(57)【要約】【課題】伸縮した際に応力が集中する部位を起点として容器が裂けることを防止した細胞培養容器を大量生産することが可能な細胞培養容器の製造方法を提供する。【解決手段】細胞培養容器１は、薄肉部２を挟んでその両側に厚肉部３が設けられており、厚肉部３の外側面４に対して垂直な方向に伸縮可能な構造となっている。細胞培養容器１が伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部に対して、ゲート５の位置はずらして配置されており、中央部に対して左右対称に２つのゲート５が設けられている。ゲート５の位置を中央部からずらして配置して射出成形を行うことにより、伸縮した際に応力が集中する中央部にゲート痕が存在せず、このゲート痕を起点として容器が裂けることがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出材料としてＰＤＭＳを用い、射出成形により伸縮可能な細胞培養容器を製造する細胞培養容器の製造方法であって、伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部に対してゲートの位置をずらして射出成形を行うか、またはフィルムゲートを用いて射出成形を行うことを特徴とする細胞培養容器の製造方法。
【請求項２】
前記伸縮方向の中央部に対してゲートの位置をずらして射出成形を行うときは、前記伸縮方向の中央部に対して対称に複数のゲートを配置することを特徴とする請求項１記載の細胞培養容器の製造方法。
【請求項３】
前記フィルムゲートの端部は細胞培養容器の厚肉部に接するように、前記フィルムゲートが形成されていることを特徴とする請求項１記載の細胞培養容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸縮可能な細胞培養容器の製造方法に関し、特に、大量生産が可能でありながら、伸縮した際に応力が集中する部位を起点として容器が裂けることを防止した細胞培養容器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
組織から単離した細胞を培養するために用いられる細胞培養容器には、生体内での試験と同様に、細胞が薬剤感受性等の反応を適正に行うことが求められる。従来用いられていたプラスチック製シャーレやガラス製シャーレのような細胞培養容器は、凹凸のない平面状での培養となるため、細胞が薄く伸びて方向性のない形態となる等の理由により、生体内で本来発現する形態や機能を示さなくなるという問題がある。
【０００３】
これを解決することを目的として、特許文献１には、表面に複数の凹凸パターンが形成され、凹凸パターンが設けられた領域が延伸または圧縮により弾性変形できる細胞培養容器が記載されている。この細胞培養容器によると、凹凸パターンが形成する空間内において細胞を立体的に培養し、細胞培養容器を変形させて、延伸または圧縮する環境下で培養することで、本来生体内でなければ発現しない形態や類似機能を示すことができるとされている。
【０００４】
このような細胞培養容器を製造する方法に関して、特許文献１には、金属構造体を型として用いて樹脂へ凹凸パターンを成形する方法としては、例えば、射出成形、プレス成形、モノマーキャスト成形、溶剤キャスト成形、ホットエンボス成形、押出成形によるロール転写等の方法を挙げることができ、生産性及び型転写性の観点から射出成形を採用することが好ましいと記載されている。
【０００５】
この射出成形の分野では近年、射出材料として低粘度のシリコーンゴムであるＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ  ＤｉＭｅｔｈｙｌ  Ｓｉｌｏｘａｎｅ）が用途によっては広く用いられている。ＰＤＭＳは、優れた透明性を持ち、生物に対して無害であり、蛍光観察時の自家蛍光が少ないといった優れた特性を持つ。そのため、ＰＤＭＳを射出材料として細胞培養容器を製造することができれば、極めて有用である。
【０００６】
しかしＰＤＭＳは、通常のゴムやエラストマーに比べて、引き裂き強度が弱いという欠点があり、引き裂き強度が弱いと、わずかなきっかけで製品全体の引張強度が極端に低下する。また、ＰＤＭＳの粘度は、その上限が２０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）程度と、極めて低粘度であるため、射出成形するには特殊な成形機が必要である。そのため、実際にはＰＤＭＳを材料として、伸縮可能な細胞培養容器が射出成形により製作された例は存在していない。
【０００７】
射出成形によって成形する場合には、注型には無い樹脂を流し込むゲートの存在が不可欠である。また、成形時の圧力も、注型に比べ極端に高い。注型の場合には、注入圧力の大きい真空注型でも、注入圧力は大気圧の約１００ｋＰａ(１００，０００Ｐａ)より大きくなることがあり得ないのに対し、射出成形では注入圧力が１０ＭＰａ（１０，０００，０００Ｐａ）程度であり、注型とは１００倍の違いがある。この高い射出圧力が、細胞培養容器の薄肉部の充填性や、気泡の消滅、成形時間の短縮に大いに貢献しているが、その一方で、ゲートの変形や、圧力差によるソリなどの成形不良を引き起こす原因となっている。
【０００８】
このように、細胞培養容器の場合は、薄肉部とその周りの厚肉部分が混在するため、薄肉部に樹脂を充填させるためには、どうしても高い射出圧力で樹脂を押し込む必要がある。その結果、充填完了後には厚肉部に溜まった高い圧力がゲートから解放されて逆流するため、ゲートの変形が大きくなりがちである。ゲート変形が大きいと、ゲートカットした後にもゲート痕が明瞭に残る。伸縮可能な培養容器の場合、伸縮した際に応力が集中する中央部分にゲート痕があると、ゲート痕を起点として容器が裂けると言う問題が生じる。従って、ＰＤＭＳを用いて射出成形により細胞培養容器を製造するにあたっては、このような問題点を克服することが必要となる。
【０００９】
射出成形機におけるゲートに関しては、２点以上のゲートから樹脂を注入して成形品を成形するに際し、ランナー部の形状を任意に変化させ、特にランナー部の側面形状を無段階に可動可能な構造とすることで、各ゲートから充填される樹脂の流量を調整し、ウェルドラインを任意の位置に調整可能な成形品の成形方法が特許文献２に記載されている。これは、２点以上のゲートから樹脂を注入して成形品を成形する場合には、それぞれのゲートから充填された樹脂が交わる部分であるウェルド部にウェルドラインという脆弱な部分が発生して、その発生位置により成形品の外観や成形品の強度を損ねる原因となることを防止することを目的としている。
【００１０】
この方法によると、型内ゲートカットを実施することによりゲート痕を少なくすることはできるものの、金型内部でゲートおよびランナーを動作させる方法であるため、型構造が複雑となり、極めて低粘度であるため流動性の高いＰＤＭＳを用いた場合では、摺動部に樹脂が入り込み、金型の動作不良を引き起こすという問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−２２２７５号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、伸縮した際に応力が集中する部位を起点として容器が裂けることを防止した細胞培養容器を大量生産することが可能な細胞培養容器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を解決するために、本発明の細胞培養容器の製造方法は、射出材料としてＰＤＭＳを用い、射出成形により伸縮可能な細胞培養容器を製造する細胞培養容器の製造方法であって、伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部に対してゲートの位置をずらして射出成形を行うか、またはフィルムゲートを用いて射出成形を行うことを特徴とする。
【００１４】
伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部に対して、ゲートの位置をずらして射出成形を行うことにより、伸縮した際に応力が集中する中央部にゲート痕が存在せず、このゲート痕を起点として容器が裂けることがない。そのため、引き裂き強度が弱いＰＤＭＳを用いて細胞培養容器を形成しても、伸縮した際に応力が集中する中央部が容器損傷の起点となることがなく、細胞培養容器の強度が向上する。
【００１５】
また、フィルムゲートを用いると、伸縮した際に応力が集中する中央部にゲート痕が集中的に形成されることが無いため、ゲート痕を起点として容器が裂けることを防止できる。
【００１６】
本発明の細胞培養容器の製造方法においては、前記伸縮方向の中央部に対してゲートの位置をずらして射出成形を行うときは、前記伸縮方向の中央部に対して対称に複数のゲートを配置することが好ましい。
【００１７】
成形品である細胞培養容器は、中央部に対して左右対称な構造であることから、ゲートを左右対称に設けることにより、ヒケやソリなどの成形不良の発生を防止できる。
また、ゲートを複数に分割して形成しても、ＰＤＭＳは熱硬化性樹脂であるため、充填された後、金型から熱を受けて硬化反応を引き起こすことと、注入速度が速いことによって、ウェルドラインが発生し難いと言う特性がある。従って、ゲートを複数設けることによる弊害は少ない。
【００１８】
本発明の細胞培養容器の製造方法においては、前記フィルムゲートの端部は細胞培養容器の厚肉部に接するように、前記フィルムゲートが形成されていることが好ましい。
【００１９】
フィルムゲートの端部が細胞培養容器の厚肉部に接するようにすることにより、細胞培養容器の薄肉部のみならず、厚肉部の一部にも亘って広く薄くゲート痕が形成されるため、ゲート痕を起点として容器が裂けることを防止するという機能を発揮しやすい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、伸縮した際に応力が集中する部位を起点として容器が裂けることを防止した細胞培養容器を大量生産することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る細胞培養容器の製造方法によって製造される細胞培養容器とゲート位置を示す図である。
【図２】細胞培養容器が伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部に１つのゲートが設けられているものを示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るものであり、フィルムゲートを用いたものを示す図である。
【図４】上型と下型とを閉じた状態を示す図である。
【図５】射出を開始した状況を示す図である。
【図６】液状樹脂がゲートを越えて製品部へ流れ込んでいる状況を示す図である。
【図７】さらに液状樹脂が薄肉部に充填されている状況を示す図である。
【図８】液状樹脂の充填が完了した状態を示す図である。
【図９】金型内で液状樹脂が硬化している状況を示す図である。
【図１０】加圧終了時を示す図である。
【図１１】樹脂の硬化が完了した状態を示す図である。
【図１２】離型のプロセスを示す図である。
【図１３】ゲートカットの様子を示す図である。
【図１４】細胞培養容器が伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部にゲートを設けて成形したときのゲート痕を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の細胞培養容器の製造方法を、その実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る細胞培養容器の製造方法によって製造される細胞培養容器とゲート位置を示す。
細胞培養容器１は、薄肉部２を挟んでその両側に厚肉部３が設けられた構造であり、厚肉部３の外側面４に対して垂直な方向に伸縮可能な構造となっている。
【００２３】
細胞培養容器１が伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部に対して、ゲート５の位置はずらして配置されており、この図１においては、中央部に対して左右対称に２つのゲート５が設けられている。ゲート５の位置は、薄肉部２を避けて厚肉部３に接する位置とすることが好ましい。また、ゲート５を設ける位置は、伸縮方向に対して垂直な外側面４に接する位置であってもよい。このように、ゲート５の位置を中央部からずらして射出成形を行うことにより、伸縮した際に応力が集中する中央部にゲート痕が存在せず、このゲート痕を起点として容器が裂けることがない。
【００２４】
成形品である細胞培養容器１は、中央部に対して左右対称であることから、ゲート５も中央部に対して左右対称に設けることが好ましい。ゲート５が非対称である場合、ヒケやソリなどの成形不良が発生し易くなるからである。
【００２５】
細胞培養容器１の高さ方向に対するゲート５の位置については特に限定する必要はなく、上方寄りでも下方寄りでも中央でも構わない。また、ゲート５の形状は薄くても厚くてもよく、カットし易い様に切り込みが作り込まれていればよい。
【００２６】
図２は、図１に示すものと比較するために示す比較例であり、細胞培養容器１が伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部に１つのゲート５が設けられている。こうすると、伸縮した際に応力が集中する中央部にゲート痕が存在することになり、このゲート痕を起点として容器が裂けやすくなる。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態に係るものであり、フィルムゲート６を用いたものである。フィルムゲート６を用いると、樹脂はフィルムゲート６を介して薄く広がって細胞培養容器１が形成されるため、伸縮した際に応力が集中する中央部のみに集中的にゲート痕が存在することがなく、ゲート痕を起点として容器が裂けることを抑制できる。フィルムゲート６の端部７は細胞培養容器１の厚肉部３に接するように、フィルムゲート６が形成されていることが好ましい。
【００２８】
次に、射出成形時にゲート痕が発生するメカニズムと、ゲート痕が細胞培養容器に与える影響について説明する。
図４は、上型１１と下型１２とを閉じた状態を示しており、製品部１３は細胞培養容器特有の薄肉部２を有している。熱硬化性のシリコーンゴムを射出材料とする場合には、金型は予め１２０℃〜１５０℃程度に昇温しておく。
【００２９】
図５は、射出を開始した状況を示しており、成形機のノズルを上型１１に設けられたノズルとの接続口１４に接触させて、液状樹脂１５の注入を開始する。液状樹脂１５はスプルーとランナー１６に流れ込む。液状樹脂１５として、ＰＤＭＳを使用している。
【００３０】
図６は、液状樹脂１５がゲート５を越えて製品部１３へ流れ込んでいる状況を示す。ゲート５はランナーと製品部との境目を意味する。図７は、さらに液状樹脂１５が薄肉部２に充填されている状況を示している。薄肉部２や末端にまで液状樹脂を充填させるためには、１０ＭＰａ程度の射出圧力が必要である。
【００３１】
図８は、液状樹脂１５の充填が完了した状態を示す。射出開始から充填完了までの時間は数秒程度であり、この状態で液状樹脂の硬化が進むまで保圧を続ける。
【００３２】
図９は、金型内で液状樹脂１５が硬化している状況を示しており、金型から液状樹脂１５への伝熱により、金型に接している外側から徐々に樹脂の硬化が始まる。この段階で、金型に接している部分とその近傍では、硬化した樹脂１７が存在し、それ以外の部分では、硬化途中でまだ液状の樹脂１８が存在する。
【００３３】
図１０は、加圧終了時を示しており、（ａ）は金型の全体図、（ｂ）はゲート付近の部分拡大図である。
この状態ではまだ、金型に接している部分とその近傍は硬化しているが、それ以外の部分は硬化していないというように、硬化した樹脂１７と、硬化途中でまだ液状の樹脂１８とが混在した状態となっている。ゲート５の部分は、図１０（ｂ）に示すように細くなっているため、金型から熱を受けやすく、ゲート５を満たす樹脂が他の部分よりも先に硬化して栓をするようになる。そのため、ゲート５に形成された栓に対して、製品部１３側のまだ硬化していない液状樹脂の圧力と、成形機側から加圧する注入圧力（保圧）とで押し合いをする状況が出現する。
【００３４】
ゲート５が閉じる前後のタイミングに合わせて、成形機側からの注入圧力を下げるが、樹脂の硬化が進むタイミングに合わせて成形機側からの注入圧力（保圧）を制御することはなかなか難しく、どちらかの圧力が勝って、ゲート５部分の樹脂はある程度固化した状態で無理やり流動させられることとなる。
【００３５】
このようなメカニズムにより、無理な力がゲート５に加わることにより、弾性体であるシリコーンゴムはその内部に歪みを溜め込み、この歪みが、製品を型から取り出した際に解放されて顕在化し、ゲート５部分の形状が崩れる。このようにしてゲート５部分に形成されるのがゲート痕である。
【００３６】
図１１は、樹脂の硬化が完了した状態を示しており、硬化までに要する時間は３分程度である。この段階での硬化は、樹脂は形が崩れない程度に固まっているだけであり、この後、恒温炉に入れる２次硬化過程によって完全に硬化する。２次硬化は、温度を約１５０℃として３０分程度行う。 
【００３７】
図１２は、離型のプロセスを示しており、上型１１と下型１２とを開いて、硬化後の樹脂を型から取り出す。
【００３８】
図１３は、ゲートカットの様子を示しており、（ａ）は全体図、（ｂ）はゲート付近の部分拡大図である。
ゲートカットにより、ゲート痕１９が製品部１３側に残る。ゲート痕１９の大きさは、ゲート５の大きさや、カットの方法によっても大きく左右されるが、弾性の強いゴムの場合は、内部の歪みや応力による影響が大きい。従って、上述したように、ゲート５の部分に歪みや応力を残さずに成形することは困難である。
【００３９】
図１４は、細胞培養容器１が伸縮する際に応力が集中する伸縮方向の中央部にゲートを設けて成形したときのゲート痕１９を示す。細胞培養容器１は、矢印の方向に伸縮した際に応力が集中する中央部にゲート痕１９が存在することになり、このゲート痕１９を起点として裂け目２０が入って、細胞培養容器１が裂けやすくなる。
【００４０】
本発明は、上述したメカニズムにより発生するゲート痕が、伸縮方向の中央部に形成されることを防止するものである。図１に示すように、ゲート５の位置を中央部からずらして配置して射出成形を行うことにより、伸縮した際に応力が集中する中央部にゲート痕が存在しなくなり、このゲート痕を起点として容器が裂けることがない。また、図３に示すように、フィルムゲートを用いることにより、伸縮した際に応力が集中する中央部のみに集中的にゲート痕が存在することがなくなり、ゲート痕を起点として容器が裂けることがない。
【００４１】
また、ＰＤＭＳは極めて低粘度であるため、製品部に可動部分が存在すると、可動部分の隙間にＰＤＭＳが浸透して動作不良の原因となるが、本発明の製造方法では、製品部に可動部分が存在しないため、このような問題を生じない。さらに、ＰＤＭＳはゴムであるため、突出し機構が無くても変形させて摘み出すことが可能であり、取出しの際の問題も生じない。
【００４２】
上述したように、ゲートを用いることにより製品部にゲート痕が残ることは不可避であるが、本発明は、細胞培養容器におけるゲート痕による問題点をうまく回避しており、これにより、ゲートを用いない注型や圧縮成形ではなし得ない細胞培養容器の量産が、射出成形により可能となるため、大きな意義を有している。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、従来は注型とよばれる手作り的な方法を用いて作られていた伸縮性を持った細胞培養容器を、射出成形で工業的に量産することを可能としたものであり、細胞培養容器の量産化技術として広く利用することができる。その結果、伸縮性を持った細胞培養容器を、従来よりも安価に、多量に供給することが可能となる。そのため、伸縮によるストレッチを与えながら細胞を培養する方法を、分析化学や創薬ならびに再生医療の分野で広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  細胞培養容器
２  薄肉部
３  厚肉部
４  外側面
５  ゲート
６  フィルムゲート
７  端部
１１  上型
１２  下型
１３  製品部
１４  ノズルとの接続口
１５  液状樹脂
１６  スプルーとランナー
１７  硬化した樹脂
１８  硬化途中でまだ液状の樹脂
１９  ゲート痕
２０  裂け目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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