JP7082364B2 - フィルム状ソフトマテリアル、蛍光フィルム基材及びフィルム状ソフトマテリアルの製造方法、並びに応力計測方法 - Google Patents
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Description
[1] 高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入されているフィルム状ソフトマテリアル。
[2] 前記高分子化合物が、ポリアクリルアミド系樹脂を含む、[1]に記載のフィルム状ソフトマテリアル。
[3] 高蛍光強度領域と、該高蛍光強度領域よりも蛍光強度の低い低蛍光強度領域とを有し、該高蛍光強度領域と該低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差が生じている、[1]又は[2]に記載のフィルム状ソフトマテリアル。
[4] 基材上に、[1]~[3]のいずれかに記載のフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材。
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させる工程を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。
[6] [3]に記載のフィルム状ソフトマテリアルを製造する方法であって、
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させてフィルム状ソフトマテリアル重合体を形成させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアル重合体の少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。
[7] [1]又は[2]に記載のフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法であって、
前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を備える応力計測方法。
[8] [3]に記載のフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法であって、
前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を有する応力計測方法。
なお、以下の説明で用いる図は、本発明の特徴を分かり易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
図1は、本実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11、及び、フィルム状ソフトマテリアル11を備える蛍光フィルム基材1を示す概略断面図である。本実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11は、高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入されている。フィルム状ソフトマテリアル11は、形状を保持するため、基材12上に、フィルム状ソフトマテリアル11を備える蛍光フィルム基材1として用いることができる。
蛍光強度の段差は、隣接する蛍光強度が異なる高蛍光強度領域32と低蛍光強度領域31との間で、蛍光強度差が生じている境界をいい、その蛍光強度差が大きいことが望ましい。また、低蛍光強度領域31の蛍光強度が0に近いほどよい。高蛍光強度領域32と低蛍光強度領域31との間隔は、応力を検出しようとする物体のサイズ、および応力の大きさに応じて適宜調整して最適化することができる。
本発明に係るフィルム状ソフトマテリアルの製造方法は、基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させる工程を備える。本発明に係るフィルム状ソフトマテリアルの製造方法は、従来の、蛍光ビーズをハイドロゲルへ内包させる際の化学修飾過程の煩雑さがなく、簡便に調製することができ、架橋密度の不均一性、未反応の蛍光ビーズ由来の揺らぎから生じる問題も解決できる。重合させる工程で用いる基板を、そのまま、蛍光フィルム基材1の基材12とすることもでき、重合させる工程を経て得られたフィルム状ソフトマテリアル11を、別途準備した基材12に転写して、蛍光フィルム基材1とすることもできる。
光重合開始剤としては、水溶性の光重合開始剤が好ましく、下記式(2-A)で表されるリチウムフェニル-2,4,6-トリメチルベンゾイルホスフィネート(LAP)、下記式(2-B)で表される2-ヒドロキシ-4’-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノン(Irgacure2959)、下記式(2-C)で表されるEosinY、下記式(2-D)で表されるN-ビニルピロリドン(NMP)、下記式(2-E)で表されるトリエタノールアミン(TEOA)が例示できる。
本発明に係る応力計測方法は、前記フィルム状ソフトマテリアル14上に細胞等の物体14を接触させる工程(図4(A))と、前記フィルム状ソフトマテリアル14の蛍光強度分布の変位を評価する工程(図4(B))と、を備える(図4)。
実施例で得られた各ゲルの弾性率は、下記方法により求めた。
ヒトの体液とほぼ等張に調整したPBS水溶液で膨潤した状態のフィルム状ソフトマテリアルについて原子間力顕微鏡を用い、温度25℃の測定条件で測定を行った。
<蛍光色素が導入されたフィルム状ゲル及び蛍光フィルム基材の作製>
3-(トリメチルシリル)プロピルメタクリレートで表面修飾されたガラス基板16(以下、シラン化ガラス基板)の両端に、図5で示すような、スペーサー17としてサランラップ(登録商標)を配置した後、5質量%アクリルアミド、0.5質量%のビスアクリルアミド、0.05質量%FLアクリレート、光重合開始剤LAPを1mM含む水溶液(以下、モノマー液18)をシラン化ガラス基板中央に滴下した(図6(A))。このガラス基板16に、酸素プラズマ処理したカバーガラス(以下、シール基板19)を上面からのせ、モノマー液18をシラン化ガラス基板とシール基板で挟み込み、余分なモノマー液18をキムワイプで取り除いた。波長360nmのバンドパスフィルターを用い、10mW/cm2で10分間、モノマー液18へ光照射を行った(図6(B))。光照射終了後、得られたフィルム状ハイドロゲルを大過剰量のPBS溶液に浸漬し、未反応のモノマー液成分を除去した。カバーガラスを取り除き、蛍光色素が導入されたフィルム状ゲル表面の余分な溶液を取り除いた後、2mMのsulfosuccinimidyl 6-(4‘-azido-2’-nitrophenylamino)hexanoate(以下、sulfo-SANPAH)を100μl滴下して、波長360nmバンドパスフィルターを介して10分間光照射した(図6(C))。フィルム状ゲル表面のsulfo-SANPAH溶液を取り除いた後、0.1mg/mlのポリ-D-リジン(以下、PDL)溶液を100μl滴下して、室温で2時間静置した(図6(D))。フィルム状ゲル表面のPDL溶液を取り除き、大過剰のPBS溶液で一晩以上浸透させることで、18mm×18mmの、蛍光色素が導入されたフィルム状ゲルを備える蛍光フィルム基材2とした(図6(E))。フィルム状ソフトマテリアル11としての、このフィルム状ゲルの弾性率は、約3.5kPaであり、全体的におよそ均一であった。
<蛍光強度分布を有するフィルム状ゲル及び蛍光フィルム基材の作製1>
実施例1の方法で蛍光色素が導入されたフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材2を作製後、金またはクロムのマスク21が光透過基板23上に設けられたフォトマスク24(図7。以下、フォトマスク。)を、蛍光フィルム基材2の基板16側に設置した。マスク21の大きさは62.5μm×62.5μmである。422nmハイパスフィルターを介してキセノン光源による光照射を行い(図8(G))、蛍光フィルム基材3を得た(図8(H))。10分間の光照射の後、蛍光顕微鏡による観察を行った(図9)。フィルム状ソフトマテリアル14としての、フィルム状ゲルにマスクパターンに応じて、光照射された領域は蛍光色素が退色して低蛍光強度領域となり、マスクされた領域は高蛍光強度領域となって、約125μmピッチの蛍光強度分布が形成され、隣接する領域間で蛍光強度に段差が生じることが示された。
<蛍光強度分布を有するフィルム状ゲル及び蛍光フィルム基材の作製2>
実施例1の方法で蛍光色素が導入されたフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材2を作製後、顕微鏡の対物レンズを介して、488nmのレーザー光をデフォーカス光として照射した。そのときの蛍光顕微鏡による観察結果を図10に示す。デフォーカス光の照射によって、任意の領域で高蛍光強度領域32と低蛍光強度領域31が形成され、隣接する領域間で蛍光強度に段差が生じることが示された。
<フィルムの変位量の計測方法および応力分布の計測方法>
応力分布の計測は、まず、粒子画像流速測定法(以下、PIV)を用いて、ゲルの変位分布を解析する。細胞牽引力のモデル系として、ガラスニードルでゲルを1.6μm変位させた。変位前後のゲルの蛍光顕微鏡による観察結果およびPIV解析結果を図11に示す。変位マッピングから、実際の変位方向および変位量と同等の解析結果を得た。次に、ゲルの変位分布から、線形弾性理論に基づく理論式を数値的に解析することにより、応力分布を計算することができる。取得画像のPIV解析および応力分布の解析は、ImageJのプラグインを用いた。
Claims (12)
- 高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入され、
高蛍光強度領域と、該高蛍光強度領域よりも蛍光強度の低い低蛍光強度領域とを有し、該高蛍光強度領域と該低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差が生じている、フィルム状ソフトマテリアル。 - 前記高分子化合物が、ポリアクリルアミド系樹脂を含む、請求項1に記載のフィルム状ソフトマテリアル。
- 基材上に、請求項1又は2に記載のフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材。
- 請求項1又は2に記載のフィルム状ソフトマテリアルを製造する方法であって、
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させる工程を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。 - 請求項1又は2に記載のフィルム状ソフトマテリアルを製造する方法であって、
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させてフィルム状ソフトマテリアル重合体を形成させる工程と
前記フィルム状ソフトマテリアル重合体の少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。 - 高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入されているフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法であって、
前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を有する応力計測方法。 - 前記高分子化合物が、ポリアクリルアミド系樹脂を含む、請求項6に記載の応力計測方法。
- 請求項1又は2に記載のフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法であって、
前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を有する応力計測方法。 - フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を有する応力計測方法に用いるフィルム状ソフトマテリアルであって、
高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入されているフィルム状ソフトマテリアル。 - 前記高分子化合物が、ポリアクリルアミド系樹脂を含む、請求項9に記載のフィルム状ソフトマテリアル。
- 基材上に、請求項9又は10に記載のフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材。
- 請求項9又は10に記載のフィルム状ソフトマテリアルを製造する方法であって、
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させる工程を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。
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