１繊維１３１ａ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、第１繊維１３１ａ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。

複数の第２繊維１３１ｂは、一方向に沿って配列していてもよく、配列していなくてもよい。複数の第２繊維１３１ｂが一方向に沿って配列しているとは、繊維集合体１３０において、第２繊維１３１ｂ同士が交差していないか、第２繊維１３１ｂ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（好ましくは０°を超え３０°以下）であることをいう。

第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとが交差する平均的な角度（鋭角の角度）は、６０°より大きく９０°以下であることが好ましい。また、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとは、格子状に交差していることが好ましい。格子状に交差しているとは、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとが交差する平均的な角度（鋭角の角度）が、例えば、７５°以上９０°以下である場合を言うものとする。これらの場合、繊維集合体１３０の配列方向に垂直な方向や厚み方向における剛性をさらに高めることができる。

ここで、繊維同士が交わる平均的な角度は、繊維の平均的な長さ方向の交わりから決定できる。繊維の平均的な長さ方向は、例えば、繊維集合体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１３０における第１繊維または第２繊維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写真の繊維集合体１３０において、第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）が配列した状態を模しており、他方の繊維は省略している。繊維集合体１３０を法線方向から見て、所定のサイズ（例えば、１ｍｍ×１ｍｍ）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本以上の第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）が入り、かつ領域Ｒ内に位置する第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）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、ある第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）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、その第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）の平均的な長さ方向とする。

繊維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）の第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）から、さらに任意に２本の第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）を選択し、各第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）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本の第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）を選択し、各第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）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、選択した残りの第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）（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、繊維同士が交わる平均的な角度とする。

なお、繊維集合体１３０を法線方向から見た時のＳＥＭ写真において、一部の繊維同士が交差している場合、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとの区別がつきにくいことがある。この場合、繊維同士が交わる平均的角度（鋭角の角度）が６０°以下である場合には、第１繊維１３１ａとし、６０°を超える場合には、第２繊維１３１ｂとすればよい。

繊維集合体１３０の単位面積に占める第１繊維１３１ａの面積の割合Ｓ１は、繊維集合体１３０の単位面積に占める第２繊維１３１ｂの面積の割合Ｓ２以下であってもよいが、Ｓ２より大きくてもよい。Ｓ１＞Ｓ２の関係でも、十分に第１繊維１３１ａの配列を補強することができるとともに、第１繊維１３１ａの高い配列性を生物組織や細胞の成長に利用することができる。

第１繊維１３１ａの面積の割合Ｓ１は、例えば、１０～５０％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。第２繊維１３１ｂの面積の割合Ｓ２は、例えば、０．２～２０％であり、０．５～５％が好ましく、０．５～２％であってもよい。
なお、第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）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から第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）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。面積を算出する際に、必要に応じて、画像を二値化処理してもよい。

第１繊維１３１ａおよび第２繊維１３１ｂの材質は、それぞれ、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、各繊維は、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。各繊維は、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、各繊維は、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、各繊維は、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、均質な繊維が生成され易くなる。また、得られる繊維は高い柔軟性および伸度を備える。さらに、各繊維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。

各繊維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。

第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとは同じ材質を用いてもよく、異なる材質を用いてもよい。例えば、第１繊維１３１ａをゴム含有スチレン樹脂で形成し、第２繊維１３１ｂをポリスチレンで形成してもよい。また、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとをゴム含有量の異なるゴム含有スチレン樹脂でそれぞれ形成してもよい。

第１繊維１３１ａおよび第２繊維１３１ｂのそれぞれの平均繊維径は、例えば、０．５μｍ～２０μｍである。第１繊維１３１ａの平均繊維径は、第２繊維１３１ｂの平均繊維径よりも大きいことが好ましい。この場合、生物組織や細胞が第１繊維１３１ａの配列方向に沿って成長し易いため、好ましい。第１繊維１３１ａの平均繊維径は、例えば、１μｍ～８μｍであり、１μｍ～５μｍであることが好ましい。第２繊維１３１ｂの平均繊維径は、例えば、０．５μｍ～７μｍであることであり、０．５～４μｍであることが好ましい。

なお、平均繊維径とは、各繊維の直径の平均値である。各繊維の直径とは、各繊維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、各繊維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本の第１繊維１３１ａ（または第２繊維１３１ｂ）の任意の箇所の直径の平均値である。

（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を構成する複数の第１繊維１３１ａは、配列しているため、生物組織または微生物を、第１繊維１３１ａ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。

［培養用足場の製造方法］
本実施形態に係る培養用足場１００は、一方向に沿って配列した複数の第１繊維１３１ａと複数の第２繊維１３１ｂとの交差部のうち、少なくとも一部の交差部において、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとを一体化させる工程（一体化工程）を含む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、第１繊維１３１ａの配列の乱れを低減することができる。

（一体化工程）
一体化工程では、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとを直接結合させることで両者を一体化することができる。例えば、交差部において、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとを融着（または溶着）もしくは接合させることで直接結合させることができる。

より具体的に説明すると、例えば、第１繊維１３１ａまたは第２繊維１３１ｂの一方の繊維上に他方の繊維を紡糸する際に、少なくともいずれか一方の繊維を溶解する溶媒を存在させて、繊維の少なくとも表面を溶解させ、融着させることで、互いの繊維を一体化させることができる。また、第１繊維１３１ａまたは第２繊維１３１ｂの一方の繊維上に他方の繊維を紡糸する際に、他方の繊維を加熱により軟化させた状態で堆積させることで、互いの繊維を融着により一体化させることができる。さらには、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとを重ねた状態で、加熱して、少なくともいずれか一方の繊維を軟化させることで、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとの接触部分を融着させ、これにより、互いの繊維を一体化してもよい。加熱の温度は、各繊維の材質に応じて決定すればよい。

本実施形態に係る製造方法は、さらに、基板１１０を準備する工程と、基板１１０上に、複数の第２繊維１３１ｂを介して、一方向に配列した複数の第１繊維１３１ａを配置する工程（繊維の配置工程）とを備えてもよい。枠体１２０を用いる場合には、枠体１２０を準備する工程を備えてもよい。基板１１０の準備工程および枠体１２０の準備工程は、一体化工程に先立って実施される。繊維の配置工程は、一体化工程に先立っても行ってもよく、繊維の配置工程において、一体化工程を実施してもよい。

（基板１１０の準備工程）
繊維集合体１３０が配置される基板１１０を準備する。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。

必要に応じて、搭載面１１０Ｘの少なくとも一部に、接着部を形成してもよい。接着部は、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。

（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。

（繊維の配置工程）
本工程では、最終的に、基板１１０上に、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとが重なった状態で配置された状態となるように、各繊維や繊維集合体１３０を配置すればよい。例えば、基板１１０上に、第２繊維１３１ｂを堆積させ、次いで第１繊維１３１ａを配列した状態となるように堆積させてもよく、別途堆積させた第１繊維１３１ａを第２繊維１３１ｂ上に配置してもよい。また、別途、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとを重ねた状態の繊維集合体１３０を作製し、基板１１０上に転写することにより配置してもよい。第１繊維１３１ａを枠体１２０上に配置し、第１繊維１３１ａ上に第２繊維１３１ｂを堆積させた後、枠体１２０ごと、基板１１０上に転写してもよい。また、第１繊維１３１ａを枠体１２０上に配置し、基板１１０上に堆積させた第２繊維１３１ｂ上に、枠体１２０ごと転写させてもよい。なお、第１繊維１３１ａを枠体１２０上に配置する場合、第１繊維１３１ａを、枠体１２０上に直接堆積させてもよく、別途堆積させた第１繊維１３１ａを枠体１２０上に転写してもよい。

高い配列性を確保する観点から、第１繊維１３１ａは、巻取回転体を用いて堆積させることが好ましい。例えば、第１繊維１３１ａの原料液をノズルから吐出して第１繊維１３１ａを生成させるとともに、第１繊維１３１ａを巻取回転体の周面を１周以上、周回させながら堆積させる。これにより、巻取回転体の周面には、第１繊維１３１ａが一方向に配列される。また、第２繊維１３１ｂは、巻取回転体を用いて堆積させてもよく、第１繊維１３１ａ上や基板１１０上に直接紡糸することで、第２繊維１３１ｂを堆積させてもよい。第２繊維１３１ｂは、第２繊維１３１ｂの原料液をノズルから吐出させて、生成すればよい。

原料液から第１繊維１３１ａおよび第２繊維１３１ｂのそれぞれを生成する方法（紡糸法）は特に限定されず、生成させる各繊維の材質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。第１繊維１３１ａおよび第２繊維１３１ｂの各紡糸法は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

溶液紡糸法は、各繊維の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を、原料液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、原料液を凝固液中に吐出して、繊維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。繊維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、繊維の原料を加熱して溶融させた溶融液を、原料液として用いる方法である。得られた原料液は、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、繊維の原料を溶媒に溶解して得られた溶液を原料液として用いる点で、溶液紡糸法と共通する。ただし、電界紡糸法では、原料液に高電圧を印加しながら空気中に吐出する。原料液に含まれる溶媒は、堆積させる基材（具体的には、巻取回転体の周面、枠体１２０、または基板１１０）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、原料液に高電圧を印加するため、原料液をプラスまたはマイナスに帯電させる。このとき、基材をグランドさせるか、もしくは、原料液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の吐出端は基材に引き寄せられて、その周面に付着する。巻取回転体を用いる場合、原料液を吐出しながら巻取回転体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、繊維は、巻取回転体の周面に周回しながら堆積し、巻取回転体の周面の少なくとも一部を覆うように、一方向に配列する繊維が得られる。

（原料液）
溶液紡糸法や電界紡糸法で利用する原料液は、各繊維の原料と溶媒とを含む。溶融紡糸法で利用する原料液は、溶融した各繊維の原料を含む。原料としては、各繊維を構成する材料を用いることができる。原料液は、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。電界紡糸法により繊維が紡糸される場合、ベルトは導電性を備えることが好ましい。巻取回転体の外形は、例えば、円柱または角柱であってもよい。

各繊維や繊維集合体１３０を、基板１１０上や枠体１２０上に転写する場合には、必要に応じて、各繊維または繊維集合体１３０、もしくは、基板１１０または枠体１２０に接着部を形成してもよい。

交差部における第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとの一体化は、上述のように、紡糸時（または繊維を堆積させる際）に行なってもよく、第１繊維１３１ａと第２繊維１３１ｂとを重ね合わせた繊維集合体１３０を加熱することにより行なってもよい。

加熱方法は特に限定されないが、第１繊維１３１ａ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、第１繊維１３１ａおよび／または第２繊維１３１ｂ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。

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。

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
１３１ａ：第１繊維
１３１ｂ：第２繊維
１３２ａ：第１繊維層
１３２ｂ：第２繊維層
１４０：交差部

Claims (9)

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、を備え、
   前記繊維集合体は、一方向に沿って配列した複数の第１繊維と、前記複数の第１繊維と前記基板との間に介在するとともに、前記複数の第１繊維と交差する複数の第２繊維と、を備え、
   前記複数の第１繊維と前記複数の第２繊維との交差部のうち、少なくとも一部の前記交差部では、前記第１繊維と前記第２繊維とが一体化しており、
   前記繊維集合体の単位面積に占める前記第１繊維の面積の割合Ｓ１は、１０～５０％であり、
   前記繊維集合体の単位面積に占める前記第２繊維の面積の割合Ｓ２は、０．２～２０％であり、
   前記割合Ｓ１は、前記割合Ｓ２よりも大きい、培養用足場。
2. 前記繊維集合体は、前記複数の第１繊維で構成された第１繊維層と、前記第１繊維層と重なり、かつ前記複数の第２繊維で構成された第２繊維層と、を備える二層構造である、請求項１に記載の培養用足場。
3. さらに、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る枠体を備え、
   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. 前記複数の第２繊維は、一方向に沿って配列している、請求項１～３のいずれか１項に記載の培養用足場。
5. 前記複数の第１繊維と、前記複数の第２繊維とが格子状に交差している、請求項４に記載の培養用足場。
6. 前記第１繊維と、前記第２繊維とが交わる平均的な角度が、６０°より大きく、９０°以下である、請求項４または５に記載の培養用足場。
7. 前記第１繊維の平均繊維径は、前記第２繊維の平均繊維径よりも大きい、請求項１～６のいずれか１項に記載の培養用足場。
8. 基板と、前記基板上に配置された繊維集合体と、を備え、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を製造する方法であって、
   前記繊維集合体は、一方向に沿って配列した複数の第１繊維と、前記複数の第１繊維と前記基板との間に介在するとともに、前記複数の第１繊維と交差する複数の第２繊維と、を備え、
   前記繊維集合体の単位面積に占める前記第１繊維の面積の割合Ｓ１は、１０～５０％であり、
   前記繊維集合体の単位面積に占める前記第２繊維の面積の割合Ｓ２は、０．２～２０％であり、
   前記割合Ｓ１は、前記割合Ｓ２よりも大きく、
   前記製造方法は、
   前記基板を準備する工程と、
   前記基板上に、前記複数の第２繊維を介して、前記複数の第１繊維を配置する工程と、
   前記複数の第１繊維と前記複数の第２繊維との交差部のうち、少なくとも一部の前記交差部において、前記第１繊維と前記第２繊維とを一体化させる工程と、
   を含む、培養用足場の製造方法。
9. 前記一体化させる工程では、前記第１繊維と前記第２繊維とを融着させる、請求項８に記載の培養用足場の製造方法。

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