(57)【要約】【課題】人体の皮膚に近似した質感、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有し、表面がべとつかない皮膚モデルを提供すること。【解決手段】平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールからなる水性ゲルおよびシリカ粒子を含有し、含水率が２０〜７５重量％であり、厚さが０．１〜５ｍｍであることを特徴とする皮膚モデル、ならびに平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールおよびシリカ粒子を含有するポリビニルアルコール水溶液をシート状で−１０℃以下の温度に冷却し、形成された凍結シートを解凍することを特徴とする皮膚モデルの製造方法。【選択図】図１
2011022522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールからなる水性ゲルおよびシリカ粒子を含有し、含水率が２０〜７５重量％であり、厚さが０．１〜５ｍｍであることを特徴とする皮膚モデル。
【請求項２】
ポリビニルアルコールおよびシリカ粒子を含むポリビニルアルコール水溶液を−１０℃以下の温度に冷却した後、形成された凍結シートを解凍してなる請求項１に記載の皮膚モデル。
【請求項３】
シリカ粒子の量がポリビニルアルコール１００重量部あたり０．０１〜３０重量部である請求項１または２に記載の皮膚モデル。
【請求項４】
その一方表面に、樹脂フイルムが積層されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の皮膚モデル。
【請求項５】
樹脂フイルムがポリビニルアルコールフイルムである請求項４に記載の皮膚モデル。
【請求項６】
その一方表面に、平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールからなる水性ゲルおよびシリカ粒子を含有し、含水率が８０〜９０重量％であり、厚さが１〜３０ｍｍである含水ゲル層が形成されてなる請求項１〜５のいずれかに記載の皮膚モデル。
【請求項７】
含水ゲル層中に、人体の腫瘍を模擬した腫瘍モデルが形成されてなる請求項６に記載の皮膚モデル。
【請求項８】
平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールおよびシリカ粒子を含有するポリビニルアルコール水溶液をシート状で−１０℃以下の温度に冷却し、形成された凍結シートを解凍することを特徴とする皮膚モデルの製造方法。
【請求項９】
凍結シートを解凍した後、３５〜８０℃に加熱する請求項８に記載の皮膚モデルの製造方法。
【請求項１０】
ポリビニルアルコール水溶液におけるポリビニルアルコール濃度が５〜４０重量％である請求項８または９に記載の皮膚モデルの製造方法。
【請求項１１】
シリカ粒子の量がポリビニルアルコール１００重量部あたり０．０１〜３０重量部である請求項８〜１０のいずれかに記載の皮膚モデルの製造方法。
【請求項１２】
ポリビニルアルコール水溶液上に樹脂フイルムを載せるかまたは樹脂フイルム上にポリビニルアルコール水溶液を載せ、得られたポリビニルアルコール水溶液と樹脂フイルムとが積層された積層体を−１０℃以下の温度に冷却する請求項８〜１１のいずれかに記載の皮膚モデルの製造方法。
【請求項１３】
樹脂フイルムがポリビニルアルコールフイルムである請求項１２に記載の皮膚モデルの製造方法。
【請求項１４】
その一方表面に、平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールからなる水性ゲルおよびシリカ粒子を含有し、含水率が８０〜９０重量％であり、厚さが０．１〜３０ｍｍである含水ゲル層を形成させる請求項８〜１３のいずれかに記載の皮膚モデルの製造方法。
【請求項１５】
含水ゲル層中に、人体の腫瘍を模擬した腫瘍モデルを形成させる請求項１４に記載の皮膚モデルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、皮膚モデルに関する。さらに詳しくは、例えば、皮膚の切開や縫合などの手術手技練習、内視鏡を皮膚から挿入するための手術手技練習、ガイドワイヤーを皮膚から体内に挿入するための手術手技練習、看護師らがシリンジを用いて皮膚から採血をするための手技練習などに好適に使用することができる皮膚モデルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚疾患、内臓疾患などを治療するための外科手術の際には、外科医によって手術用メスなどを用いた皮膚の執刀が行なわれる。皮膚を執刀したとき、その切開部が深すぎると致命傷となることから、皮膚の執刀には、生死を分かつ慎重で熟練した技術が要求される。
【０００３】
従来、皮膚の執刀など手術手技練習の際には、例えば、フェルトからなる皮膚モデル、シリコーンゴムからなる皮膚モデルなどが用いられている。しかし、これらの皮膚モデルは、人体の皮膚の質感、弾力性、切開性などと顕著に相違しているため、手術用メスなどによる皮膚の切開練習、ガイドワイヤーなどを皮膚から挿入する際の手技練習、シリンジの注射針を皮膚に針刺する手技練習に適しているとはいえない。
【０００４】
そこで、人体の皮膚に代わるものとして、動物の皮膚を用いることが考えられるが、その皮膚には鮮度が要求され、さらに動物の皮膚に病原菌やウイルスなどが含まれている場合には、手術手技の練習をしている者が誤って負傷したとき、その傷口から動物に含まれている病原菌などが感染するおそれがあり、また使用済みの動物の皮膚の廃棄処理に多大なコストが必要となる。
【０００５】
近年、人体の皮膚に代わる皮膚モデルとして、例えば、シリコーン、ウレタンエラストマー、スチレンエラストマーなどのポリマーからなるモデル主体を用いることが考えられる（例えば、特許文献１参照）。しかし、これらのポリマーからなるモデル主体は、その素材が撥水性を有するため、人体の皮膚のような親水性や質感がなく、さらに人体の皮膚の切開感とはかなり異なることから、手術手技練習用の皮膚モデルに適しているとはいえない。
【０００６】
生体軟組織の模型として、２種類のポリビニルアルコールを溶解させた溶液を鋳型に注入した後、冷却させることによってゲル化させ、得られた水性ゲル組成物を鋳型から取り出すことによって得られる生体軟組織の模型（例えば、特許文献２参照）を皮膚モデルに使用することも考えられる。しかし、この生体軟組織の模型には、その製造段階で、原料として２種類のポリビニルアルコールを必要とするため、その組成の調整が煩雑であるとともに、溶媒として毒性の強いジメチルスルホキシドを必要とするため、ジメチルスルホキシドの除去のためのエタノール置換および水置換という煩雑な操作を必要とするとともに、そのような操作を行なった場合、得られる模型が剛直化するという欠点がある。また、この生体軟組織の模型からジメチルスルホキシドを完全に除去することが困難なため、その生体軟組織の模型を用いた場合、人体に対する悪影響が懸念される。さらに、この生体軟組織の模型は、生体の皮膚のような弾力性を有しておらず、その表面がべとつき、皮膚とはかなり相違する質感を有するとともに、人体の皮膚を切開したときのような切り心地や切開性を有していない。
【０００７】
また、ＥＳＤトレーニングモデルとして、濃度が約１５％となるようにポリビニルアルコールを１０％食塩水に溶解させた溶液を凍結・融解させた含水ゲルが用いられた模擬粘膜組織を有するモデルが提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、このモデルに使用されている含水ゲルは、生体の皮膚のような弾力性を有しておらず、その表面がべとつき、皮膚とはかなり相違する質感を有するとともに、人体の皮膚を切開したときのような切り心地や切開性を有していない。
【０００８】
したがって、近年、人体の皮膚に近似した質感、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有し、表面がべとつかない皮膚モデルの開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２４１９８８号公報
【特許文献２】特開２００７−３１６４３４号公報
【特許文献３】特開２００８−１９７４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、人体の皮膚に近似した質感、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有し、表面がべとつかない皮膚モデル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】
【００１１】
本発明は、
（１）平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールからなる水性ゲルおよびシリカ粒子を含有し、含水率が２０〜７５重量％であり、厚さが０．１〜５ｍｍであることを特徴とする皮膚モデル、および
（２）平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールおよびシリカ粒子を含有するポリビニルアルコール水溶液をシート状で−１０℃以下の温度に冷却し、形成された凍結シートを解凍することを特徴とする皮膚モデルの製造方法
に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の皮膚モデルは、人体の皮膚に近似した質感、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有し、表面がべとつかないので、手術手技練習などに好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の皮膚モデルの一実施態様を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の皮膚モデルは、平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールからなる水性ゲルおよびシリカ粒子を含有し、含水率が２０〜７５重量％であり、厚さが０．１〜５ｍｍであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の皮膚モデルは、例えば、平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールおよびシリカ粒子を含有するポリビニルアルコール水溶液をシート状で−１０℃以下の温度に冷却し、形成された凍結シートを解凍することによって作製することができる。
【００１６】
ポリビニルアルコールの平均重合度は、粘度法で求められる平均重合度を意味する。ポリビニルアルコールの平均重合度は、本発明の皮膚モデルの機械的強度を高める観点から、好ましくは３００以上、より好ましくは５００以上、さらに好ましくは１０００以上であり、ヒトの皮膚に近似した適度な弾力性を皮膚モデルに付与する観点から、好ましくは３５００以下、より好ましくは３０００以下、さらに好ましくは２５００以下である。
【００１７】
また、ポリビニルアルコールのケン化度は、本発明の皮膚モデルの機械的強度および弾力性を高める観点から、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上、さらに好ましくは９８モル％以上である。ポリビニルアルコールのケン化度の上限値は、高ければ高いほど好ましいことから、ポリビニルアルコールは、完全ケン化のポリビニルアルコールであることが好ましい。
【００１８】
ポリビニルアルコール水溶液は、ポリビニルアルコールを水に溶解させることによって容易に調製することができる。ポリビニルアルコールを水に溶解させるとき、ポリビニルアルコールの溶解性を高める観点から、ポリビニルアルコールまたは水を加温しておくことが好ましい。
【００１９】
ポリビニルアルコール水溶液におけるポリビニルアルコールの濃度は、本発明の皮膚モデルの機械的強度を高める観点から、好ましくは５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上であり、ポリビニルアルコールを水に十分に溶解させるとともに成形性を向上させる観点から、好ましくは４０重量％以下、より好ましくは３０重量％以下である。
【００２０】
ポリビニルアルコール水溶液には、シリカ粒子が含有される。本発明においては、このようにポリビニルアルコール水溶液にシリカ粒子が含まれていることから、従来のように人体に有害なジメチルスルホキシドなどの有機溶媒を使用したり、ポリビニルアルコール水溶液の冷解凍を何度も繰り返したりしなくても、人体の皮膚に近似した質感、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有し、表面がべとつかない皮膚モデルを得ることができる。
【００２１】
シリカ粒子の粒子径は、ポリビニルアルコール水溶液における分散性、本発明の皮膚モデルの平滑性などの観点から、３〜１００ｎｍ程度であることが好ましい。シリカ粒子の量は、ポリビニルアルコール１００重量部あたり、本発明の皮膚モデルの機械的強度および弾力性を高め、水ぬれ性を向上させる観点から、好ましくは０．０１重量部以上、より好ましくは０．０５重量部以上、さらに好ましくは０．１重量部以上であり、本発明の皮膚モデルが硬くなりすぎるのを防止する観点から、好ましくは３０重量部以下、より好ましくは２０重量部以下、さらに好ましくは１０重量部以下である。
【００２２】
シリカ粒子は、ポリビニルアルコール水溶液における分散性の観点から、例えば、コロイダルシリカとして用いることが好ましい。コロイダルシリカにおけるシリカ粒子の含有量は、ポリビニルアルコール水溶液における分散性、本発明の皮膚モデルの弾力性などの観点から、３〜４０重量％程度であることが好ましい。コロイダルシリカは、例えば、日産化学工業（株）製、商品名：スノーテックス（登録商標）などとして商業的に容易に入手することができる。
【００２３】
また、ポリビニルアルコール水溶液には、本発明の皮膚モデルの乾燥を防止する観点から、多糖類を添加することが好ましい。
【００２４】
多糖類としては、例えば、キチン、脱アセチル化キチン、キトサン、キトサンアセテート、キトサンマレエート、キトサングリコネート、キトサンソルベート、キトサンホルメート、キトサンサリチレート、キトサンプロピオネート、キトサンラクテート、キトサンイタコネート、キトサンナイアシネート、キトサンガラート、キトサングルタメート、カルボキシメチルキトサン、アルキルセルロース、ニトロセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、デンプン、コラーゲン、アルギネート、ヒアルロン酸、ヘパリンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのなかでは、本発明の皮膚モデルの乾燥を防止する観点から、キトサンおよびその誘導体が好ましく、キトサンがより好ましい。
【００２５】
キトサンとしては、例えば、エビ、カニ、イカなどの甲殻類に由来のキチンを脱アセチル化させたものなどが挙げられる。キトサンは、市場において容易に入手することができる。キトサンは、通常、粉末の形態で使用することができる。キトサンの分子量は、特に限定されないが、通常、好ましくは１００００〜２０００００、より好ましくは１００００〜４００００である。
【００２６】
多糖類の量は、その種類などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、ポリビニルアルコール１００重量部あたり、本発明の皮膚モデルの乾燥を防止する観点から、好ましくは０．５重量部以上、より好ましくは１重量部以上、さらに好ましくは２重量部以上であり、本発明の皮膚モデルが適度な弾力性を有するようにする観点から、好ましくは６００重量部以下、より好ましくは５００重量部以下、さらに好ましくは４００重量部以下である。
【００２７】
多糖類は、分散性の観点から、通常、水溶液として用いることが好ましい。多糖類水溶液は、例えば、酢酸、塩酸、乳酸などの酸の水溶液に濃度が０．５〜１０重量％程度となるように溶解させることによって得ることができる。なお、この水溶液は、必要により、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基性物質で中性〜塩基性に調整してもよい。
【００２８】
ポリビニルアルコール水溶液には、本発明の目的を阻害しない範囲内で、例えば、顔料、染料などの着色剤、香料、酸化防止剤、防黴剤、抗菌剤などの添加剤を適量で添加してもよい。本発明の皮膚モデルを、例えば、人体などの皮膚の切開や縫合などの手術手技練習用のシートとして用いる場合、人体の皮膚と近似させるために、ポリビニルアルコール水溶液は、所望の色に着色剤で着色されていることが好ましい。
【００２９】
次に、本発明の皮膚モデルの厚さに対応した厚さとなるように、例えば、ポリビニルアルコール水溶液を容器などに所定の深さとなるように注入してシート状にした後、−１０℃以下の温度に冷却する。容器は、樹脂製容器、金属製容器などのいずれであってもよいが、シート状の皮膚モデルを製造する観点から、容器の底面が平坦であることが好ましい。
【００３０】
本発明の皮膚モデルの機械的強度を高め、その乾燥を防止する観点から、皮膚モデルの一方表面に樹脂フイルムが積層されていることが好ましい。一方表面に樹脂フイルムが積層されている皮膚モデルは、例えば、ポリビニルアルコール水溶液上に樹脂フイルムを載せるかまたは樹脂フイルム上にポリビニルアルコール水溶液を載せ、得られたポリビニルアルコール水溶液と樹脂フイルムとが積層された積層シートを所定温度に冷却した後、解凍することによって製造することができる。
【００３１】
ポリビニルアルコール水溶液上に樹脂フイルムを載せ、得られたポリビニルアルコール水溶液と樹脂フイルムとが積層された積層シートを所定温度に冷却する場合、例えば、ポリビニルアルコール水溶液を所定温度に冷却する前に、このポリビニルアルコール水溶液を底面が平坦な容器に所望の深さとなるように入れ、その上面に樹脂フイルムを載置すればよい。また、樹脂フイルム上にポリビニルアルコール水溶液を載せ、得られたポリビニルアルコール水溶液と樹脂フイルムとが積層された積層シートを所定温度に冷却する場合、例えば、ポリビニルアルコール水溶液を所定温度に冷却する前に、樹脂フイルムを底面が平坦な容器に入れておき、その上面にポリビニルアルコール水溶液を所望の深さとなるように入れればよい。
【００３２】
樹脂フイルムは、水性ゲルとの密着性に優れているものを用いることが好ましい。好適な樹脂フイルムとしては、例えば、ポリビニルアルコールフイルム、塩化ビニル樹脂フイルム、ポリ塩化ビニリデンフイルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂からなる樹脂フイルム、ポリエステルフイルム、ポリウレタンフイルム、ナイロンフイルムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの樹脂フイルムのなかでは、ポリビニルアルコールフイルムは、水性ゲルとの密着性に優れていることから好ましい。商業的に容易に入手しうるポリビニルアルコールフイルムとしては、例えば、日本合成化学工業（株）製、商品名：ボブロン（登録商標）やビニロンなどの二軸延伸ポリビニルアルコールフイルムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
【００３３】
なお、前記樹脂フイルムは、孔が多数設けられているネット状の樹脂フイルムであってもよい。ネット状の樹脂フイルムとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリウレタン、ナイロンなどの樹脂からなるネット状の樹脂フイルムが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。ネット状の樹脂フイルムの目開きは、特に限定されないが、通常、０．１〜３ｍｍ程度であればよい。
【００３４】
樹脂フイルムの厚さは、その樹脂フイルムを構成している樹脂の種類などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、０．０３〜１ｍｍ程度である。
【００３５】
樹脂フイルムの中では、厚さが０．０３〜１ｍｍ程度である二軸延伸ポリビニルアルコールフイルムは、皮膚モデルの乾燥を防止するのみならず、水性ゲルとの密着性に優れるという利点がある。この二軸延伸ポリビニルアルコールフイルムは、生体組織の表面に存在している表皮として利用することもできる。
【００３６】
ポリビニルアルコール水溶液を冷却するときの温度は、人体の皮膚に近似した質感や表面状態、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有し、べとつかない皮膚モデルを製造する観点から、−１０℃以下、より好ましくは−１５℃以下、さらに好ましくは−２０℃以下であり、本発明の皮膚モデルの製造効率を高める観点から、好ましくは−３５℃以上、より好ましくは−３０℃以上である。
【００３７】
ポリビニルアルコール水溶液を前記温度で冷却する時間は、人体の皮膚に近似した質感、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有し、表面がべとつかない皮膚モデルを製造する観点およびその製造効率を高める観点から、好ましくは１〜１０時間程度、より好ましくは３〜８時間程度である。
【００３８】
ポリビニルアルコール水溶液を所定の温度で所定の時間冷却することによってポリビニルアルコール水溶液が凍結するが、そのときにポリビニルアルコール水溶液がゲル化するので、水性ゲル中にシリカ粒子が分散した凍結シートが形成される。
【００３９】
次に、このようにして形成された凍結シートを解凍する。凍結シートは、例えば、室温中に放置することによって自然解凍させてもよく、あるいは加熱することによって解凍させてもよいが、エネルギー効率を高める観点から、自然解凍が好ましい。凍結シートの解凍後の温度は、特に限定されず、通常、室温程度であればよい。
【００４０】
従来の２種類のポリビニルアルコールを用い、溶媒としてジメチルスルホキシドと水を用いたゲルの製造方法では、ポリビニルアルコール水溶液の冷解凍の操作を複数回繰り返す必要がある。
【００４１】
これに対して、本発明では、原料として、シリカ粒子が含まれているポリビニルアルコール水溶液が用いられているので、従来のようにポリビニルアルコール水溶液の冷解凍の操作を複数回繰り返さなくても、ポリビニルアルコール水溶液の冷解凍を１回行なうだけで、効率よく人体の皮膚に近似した質感、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有する皮膚モデルを得ることができる。なお、前記冷解凍の操作は、必要により、複数回繰り返してもよい。
【００４２】
以上のようにして皮膚モデルが得られるが、皮膚モデルの含水率が高い場合には、乾燥させることにより、含水率を調節することができる。皮膚モデルの含水率は、人体の皮膚に近似した質感や表面状態、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有するようにする観点から、２０〜７５重量％、好ましくは３０〜７５重量％、より好ましくは４０〜７０重量％である。
【００４３】
なお、本明細書において、皮膚モデルの含水率は、その皮膚モデルの重量および４０℃の乾燥機内に入れ、その重量変化がほとんどなくなるまで乾燥させた後の重量を測定し、式：
〔含水率〕
＝〔（乾燥前の皮膚モデルの重量）−（乾燥後の皮膚モデルの重量）〕
÷（乾燥前の皮膚モデルの重量）×１００
に基づいて求められる含水率を意味する。
【００４４】
皮膚モデルの乾燥は、例えば、皮膚モデルを加熱することによって行なうことができるが、本発明は、かかる乾燥方法によって限定されるものではない。皮膚モデルを加熱することによって乾燥させた場合には、皮膚モデルの含水率を調節することができるとともに、皮膚モデルを構成している水性ゲル組織の均一化が図られる。皮膚モデルの加熱は、例えば、乾燥室内で行なうことができる。皮膚モデルを加熱するときの温度は、水性ゲル組織の均一化を図る観点から、好ましくは３５℃以上、より好ましくは４０℃以上であり、弾力性の低下を抑制する観点から、好ましくは８０℃以下、より好ましくは７５℃以下、さらに好ましくは７０℃以下である。皮膚モデルに熱処理を施す時間は、加熱温度によって異なるので一概には決定することができないが、通常、水性ゲル組織の均一化を図る観点から、０．５〜３時間程度であることが好ましい。皮膚モデルを加熱した後は、室温まで放冷すればよい。
【００４５】
本発明の皮膚モデルは、そのままの状態で使用することができるが、必要により、所定の大きさとなるように裁断した後に使用してもよい。
【００４６】
本発明の皮膚モデルの厚さは、人体の皮膚に近似させる観点から、０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．３〜３ｍｍである。本発明の皮膚モデルの厚さは、その製造をする際に容器などに注入するポリビニルアルコール水溶液の深さを調節することによって容易に調節することができる。
【００４７】
本発明の皮膚モデルの一方表面には、平均重合度が３００〜３５００であり、ケン化度が９０モル％以上であるポリビニルアルコールからなる水性ゲルおよびシリカ粒子を含有し、含水率が８０〜９０重量％であり、厚さが１〜３０ｍｍである含水ゲル層が形成されていてもよい。この含水率が８０〜９０重量％であり、厚さが１〜３０ｍｍである含水ゲル層は、人体の筋肉組織に近似しているので、この含水ゲル層を有する皮膚モデルは、皮膚の切開や縫合などの手術手技練習をはじめ、皮膚に内視鏡を挿入するための手術手技練習、ガイドワイヤーを体内に挿入するための手術手技練習、看護師の採血のための手技練習などに好適に使用することができる。
【００４８】
含水ゲル層を有する皮膚モデルは、例えば、皮膚モデルの上に、含水ゲル層を形成させるためのシリカ粒子を含有するポリビニルアルコール水溶液を載せ、得られたポリビニルアルコール水溶液と皮膚モデルとが積層された積層シートを所定温度に冷却した後、解凍することによって製造することができる。
【００４９】
含水ゲル層を形成させるためのポリビニルアルコール水溶液に用いられるポリビニルアルコールの平均重合度およびそのケン化度、シリカ粒子の種類およびその量、ポリビニルアルコール水溶液の濃度、ポリビニルアルコール水溶液から水性ゲルを製造する方法などは、いずれも、前記皮膚モデルと同様であることが好ましい。
【００５０】
前記含水ゲル層は、人体の筋肉組織に近似していることから、その含水ゲル層中に腫瘍モデルを存在させてもよい。このように腫瘍モデルを含水ゲル層中に存在させた場合には、本発明の皮膚モデルは、例えば、ラジオ波などによって腫瘍の組織を局部加熱する手技練習に好適に使用することができる。
【００５１】
図１は、腫瘍モデルを含水ゲル層中に存在させた皮膚モデルの概略断面図である。図１において、皮膚モデル１には、含水ゲル層２が形成されており、含水ゲル層２に、人体の腫瘍を模擬した腫瘍モデル３が形成されている。
【００５２】
腫瘍モデル３は、含水ゲル層２と識別することができるようにするために、含水ゲル層２と異なる材料であることが好ましい。腫瘍モデル３は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴムなどのゴムなどで構成させることができる。これらのなかでは、ラジオ波などによって腫瘍の組織を局部加熱する手技練習の際に、腫瘍モデル３が溶融しないので、腫瘍の存在を容易に確認することができることから、熱硬化性樹脂が好ましい。
【００５３】
腫瘍モデル３の形状は、任意であり、特に限定されないが、その例として、球状、楕円球体状などが挙げられる。また、腫瘍モデル３の大きさについても任意であり、その例として、直径が１〜２０ｍｍ程度である腫瘍モデルなどが挙げられる。含水ゲル層２に存在する腫瘍モデル３の数は、任意であり、例えば、１個だけであってもよく、２個以上の複数個であってもよい。
【００５４】
腫瘍モデル３が存在している含水ゲル層２は、例えば、含水ゲル層２を製造する際に、含水ゲル層２を形成するためのポリビニルアルコール水溶液中に腫瘍モデル３を分散させることによって形成させてもよく、あるいは含水ゲル層２を製造した後に、この含水ゲル層２中に腫瘍モデル３を埋入することによって形成させてもよい。
【００５５】
なお、本発明の皮膚モデルにおいては、含水ゲル層は、前記樹脂フイルムを介して皮膚モデルに形成されていてもよい。この場合、樹脂フイルムは、含水ゲル層との密着性を高める観点から、ポリビニルアルコールフイルムであることが好ましく、二軸延伸ポリビニルアルコールフイルムであることがより好ましい。
【００５６】
本発明の皮膚モデルの含水ゲル層には、さらに人体の脂肪に相当する脂肪層を形成させてもよい。脂肪層は、前記含水ゲル層の製造方法と同様の方法で、シリカ粒子を含有するポリビニルアルコール水溶液を用いて製造することができる。脂肪層を形成させる場合には、ポリビニルアルコール水溶液におけるポリビニルアルコールの濃度は、３〜５重量％程度とし、またポリビニルアルコール水溶液には、ナタネ油などの植物性油や動物性油などを適量で配合することが人体の脂肪に近似させる観点から好ましい。脂肪層の厚さは、人体の場合、個人差が大きいため一概には決定することができないが、通常、０．２〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００５７】
以上のようにして得られる本発明の皮膚モデルは、人体の皮膚に近似した質感や表面状態、人体の皮膚と同様の切り心地、弾力性および切開性を有する。したがって、本発明の皮膚モデルは、例えば、皮膚の切開や縫合などの手術手技練習、内視鏡を皮膚から挿入するための手術手技練習、ガイドワイヤーを皮膚から体内に挿入するための手術手技練習、看護師らがシリンジを用いて皮膚から採血をするための手技練習などに好適に使用することができる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。
【００５９】
実施例１
平均重合度が１７００であり、ケン化度が約９８〜９９モル％であるポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、商品名：クラレポバールＰＶＡ−１１７〕を濃度が１０重量％となるように水に溶解させ、得られたポリビニルアルコール水溶液５００ｇを１Ｌ容のビーカーに入れ、８０℃で１５分間加温した後、常温まで放冷した。
【００６０】
次に、コロイダルシリカ〔日産化学工業（株）製、商品名：スノーテックスＸＰ、シリカの粒子径：約５ｎｍ、シリカの含有量：５重量％〕１５ｍＬを前記ビーカー内に添加し、ビーカー内の内容物を均一な組成となるように攪拌した後、皮膚の色に近い栗色で半透明のアクリル系ポスターカラー〔デルタ社製、商品名：デルタ・セラムコート〕０．５ｍＬを添加し、均一な組成となるように攪拌した。
【００６１】
得られた着色されたポリビニルアルコール水溶液（液温：２０℃）を容器内の縦の長さが２５ｃｍ、横の長さが２０ｃｍ、高さが７ｃｍであるポリプロピレン製の直方体の樹脂容器内に、深さが１ｍｍとなるように注ぎ、その上面に二軸延伸ポリビニルアルコールフイルム〔日本合成化学工業（株）製、商品名：ボブロン（登録商標）、厚さ：約１４μｍ〕を気泡が入らないようにして重ねた。
【００６２】
次に、前記樹脂容器を冷凍室（室温：−２０℃）内に入れ、５時間冷却した後、冷凍室から取り出し、室温となるまで室温中で放置した。
【００６３】
次に、得られたシートをこの樹脂容器から取り出し、乾燥器内に入れ、６０℃となるまで加熱し、同温度で６０分間保持した後、乾燥器から取り出し、放冷した。得られたシートをＢ５の大きさに裁断し、皮膚モデルを作製した。
【００６４】
比較例１
実施例１において、コロイダルシリカを使用しなかったこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。
【００６５】
実験例１
実施例１および比較例１で得られた皮膚モデルの物性として、貯蔵弾性率、破断強度、接触角および含水率を以下の方法に基づいて調べた。その結果を表１に示す。
【００６６】
（１）貯蔵弾性率
動的粘弾力性測定装置〔ユービエム社（UBM Co. Ltd）製、商品名：レオゲル(Rheogel) E-4000〕を用いて皮膚モデルの貯蔵弾性率を測定した。
【００６７】
（２）破断強度
皮膚モデルを幅５ｍｍのダンベル型に切り抜き、それぞれ３個のサンプルを作製し、引張験機〔（株）島津製作所製、商品名：オートグラフＡＧＳ−５ｋＮＧ〕で１ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り、破断時における強度（破断強度）を測定し、それぞれ３個の平均値を求めた。
【００６８】
（３）接触角
接触角計〔協和界面科学（株）製、品番：ＣＡ−Ｘ〕を用いて皮膚モデルの表面における水に対する接触角を２５℃の大気中にて測定した。
【００６９】
（４）含水率
皮膚モデルの重量および４０℃の乾燥機内に入れ、その重量変化がほとんどなくなるまで乾燥させた後の重量を測定し、式：
〔含水率〕
＝〔（乾燥前の皮膚モデルの重量）−（乾燥後の皮膚モデルの重量）〕
÷（乾燥前の皮膚モデルの重量）×１００
に基づいて、含水率を求めた。
【００７０】
【表１】
2011022522.tif 000003
【００７１】
表１に示された結果から、実施例１で得られた皮膚モデルは、比較例１で得られた皮膚モデルと対比して、同程度の含水率を有するが、機械的強度（破断強度）が高く、弾力性に優れ、水に対する接触角が小さいので、ヒトの皮膚のように水になじみやすいものであることがわかる。
【００７２】
実施例２
実施例１において、ポリビニルアルコールとして、平均重合度が１０００であり、ケン化度が約９８〜９９モル％であるポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、商品名：クラレポバールＰＶＡ−１１０〕を用いたこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水率（実験例１の方法で測定。以下同じ）は、６５重量％であった。
【００７３】
実施例３
実施例１において、ポリビニルアルコールとして、平均重合度が２０００であり、ケン化度が約９８〜９９モル％であるポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、商品名：クラレポバールＰＶＡ−１２０〕を用いたこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水率は、６５重量％であった。
【００７４】
実施例４
実施例１において、キトサン１ｇを用い、これをポリビニルアルコール水溶液に添加したこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水率は、６４重量％であった。
【００７５】
実施例５
実施例１において、キトサン１０ｇを用い、これをポリビニルアルコール水溶液に添加したこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水率は、６０重量％であった。
【００７６】
実施例６
実施例１において、コロイダルシリカの量を１ｍＬに変更したこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水率は、６１重量％であった。
【００７７】
実施例７
実施例１において、コロイダルシリカの量を８０ｍＬに変更したこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水率は、６９重量％であった。
【００７８】
実施例８
実施例１において、ポリビニルアルコール水溶液（液温：２０℃）を樹脂容器内に注いだ後、その上面に二軸延伸ポリビニルアルコールフイルムを重ねなかったこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水率は、６５重量％であった。
【００７９】
実施例９
実施例１において、二軸延伸ポリビニルアルコールフイルム〔日本合成化学工業（株）製、商品名：ボブロン（登録商標）、厚さ：約１４μｍ〕の代わりにポリエステル製ネット（坪量：５ｇ／ｃｍ2）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水率は、６５重量％であった。
【００８０】
比較例２
ポリビニルアルコール粉末（平均重合度：１７００、ケン化度：９９．０モル％）８０ｇと、ポリビニルアルコール粉末（平均重合度：１８００、ケン化度：８６〜９０モル％）２０ｇとを混合し、ポリビニルアルコール混合物を得た。
【００８１】
得られたポリビニルアルコール混合物をジメチルスルホキシドと水との混合溶媒〔ジメチルスルホキシド／水（重量比）：８０／２０〕に１２０℃に加熱しながら溶解させ、含水率が８０重量％のポリビニルアルコール溶液を調製した。
【００８２】
得られたポリビニルアルコール溶液を実施例１で用いたのと同じ樹脂容器内に、深さが１ｍｍとなるように注入した後、この樹脂容器を室温まで冷却した。
【００８３】
この樹脂容器の内容物を室温下でエタノール２００ｍＬ中に２時間浸漬することにより、ジメチルスルホキシドをエタノールに置換して除去し、樹脂容器内の内容物を水中に浸漬した後、その内容物を樹脂容器から取り出した。
【００８４】
この内容物を観察したところ、十分にゲル化しておらず、弾力性がほとんどなく、流動性を有し、しかもその表面がべとつくため、この内容物を用いて皮膚モデルを製造することができなかった。
【００８５】
したがって、平均重合度が１７００であり、ケン化度が９９．０モル％であるポリビニルアルコールと、平均重合度が１８００であり、ケン化度が８６〜９０モル％であるポリビニルアルコールを８０／２０の重量比で混合し、水とジメチルスルホキシドとの混合溶媒に溶解させ、得られたポリビニルアルコールを室温に冷却させても、弾力性を有するゲルが得られないことがわかる。
【００８６】
比較例３
比較例２において、濃度が約１５重量％となるようにポリビニルアルコールを１０％食塩水に溶解させた溶液を実施例１で用いたのと同じ樹脂容器内に、深さが１ｍｍとなるように注入した後、この樹脂容器を冷却する温度を室温から−２０℃に変更し、この温度で５時間冷凍し、次いで２０℃で融解したこと以外は、比較例２と同様にしてゲルを調製した。その結果、比較例２と相違してゲルが得られたが、得られたゲルは、弾力性が小さく、その表面がべとつくことが確認された。
【００８７】
比較例４
厚さが４ｍｍの市販のシリコーンゴムシートをＢ５の大きさに裁断することにより、皮膚モデルを作製した。
【００８８】
実験例２
各実施例および各比較例で得られた皮膚モデルの物性として、質感、べとつき、弾力性、切り心地および切開性を以下の方法にしたがって調べた。その結果を表２に示す。
【００８９】
（１）質感
大学の医学研究科の外科を専攻している学生および教官１０名に皮膚モデルを指触してその感触を調べてもらい、以下の評価基準に基づいて評価した。なお、Ｄの評価を下した者がひとりもいないことが合格基準となる。
〔評価基準〕
Ａ：ヒトの皮膚に非常に近似している。
Ｂ：ヒトの皮膚に十分に近似している。
Ｃ：ヒトの皮膚にやや近似している。
Ｄ：ヒトの皮膚に近似していない。
【００９０】
（２）べとつき
大学の医学研究科の外科を専攻している学生および教官１０名に皮膚モデルを指触してそのべとつきを調べてもらい、以下の評価基準に基づいて評価した。なお、Ｄの評価を下した者がひとりもいないことが合格基準となる。
〔評価基準〕
Ａ：ヒトの皮膚に非常に近似している。
Ｂ：ヒトの皮膚に十分に近似している。
Ｃ：ヒトの皮膚にやや近似している。
Ｄ：ヒトの皮膚に近似していない。
【００９１】
（３）弾力性
大学の医学研究科の外科を専攻している学生および教官１０名に皮膚モデルを指触してその弾力性を調べてもらい、以下の評価基準に基づいて評価した。なお、Ｄの評価を下した者がひとりもいないことが合格基準となる。
〔評価基準〕
Ａ：ヒトの皮膚に非常に近似している。
Ｂ：ヒトの皮膚に十分に近似している。
Ｃ：ヒトの皮膚にやや近似している。
Ｄ：ヒトの皮膚に近似していない。
【００９２】
（４）切り心地
大学の医学研究科の外科を専攻している学生および教官１０名に手術用メス〔フェザー安全剃刀（株）製、ステンレス鋼製の外科手術用替刃メスＮｏ.１０〕を用いて実際に皮膚モデルに執刀して切り心地を調べてもらい、以下の評価基準に基づいて評価した。なお、Ｄの評価を下した者がひとりもいないことが合格基準となる。
〔評価基準〕
Ａ：ヒトの皮膚に非常に近似している。
Ｂ：ヒトの皮膚に十分に近似している。
Ｃ：ヒトの皮膚にやや近似している。
Ｄ：ヒトの皮膚に近似していない。
【００９３】
（５）切開性
大学の医学研究科の外科を専攻している学生および教官１０名に手術用メス〔フェザー安全剃刀（株）製、ステンレス鋼製の外科手術用替刃メスＮｏ.１０〕を用いて実際に皮膚モデルに執刀して切開部の創傷が人体の皮膚と同様に広がるかどうかを観察してもらい、以下の評価基準に基づいて評価した。なお、Ｄの評価を下した者がひとりもいないことが合格基準となる。
〔評価基準〕
Ａ：人体の皮膚と区別がつかない。
Ｂ：人体の皮膚と非常に近似している。
Ｃ：人体の皮膚に十分に近似している。
Ｄ：人体の皮膚と近似していない。
【００９４】
なお、比較例２では、ゲルを製造することができなかったため、皮膚モデルの物性の測定ができなかった。
【００９５】
【表２】
2011022522.tif 000004
【００９６】
表２に示された結果から、各実施例で得られた皮膚モデルは、いずれも、ヒトの皮膚に近似した質感およびヒトの皮膚に近似した切り心地を有し、その表面がべとつかずにヒトの皮膚に近似した弾力性を有するとともに、切開をしたときに切開部が皮膚のように広がる切開性を有するものであることがわかる。
【００９７】
実施例１０
平均重合度が１７００であり、ケン化度が約９８〜９９モル％であるポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、商品名：クラレポバールＰＶＡ−１１７〕を濃度が１０重量％となるように水に溶解させ、得られたポリビニルアルコール水溶液５００ｇを１Ｌ容のビーカーに入れ、８０℃で１５分間加温した後、常温まで放冷した。
【００９８】
次に、コロイダルシリカ〔日産化学工業（株）製、商品名：スノーテックスＸＰ、シリカの粒子径：約５ｎｍ、シリカの含有量：５重量％〕１５ｍＬを前記ビーカー内に添加し、ビーカー内の内容物を均一な組成となるように攪拌した後、皮膚の色に近い栗色で半透明のアクリル系ポスターカラー〔デルタ社製、商品名：デルタ・セラムコート〕０．５ｍＬを添加し、均一な組成となるように攪拌することにより、着色されたポリビニルアルコール水溶液を得た。
【００９９】
一方、容器内の縦の長さが２５ｃｍ、横の長さが２０ｃｍ、高さが７ｃｍであるポリプロピレン製の直方体の樹脂容器内に、実施例１で得られた皮膚モデルをその二軸延伸ポリビニルアルコールフイルムが設けられている面が上面となるようにして入れた。
【０１００】
次に、この樹脂容器内に前記で得られた着色されたポリビニルアルコール水溶液（液温：２０℃）を深さが２０ｍｍとなるように注いだ後、この前記樹脂容器を冷凍室（室温：−２０℃）内に入れ、５時間冷却した。その後、この樹脂容器を冷凍室から取り出し、室温となるまで室温中で放置した。得られた皮膚モデルをこの樹脂容器から取り出し、乾燥器内に入れ、６０℃となるまで加熱し、同温度で１０分間保持した後、乾燥器から取り出し、放冷することにより、含水ゲル層を有する皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水ゲル層の一部を切り取り、その含水率を測定したところ、含水率は８８重量％であった。
【０１０１】
得られた含水ゲル層を有する皮膚モデルは、実施例１で得られた皮膚モデルと同様に、質感、べとつき、弾力性、切り心地および切開性に優れていた。
【０１０２】
次に、外科医にシリンジの注射針をこの皮膚モデルに挿入してもらったところ、人体の皮膚に近似していることが確認された。
【０１０３】
したがって、この皮膚モデルは、注射針を皮膚に挿入する練習、内視鏡手術の練習などに好適に使用することができることがわかる。
【０１０４】
実施例１１
実施例１０において、実施例１で得られた皮膚モデルの代わりに実施例８で得られた皮膚モデルを用いたこと以外は、実施例１０と同様にして含水ゲル層を有する皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水ゲル層の一部を切り取り、その含水率を測定したところ、含水率は８７重量％であった。
【０１０５】
得られた含水ゲル層を有する皮膚モデルは、実施例１で得られた皮膚モデルと同様に、質感、べとつき、弾力性、切り心地および切開性に優れていた。
【０１０６】
次に、外科医にシリンジの注射針をこの皮膚モデルに挿入してもらったところ、人体の皮膚に近似していることが確認された。
【０１０７】
したがって、この皮膚モデルは、注射針を皮膚に挿入する練習、内視鏡手術の練習などに好適に使用することができることがわかる。
【０１０８】
実施例１２
実施例１１と同様にして含水ゲル層を有する皮膚モデルを作製した後、含水ゲル層の中央部に、腫瘍の組織に模した直径が約５ｍｍのフェノール樹脂からなる塊を埋没させることにより、腫瘍の組織を有する皮膚モデルを作製した。得られた皮膚モデルの含水ゲル層の一部を切り取り、その含水率を測定したところ、含水率は８７重量％であった。
【０１０９】
次に、この皮膚モデルを用いて外科医にラジオ波によって腫瘍の組織を局部加熱する手技練習をしてもらったところ、その手技練習に好適に使用することができるものであることが確認された。
【０１１０】
したがって、この皮膚モデルは、腫瘍の組織の外科手術の手技練習に好適に使用することができることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本願発明の皮膚モデルは、例えば、皮膚の切開や縫合などの手術手技練習、内視鏡を皮膚から挿入するための手術手技練習、ガイドワイヤーを皮膚から体内に挿入するための手術手技練習、看護師らがシリンジを用いて皮膚から採血をするための手技練習などに好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１    皮膚モデル
２    含水ゲル層
３    腫瘍モデル
【図１】
2011022522.tif 000005