(57)【要約】【課題】従来ハイドロゲルは、インクジェット法やエレクトロデポジション法では、一筆書きの作業となるために、マイクロスケールの高精度な構造体を作製する場合には、作製に手間と時間を要することが問題であった。また、上記の従来手法では、細胞足場などの生体外マトリックスを模擬した構造体に対する加工が困難であることが問題であった。【解決手段】ハイドロゲル構造体中に、混合物のセグメント状の混合構造体と作製することにより、効率的に、１次元、２次元、３次元の構造体を作製する方法及び装置を特徴とする。【選択図】図１
2015030848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイドロゲル構造体中に
混合物を
分割して入れる構造。
【請求項２】
ハイドロゲル構造体中に
混合物を
分割して入れる作製方法。
【請求項３】
ハイドロゲル構造体中に
混合物を
分割して入れる作製装置。
【請求項４】
閉鎖空間を利用して
設計したハイドロゲル構造体を得ることを特徴とする
請求項２又は３に記載の装置又は方法。
【請求項５】
混合物とは、
細胞、生体材料、磁性材料、誘電材料
の何れかを主成分として含む
請求項１又は２又は３に記載の混合物。
【請求項６】
ハイドロゲル構造体を操作するために、
ハイドロゲル中に入れた混合物と
操作するためのマニピュレータ間に作用する作用力を利用して
２次元もしくは３次元形状として
組み立てる方法。
【請求項７】
作用力とは、
静電気力、磁気力、誘電力、抗原抗体反応、分子間力、イオン結合、共有結合、の何れか、またはそれらの組み合わせによることを特徴とする
請求項６に記載の作用力。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ハイドロゲル構造体中への混合物をセグメント状の混合構造体として、作製する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】ハイドロゲルビーズやハイドロゲルファイバーなど、比較的単純な形状の構造体は、容易に作製することができるが、ハイドロゲル構造体を３次元的に作製することは、一般的には容易ではない。【０００３】ハイドロゲルの作製手法の従来手法として、インクジェット法やエレクトロデポジション法などでは、局所領域にゲルを硬化させる手法が挙げられる。このような方法では、マニピュレータと組み合わせることにより、１次元、２次元、３次元の構造体として作成する手法が提案されてきた。しかし、基本的には、一筆書きであるために、構造体を作製するまでに多大な労力と時間を要してきた。【０００４】ハイドロゲルは、生体適合性を有した材料が多く、細胞や生体材料などを閉じ込めることが可能であり、周囲の培地との溶液交換も可能であるために、その場で細胞を生きた状態で保つことも可能である。【０００５】特許文献１では、電圧印加などの電気的刺激により変形応答を示す新規ゲルを提供するために、導電性ポリマーを利用した方法であるが、本発明のように混合物を混合することにより構造体を作製する手法とは異なる。【０００６】特許文献２では、平板状あるいは微細構造を有するプレート状のアルギン酸ハイドロゲル基材の作製を簡便な操作のみによって可能とする新規手法として、鋳型を用いた造形する手法が特徴であるが、本発明のように混合物を混合することにより構造体を作製する手法とは異なる。【０００７】特許文献３では、本発明の課題は、ハイドロゲルの生成に過酸化水素水を必要とせず、ハイドロゲルの生成時に加熱する等の工程を要せず、ハイドロゲルの生成時間を制御できるハイドロゲル用組成物を提供するために、基質を消費して過酸化水素を生成する酵素Ａ、及び、過酸化水素を消費して架橋性高分子を架橋させる架橋形成酵素Ｂ、及びペルオキシダーゼ様の活性を有する成分である過酸化水素分解剤、を含有することを特徴ハイドロゲル物質の作成方法であり、本発明のように混合物を混合することにより構造体を作製する手法とは異なる。【０００８】特許文献４では、細胞を培養するための基材である三次元架橋体のハイドロゲル内及び／またはゲル上で培養させたものを、容易に三次元架橋体を溶解して培養細胞を回収するための方法を提供するために、水溶性ポリマー溶液、水溶性化合物溶液および細胞接着タンパク質とでなる三次元架橋体が配置されていることを特徴とする細胞培養用基材であって、本発明のように混合物を混合することにより構造体を作製する手法とは異なる。【０００９】特許文献５では、動物由来の材料や病原体が含まれていない生体適合性に優れた人工皮膚、創傷被覆剤の提供するために、繊維構造を有するペプチドハイドロゲルに混合したものを固化することにより真皮層を形成するものであって、本発明のように混合物を混合することにより構造体を作製する手法とは異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許公開２０１１−２３６３１１
【特許文献２】特許公開２０１２−１７２０５５
【特許文献３】特許公開２０１２−１６２６２１
【特許文献４】特許公開２０１１−２５４７１９
【特許文献５】特許公開２００９−２２６２０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】ハイドロゲルの構造体は、ハイドロゲルビーズやハイドロゲルファイバーなど、短銃な形状のものであって、３次元的なハイドロゲル構造体を作製することは容易ではないという課題がある。【００１２】従来から実施されてきた、インクジェット法やエレクトロデポジション法では、一筆書きの作業となるために、マイクロスケールの高精度な構造体を作製する場合には、作製に手間と時間を要することが問題である。【００１３】また、上記の従来手法では、細胞足場などの生体外マトリックスを模擬した構造体に対する加工が困難であることが問題である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  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。
本発明は、ハイドロゲル構造体中に、混合物のセグメント状の混合構造体と作製することにより、効率的に、１次元、２次元、３次元の構造体を作製する方法及び装置を特徴とする。【００１５】  混合物としては、細胞、生体材料、磁性材料、誘電材料の何れかである。【００１６】  ハイドロゲル中の混合物により、静電気力、磁気力、誘電力、抗原抗体反応、分子間力、イオン結合、共有結合の何れかの作用力を発生させることでハイドロゲル構造体を外部から操作することができる。【００１７】  ハイドロゲル構造体を操作ることにより、ハイドロゲル構造体を１次元、２次元、３次元形状として組み立てることが可能である。【００１８】  隣り合うセグメント同士で、異なる混合物同士の反応、たとえば、異種細胞同士の接着などを、容易に制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１はセグメント構造を有するハイドロゲルファイバーの例である。
【図２】図２は流路を用いたセグメント構造の作製手順例である。
【図３】図３はセグメント構造作製のための流路例である。
【図４】図４はセグメント構造を有するゲルファイバーを棒に巻き付けることで３層構造を有する構造物を作製する方法の例である。
【図５】図５はセグメント構造作製のための流路を用いた実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  図１に本発明であるセグメント構造を有するハイドロゲルの例としてハイドロゲルファイバーの模式図を示す。このように、ハイドロゲルファイバー内に異なる混合物ＡとＢをそれぞれセグメントとして分離し、接合した構造を有する。
【００２１】  図２に流路（６）を用いたセグメント構造の作製手法を示す。図２（ａ）に示すように、流路（６）は２つの入口と２つのバルブ、一つの出口により構成される。まず、図２（ｂ）に示すように、２つの入口から、それぞれハイドロゾルと混合物Ａの混合物（２）、ハイドロゾルと混合物Ｂの混合物（３）を流す。この時２つのバルブは開いた状態のバルブ（７）にする。ここで、ハイドロゾルと混合物Ｂの混合物（３）の流れを閉じた状態のバルブ（８）によって止め、図２（ｃ）に示すように、出口にハイドロゾルと混合物Ａの混合物（２）のみを送る。次に、図２（ｄ）に示すように、ハイドロゾルと混合物Ａの混合物（２）の流れを閉じた状態のバルブ（８）によって止めると同時にハイドロゾルと混合物Ｂの混合物（３）を開いた状態のバルブ（７）によって流路出口に流す。その後、図２（ｅ）に示すように、再びハイドロゾルと混合物Ｂの混合物（３）の流れを閉じた状態のバルブ（８）によって止め、出口にハイドロゾルと混合物Ａの混合物（２）を開いた状態のバルブ（７）によって流路（６）出口に流す。これを繰り返すことで、図２（ｆ）に示すように混合物Ａと混合物Ｂが交互に現れるハイドロゾルができる。このハイドロゾルを流路（６）出口で固めることで、ハイドロゲルセグメントファイバーが作製される。
【００２２】  図３にセグメント構造作製のための流路の例を示す。このように、流路入口と同数のバルブを必要なセグメントの種類だけ用意することで、複数種類のセグメントを一つのハイドロゲル構造体の中に作製することができる。
【００２３】  図４はセグメントファイバーを用いたハイドロゲル構造体の組立の例である。このように、各セグメントの長さが棒に巻き付けた時の一周分に等しくなるように作製することで、１次元のセグメントファイバーを、３層構造を有する２次元のハイドロゲル構造体へと組み立てることができる。さらに、１次元又は２次元のハイドロゲル構造体を用いて３次元のハイドロゲル構造体を組み立てることも可能である。
【００２４】  図５にセグメント構造作製のための流路を用いた実験結果を示す。この実験では、ハイドロゾルと混合物Ａの混合物（２）として０。２％のアルギン酸水溶液を、ハイドロゾルと混合物Ｂの混合物（３）として２％のアルギン酸水溶液に粒径１５ｎｍの磁性微粒子を混ぜたものを使用した。このように、バルブを用いることで２つの入口のどちらか一方からのみ混合物が入るように制御が可能であり、セグメントファイバーを作製可能であることが確認できた。
【００２５】  図６は、上記で述べた条件にて、セグメントファイバーを作製した実験結果を示す。図６（ａ）に示すように、アルギン酸ハイドロゲルファイバーのみ（１）の場合は、混合物がないために、ほぼ透明なファイバーが得られた。図６（ｂ）に示すように、磁性材料を含む場合は、磁性材料により黒いコントラストのファイバー（１）が得られた。バルブを用いることで、アルギン酸ハイドロゲルファイバーのみと、磁性材料を含むハイドロゲルを、約１０ｍｍのセグメントファイバーとして作成可能であることが確認できた。また、図６（ｃ）に示すように、上記で述べたバルブを半開することにより、ほぼ半分がアルギン酸ハイドロゲルのみ、ほぼ半分が磁性材料を含むハイドロゲル（２）といった、セグメントファイバーを作製可能であることが確認できた。
【符号の説明】
【００２６】１  ハイドルゲルセグメント構造体
２  ハイドロゾルと混合物Ａの混合物
３  ハイドロゾルと混合物Ｂの混合物
４  ハイドロゾルと混合物Ｃの混合物
５  棒
６  流路
７  開いた状態のバルブ
８  閉じた状態のバルブ
【図１】
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【図２】
2015030848.tif 000004
【図３】
2015030848.tif 000005
【図４】
2015030848.tif 000006
【図５】
2015030848.tif 000007
【図６】
2015030848.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月25日(2013.10.25)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
【図１】図１はセグメント構造を有するハイドロゲルファイバーの例である。
【図２】図２は流路を用いたセグメント構造の作製手順例である。
【図３】図３はセグメント構造作製のための流路例である。
【図４】図４はセグメント構造を有するゲルファイバーを棒に巻き付けることで３層構造を有する構造物を作製する方法の例である。
【図５】図５はセグメント構造作製のための流路を用いた実験結果である。
【図６】図６はセグメント構造を有するゲルファイバーの実験結果である。