JPH0549689A - 細胞接着性材料およびその製造方法 - Google Patents
細胞接着性材料およびその製造方法Info
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- JPH0549689A JPH0549689A JP3259550A JP25955091A JPH0549689A JP H0549689 A JPH0549689 A JP H0549689A JP 3259550 A JP3259550 A JP 3259550A JP 25955091 A JP25955091 A JP 25955091A JP H0549689 A JPH0549689 A JP H0549689A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高分子材料表面の細胞接着性を向上させ、ま
たは新たに付与する。 【構成】 ポリスチレン(PS)製シャーレの底面にド
ース量1×1015〜3×1017個/cm2 の範囲で
N+ ,Na+ ,N2 + ,O2 + ,Kr+ 等のイオンを注
入した後、ウシ胸部血管内皮細胞を培養した。いずれの
イオンを用いた場合にも、イオン照射面2上ではイオン
未照射面1上に比べて多くの細胞3が粘着していた。セ
グメント化ポリウレタン(SPU)のフィルムを貼付し
たシャーレを用いた場合には、イオン未照射面上にはほ
とんど細胞が付着しないが、イオン照射面上において選
択的に細胞が粘着した。赤外線吸収分光法、ラマン分光
法により表面構造の変化を明らかにした。 【効果】 細胞培養用シャーレ,ハイブリッド型医療材
料等として有望である。
たは新たに付与する。 【構成】 ポリスチレン(PS)製シャーレの底面にド
ース量1×1015〜3×1017個/cm2 の範囲で
N+ ,Na+ ,N2 + ,O2 + ,Kr+ 等のイオンを注
入した後、ウシ胸部血管内皮細胞を培養した。いずれの
イオンを用いた場合にも、イオン照射面2上ではイオン
未照射面1上に比べて多くの細胞3が粘着していた。セ
グメント化ポリウレタン(SPU)のフィルムを貼付し
たシャーレを用いた場合には、イオン未照射面上にはほ
とんど細胞が付着しないが、イオン照射面上において選
択的に細胞が粘着した。赤外線吸収分光法、ラマン分光
法により表面構造の変化を明らかにした。 【効果】 細胞培養用シャーレ,ハイブリッド型医療材
料等として有望である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は細胞培養容器もしくは各
種医療用材料として使用可能な細胞接着性材料およびそ
の製造方法に関し、特に細胞の接着性を向上させた材
料、および接着性を向上させる方法に関する。
種医療用材料として使用可能な細胞接着性材料およびそ
の製造方法に関し、特に細胞の接着性を向上させた材
料、および接着性を向上させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、皮膚,粘膜,血管,肝臓,脾臓
等、人工材料のみでは機能の代替が不十分である臓器に
ついて、細胞組み込み型のハイブリッド人工臓器を目指
す動きが活発化している。この場合、培養される細胞の
足場となるマトリクスの材料を選択,設計することが重
要な課題となる。たとえば、内皮細胞の付着,成長,分
化が細胞の固定状態に依存することは良く知られてい
る。マトリクスは一般に高分子材料から構成されている
が、この高分子材料の表面を種々の手法で改質すること
が従来より行われている。
等、人工材料のみでは機能の代替が不十分である臓器に
ついて、細胞組み込み型のハイブリッド人工臓器を目指
す動きが活発化している。この場合、培養される細胞の
足場となるマトリクスの材料を選択,設計することが重
要な課題となる。たとえば、内皮細胞の付着,成長,分
化が細胞の固定状態に依存することは良く知られてい
る。マトリクスは一般に高分子材料から構成されている
が、この高分子材料の表面を種々の手法で改質すること
が従来より行われている。
【0003】表面改質の方法は、プラズマ処理,放電処
理等に代表される乾式処理と、コーティング,グラフト
化等に代表される湿式処理とに大別される。たとえば、
上記プラズマ処理としては、アルゴン等の不活性イオン
のスパッタリング作用を利用する非反応性プラズマ処理
や、酸素,水蒸気等の反応性ガスを用いた反応性プラズ
マ処理が行われている。いずれもイオン入射エネルギー
は数keV程度であり、高分子材料の表面を粗面化して
細胞の付着性や水に対する接触角を変化させたり、ある
いは>C=O基や−C−O−結合等の極性構造部を導入
して親水性を付与することができる。
理等に代表される乾式処理と、コーティング,グラフト
化等に代表される湿式処理とに大別される。たとえば、
上記プラズマ処理としては、アルゴン等の不活性イオン
のスパッタリング作用を利用する非反応性プラズマ処理
や、酸素,水蒸気等の反応性ガスを用いた反応性プラズ
マ処理が行われている。いずれもイオン入射エネルギー
は数keV程度であり、高分子材料の表面を粗面化して
細胞の付着性や水に対する接触角を変化させたり、ある
いは>C=O基や−C−O−結合等の極性構造部を導入
して親水性を付与することができる。
【0004】またコーティングとしては、たとえばマト
リクス表面に結合組織由来のコラーゲン,フィブロネク
チン等の接着性タンパク質の溶液をプレコートし、内皮
細胞,繊維芽細胞等の接着性を向上させることが行われ
ている。
リクス表面に結合組織由来のコラーゲン,フィブロネク
チン等の接着性タンパク質の溶液をプレコートし、内皮
細胞,繊維芽細胞等の接着性を向上させることが行われ
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術には解決すべき課題も残されている。まず、プラズ
マ処理を行うと高分子材料の表面が粗面化されるが、こ
れは一般に細胞の付着を促進する反面、増殖を抑制する
傾向がある。また、プラズマの状態は装置ごとに異なっ
ているので、処理条件の統一化は実質的に不可能であ
り、制御性,再現性の向上を望むことはできない。
技術には解決すべき課題も残されている。まず、プラズ
マ処理を行うと高分子材料の表面が粗面化されるが、こ
れは一般に細胞の付着を促進する反面、増殖を抑制する
傾向がある。また、プラズマの状態は装置ごとに異なっ
ているので、処理条件の統一化は実質的に不可能であ
り、制御性,再現性の向上を望むことはできない。
【0006】一方のコーティングには、細胞が接着性タ
ンパク質の層を介してマトリクスに結合しているため、
マトリクスと細胞間の接着力が比較的弱いという問題が
ある。そこで本発明は、細胞の接着性および増殖性に優
れる細胞接着性材料、およびその制御性,再現性に優れ
る製造方法を提供することを目的とする。
ンパク質の層を介してマトリクスに結合しているため、
マトリクスと細胞間の接着力が比較的弱いという問題が
ある。そこで本発明は、細胞の接着性および増殖性に優
れる細胞接着性材料、およびその制御性,再現性に優れ
る製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の目
的を達成するために鋭意検討を行った結果、細胞接着性
材料の表面がイオン衝撃により改質された場合に顕著な
接着性と増殖性の向上がみられること、および上記の改
質を行うためには所定のドース量範囲内でイオン注入を
行うことが有効であることを見出した。イオン注入によ
る高分子材料の表面改質については、たとえばMat.
Res.Soc.Symp.,Vol.110,p.6
69(1989)、あるいは特開平3−112560号
公報等において、シリコーン樹脂にH+ ,O2 + ,N2
+ 等のイオン注入が施されてなる抗血栓性材料が開示さ
れている。本発明では、このイオン注入技術を細胞接着
性材料の表面改質に適用するわけである。
的を達成するために鋭意検討を行った結果、細胞接着性
材料の表面がイオン衝撃により改質された場合に顕著な
接着性と増殖性の向上がみられること、および上記の改
質を行うためには所定のドース量範囲内でイオン注入を
行うことが有効であることを見出した。イオン注入によ
る高分子材料の表面改質については、たとえばMat.
Res.Soc.Symp.,Vol.110,p.6
69(1989)、あるいは特開平3−112560号
公報等において、シリコーン樹脂にH+ ,O2 + ,N2
+ 等のイオン注入が施されてなる抗血栓性材料が開示さ
れている。本発明では、このイオン注入技術を細胞接着
性材料の表面改質に適用するわけである。
【0008】すなわち本願の第1の発明にかかる細胞接
着性材料は、炭素を構成元素として含む高分子材料より
構成され、表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改
質されてなることを特徴とする。
着性材料は、炭素を構成元素として含む高分子材料より
構成され、表面の少なくとも一部がイオン衝撃により改
質されてなることを特徴とする。
【0009】本願の第2の発明にかかる細胞接着性材料
の製造方法は、炭素を構成元素として含む高分子材料の
表面の少なくとも一部にドース量φが1×1015≦φ<
1×1018個/cm2 となる範囲でイオン注入を行うこ
とを特徴とする。
の製造方法は、炭素を構成元素として含む高分子材料の
表面の少なくとも一部にドース量φが1×1015≦φ<
1×1018個/cm2 となる範囲でイオン注入を行うこ
とを特徴とする。
【0010】本発明で使用される炭素を構成元素として
有する高分子材料は、ポリスチレン,ポリウレタン等の
ように炭素系の主鎖を有するいわゆる有機高分子材料で
あっても、あるいはシロキサン(Si−O−結合)を主
鎖とし、側鎖に炭化水素基等を有するシリコーン樹脂等
であっても良い。注入するイオン種としてはHe+ ,C
+ ,N+ ,Ne+ ,Na+ ,N2 + ,O2 + ,Kr+ 等
が例示されるが、溶出して細胞の成育を阻害するもので
なければこれらに特に限定されるものではない。
有する高分子材料は、ポリスチレン,ポリウレタン等の
ように炭素系の主鎖を有するいわゆる有機高分子材料で
あっても、あるいはシロキサン(Si−O−結合)を主
鎖とし、側鎖に炭化水素基等を有するシリコーン樹脂等
であっても良い。注入するイオン種としてはHe+ ,C
+ ,N+ ,Ne+ ,Na+ ,N2 + ,O2 + ,Kr+ 等
が例示されるが、溶出して細胞の成育を阻害するもので
なければこれらに特に限定されるものではない。
【0011】ドース量φは、1×1015≦φ<1×10
18個/cm2 の範囲に選ばれる。1014個/cm2 のオ
ーダーでは細胞接着性に顕著な改善効果がみられず、1
018個/cm2 のオーダーでは処理時間が大幅に延長す
るものの細胞接着性の改善効果は飽和する。イオン加速
エネルギーに関しては、その高低によりエネルギー伝達
機構に差異が生ずるものと考えられるが、実用的には数
十〜数百keV程度の範囲で設定すれば良い。
18個/cm2 の範囲に選ばれる。1014個/cm2 のオ
ーダーでは細胞接着性に顕著な改善効果がみられず、1
018個/cm2 のオーダーでは処理時間が大幅に延長す
るものの細胞接着性の改善効果は飽和する。イオン加速
エネルギーに関しては、その高低によりエネルギー伝達
機構に差異が生ずるものと考えられるが、実用的には数
十〜数百keV程度の範囲で設定すれば良い。
【0012】ビーム電流密度はおおよそ0.5μA/c
m2 を越えない範囲に設定する。これは、ビーム電流密
度が過大になるとターゲットである高分子材料の温度が
上がり過ぎ、高分子材料自身が劣化する上、細胞の接着
性が低下する虞れがあるからである。
m2 を越えない範囲に設定する。これは、ビーム電流密
度が過大になるとターゲットである高分子材料の温度が
上がり過ぎ、高分子材料自身が劣化する上、細胞の接着
性が低下する虞れがあるからである。
【0013】
【作用】高分子材料の構造と細胞接着性との関連性は必
ずしも明確にはされていないが、本願の第1の発明にか
かる細胞接着性材料においては、イオン衝撃により生ず
る各種官能基の導入、これらによる表面電荷密度の変化
等が細胞接着性の向上に重要な役割を果たしているもの
と推測される。また炭素構造に関しては、異なる高分子
材料を用いた場合にも類似したアモルファス化がみられ
る。
ずしも明確にはされていないが、本願の第1の発明にか
かる細胞接着性材料においては、イオン衝撃により生ず
る各種官能基の導入、これらによる表面電荷密度の変化
等が細胞接着性の向上に重要な役割を果たしているもの
と推測される。また炭素構造に関しては、異なる高分子
材料を用いた場合にも類似したアモルファス化がみられ
る。
【0014】本願の第2の発明では、上述のイオン衝撃
を与える手段としてイオン注入を提案する。イオン注入
は、その反応自体がイオン・ビームと被注入材料(ター
ゲット材料)との間の相互作用に限られる。しかも、イ
オン入射エネルギーを選択することにより表面から任意
に深さイオンを埋め込むことができ、極めて制御性に優
れている。これは、プラズマ処理にはない特徴である。
注入されたイオンは、比較的質量の軽いイオンに対して
は拡散初期に電子阻止能が働き、比較的質量の重いイオ
ンに対しては始めから核阻止能が働くという機構上の差
異はあるものの、高分子材料に格子振動による加熱をも
たらし(熱的非平衡状態)、溶融,アモルファス化等を
引き起こす。
を与える手段としてイオン注入を提案する。イオン注入
は、その反応自体がイオン・ビームと被注入材料(ター
ゲット材料)との間の相互作用に限られる。しかも、イ
オン入射エネルギーを選択することにより表面から任意
に深さイオンを埋め込むことができ、極めて制御性に優
れている。これは、プラズマ処理にはない特徴である。
注入されたイオンは、比較的質量の軽いイオンに対して
は拡散初期に電子阻止能が働き、比較的質量の重いイオ
ンに対しては始めから核阻止能が働くという機構上の差
異はあるものの、高分子材料に格子振動による加熱をも
たらし(熱的非平衡状態)、溶融,アモルファス化等を
引き起こす。
【0015】
【実施例】以下、本発明を具体的な実験結果にもとづい
て説明する。本実験では、ポリスチレン(PS)製シャ
ーレ、および底面にセグメント化ポリウレタン(SP
U)フィルムを貼付したガラス製シャーレに所定のマス
ク・パターンを介してHe+ ,N+ ,Ne+ ,Na+,
N2 + の各イオン・ビームを用いてイオン注入を行い、
これらのシャーレ内でウシ胸部大動脈由来の血管内皮細
胞を培養してビーム照射部とビーム未照射部との間で細
胞の増殖性を比較した。
て説明する。本実験では、ポリスチレン(PS)製シャ
ーレ、および底面にセグメント化ポリウレタン(SP
U)フィルムを貼付したガラス製シャーレに所定のマス
ク・パターンを介してHe+ ,N+ ,Ne+ ,Na+,
N2 + の各イオン・ビームを用いてイオン注入を行い、
これらのシャーレ内でウシ胸部大動脈由来の血管内皮細
胞を培養してビーム照射部とビーム未照射部との間で細
胞の増殖性を比較した。
【0016】まず、基本的な実験条件について説明す
る。
る。
【0017】イオン注入 He+ ,N+ ,Ne+ ,Na+ ,N2 + ,O2 + ,Kr
+ の各イオンを、室温下で加速エネルギー150ke
V、ドース量1×1015〜3×1017個/cm2 、ビー
ム電流密度0.5μA/cm2 以下の条件で注入した。
+ の各イオンを、室温下で加速エネルギー150ke
V、ドース量1×1015〜3×1017個/cm2 、ビー
ム電流密度0.5μA/cm2 以下の条件で注入した。
【0018】試料ポリスチレン(PS)製シャーレは、
Becton Dichinson社製,商品名FAL
CON1008を使用した。ポリスチレンの化学構造式
は、化1で示されるとおりである。
Becton Dichinson社製,商品名FAL
CON1008を使用した。ポリスチレンの化学構造式
は、化1で示されるとおりである。
【0019】
【化1】
【0020】セグメント化ポリウレタン(SPU)は、
人工心臓の内部コーティング材料として実用化されてい
るものである。今回使用した材料は鐘ガ淵化学工業社か
ら提供を受けた材料であり、ソフトセグメントがポリテ
トラメチレンオキシド(分子量2000)とポリジメチ
ルシロキサン化合物(分子量2400)とからなり、ハ
ードセグメントが4,4−ジフェニルメタンジイソシア
ネートとエチレングリコールからなるものである。ここ
で、上記ポリジメチルシロキサン化合物は、化2に示さ
れるように、主鎖の両末端にポリエチレンオキシドが結
合されてなるものである。
人工心臓の内部コーティング材料として実用化されてい
るものである。今回使用した材料は鐘ガ淵化学工業社か
ら提供を受けた材料であり、ソフトセグメントがポリテ
トラメチレンオキシド(分子量2000)とポリジメチ
ルシロキサン化合物(分子量2400)とからなり、ハ
ードセグメントが4,4−ジフェニルメタンジイソシア
ネートとエチレングリコールからなるものである。ここ
で、上記ポリジメチルシロキサン化合物は、化2に示さ
れるように、主鎖の両末端にポリエチレンオキシドが結
合されてなるものである。
【0021】
【化2】 SPUは、成膜条件により化学構造の異なる幾つかのタ
イプのものが得られるが、ここでは、ジオキサンとN,
N−ジメチルアセトアミドの7:3混合溶液に溶解して
適当な基材上に塗布した後フィルム状に乾燥させた、い
わゆるドライタイプのものを使用した。
イプのものが得られるが、ここでは、ジオキサンとN,
N−ジメチルアセトアミドの7:3混合溶液に溶解して
適当な基材上に塗布した後フィルム状に乾燥させた、い
わゆるドライタイプのものを使用した。
【0022】表面分析 イオン注入による構造破壊および新たなラジカルの形成
は、フーリエ変換赤外分光全反射法(FT−IR−AT
R法)により測定した。使用した装置はBiorad
Digilab社製のフーリエ変換赤外線分光装置,型
式名FTS−15E/Dである。
は、フーリエ変換赤外分光全反射法(FT−IR−AT
R法)により測定した。使用した装置はBiorad
Digilab社製のフーリエ変換赤外線分光装置,型
式名FTS−15E/Dである。
【0023】また、炭素間多重結合の伸縮振動の検出
は、ラマン分光法により行った。使用した装置はJob
in Yvon社製のラマン分光装置,型式名Rama
norU−1000であり、室温にてアルゴン・レーザ
(5145Å)の散乱を測定した。上記装置はダブル・
ビーム型であり、差スペクトルの測定が可能である。
は、ラマン分光法により行った。使用した装置はJob
in Yvon社製のラマン分光装置,型式名Rama
norU−1000であり、室温にてアルゴン・レーザ
(5145Å)の散乱を測定した。上記装置はダブル・
ビーム型であり、差スペクトルの測定が可能である。
【0024】血管内皮細胞の単離 Jaffeらの方法〔J.Clin.Invest.,
52,(1973),2645〕およびSchwart
zの方法〔In Vitro,14,(1978)96
6〕を若干改良した方法により、ウシ胸部下行大動脈か
ら内皮細胞を単離した。
52,(1973),2645〕およびSchwart
zの方法〔In Vitro,14,(1978)96
6〕を若干改良した方法により、ウシ胸部下行大動脈か
ら内皮細胞を単離した。
【0025】血管内皮細胞の培養方法 ウシ胎児血清10%を添加した培養液(ニッスイ薬品社
製,RPMI−1640)に、1ml当たりの細胞数が
2〜2.5×104 個となるよう血管内皮細胞を懸濁さ
せた。この懸濁液をイオン注入を行ったシャーレに注入
し、CO2 濃度5%のインキュベータ内雰囲気下で2〜
7日間培養した。
製,RPMI−1640)に、1ml当たりの細胞数が
2〜2.5×104 個となるよう血管内皮細胞を懸濁さ
せた。この懸濁液をイオン注入を行ったシャーレに注入
し、CO2 濃度5%のインキュベータ内雰囲気下で2〜
7日間培養した。
【0026】所定の日数が経過した後の細胞の接着およ
び増殖状態は、位相差対物レンズを搭載した光学顕微鏡
にて目視観察した。
び増殖状態は、位相差対物レンズを搭載した光学顕微鏡
にて目視観察した。
【0027】以下、実際の細胞培養結果について説明す
る。 実験例1 本実施例では、予備的な実験として、直径33mmのP
S製シャーレの底面中央にアルミニウム・マスクを介し
て20mm四方の正方形パターンにNa+をドース量1
×1015個/cm2 にてイオン注入した。このとき、イ
オン・ビームの照射部は褐色に着色した。
る。 実験例1 本実施例では、予備的な実験として、直径33mmのP
S製シャーレの底面中央にアルミニウム・マスクを介し
て20mm四方の正方形パターンにNa+をドース量1
×1015個/cm2 にてイオン注入した。このとき、イ
オン・ビームの照射部は褐色に着色した。
【0028】このPS製シャーレに濃度2×104 個/
1mlの血管内皮細胞の懸濁液を注入し、培養日数と細
胞数の変化との関係を調べた。比較のために、イオン注
入を行っていない未照射のPS製シャーレについても同
様の実験を行った。結果を図1に示す。図中、縦軸は細
胞数(個)、横軸は培養日数(日)であり、実線のグラ
フは未照射のPS製シャーレ、破線のグラフはNa+ 照
射を行ったPS製シャーレを使用した場合に対応してい
る。この結果より、培養開始後4日目以降から、Na+
照射を行ったシャーレ上での細胞数が、未照射のシャー
レ上での細胞数を顕著に上回った。これにより、イオン
注入の有効性を確認した。
1mlの血管内皮細胞の懸濁液を注入し、培養日数と細
胞数の変化との関係を調べた。比較のために、イオン注
入を行っていない未照射のPS製シャーレについても同
様の実験を行った。結果を図1に示す。図中、縦軸は細
胞数(個)、横軸は培養日数(日)であり、実線のグラ
フは未照射のPS製シャーレ、破線のグラフはNa+ 照
射を行ったPS製シャーレを使用した場合に対応してい
る。この結果より、培養開始後4日目以降から、Na+
照射を行ったシャーレ上での細胞数が、未照射のシャー
レ上での細胞数を顕著に上回った。これにより、イオン
注入の有効性を確認した。
【0029】実験例2 本実験例では、7mm径の円形パターンを4個開口した
アルミニウム・マスクを介してPS製シャーレの底面に
N2 + をドース量1×1016個/cm2 にてイオン注入
し、このシャーレ上で血管内皮細胞(以下、単に細胞と
称する。)を培養した。
アルミニウム・マスクを介してPS製シャーレの底面に
N2 + をドース量1×1016個/cm2 にてイオン注入
し、このシャーレ上で血管内皮細胞(以下、単に細胞と
称する。)を培養した。
【0030】3日後の状態を顕微鏡観察にもとづいてス
ケッチした図を図2に示す。図2(a)はPS製シャー
レの全体像、図2(b)は図2(a)中の領域Aを拡大
したものである。4個の円形のイオン照射面2上では細
胞3がほぼ全面に接着しているが、イオン未照射面1上
では接着している細胞3の個数は少なく、イオン注入に
より細胞接着性が向上したことが明らかである。さらに
詳細に観察すると、イオン照射面2の周辺部にも細胞3
が局在しており、イオン照射面2上に接着した細胞3が
他の細胞3の接着を促進していることがわかる。また、
イオン未照射面1上に接着した細胞3は概して円形の形
状を示しているのに対し、イオン照射面2上に接着した
細胞3は偽足を伸ばしており、接着性が良好である状態
を示していた。
ケッチした図を図2に示す。図2(a)はPS製シャー
レの全体像、図2(b)は図2(a)中の領域Aを拡大
したものである。4個の円形のイオン照射面2上では細
胞3がほぼ全面に接着しているが、イオン未照射面1上
では接着している細胞3の個数は少なく、イオン注入に
より細胞接着性が向上したことが明らかである。さらに
詳細に観察すると、イオン照射面2の周辺部にも細胞3
が局在しており、イオン照射面2上に接着した細胞3が
他の細胞3の接着を促進していることがわかる。また、
イオン未照射面1上に接着した細胞3は概して円形の形
状を示しているのに対し、イオン照射面2上に接着した
細胞3は偽足を伸ばしており、接着性が良好である状態
を示していた。
【0031】この他、He+ ,Ne+ ,O2 + ,Kr+
をそれぞれドース量1×1015〜3×1017個/cm2
の範囲でイオン注入し、同様に細胞培養を行った場合に
も、ほぼ同様の結果が得られた。
をそれぞれドース量1×1015〜3×1017個/cm2
の範囲でイオン注入し、同様に細胞培養を行った場合に
も、ほぼ同様の結果が得られた。
【0032】ここで、Na+ ,N2 + ,O2 + ,Kr+
の各イオンをそれぞれドース量1×1017個/cm2 に
てイオン注入したPS製シャーレのイオン照射面をFT
−IR−ATR法により分析した結果を図3に示す。比
較のために、イオン注入を行っていないサンプルの測定
結果も、未照射PSとして併記した。イオン注入により
生成した新たな構造としては、>C=O基(1700c
m-1)、縮合環(1400〜1600cm-1)、C−C
結合およびC−O結合(1000〜1200cm-1)、
−OH基(3400cm-1)等がある。これらの吸収ピ
ーク面積を、どのサンプルにも安定して現れているCH
2 (1460cm-1)のピーク面積で規格化したとこ
ろ、イオン種ごとの異なった効果が明らかとなった。た
とえば、Na+ は縮合環の生成に、またN2 + は−OH
基の生成にそれぞれ顕著な効果があった。
の各イオンをそれぞれドース量1×1017個/cm2 に
てイオン注入したPS製シャーレのイオン照射面をFT
−IR−ATR法により分析した結果を図3に示す。比
較のために、イオン注入を行っていないサンプルの測定
結果も、未照射PSとして併記した。イオン注入により
生成した新たな構造としては、>C=O基(1700c
m-1)、縮合環(1400〜1600cm-1)、C−C
結合およびC−O結合(1000〜1200cm-1)、
−OH基(3400cm-1)等がある。これらの吸収ピ
ーク面積を、どのサンプルにも安定して現れているCH
2 (1460cm-1)のピーク面積で規格化したとこ
ろ、イオン種ごとの異なった効果が明らかとなった。た
とえば、Na+ は縮合環の生成に、またN2 + は−OH
基の生成にそれぞれ顕著な効果があった。
【0033】また、芳香環の分解率を調べるために、芳
香族炭化水素(3000〜3120cm-1)の吸収ピー
ク面積を脂肪族炭化水素(2800〜3000cm-1)
の吸収ピーク面積で割った値を比較した。この結果、イ
オン質量と分解率との間に明確な相関はみられなかった
が、これら4種類のイオンの中ではNa+ の効果が最大
であった。
香族炭化水素(3000〜3120cm-1)の吸収ピー
ク面積を脂肪族炭化水素(2800〜3000cm-1)
の吸収ピーク面積で割った値を比較した。この結果、イ
オン質量と分解率との間に明確な相関はみられなかった
が、これら4種類のイオンの中ではNa+ の効果が最大
であった。
【0034】さらに、上記サンプルのラマン散乱スペク
トルを図4に示す。いずれのイオン種を用いた場合に
も、ほぼ1500cm-1付近を中心とし、短波長側に肩
を有する非対称なピークを示した。この肩のうち133
0cm-1付近のものは、不規則なグラファイト状のsp
2 炭素に対応する。また1480cm-1付近のものは、
sp1 炭素,sp2 炭素,sp3 炭素が混在するアモル
ファス状態に対応している。
トルを図4に示す。いずれのイオン種を用いた場合に
も、ほぼ1500cm-1付近を中心とし、短波長側に肩
を有する非対称なピークを示した。この肩のうち133
0cm-1付近のものは、不規則なグラファイト状のsp
2 炭素に対応する。また1480cm-1付近のものは、
sp1 炭素,sp2 炭素,sp3 炭素が混在するアモル
ファス状態に対応している。
【0035】実験例3 本実験例では、0.01mm径の円形パターンを多数開
口したメッシュ状のアルミニウム・マスクを介してPS
製シャーレの底面にN+ をドース量1×1015個/cm
2 にてイオン注入し、このシャーレ上で細胞を培養し
た。2日後の状態を顕微鏡観察にもとづいて一部スケッ
チした図を図5に示す。図中、前述の図2と共通部分に
ついては同一符号を付してある。本実験においても、円
形のイオン照射面2a上にはその周囲のイオン未照射面
1上におけるよりも細胞3が優位に接着していた。
口したメッシュ状のアルミニウム・マスクを介してPS
製シャーレの底面にN+ をドース量1×1015個/cm
2 にてイオン注入し、このシャーレ上で細胞を培養し
た。2日後の状態を顕微鏡観察にもとづいて一部スケッ
チした図を図5に示す。図中、前述の図2と共通部分に
ついては同一符号を付してある。本実験においても、円
形のイオン照射面2a上にはその周囲のイオン未照射面
1上におけるよりも細胞3が優位に接着していた。
【0036】実験例4 本実験例では、底面にSPUフィルムを貼付したガラス
製シャーレ(以下、SPUシャーレと称する。)の該底
面に、7mm径の円形パターンを4個開口したアルミニ
ウム・マスクを介してNa+ をドース量3×1017個/
cm2 にてイオン注入し、このSPUシャーレ上で細胞
を培養した。
製シャーレ(以下、SPUシャーレと称する。)の該底
面に、7mm径の円形パターンを4個開口したアルミニ
ウム・マスクを介してNa+ をドース量3×1017個/
cm2 にてイオン注入し、このSPUシャーレ上で細胞
を培養した。
【0037】2日後の状態を顕微鏡観察にもとづいてス
ケッチした図を図6に示す。図6(a)はSPUシャー
レの全体像、図6(b)は図6(a)中の領域Bを拡大
したものである。SPUは元来、細胞接着性の低い材料
であり、イオン未照射面11上には細胞3はほとんど接
着していない。しかし、4個の円形のイオン照射面12
上では、培養開始後2日目にして細胞3がほぼ全面に接
着した。
ケッチした図を図6に示す。図6(a)はSPUシャー
レの全体像、図6(b)は図6(a)中の領域Bを拡大
したものである。SPUは元来、細胞接着性の低い材料
であり、イオン未照射面11上には細胞3はほとんど接
着していない。しかし、4個の円形のイオン照射面12
上では、培養開始後2日目にして細胞3がほぼ全面に接
着した。
【0038】この他、He+ ,Ne+ ,O2 + ,Kr+
をそれぞれドース量1×1015〜3×1017個/cm2
の範囲でイオン注入し、同様に細胞培養を行った場合に
も、ほぼ同様の結果が得られた。
をそれぞれドース量1×1015〜3×1017個/cm2
の範囲でイオン注入し、同様に細胞培養を行った場合に
も、ほぼ同様の結果が得られた。
【0039】ここで、Na+ ,O2 + ,Kr+ の各イオ
ンをそれぞれドース量1×1017個/cm2 にてイオン
注入した場合のイオン照射面をFT−IR−ATR法に
より分析した結果を図7に示す。比較のために、イオン
注入を行っていないサンプルの測定結果も、未照射SP
Uとして併記した。イオン注入により生成した新たな構
造としては、−OH基(3400cm-1)、>C=O基
(1700cm-1)、アモルファス炭素(1600cm
-1)、C−C結合およびC−O結合(1000〜120
0cm-1)、Si−H結合(2120cm-1)等があ
る。これらの吸収ピーク面積を、Si−O結合(111
0cm-1)のピーク面積で規格化したところ、Na+ が
アモルファス炭素の生成に顕著な効果を及ぼしているこ
とがわかった。
ンをそれぞれドース量1×1017個/cm2 にてイオン
注入した場合のイオン照射面をFT−IR−ATR法に
より分析した結果を図7に示す。比較のために、イオン
注入を行っていないサンプルの測定結果も、未照射SP
Uとして併記した。イオン注入により生成した新たな構
造としては、−OH基(3400cm-1)、>C=O基
(1700cm-1)、アモルファス炭素(1600cm
-1)、C−C結合およびC−O結合(1000〜120
0cm-1)、Si−H結合(2120cm-1)等があ
る。これらの吸収ピーク面積を、Si−O結合(111
0cm-1)のピーク面積で規格化したところ、Na+ が
アモルファス炭素の生成に顕著な効果を及ぼしているこ
とがわかった。
【0040】また、C=O結合(1700cm-1),C
=C結合(1600cm-1),N−H結合(1535c
m-1)の分解率を調べるために、これらの各吸収ピーク
面積をSi−O結合(1110cm-1)のピーク面積で
規格化したところ、これら3種類のイオンの中ではKr
+ の効果が最大であった。
=C結合(1600cm-1),N−H結合(1535c
m-1)の分解率を調べるために、これらの各吸収ピーク
面積をSi−O結合(1110cm-1)のピーク面積で
規格化したところ、これら3種類のイオンの中ではKr
+ の効果が最大であった。
【0041】さらに、上記サンプルのラマン散乱スペク
トルを行った結果を図8に示す。この結果は、先の図4
に示したPS製シャーレについての結果とほぼ同様であ
った。このことから、PSもSPUも、イオン注入によ
り生ずる炭素構造はほぼ同じであることが示唆された。
トルを行った結果を図8に示す。この結果は、先の図4
に示したPS製シャーレについての結果とほぼ同様であ
った。このことから、PSもSPUも、イオン注入によ
り生ずる炭素構造はほぼ同じであることが示唆された。
【0042】実験例5 本実験例では、SPUシャーレの底面に0.01mm径
の円形パターンを多数開口したメッシュ状のアルミニウ
ム・マスクを介してNa+ をドース量1×1015個/c
m2 にてイオン注入し、このシャーレ上で細胞を培養し
た。7日後の状態を顕微鏡観察にもとづいて一部スケッ
チした図を図9に示す。図中、前述の図6と共通部分に
ついては同一符号を付してある。本実験においても、イ
オン未照射面11上では細胞3の接着がほとんどみられ
ないのに対し、イオン照射面12a上では全面に細胞3
が接着していた。これは、SPUを用いた場合、選択的
なイオン注入により細胞接着性の2次元的制御が可能で
あることを示している。
の円形パターンを多数開口したメッシュ状のアルミニウ
ム・マスクを介してNa+ をドース量1×1015個/c
m2 にてイオン注入し、このシャーレ上で細胞を培養し
た。7日後の状態を顕微鏡観察にもとづいて一部スケッ
チした図を図9に示す。図中、前述の図6と共通部分に
ついては同一符号を付してある。本実験においても、イ
オン未照射面11上では細胞3の接着がほとんどみられ
ないのに対し、イオン照射面12a上では全面に細胞3
が接着していた。これは、SPUを用いた場合、選択的
なイオン注入により細胞接着性の2次元的制御が可能で
あることを示している。
【0043】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本願
の第1の発明にかかる細胞接着性材料は、従来の材料に
比べて細胞接着性が改善されるか、もしくは新たに付与
されたものである。この細胞接着性の改善もしくは付与
は、高分子材料の表面の化学構造の変化を直接に反映し
たものであるため、コラーゲン等の接着性タンパク質を
コーティングする工程も不要である。上述の実験例の成
果を直ちに活かせる用途としては、細胞培養用シャーレ
が有望である。この他、血管内皮細胞の接着によるハイ
ブリッド型人工血管、皮膚細胞の接着による人工皮膚等
の様々な医療用材料を開発する下地を提供する観点から
も、本発明の産業上の価値は極めて大きい。
の第1の発明にかかる細胞接着性材料は、従来の材料に
比べて細胞接着性が改善されるか、もしくは新たに付与
されたものである。この細胞接着性の改善もしくは付与
は、高分子材料の表面の化学構造の変化を直接に反映し
たものであるため、コラーゲン等の接着性タンパク質を
コーティングする工程も不要である。上述の実験例の成
果を直ちに活かせる用途としては、細胞培養用シャーレ
が有望である。この他、血管内皮細胞の接着によるハイ
ブリッド型人工血管、皮膚細胞の接着による人工皮膚等
の様々な医療用材料を開発する下地を提供する観点から
も、本発明の産業上の価値は極めて大きい。
【0044】また、本願の第2の発明にかかる細胞接着
性材料の製造方法は、上記の表面改質を極めて制御性,
再現性に優れるイオン注入により行うものである。本発
明も、上記細胞接着性材料の実用的な供給手段として同
様に大きな産業上の価値を有するものである。
性材料の製造方法は、上記の表面改質を極めて制御性,
再現性に優れるイオン注入により行うものである。本発
明も、上記細胞接着性材料の実用的な供給手段として同
様に大きな産業上の価値を有するものである。
【図1】Na+ 照射後のPS製シャーレ上でウシ血管内
皮細胞を培養した場合の細胞数の経日変化を、未照射の
PS製シャーレと比較しながら示すグラフである。
皮細胞を培養した場合の細胞数の経日変化を、未照射の
PS製シャーレと比較しながら示すグラフである。
【図2】円形パターンにN2 + を照射したPS製シャー
レ上における細胞の接着状態を顕微鏡観察にもとづいて
示す模式的平面図であり、(a)はPS製シャーレの全
体像、(b)はその一部を拡大したものである。
レ上における細胞の接着状態を顕微鏡観察にもとづいて
示す模式的平面図であり、(a)はPS製シャーレの全
体像、(b)はその一部を拡大したものである。
【図3】各種イオンを注入したPS製シャーレの赤外線
吸収スペクトル図である。
吸収スペクトル図である。
【図4】各種イオンを注入したPS製シャーレのラマン
散乱スペクトル図である。
散乱スペクトル図である。
【図5】メッシュ状パターンにN+ を照射したPS製シ
ャーレ上における細胞の接着状態を顕微鏡観察にもとづ
いて示す模式的平面図である。
ャーレ上における細胞の接着状態を顕微鏡観察にもとづ
いて示す模式的平面図である。
【図6】円形パターンにNa+ を照射したSPUシャー
レ上における細胞の接着状態を顕微鏡観察にもとづいて
示す模式的平面図であり、(a)はSPUシャーレの全
体像、(b)はその一部を拡大したものである。
レ上における細胞の接着状態を顕微鏡観察にもとづいて
示す模式的平面図であり、(a)はSPUシャーレの全
体像、(b)はその一部を拡大したものである。
【図7】各種イオンを注入したSPUシャーレの赤外線
吸収スペクトル図である。
吸収スペクトル図である。
【図8】各種イオンを注入したSPUシャーレのラマン
散乱スペクトル図である。
散乱スペクトル図である。
【図9】メッシュ状パターンにNa+ を照射したSPU
シャーレ上における細胞の接着状態を顕微鏡観察にもと
づいて示す模式的平面図である。
シャーレ上における細胞の接着状態を顕微鏡観察にもと
づいて示す模式的平面図である。
1 ・・・イオン未照射面(PS) 2,2a ・・・イオン照射面 3 ・・・細胞 11 ・・・イオン未照射面(SPU) 12,12a・・・イオン照射面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 季 載錫 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 (72)発明者 貝原 真 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 (72)発明者 岩木 正哉 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 (72)発明者 雀部 博之 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内
Claims (2)
- 【請求項1】 炭素を構成元素として含む高分子材料よ
り構成され、表面の少なくとも一部がイオン衝撃により
改質されてなる細胞接着性材料。 - 【請求項2】 炭素を構成元素として含む高分子材料の
表面の少なくとも一部にドース量φが1×1015≦φ<
1×1018個/cm2 となる範囲でイオン注入を行うこ
とを特徴とする細胞接着性材料の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3259550A JPH0549689A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 細胞接着性材料およびその製造方法 |
US07/933,358 US5308704A (en) | 1991-08-20 | 1992-08-19 | Cell adhesive material and method for producing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3259550A JPH0549689A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 細胞接着性材料およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0549689A true JPH0549689A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=17335673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3259550A Withdrawn JPH0549689A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 細胞接着性材料およびその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5308704A (ja) |
JP (1) | JPH0549689A (ja) |
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- 1991-08-20 JP JP3259550A patent/JPH0549689A/ja not_active Withdrawn
-
1992
- 1992-08-19 US US07/933,358 patent/US5308704A/en not_active Expired - Lifetime
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---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |