WO2024043039A1 - 三次元造形物の製造方法および三次元造形物作製用インクセット - Google Patents

三次元造形物の製造方法および三次元造形物作製用インクセット Download PDF

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WO2024043039A1
WO2024043039A1 PCT/JP2023/028503 JP2023028503W WO2024043039A1 WO 2024043039 A1 WO2024043039 A1 WO 2024043039A1 JP 2023028503 W JP2023028503 W JP 2023028503W WO 2024043039 A1 WO2024043039 A1 WO 2024043039A1
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support material
material ink
polymer
model
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慎司 境
聖 粉谷
豊浩 永野
大輔 中村
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国立大学法人大阪大学
ナガセケムテックス株式会社
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/112—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • 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
    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional object and an ink set for manufacturing a three-dimensional object, and is particularly suitable for manufacturing a three-dimensional object with a complex shape made of soft materials in the field of regenerative medicine.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure.
  • Patent Document 1 aims to apply it to fields such as regenerative medicine, and by adding silk nanofibers to ink for 3D printing systems containing natural and/or synthetic polymers, it is possible to reduce the viscosity when ejected from a nozzle. It is disclosed that the pressure at the time of discharge can be lowered, and the viscosity is high on the substrate after printing, so that deformation of the shaped object can be sufficiently prevented. On the other hand, it is desired to further expand the range of materials and develop new methods for manufacturing three-dimensional objects.
  • the present invention provides a method for manufacturing a three-dimensional model, which can manufacture a three-dimensional model with good modeling accuracy, even when manufacturing a complex-shaped three-dimensional model made of soft materials, and a three-dimensional model.
  • the purpose is to provide an ink set for production.
  • the present inventors found that after discharging a model material ink containing a photocrosslinkable polymer and a support material ink containing a support material and a crosslinking factor, the ejected photocrosslinkable polymer If you photo-cure the molecules and remove the support material ink model to create a three-dimensional object, you will be able to create a good shape, even when creating a complex-shaped three-dimensional object made of soft materials, for example. We discovered that it is possible to manufacture three-dimensional objects with precision.
  • the present invention (1) includes the steps of discharging (a) a model material ink containing a photocrosslinkable polymer, and (b) a support material ink containing a support material and a first crosslinking factor, respectively; A step of photocuring the discharged photocrosslinkable polymer, and This is a method for manufacturing a three-dimensional object, including a step of removing a support material ink object.
  • the present invention (2) is the method for producing a three-dimensional structure according to the present invention (1), in which the model material ink (a) further contains a second crosslinking factor.
  • the present invention (3) is the method for producing a three-dimensional structure according to the present invention (1) or (2), in which the ink (a) for model materials does not substantially contain a photopolymerization initiator.
  • the present invention (4) is a three-dimensional ink according to any one of the present inventions (1) to (3), wherein the support material ink (b) does not substantially contain a photocrosslinkable polymer or a photocrosslinkable monomer. This is a method for manufacturing a modeled object.
  • the present invention (5) is the method for producing a three-dimensional structure according to any one of the present inventions (1) to (4), wherein the support material ink (b) further contains a second crosslinking factor.
  • the present invention (6) is the method for producing a three-dimensional structure according to any one of the present inventions (1) to (5), wherein the support material is a water-soluble polymer or a water-dispersible polymer.
  • the water-soluble polymer or water-dispersible polymer is a water-soluble polymer or water-dispersible polymer that forms an aqueous gel that aggregates or reduces viscosity by interacting with an ionic compound
  • the model of the support material ink (b) is removed by acting with an ionic compound.
  • the present invention (8) provides (a) an ink for a model material containing a photocrosslinkable polymer; (b) An ink set for producing a three-dimensional object, which includes a support material and a support material ink containing a first crosslinking factor.
  • the present invention (9) is characterized in that the support material ink (b) contains a water-soluble polymer or a water-dispersible polymer that forms an aqueous gel that aggregates or reduces viscosity by acting with an ionic compound. ) is an ink set for producing a three-dimensional structure.
  • the three-dimensionally formed object can be manufactured with good modeling accuracy by light irradiation.
  • FIG. 3 is a graph showing the viscosity versus shear rate of the support material ink produced in Production Example 2. This is a photograph showing the formation of white precipitate when the projelly used in Production Example 2 is reacted with an ionic compound. This is a photograph in which the projelly used in Production Example 2 was blended into a DMEM medium (Dulbecco's modified Eagle medium) to proliferate cells, and the growth of the cells was observed.
  • 1 is a photograph taken of three-dimensional structures produced in Example 1 and Comparative Example 1. These are photographs taken of three-dimensional structures produced in Example 2 and Comparative Examples 2 and 3.
  • the method for manufacturing a three-dimensional structure of the present invention includes (a) an ink for a model material containing a photocrosslinkable polymer, and (b) an ink for a support material containing a support material and a first crosslinking factor, respectively. It is characterized by including a step of discharging, a step of photocuring the discharged photocrosslinkable polymer, and a step of removing the shaped object of the support material ink.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the process of producing a three-dimensional structure having a bridge portion by the method for producing a three-dimensional structure of the present invention.
  • FIG. 1A schematically shows how ink 1 for support material is ejected from a nozzle 3a of a three-dimensional printer.
  • FIG. 1(b) schematically shows how the model material ink 2 is ejected from the nozzle 3b of the three-dimensional printer.
  • the nozzle 3a and the nozzle 3b may be the same nozzle, it is preferable that they are different.
  • one layer can be formed by discharging ink 1 for support material, and then discharging ink 2 for model material at a position surrounded by ink 1 for support material, and this can be repeated to form a laminated structure. do.
  • the ejected support material ink 1 and the ejected model material ink 2 are in contact with each other.
  • the support material ink 1 contains the first crosslinking factor together with the support material
  • the first crosslinking factor is supplied from the ejected support material ink 1 to the ejected model material ink 2
  • the ejected The photocrosslinkable polymer in the model material ink 2 is crosslinked with light, and the model material ink 2 is gelled.
  • FIG. 1(c) after the gelation of the model material ink 2 is completed, the obtained model is immersed in a model removal solution 5 of the support material ink 1, and the model material ink 1 is removed. It shows the process of removing objects.
  • removing the modeled object of the support material ink 1 it is also possible to produce a three-dimensional modeled object 2A (model material ink modeled object) having a complex shape including a bridge portion 2a and a hole 2b.
  • ink for model materials and ink for support materials are discharged into cylindrical containers such as beakers and petri dishes, prismatic containers, and containers of various other shapes to create a three-dimensional structure. You may also create a shaped object. Since the inner wall of the container serves as a support for the ink for the model material and/or the ink for the support material, it is possible to produce a model with a higher height.
  • the material of the container is not particularly limited as long as it serves as a support for the model material ink and/or the support material ink, and materials such as glass and resin can be used. Further, the container may be manufactured by three-dimensional modeling.
  • a support material ink containing model material inks (a) and (b) and a first crosslinking factor is discharged from a nozzle of a three-dimensional printer onto a target location such as on a substrate.
  • the three-dimensional printer is not particularly limited, and may be an inkjet type, laser beam type, extrusion type, etc., but an extrusion type three-dimensional printer is preferable.
  • the nozzle for ejecting the model material ink (a) is different from the nozzle for ejecting the support material ink (b).
  • the model material ink (a) contains a photocrosslinkable polymer, and becomes gel-like when the photocrosslinkable polymer is crosslinked with light by the first crosslinking factor contained in the support material ink.
  • the photocrosslinkable polymer is not particularly limited, but includes, for example, a polymer obtained by bonding a polymer base material with a compound having a phenolic hydroxyl group, and a polymer having a (meth)acrylate group such as gelatin methacrylate. , amino group-containing polysaccharides, polyphenols, and the like.
  • the polymer base material has a photocrosslinkable functional group
  • it may be used as a photocrosslinkable polymer as is, or it may be combined with a compound having a phenolic hydroxyl group to introduce the photocrosslinkable functional group. May be used.
  • the polymer base material is not particularly limited and includes, for example, polysaccharides, nucleic acids, carbohydrates, proteins, polypeptides, poly( ⁇ -hydroxy acids), polylactones, polyamino acids, polyanhydrides, polyorthoesters, poly(anhydrous (co-imide), polyorthocarbonate, poly( ⁇ -hydroxyalkanoate), polydioxanone, polyphosphoester, polylactic acid, poly(L-lactide) (PLLA), poly(D,L-lactide) (PDLLA) , polyglycolic acid, polyglycolide (PGA), poly(lactide-co-glycolide) (PLGA), poly(L-lactide-co-D,L-lactide), poly(D,L-lactide-co-trimethylene) carbonate), polyhydroxybutyrate (PHB), poly( ⁇ -caprolactone), poly( ⁇ -valerolactone), poly( ⁇ -butyrolactone), polycaprolactone, poly(
  • Examples include polyalkylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyethyloxazoline, poly(ethylene oxide)-co-poly(propylene oxide) block copolymer, poly(ethylene terephthalate) polyamide, and salts of these polymer base materials.
  • polysaccharides examples include cellulose, hemicellulose, dextran, hyaluronic acid, chitin, chitosan, alginic acid, chondroitin sulfate, starch, pullulan, carrageenan, curdlan, fucoidan, amylose, amylopectin, pectin, and salts such as alkali metal salts thereof. , derivatives, etc.
  • examples of polysaccharide derivatives include carboxymethylcellulose, methylcellulose, deacetylated chitins, and deacetylated chitosans.
  • Proteins include simple proteins such as hard proteins such as albumin, globulin, prolamin, glutelin, histone, protamine, and fibroin, complex proteins such as nuclear proteins, glycoproteins, pigment proteins, and phosphoproteins, and derivatives such as gelatin, proteose, and peptone. Examples include proteins.
  • the salt of the polymer base material is not particularly limited, and includes acid addition salts, metal salts, ammonium salts, organic amine salts, and the like.
  • acid addition salts include inorganic acid salts such as hydrochloride, sulfate, and phosphate; organic acid salts such as acetate, maleate, fumarate, tartrate, and citrate.
  • metal salts include alkali metal salts such as sodium salts and potassium salts, alkaline earth metal salts such as calcium salts, magnesium salts, aluminum salts, zinc salts, and the like.
  • organic amine salts include salts of morpholine, piperidine, and the like.
  • polysaccharides and proteins are preferred because they are easily supplied and the properties of the three-dimensional structure obtained are good, and polysaccharides are more preferred.
  • polymer base material only one of the above-mentioned materials may be used, or two or more kinds thereof may be used in combination.
  • Compounds having a phenolic hydroxyl group include, but are not particularly limited to, the following general formula (1):
  • X 1 represents a hydroxyl group, an amino group, or a carboxylic acid (salt) group.
  • One or two of X 2 to X 6 represent a hydroxyl group, and the rest are hydrogen atoms or have a carbon number of 1.
  • ⁇ 6 represents an alkoxy group.
  • the two hydroxyl groups are preferably in the ortho or para positional relationship.
  • a compound represented by (representing a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms) is preferred.
  • a crosslinkable polymer having a phenolic hydroxyl group introduced into a polymer base material is easily crosslinked by a photoredox catalyst and a polymerization initiator, or by exposure to light in the presence of a photopolymerization initiator.
  • X 1 is preferably a carboxylic acid (salt) group or an amino group, more preferably an amino group, since it is easy to introduce a phenolic hydroxyl group into the polymer base material.
  • the said amino group is preferably a primary amino group or a secondary amino group.
  • the carboxylic acid (salt) group is preferably a carboxylic acid group, an alkali metal salt, or an alkaline earth metal salt of a carboxylic acid group.
  • the number of carbon atoms in the divalent hydrocarbon group represented by R is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 6.
  • the divalent hydrocarbon group represented by R includes, but is not particularly limited to, an alkylene group, an alkylalkylene group, and the like. Further, examples of the substituent that R may have include an amide group, an ester group, and an ether group.
  • X 1 is a hydroxyl group, it is an alcoholic hydroxyl group.
  • Examples of compounds having a phenolic hydroxyl group include compounds having one phenolic hydroxyl group such as tyramine, homovanillic acid, and derivatives thereof, and compounds having two phenolic hydroxyl groups such as catecholamines such as dopamine, noradrenaline, and adrenaline. Can be mentioned. Among these, from the viewpoint of crosslinking reactivity of the resulting crosslinkable polymer, compounds having one phenolic hydroxyl group are preferred, and tyramine and tyramine derivatives are more preferred.
  • tyramine hydrochloride (4-(2-aminoethyl)phenol hydrochloride, product number: T2879, manufactured by Sigma-Aldrich).
  • the method of bonding the polymer base material and the compound having a phenolic hydroxyl group is not particularly limited, but the compound having a phenolic hydroxyl group may have a functional group such as a carboxyl group, an amino group or an alcoholic hydroxyl group, Examples include a method of condensing a functional group such as an amino group, a carboxyl group, or a thiol group that the polymer base material may have using a condensing agent, and a method of condensing using glutamyl transferase.
  • the condensing agent is not particularly limited, but includes, for example, 1,1-carbonyldiimidazole, dicyclohexylcarbodiimide, 3-(3-dimethylaminopropyl)-1-ethylcarbodiimide hydrochloride (water-soluble carbodiimide: WSCD/HCl), etc. can be mentioned.
  • the polymeric base material used the compound having a phenolic hydroxyl group, the condensing agent and
  • the pH, concentration of polymer base material, reaction temperature, solvent, etc. can be selected as appropriate depending on the properties of glutamyl transferase.
  • the introduction rate (modification rate) of a compound having a phenolic hydroxyl group into a polymer base material is the ratio of condensation-reactive groups that have undergone a condensation reaction (modified) to the total number of condensation-reactive groups that the polymer base material has. From the viewpoint of achieving both gelation rate and hardness (not too hard) in a well-balanced manner, it is preferably 0.3 to 20 mol%, more preferably 1 to 10 mol%, based on 100 mol% of the condensation reaction group possessed by the polymer base material. .
  • amino group-containing polysaccharides and polyphenols can also be used.
  • amino group-containing polysaccharides include acetylated chitin and chitosan.
  • polyphenols include catechin compounds, anthocyanin compounds, rutin, and natural pigments.
  • Gelatin methacrylate is gelatin with a methacryloyl group introduced into the side chain, and when its aqueous solution is irradiated with light of a wavelength suitable for the photopolymerization initiator in the presence of a photopolymerization initiator, it forms a gel. Form.
  • the concentration of the photocrosslinkable polymer in the model material ink (a) is usually 0.1 to 30% by weight, preferably 0.5 to 20% by weight, and more preferably 0.75 to 10% by weight. If the concentration of the photocrosslinkable polymer is less than 0.1% by weight, the strength of the three-dimensional structure may not be sufficient, and if it exceeds 30% by weight, the viscosity of the ink for model materials will be high. If the ink is too high, the pressure at the time of ejection from the nozzle becomes high, which may affect the quality of the material of the model material ink (a).
  • the concentration of the crosslinkable polymer in the ink (a) for model materials is usually 0.1 to 30 w/v% (g/100 mL), and 0.5 to 20 w/v% (g/100 mL). Preferably, 0.75 to 10 w/v% (g/100 mL) is more preferable.
  • the ink for model material (a) further contains a second crosslinking factor.
  • the second crosslinking factor is a component that is involved in crosslinking the photocrosslinkable polymer together with the first crosslinking factor contained in the support material ink, but does not independently crosslink the photocrosslinkable polymer, such as photoredox.
  • Such as catalysts include ruthenium complexes such as tris(2,2'-bipyridyl)dichlororuthenium(II), and iridium complexes such as tris(2-phenylpyridine)iridium(III).
  • the content of the second crosslinking factor in the model material ink (a) is preferably 0.1 to 50 parts by weight, more preferably 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the photocrosslinkable polymer.
  • the concentration of the second crosslinking factor in the model material ink (a) is not particularly limited, but is preferably 0.01 mM or more and 1M or less. The concentration is more preferably 0.1mM or more, even more preferably 1mM or more, and particularly preferably 5mM or more.
  • the model material ink (a) preferably does not substantially contain a photopolymerization initiator so that photocrosslinking of the photocrosslinkable polymer does not proceed in the absence of the support material ink (b).
  • the content of the photopolymerization initiator in the model material ink (a) is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and even more preferably 0% by mass.
  • the model material ink (a) may contain other components in addition to the photocrosslinkable polymer and the second crosslinking factor.
  • Other components include various cells, solvents, chain transfer agents, plasticizers, pH adjusters, buffers, preservatives, solvents, ultraviolet absorbers, colorants, surfactants, and the like.
  • the solvent include water, phosphate buffered saline (PBS), and a mixture of water and an organic solvent.
  • PBS phosphate buffered saline
  • the organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include ethanol, glycerin, dimethyl sulfoxide, and the like.
  • Examples of animals from which cells are derived include mammals, birds, and reptiles, with mammals being preferred.
  • Examples of mammals include humans, pigs, cows, sheep, goats, rabbits, mice, rats, dogs, cats, and chickens, with humans being preferred.
  • Examples of cell types include epithelial cells, fibroblasts, chondrocytes, osteoblasts, smooth muscle cells, nerve cells, and stem cells.
  • the concentration of cells in the model material ink is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ 10 3 to 1 ⁇ 10 9 cells/mL, more preferably 1 ⁇ 10 4 to 1 ⁇ 10 7 cells/mL.
  • the model material ink (a) is preferably liquid at room temperature. Since it is liquid at room temperature, it can be easily discharged using a 3D printer or the like.
  • the viscosity of the model material ink (a) at 20° C. is not particularly limited, but is preferably 10 mPa ⁇ s or more, more preferably 20 mPa ⁇ s or more, and even more preferably 50 mPa ⁇ s or more. Further, the viscosity is preferably 100,000 mPa ⁇ s or less, more preferably 10,000 mPa ⁇ s or less, and even more preferably 2,000 mPa ⁇ s or less.
  • the production method of the present invention can sufficiently prevent the model material ink (a) before gelling from flowing out (dripping), so that a low-viscosity model material ink (a) can be suitably used.
  • a low-viscosity model material ink (a) can be suitably used.
  • the above viscosity is measured using a cone-plate type E-type viscometer at a rotation speed of 20 rpm.
  • the model material ink (a) can be produced by mixing the photocrosslinkable polymer described above, the second crosslinking factor, and other components as necessary.
  • the support material ink (b) may be one that maintains its shape through crosslinking and becomes a modeled object, but it is more convenient to use an ink that can maintain its shape by itself and directly becomes a modeled object. preferable.
  • the modeled object made of the support material ink (b) retains the shape of the model material ink (a) until the model material ink (a) is sufficiently gelled, and prevents the model material ink (a) from flowing out (liquid). This prevents dripping) and deformation of the model material ink (a) due to gravity. After the model material ink (a) is gelled, the model material ink (b) is removed by the method described below.
  • the support material included in the support material ink (b) is a polymer such as a natural polymer or a synthetic polymer.
  • the polymer include polysaccharides, nucleic acids, carbohydrates, proteins, polypeptides, polyamino acids, and polyesters.
  • Lactic acid polyalkylene oxides such as polyethylene oxide, polyalkylene imines such as polyethyleneimine, polyalkylene glycols such as polyvinylpyrrolidone and polyethylene glycol, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyglutamic acid, carboxyvinyl polymer, carboxymethylcellulose, methylcellulose, Examples include hydroxyethyl cellulose, albumin, gelatin, collagen, silk fibroin, polyvinyl alcohol, and salts of these polymers.
  • the above-mentioned polymers include polysaccharides, nucleic acids, carbohydrates, proteins, polypeptides, polyamino acids, polylactic acid, polyethylene oxide, polyethyleneimine, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyacrylic acid, polyglutamic acid, albumin, gelatin, collagen, polyvinyl Alcohols and salts of these polymers are preferred.
  • the salts of polysaccharides, proteins, and polymers are the same as the salts of polysaccharides, proteins, and polymers described above for the polymer base material.
  • the support material may be made by crosslinking the above-mentioned polymer with a crosslinking agent.
  • the support material is preferably one that does not harden upon irradiation with light. Specifically, it is preferable that it does not contain a photocrosslinkable polymer or a photocrosslinkable monomer.
  • polysaccharides include cellulose, hemicellulose, dextran, hyaluronic acid, chitin, chitosan, alginic acid, chondroitin sulfate, starch, pullulan, carrageenan, curdlan, fucoidan, amylose, amylopectin, pectin, and salts such as alkali metal salts thereof. , derivatives, etc.
  • the support material is preferably a water-soluble polymer or a water-dispersible polymer.
  • the solubility of the water-soluble polymer in 100 g of water at 20° C. is not particularly limited, but is preferably 1 g or more, more preferably 5 g or more.
  • the water-soluble polymer or the water-dispersible polymer forms an aqueous polymer gel, and the formed aqueous polymer gel aggregates or reduces its viscosity by interacting with an ionic compound.
  • the water-soluble polymer or water-dispersible polymer that forms a polymer aqueous gel that aggregates or reduces viscosity by interacting with an ionic compound is a hydrocarbon chain having an acid group such as a carboxylic acid group (e.g., polyacrylic acid).
  • the main chain is crosslinked with a crosslinking agent.
  • the crosslinking agent include, but are not limited to, allylsucrose, pentaerythritol, and the like. The ionic compound will be described later.
  • the concentration of the polymer in the support material ink (b) is preferably 0.1% by weight or more, and 0.3% by weight or more from the viewpoint of further improving the pseudoplasticity of the support material ink (b). It is more preferably 0.5% by weight or more, even more preferably 1.0% by weight or more. Further, the concentration of the polymer is preferably 30.0% by weight or less, more preferably 15.0% by weight or less, and even more preferably 10.0% by weight or less. In addition, when two or more kinds of polymers are contained in the support material ink (b), the above concentration means the total concentration of all the polymers contained in the support material ink.
  • the support material ink (b) further contains a first crosslinking factor.
  • the first crosslinking factor is a component that is involved in the crosslinking of a photocrosslinkable polymer, either alone or together with the second crosslinking factor contained in the ink for model materials and/or the ink for support materials, such as initiating polymerization. agents, etc.
  • SPS sodium peroxodisulfate
  • LAP lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate
  • diphenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphine oxide 2-hydroxy-4
  • polymerization initiators such as -(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone.
  • the content of the first crosslinking factor is preferably 0.1 to 50 parts by weight, more preferably 0.5 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the photocrosslinkable polymer.
  • the concentration of the first crosslinking factor in the support material ink (b) is not particularly limited, but is preferably 0.01 mM or more and 1M or less. The concentration is more preferably 0.1mM or more, even more preferably 1mM or more, and particularly preferably 5mM or more.
  • the support material ink (b) further contains a second crosslinking factor.
  • the second crosslinking factor are as described above.
  • the content of the second crosslinking factor in the support material ink (b) is preferably 0.1 to 50 parts by weight, more preferably 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the photocrosslinkable polymer.
  • the concentration of the second crosslinking factor in the support material ink (b) is not particularly limited, but is preferably 0.01 mM or more and 1M or less. The concentration is more preferably 0.1mM or more, even more preferably 1mM or more, and particularly preferably 5mM or more.
  • the support material ink (b) is substantially photocrosslinkable polymer or photocrosslinkable so that the support material ink alone is not photocrosslinked in order to easily remove the modeled object of the support material ink. Preferably, it does not contain any monomer.
  • the content of the photocrosslinkable polymer or photocrosslinkable monomer in the support material ink (b) is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, and even more preferably 0% by mass.
  • the support material ink (b) may contain other components in addition to the polymer as the support material and the first crosslinking factor.
  • Other components include humectants such as glycerol, pH adjusters such as alkali metal hydroxides and organic amines, preservatives, colorants, solvents, plasticizers, ultraviolet absorbers, and surfactants.
  • the solvent include water, phosphate buffered saline (PBS), and a mixture of water and an organic solvent.
  • PBS phosphate buffered saline
  • the organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include ethanol, glycerin, and the like.
  • the support material ink (b) is preferably liquid or gel-like at room temperature, and more preferably gel-like. Since it is gel-like at room temperature, it can be easily modeled using a 3D printer or the like.
  • the viscosity of the support material ink (b) at 20° C. at a shear rate of 0.01 (1/s) is preferably 10,000 mPa ⁇ s or more, and from the viewpoint of being able to maintain its shape by itself, the viscosity is 100,000 mPa. ⁇ s or more is more preferable, and 500000 mPa ⁇ s or more is even more preferable. Further, the upper limit of the viscosity is not particularly limited, but is usually 10,000,000 mPa ⁇ s or less.
  • the viscosity of the support material ink (b) at 20° C. at a shear rate of 10 (1/s) is preferably 10 mPa ⁇ s or more, more preferably 100 mPa ⁇ s or more, and even more preferably 1000 mPa ⁇ s or more. Further, the upper limit of the viscosity is not particularly limited, but is usually less than 10,000 mPa ⁇ s.
  • the above viscosity is a value measured using a viscosity/viscoelasticity measuring device manufactured by Thermo Fisher Scientific.
  • the ratio of the viscosity at a shear rate of 0.01 (1/s) to the viscosity at a shear rate of 10 (1/s) at 20°C of the support material ink (b) is preferably 5 or more, more preferably 10 or more. It is preferably 20 or more, more preferably 50 or more. As a result, the support material ink (b) has better pseudoplasticity.
  • the support material ink (b) can be manufactured by mixing the polymer, the first crosslinking factor, and other components as necessary.
  • the conditions during mixing are not particularly limited.
  • a three-dimensional printer is usually used to eject the model material ink (a) and the support material ink (b), respectively, to form a layer, and this process is repeated.
  • Stack By contacting the ejected model material ink (a) and the ejected support material ink (b), the ejected first crosslinking factor alone or together with the second crosslinking factor has photocrosslinkability.
  • the polymer is cross-linked to form a model material ink (a).
  • the first crosslinking factor or the first crosslinking factor and the second crosslinking factor contained in the ejected support material ink (b) are supplied to the ejected model material ink (a). .
  • ionic crosslinking, photocrosslinking, enzymatic crosslinking, temperature change, etc. may contribute to crosslinking of the crosslinkable polymer.
  • the model material ink and the first support material ink are The support material may be manufactured by discharging a second support material ink.
  • the ink for the second support material may be ejected in advance to create a three-dimensional object (container or outer frame), or only one part of the three-dimensional object (container or outer frame) may be created and the remaining part , the model material ink and the first support material ink may be ejected together. Alternatively, all may be produced at the same time.
  • the three-dimensional structure (container or outer frame) produced using the second support material ink serves as a support for the model material ink and the first support material ink. It is possible to more fully prevent the support material ink from collapsing, and it is also possible to produce a three-dimensional structure with a higher height, if desired. Further, such a second support material ink may not contain the first crosslinking factor, and the first support material ink may be replaced with such a second support material ink. By reducing the ejection amount of the support material ink, it is also possible to save the usage amount of the first crosslinking factor contained in the first support material ink.
  • the second support material included in the second support material ink is not particularly limited as long as it serves as a support for the model material ink and/or the support material ink, and the second support material ink contained in the support material ink (b ), glass, resin, etc. can be used.
  • the objects formed from the second support material ink can be removed in the same way as the objects formed from the first support material ink.
  • the ink for the model material may be in contact with a shaped object, a part or all of which is made up of the second support material.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the step of producing a three-dimensional structure by further using the second support material ink in the method for producing a three-dimensional structure of the present invention.
  • FIG. 11A schematically shows how the second support material ink 11s is ejected from the nozzle 13a of the three-dimensional printer.
  • FIG. 11(b) schematically shows how the first support material ink 11 is ejected from the nozzle 13b of the three-dimensional printer.
  • FIG. 11C schematically shows how the model material ink 12 is ejected from the nozzle 13c of the three-dimensional printer.
  • the nozzle 13a, the nozzle 13b, and the nozzle 13c may be the same nozzle, but are preferably different from each other.
  • the second support material ink 11s is discharged, the first support material ink 11 is discharged at a position surrounded by the second support material ink 11s, and the first support material ink 11 is One layer is formed by discharging the model material ink 12 at the surrounded position, and this is repeated to form a laminated structure.
  • the ejected second support material ink 11s has a thin wall shape with flat inner and outer peripheral parts, and The support material ink 11 is contacted and supported, and the ejected model material ink 12 is also indirectly supported.
  • an ink that can form a hard model as the second support material ink 11s, it is possible to more fully prevent the model material ink 12 and the first support material ink 11 from collapsing during gelation. can. Further, if desired, a three-dimensional structure with a higher height can be produced.
  • FIG. 11(d) shows, as in FIG. 1(c), that after gelation of the model material ink 12 is completed, the obtained model is immersed in the removal solution 15, and the first support material ink is removed.
  • 11 shows a step of removing the molded object of No. 11 and the molded object of the second support material ink 11s. This step will be described later.
  • the ink for the second support material is ejected in a stepped manner in which the inner circumference expands downward, and a portion of the ink for the first support material is ejected into the second ink in contrast to the case of FIG. It is being replaced with ink for support materials.
  • the model material ink 22 and the first support material ink 21 are prevented from gelling. It is possible to reduce the ejection amount of the first support material ink 21 and save the amount of the first crosslinking factor while more fully preventing the ink from collapsing during the process.
  • FIG. 13 is the same as the schematic diagram shown in FIG. 12 except that the ejection range of the second support material ink 31s has been changed as shown in FIG. Below, only the parts different from FIG. 12 will be explained.
  • the second support material ink is shaped so that the outer periphery thereof is stepped in accordance with the shapes of the ejected model material ink 32 and the ejected first support material ink 31. The amount of ink for the second support material to be ejected can also be reduced compared to FIG. 12.
  • the first crosslinking factor, or the first crosslinking factor and the second crosslinking factor which have moved from the support material ink to the model material ink layer, react with the photocrosslinkable polymer by irradiation with light. and harden.
  • light include visible light, ultraviolet light, X-rays, and electron beams.
  • the removing step is not particularly limited as long as a model material ink (a) is obtained by removing the model material ink (b), but for example, the model material ink (b) model material is removed. This is preferably carried out by immersing and/or washing in a solution for removing the modeled object of the support material ink (b).
  • the removing step is preferably carried out under mild conditions, for example, at a temperature of 10 to 40°C, from the viewpoint of reducing the influence of the ink for model materials (a) on the modeled object (three-dimensional model). It is preferable to do so. Further, the pH of the removal solution at 20° C.
  • the shaped object of the support material ink consists of the remaining components such as the support material (polymer) after the first crosslinking factor is supplied from the support material ink to the model material ink.
  • the modeled object of the support material ink (b) and the modeled object of the second support material ink are prepared using different methods. However, it is preferable to remove the shaped objects of the second support material ink together with the shaped objects of the support material ink (b) in the above-mentioned removing step.
  • the support material is a water-soluble polymer or a water-dispersible polymer
  • water or an aqueous solution can be used as the removal solution.
  • a removal solution may be used.
  • an aqueous solution of an ionic compound can be particularly preferably used.
  • a water-soluble polymer or water-dispersible polymer interacts with an ionic compound, it means that the aqueous polymer gel aggregates or its viscosity decreases as a result of the contact between the water-soluble polymer or water-dispersible polymer and the ionic compound.
  • examples thereof include those that react (chemically react) with ionic compounds.
  • a degrading enzyme can be used, and by using culture medium, buffer, physiological saline, water, etc. after enzymatic treatment, support material ink can be Models can be removed. If the support material undergoes a phase transition depending on the temperature, the phase transition can be caused by heating or cooling, and after the phase transition, the shaped objects of the support material ink can be removed by using water or an aqueous solution. .
  • Ionic compounds include polyvalent metal salts such as calcium, zinc, magnesium, barium, strontium, copper, iron, aluminum, cobalt, and the like. Among them, calcium chloride, calcium hydroxide, calcium carbonate, and calcium lactate are preferred, and calcium chloride is more preferred.
  • the concentration of the ionic compound in the removal solution is preferably 1 mM or more, more preferably 10 mM or more.
  • the concentration is preferably 2M or less, more preferably 0.2M or less.
  • Degradative enzymes include, but are not limited to, cellulase, amylase, dextranase, carraginase, alginate lyase, hyaluronidase, chitinase, and chitosanase.
  • the concentration of the degrading enzyme in the removal solution is preferably 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.1 to 1% by weight.
  • the model material is sufficiently gelled.
  • the method may include a step of allowing the discharged model material ink and support material ink to stand still.
  • the three-dimensional model obtained using the manufacturing method of the present invention can be made of, for example, a complex-shaped three-dimensional model made of soft material, and is particularly suitable as an artificial organ in the field of regenerative medicine. It can be used for Note that the shape of the three-dimensional structure is not particularly limited, but it is also suitable for a three-dimensional structure having a bridge portion and/or a hole. The dimensions of the three-dimensional structure can be set as appropriate.
  • the present invention is characterized by comprising (a) an ink for a model material containing a photocrosslinkable polymer, and (b) an ink for a support material containing a support material and a first crosslinking factor.
  • the photocrosslinkable polymer, support material, first crosslinking factor, and other components are as described above.
  • the three-dimensional structure of the present invention can be suitably manufactured using the ink set for producing a three-dimensional structure of the present invention.
  • Production example 1 preparation of ink 1 for model material 10 g of sodium hyaluronate (manufactured by Fuji Medici Co., Ltd.) was dissolved in 1 L of 0.1 M 2-morpholinoethanesulfonic acid, monohydrate (MES) buffer (pH 5.8). Further, a solution of 0.56 g of tyramine hydrochloride, 1.43 g of water-soluble carbodiimide (WSCD/HCl), and 0.43 g of N-hydroxysuccinimide (NHS) dissolved in 10 mL of purified water was added, and the mixture was heated to room temperature for 22 hours. Stir for hours. The resulting reaction mixture was filtered using ultrafiltration and freeze-dried in vacuum to produce HYA-Ph (phenolic hydroxyl group modification rate: 2.9 mol%, Mw: 300,000).
  • HYA-Ph phenolic hydroxyl group modification rate: 2.9 mol%, Mw: 300,000
  • Production example 2 preparation of ink 1 for support material 4 mL of Projelly (manufactured by Gex Co., Ltd., high viscosity type) was dispensed, and 9.524 mg of sodium peroxodisulfate (SPS, MW238.10) was added to prepare support material ink 1 containing 10 mM SPS.
  • SPS sodium peroxodisulfate
  • Production example 3 (preparation of ink 2 for model material) 20 mg of HYA-Ph produced in Production Example 1 was weighed out, and 2.0 mL of phosphate buffered saline PBS was added to dissolve it. 3.0 mg of tris(2,2'-bipyridyl)dichlororuthenium (II) hexahydrate (molecular weight 640.53 (anhydrous), 748.62 (hexahydrate)) and sodium peroxodisulfate (SPS, MW 238) Weighed 4.8 mg of each of .10) and added them to the HYA-Ph solution to prepare a model with a Ru 2+ concentration of 2.0 mmol/L, an SPS concentration of 10.0 mmol/L, and a HYA-Ph concentration of 1.0 w/v%. Material ink 2 was produced.
  • Production example 4 preparation of ink 3 for model material
  • a solution of gelatin (Sigma) dispersed at 10 (w/v)% in phosphate buffered saline was heated to 50°C to dissolve the gelatin, and then methacrylic anhydride was added to the gelatin.
  • the mixture was added in an amount of 60% of the total mass, and stirred for 1 hour. Thereafter, it was placed in a dialysis membrane (molecular weight cut off 10,000 to 20,000) and dialyzed against purified water at 40°C for 3 days. After the dialysis was completed, gelatin methacrylate was obtained by freeze-vacuum drying.
  • Production example 5 (preparation of ink 2 for support material) Ink for support material containing 1 w/v% LAP by dispensing 4 mL of Projelly (high viscosity type, manufactured by Gex Co., Ltd.) and adding 40 mg of LAP (lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoyl phosphinate). 2 was produced.
  • Projelly high viscosity type, manufactured by Gex Co., Ltd.
  • LAP lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoyl phosphinate
  • Production example 6 (preparation of ink 3 for support material) In Production Example 5, LAP-free support material ink 3 was produced in the same manner as Production Example 5 except that LAP was not added.
  • Production example 7 (preparation of ink 4 for model material) Weigh out 100 mg of gelatin methacrylate, add 5 mg of fluorescent particles (fluorescent powder, product number: MB-8502, manufactured by Matsuno Kogyo Co., Ltd.) and 2.0 mL of phosphate buffered saline (PBS), and dissolve to give a concentration of 1 w/v%. LAP was added to prepare model material ink 4 having a gelatin methacrylate concentration of 5 w/v%.
  • fluorescent particles fluorescent powder, product number: MB-8502, manufactured by Matsuno Kogyo Co., Ltd.
  • PBS phosphate buffered saline
  • Production example 8 (preparation of ink 5 for model material) Modified polyvinyl alcohol (3.3 (w/v)%) was added to 0.1M 2-morpholinoethanesulfonic acid, monohydrate (MES) buffer (pH 6.0). A solution in which AF-17 (manufactured by Nippon Ace Vine & Poval Co., Ltd.) was dissolved was heated at 120° C. for 15 minutes. After cooling to room temperature, tyramine hydrochloride, water-soluble carbodiimide (WSCD HCl) and N-hydroxysuccinimide (NHS) were added to 3.3, 3.3, and 1.0 (w/v)%, respectively. The mixture was stirred at 40°C for 20 hours.
  • MES 2-morpholinoethanesulfonic acid, monohydrate
  • Production example 9 preparation of ink 6 for model material 10 g of gelatin (manufactured by Gelice Co., Ltd.) was dissolved in 500 mL of 0.05 M 2-morpholinoethanesulfonic acid, monohydrate (MES) buffer (pH 6.0). Further, a solution of 1.84 g of tyramine hydrochloride, 1.85 g of water-soluble carbodiimide (WSCD/HCl), and 0.57 g of N-hydroxysuccinimide (NHS) dissolved in 5 mL of purified water was added, and the mixture was heated to room temperature for 20 min. Stir for hours.
  • MES 2-morpholinoethanesulfonic acid, monohydrate
  • WSCD/HCl water-soluble carbodiimide
  • NHS N-hydroxysuccinimide
  • Production example 10 (preparation of ink 7 for model material) Dissolve 10 g of sodium alginate (manufactured by Maikono Kohara Co., Ltd.) in 600 mL of 0.05 M 2-morpholinoethanesulfonic acid, monohydrate (MES) buffer (pH 6.0). Ta. Furthermore, after adding a solution of 0.57 g of tyramine hydrochloride, 2.90 g of water-soluble carbodiimide (WSCD/HCl) and 0.87 g of N-hydroxysuccinimide (NHS) dissolved in 10 mL of purified water, Stir for hours.
  • WSCD/HCl water-soluble carbodiimide
  • NHS N-hydroxysuccinimide
  • Example 1 Using a three-dimensional printer (product name: BIO While discharging each layer to form a layer, this was repeated and laminated to produce a hexagonal cylinder having a thickness of 1 mm, a height of 5 mm, and a side length of 6 mm as a three-dimensional object.
  • the wavelength of the exposing light is 450 nm, and the light intensity is about 60,000 lux.
  • the obtained model was immersed in a calcium chloride solution (concentration 100 mM) to remove the support material ink model.
  • Comparative example 1 A three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 1 except that the model material ink 2 produced in Production Example 3 was used and the support material ink was not used.
  • FIG. 5 shows a photograph of the three-dimensional structure produced. Even at a low concentration of 1w/v%, which is not suitable for three-dimensional objects, when using support material ink containing a crosslinking factor, it is possible to create three-dimensional objects that are faithful to the original data, as shown in Example 1. I was able to create one. On the other hand, when a model material ink containing the first crosslinking factor was used and no support material was used, the top surface of the structure became uneven and the ink did not adhere well, as shown in Comparative Example 1. It was not possible to obtain a structure. The gelation time of the solution without a support material was quite short, and the result was that the linear structure appeared to have collapsed.
  • Example 2 Using a three-dimensional printer (product name: BIO While discharging each layer to form a layer, this was repeated and laminated to produce a hexagonal cylinder having a thickness of 1 mm, a height of 5 mm, and a side length of 6 mm as a three-dimensional object.
  • the wavelength of the exposing light is 450 nm, and the light intensity is about 60,000 lux.
  • the obtained model was immersed in a calcium chloride solution (concentration 100 mM) to remove the support material ink model.
  • Example 2 a three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 2, except that the support material ink 3, which did not contain LAP and was produced in Production Example 6, was used as the support material ink.
  • Example 2 a three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 2, except that the support material ink was not used and the model material ink 4 containing LAP produced in Production Example 7 was used.
  • FIG. 6 shows a photograph of the three-dimensional structure produced.
  • Example 2 even at a low concentration of 5 w/v%, which is not suitable for three-dimensional objects, when using a support material ink containing a crosslinking factor, it is possible to create three-dimensional objects that are faithful to the original data. I was able to create one.
  • Comparative Example 2 in which none of the inks contained LAP, polymerization did not start and a three-dimensional structure could not be obtained.
  • Example 3 The three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 1, except that ink 5 produced in Production Example 8 was used as the model material ink, and the SPS concentration of support material ink 1 produced in Production Example 2 was changed to 8mM. was created.
  • Example 4 The three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 1, except that ink 6 produced in Production Example 9 was used as the model material ink, and the SPS concentration of support material ink 1 produced in Production Example 2 was changed to 8mM. was created.
  • Example 5 The three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 1, except that Ink 7 produced in Production Example 10 was used as the ink for model materials, and the SPS concentration of Ink 1 for support materials produced in Production Example 2 was changed to 8mM. was created.
  • Example 3 uses model material ink 5 containing modified polyvinyl alcohol
  • Example 4 uses model material ink 6 containing gelatin
  • model material ink 7 contains alginic acid.
  • Example 1 which used the ink for model materials containing hyaluronic acid, it was possible to produce a modeled object with very good modeling accuracy in Example 5.
  • Example 6 Mouse fibroblast 10T1/2 cells were dispersed at 1 ⁇ 10 5 cells/mL in model material ink 1 prepared in Production Example 1, and the resulting cell-containing model material ink and support material prepared in Production Example 2 A three-dimensional structure (thickness: 1 mm, height: 1 mm, hexagonal tube with side length: 6 mm) was produced in the same manner as in Example 1 using the ink.
  • the modeled object containing cells was immersed for 10 minutes in phosphate buffered saline (pH 7.4) containing a living cell staining reagent Calcein-AM and a dead cell staining reagent PI at 1 ⁇ g/mL for staining.
  • phosphate buffered saline pH 7.4
  • a living cell staining reagent Calcein-AM a living cell staining reagent Calcein-AM
  • a dead cell staining reagent PI at 1 ⁇ g/mL for staining.
  • a photograph taken of the results is shown in FIG.
  • the cell survival rate was 85% and maintained a high value.

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Abstract

例えばソフトマテリアルからなる複雑な形状の三次元造形物を製造する場合であっても、良好な造形精度で三次元造形物を製造できる三次元造形物の製造方法および三次元造形物作製用インクセットを提供する。 （ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インクを、それぞれ吐出する工程、吐出された光架橋性高分子を光硬化させる工程、ならびに、サポート材用インクの造形物を除去する工程を含む三次元造形物の製造方法に関する。

Description

三次元造形物の製造方法および三次元造形物作製用インクセット
本発明は、三次元造形物の製造方法および三次元造形物作製用インクセットに関し、特に、再生医療の分野などで、ソフトマテリアルからなる複雑な形状の三次元造形物を製造する場合に適した三次元造形物の製造方法に関する。
三次元プリンタと呼ばれる造形装置を使用して三次元造形物を製造する技術が、種々の分野で実用化を目指して研究されている。例えば再生医療の分野では、人工臓器などとして使用するために、ソフトマテリアルからなる、ブリッジ部位や穴がある複雑な形状の三次元造形物を製造することが求められている。三次元プリンタを用いて、バイオインクからこのような三次元造形物を製造しようとすると、バイオインクが流出（液だれ）してゲル化前に崩壊したり、重力による変形が起こったりするため、造形精度の向上が求められている。
特許文献１には、再生医療などの分野への応用を目指し、天然高分子および／または合成高分子を含む３Ｄプリンティングシステム用インクにシルクナノファイバーを添加することで、ノズルからの吐出時には粘度が低く、吐出時の圧力を低くすることができ、且つ、プリント後の基板上では粘度が高く、造形物の変形を充分に防止できることが開示されている。一方、材料範囲の更なる拡大、新たな三次元造形物の製法の開発が望まれるところである。
特開２０２０－１５６３５７号公報
本発明は、例えばソフトマテリアルからなる複雑な形状の三次元造形物を製造する場合であっても、良好な造形精度で三次元造形物を製造できる三次元造形物の製造方法および三次元造形物作製用インクセットを提供することを目的とする。
本発明者らは、種々検討したところ、光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、サポート材と架橋因子を含むサポート材用インクを、それぞれ吐出した後に、吐出された光架橋性高分子を光硬化させ、サポート材用インクの造形物を除去して三次元造形物を造形すると、例えばソフトマテリアルからなる複雑な形状の三次元造形物を作製する場合であっても、良好な造形精度で三次元造形物を製造できることを見出した。
すなわち、本発明（１）は、（ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インクを、それぞれ吐出する工程、
吐出された光架橋性高分子を光硬化させる工程、ならびに、
サポート材用インクの造形物を除去する工程
を含む三次元造形物の製造方法である。
本発明（２）は、前記モデル材用インク（ａ）が、さらに第２の架橋因子を含む本発明（１）に記載の三次元造形物の製造方法である。
本発明（３）は、前記モデル材用インク（ａ）が、実質的に光重合開始剤を含まない本発明（１）または（２）に記載の三次元造形物の製造方法である。
本発明（４）は、前記サポート材用インク（ｂ）が、実質的に光架橋性高分子または光架橋性モノマーを含まない本発明（１）～（３）のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法である。
本発明（５）は、前記サポート材用インク（ｂ）が、さらに第２の架橋因子を含む本発明（１）～（４）のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法である。
本発明（６）は、前記サポート材が、水溶性高分子又は水分散性高分子である本発明（１）～（５）のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法である。
本発明（７）は、前記水溶性高分子又は水分散性高分子が、イオン性化合物と作用して凝集または粘度低下する水性ゲルを形成する水溶性高分子又は水分散性高分子であり、サポート材用インクの造形物を除去する工程において、イオン性化合物を作用させて前記サポート材用インク（ｂ）の造形物を除去する本発明（６）に記載の三次元造形物の製造方法である。
本発明（８）は、（ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、
（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インク
からなる三次元造形物作製用インクセットである。
本発明（９）は、前記サポート材用インク（ｂ）が、イオン性化合物と作用して凝集または粘度低下する水性ゲルを形成する水溶性高分子又は水分散性高分子を含む本発明（８）に記載の三次元造形物作製用インクセットである。
本発明によれば、例えばソフトマテリアルからなる複雑な形状の三次元造形物を製造する場合であっても、光照射により三次元造形物を良好な造形精度で製造することができる。
本発明の三次元造形物の製造方法によって、ブリッジ部位を有する三次元造形物を作製する工程を説明するための模式図である。 製造例２で作製したサポート材用インクのせん断速度に対する粘度を示すグラフである。 製造例２で使用したプロゼリーに、イオン性化合物と作用させた際に、白色沈殿が生じる様子を示す写真である。 製造例２で使用したプロゼリーをＤＭＥＭ培地（ダルベッコ改変イーグル培地）に配合して細胞を増殖させ、細胞の成長を観察した写真である。 実施例１と比較例１で作製した三次元造形物を撮影した写真である。 実施例２と比較例２～３で作製した三次元造形物を撮影した写真である。 実施例３で作製した三次元造形物を撮影した写真である。 実施例４で作製した三次元造形物を撮影した写真である。 実施例５で作製した三次元造形物を撮影した写真である。 実施例６で作製し、培養した三次元造形物を撮影した写真である。 本発明の三次元造形物の製造方法において、第二のサポート材用インクをさらに用いて三次元造形物を作製する工程を説明するための模式図である。 図１１に示した工程の別の一例を説明するための模式図である。 図１１に示した工程のさらに別の一例を説明するための模式図である。
＜＜三次元造形物の製造方法＞＞
本発明の、三次元造形物の製造方法は、（ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インクを、それぞれ吐出する工程、吐出された光架橋性高分子を光硬化させる工程、ならびに、サポート材用インクの造形物を除去する工程を含むことを特徴とする。
以下に、図１を参照しながら、本発明の三次元造形物の製造方法を簡単に説明する。図１は、本発明の三次元造形物の製造方法によって、ブリッジ部位を有する三次元造形物を作製する工程を説明するための模式図である。図１（ａ）は、三次元プリンタのノズル３ａからサポート材用インク１を吐出する様子を模式的に示す。図１（ｂ）は、三次元プリンタのノズル３ｂからモデル材用インク２を吐出する様子を模式的に示す。なお、ノズル３ａとノズル３ｂは、同一のノズルであってもよいが、異なるものであることが好ましい。ここで、サポート材用インク１を吐出し、次いで、サポート材用インク１で囲まれる位置にモデル材用インク２を吐出して１つの層を形成することができ、これを繰り返して積層構造とする。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、吐出されたサポート材用インク１と吐出されたモデル材用インク２は接している。例えば、サポート材用インク１がサポート材とともに第１の架橋因子を含む場合、吐出されたサポート材用インク１から吐出されたモデル材用インク２に第１の架橋因子が供給され、吐出されたモデル材用インク２中の光架橋性高分子を光により架橋し、モデル材用インク２をゲル化する。図１（ｃ）では、モデル材用インク２のゲル化が完了した後、得られた造形物を、サポート材用インク１の造形物の除去溶液５に浸漬し、サポート材用インク１の造形物を除去する工程を示している。サポート材用インク１の造形物を除去することで、ブリッジ部位２ａや穴２ｂがある複雑な形状の三次元造形物２Ａ（モデル材用インクの造形物）の作製も可能となる。
本発明の三次元造形物の製造方法ではビーカー、シャーレ等の円筒形状の容器、角筒形状の容器、その他の各種形状の容器中にモデル材用インク及びサポート材用インクを吐出して三次元造形物を作製してもよい。容器の内壁がモデル材用インク及び／又はサポート材用インクの支持体となるため、より高さの高い造形物を作製することができる。なお、容器の材質は、モデル材用インク及び／又はサポート材用インクの支持体となるものである限り特に限定されず、ガラス、樹脂等からなるものを使用できる。また、容器は三次元造形により製造されたものでもよい。
＜（ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インクを、それぞれ吐出する工程＞
吐出する工程では、例えば、三次元プリンタのノズルから、基板上などの目的箇所に、モデル材用インク（ａ）および（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インクを吐出する。インクを吐出する工程で三次元プリンタを用いる場合、三次元プリンタは、特に限定されず、インクジェット式、レーザー光式、押し出し式などのいずれであってもよいが、押し出し式の三次元プリンタが好ましい。モデル材用インク（ａ）を吐出するノズルは、サポート材用インク（ｂ）を吐出するノズルと異なることが好ましい。
（（ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク）
モデル材用インク（ａ）は、光架橋性高分子を含み、サポート材用インクに含まれる第１の架橋因子によって光架橋性高分子が光により架橋することで、ゲル状となるものである。光架橋性高分子としては、特に限定されないが、例えば、高分子基材と、フェノール性水酸基を有する化合物とを結合させて得られる高分子、ゼラチンメタクリレート等の（メタ）アクリレート基を有する高分子、アミノ基含有多糖類、ポリフェノール類などが挙げられる。高分子基材が光架橋性官能基を有する場合は、そのまま光架橋性高分子として使用してもよいし、さらにフェノール性水酸基を有する化合物などと結合させて光架橋性官能基を導入して使用してもよい。
高分子基材としては、特に限定されず、例えば、多糖類、核酸、炭水化物、タンパク質、ポリペプチド、ポリ（α－ヒドロキシ酸）、ポリラクトン、ポリアミノ酸、ポリ無水物、ポリオルトエステル、ポリ（無水物－ｃｏ－イミド）、ポリオルトカーボネート、ポリ（α－ヒドロキシアルカノエート）、ポリジオキサノン、ポリホスホエステル、ポリ乳酸、ポリ（Ｌ－ラクチド）（ＰＬＬＡ）、ポリ（Ｄ，Ｌ－ラクチド）（ＰＤＬＬＡ）、ポリグリコール酸、ポリグリコリド（ＰＧＡ）、ポリ（ラクチド－ｃｏ－グリコリド）（ＰＬＧＡ）、ポリ（Ｌ－ラクチド－ｃｏ－Ｄ，Ｌ－ラクチド）、ポリ（Ｄ，Ｌ－ラクチド－ｃｏ－トリメチレンカーボネート）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリ（ε－カプロラクトン）、ポリ（δ－バレロラクトン）、ポリ（γ－ブチロラクトン）、ポリカプロラクトン、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリカルボン酸、ポリアリルアミン塩酸塩、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリエチレンイミンなどのポリアルキレンイミン、ポリプロピレンフマレート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンなどのポリアルキレン、ポリメチルメタクリレート、炭素繊維、ポリエチレングリコールなどのポリアルキレングリコール、ポリエチレンオキシドなどのポリアルキレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチルオキサゾリン、ポリ（エチレンオキシド）－ｃｏ－ポリ（プロピレンオキシド）ブロック共重合体、ポリ（エチレンテレフタレート）ポリアミド、これら高分子基材の塩などが挙げられる。
多糖類としては、例えば、セルロース、ヘミセルロース、デキストラン、ヒアルロン酸、キチン、キトサン、アルギン酸、コンドロイチン硫酸、澱粉、プルラン、カラギーナン、カードラン、フコイダン、アミロース、アミロペクチン、ペクチン、これらのアルカリ金属塩等の塩、誘導体などが挙げられる。なお、多糖類の誘導体としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、脱アセチル化キチン類、脱アセチル化キトサン類などが挙げられる。
タンパク質としては、アルブミン、グロブリン、プロラミン、グルテリン、ヒストン、プロタミン、フィブロイン等の硬タンパク質などの単純タンパク質、核タンパク質、糖タンパク質、色素タンパク質、リンタンパク質などの複合タンパク質、ゼラチン、プロテオース、ペプトンなどの誘導タンパク質などが挙げられる。
高分子基材の塩における塩は、特に限定されず、酸付加塩、金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩などが挙げられる。酸付加塩としては、例えば、塩酸塩、硫酸塩、リン酸塩などの無機酸塩；酢酸塩、マレイン酸塩、フマル酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩などの有機酸塩が挙げられる。金属塩としては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、カルシウム塩などのアルカリ土類金属塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、亜鉛塩などが挙げられる。有機アミン塩としては、例えば、モルホリン、ピペリジンなどの塩が挙げられる。
高分子基材としては、中でも、多糖類、タンパク質が、容易に供給されること、得られる三次元造形物の特性が良好なことから好ましく、多糖類がより好ましい。上記高分子基材は、上述したものの１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
フェノール性水酸基を有する化合物としては、特に限定されないが、下記一般式（１）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
  
（式中、Ｘ１は、水酸基、アミノ基、または、カルボン酸（塩）基を表す。Ｘ２～Ｘ６のうち１つまたは２つは、水酸基を表し、残りは水素原子または炭素数１～６のアルコキシ基を表す。Ｘ２～Ｘ６のうち２つが水酸基を表す場合、２つの水酸基はオルトまたはパラ位の位置関係にあることが好ましい。Ｒは、置換基を有していてもよい炭素数１～１０の二価の炭化水素基を表す。）で表される化合物が好ましい。高分子基材にフェノール性水酸基を導入した架橋性高分子は、光レドックス触媒および重合開始剤、または光重合開始剤の存在下で露光することにより容易に架橋する。Ｘ１は、フェノール性水酸基を高分子基材へ導入しやすいことから、カルボン酸（塩）基またはアミノ基が好ましく、アミノ基がより好ましい。なお、上記アミノ基は、第１級アミノ基又は第２級アミノ基が好ましい。上記カルボン酸（塩）基としては、カルボン酸基、カルボン酸基のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩が好ましい。また、Ｒが表す二価の炭化水素基の炭素数は、１～８が好ましく、１～６がより好ましい。Ｒが表す二価の炭化水素基としては、特に限定されないが、アルキレン基、アルキルアルキレン基などが挙げられる。また、Ｒが有してもよい置換基としては、例えばアミド基、エステル基、エーテル基などが挙げられる。なお、Ｘ１は、水酸基である場合、アルコール性水酸基である。
フェノール性水酸基を有する化合物として、例えば、チラミン、ホモバニリン酸、これらの誘導体類などのフェノール性水酸基を１つ有する化合物、ドーパミン、ノルアドレナリン、アドレナリンなどのカテコールアミン類などのフェノール性水酸基を２つ有する化合物が挙げられる。これらの中でも、得られる架橋性高分子の架橋反応性の観点から、フェノール性水酸基を１つ有する化合物が好ましく、チラミン、チラミン誘導体類がより好ましい。
フェノール性水酸基を有する化合物としては、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、チラミン塩酸塩（４－（２－アミノエチル）フェノール・塩酸塩、製品番号：Ｔ２８７９、シグマアルドリッチ社製）などが挙げられる。
高分子基材とフェノール性水酸基を有する化合物との結合方法は、特に限定されないが、フェノール性水酸基を有する化合物が有していてもよいカルボキシル基、アミノ基またはアルコール性水酸基などの官能基と、高分子基材が有していてもよいアミノ基、カルボキシル基またはチオール基などの官能基とを縮合剤を用いて縮合する方法、グルタミルトランスフェラーゼを用いて縮合する方法などが挙げられる。
縮合剤としては、特に限定されないが、例えば、１，１－カルボニルジイミダゾール、ジシクロヘキシルカルボジイミド、３－（３－ジメチルアミノプロピル）－１－エチルカルボジイミド・塩酸塩（水溶性カルボジイミド：ＷＳＣＤ・ＨＣｌ）などが挙げられる。高分子基材およびフェノール性水酸基を有する化合物を、縮合剤を用いて縮合する方法、グルタミルトランスフェラーゼを用いて縮合する方法においては、使用する高分子基材、フェノール性水酸基を有する化合物、縮合剤やグルタミルトランスフェラーゼの性質に合わせて適宜、ｐＨ、高分子基材の濃度、反応温度、溶媒などを選択できる。
高分子基材に対するフェノール性水酸基を有する化合物の導入率（修飾率）は、高分子基材が有する縮合反応基の全体における、縮合反応した（修飾された）縮合反応基の割合である。ゲル化速度と硬度（硬すぎないこと）をバランス良く両立する観点からは、高分子基材が有する縮合反応基１００ｍｏｌ％に対して０．３～２０ｍｏｌ％が好ましく、１～１０ｍｏｌ％がより好ましい。
光架橋性高分子としては、アミノ基含有多糖類、ポリフェノール類も使用できる。アミノ基含有多糖類としては、例えば、アセチル化キチン、キトサンなどが挙げられる。また、ポリフェノール類としては、例えば、カテキン類化合物、アントシアニン類化合物、ルチン、天然色素などが挙げられる。
ゼラチンメタクリレート（ゼラチンメタクリロイル）とは、ゼラチンの側鎖にメタクリロイル基を導入したものであり、その水溶液は光重合開始剤存在下で、その光重合開始剤に適した波長の光を照射するとゲルを形成する。
モデル材用インク（ａ）中の光架橋性高分子の濃度は、通常０．１～３０重量％であり、０．５～２０重量％が好ましく、０．７５～１０重量％がより好ましい。光架橋性高分子の濃度が、０．１重量％未満であると、三次元造形物の強度が充分なものでなくなるおそれがあり、３０重量％を超えると、モデル材用インクの粘度が高くなり過ぎ、ノズルからの吐出時の圧力が高くなり、モデル材用インク（ａ）の材質に影響を及ぼすおそれがある。また、モデル材用インク（ａ）中の架橋性高分子の濃度は、通常０．１～３０ｗ／ｖ％（ｇ／１００ｍＬ）であり、０．５～２０ｗ／ｖ％（ｇ／１００ｍＬ）が好ましく、０．７５～１０ｗ／ｖ％（ｇ／１００ｍＬ）がより好ましい。
本発明の製造方法では、モデル材用インク（ａ）は、さらに、第２の架橋因子を含むことが好ましい。第２の架橋因子とは、サポート材用インクに含まれる第１の架橋因子とともに光架橋性高分子の架橋に係わるが、それ単独では光架橋性高分子を架橋しない成分であり、例えば光レドックス触媒などである。具体的には、たとえばトリス（２，２’－ビピリジル）ジクロロルテニウム（ＩＩ）などのルテニウム錯体、トリス（２－フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）などのイリジウム錯体が挙げられる。
モデル材用インク（ａ）中の第２の架橋因子の含有量は、光架橋性高分子１００質量部に対して０．１～５０重量部が好ましく、１～３０重量部がより好ましい。また、モデル材用インク（ａ）中の第２の架橋因子の濃度は、特に限定されないが、０．０１ｍＭ以上、１Ｍ以下であることが好ましい。該濃度は、０．１ｍＭ以上であることがより好ましく、１ｍＭ以上であることがさらに好ましく、５ｍＭ以上であることが特に好ましい。
モデル材用インク（ａ）は、サポート材用インク（ｂ）の非存在下で光架橋性高分子の光架橋が進まないように、実質的に光重合開始剤を含まないことが好ましい。光重合開始剤の含有量は、モデル材用インク（ａ）中、１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましく、０質量％がさらに好ましい。
モデル材用インク（ａ）は、光架橋性高分子、第２の架橋因子の他に、その他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、各種細胞、溶媒、連鎖移動剤、可塑剤、ｐＨ調整剤、緩衝剤、保存料、溶媒、紫外線吸収剤、色材、界面活性剤などが挙げられる。溶媒としては、例えば、水、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）、水と有機溶剤との混合物などが挙げられる。有機溶剤としては特に限定されず、例えば、エタノール、グリセリン、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
細胞の由来動物としては、哺乳類、鳥類、爬虫類などが挙げられ、哺乳類が好ましい。哺乳類としては、人間、ブタ、ウシ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ、マウス、ラット、イヌ、ネコ、ニワトリなどが挙げられ、人間が好ましい。細胞種としては、上皮細胞、線維芽細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、平滑筋細胞、神経細胞、幹細胞などが挙げられる。
モデル材用インクにおける細胞の濃度は特に限定されないが、１×１０３～１×１０９ｃｅｌｌｓ／ｍＬが好ましく、１×１０４～１×１０７ｃｅｌｌｓ／ｍＬがより好ましい。
モデル材用インク（ａ）は、室温で液状であることが好ましい。室温で液状であることで、３Ｄプリンタなどを用いて容易に吐出することができる。モデル材用インク（ａ）の２０℃における粘度は、特に限定されないが、１０ｍＰａ・ｓ以上が好ましく、２０ｍＰａ・ｓ以上がより好ましく、５０ｍＰａ・ｓ以上がさらに好ましい。また、上記粘度は、１０００００ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１００００ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、２０００ｍＰａ・ｓ以下がさらに好ましい。本発明の製造方法により、ゲル化前のモデル材用インク（ａ）の流出（液だれ）を充分に防止できるため、低粘度のモデル材用インク（ａ）を好適に使用できる。なお、上記粘度は、コーン・プレート型のＥ型粘度計を用いて、２０ｒｐｍの回転速度で測定されるものである。
モデル材用インク（ａ）は、上述した光架橋性高分子、第２の架橋因子、必要に応じてその他の成分を混合することによって、製造することができる。
（（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インク）
サポート材用インク（ｂ）は、吐出された後、架橋により形態を保持し、造形物となるものであってもよいが、それ自体で形態を保持でき、そのまま造形物となるものが簡便で好ましい。サポート材用インク（ｂ）の造形物は、モデル材用インク（ａ）が充分にゲル化するまでモデル材用インク（ａ）の形状を保持し、モデル材用インク（ａ）の流出（液だれ）や、重力によるモデル材用インク（ａ）の変形を防ぐ。モデル材用インク（ａ）がゲル化した後は、サポート材用インク（ｂ）の造形物は、後述する方法で除去される。
サポート材用インク（ｂ）が含むサポート材は、天然高分子や合成高分子などの高分子であり、高分子としては、例えば、多糖類、核酸、炭水化物、タンパク質、ポリペプチド、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリエチレンオキシドなどのポリアルキレンオキシド、ポリエチレンイミンなどのポリアルキレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールなどのポリアルキレングリコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリグルタミン酸、カルボキシビニルポリマ―、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、アルブミン、ゼラチン、コラーゲン、シルクフィブロイン、ポリビニルアルコール、これら高分子の塩などが挙げられる。上記高分子としては、多糖類、核酸、炭水化物、タンパク質、ポリペプチド、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ポリグルタミン酸、アルブミン、ゼラチン、コラーゲン、ポリビニルアルコール、これら高分子の塩が好ましい。多糖類、タンパク質、高分子の塩における塩は、高分子基材において前述した多糖類、タンパク質、高分子基材の塩における塩と同様である。また上記サポート材は、前述した高分子を架橋剤で架橋したものであってもよい。サポート材は、光照射で硬化しないものが好ましい。具体的には、光架橋性高分子や光架橋性モノマーを含まないことが好ましい。
多糖類としては、例えば、セルロース、ヘミセルロース、デキストラン、ヒアルロン酸、キチン、キトサン、アルギン酸、コンドロイチン硫酸、澱粉、プルラン、カラギーナン、カードラン、フコイダン、アミロース、アミロペクチン、ペクチン、これらのアルカリ金属塩等の塩、誘導体などが挙げられる。
中でも、サポート材は、水溶性高分子又は水分散性高分子であることが好ましい。これにより、後述するように、サポート材用インク（ｂ）の造形物を除去する工程において、水又は水溶液を用いて温和な条件で簡便に造形物を除去できる。ここで、本明細書中、水溶性高分子の、２０℃の水１００ｇに対する溶解度は特に限定されないが、１ｇ以上が好ましく、５ｇ以上がより好ましい。
水溶性高分子又は水分散性高分子は、高分子水性ゲルを形成し、形成された高分子水性ゲルは、イオン性化合物と作用して凝集または粘度低下するものであることが好ましい。イオン性化合物と作用して凝集または粘度低下する高分子水性ゲルを形成する水溶性高分子又は水分散性高分子は、カルボン酸基などの酸基を有する炭化水素鎖（例えば、ポリアクリル酸）を主鎖として、架橋剤で架橋したものが挙げられる。架橋剤としては、特に限定されないが、アリルショ糖、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。イオン性化合物については、後述する。
サポート材用インク（ｂ）中の高分子の濃度は、サポート材用インク（ｂ）の擬塑性をより一層向上する観点からは、０．１重量％以上が好ましく、０．３重量％以上がより好ましく、０．５重量％以上がさらに好ましく、１．０重量％以上が特に好ましい。また、高分子の濃度は、３０．０重量％以下が好ましく、１５．０重量％以下がより好ましく、１０．０重量％以下がさらに好ましい。なお、サポート材用インク（ｂ）中に高分子が２種以上含まれる場合、上記の濃度は、サポート材用インク中に含まれる全ての高分子の合計の濃度を意味する。
サポート材用インク（ｂ）は、さらに、第１の架橋因子を含む。第１の架橋因子とは、単独で、もしくは、モデル材用インク及び／又はサポート材用インクに含まれる第２の架橋因子とともに、光架橋性高分子の架橋に係わる成分であり、例えば重合開始剤などである。具体的には、たとえば、ペルオキソ二硫酸ナトリウム（ＳＰＳ）、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）、ジフェニル－２，４，６－トリメチルベンゾイルホスフィンオキシド、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などの重合開始剤が挙げられる。
第１の架橋因子の含有量は、光架橋性高分子１００質量部に対して０．１～５０重量部が好ましく、０．５～３０重量部がより好ましい。また、サポート材用インク（ｂ）中の第１の架橋因子の濃度は、特に限定されないが、０．０１ｍＭ以上、１Ｍ以下であることが好ましい。該濃度は、０．１ｍＭ以上であることがより好ましく、１ｍＭ以上であることがさらに好ましく、５ｍＭ以上であることが特に好ましい。
サポート材用インク（ｂ）は、さらに、第２の架橋因子を含むことが好ましい。第２の架橋因子の具体例は、前述したとおりである。
サポート材用インク（ｂ）中の第２の架橋因子の含有量は、光架橋性高分子１００質量部に対して　０．１～５０重量部が好ましく、１～３０重量部がより好ましい。また、サポート材用インク（ｂ）中の第２の架橋因子の濃度は、特に限定されないが、０．０１ｍＭ以上、１Ｍ以下であることが好ましい。該濃度は、０．１ｍＭ以上であることがより好ましく、１ｍＭ以上であることがさらに好ましく、５ｍＭ以上であることが特に好ましい。
サポート材用インク（ｂ）は、サポート材用インクの造形物を容易に除去するために、サポート材用インク単独で光架橋しないものとできるように、実質的に光架橋性高分子または光架橋性モノマーを含まないことが好ましい。光架橋性高分子または光架橋性モノマーの含有量は、サポート材用インク（ｂ）中、１質量％以下が好ましく、０．１質量％以下がより好ましく、０質量％がさらに好まししい。
サポート材用インク（ｂ）は、サポート材としての高分子、第１の架橋因子の他に、その他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、グリセロールなどの保湿剤、アルカリ金属水酸化物、有機アミンなどのｐＨ調整剤、保存料、色材、溶媒、可塑剤、紫外線吸収剤、界面活性剤などが挙げられる。溶媒としては、例えば、水、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）、水と有機溶剤との混合物などが挙げられる。有機溶剤としては特に限定されず、例えば、エタノール、グリセリンなどが挙げられる。
サポート材用インク（ｂ）は、室温で液状またはゲル状であることが好ましく、ゲル状であることがより好ましい。室温でゲル状であることで、３Ｄプリンタなどを用いて容易に造形することができる。サポート材用インク（ｂ）の、２０℃での、せん断速度０．０１（１／ｓ）における粘度は、１００００ｍＰａ・ｓ以上が好ましく、それ自体で形態を保持できるようにする観点からは、１０００００ｍＰａ・ｓ以上がより好ましく、５０００００ｍＰａ・ｓ以上がさらに好ましい。また、該粘度は、その上限は特に限定されないが、通常は１０００００００ｍＰａ・ｓ以下である。
サポート材用インク（ｂ）の、２０℃での、せん断速度１０（１／ｓ）における粘度は、１０ｍＰａ・ｓ以上が好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以上がより好ましく、１０００ｍＰａ・ｓ以上がさらに好ましい。また、該粘度は、その上限は特に限定されないが、通常は１００００ｍＰａ・ｓ未満である。なお、上記粘度は、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、粘度・粘弾性測定装置を用いて測定される値である。
サポート材用インク（ｂ）の、２０℃での、せん断速度１０（１／ｓ）における粘度に対するせん断速度０．０１（１／ｓ）における粘度の比は、５以上が好ましく、１０以上がより好ましく、２０以上がさらに好ましく、５０以上が特に好ましい。これにより、サポート材用インク（ｂ）の擬塑性がより優れるものとなる。
サポート材用インク（ｂ）は、高分子と、第１の架橋因子と、必要に応じてその他の成分を混合することによって、製造することができる。混合時の条件は、特に限定されない。
上述したように、本発明の製造方法では、通常、三次元プリンタを用いて、モデル材用インク（ａ）とサポート材用インク（ｂ）をそれぞれ吐出し、層を形成し、これを繰り返して積層する。吐出されたモデル材用インク（ａ）と吐出されたサポート材用インク（ｂ）が接することにより、吐出された第１の架橋因子が単独で、または、第２の架橋因子とともに、光架橋性高分子を架橋し、モデル材用インク（ａ）の造形物を造形する。ここで、吐出されたサポート材用インク（ｂ）が含む第１の架橋因子、または、第１の架橋因子および第２の架橋因子は、吐出されたモデル材用インク（ａ）に供給される。なお、本発明の製造方法では、第１の架橋因子、または、第１の架橋因子および第２の架橋因子による光架橋性高分子の架橋とともに、イオン架橋、光架橋、酵素架橋、温度変化などが架橋性高分子の架橋に寄与していても構わない。
（第二のサポート材を含む第二のサポート材用インク）
本発明の製造方法では、モデル材用インク（ａ）とサポート材用インク（ｂ）（以下では、第一のサポート材用インクともいう）とともに、モデル材用インク及び第一のサポート材用インクの支持材として第二のサポート材用インクを吐出して製造してもよい。第二のサポート材用インクはあらかじめ吐出して三次元造形物（容器または外枠）を作製してもよいし、三次元造形物（容器または外枠）を一部分だけ作製して残りの部分を、モデル材用インク及び第一のサポート材用インクとともに吐出して作製してもよい。また全てを同時に作製してもよい。第二のサポート材用インクで作製される三次元造形物（容器または外枠）が、モデル材用インク及び第一のサポート材用インクの支持体となるため、モデル材用インク及び第一のサポート材用インクの崩壊をより充分に防止でき、また、所望により、より高さの高い三次元造形物を作製することができる。また、このような第二のサポート材用インクは、第１の架橋因子を含まなくてもよく、このような第二のサポート材用インクに第一のサポート材用インクを置き換えて第一のサポート材用インクの吐出量を減らすことで、第一のサポート材用インクに含まれる第１の架橋因子の使用量を節約することもできる。なお、第二のサポート材用インクが含む第二のサポート材は、モデル材用インク及び／又はサポート材用インクの支持体となるものである限り特に限定されず、上記サポート材用インク（ｂ）に使用するサポート材やガラス、樹脂等を使用できる。また、後述するように、第二のサポート材用インクの造形物は適当な材料を選択することにより、第一のサポート材用インクの造形物と同様に取り除くことができる。モデル材用インクはその一部または全部が第二のサポート材で構成される造形物と接してもよい。
図１１は、本発明の三次元造形物の製造方法において、第二のサポート材用インクをさらに用いて三次元造形物を作製する工程を説明するための模式図である。以下に、図１と異なる部分のみ説明する。図１１（ａ）は、三次元プリンタのノズル１３ａから第二のサポート材用インク１１ｓを吐出する様子を模式的に示す。図１１（ｂ）は、三次元プリンタのノズル１３ｂから第一のサポート材用インク１１を吐出する様子を模式的に示す。図１１（ｃ）は、三次元プリンタのノズル１３ｃからモデル材用インク１２を吐出する様子を模式的に示す。なお、ノズル１３ａ、ノズル１３ｂ、および、ノズル１３ｃは、同一のノズルであってもよいが、それぞれ異なるものであることが好ましい。図１１では、第二のサポート材用インク１１ｓを吐出し、第二のサポート材用インク１１ｓで囲まれる位置に第一のサポート材用インク１１を吐出し、第一のサポート材用インク１１で囲まれる位置にモデル材用インク１２を吐出することで１つの層を形成し、これを繰り返して積層構造とする。
図１１（ａ）～図１１（ｃ）に示すように、吐出された第二のサポート材用インク１１ｓは、内周部および外周部がともに平らな薄い壁状であり、吐出された第一のサポート材用インク１１と接してこれを支持し、吐出されたモデル材用インク１２も間接的に支持する。第二のサポート材用インク１１ｓとして硬質な造形物を形成できるものを用いることで、モデル材用インク１２および第一のサポート材用インク１１がゲル化の途中などで崩れることをより充分に防止できる。また、所望により、より高さの高い三次元造形物を作製することができる。
図１１（ｄ）は、図１（ｃ）と同様に、モデル材用インク１２のゲル化が完了した後、得られた造形物を、除去溶液１５に浸漬し、第一のサポート材用インク１１の造形物及び第二のサポート材用インク１１ｓの造形物を除去する工程を示している。この工程については、後述する。
図１２は、第一のサポート材用インク２１及び第二のサポート材用インク２１ｓの吐出範囲を図８に示したように変更した以外は、図１１に示した模式図と同様である。以下に、図１１と異なる部分のみ説明する。図１２では、第二のサポート材用インクを、内周部が下方へ拡がる段状となるように吐出し、図１１の場合に対して、第一のサポート材用インクの一部を第二のサポート材用インクに置き換えている。第二のサポート材用インク２１ｓとして、硬質な造形物を形成でき、第１の架橋因子を含まないものを用いることで、モデル材用インク２２および第一のサポート材用インク２１がゲル化の途中などで崩れることをより充分に防止しながら、第一のサポート材用インク２１の吐出量を減らすことができ、第１の架橋因子の使用量を節約することができる。
図１３は、第二のサポート材用インク３１ｓの吐出範囲を図１３に示したように変更した以外は、図１２に示した模式図と同様である。以下に、図１２と異なる部分のみ説明する。図１３では、第二のサポート材用インクを、吐出されたモデル材用インク３２および吐出された第一のサポート材用インク３１の形状に合わせて、外周部が上方へ拡がる段状となるように吐出し、図１２と比べて、第二のサポート材用インクの吐出量をも減らすことができる。
＜吐出された光架橋性高分子を光硬化させる工程＞
光硬化させる工程では、サポート材用インクからモデル材用インク層に移動した第１の架橋因子、または、第１の架橋因子および第２の架橋因子と光架橋性高分子が光の照射により反応して硬化する。光としては、可視光、紫外光、Ｘ線および電子線などが挙げられる。
＜サポート材用インクの造形物を除去する工程＞
除去する工程は、サポート材用インク（ｂ）の造形物を除去し、モデル材用インク（ａ）の造形物が得られる限り特に限定されないが、例えば、サポート材用インク（ｂ）の造形物を、サポート材用インク（ｂ）の造形物の除去溶液に浸漬および／または洗浄することでおこなうことが好ましい。除去する工程は、モデル材用インク（ａ）の造形物（三次元造形物）に及ぼす影響を小さくする観点から、温和な条件下でおこなうことが好ましく、例えば、１０～４０℃の温度条件下でおこなうことが好ましい。また、除去溶液の２０℃でのｐＨは、酵素活性の点から、２～１０が好ましく、５～９がより好ましい。なお、サポート材用インクの造形物は、サポート材用インクからモデル材用インクに第１の架橋因子が供給された後の、サポート材（高分子）などの残りの成分からなるものである。
サポート材用インク（ｂ）とともに上述した第二のサポート材用インクをさらに用いる場合は、サポート材用インク（ｂ）の造形物と第二のサポート材用インクの造形物とを、それぞれ異なる方法で除去してもよいが、上記除去する工程によりサポート材用インク（ｂ）の造形物とともに第二のサポート材用インクの造形物も除去することが好ましい。
サポート材が、水溶性高分子又は水分散性高分子である場合、除去溶液として、水や水溶液を使用できる。また水溶性高分子又は水分散性高分子が、高分子水性ゲルを形成し、形成された高分子水性ゲルは、イオン性化合物と作用して凝集または粘度低下するものである場合は、除去溶液として、イオン性化合物の水溶液を特に好適に使用できる。水溶性高分子又は水分散性高分子が、イオン性化合物と作用するとは、水溶性高分子又は水分散性高分子とイオン性化合物とが接触した結果、高分子水性ゲルが凝集または粘度低下する限り特に限定されないが、例えば、イオン性化合物と反応（化学反応）するものが挙げられる。高分子水性ゲルが、酵素処理によって分解されるものである場合は、分解酵素を使用でき、酵素処理後に培養液、緩衝液、生理食塩水および水などを使用することで、サポート材用インクの造形物を除去できる。サポート材が、温度によって相転移するものである場合、加熱や冷却を行うことで相転移させることができ、相転移後に水や水溶液を使用することで、サポート材用インクの造形物を除去できる。
イオン性化合物としては、カルシウム、亜鉛、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、銅、鉄、アルミニウム、コバルト、等の多価金属塩が挙げられる。それらの内、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、乳酸カルシウムが好ましく、塩化カルシウムがより好ましい。
除去溶液中のイオン性化合物の濃度は、１ｍＭ以上であることが好ましく、１０ｍＭ以上であることがより好ましい。該濃度は、２Ｍ以下が好ましく、０．２Ｍ以下がより好ましい。
分解酵素としては、セルラーゼ、アミラーゼ、デキストラナーゼ、カラギナーゼ、アルギン酸リアーゼ、ヒアルロニダーゼ、キチナーゼ及びキトサナーゼ等が挙げられるが、これらに限定されない。
除去溶液中の分解酵素の濃度は、０．１～５重量％が好ましく、０．１～１重量％がより好ましい。
＜その他の工程＞
本発明の製造方法は、上述したモデル材用インクおよびサポート材用インクをそれぞれ吐出する工程の後、サポート材用インクの造形物を除去する工程の前に、モデル材を充分にゲル化させるために、吐出したモデル材用インクおよびサポート材用インクを静置する工程を含んでいてもよい。
本発明の製造方法を用いて得られる三次元造形物は、例えばソフトマテリアルからなる複雑な形状の三次元造形物とすることが可能であり、特に、再生医療の分野で、人工臓器などとして好適に使用できるものである。なお、三次元造形物の形状は、特に限定されないが、ブリッジ部位および／または穴があるものにも適している。三次元造形物の寸法は、適宜設定できる。
＜＜三次元造形物作製用インクセット＞＞
本発明は、（ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インクからなることを特徴とする。光架橋性高分子、サポート材、第１の架橋因子や、その他の成分については、上述した通りである。本発明の三次元造形物作製用インクセットを用いて、本発明の三次元造形物を好適に製造することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。以下、「部」または「％」は特記ない限り、それぞれ「重量部」または「重量％」を意味する。
製造例１（モデル材用インク１の作製）
０．１Ｍの２－モルフォリノエタンスルホン酸一水和物（２－Ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｌｉｃ　ａｃｉｄ，ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ、ＭＥＳ）緩衝液（ｐＨ５．８）１Ｌにヒアルロン酸ナトリウム（株式会社富士メディシエ製）１０ｇを溶解させた。さらにチラミン塩酸塩０．５６ｇ、水溶性カルボジイミド（ＷＳＣＤ・ＨＣｌ）１．４３ｇおよびＮ－ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）０．４３ｇを１０ｍＬの精製水に溶解させた溶液を加えた後、室温で２２時間攪拌した。得られた反応混合物を限外ろ過にてろ過し、凍結真空乾燥を行うことによってＨＹＡ－Ｐｈ（フェノール性水酸基の修飾率：２．９ｍｏｌ％、Ｍｗ：３００，０００）を作製した。
作製したＨＹＡ－Ｐｈを２０ｍｇ秤量し、リン酸緩衝生理食塩水ＰＢＳ２．０ｍＬを加えて溶解した。トリス（２，２’－ビピリジル）ジクロロルテニウム（ＩＩ）六水和物（分子量６４０．５３（無水）、７４８．６２（六水和物））を３．０ｍｇ秤量し、ＨＹＡ－Ｐｈの溶液に加えてＲｕ２＋濃度２．０ｍｍｏｌ／Ｌ、ＨＹＡ－Ｐｈ濃度１．０ｗ／ｖ％のモデル材用インク１を作製した。
製造例２（サポート材用インク１の作製）
プロゼリー（ジェクス株式会社製 高粘度タイプ）を４ｍＬ分注し、ペルオキソ二硫酸ナトリウム（ＳＰＳ，ＭＷ２３８．１０）を９．５２４ｍｇ加えて１０ｍＭのＳＰＳを含有するサポート材用インク１を作製した。
製造例３（モデル材用インク２の作製）
製造例１で作製したＨＹＡ－Ｐｈを２０ｍｇ秤量し、リン酸緩衝生理食塩水ＰＢＳ２．０ｍＬを加えて溶解した。トリス（２，２’－ビピリジル）ジクロロルテニウム（ＩＩ）六水和物（分子量６４０．５３（無水）、７４８．６２（六水和物））を３．０ｍｇとペルオキソ二硫酸ナトリウム（ＳＰＳ，ＭＷ２３８．１０）を４．８　ｍｇをそれぞれ秤量し、ＨＹＡ－Ｐｈの溶液に加えてＲｕ２＋濃度２．０ｍｍｏｌ／Ｌ、ＳＰＳ濃度１０．０ｍｍｏｌ／Ｌ、ＨＹＡ－Ｐｈ濃度１．０ｗ／ｖ％のモデル材用インク２を作製した。
製造例４（モデル材用インク３の作製）
リン酸緩衝生理整理食塩水に１０（ｗ／ｖ）％となるようにゼラチン（Ｓｉｇｍａ）を分散させた溶液を５０℃に加温して、ゼラチンを溶解させた後、無水メタクリル酸をゼラチンの質量の６０％の質量となるように添加し、１時間撹拌した。その後、透析膜（分画分子量１０，０００～２０，０００）に入れて、４０℃の精製水で３日間透析を行った。透析終了後に、凍結真空乾燥することによりゼラチンメタクリレートを得た。
ゼラチンメタクリレートを１００ｍｇ秤量し、蛍光粒子（蛍光パウダー、品番：ＭＢ－８５０２，松野工業株式会社製）５ｍｇとリン酸緩衝生理食塩水ＰＢＳ２．０ｍＬを加えて溶解し、ゼラチンメタクリレート濃度５ｗ／ｖ％のモデル材用インク３を作製した。
製造例５（サポート材用インク２の作製）
プロゼリー（高粘度タイプ、ジェクス株式会社製）を４ｍＬ分注し、ＬＡＰ（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）を４０ｍｇ加えて１ｗ／ｖ％のＬＡＰを含有するサポート材用インク２を作製した。
製造例６（サポート材用インク３の作製）
製造例５において、ＬＡＰを加えなかったこと以外は製造例５と同様にしてＬＡＰを含有しないサポート材用インク３を作製した。
製造例７（モデル材用インク４の作製）
ゼラチンメタクリレートを１００ｍｇ秤量し、蛍光粒子（蛍光パウダー、品番：ＭＢ－８５０２，松野工業株式会社製）５ｍｇとリン酸緩衝生理食塩水ＰＢＳ２．０ｍＬを加えて溶解し、１ｗ／ｖ％となるようにＬＡＰを加え、ゼラチンメタクリレート濃度５ｗ／ｖ％のモデル材用インク４を作製した。
製造例８（モデル材用インク５の作製）
０．１Ｍの２－モルフォリノエタンスルホン酸一水和物（２－Ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｌｉｃ　ａｃｉｄ，ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ、ＭＥＳ）緩衝液（ｐＨ６．０）に３．３（ｗ／ｖ）％となるように変性ポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール株式会社製ＡＦ－１７）を溶解させた溶液を１２０℃で１５分加温した。室温に冷却した後、チラミン塩酸塩、水溶性カルボジイミド（ＷＳＣＤ・ＨＣｌ）およびＮ－ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）をそれぞれ３．３、３．３、１．０（ｗ／ｖ）％となるように加えた後、４０℃で２０時間攪拌した。得られた反応溶液をエタノール中に加えて沈殿させた後、沈殿生成物を９０％エタノール水溶液およびエタノールで洗浄し、減圧乾燥を行うことによりＰＶＡ－Ｐｈ（フェノール性水酸基の修飾率：２．４×１０－４ｍｏｌ／ｇ）を作製した。作製したＰＶＡ－Ｐｈが濃度５．０ｗ／ｖ％（ｇ／１００ｍＬ）となるように、製造例１と同様にしてモデル材用インク５を作製した。
製造例９（モデル材用インク６の作製）
０．０５Ｍの２－モルフォリノエタンスルホン酸一水和物（２－Ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｌｉｃ　ａｃｉｄ，ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ、ＭＥＳ）緩衝液（ｐＨ６．０）５００ｍＬにゼラチン（ゼライス株式会社製）１０ｇを溶解させた。さらにチラミン塩酸塩１．８４ｇ、水溶性カルボジイミド（ＷＳＣＤ・ＨＣｌ）１．８５ｇおよびＮ－ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）０．５７ｇを５ｍＬの精製水に溶解させた溶液を加えた後、室温で２０時間攪拌した。得られた反応混合物を限外ろ過にてろ過し、凍結真空乾燥を行うことによってＧｅｌａ－Ｐｈ（フェノール性水酸基の修飾率：２．７×１０－４ｍｏｌ／ｇ）を作製した。作製したＧｅｌａ－Ｐｈが濃度４．０ｗ／ｖ％（ｇ／１００ｍＬ）となるように、製造例１と同様にしてモデル材用インク６を作製した。
製造例１０（モデル材用インク７の作製）
０．０５Ｍの２－モルフォリノエタンスルホン酸一水和物（２－Ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｏｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｌｉｃ　ａｃｉｄ，ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ、ＭＥＳ）緩衝液（ｐＨ６．０）６００ｍＬにアルギン酸ナトリウム（株式会社舞昆のこうはら製）１０ｇを溶解させた。さらにチラミン塩酸塩０．５７ｇ、水溶性カルボジイミド（ＷＳＣＤ・ＨＣｌ）２．９０ｇおよびＮ－ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）０．８７ｇを１０ｍＬの精製水に溶解させた溶液を加えた後、室温で１９時間攪拌した。得られた反応混合物を限外ろ過にてろ過し、凍結真空乾燥を行うことによってＡｌｇ－Ｐｈ（フェノール性水酸基の修飾率：３．１ｍｏｌ％）を作製した。作製したＡｌｇ－Ｐｈが濃度２．０ｗ／ｖ％（ｇ／１００ｍＬ）となるように、製造例１と同様にしてモデル材用インク７を作製した。
実施例１
三次元プリンタ（製品名：ＢＩＯ　Ｘ、Ｃｅｌｌｉｎｋ社製）を用いて、製造例１で作製したモデル材用インク１と、製造例２で作製したサポート材用インク１を基板上に、光を露光しながらそれぞれ吐出して層を形成し、これを繰り返して積層し、三次元造形物として、厚み：１ｍｍ、高さ：５ｍｍ、１辺の長さ：６ｍｍの六角筒を作製した。露光する光の波長は４５０ｎｍで、光強度は約６０，０００ルクスである。
得られた造形物を塩化カルシウム溶液（濃度１００ｍＭ）中に浸漬し、サポート材用インクの造形物を除去した。
比較例１
製造例３で作製したモデル材用インク２を用い、サポート材用インクを使用しなかったこと以外は実施例１と同様にして三次元造形物を作製した。
図５に作製した三次元造形物の写真を示す。１ｗ／ｖ％という三次元造形物には適切ではない低濃度であっても、架橋因子を含むサポート材用インクを使用すると、実施例１に示すように元データに忠実な三次元造形物を作製することができた。一方で、第１の架橋因子を含むモデル材用インクを使用し、またサポート材を使用しなかった場合には、比較例１に示すように、構造物上面が凹凸になり、うまく着液することが出来ず、構造物は得られなかった。サポート材無しの条件の溶液はゲル化時間自体はかなり短く、線状の構造物が崩れたような結果になった。
実施例２
三次元プリンタ（製品名：ＢＩＯ　Ｘ、Ｃｅｌｌｉｎｋ社製）を用いて、製造例４で作製したモデル材用インク３と、製造例５で作製したサポート材用インク２を基板上に、光を露光しながらそれぞれ吐出して層を形成し、これを繰り返して積層し、三次元造形物として、厚み：１ｍｍ、高さ：５ｍｍ、１辺の長さ：６ｍｍの六角筒を作製した。露光する光の波長は４５０ｎｍで、光強度は約６０，０００ルクスである。
得られた造形物を塩化カルシウム溶液（濃度１００ｍＭ）中に浸漬し、サポート材用インクの造形物を除去した。
比較例２
実施例２において、サポート材用インクとして製造例６で作製したＬＡＰを含有しないサポート材用インク３を使用した以外は実施例２と同様にして三次元造形物を作製した。
比較例３
実施例２において、サポート材用インクを使用せず、製造例７で作製したＬＡＰを含有するモデル材用インク４を使用したこと以外は実施例２と同様にして三次元造形物を作製した。
図６に作製した三次元造形物の写真を示す。実施例２のように、５ｗ／ｖ％という三次元造形物には適切ではない低濃度であっても、架橋因子を含むサポート材用インクを使用すると、元データに忠実な三次元造形物を作製することができた。一方、いずれのインクにもＬＡＰを含まない比較例２では、重合が開始せず、三次元構造物を得ることができなかった。モデル材用インクにＬＡＰを含むもののサポート材用インクを使用していない比較例３では、粘度が低く構造物をうまく積層できず、吐出した溶液がノズル先に絡みつき、構造物に着液していくことができなかった。５ｗ／ｖ％ゼラチンメタクリレート溶液の粘度が低く、そのヒドロゲルが脆弱なため、構造物上面の凹凸が大きかったことと、溶液を吐出した直後に露光されてゲル化してしまったことが原因である。この問題は光量を小さくしても解決できなかった。
上記の結果から、材料が柔らかいもの（ソフトマテリアル）からなる複雑な形状の造形物を製造する場合に、本発明の製造方法を適用することで、良好な造形精度で三次元造形物を得ることができることが分かった。
実施例３
モデル材用インクとして製造例８で作製したインク５を使用し、製造例２で作成したサポート材用インク１のＳＰＳ濃度を８ｍＭに変更した以外は、実施例１と同様にして三次元造形物を作製した。
実施例４
モデル材用インクとして製造例９で作製したインク６を使用し、製造例２で作成したサポート材用インク１のＳＰＳ濃度を８ｍＭに変更した以外は、実施例１と同様にして三次元造形物を作製した。
実施例５
モデル材用インクとして製造例１０で作製したインク７を使用し、製造例２で作成したサポート材用インク１のＳＰＳ濃度を８ｍＭに変更した以外は、実施例１と同様にして三次元造形物を作製した。
図７～９に示すように、変性ポリビニルアルコールを含むモデル材用インク５を使用した実施例３、ゼラチンを含むモデル材用インク６を使用した実施例４、アルギン酸を含むモデル材用インク７を使用した実施例５でも、ヒアルロン酸を含むモデル材用インクを使用した実施例１と同様に、造形精度が非常に良好な造形物を作製することができた。
実施例６
マウス線維芽細胞１０Ｔ１／２細胞を製造例１で作製したモデル材用インク１に１×１０５ｃｅｌｌｓ／ｍＬで分散させ、得られた細胞含有モデル材用インクと製造例２で作製したサポート材用インクを用いて実施例１と同様にして三次元造形物（厚み：１ｍｍ、高さ：１ｍｍ、１辺の長さ：６ｍｍの六角筒）を作製した。
造形直後に細胞を含む造形物を生細胞染色試薬Ｃａｌｃｅｉｎ―ＡＭと死細胞染色試薬ＰＩをそれぞれ１μｇ／ｍＬで含むリン酸緩衝生理食塩水（ｐＨ７．４）に１０分間浸して染色を行った。その結果を撮影した写真を図１０に示す。細胞の生存率は８５％であり、高い値を維持していた。
１、１１、２１、３１：サポート材用インク
２、１２、２２、３２：モデル材用インク
２Ａ、１２Ａ、２２Ａ、３２Ａ：三次元造形物
２ａ、１２ａ、２２ａ、３２ａ：ブリッジ部位
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ：穴
３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ：ノズル
４、１４、２４、３４：基板
５、１５、２５、３５：除去溶液
１１、２１、３１：第一のサポート材用インク
１１ｓ、２１ｓ、３１ｓ：第二のサポート材用インク　

Claims (9)

  1. （ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、（ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インクを、それぞれ吐出する工程、
    吐出された光架橋性高分子を光硬化させる工程、ならびに、
    サポート材用インクの造形物を除去する工程
    を含む三次元造形物の製造方法。
  2. 前記モデル材用インク（ａ）が、さらに第２の架橋因子を含む請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。
  3. 前記モデル材用インク（ａ）が、実質的に光重合開始剤を含まない請求項１または２に記載の三次元造形物の製造方法。
  4. 前記サポート材用インク（ｂ）が、実質的に光架橋性高分子または光架橋性モノマーを含まない請求項１～３のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。
  5. 前記サポート材用インク（ｂ）が、さらに第２の架橋因子を含む請求項１～４のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。
  6. 前記サポート材が、水溶性高分子又は水分散性高分子である請求項１～５のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。
  7. 前記水溶性高分子又は水分散性高分子が、イオン性化合物と作用して凝集または粘度低下する水性ゲルを形成する水溶性高分子又は水分散性高分子であり、サポート材用インクの造形物を除去する工程において、イオン性化合物を作用させて前記サポート材用インク（ｂ）の造形物を除去する請求項６に記載の三次元造形物の製造方法。
  8. （ａ）光架橋性高分子を含むモデル材用インク、および、
    （ｂ）サポート材と第１の架橋因子を含むサポート材用インク
    からなる三次元造形物作製用インクセット。
  9. 前記サポート材用インク（ｂ）が、イオン性化合物と作用して凝集または粘度低下する水性ゲルを形成する水溶性高分子又は水分散性高分子を含む請求項８に記載の三次元造形物作製用インクセット。
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