JP7113034B2 - 多孔成形体 - Google Patents

Description

本発明は、多孔成形体に関する。

多孔成形体として、微小な空孔部がフィルム面に沿って規則的に複数並んで形成されることによりハニカム構造とされたフィルム状の多孔成形体（以下、多孔フィルムと称する）が知られている。このハニカム構造を有する多孔フィルムは、結露法（Ｂｒｅａｔｈ Ｆｉｇｕｒｅ法とも呼ばれる）により製造される。結露法は、フィルムを形成するための疎水性の素材が含まれる溶液を流延することにより流延膜を形成し、この流延膜に結露させた後に溶媒と水滴とを蒸発させることによりフィルムを製造する方法である。この結露法で得られる多孔フィルムは、水滴が鋳型となって極めて微小な多数の空孔部が規則的な配列をなした状態に形成されているので、例えば、細胞を培養する培養担体（細胞培養基材）、癒着防止材料、あるいはろ過フィルタなどの医療分野に有用である。

また、特許文献１には、形成される空孔部の径が上記の結露法により製造される多孔フィルムよりも大きく、かつ親水性の素材で構成された多孔フィルムが記載されている。特許文献１の多孔フィルムは、エマルションから製造されている。特許文献２にも、エマルションから製造され、親水性の素材で構成された多孔フィルムが記載されている。

また、特許文献３には、セルロースを含む逆オパール構造体が記載されている。この特許文献３の構造体は、薄膜状であり、粒径が２００ｎｍ～５００ｎｍのシリカ粒子等から得たコロイド結晶にセルロースを含む溶液を含浸させて製造される。この構造体はコロイド結晶を鋳型として得られるため、得られる構造体の空孔部の径も、コロイド結晶の径と同程度となっている。

国際公開第２０１７／１０４６１０号 特開昭５６－６１４３７号公報 特開２００９－２６８８３６号公報

結露法により製造される多孔フィルムは、水滴を上記のように鋳型とするという製造方法から、構成する素材が疎水性に限られる。また、結露法で形成できる成形体は、フィルムという薄物である。また、特許文献１～３の手法は、親水性の素材で多孔成形体が得られるものの、得られる多孔成形体はフィルムという薄物に限られる。そして、特許文献２の多孔フィルムは、空隙率（空孔部が占める体積の比率）は高いものの、空孔部の配列状態は整然さに欠けており、規則性があるとは言いがたい。この点、多孔成形体としてフィルムよりも厚い三次元立体物であり、空孔部がどの部分であっても規則性をもって密に配列したものがあれば、多孔成形体の用途が広がる。

そこで、本発明は、親水性材料からなり、空孔部がどの部分であっても規則性をもって密に配列した多孔成形体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の多孔成形体は、親水性材料で形成され、表面に開口する空隙を有する。この空隙は、最密充填構造で配列した球状の複数の空孔部が互いに連通することにより形成される。表面は、曲面を有する。空孔部の直径は、１５０μｍ以上７５０μｍ以下の範囲内である。親水性材料は、ポリアクリルアミド、水溶性ポリマー、多糖類、タンパク質、及びこれらの混合物から選択される少なくとも１種であり、かつ、純水に対する溶解度が０．２ｇ／ミリリットル以上である。

開口は、表面に規則的に配列することが好ましい。また、開口は、直径が同一で形成されることが好ましい。

最密充填構造は、六方最密充填構造および／または立方最密充填構造であることが好ましい。

多孔成形体全体に対する空隙の体積分率は、７４％以上であることが好ましい。

互いに接する空孔部の中心間の長さは、空孔部の直径より小さいことが好ましい。

球状の複数の空孔部のサイズ分布は、５％以下であることが好ましい。

親水性材料は、生体適合性を持つことが好ましい。また、親水性材料は、コラーゲン、ポリグリコール酸、およびキトサンならびにコラーゲン、ポリグリコール酸、およびキトサンの誘導体または混合物から選ばれることが好ましい。また、親水性材料は、生分解性を持つことが好ましい。

本発明によれば、親水性材料からなり、空孔部がどの部分であっても規則性をもって密に配列した多孔成形体が提供される。

本発明の第１実施形態の多孔成形体の斜視図である。 本発明の多孔成形体の表面の一部を示す概略平面図である。 本発明の多孔成形体の断面の一部を示す概略断面図である。 空孔部の構造を模式的に示す説明図である。 接する空孔部の関係を模式的に示す説明図である。 第１実施形態における多孔成形体をデジタルカメラにより撮影した画像である。 第１実施形態における多孔成形体の光学顕微鏡による撮影画像である。 第１実施形態における多孔成形体のＸ線ＣＴ画像である。 本発明の多孔成形体を製造する工程を説明するフロー図である。 成形材料調整工程の説明図である。 立体化工程および連続相除去工程の説明図である。 硬化工程の説明図である。 分散相除去工程および洗浄工程の説明図である。 本発明の第２実施形態における多孔成形体の表面の一部を示す概略平面図である。 本発明の第３実施形態における多孔成形体の端面の説明図である。

［第１実施形態］
本発明の一例である多孔成形体（以下、成形体とも称する）１０を図１に示す。多孔成形体１０は、円柱体、すなわち断面円形の円柱状に形成されており、底面１０Ｂの直径Ｄ１０が１０ｍｍ、高さＨ１０が１０ｍｍである。ただし、形状および大きさはこの例に限定されず、直行する３方向の寸法のうち最も小さい寸法が１ｍｍを超えていればよい。多孔成形体１０は、その内部に空隙１２を有しており、表面１０Ｓには複数の開口部１２ａが形成されている。開口部１２ａは、空隙１２が表面１０Ｓに露呈したものである。すなわち、成形体１０は、表面１０Ｓに開口した空隙１２を有している。なお、図１においては、図の煩雑化を避けるために、多数の開口部１２ａのうちの一部のみを描いてある。

図２に示すように、成形体１０の内部において球状の複数の空孔部１３が連なり、これらの空孔部１３が空隙１２を構成している。各空孔部１３は、仮想的に区画した概念上の空間部分であり、各空孔部１３および空隙１２は親水性材料で画定されている。すなわち、成形体１０は親水性材料で形成されており、空隙１２は、球状の複数の空孔部１３が、空孔部１３間の隔壁１４に形成されている連通口１２ｂによって互いに連通していることにより、形成されている。空隙１２は、最密充填構造で配列した球状の複数の空孔部１３が互いに連通することにより形成される。図２に示すように、空隙１２は、表面１０Ｓに開口している。空隙１２が表面１０Ｓに形成している開口部に符号１２ａを付す。空隙は、最密充填構造で配列した球状の空孔部１３が互いに連通したものであり、かつ、表面１０Ｓに開口し、開口部１２ａを形成する。概ね同サイズの空孔部１３が、表面１０Ｓにおいても、成形体１０の内部においても、最密充填構造で配列している。

例えば、表面１０Ｓに垂直な方向から成形体１０を見たときに、任意の１つの空孔部１３を中心にした六角形の各頂点に周囲の６個の空孔部１３が配された状態に、各空孔部１３が密に配列されている。これにより成形体１０は、蜂の巣状となるハニカム構造となっている。なお、本明細書において「ハニカム構造」とは、２次元の配列のみならず、３次元の空間充填構造をも意味する。また、表面１０Ｓをなしている複数の空孔部１３の図２の紙面奥行方向にも、同様にハニカム構造を成す複数の空孔部１３が有る。そのため、図２に示すように、開口部１２ａには、図２紙面奥行方向の空孔部１３間の隔壁１４が確認される。このため、開口部１２ａは規則的に配列し、また、開口部１２ａ内には、空孔部１３が接する他の空孔部１３と連通する連通口１２ｂが規則的に配列している。したがって、成形体１０の表面においては、開口部１２ａの直径が同一で形成される面が形成され、成形体１０において、表面１０Ｓの開口部１２ａの直径はほぼ同一である。成形体１０は円柱体であるので、成形体１０の側面および底面のそれぞれを表面ということができるが、成形体１０の各面において、開口部１２ａが規則的に配列し、開口部１２ａの直径は各面でほぼ同一である。本発明の成形体においては、成形体の形状にかかわらず、成形体の外面すべてを「表面」ということができる。したがって、例えば、成形体の表面が曲面である場合にも、表面においては開口部１２ａが規則的に配列し、開口部１２ａの直径はほぼ同一となる。

複数の空孔部１３は球形であるが、上記の通り最密充填構造で配列していることから厳密な真球形ではなく、真球が幾分ひずんだ球形となっている。したがって、接する空孔部１３は、空孔部１３の直径Ｄ１（図５参照）よりも、空孔部１３と空孔部１３が接する他の空孔部１３との中心間距離Ｄ２（図５参照）が小さい。これにより、連通口１２ｂが形成され、空孔部１３同士が連通した空隙１２が形成される。なお、親水性材料の種類によっては、空孔部１３は変形自在となる。空孔部１３の直径Ｄ１と中心間距離Ｄ２との比率は、製造条件によって変えることができる。複数の空孔部１３は、図２および図３に示すように、接する空孔部１３すべてと連通しており、隔壁１４が連通口１２ｂを形成する。したがって、空隙１２は、成形体１０を貫通する。また、図３に示すように、成形体１０には、開口部１２ｂの直径が等しい断面１０ｃが存在する。このように、空孔部１３同士が連通し、空隙１２が貫通しているから、成形体１０は、例えば、細胞培養基材、光散乱フィルタ、吸音材、ろ過フィルタなど種々の用途に用いることができる。

最密充填構造とは、空孔部１３が六方最密充填構造として配列している状態と、立方最密充填構造（面心立方格子構造）として配列している状態との両方がある。六方最密充填構造の領域と、立方最密充填構造の領域とが、混在している場合もある。図４に示すように、一例として、成形体１０のある部分において、空孔部１３は六方最密充填構造で３次元で配列する。つまり、球状の空孔部１３が、破線で示す第１層Ｉにおいて２次元的に最密に配列し、第１層Ｉに重なるように二点破線で示す第２層ＩＩにおいて２次元的に最密に配列し、第３層ＩＩＩにおいてさらに重なるように２次元的に最密に配列することにより、３次元の六方最密充填構造で配列する。成形体１０において、隔壁１４および柱１０ｄが、空隙１２および空孔部１３を形成する。

球状の複数の空孔部１３のサイズ分布は、５％以下であることが好ましい。ここで、空孔部１３のサイズとは、空孔部１３に外接する球体を仮定し、その球体の直径をいう。また、空孔部１３のサイズ分布とは、成形体１０が有する全ての空孔部１３のサイズにおいて、平均値に対する標準偏差の割合をいう。したがって、成形体１０全体に対する空隙１２の体積分率は、空孔部１３が最密充填構造であることから、約７４％となる。なお、空隙の体積分率は７４％以上とすることができる。例えば、空孔部のサイズを大小二種類とすることなどにより、空隙の体積分率は７４％以上となる。空隙の体積分率の上限については、構造体としての強度を保つ理由により、９０％以下である。

空孔部１３の直径Ｄ１は、４００μｍであるが、この例に限られず、１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。より好ましくは、１５０μｍ以上７５０μｍ以下の範囲内、さらに好ましくは、２００μｍ以上６００μｍ以下の範囲内である。成形体の形状およびサイズは問わないが、一例として、本実施例の成形体１０は、図１に示すように、底面が直径１０ｍｍ、高さが１０ｍｍの円柱体である。なお、成形体とは、厚みがフィルムよりも大きく１ｍｍ以上であるものを立体構造体である成形体とみなしている。

成形体１０は、前述の親水性材料としてのポリアクリルアミドで形成されている。成形体１０を形成する親水性の他の素材としては、例えば、各種水溶性ポリマー、多糖類（例えば、セルロースまたはキトサン等）、タンパク質（例えば、コラーゲンまたはフィブロイン等）などが挙げられ、これらのうちの少なくとも２種の混合物であってもよい。親水性の素材で形成されている成形体１０は、例えば、細胞培養基材、光散乱防止フィルタ、吸音材、ろ過フィルタなど種々の用途に用いることができる。

なお、親水性とは、純水に対する溶解度が０．２ｇ／ミリリットル以上であることを意味し、疎水性とは、純水に対する溶解度が０．０１ｇ／ミリリットル以下であることを意味する。純水に対する溶解度は、本実施形態では、ＯＥＣＤ ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓに記載のＴｅｓｔ Ｎｏ．１０５：Ｗａｔｅｒ Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ（ＯＥＣＤは、経済協力開発機構（Organisation for Economic Co-operation and Development））により求めている。なお、後述の成形材料２０が界面活性剤を含有している場合には、得られる成形体１０にも界面活性剤が含まれている場合がある。

以上のように空孔部１３が規則性をもって密に配列している成形体１０の態様は、例えば、図６に示す通りデジタルカメラにより撮影した画像と、図７に示す通り光学顕微鏡による撮影画像と、図８に示す通りＸ線ＣＴ（Computed Tomography，コンピュータ断層撮影）画像とにより確認している。図６は、後述の方法で得られた成形体１０を、容器内の水中に浸漬した状態にし、容器外から撮影した画像である。容器の上部には白い蓋があり、図６は、この蓋をヒトの指で摘まむことにより容器を支持した状態で撮影した画像となっている。図７は、図６と同じく容器内で水中浸漬状態としている成形体１０を撮影した画像である。また、図８の画像は、後述の方法で得られた成形体１０を水中で保存しておき、その後、水から取り出し、凍結乾燥したものを撮影した画像である。

図９に示すように、成形体１０は、成形材料調製工程と、立体化工程と、連続相除去工程と、硬化工程と、剥取工程と、分散相除去工程と、洗浄工程とを有する製造方法により製造される。

成形体１０は成形材料２０（図１２参照）から製造され、成形材料調整工程は、この成形材料２０を製造する工程である。成形材料２０は、エマルション（エマルジョン、乳濁液）であり、図１０に示すように分散相２１である液滴を油相、連続相２２を水相としている。連続相２２には、成形体１０を構成する材料の原料が、硬化性化合物として含まれる。上記したとおり、この例の硬化性化合物は、硬化後、親水性材料となる。この例の硬化性化合物はアクリルアミドとしている。なお、連続相２２には、硬化性化合物の溶剤が含まれていてもよい。分散相２１である液滴は、成形体１０における空孔部１３の鋳型（テンプレート）として機能するものであり、本例ではポリジメチルシロキサンを含む。

連続相２２は前述のように硬化性化合物を含む。本例では、連続相２２は硬化性化合物とこの硬化性化合物の溶剤としての水とを含有しているが、硬化性化合物が疎水性の液体である分散相２１と非相溶の液体である場合には、連続相２２は水を含有していなくてもよい。なお、疎水性の液体と非相溶であるとは疎水性の液体に対する溶解度が０．０１ｇ／ミリリットル以下であることを意味する。連続相２２が水相である場合の硬化性化合物としては、親水性モノマーに硬化性官能基が修飾された化合物が挙げられ、有機合成のハンドブック（例えば、有機合成実験法ハンドブック（有機合成化学協会））などに掲載されている方法で、エネルギ線硬化性（光硬化性を含む）及び／または熱硬化性をもつ官能基を修飾することで得ることができる。

硬化性化合物は、本例では紫外線の照射により硬化する紫外線硬化性化合物としているが、これに限られない。硬化性化合物としては、エネルギ線の照射より硬化するエネルギ線硬化性化合物、加熱により硬化する熱硬化性化合物、イオン反応により硬化するイオン硬化性化合物を用いることができる。エネルギ線の照射により硬化するエネルギ線硬化性化合物の一例は、紫外線等の光の照射により硬化する光硬化性化合物である。なお、イオン硬化性化合物としては、アルギン酸ナトリウムをカルシウム（Ｃａ）イオン等の多価カチオンと反応させる系等が挙げられる。

硬化性化合物は、生体適合性を有することが好ましい。これにより、細胞培養基材、止血材、癒着防止材、及び／または創傷被覆材などに用いられる成形体１０が得られる。なお、生体適合性とは、生体内（消化管の内部も含む）に留置した場合及び生体外部に貼り付けた場合において、生体への毒性など生体に有害な影響を与えない性質を意味する。

成形材料２０は、連続相２２に、硬化性化合物を硬化させるための架橋剤を含有していてもよく、本例でもＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド（東京化成工業社製）を架橋剤として含有している。また、連続相２２には、硬化性化合物の硬化を開始させるための開始剤を含有していてもよく、本例でもＩＲＵＧＡＣＵＲＥ（登録商標）２９５９（ＢＡＳＦ ＳＥ製）を開始剤として含有している。

分散相２１の液滴は柔軟性があり変形自在であることが好ましく、本例でもそのようにしている。また、分散相２１である液滴の径は、２０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。２０μｍ以上であることにより、２０μｍ未満である場合に比べて、液滴同士の合一が起こりにくく、変形自在な液滴の分散相５１としてより確実に保持される。１ｍｍ以下であることにより、１ｍｍより大きい場合に比べて、放置状態において液滴の形状をより確実に球形に保持できる。分散相５１の径は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内であることがより好ましく、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。

分散相２１と連続層２２との比重に差があることが好ましい。分散相２１の比重をＹ１とし、連続相２２の比重をＹ２とするときに、Ｙ１－Ｙ２で求める比重差は、０．００１以上であることが好ましく、本例では０．０８０としている。比重差が０．００１以上であることにより、０．００１未満である場合に比べて、分散相２１を成形材料２０内において、鉛直方向において偏在、すなわち下方に偏在させることが容易になる。このように、分散相２１と連続相２２とが成形材料２０内において鉛直方向でより容易に分離するため、立体化工程において、分散相２１同士がより確実に接した状態で成形材料２０を保持することができる。また、成形体１０を製造する場合には、立体化工程と硬化工程とにおいて分散相２１の浮上が抑えられるから、容易に成形体１０が製造できる。

比重差は、０．００１以上０．２００以下の範囲内であることがより好ましい。０．２００以下であることにより、０．２００を超える場合に比べて、液滴である分散相２１同士の合一が、より確実に及び／またはより長期に、抑えられる。例えば、比重差が大きすぎる場合には、下方に偏在した状態（沈殿状態）にある分散相２１が押しつぶされ、液滴としての安定状態が乱されることがあるからである。比重差は、０．０３０以上０．１５０以下の範囲内であることがさらに好ましく、０．０５０以上０．１００以下の範囲内であることが特に好ましい。

比重Ｙ１と比重Ｙ２とは、２５℃における水の比重を１とする基準で求めている。本実施形態では、より具体的には、後述の第１液３５の比重をＹ１とし、後述の第２液３６の比重をＹ２としており、第１液３５の比重は、２５℃において体積Ｖの第１液３５及び第２液３６をそれぞれ準備し、準備した第１液３５及び第２液３６の質量Ｗをそれぞれ１０回測定し、測定値毎にＷ／Ｖの式で算出する。そして、算出した１０個の算出値の平均値を比重Ｙ１及びＹ２として求めている。

成形材料２０は、分散相２１の体積比率が０．５以上０．９以下の範囲内であり、このように高い体積比率で分散相２１を含有する。分散相２１の体積比率は、分散相２１の体積をＸ１とし、連続相２２の体積をＸ２とするときに、Ｘ１／（Ｘ１＋Ｘ２）で求める。分散相２１の体積比率が０．５以上であることにより、０．５未満である場合に比べて、分散相２１である液滴が互いに接した状態で配置し、その配列はより規則的になる。分散相２１の体積比率が０．９以下であることにより、０．９を超える場合に比べて、分散相２１同士の合一化が、より確実に抑制できる。そのため、均一な大きさの空孔部１３が規則的に配列した成形体１０がより製造しやすい。

分散相２１の体積比率は、０．６以上０．８５以下であることがより好ましく、０．７以上０．８以下であることがさらに好ましい。分散相２１の体積比率の求め方としては、例えば、顕微鏡で観察される画像から求める方法がある。具体的には、成形材料２０の観察画像から分散相２１の液滴の平均サイズと個数密度とを求め、これら平均サイズと個数密度とから分散相２１の体積比率を算出することができる。また、成形材料２０の分散相２１の体積比率と、得られる成形体１０の空孔部１３の体積比率とが同じ場合には、成形体１０の観察画像から空孔部１３の平均サイズと個数密度とを求め、これらから空孔部１３の体積比率を求めることにより、これを成形材料２０における分散相２１の体積比率と見なしてもよい。

成形材料２０は、界面活性剤を含有していてもよく、本例でも界面活性剤としてのポリビニルアルコールを含有している。界面活性剤としての他の例としては、アデカトール（登録商標）ＬＡ、ＮＩＫＫＯＬ Ｈｅｘａｇｌｙｎ １－Ｍ（モノミリスチン酸ヘキサグリセリル）等、ＨＬＢ値は１１以上１６以下の程度の界面活性剤が挙げられる。

成形材料２０は、比重調整剤を含有することが好ましい。この例では、分散相２１の比重を大きくする化合物を比重調整剤として用いているが、比重調整剤は、分散相２１と連続相２２との少なくともいずれか一方の比重を調整（増減）するものであればよい。この例では、分散相２１の比重を増加させるためにポリジメチルシロキサンよりも比重が大きいブロモベンゼンを比重調整剤として用いている。しかし、分散相２１を油相とした場合に、分散相２１の比重を大きくする比重調整剤は、これに限定されず、分散相２１において溶解した状態で存在し、かつ、分散相２１の成分（この例ではポリジメチルシロキサン）よりも比重が大きい化合物であればよい。例えば、クロロホルム、及び／または四塩化炭素を用いることができる。

比重調整剤は、本例のように分散相２１に含有させることが好ましい。また、比重調整剤は、分散相２１に対して１％以上３０％以下の範囲内の質量割合で含有させることが好ましい。この質量割合は、分散相２１の質量（比重調整剤の質量を含む）をＭ１とし、その分散相２１に含まれている比重調整剤の質量をＭ２とするときに、（Ｍ２／Ｍ１）×１００で求める百分率である。

成形材料２０は、図１０に示す基剤生成部２５と、図１１に示す調整部２６とによりつくることができる。基剤生成部２５は、成形材料２０よりも分散相２１の体積比率が小さいエマルション基剤３７（図１１参照）を生成する。基剤生成部２５は、断面円形の第１管３１と第２管３２とを備える。第１管３１は、分散相２１になる第１液３５を供給する。第２管３２は、連続相２２になる第２液３６を送る。第１管３１は、一端側が第２管３２の中空部に配される状態に、第２管３２の側面に嵌められている。第１管３１の一端側の開口３１ａは、第２管３２の中空部を一方向に流れる第２液３６の流れの向き（第２液３２の流れ方向の下流側）に向く状態で配されている。これにより、第１液３５は、第２液３６の流れ方向に開口３１ａから液滴として出される。また、開口３１ａは、第２管３２の断面円形の概ね中央に位置している。

なお、本実施形態では、外径が０．８ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内である第１管３１と、内径が第１管３１の外径よりも大きく、かつ、外径が概ね１．４ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲内である第２管３２とを用いている。ただし、第１管３１及び第２管３２はこの例に限られない。

第１液３５の送液流量をＶ１とし、第２液３６の送液流量をＶ２とするときに、本実施形態では例えば、Ｖ１を３ミリリットル／ｈｒとし、Ｖ２を４．５ミリリットル／ｈｒとする条件で第１液３５と第２液３６とを供給することにより、分散相２１を生成し、これにより、分散相２１の径が均一なエマルション基剤３７をつくっている。基剤生成部２５は、分散相２１の径が３００μｍ以上１ｍｍ以下の範囲内という比較的大きい場合に特に有効である。

本例では、比重調整剤は、第１液３５に含有させてある。これにより、比重調整剤を含有する分散相２１が生成する。また、架橋剤と開始剤と界面活性剤とは、第２液３６に含有させてある。これにより、架橋剤と開始剤とを含有する連続相２２が生成し、かつ、連続相２２中に分散相２１の液滴が安定した状態に保持される。

得られたエマルション基剤３７は、図１１に示す調整部２６の容器３８に送られる。調整部２６は、図１１に示すように、エマルション基剤３７を収容する容器３８と、ポンプ３９とを備える。ポンプ３９は容器３８中のエマルション基剤３７から、第２液３６を吸引し、これによりエマルション基剤３７における分散相２１の体積比率を高める。これにより、成形材料２０が得られる。

立体化工程は、図１２に示すように、成形体１０の全体を含む大きさの容器４１に成形材料２０を収容する工程である。この例では、成形体１０の外形（形および大きさ）である内壁を持った容器４１を用いている、また、容器４１は、光源４０からの光が透過するガラス製である。硬化後の成形体１０は親水性材料から形成されているので、容器４１と成形体１０との分離しやすさの点から、疎水性材料からなる容器４１を用いても良い。収容した時点で、分散相２１が互いに接した状態になっている場合には、すぐに硬化工程に供してもよい。また、収容した時点で、成形材料２０に分散相２１同士が離れている領域が認められた場合には、互いに接した状態になるまで静置あるいは穏やかに振動および／または揺動させるなどの処理を行ってから硬化工程に供するとよい。

連続層除去工程は、分散相２１が互いに接した状態になった後、容器４１の上部に、分散相２１の配列がほぼ存在しない場合、すなわち、ほぼ連続相２２のみが存在する場合、この連続相２２を除去する工程である。連続相２２の除去には、ポンプ３９を用いることができる。

連続層除去工程の後の硬化工程は、図１２に示すように、成形材料２０の連続相２２に含まれる硬化性化合物を硬化する工程である。本例の硬化性化合物であるアクリルアミドは光硬化性化合物であるので、硬化工程には、例えば、図１２に示すように、光源４０が用いられる。硬化工程は、容器４１を前述の光源４０下に載置し、成形材料２０中の硬化性化合物を硬化する。成形材料２０に光が照射されればよいから、光源４０と容器４１との位置関係は、特に限定されない。また、複数の光源４０を容器４１の周囲に配し、互いに異なる方向から容器４１に向けて光を射出してもよい。光源４０は、成形材料２０を収容したガラス製容器４１の上方に配してある。この状態で、光源４０から硬化性化合物を硬化する光を射出することにより、透明な容器４１を介して成形材料２０に光が照射され、この照射により硬化性化合物が硬化し、成形材料２０は連続相が固まった固化体４２となる。なお、この例の光源４０は光として紫外線を照射する。

硬化工程のための硬化装置は、光源４０に限定されず、硬化手法に応じて決定される。例えば硬化性化合物が、加熱により硬化する熱硬化性化合物である場合には、硬化工程には加熱オーブン（加熱恒温槽）または赤外線ヒータなどの、各種加熱装置が用いられる。また、硬化性化合物が、イオン反応により硬化するイオン硬化性化合物である場合には、硬化装置として例えばイオン溶液を収容した液槽が用いられる。具体的手法としては、この液槽のイオン溶液（例えばカルシウムイオンを含有する液）を、成形材料２０が入れられた容器４１に、成形材料２０の分散相２１の配列を乱さないように少量ずつ注入することにより、イオン硬化性化合物（例えばアルギン酸ナトリウム）が硬化する。

剥取工程は、この硬化により得られた固化体４２を容器４１と分離する工程である。分離は、いずれの方法も採用でき、熱によって行っても良いし、物理的に剥離して行っても良い。熱によって行う場合は、容器４１ごと、冷水と温水とに交互に浸漬させることができる。本例では、固化体４２が収容された容器４１を、２５℃の水が収容されている浴槽の水中に浸漬することにより、容器４１から固化体４２を剥ぎ取っている。また、固化体４２が収容された容器４１を、互いに異なる第１浴槽（図示無し）と第２浴槽（図示無し）とに交互に繰り返し浸漬してもよい。この場合、第１浴槽と第２浴槽とは互いに温度差があればよい。また、物理的に剥離して行う場合は、固化体４２の表面を一部削ることによって分離することができる。容器から剥離された固化体４２は、分散相除去工程に供し、分散相２１を除去することにより成形体１０が得られる。

分散相除去工程は、図１３に示すように、剥取工程により得られた固化体４２から分散相２１を除去する工程である。本例では、固化体４２中の分散相２１に溶解性を示し、かつ、固化体４２中の連続相（硬化性化合物の硬化により生成した生成物）に対して非溶解性の液体４５に、固化体４２を浸漬することにより、固化体４２から分散相２１を除去している。この例で用いる液体は、アセトンであるが、アセトンに限定されない。なお、用いる液体４５は、固化体４２中の連続相に対する非溶解性は、全く溶解しないという意味に限定されず、用いる液体に対する硬化後の連続相の溶解度が０．０１ｇ／ミリリットル以下であれば非溶解性であるとみなしてよい。ただし、前述のように連続相において硬化性化合物の溶剤が残存している場合には、連続相の溶解度が０．０１ｇ／ミリリットルよりも大きくても、硬化性化合物の硬化により生成する生成物の溶解度が０．０１ｇ／ミリリットル以下であれば非溶解性であるとみなしてよい。固化体４２中において分散相２１が互いに接しているから、分散相２１は除去されやすく、また、本例の浸漬のような乾燥以外の手法によっても分散相２１が除去される。したがって、分散相２１として用いる素材選定に自由度がある。このように、分散相２１として用いる素材の自由度が高いから、分散相２１とともに用いる連続相２２の素材選定にも自由度が高く、その結果、種々の素材の成形体１０が得られる。

洗浄工程では、分散相除去工程の後、水および／または溶剤に成形体１０を浸漬することなどにより、成形体１０が洗浄される。成形体１０を、不純物を嫌う用途に用いる場合には、洗浄工程を行うことが好ましい。

本実施形態の作用を説明する。成形体１０は、上述したとおり、成形材料２０から得られる。成形材料２０は、分散相２１と連続相２２とを含み、変形自在である分散相２１である液滴は、成形体１０における空孔部の鋳型（テンプレート）として機能する。分散相２１が前述の体積比率で含まれているため、分散相２１である液滴が互いに接した状態で配置し、その配列はより規則的になる。また、分散相２１が互いに接した状態で配置しているから、分散相除去工程においては分散相が除去されやすく、その結果、空孔部１３同士が連通した成形体１０が得られる。このように、連続相２２と分散相２１とは互いに分離し、分散相２１が、柔軟性があり変形自在であるため、重力により、成形体１０の製造時に成形材料２０を型である容器に入れるのみで、分散相２１は自己組織的に３次元最密充填構造に配列する。なお、連続相２２と分散相２１との比重差が比較的小さい成形材料を用いる場合であっても、成形材料２０を容器に入れ、放置することにより、分散相２１は自己組織的に３次元最密充填構造に配列する。また、分散相２１の液滴は変形自在であるため、立体化工程において、密な状態に含まれる分散相２１は規則的な配列をより確実に形成しながら、重力により、下方に隙間があればそこへ移動する。そのため、成形体１０は、より確実に規則性をもった配列で分散相２１が分布し、かつ、分散相２１同士がより確実に接した状態で配置する。また、分散相２２は、一旦自己組織的に高度な規則性をもってある配列をとったとしても、再配列が可能である。また、多孔成形体の形状は容器の形状に沿うため、容易に、様々な形状の多孔成形体が得られる。

成形体１０は、表面に開口する空隙１２を有し、この空隙１２は最密充填構造で配列した球状の複数の空孔部１３が互いに連通することにより形成される。また、成形体１０は、親水性材料からなり、分散相２１が鋳型となる空孔部１３が、表面、内部を問わず、どの部分であっても規則性をもって密に配列した成形体１０である。なお、「どの部分であっても」とは、厳密性を意味するものではなく、成形体１０のほとんどの部分において規則性をもって高度に配列し、角部およびへり部等の一部において配列が乱れた部分があっても良いことを意味する。成形体１０の製造工程において、連続相２２を除去する工程などにより、分散相２１は容器１０に沿って最密充填構造をとって高度に規則的に配列するため、成形体１０の空孔部１３の表面の開口部１２ａも、最密充填構造で高度に規則的に配列する。同様に、成形体１０の内部においても、分散相２１は最密充填構造をとって高度に規則的に配列するため、空孔部１３も、最密充填構造で高度に規則的に配列する。また、容器として曲面を持った形状のものを用いた際には、成形体の表面も容器と同様の曲面となり、例えば、ゴルフボールの窪みのように、曲面に沿って開口部が高度に規則的に配列した成形体を得ることができる。したがって、成形体１０は、大きさが均一な空孔部が最密充填構造で高度に規則的に配列し、これらは連通し表面に開口し、開口部も高度に規則的に配列するため、均一な空孔を有することが好ましい用途、空孔に緻密に物質等を充填することが好ましい用途、表面積が大きいことが好ましい用途に、好適である。また、同じ原料であれば、軽い成形体とすることができるため、軽いことが好ましい用途にも好適である。また、空孔部１３の径が、分散相２１の径を調整することにより、１μｍ以上１ｍｍ以下と広い範囲の径の多孔成形体または多孔質表面を持つ成形体が容易に得られる。したがって、空孔部のサイズ分布が小さく、しかも、空孔部の大きさを特定のものとでき、また、特定の空隙率に調整した成形体が容易に得られるため、ふるい、フィルタ等の用途にも好適である。

最密充填構造が、六方最密充填構造および／または立方最密充填構造であり、空孔部１３がこの充填構造に沿った規則性をもって密に配列した成形体１０であるから、空孔部１３が規則的に配列することが好ましい用途に好適である。また、多孔成形体全体に対する空隙１２の体積分率が、７４％以上と高くできるため、空隙１２が大きいことが好ましい用途に好適である。また、接する空孔部１３の中心間距離Ｄ２が、空孔部１３の直径Ｄ１より小さいため、空孔部１３同士がより確かに連通する。このため、成形体１０の空隙１２が貫通することが好ましい用途に好適である。また、球状の複数の空孔部１３のサイズ分布が、５％以下と小さいため、空孔部１３の大きさが揃っており、空孔部１３の大きさが揃っていることが好ましい用途に好適である。また、親水性材料が、生体適合性を持つため、成形体１０を生物関連の用途に使用する場合に好適である。また、親水性材料が、コラーゲン、ポリグリコール酸、キトサンおよびヒドロキシアパタイトならびにコラーゲン、ポリグリコール酸、キトサンおよびヒドロキシアパタイトの誘導体または混合物から選ばれるものであることから、例えば、成形体１０を人体に用いる用途に好適である。また、親水性材料が、生分解性を持つものであるため、環境への負荷が小さく好適である。

また、分散相２１と連続相２２との比重に差がある場合にはその比重差とが相まって、分散相２１同士の接触面積がより増加する。そのため、得られる成形体１０には、より大きな連通口１２ｂが形成される。このように連通口１２ｂがより大きく形成されることは、例えば成形体１０を細胞培養基材として用いる場合において、培養された細胞間の相互作用経路が確保され有効である。

［第２実施形態］
第２実施形態の成形体５０は、図１４に示すように、空孔部１３の六方最密構造の隙間に、空孔部１３と異なる空孔部５１が規則的に埋め込まれた構造となっている。したがって、成形体５０の表面５０ａにおいては、空孔部１３の開口１３ａと、空孔部５１の開口５１ａとが、規則的に配列される。複数の開口１３ａは同一の直径であり、複数の開口５１ａは同一の直径である。また、空孔部１３と空孔部５１とは、接する部分において連通している。空孔部１３および空孔部５１からなる空隙５２は、成形体５０を貫通する。

成形体５０は、分散相として、液滴の径の異なる２種類の分散相を用いた以外は第１実施形態と同様である。液滴の径が大きい分散相（以下、分散相１と称する）と、これよりも液滴の径が小さい分散相（以下、分散相２と称する）を用い、分散相１を含むエマルション基材と、分散相２を含むエマルション基材とを別々に製造したのち、調製部２６において両者を混合する。その他の工程は、第１実施形態と同様である。

以上のとおり、液滴の径の異なる分散相を用いることにより、より空隙率が高い成形体を得ることができる。したがって、空孔により緻密に物質等を充填することが好ましい用途、より表面積が大きいことが好ましい用途に、好適である。また、液滴の径の異なる分散相を様々に調整することにより、１つの成形体において、空孔部の大きさを複数のものとすることができ、また、場合によってはその位置をも調整可能である。例えば、分散相の液滴の径が大きいものを容器の下部に配置し、これよりも液滴の径が少々小さい分散相を容器の中部に配置し、さらに液滴の径が小さい分散相を容器の上部に配置することにより、空孔部の配列が段階的に変化した多孔成形体を得ることができる。したがって、同じ成形体において、一部の領域毎に別の機能を持たせることが好ましい用途等に好適である。このように、連続相および分散相を調整することにより、空孔部を制御した成形体が容易に得られる。

［第３実施形態］
第３実施形態の成形体６０は、図１５に示すように、成形体６０の一部の表面６０ａが曲面である。なお、図１２においては、表面６０ａを成す空孔部６１の一層を図示し、他は省略している。表面６０ａにおいても、開口部６２の径Ｄ３は、ほぼ同一である。

成形体６０は、曲面を有する容器を用いた以外は、第１実施形態と同様にして製造される。分散相２１が、変形自在であり、曲面に追従して分散相が配列するため、図１５に示すように、得られた成形体６０は、曲面においても、開口部６２の径Ｄ３が、表面に開口する開口部６２すべてにおいて、ほぼ同一である。

以上のとおり、成形体の形状に関わりなく、表面において規則的に配列するほぼ同一径の開口を有することにより、細胞培養基材、ふるい等の用途に好適な表面形状とすることができる。

１０ 成形体
１０ｃ 断面
１０ｄ 柱
１０Ｂ 底面
１０Ｓ 表面
１２ 空隙
１２ａ 開口部
１２ｂ 連通口
１３ 空孔部
１４ 隔壁
２０ 成形材料
２１ 分散相
２２ 連続相
２５ 基材生成部
２６ 調整部
３１ 第１管
３１ａ 開口
３２ 第２管
３５ 第１液
３６ 第２液
３７ エマルション基剤
３８ 容器
３９ ポンプ
４０ 光源
４１ 容器
４２ 固化体
４５ 液体
５０ 成形体
５１ 空孔部
６０ 成形体
６０ａ 表面
Ｄ１ 空孔部１３の直径
Ｄ２ 空孔部１３と接する空孔部１３との中心間距離
Ｄ３ 開口６２の径
Ｄ１０ 直径
Ｈ１０ 高さ
Ｉ 複数の空孔部１３の最密充填構造第１層
ＩＩ 複数の空孔部１３の最密充填構造第２層
ＩＩＩ 複数の空孔部１３の最密充填構造第３層

Claims (10)

1. 親水性材料で形成され、表面に開口する空隙を有し、前記空隙は、最密充填構造で配列した球状の複数の空孔部が互いに連通していることにより形成され、
   前記表面は、曲面を有し、
   前記空孔部の直径は、１５０μｍ以上７５０μｍ以下の範囲内であり、
   前記親水性材料は、ポリアクリルアミド、水溶性ポリマー、多糖類、タンパク質、及びこれらの混合物から選択される少なくとも１種であり、かつ、純水に対する溶解度が０．２ｇ／ミリリットル以上である多孔成形体。
2. 前記開口は、前記表面に規則的に配列する請求項１に記載の多孔成形体。
3. 前記開口は、直径が同一である請求項２に記載の多孔成形体。
4. 前記最密充填構造は、六方最密充填構造および／または立方最密充填構造である請求項１～３のいずれか１項に記載の多孔成形体。
5. 多孔成形体全体に対する前記空隙の体積分率は、７４％以上である請求項１～４のいずれか１項に記載の多孔成形体。
6. 互いに接する前記空孔部の中心間の距離は、前記空孔部の直径より小さい請求項１～５のいずれか１項に記載の多孔成形体。
7. 前記複数の空孔部のサイズ分布は、５％以下である請求項１～６のいずれか１項に記載の多孔成形体。
8. 前記親水性材料は、生体適合性を有する請求項１～７のいずれか１項に記載の多孔成形体。
9. 前記親水性材料は、コラーゲン、ポリグリコール酸、およびキトサンならびにコラーゲン、ポリグリコール酸、およびキトサンの誘導体または混合物からなる群から選ばれる請求項１～７のいずれか１項に記載の多孔成形体。
10. 前記親水性材料は、生分解性を有する請求項１～９のいずれか１項に記載の多孔成形体。

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