WO2023074838A1 - ３ｄ印刷用支持材料及びその製造方法 - Google Patents

３ｄ印刷用支持材料及びその製造方法 Download PDF

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典弥 松▲崎▼
ツェ，ツェンティェン
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国立大学法人大阪大学
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    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
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    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/12—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
    • C08L101/14—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity the macromolecular compounds being water soluble or water swellable, e.g. aqueous gels

Definitions

  • the present invention relates to a support material for 3D printing and a manufacturing method thereof.
  • Three-dimensional (3D) printing is an innovative technology that has emerged as a powerful platform for building complex structures and is applicable to a wide variety of applications.
  • Conventional 3D printing typically builds 3D structures on a substrate by adding materials in layers.
  • 3D printing supported by a bus composed of a support medium has been developed.
  • gel particle baths are one of the frequently used support materials in bioprinting due to their high water content and smooth transition between fluid and solid states.
  • JP-A-2021-512742 and Science, 365, 482-487 (2019) describe hydrogels containing a slurry of gelatin fine particles as a support material.
  • the resolution of 3D printing with a gel particle bath as a support material depends on the particle size and particle size distribution of the gel particles. With conventional techniques, it has been difficult to simply and mass-produce gel particles having a small particle size and a narrow particle size distribution.
  • An object of one aspect of the present invention is to provide a support material for 3D printing containing gel particles with a small particle size and a narrow particle size distribution, and a method for producing the same.
  • a first aspect includes gel particles and a gel particle stabilizer, and the number average diameter D50, which is the particle size corresponding to 50% of the cumulative number in the number-based particle size distribution of the gel particles, is 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less. and a ratio (D90/D10) of D90, which is the particle size corresponding to 90% of the cumulative number to D10, which is the particle size corresponding to the cumulative number of 10% in the particle size distribution, is 7 or less. .
  • the gel particles include gellan gum, alginic acid, gelatin, collagen, gum arabic, jantan gum, cellulose, hyaluronic acid, laminin, Matrigel (trade name), polyacrylic acid, poly(N-isopropylacrylamide), polymethacrylic acid, polyacrylamide, At least one selected from the group consisting of polystyrene sulfonic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol gel, starch and fibrin may be included. Further, the gel particle stabilizer may contain at least one selected from the group consisting of carboxylic acid compounds, water-soluble organic solvents and salts.
  • a second aspect is the preparation of a support material for 3D printing, comprising preparing a mixture comprising a gel and a gel particle stabilizer solution, and subjecting the mixture to a shearing force to obtain a gel particle dispersion. The method.
  • the gel includes gellan gum, alginic acid, gelatin, collagen, gum arabic, jantan gum, cellulose, hyaluronic acid, laminin, Matrigel (trade name), polyacrylic acid, poly(N-isopropylacrylamide), polymethacrylic acid, polyacrylamide, polystyrene. At least one selected from the group consisting of sulfonic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, starch and fibrin may be included. Further, the gel particle stabilizer may contain at least one selected from the group consisting of carboxylic acid compounds, water-soluble organic solvents and salts.
  • the gel particles have a number average diameter D50 of 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, which is a particle size corresponding to a cumulative number of 50% in a number-based particle size distribution, and a particle size corresponding to a cumulative number of 10% in the particle size distribution.
  • the ratio (D90/D10) of D90 which is the particle diameter corresponding to 90% of the cumulative number with respect to a certain D10, may be 7 or less.
  • FIG. 1 is an example of a microscopic image of a support material for 3D printing according to Comparative Example 1.
  • FIG. 10 is an example of a microscope image of a support material for 3D printing according to Example 3.
  • FIG. 6 is an example of the particle size distribution of gel particles in the support material for 3D printing according to Comparative Example 1.
  • FIG. 10 is an example of the particle size distribution of gel particles in the support material for 3D printing according to Example 3.
  • FIG. 10 is an example of the particle size distribution of gel particles in the support material for 3D printing according to Example 5.
  • FIG. It is an example of the particle size distribution of gel particles in the support material for 3D printing according to Example 6.
  • FIG. 8 is a graph showing width changes in the length direction of the collagen fibers of FIG. 7.
  • FIG. 1 is an example of a three-dimensional structure formed in a support material for 3D printing.
  • FIG. 3 is another example of a three-dimensional structure formed in a support material for 3D printing.
  • the term "process” is not only an independent process, but even if it cannot be clearly distinguished from other processes, it is included in this term as long as the intended purpose of the process is achieved.
  • the content of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition unless otherwise specified when there are multiple substances corresponding to each component in the composition.
  • the upper and lower limits of the numerical ranges described herein can be combined by arbitrarily selecting the numerical values exemplified as the numerical ranges.
  • embodiments of the present invention will be described in detail. However, the embodiments shown below are examples of a 3D printing support material and a method for producing the same for embodying the technical idea of the present invention. and is not limited to its manufacturing method.
  • the 3D printing support material comprises gel particles and a gel particle stabilizer.
  • a number average diameter D50 which is a particle size corresponding to 50% of the cumulative number in the number-based particle size distribution of the gel particles constituting the support material for 3D printing, may be, for example, 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the ratio (D90/D10) of D90, which is the particle size corresponding to 90% of the cumulative number, to D10, which is the particle size corresponding to 10% of the cumulative number in the particle size distribution, may be, for example, 7 or less.
  • the 3D printing support material can achieve a predetermined number average diameter D50 and a predetermined D90/D10. This allows the desired structures to be produced with excellent resolution in 3D printing. Moreover, the support material for 3D printing can be efficiently manufactured by the manufacturing method described later.
  • the number average diameter D50 of the gel particles may be preferably 0.1 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, 15 ⁇ m or more, or 20 ⁇ m or more. Also, the number average diameter D50 of the gel particles may be preferably 200 ⁇ m or less, 50 ⁇ m or less, 40 ⁇ m or less, or 30 ⁇ m or less. Also, the D90/D10 of the gel particles may be, for example, 10 or less, 7 or less, 6 or less, 5 or less, 4 or less, or 3 or less. The lower limit of D90/D10 of the gel particles may be, for example, 1 or more, or 2 or more.
  • D10 which is the particle size corresponding to 10% of the cumulative number in the particle size distribution of the gel particles, may be, for example, 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • D10 may preferably be 8 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, or 12 ⁇ m or more, and may preferably be 40 ⁇ m or less, 30 ⁇ m or less, 20 ⁇ m or less, or 16 ⁇ m or less.
  • D90 which is the particle size corresponding to 90% of the cumulative number in the particle size distribution of the gel particles, may be, for example, 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • D90 may preferably be 25 ⁇ m or more, 30 ⁇ m or more, or 35 ⁇ m or more, and preferably 80 ⁇ m or less, 60 ⁇ m or less, 40 ⁇ m or less, or 38 ⁇ m or less.
  • Number-based particle size distribution of gel particles for example, in a microscope image obtained by observing the support material for 3D printing with a confocal laser scanning microscope, using image analysis software to measure the particle size of individual gel particles. can be obtained by
  • examples of such gel materials include gums such as gellan gum (GG), alginic acid, polyacrylic acid, polyglutamic acid, polyaspartic acid, gelatin, collagen, gum arabic, jantan gum, cellulose, hyaluronic acid, laminin, Matrigel (trade name).
  • polyacrylic acid poly(N-isopropylacrylamide), polymethacrylic acid, polyacrylamide, polystyrenesulfonic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, starch and fibrin.
  • the gel material is preferably gellan gum, alginic acid, gelatin, collagen, gum arabic, jantan gum, cellulose, hyaluronic acid, laminin, Matrigel (trade name), polyacrylic acid, poly(N-isopropylacrylamide), polymethacrylic acid, polyacrylamide , polystyrene sulfonic acid, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, starch and fibrin.
  • the gel material is more preferably gellan gum, collagen, jantan gum, hyaluronic acid, laminin, matrigel (trade name), polyacrylic acid, poly(N-isopropylacrylamide), polymethacrylic acid, polyacrylamide, polystyrenesulfonic acid, polyvinyl alcohol, It may contain at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol, starch and fibrin.
  • the gel material that constitutes the gel particles may be hydrogel.
  • the gel material that constitutes the gel particles may be of one type alone, or may be a combination of two or more types.
  • Matrigel is a trade name of an extracellular matrix marketed by BD Biosciences, and is a mixture of laminin, nidogen, collagen, heparan sulfate proteoglycan, and the like.
  • the gel material that constitutes the gel particles may preferably be gums.
  • Gums include plant-derived gums, bacterial-derived gums, algae-derived gums, and the like. Specific examples of plant-derived gums include guar gum, locust bean gum, cassia gum, tragacanth gum, tara gum, karaya gum, acacia gum, gati gum, cherry gum, cashew gum, apricot gum, tamarind gum, mesquite gum, larch gum, psyllium, and fenugreek gum. mentioned. Gums derived from bacteria and algae include xanthan gum, seaweed gum, gellan gum, agar gum, carrageenan, curdlan, and the like.
  • gellan gum is a linear natural high-molecular-weight polysaccharide produced extracellularly by Pseudomonas elodea using glucose as a carbon source. GG forms a transparent, heat-resistant and acid-resistant gel in the presence of a monovalent or divalent metal salt. GG includes HA gellan gum containing high acyl groups and LA gellan gum from which acyl groups are removed, and either of them may be used in the present invention. Alternatively, both GGs may be used in combination. GG is commercially available as, for example, Nanogel®-TC, Grovgel, AppliedGel, PhytagelTM or Gelrite.
  • the gel particles may contain liquid supported by the gel material in addition to the gel material.
  • the liquid supported by the gel material can be appropriately selected according to the type of gel material and the like. Specific examples of the liquid supported by the gel material include water, phosphate buffered saline, and the like.
  • the content of the gel material in the gel particles can be appropriately selected according to the type of gel material, the type of liquid held by the gel material, and the like.
  • the content of the gel material in the gel particles may be, for example, 0.01% by mass or more and 30% by mass or less.
  • the content of the gel material in the gel particles is preferably 0.1% by mass or more, or 0.3% by mass or more, and is preferably 10% by mass or less, 5% by mass or less, 2% by mass or less, or 1% by mass or less. % by mass or less, or 0.8% by mass or less.
  • the gel particle stabilizer contained in the 3D printing support material is not particularly limited as long as it exhibits the property of removing at least part of the solvent that constitutes the gel from the gel.
  • the gel particle stabilizer may be appropriately added according to the gel material that constitutes the gel particles.
  • the gel particle stabilizer is water soluble.
  • water-soluble means that the solubility in 100 g of pure water at 25°C is 1 g or more.
  • gel particle stabilizers include carboxylic acid compounds, water-soluble organic solvents, salts, and the like.
  • carboxylic acid compounds include monocarboxylic acids such as lactic acid and glycolic acid, dicarboxylic acids such as malic acid, and tricarboxylic acids such as citric acid.
  • the carboxylic acid compound may be used as a salt with an alkali metal, an alkaline earth metal, or the like.
  • water-soluble organic solvents as gel particle stabilizers include alcohols such as ethanol, propanol and isopropanol, and nitriles such as acetonitrile.
  • Salts include calcium chloride, sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, aluminum chloride, sodium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, potassium sulfate, sodium nitrate, potassium nitrate, calcium nitrate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, carbonate
  • alkali metal salts such as potassium hydrogen and alkaline earth metal salts.
  • the gel particle stabilizer is preferably a carboxylic acid compound, more preferably a polyvalent carboxylic acid compound such as dicarboxylic acid or tricarboxylic acid.
  • the 3D printing support material may further contain a liquid medium in addition to the gel particles and the gel particle stabilizer.
  • the liquid medium may dissolve the gel particle stabilizer, and may contain water, for example.
  • the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium may be appropriately selected according to the type of the gel particle stabilizer. For example, when the gel stabilizer is a carboxylic acid compound, the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium may be 0.1 mM or more and 1 M or less.
  • the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium is preferably 10 mM or higher, 100 mM or higher, 200 mM or higher, 300 mM or higher, or 400 mM or higher, and is preferably 0.5 mM or higher. It may be 7M or less, 0.6M or less, or 0.5M or less.
  • the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium may be 1% by volume or more and 99% by volume or less.
  • the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium is preferably 5% by volume or more, 10% by volume or more, 20% by volume or more, 25% by volume or more, or 30% by volume. or more, and preferably 60% by volume or less, 50% by volume or less, 40% by volume or less, or 35% by volume or less.
  • the concentration of gel particles in the supporting material for 3D printing may be, for example, 1% by volume or more and 99% by volume or less.
  • the concentration of gel particles in the 3D printing support material containing the liquid medium is preferably 10% by volume or more, or 30% by volume or more, and preferably 80% by volume or less, or 70% by volume or less. .
  • the 3D printing support material may contain a surfactant as necessary.
  • the surfactant may be nonionic, cationic, anionic, amphoteric, or the like, preferably nonionic.
  • nonionic surfactants include polyoxyalkylene alkyl ethers, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ethers (the addition form of ethylene oxide and propylene oxide may be random or block), and polyethylene glycol propylene oxide addition. products, polypropylene glycol ethylene oxide adducts, glycerin fatty acid esters or their ethylene oxide adducts, and the like.
  • the content of the surfactant in the support material for 3D printing may be, for example, more than 0% by mass and 5% by mass or less.
  • the content of the surfactant may preferably be 0.01% by mass or more, or 0.1% by mass or more. Moreover, the content of the surfactant may be preferably 2% by mass or less, 1% by mass or less, 0.5% by mass or less, 0.1% by mass or less, or 0.01% by mass or less.
  • the 3D printing support material can be used for 3D printing.
  • 3D printing can be performed by ejecting 3D printing inks in a desired shape into a 3D printing support material.
  • the 3D printing ink may contain, for example, organic substances such as collagen, fibrinogen, gelatin, and alginic acid, and inorganic substances such as silica and nanoclay.
  • a method for producing a support material for 3D printing includes a preparation step of preparing a mixture containing a gel and a gel particle stabilizer, and applying a shearing force to the prepared mixture to form gel particles. and a dispersing step of obtaining.
  • the dispersion of gel particles obtained in the dispersing step may constitute a support material for 3D printing.
  • a 3D printing support material containing gel particles with a small particle size and a narrow particle size distribution can be efficiently produced with excellent productivity. be able to.
  • the particle size distribution of the resulting gel particles has a wide particle size ratio (D90/D10) exceeding 7. distribution.
  • the gel contained in the mixture may be formed by allowing the gel material described above to support the liquid described above, and the gel material and liquid that constitute the gel may be appropriately selected according to the purpose.
  • a gel can be prepared, for example, by mixing a gel material with a liquid, heating to dissolve the gel material in the liquid, and cooling the mixture to gel it. Gels may also be prepared by chemical reactions.
  • the gel that constitutes the mixture may be particulate.
  • a particulate gel can be prepared, for example, by applying an appropriate shearing force to the prepared gel.
  • Examples of the method of applying a shearing force include a method using a homogenizer, ultrasonic treatment, and a method using a filter mesh.
  • the mixture may further comprise a liquid medium in addition to the gel particles and gel particle stabilizer.
  • the liquid medium may dissolve the gel particle stabilizer, and may contain water, for example.
  • the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium may be appropriately selected according to the type of the gel particle stabilizer. For example, when the gel stabilizer is a carboxylic acid compound, the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium may be 0.1 mM or more and 1 M or less.
  • the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium is preferably 10 mM or higher, 100 mM or higher, 200 mM or higher, 300 mM or higher, or 400 mM or higher, and is preferably 0.5 mM or higher. It may be 7M or less, 0.6M or less, or 0.5M or less.
  • the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium may be 1% by volume or more and 99% by volume or less.
  • the concentration of the gel particle stabilizer in the liquid medium is preferably 5% by volume or more, 10% by volume or more, 20% by volume or more, 25% by volume or more, or 30% by volume. % or more, and preferably 60% by volume or less, 50% by volume or less, 40% by volume or less, or 35% by volume or less.
  • the concentration of the gel in the mixture may be, for example, 1% by volume or more and 99% by volume or less.
  • the concentration of gel in the mixture may preferably be 10% by volume or more, or 30% by volume or more, and preferably 80% by volume or less, or 70% by volume or less.
  • shear force is applied to the prepared mixture to obtain gel particles.
  • examples of the method of applying a shearing force include a method using a homogenizer, ultrasonic treatment, and a method using a filter mesh.
  • the gel particles obtained in the dispersion step may have a number average diameter D50 of 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, which is a particle size corresponding to 50% of the cumulative number in the number-based particle size distribution.
  • the gel particles may have a ratio (D90/D10) of 7 or less of D90, which is the particle size corresponding to 90% of the cumulative number, to D10, which is the particle size corresponding to 10% of the cumulative number in the particle size distribution.
  • the details of the gel particles obtained in the dispersing step may be the same as those of the support material for 3D printing already described.
  • Example 1 200 mg of gellan gum (GG) powder (trade name: KELCOGEL AFT; manufactured by Sansho Co., Ltd.) was added to 40 mL of phosphate buffered saline (PBS) and dissolved by heating at 100°C for 3 hours to obtain a GG solution. rice field. After dissolution, the GG solution was maintained at room temperature for 3 hours to gel. Next, the GG gel was treated with a homogenizer for 6 minutes and pulverized to obtain GG particles.
  • PBS phosphate buffered saline
  • Example 2 A 3D printing support material (0.3M TSC) was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 1M trisodium citrate aqueous solution was used and the final concentration of trisodium citrate was adjusted to 0.3M. rice field.
  • Example 3 3D printing support material (0.45M TSC) in the same manner as in Example 1 except that a 1.5M trisodium citrate aqueous solution was used and the final concentration of trisodium citrate was adjusted to 0.45M got
  • Example 4 A 3D printing support material (0.6M TSC) was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 2M trisodium citrate aqueous solution was used and the final concentration of trisodium citrate was adjusted to 0.6M. rice field.
  • Example 5 A support material for 3D printing (20% EtOH ).
  • Example 6 A support material for 3D printing (30% EtOH ).
  • Example 7 3D printing support material (ACN) in the same manner as in Example 1 except that 4.2 mL of 99% acetonitrile aqueous solution was used instead of trisodium citrate aqueous solution and the final concentration of acetonitrile was adjusted to 30%. Obtained.
  • Example 1 A support material for 3D printing (PBS) was obtained in the same manner as in Example 1, except that 4.2 mL of phosphate buffered saline (PBS) was used instead of the trisodium citrate aqueous solution.
  • PBS phosphate buffered saline
  • Example 3 A support material 1 for 3D printing for microscopic observation was obtained in the same manner as in Example 3, except that the fluoresceinylglycinamide-modified GG powder was used. Also, PBS was used instead of the trisodium citrate (TSC) aqueous solution to obtain a 3D printing support material 2 for microscopic observation in the same manner.
  • TSC trisodium citrate
  • the resulting 3D printing support materials were observed with a confocal laser scanning microscope (CLSM, FV-3000) to obtain microscopic images. The results are shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 and 2 The results are shown in FIGS. 1 and 2.
  • the particle size distribution was obtained in the same manner for the support material for 3D printing obtained by adjusting the final concentration of ethanol to 20% or 30%. The results are shown in FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 5 The results are shown in FIGS. 5 and 6.
  • Collagen Ink Preparation of Collagen Ink
  • Collagen powder manufactured by Nippi Co., Ltd.
  • acetic acid was added to 0.02 M acetic acid, treated with a homogenizer for 6 minutes, and then maintained at 4° C. for 24 hours to dissolve completely.
  • the resulting collagen solution was centrifuged at 4000 rpm for 5 minutes to remove air bubbles, thereby preparing a collagen ink having a collagen concentration of 10 mg/mL.
  • Collagen ink was linearly ejected from a 20-gauge (600 ⁇ m inner diameter) nozzle into a bath containing a support material for 3D printing at 25°C. The moving speed of the nozzle was 2 mm/s.
  • the printed collagen fibers in the bath were kept at room temperature for 1 hour to gel.
  • the fiber was taken out with tweezers and washed with a 50% ethanol solution to remove GG particles.
  • the resulting fiber was immersed in 0.5 v/v % glutaraldehyde in a 50% ethanol solution at 37° C. for 24 hours to crosslink. After cross-linking, samples were washed by immersion in PBS for 24 hours and subjected to mechanical testing.
  • FIG. 8 shows the width change in the length direction of the fiber measured from the microscopic image.
  • the average diameter of the obtained fibers was about 800 ⁇ m.
  • the tensile strength of the obtained fiber after cross-linking was about 300 kPa.
  • the fiber after cross-linking obtained in the same manner had a tensile strength of about 200 kPa.
  • PBS support material for 3D printing
  • a 3D printer (Bio-X) equipped with a 25-gauge (260 ⁇ m inner diameter) nozzle was used to print the collagen ink in a programmed route in a bath containing a 3D printing support material (0.3 M TSC) at 25 °C. was ejected to form a three-dimensional structure.
  • the structures formed are shown in FIGS. 9A and 9B.

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Abstract

粒子径が小さく、粒度分布が狭いゲル粒子を含む３Ｄ印刷用支持材料が提供される。ゲル粒子と、ゲル粒子安定化剤と、を含み、前記ゲル粒子の個数基準の粒度分布における個数累積５０％に対応する粒径である個数平均径Ｄ５０が１μｍ以上５００μｍ以下であり、前記粒度分布における個数累積１０％に対応する粒径であるＤ１０に対する個数累積９０％に対応する粒径であるＤ９０の比（Ｄ９０／Ｄ１０）が７以下である３Ｄ印刷用支持材料である。

Description

３Ｄ印刷用支持材料及びその製造方法
　本発明は、３Ｄ印刷用支持材料及びその製造方法に関する。
　３次元（３Ｄ）印刷は、複雑な構造を構築するための強力なプラットフォームとして登場した革新的な技術であり、多彩な用途に適用可能である。従来の３Ｄ印刷は通常、材料を層状に付加することによって基板上に３Ｄ構造を構築する。しかしながら、この方法を直接適用して、軟質で含水性の生体材料を印刷することは困難である。これは重力により、印刷プロセス中に印刷構造が崩壊する可能性があるためである。この欠点を克服するために、支持媒体で構成されるバスで支持される３Ｄ印刷が開発されている。さまざまなバスシステムの中で、ゲル粒子バスは、水分含有量が高く、流体状態と固体状態の間の移行がスムーズであるため、バイオプリンティングで頻繁に使用される支持材料の１つである。
　上記に関連して、例えば特表２０２１－５１２７４２号公報及びＳｃｉｅｎｃｅ，３６５，４８２－４８７（２０１９）には、支持材料としてゼラチン微粒子スラリーを含むハイドロゲルが記載されている。
　ゲル粒子バスを支持材料とする３Ｄ印刷の解像度は、ゲル粒子の粒子径とその粒度分布に依存する。従来技術では、粒子径が小さく、粒度分布が狭いゲル粒子を、簡便かつ大量に調製することは困難であった。
　本発明の一態様は、粒子径が小さく、粒度分布が狭いゲル粒子を含む３Ｄ印刷用支持材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りであり、本発明は以下の態様を包含する。第１態様は、ゲル粒子と、ゲル粒子安定化剤と、を含み、前記ゲル粒子の個数基準の粒度分布における個数累積５０％に対応する粒径である個数平均径Ｄ５０が１μｍ以上５００μｍ以下であり、前記粒度分布における個数累積１０％に対応する粒径であるＤ１０に対する個数累積９０％に対応する粒径であるＤ９０の比（Ｄ９０／Ｄ１０）が７以下である３Ｄ印刷用支持材料である。
　前記ゲル粒子は、ジェランガム、アルギン酸、ゼラチン、コラーゲン、アラビアガム、ジャンタンガム、セルロース、ヒアルロン酸、ラミニン、マトリゲル（商品名）、ポリアクリル酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールゲル、デンプン及びフィブリンからなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてよい。また、前記ゲル粒子安定化剤は、カルボン酸化合物、水溶性有機溶剤及び塩からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてよい。
　第２態様は、ゲル及びゲル粒子安定化剤溶液を含む混合物を準備することと、前記混合物に剪断力を付与して、ゲル粒子分散物を得ることと、を含む３Ｄ印刷用支持材料の製造方法である。
　前記ゲルは、ジェランガム、アルギン酸、ゼラチン、コラーゲン、アラビアガム、ジャンタンガム、セルロース、ヒアルロン酸、ラミニン、マトリゲル（商品名）、ポリアクリル酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、デンプン及びフィブリンからなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてよい。また、前記ゲル粒子安定化剤は、カルボン酸化合物、水溶性有機溶剤及び塩からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてよい。また、前記ゲル粒子は、個数基準の粒度分布における個数累積５０％に対応する粒径である個数平均径Ｄ５０が１μｍ以上５００μｍ以下であり、前記粒度分布における個数累積１０％に対応する粒径であるＤ１０に対する個数累積９０％に対応する粒径であるＤ９０の比（Ｄ９０／Ｄ１０）が７以下であってよい。
　本発明によれば、粒子径が小さく、粒度分布が狭いゲル粒子を含む３Ｄ印刷用支持材料及びその製造方法を提供することができる。
比較例１に係る３Ｄ印刷用支持材料の顕微鏡画像の一例である。 実施例３に係る３Ｄ印刷用支持材料の顕微鏡画像の一例である。 比較例１に係る３Ｄ印刷用支持材料におけるゲル粒子の粒度分布の一例である。 実施例３に係る３Ｄ印刷用支持材料におけるゲル粒子の粒度分布の一例である。 実施例５に係る３Ｄ印刷用支持材料におけるゲル粒子の粒度分布の一例である。 実施例６に係る３Ｄ印刷用支持材料におけるゲル粒子の粒度分布の一例である。 ３Ｄ印刷用支持材料中で形成されたコラーゲンファイバーの顕微鏡画像の一例である 図７のコラーゲンファイバーの長さ方向における幅変化を示すグラフである ３Ｄ印刷用支持材料中で形成された３次元構造体の一例である。 ３Ｄ印刷用支持材料中で形成された３次元構造体の別例である。
　本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。さらに本明細書に記載される数値範囲の上限及び下限は、数値範囲として例示された数値をそれぞれ任意に選択して組み合わせることが可能である。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、３Ｄ印刷用支持材料及びその製造方法を例示するものであって、本発明は、以下に示す３Ｄ印刷用支持材料及びその製造方法に限定されない。
３Ｄ印刷用支持材料
　３Ｄ印刷用支持材料は、ゲル粒子と、ゲル粒子安定化剤とを含んで構成される。３Ｄ印刷用支持材料を構成するゲル粒子の個数基準の粒度分布における個数累積５０％に対応する粒径である個数平均径Ｄ５０は、例えば１μｍ以上５００μｍ以下であってよい。また粒度分布における個数累積１０％に対応する粒径であるＤ１０に対する個数累積９０％に対応する粒径であるＤ９０の比（Ｄ９０／Ｄ１０）は、例えば７以下であってよい。
　３Ｄ印刷用支持材料は、ゲル粒子に加えてゲル粒子安定化剤を含むことで、所定の個数平均径Ｄ５０と、所定のＤ９０／Ｄ１０を実現することができる。これにより、３Ｄ印刷において、優れた解像度で所望の構造体を製造することができる。また、３Ｄ印刷用支持材料は、後述する製造方法で効率的に製造することができる。
　ゲル粒子の個数平均径Ｄ５０は、好ましくは０．１μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、又は２０μｍ以上であってよい。またゲル粒子の個数平均径Ｄ５０は、好ましくは２００μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、又は３０μｍ以下であってよい。また、ゲル粒子のＤ９０／Ｄ１０は、例えば１０以下、７以下、６以下、５以下、４以下、又は３以下であってよい。ゲル粒子のＤ９０／Ｄ１０の下限は、例えば１以上、又は２以上であってよい。
　ゲル粒子の粒度分布における個数累積１０％に対応する粒径であるＤ１０は、例えば５μｍ以上５０μｍ以下であってよい。Ｄ１０は、好ましくは８μｍ以上、１０μｍ以上、又は１２μｍ以上であってよく、また好ましくは４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、又は１６μｍ以下であってよい。ゲル粒子の粒度分布における個数累積９０％に対応する粒径であるＤ９０は、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下であってよい。Ｄ９０は、好ましくは２５μｍ以上、３０μｍ以上、又は３５μｍ以上であってよく、また好ましくは８０μｍ以下、６０μｍ以下、４０μｍ以下、又は３８μｍ以下であってよい。
　ゲル粒子の個数基準の粒度分布は、例えば、３Ｄ印刷用支持材料を共焦点レーザー走査顕微鏡で観察して得られる顕微鏡像において、画像解析ソフトウエアを用いて個々のゲル粒子の粒径を測定することで得ることができる。
　３Ｄ印刷用支持材料に含まれるゲル粒子を構成するゲル材料としては、３Ｄ印刷で形成される構造体の形成に悪影響を及ぼさない限り、イオンの添加、温度変化等によってゲル化できる任意の物質を用いることができる。そのようなゲル材料としては、ジェランガム（ＧＧ）等のガム類、アルギン酸、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、ゼラチン、コラーゲン、アラビアガム、ジャンタンガム、セルロース、ヒアルロン酸、ラミニン、マトリゲル（商品名）、ポリアクリル酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、デンプン及びフィブリン等が挙げられる。ゲル材料は、好ましくはジェランガム、アルギン酸、ゼラチン、コラーゲン、アラビアガム、ジャンタンガム、セルロース、ヒアルロン酸、ラミニン、マトリゲル（商品名）、ポリアクリル酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、デンプン及びフィブリンからなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてよい。
　ゲル材料は、より好ましくはジェランガム、コラーゲン、ジャンタンガム、ヒアルロン酸、ラミニン、マトリゲル（商品名）、ポリアクリル酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、デンプン及びフィブリンからなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてよい。
　ゲル粒子を構成するゲル材料はハイドロゲルであってもよい。ゲル粒子を構成するゲル材料は１種類単独であってもよく、２種以上の組み合わせであってもよい。なお、マトリゲルはＢＤ　Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ社から発売されている細胞外マトリクスの商品名であり、ラミニン、ニドジェン、コラーゲン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン等の混合物である。
　ゲル粒子を構成するゲル材料は、好ましくはガム類であってよい。ガム類には、植物由来ガム類、細菌由来ガム類、藻類由来ガム類等が含まれる。植物由来ガム類の具体例としては、グアーガム、ローカストビーンガム、カッシアガム、トラガカントゴム、タラガム、カラヤゴム、アカシアゴム、ガティガム、チェリーガム、カシューガム、アンズガム、タマリンドガム、メスキートガム、カラマツガム、オオバコ、コロハガム等が挙げられる。細菌および藻類に由来するガム類としては、キサンタンガム、海草ガム、ジェランガム、アガーガム、カラゲナン、カードラン等が挙げられる。
　ガム類のうち、ジェランガム（ＧＧ）は、シュードモナス・エロディア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　ｅｌｏｄｅａ）がブドウ糖などを炭素源として細胞外に産生する、直鎖状の天然高分子多糖類である。ＧＧは１価または２価の金属塩の存在下で、透明性、耐熱性、耐酸性のあるゲルを形成する。ＧＧには、高アシル基含有のＨＡジェランガムと、アシル基が除去されたＬＡジェランガムが存在するが、本発明ではいずれを用いてもよい。あるいは、両方のＧＧを組み合わせて用いてもよい。ＧＧは、例えばＮａｎｏｇｅｌ（登録商標）－ＴＣ、Ｇｒｏｖｇｅｌ、ＡｐｐｌｉｅｄＧｅｌ、Ｐｈｙｔａｇｅｌ（商標）またはＧｅｌｒｉｔｅとして市販されている。
　ゲル粒子はゲル材料に加えて、ゲル材料に担持される液体を含んでいてよい。ゲル材料に担持される液体は、ゲル材料の種類等に応じて適宜選択することができる。ゲル材料に担持される液体として具体的には、例えば、水、リン酸緩衝生理食塩水等が挙げられる。
　ゲル粒子におけるゲル材料の含有率は、ゲル材料の種類、ゲル材料が担持する液体の種類等に応じて適宜選択することができる。ゲル粒子におけるゲル材料の含有率は、例えば、０．０１質量％以上３０質量％以下であってよい。ゲル粒子におけるゲル材料の含有率は、好ましくは０．１質量％以上、又は０．３質量％以上であってよく、また好ましくは１０質量％以下、５質量％以下、２質量％以下、１質量％以下、又は０．８質量％以下であってよい。
　３Ｄ印刷用支持材料に含まれるゲル粒子安定剤としては、ゲルからゲルを構成する溶媒の少なくとも一部を除去する性質を示すものであれば特に制限はない。また、ゲル粒子安定剤はゲル粒子を構成するゲル材料に応じて適宜されてもよい。ゲル粒子安定化剤は水溶性を有することが好ましい。ここで水溶性とは１００ｇの純水に対する２５℃における溶解度が１ｇ以上であることを意味する。
　ゲル粒子安定剤として具体的には、カルボン酸化合物、水溶性有機溶剤、塩等が挙げられる。また、カルボン酸化合物として具体的には、乳酸、グリコール酸等のモノカルボン酸、リンゴ酸等のジカルボン酸、クエン酸等のトリカルボン酸等が挙げられる。ここでカルボン酸化合物は、アルカリ金属、アルカリ土類金属等との塩として用いられてもよい。ゲル粒子安定剤としての水溶性有機溶剤としては、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。塩としては、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩が挙げられる。
　ゲル粒子安定剤は、ゲル粒子の分散安定性の観点から、カルボン酸化合物が好ましく、ジカルボン酸、トリカルボン酸等の多価カルボン酸化合物がより好ましい。
　３Ｄ印刷用支持材料は、ゲル粒子及びゲル粒子安定化剤に加えて、液媒体をさらに含んでいてよい。液媒体は、ゲル粒子安定化剤を可溶であればよく、例えば水を含んでいてよい。液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、ゲル粒子安定化剤の種類等に応じて適宜選択すればよい。例えば、ゲル安定化剤がカルボン酸化合物の場合、液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、０．１ｍＭ以上１Ｍ以下であってよい。ゲル安定化剤がカルボン酸化合物の場合の液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、好ましくは１０ｍＭ以上、１００ｍＭ以上、２００ｍＭ以上、３００ｍＭ以上、又は４００ｍＭ以上であってよく、また好ましくは０．７Ｍ以下、０．６Ｍ以下、又は０．５Ｍ以下であってよい。例えば、ゲル安定化剤が水溶性有機溶剤の場合、液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、１体積％以上９９体積％以下であってよい。ゲル安定化剤が水溶性有機溶剤の場合の液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、好ましくは５体積％以上、１０体積％以上、２０体積％以上、２５体積％以上、又は３０体積％以上であってよく、また好ましくは６０体積％以下、５０体積％以下、４０体積％以下、又は３５体積％以下であってよい。
　３Ｄ印刷用支持材料が液媒体を含む場合、３Ｄ印刷用支持材料におけるゲル粒子の濃度は、例えば、１体積％以上９９体積％以下であってよい。液媒体を含む３Ｄ印刷用支持材料におけるゲル粒子の濃度は、好ましくは１０体積％以上、又は３０体積％以上であってよく、また好ましくは８０体積％以下、又は７０体積％以下であってよい。
　３Ｄ印刷用支持材料は、必要に応じて界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤は、ノニオン性、カチオン性、アニオン性、両性などのいずれであってもよく、好ましくはノニオン性であってよい。ノニオン性界面活性剤としては、例えばポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル（エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの付加形態は、ランダム状、ブロック状の何れでもよい）、ポリエチレングリコールプロピレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、グリセリン脂肪酸エステルまたはそのエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。３Ｄ印刷用支持材料のおける界面活性剤の含有量は、例えば０質量％を超えて５質量％以下であってよい。界面活性剤の含有量は、好ましくは０．０１質量％以上、又は０．１質量％以上であってよい。また界面活性剤の含有量は、好ましくは２質量％以下、１質量％以下、０．５質量％以下、０．１質量％以下、又は０．０１質量％以下であってよい。
　３Ｄ印刷用支持材料は、３Ｄ印刷に用いることができる。例えば３Ｄ印刷は、３Ｄ印刷用支持材料中に３Ｄ印刷用インクを所望の形状に吐出することで行うことができる。３Ｄ印刷用インクとしては、例えばコラーゲン、フィブリノーゲン、ゼラチン、アルギン酸等の有機物、シリカ、ナノクレイ等の無機物を含むものであってよい。
３Ｄ印刷用支持材料の製造方法
　３Ｄ印刷用支持材料の製造方法は、ゲル及びゲル粒子安定化剤を含む混合物を準備する準備工程と、準備された混合物に剪断力を付与して、ゲル粒子を得る分散工程と、を含んでいてよい。分散工程で得られるゲル粒子の分散物は、３Ｄ印刷用支持材料を構成してよい。
　ゲル粒子安定化剤の存在下で、ゲルに剪断力を付与することで、粒子径が小さく、粒度分布が狭いゲル粒子を含む３Ｄ印刷用支持材料を、優れた生産性で効率的に製造することができる。なお、ゲル粒子安定化剤の不存在下で、ゲルに剪断力を付与することでゲル粒子を調製する場合、得られるゲル粒子の粒度分布は、比（Ｄ９０／Ｄ１０）が７を超える広い粒度分布を示すことになる。
　混合物に含まれるゲルは、既述のゲル材料に既述の液体を担持させて形成したものであればよく、ゲルを構成するゲル材料及び液体は、目的等に応じて適宜選択すればよい。ゲルは例えば、ゲル材料を液体と混合し、加温してゲル材料を液体に溶解した後、降温してゲル化させることで調製することができる。また、ゲルは化学反応で調製してもよい。
　混合物を構成するゲルは、粒子状であってもよい。粒子状のゲルは、例えば、調製されたゲルに適当な剪断力を付与することで調製することができる。剪断力の付与方法としては、例えば、ホモジナイザーを用いる方法、超音波処理、フィルターメッシュを用いる方法等を挙げることができる。
　混合物に含まれるゲル粒子安定化剤の詳細については既述の通りである。混合物は、ゲル粒子及びゲル粒子安定化剤に加えて、液媒体をさらに含んでいてよい。液媒体は、ゲル粒子安定化剤を可溶であればよく、例えば水を含んでいてよい。液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、ゲル粒子安定化剤の種類等に応じて適宜選択すればよい。例えば、ゲル安定化剤がカルボン酸化合物の場合、液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、０．１ｍＭ以上１Ｍ以下であってよい。ゲル安定化剤がカルボン酸化合物の場合の液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、好ましくは１０ｍＭ以上、１００ｍＭ以上、２００ｍＭ以上、３００ｍＭ以上、又は４００ｍＭ以上であってよく、また好ましくは０．７Ｍ以下、０．６Ｍ以下、又は０．５Ｍ以下であってよい。例えば、ゲル安定化剤が水溶性有機溶剤の場合、液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、１体積％以上９９体積％以下であってよい。ゲル粒子安定化剤が水溶性有機溶剤の場合の液媒体におけるゲル粒子安定化剤の濃度は、好ましくは５体積％以上、１０体積％以上、２０体積％以上、２５体積％以上、又は３０体積％以上であってよく、また好ましくは６０体積％以下、５０体積％以下、４０体積％以下、又は３５体積％以下であってよい。
　混合物が液媒体を含む場合、混合物におけるゲルの濃度は、例えば、１体積％以上９９体積％以下であってよい。混合物におけるゲルの濃度は、好ましくは１０体積％以上、又は３０体積％以上であってよく、また好ましくは８０体積％以下、又は７０体積％以下であってよい。
　分散工程では、準備された混合物に剪断力を付与して、ゲル粒子を得る。剪断力の付与方法としては、例えば、ホモジナイザーを用いる方法、超音波処理、フィルターメッシュを用いる方法等を挙げることができる。
　分散工程で得られるゲル粒子は、個数基準の粒度分布における個数累積５０％に対応する粒径である個数平均径Ｄ５０が１μｍ以上５００μｍ以下であってよい。また、ゲル粒子は粒度分布における個数累積１０％に対応する粒径であるＤ１０に対する個数累積９０％に対応する粒径であるＤ９０の比（Ｄ９０／Ｄ１０）が７以下であってよい。分散工程で得られるゲル粒子の詳細は、既述の３Ｄ印刷用支持材料と同様であってよい。
　以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
　２００ｍｇのジェランガム（ＧＧ）粉末（商品名：ＫＥＬＣＯＧＥＬ　ＡＦＴ；三晶株式会社製）を４０ｍＬのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）に加え、１００℃で３時間加熱して溶解してＧＧ溶液を得た。溶解後、ＧＧ溶液を室温で３時間維持してゲル化させた。次に、ＧＧゲルをホモジナイザーで６分間処理して粉砕してＧＧ粒子を得た。
　粉砕したＧＧ粒子の１０ｍＬに、４．２ｍＬの０．５Ｍクエン酸三ナトリウム水溶液を加えた後、ホモジナイザーで６分間処理した。次いで２０００ｒｐｍ、３分間で遠心分離して気泡を除去し、３Ｄ印刷用支持材料（０．１５Ｍ　ＴＳＣ）を得た。
（実施例２）
　１Ｍクエン酸三ナトリウム水溶液を用いたこと、及びクエン酸三ナトリウムの終濃度を０．３Ｍに調整したこと以外は実施例１と同様にして、３Ｄ印刷用支持材料（０．３Ｍ　ＴＳＣ）を得た。
（実施例３）
　１．５Ｍクエン酸三ナトリウム水溶液を用いたこと、及びクエン酸三ナトリウムの終濃度を０．４５Ｍに調整したこと以外は実施例１と同様にして、３Ｄ印刷用支持材料（０．４５Ｍ　ＴＳＣ）を得た。
（実施例４）
　２Ｍクエン酸三ナトリウム水溶液を用いたこと、及びクエン酸三ナトリウムの終濃度を０．６Ｍに調整したこと以外は実施例１と同様にして、３Ｄ印刷用支持材料（０．６Ｍ　ＴＳＣ）を得た。
（実施例５）
　クエン酸三ナトリウム水溶液の代わりに９９％エタノール水溶液を２．５ｍＬ用いたこと、エタノールの終濃度を２０％に調整したこと以外は実施例１と同様にして、３Ｄ印刷用支持材料（２０％　ＥｔＯＨ）を得た。
（実施例６）
　クエン酸三ナトリウム水溶液の代わりに９９％エタノール水溶液を４．２ｍＬ用いたこと、エタノールの終濃度を３０％に調整したこと以外は実施例１と同様にして、３Ｄ印刷用支持材料（３０％　ＥｔＯＨ）を得た。
（実施例７）
　クエン酸三ナトリウム水溶液の代わりに９９％アセトニトリル水溶液を４．２ｍＬ用いたこと、アセトニトリルの終濃度を３０％に調整したこと以外は実施例１と同様にして、３Ｄ印刷用支持材料（ＡＣＮ）を得た。
（比較例１）
　クエン酸三ナトリウム水溶液の代わりにリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を４．２ｍＬ用いたこと以外は実施例１と同様にして、３Ｄ印刷用支持材料（ＰＢＳ）を得た。
評価
　フルオレセイニルグリシンアミド修飾ＧＧ粉末を用いたこと以外は、実施例３と同様にして顕微鏡観察用の３Ｄ印刷用支持材料１を得た。また、クエン酸三ナトリウム（ＴＳＣ）水溶液の代わりにＰＢＳを用いて、同様にして顕微鏡観察用の３Ｄ印刷用支持材料２を得た。得られた３Ｄ印刷用支持材料を共焦点レーザー走査顕微鏡（ＣＬＳＭ、ＦＶ－３０００）で観察して顕微鏡画像をそれぞれ得た。結果を図１及び図２に示す。
　上記で得られた顕微鏡画像から、画像解析ソフトウエア（Ｉｍａｇｅ－Ｊ）を用いて、ＧＧ粒子の大きさを測定して、個数基準の粒度分布を得た。結果を図３及び図４に示す。
　エタノールの終濃度を２０％又は３０％に調整して得られた３Ｄ印刷用支持材料について、同様にして粒度分布を得た。結果を図５及び図６に示す。
　上記で得られた粒度分布から、個数平均径Ｄ５０と、比（Ｄ９０／Ｄ１０）を求めた。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
コラーゲンインクの調製
　コラーゲン粉末（ニッピ株式会社製）を０．０２Ｍ酢酸に加え、ホモジナイザーで６分間処理した後、４℃で２４時間維持して完全に溶解させた。得られたコラーゲン溶液を４０００ｒｐｍ、５分間の遠心分離により気泡除去を行って、コラーゲン濃度が１０ｍｇ／ｍＬであるコラーゲンインクを調製した。
印刷プロセス１
　２５℃の３Ｄ印刷用支持材料を入れた浴中に、２０ゲージ（内径６００μｍ）のノズルからコラーゲンインクを直線状に吐出した。ノズルの移動速度は２ｍｍ／ｓとした。浴中の印刷されたコラーゲンファイバーを室温で１時間保持してゲル化させた。ファイバーをピンセットで取り出し、５０％エタノール溶液で洗浄してＧＧ粒子を除去した。得られたファイバーを５０％エタノール溶液中の０．５ｖ／ｖ％グルタルアルデヒドに３７℃で２４時間浸漬して架橋させた。架橋後、サンプルをＰＢＳに２４時間浸漬して洗浄し、機械的試験に供した。
　３Ｄ印刷用支持材料（０．４５Ｍ　ＴＳＣ）を用いて得られたファイバーの顕微鏡画像を図７に示す。また、顕微鏡画像から測定されたファイバーの長さ方向における幅変化を図８に示す。なお、得られたファイバーの平均径は、約８００μｍであった。また、得られた架橋後のファイバーの引張強度は約３００ｋＰａであった。
　３Ｄ印刷用支持材料（３０％　ＥｔＯＨ）を用いて、同様にして得られた架橋後のファイバーの引張強度は約２００ｋＰａであった。なお、３Ｄ印刷用支持材料（ＰＢＳ）を用いて同様にしてファイバーを作製したところ、浴中から取り出すことができなかった。
印刷プロセス１
　２５℃の３Ｄ印刷用支持材料（０．３Ｍ　ＴＳＣ）を入れた浴中に、２５ゲージ（内径２６０μｍ）のノズルを装着した３Ｄプリンタ（Ｂｉｏ－Ｘ）を用いて、プログラムされたルートでコラーゲンインクを吐出して３次元の構造体を形成した。形成された構造体を図９Ａ及び図９Ｂに示す。
　以上から、本発明の３Ｄ印刷用支持材料を浴として用いることで、高解像度３Ｄ印刷を実現できることが分かる。
　日本国特許出願２０２１－１７８６３８号（出願日：２０２１年１１月１日）の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (7)

  1. 　ゲル粒子と、ゲル粒子安定化剤と、を含み、
    　前記ゲル粒子の個数基準の粒度分布における個数累積５０％に対応する粒径である個数平均径Ｄ５０が１μｍ以上５００μｍ以下であり、
    　前記粒度分布における個数累積１０％に対応する粒径であるＤ１０に対する個数累積９０％に対応する粒径であるＤ９０の比（Ｄ９０／Ｄ１０）が７以下である３Ｄ印刷用支持材料。
  2. 　前記ゲル粒子は、ジェランガム、アルギン酸、ゼラチン、コラーゲン、アラビアガム、ジャンタンガム、セルロース、ヒアルロン酸、ラミニン、マトリゲル（商品名）、ポリアクリル酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、デンプン、及びフィブリンからなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項１に記載の支持材料。
  3. 　前記ゲル粒子安定化剤は、カルボン酸化合物、水溶性有機溶剤及び塩からなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項１又は２に記載の支持材料。
  4. 　ゲル及びゲル粒子安定化剤溶液を含む混合物を準備することと、
    　前記混合物に剪断力を付与して、ゲル粒子分散物を得ることと、を含む３Ｄ印刷用支持材料の製造方法。
  5. 　前記ゲルは、ジェランガム、アルギン酸、ゼラチン、コラーゲン、アラビアガム、ジャンタンガム、セルロース、ヒアルロン酸、ラミニン、マトリゲル（商品名）、ポリアクリル酸、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、デンプン及びフィブリンからなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項４に記載の製造方法。
  6. 　前記ゲル粒子安定化剤は、カルボン酸化合物、水溶性有機溶剤及び塩からなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項４又は５に記載の製造方法。
  7. 　前記ゲル粒子は、個数基準の粒度分布における個数累積５０％に対応する粒径である個数平均径Ｄ５０が１μｍ以上５００μｍ以下であり、
    　前記粒度分布における個数累積１０％に対応する粒径であるＤ１０に対する個数累積９０％に対応する粒径であるＤ９０の比（Ｄ９０／Ｄ１０）が７以下である請求項４から６のいずれか１項に記載の製造方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107007881A (zh) * 2017-05-12 2017-08-04 王华楠 可用于药物加载和释放的可注射型自愈合凝胶及其制备方法和应用
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