(57)【要約】      （修正有）【課題】細胞足場をはじめとして簡単に構造物を構築し、亦、消去することのできる再構成可能な構造体の作製方法の提供。【解決手段】感熱応答性ポリマー溶液はゲル化開始温度の方がゾル化開始温度よりも高いというヒステリシス特性を有するものを用いる。保温状態の前記感熱応答性ポリマー溶液に対して前記溶液加熱用ヒータを用いて局所的な加熱を行うと、加熱された部分のみゲル化開始温度を超えてゲルシートが前記溶液加熱用ヒータの周りに発生する。その後、前記溶液加熱用ヒータによる加熱を止めると、発生したゲルシートはヒステリシス特性によりゾルには戻らず、ゲルシートの形状を保持できる。このように、ゾル化開始温度よりゲル化開始温度の方が高いという感熱応答性ポリマー溶液が有するヒステリシス特性を用いることで、作製したゲルシートをゲル状態のまま保持することが可能となる。【選択図】図１
2015029510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液全体を保温するための保温用ヒータと、
溶液を局所的に加熱するための加熱用ヒータと、
感熱応答性ポリマー溶液、
を備え、
前記感熱応答性ポリマー溶液を前記保温用ヒータによってゾル化開始温度とゲル化開始温度の間に保持し、
前記加熱用ヒータによって局所的にゲルシートを作製させ、
前記感熱応答性ポリマー溶液の有するゾル化開始温度とゲル化開始温度が異なるというヒステリシス特性により加熱用ヒータによる加熱を止めてもゲルシートを保持できることを特徴とするゲルシートの作製方法。
【請求項２】
前記ゲルシートはマニピュレータにより把持、移動させることで１次元、２次元、３次元のゲル構造体を作製できることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ゲルシートは、感熱応答性ゲルを用いてシート間の隙間を埋めることにより、複数の前記ゲルシートを接合した構造体を作製できることを特徴とする１または２に記載の方法。
【請求項３】
前記ゲルシートの内部に生体組織又は生体材料を包埋することで、生体組織構造体が作製可能なことを特徴とする請求項１または２または３に記載の方法。
【請求項４】
前記ゲルシートは温度を下げることにより感熱応答性ポリマー溶液中に溶かすことができることを特徴とする請求項１または２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記ゲルシートの材料としては、感熱応答性のゾル‐ゲル相転移を示す材料が使用できることを特徴とする請求項１または２または３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、感熱応答性ポリマー溶液が有するヒステリシス特性を用いて、ゲルシートを作製する方法に関する。感熱応答性ポリマー溶液の中には、ゲルからゾルになるゾル化開始温度よりもゾルからゲルになるゲル化開始温度の方が高いというヒステリシス特性を有するものがある。この特性を利用することで、ゲルシートを作製し、構造体を構築することができる。
【背景技術】
【０００２】  感熱応答性ポリマーやゲルシートは様々な用途のために作製され、用いられている。特許文献１では、ゲルシート上に筋細胞を培養し、細胞局所刺激計測用デバイスを組み合わせることで細胞バイオアッセイ用キットを作製している。【０００３】  特許文献２では、感熱応答性ポリマーを用いることでゲル内に薬剤を配合し、温度を下げることでゲルがゾルになると共に薬剤を放出する温度応答性の薬剤放出性組成物を作製している。【０００４】  特許文献３では、感圧感熱素材でできたカプセルを用いてプロセスを記録させるシートを作製している。【０００５】  特許文献４では、ヒステリシス特性を有する可逆性感熱媒体を用いて画像形成装置の透明部と非透明部の制御を行っている。【０００６】  直接感熱応答性ゲルを用いるだけでなく、他の材料と組み合わせて用いられる場合も多い。特許文献５では、感熱ゲル化性のポリウレタン系エマルジョンを用いて、皮革様シート状物の製造方法を提案している。これは、感熱ゲル化性のエマルジョンを繊維質機材に含浸し、熱を加えて凝固させることで作製される。【０００７】  特許文献６では、着色された感熱材のゲルを用いた感温インジケータを提案している。このゲルは所定温度以下で液槽となるゲルである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１２２９５３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２８５８７号公報
【特許文献３】特開平１１−７０７４１号公報
【特許文献４】特開平５−３０９９３７号公報
【特許文献５】特開２０００−９６４５７号公報
【特許文献６】特開２００８−１７０２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  例えば、生物細胞などを三次元的に組み立てる場合、細胞が成長していくための足場が必要となる。しかしながら、足場は細胞が成長し構造が固定されてきた時には逆に異物となってしまう。そのため、細胞の成長に伴って消えていく材料が細胞足場には必要となる。生物細胞への応用以外にも、作製した構造物を使用後消すことができると、再構成可能な構造物として試作プロセスの短縮やコスト削減にも繋がる。このように、簡単に構造物を構築し、また消去することができる再構成可能な構造体作製方法を提供することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきた結果、次なる構成の本発明に想到した。
本発明のゲルシート作製方法は、感熱応答性ポリマー溶液と、溶液保温用ヒータ、溶液加熱用ヒータを備え、前記溶液保温用ヒータによって前記感熱応答性ポリマー溶液の温度をゾル化開始温度とゲル化開始温度の間に保持する。保温状態の前記感熱応答性ポリマー溶液に対して前記溶液加熱用ヒータを用いて局所的な加熱を行うと、加熱された部分のみゲル化開始温度を超えてゲルシートが前記溶液加熱用ヒータの周りに発生する。その後、前記溶液加熱用ヒータによる感熱応答性ポリマー溶液の局所加熱を止めると、発生した感熱応答性ゲルシートはヒステリシス特性によりゾルには戻らず、その形状を保持することができる。【００１１】  本発明の溶液加熱用ヒータは、例えば、幅数十マイクロメートル、長さ数百マイクロメートルの微小ヒータとすることができる。【００１２】  また、本発明の感熱応答性ゲルシートは溶液保温用ヒータの設定温度をゾル化開始温度以下にすることで、感熱応答性ゲルシートをゾル化させ溶液中に溶かして消すことができる。【００１３】  前記ゲルシートには、生体組織又は生体材料を包埋することができる。【００１４】  また、前記ゲルシートは、積層することにより１次元から２次元、３次元の構造体へと拡張することができる。【００１５】  そのことによって、１次元、２次元、３次元の生体組織を模倣した構造体を作製することができる。【００１６】  また、生体材料を包埋したゲルシートをインキュベータ内に入れることにより、ゲルシート内での細胞等の培養が可能である。【００１７】  前記ゲルシートは、可逆性のゾル‐ゲル相転移を用いるため、前記ゲルシートを一度ゾルへと戻し再びゲル化させることで、前記ゲルシートの形状を再構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の感熱応答性ポリマーのヒステリシス特性を利用した感熱応答性ゲルシートの作製に必要な構成要素の配置例を示している。
【図２】図２は本発明の感熱応答性ポリマーのヒステリシス特性を利用した感熱応答性ゲルシートの作製を顕微鏡下で行った場合の構成要素の配置例を示している。
【図３】図３は本発明の感熱応答性ポリマーのヒステリシス特性を利用した感熱応答性ゲルシートの作製のために使用した実験設備の様子である。
【図４】図４は感熱応答性ポリマー溶液のヒステリシス特性を利用して感熱応答性ゲルシートの作製を行った実験結果を示している。
【図５】図５は作製した感熱応答性ゲルシートをマイクロマニピュレータによって把持、操作した実験結果を示している。
【図６】図６は作製した２枚の感熱応答性ゲルシートをマイクロマニピュレータによって把持し、重ねた実験結果を示している。
【図７】図７は作成した感熱応答性ゲルシートを、温度を下げることにより溶かした実験結果である。
【図８】図８は感熱応答性ゲルシート内で細胞の培養、及び生存確認のための蛍光染色を行った実験結果である。
【図９】図９は、図３に示す実験設備の液槽内に細胞を入れて２時間経過後の細胞の生存確認を行った実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  この発明の構成要素の配置例を図１に示す。このように、感熱応答性ポリマー溶液（１）をゾル化開始温度とゲル化開始温度の間に保持するための溶液保温用ヒータ（３）、及び感熱応答性ポリマー溶液（１）を局所的に加熱し、感熱応答性ゲルシート（６）を作製するための溶液加熱用ヒータ（２）の上に感熱応答性ポリマー溶液（１）を配置することで、感熱応答性ポリマー溶液（１）を局所的にゲル化させ感熱応答性ゲルシート（６）を作製する。
【００２０】  図２に示すように、倒立顕微鏡など下側からの観察が必要な場合には、溶液保温用ヒータ（３）を中心に穴が開いているものや、複数個用いることで観察ができるようにすることが可能である。
【００２１】  また、感熱応答性ポリマー溶液（１）を入れるための液槽（４）を用意し、図２のように液槽（４）の内部に溶液加熱用ヒータ（２）を設置することも可能である。
【００２２】  作製した感熱応答性ゲルシート（６）は、図２に示すように外部からマニピュレータ（５）を用いることで把持、操作することが可能である。
【００２３】  図３に本発明の感熱応答性ポリマー溶液（１）のヒステリシス特性を利用した感熱応答性ゲルシート（６）の作製のための実験設備を示す。実験では２つの溶液保温用ヒータ（３）を約５ｍｍ離して設置し、倒立顕微鏡下で液槽（４）内が観察できるようにした。また、液槽内には感熱応答性ポリマー溶液（１）である１０ｗｔ％のポリ（Ｎイソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）溶液を入れた。この溶液はゲル化開始温度が約３２度、ゾル化開始温度が約２２度のヒステリシス特性を示す。
【００２４】  溶液保温用ヒータ（３）を用いて液槽（４）内の感熱応答性ポリマー溶液（１）をゾル化開始温度とゲル化開始温度の間である約３０度に保ち、実験を行った。また、作製した感熱応答性ゲルシート（６）を把持、移動させるために、マイクロマニピュレータ（５）を液槽（４）の外から感熱応答性ポリマー溶液（１）の中へと挿入した。
【００２５】  図４に本発明の感熱応答性ポリマー溶液（１）のヒステリシス特性を利用した感熱応答性ゲルシート（６）の作製実験の結果を示す。この実験では、溶液保温用ヒータ（３）としてぺルチェ素子を用い、溶液加熱用ヒータ（２）として透明電極である酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の電極を用いた。図２中央の写真が示すように、溶液加熱用ヒータ（２）の上にある感熱応答性ポリマー溶液（１）が、溶液加熱用ヒータ（２）の電源が入るとゲル化し、溶液加熱用ヒータ（２）の上のみが不透明になった。さらに、溶液加熱用ヒータ（２）の電源を切った後もヒステリシス特性によって感熱応答性ゲルシート（６）が溶液加熱用ヒータ（２）の上に残り、感熱応答性ゲルシート（６）の作製が行えた。
【００２６】  図５にマニピュレータ（５）による感熱応答性ゲルシート（６）の把持、移動実験の結果を示す。このように、溶液加熱用ヒータ（２）上に作製された感熱応答性ゲルシート（６）はマニピュレータ（５）によって把持し、別の場所へ移動させることが可能である。
【００２７】  図６はマニピュレータ（５）によって２枚の感熱応答性ゲルシート（６）を重ねた実験結果である。溶液加熱用ヒータ（２）上にある感熱応答性ゲルシート（６）を、マイクロマニピュレータ（５）によって把持し、上方向に持ち上げると共に水平方向にも移動させることで、もう一方の感熱応答性ゲルシート（６）上に運ぶ。その後マイクロマニピュレータ（５）による把持を放すと、感熱応答性ゲルシート（６）は重なった構造をとる。
【００２８】  図７に作製した感熱応答性ゲルシート（６）を溶かす実験結果を示す。実験では、溶液保温用ヒータ（３）の電源を切り、自然冷却により感熱応答性ポリマー溶液（１）の温度を低下させた。その結果、感熱応答性ゲルシート（６）はゲルからゾル状態へと相変化し、感熱応答性ポリマー溶液（１）中に溶けた。
【００２９】  図８に感熱応答性ゲルシート（６）内での細胞培養実験の結果を示す。細胞はマウス筋芽細胞のＣ２Ｃ１２細胞を用いた。細胞の培養液であるダルベッコ・フォークト変法イーグル最小必須培地（ＤＭＥＭ）にウシ胎児血清（ＦＢＳ）を１０％加えた培養液に対し、感熱応答性ポリマーであるポリ（Ｎイソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）を１０ｗｔ％になるように加え、Ｃ２Ｃ１２細胞を懸濁させた。そのままＣＯ２インキュベータにて６日間細胞を培養し、生細胞のみ緑色の蛍光を示すカルセイン‐ＡＭによって染色を行った。その結果、図８（ｂ）に示すように細胞が蛍光を発し、感熱応答性ゲルシート（６）内で細胞培養が可能であることが確認された。
【００３０】  また、感熱応答性ゲルシート（６）内では、図８（ａ）に示すように細胞は重なりあって増殖しており、感熱応答性ゲルシート（６）が細胞足場として一定の役割を果たし、細胞が厚み方向にも増殖していることが確認された。
【００３１】  図３に示す実験設備内で細胞が扱えるか確認を行った。実験では、ラットの肝細胞であるＲＬＣ−１８細胞を用いた。液槽（４）内に、ＲＬＣ−１８細胞の培養液（ＤＭＥＭ＋５％ＦＢＳ）にＰＮＩＰＡＡｍが１０ｗｔ％になるように混ぜた溶液を入れた。この溶液中にＲＬＣ−１８細胞を懸濁させ、溶液保温用ヒータを用いて溶液を約３０度に保温した状態で１時間保持した。
【００３２】  その後、細胞の生死判別に用いられる染色液であるトリパンブルーを用いて染色を行った。細胞懸濁液に０．２％となるようトリパンブルーを入れ、１０分待った後に細胞を観察した。図９（ａ）に示すように、トリパンブルーは生細胞には染色しないが、死細胞は青色に染色をする。図９（ｂ）に示すように、図３に示す実験設備内で用いた細胞はほとんど青色に染色されず、細胞が生存状態を保っていることが確認された。
【符号の説明】
【００３３】１  感熱応答性ポリマー溶液
２  溶液加熱用ヒータ
３  溶液保温用ヒータ
４  液槽
５  マニピュレータ
６  感熱応答性ゲルシート
７  生細胞
８  死細胞
【図１】
2015029510.tif 000003
【図２】
2015029510.tif 000004
【図３】
2015029510.tif 000005
【図４】
2015029510.tif 000006
【図５】
2015029510.tif 000007
【図６】
2015029510.tif 000008
【図７】
2015029510.tif 000009
【図８】
2015029510.tif 000010
【図９】
2015029510.tif 000011