(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに絡み合う複数の第１の繊維と、
前記複数の第１の繊維の間に形成された第１の空隙部と、
を有するシート状構造体と、
それぞれが第２の繊維で形成され、第１の方向に配列された複数の柱状物と、
前記複数の柱状物の間に形成された第２の空隙部と、
を有し、前記複数の柱状物の第１端が前記シート状構造体と接している柱状構造体と、
前記複数の柱状物の前記第１端の反対側の第２端に接続された支持基板と、
を備えた、
繊維構造体。
【請求項２】
前記複数の柱状物の太さの平均は、前記複数の第１の繊維の太さの平均よりも大きい
請求項１記載の繊維構造体。
【請求項３】
前記第２の空隙部の空間体積は、前記第１の空隙部の空間体積よりも大きい
請求項１記載の繊維構造体。
【請求項４】
前記支持基板は、ガラス、シリコン、石英、セラミック、樹脂、金属の少なくともいずれか１つで形成されている
請求項１記載の繊維構造体。
【請求項５】
前記第１の繊維および前記第２の繊維は、二酸化ケイ素で形成されている
請求項１記載の繊維構造体。
【請求項６】
前記第１の繊維および前記第２の繊維は、アモルファスの二酸化ケイ素で形成されている請求項１記載の繊維構造体。
【請求項７】
前記第１の繊維および前記第２の繊維は、同じ材料で形成されている
請求項１記載の繊維構造体。
【請求項８】
請求項１記載の繊維構造体を備え、
前記繊維構造体は、プローブ物質を固定する反応場を有している
バイオチップ。
【請求項９】
請求項１記載の繊維構造体を備え、
前記繊維構造体は、細胞が接着できる箇所を有している
細胞培養用基板。
【請求項１０】
請求項１記載の繊維構造体を備え、
前記シート状構造体と前記柱状構造体は、一方が試料流入口であり、他方が試料排出口である
フィルター。
【請求項１１】
前記支持基板には、貫通孔が形成されている
請求項１０記載のフィルター。
【請求項１２】
前記貫通孔の最大の直径は、隣接する前記柱状物の最大の距離よりも大きい
請求項１１記載のフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術分野は各種の電子デバイスや細胞培養に使われる繊維構造体、およびそれを用いたバイオチップ、細胞培養用基板、フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二酸化ケイ素、ガラスなどの無機物、ニトロセルロース、ナイロン、ポリビニリデンジフルオライド、ポリエステル、アクリルなどの有機材料を用いた繊維構造体が、バイオチップや、細胞培養用基板や、フィルターなどに用いられている。【０００３】
バイオチップにおいて、水溶液中の検出物と選択的に結合するプローブ物質を、バイオチップの反応場（センサ領域）の表面に吸着させておく方法が知られている。これによりプローブ物質と検出物との相互作用が進行し、蛍光などによりその相互作用の度合いが検出される。繊維構造体を反応場として用いることによりバイオチップの表面積を増大させ、検出物とプローブ物質との相互作用が向上する。【０００４】
また、繊維構造体は、細胞を培養する際の足場としても用いられる。細胞を培養する場合、細胞が効率的に培養されるように、細胞が付着する足場（細胞培養用基板）を設置した方がよい。さらに、培養中の細胞からは老廃物が排出されるので、足場から老廃物を排除できるようにすることにより、細胞は効率よく培養される。【０００５】
なお、この出願に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１と特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−４４８３５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／１３５８０１号
【発明の概要】
【０００７】
繊維構造体は、シート状構造体と、柱状構造体とを備える。シート状構造体は、互いに絡み合う複数の第１の繊維と、複数の第１の繊維の間に形成された第１の空隙部とを有する。柱状構造体は、それぞれが第２の繊維で形成され、第１の方向に配列された複数の柱状物と、複数の柱状物の間に形成された第２の空隙部とを有する。柱状物の第１端は、シート状構造体と接している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施の形態１における繊維構造体の概念図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本実施の形態１における繊維構造体の断面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示す線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａに示す線２Ｃ−２Ｃにおける断面図である。
【図３】図３は、本実施の形態１における繊維構造体のシート状構造体のＳＥＭ写真を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本実施の形態１における繊維構造体の製造方法を示す側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本実施の形態１における繊維構造体の製造方法を示す側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本実施の形態１における繊維構造体の製造方法を示す側面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本実施の形態１における繊維構造体の製造方法を示す側面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本実施の形態１における繊維構造体の製造方法を示す側面図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本実施の形態１における繊維構造体の製造方法を示す側面図である。
【図５】図５は、本実施の形態２における繊維構造体を用いたバイオチップの概念図である。
【図６】図６は、図５の要部拡大図である。
【図７】図７は、本実施の形態３における繊維構造体を用いた細胞培養用基板の概念図である。
【図８】図８は、本実施の形態４における繊維構造体を用いたフィルターの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施の形態に先立ち、従来の課題を説明する。繊維構造体をバイオチップとして用いた場合、十分な空隙がないと、非特異的に吸着した検出物を十分に洗い流せない場合がある。そして、非特異的に吸着した検出物が繊維構造体に残存していると、検出の際にバックグラウンドノイズが増大し、検出感度が低下する。また、繊維構造体を細胞培養用基板として用いた場合、十分な空隙がないと、繊維構造体の老廃物の透過性（透液性）が十分ではなく、効率よく細胞培養が行えない場合がある。すなわち、繊維構造体としては、表面積の増大、更なる空隙率の増大、透過性の向上などが求められている。
【００１０】
以下、上記の従来の課題を解決する本実施の形態による繊維構造体を説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態１における繊維構造体１について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態１における繊維構造体１の概念図である。図２Ａは、本実施の形態１における繊維構造体１の断面のＳＥＭ写真を示す図である。図２Ｂは、図２Ａに示す線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。図２Ｃは、図２Ａに示す線２Ｃ−２Ｃにおける断面図である。図３は、本実施の形態１における繊維構造体１のシート状構造体４のＳＥＭ写真を示す図である。
【００１３】
繊維構造体１は、シート状構造体４と、柱状構造体７とを備える。シート状構造体４は、互いに絡み合う複数の繊維２ａ（第１の繊維）と、複数の繊維２ａの間に形成された第１の空隙部３とを有する。柱状構造体７は、それぞれが第２の繊維で形成され、第１の方向７０に配向された複数の柱状物５と、複数の柱状物５の間に形成された第２の空隙部６とを有する。柱状物５の第１端は、シート状構造体４と接している。
【００１４】
シート状構造体４は、繊維２ａが互いに絡まり合っているため、溶液に浸漬させた際に分散されにくい。さらに、繊維２ａが絡まりあうことにより構成された第１の空隙部３内に繊維２ｂが入りこんでいるのが好ましい。このような構成により、高密度のシート状構造体４が形成されている。
【００１５】
例えば、繊維２ａは、太さが０．０１μｍ以上、１μｍ以下で、長さが０．２μｍ以上、２０μｍ以下であり、適度に曲がった状態で互いに絡み合っている。繊維２ｂは、太さが０．０１μｍ以上、１μｍ以下であり、長さが０．０５μｍ以上、５μｍ以下である。繊維２ａの長さの平均は、繊維２ｂの長さの平均よりも長い。この構成により、繊維２ｂが第１の空隙部３内へ入り込める。ここで、繊維２ａのアスペクト比は２０以上、繊維２ｂのアスペクト比は１以上、５未満であることがさらに好ましい。アスペクト比を限定することにより、さらに高密度なシート状構造体が得られる。
【００１６】
複数の柱状物５は、シート状構造体４と接し、シート状構造体４に対しほぼ垂直な方向（第１の方向７０）に配向している。
【００１７】
ここで、柱状物５の太さの平均は繊維２ａ、２ｂの太さの平均よりも大きい。また、柱状物５は、一本の繊維でなくても構わず、複数の繊維２ａ、２ｂが絡まり合い束となり形成されていてもよい。
【００１８】
柱状物５は、シート状構造体４に対してほぼ垂直方向に配向しているので、柱状構造体７は柱状物５が配向されている方向の加重に対して変形が少ない。そのため、レーザースキャナや、顕微鏡などで繊維構造体１を観察する際に焦点距離がずれにくく、バイオチップ、細胞培養用基板として有用である。
【００１９】
第２の空隙部６の空間体積は、第１の空隙部３の空間体積よりも大きい。そのため繊維構造体１をバイオチップとして用いた場合、透液性が向上し、洗浄の際に溶液が排出されやすい。その結果、非特異的な吸着が低減され、測定時のバックグラウンドノイズが減少する。また繊維構造体１を細胞培養用基板として用いた場合、老廃物が排出されやすい。
【００２０】
繊維２ａ、繊維２ｂ、および柱状物５は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成されているのが好ましい。二酸化ケイ素は、生体適合性が高く、化学的、熱的に安定な材料であるため、表面処理が行いやすい。
【００２１】
さらに、二酸化ケイ素は耐薬品性が高いので、薬品により処理されても、繊維２ａ、繊維２ｂ、および柱状物５は破損されにくい。
【００２２】
また、二酸化ケイ素は耐熱性が１０００℃より高いので、表面処理時や滅菌時に熱処理をされても、繊維２ａ、繊維２ｂ、および柱状物５は破損されにくい。
【００２３】
また、二酸化ケイ素は自家蛍光が低い。そのため二酸化ケイ素をバイオチップとして用い、検出方法として蛍光を用いた際に、バックグラウンドノイズが低く、検出感度を高くできる。また、二酸化ケイ素を細胞培養用基板として用いて細胞を蛍光観察した場合、ノイズが少なくなる。
【００２４】
さらに、繊維２ａ、繊維２ｂ、および柱状物５は、アモルファスの二酸化ケイ素で形成されているのが、より好ましい。アモルファスの二酸化ケイ素を用いることにより、繊維が柔軟になり、繊維同士がより絡まりやすくなる。
【００２５】
次に、繊維構造体１の製造方法の一例を示す。図４Ａ〜図４Ｆは、本実施の形態１における繊維構造体１の製造方法を示す側面図である。
【００２６】
まず、図４Ａに示すように、シリコン（Ｓｉ）粒子が塗布された繊維形成用基板５０を準備する。なお、シリコン基板を繊維形成用基板５０として用いてもよい。
【００２７】
繊維形成用基板５０を、ヒータなどを用いて１０００℃以上、１５００℃以下の焼成温度まで昇温する。ここで、出来るだけ酸素を取り除いた状態で昇温するのが好ましい。あるいは、真空中で昇温してもよい。焼成温度に達してから酸素を導入した方が、焼成条件が一定になり、安定した繊維を形成できるからである。
【００２８】
繊維形成用基板５０を焼成温度まで昇温した後、温度を一定にし、酸素原子を含むガス雰囲気中で焼成する。シリコンは蒸気圧温度に達すると蒸発する。蒸発したシリコンはガスに含まれる酸素と結合し一酸化ケイ素（ＳｉＯ）を形成した後、凝集する。その後、図４Ｂに示すように、雰囲気中の酸素を取り込んで二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）となり、繊維６０が析出する。
【００２９】
焼成時の圧力を大気圧より低くしておくと、シリコンの蒸気圧温度が下がり、蒸発しやすくなるので、繊維を多く形成できる。例えば１０−２Ｐａ以上、数１０００Ｐａ以下で、焼成することにより、繊維の生産性が向上する。
【００３０】
ここで、核となる物質が存在すると、一酸化ケイ素が凝集しやすくなり、効率よく繊維６０が析出する。そのため、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはＡｕなどの金属を核として用いるのが好ましい。ただし、これ以外の金属を核として用いてもよく、金属の種類には特に限定されない。また、核となる物質は必ずしも必要ではない。
【００３１】
また、繊維６０が形成される際の温度条件により、繊維６０の形状が異なってくる。そして、繊維６０の形状により、柱状構造体７の状態が変わる。そのため、温度条件により、シート状構造体４と柱状構造体７の割合が変化し、シート状構造体４が多く形成される場合や、柱状構造体７が多く形成される場合がある。
【００３２】
図４Ｃに繊維６０が成長した状態を示す。析出した繊維６０は、繊維形成用基板５０付近では、繊維形成用基板５０に対しほぼ垂直に配向し、繊維形成用基板５０から離れた箇所では、若干曲がっている。
【００３３】
繊維形成用基板５０に近い方がシリコンが供給されやすいため、シリコンと酸素が結合しやすく、一酸化ケイ素が形成されやすい。そのため、繊維形成用基板５０付近の繊維６０は、繊維形成用基板５０から離れた箇所の繊維６０よりも二酸化ケイ素を析出しやすい。そのため、繊維６０は、繊維形成用基板５０付近の方が、繊維形成用基板５０に固定されていない自由端付近よりも太くなる。あるいは繊維形成用基板５０付近では、析出した二酸化ケイ素を介し繊維６０同士が結合し、束となりやすい。そのため、繊維形成用基板５０に固定されていない自由端付近よりも太くなる。
【００３４】
なお、繊維を形成するために必要なガスとして、酸素の他に、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの酸化作用を有する（つまり酸素を供給する）ガスを用いてもよい。しかしこれらのガスは酸素とは別の不純物を含み、繊維の形成過程に影響を及ぼす可能性がある。そのため、これらのガスを用いる場合は、適切な濃度・温度・圧力の制御が必要である。
【００３５】
次に、応力により繊維６０を繊維形成用基板５０から分離させる。以下に分離する方法の例を説明する。
【００３６】
例えば繊維形成用基板５０としてシリコンを用いた場合、適切な温度にすることにより、シリコンと二酸化ケイ素の熱膨張係数の違いから応力が発生する。その応力によって繊維６０が繊維形成用基板５０から分離される。
【００３７】
あるいは、繊維６０と繊維形成用基板５０との間をダイアモンドナイフなどでせん断してもよい。
【００３８】
あるいは、繊維形成用基板５０を純水に浸漬させ、純水を加熱し煮沸させる。これにより、繊維６０と繊維形成用基板５０との間の微小空間に水蒸気爆発が発生する。この水蒸気爆発を利用して繊維６０と繊維形成用基板５０との結合をせん断してもよい。
【００３９】
繊維６０を繊維形成用基板５０から分離した後、図４Ｄに示すように、繊維６０と支持基板８を結合する。熱硬化樹脂やＵＶ硬化樹脂などの接着剤を用いて、繊維６０と支持基板８とを結合する。あるいはプラズマ処理などを用いて、繊維６０と支持基板８とを結合してもよい。ただし、結合方法はこれらに限定されない。なお、繊維６０を繊維形成用基板５０から必ずしも分離させる必要はなく、繊維形成用基板５０を支持基板８として利用してもよい。
【００４０】
支持基板８として、ガラス、シリコン、石英、セラミック、金属、樹脂などが用いられる。このうち、樹脂としては、例えば、環状オレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などが用いられる。ただし支持基板８の材料は、これらに限定されない。また、支持基板８を用いなくてもよい。
【００４１】
また、支持基板８として、例えば二酸化ケイ素よりも融点の高い、シリコンや、石英や、あるいはセラミックなどを用いた場合、加熱することにより二酸化ケイ素から構成された繊維６０の一部を熱溶融させ、支持基板８上に結合できる。また、逆に、支持基板８として、例えば二酸化ケイ素よりも融点の低い、ガラスや樹脂などを用いた場合、熱することによって支持基板８の一部を熱溶融させ、支持基板８と繊維６０とを結合できる。
【００４２】
あるいは、二酸化ケイ素よりも融点の低い層を支持基板８に形成しておくことにより、二酸化ケイ素から構成された繊維６０を熱溶融させることなく支持基板８に結合できる。例えば、シリコンや石英などからなる支持基板８にあらかじめＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜やＢＳＧ（Ｂｏｒｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜などを接着層として形成しておく。そして、１０００℃に加熱することによって、二酸化ケイ素から構成された繊維６０を溶融することなく、支持基板８に結合できる。これにより、表面積が広く、かつ空隙率が高い繊維６０をそのまま支持基板８に結合できる。
【００４３】
なお、例えばＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）膜を支持基板８にあらかじめ塗布しておくことにより、熱溶融することなく、貼り付けるだけで支持基板８と繊維６０とを結合できる。すなわち、ＰＤＭＳ膜を用いることにより、支持基板８と繊維６０とを簡便に結合でき、コストを低減できる。
【００４４】
次に、図４Ｅに示すように、支持基板８の上に形成された繊維６０を、プレス機５５などで圧縮する。この時、支持基板８に固定されていない自由端側の繊維６０が変形するように、かつ繊維６０が粉々に破壊されないように、圧力は１ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以下が好ましい。
【００４５】
図４Ｆに示すように、支持基板８に固定されていない自由端側の繊維６０は圧縮されることにより一部が折れ、一部が切断される。そして、複数の繊維６０が互いに重なり合い、あるいは絡み合い、シート状構造体４が形成される。一方、支持基板８付近の繊維６０は、柱径が太く剛性が高く、シート状構造体４に対しほぼ垂直に配向しているため、圧縮後も構造が殆ど変化しない。以上のように、支持基板８付近の繊維６０が柱状物５となり、支持基板８から離れた箇所の繊維６０がシート状構造体４になる。以上の方法により、繊維構造体１が形成される。
【００４６】
なお、雰囲気の圧力、酸素濃度、温度などの条件により二酸化ケイ素の析出状態が変わる。また、圧縮時の圧力により、繊維６０の形状、密度が変わる。そのため、これらの条件を変えることによって所望の形状の繊維構造体１が形成される。
【００４７】
なお、繊維構造体１を支持基板８に固定する前に、繊維６０を圧縮してもよい。ただし、圧縮時にシート状構造体４及び柱状構造体７の破損を防止するため、繊維構造体１を支持基板８に固定した後に、繊維６０を圧縮するのが好ましい。
【００４８】
なお、平坦性の高い基板を繊維６０に接触させ、プレス機５５などにより圧縮することにより、シート状構造体４の表面の平坦性が向上する。
【００４９】
以上のように、シート状構造体４は、繊維２ａが絡まりあうことにより構成された第１の空隙部３内に繊維２ｂが入りこんでいる。そのため、シート状構造体４は、高い密度と広い表面積を有する。また、シート状構造体４と柱状構造体７は結合されている。そして、柱状構造体７の第２の空隙部６は、シート状構造体４の第１の空隙部３よりも大きい。よって繊維構造体１は高密度な繊維構造を有し、かつ高い透過性（透液性）を有する。
【００５０】
シート状構造体４は、高い密度を有しているため、加重などが加えられても変形しにくい。また、柱状構造体７は、複数の柱状物５がシート状構造体４に対して、ほぼ垂直な方向に形成されているため、柱状物５が配向されている方向の加重に対し変形しにくい。そのため、繊維構造体１も、柱状物５が配向されている方向の加重に対し変形しにくい。尚、本実施の形態では、長さの異なる繊維２ａ、２ｂを用いたが、太さの異なる繊維や、アスペクト比の異なる繊維を用いてもよい。
【００５１】
（実施の形態２）
以下、繊維構造体１を用いたバイオチップ２００について図面を参照しながら説明する。実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図５は、繊維構造体１を用いたバイオチップ２００の概念図である。繊維構造体１は、支持基板２８に固定されている。図６は、図５の要部拡大図である。図６は、バイオチップ２００の反応の一例を示している。バイオチップ２００は、繊維構造体１を備え、繊維構造体１は、プローブ物質９を固定する反応場を有している。
【００５３】
繊維２ａの表面にはプローブ物質９が物理吸着あるいはスペーサー分子（図示せず）を介して共有結合で固定されているのが好ましい。シート状構造体４の第１の空隙部３内に検出物１０及び標識１１を含んだ水溶液を反応させることにより、検出物１０を介して標識１１がプローブ物質９の上に捕捉される。
【００５４】
捕捉されていない標識１１を洗い流すことにより、検出物１０の量に対応した標識１１が捕捉される。捕捉された標識１１の量を測定することにより、検出物１０の量が測定できる。
【００５５】
標識１１として、例えば、Ｃｙ３やＣｙ５などの蛍光分子が用いられる。これらの蛍光分子に、それぞれの励起波長に対応した光を照射することにより、蛍光を検出できる。
【００５６】
プローブ物質９と、検出物１０と、標識１１とが反応し、結合しやすいよう、第１の空隙部３の最大の長さは０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００５７】
支持基板２８として、ガラス、シリコン、石英、セラミック、金属、樹脂などが用いられる。このうち、樹脂としては、例えば、環状オレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などが用いられる。特に、自家蛍光が低く加工が容易な材料を、支持基板２８に用いるのが好ましい。ただし支持基板２８の材料は、これらに限定されない。また、繊維構造体１は必ずしも支持基板２８に固定されている必要はない。ただし、一定の強度を確保するために、繊維構造体１は、支持基板２８に固定されているのが好ましい。
【００５８】
シート状構造体４は、複数の繊維２ａが互いに重なり合う、あるいは絡み合って形成されているので、高い繊維密度と、第１の空隙部３を有している。すなわち、シート状構造体４は、プローブ物質９、検出物１０、標識１１が反応しやすい空間（反応場）を有している。そのため、繊維構造体１がバイオチップ２００として用いられた場合、蛍光検出に用いるレーザースキャナや、蛍光顕微鏡などの焦点距離内に存在する反応場の表面積を大きくできる。蛍光の検出が可能な反応場に存在するプローブ物質９の量が増えるので、反応場における相互作用の強度を大きくできる。そのため、検出物１０の検出感度が向上する。また、シート状構造体４は、密度が高いため、シート状構造体４の垂直な方向の力に対して、シート状構造体４の変形が少ない。
【００５９】
また、バイオチップ２００は洗浄液を用いて複数回、洗浄される。本実施の形態では、柱状物５の第２の空隙部６が、シート状構造体４の第１の空隙部３よりも大きい。この構造により、洗浄液が繊維構造体１から排出されやすいので、反応場以外に付着したプローブ物質９と、検出物１０と、標識１１を効率よく除去できる。その結果、バックグラウンドノイズが低減される。
【００６０】
また、柱状物５の太さは、繊維２ａの太さよりも太い。さらに複数の柱状物５が、シート状構造体４に対しほぼ垂直な方向に配向している。そのため、柱状物５が配向されている方向に力が加えられた場合、柱状物５の変形が少ない。また、圧縮などにより、シート状構造体４の表面の平坦性が向上している。そのため、洗浄等を行った場合でも、繊維構造体１の膜厚の変化が小さい。その結果、繊維構造体１の膜厚のばらつきが小さくなり、レーザースキャナや、蛍光顕微鏡を用いた蛍光検出時に、焦点距離の違いを起因とする検出物１０のばらつきが小さくなる。
【００６１】
また、本実施の形態では、繊維２ａおよび柱状物５は、二酸化ケイ素で形成されている。二酸化ケイ素は自家蛍光が低いため、検出方法として蛍光を用いた際に、バックグラウンドノイズが低く、検出感度が高いバイオチップが得られる。さらに、二酸化ケイ素は、有機ポリマーなどに比べて耐薬品性および耐熱性に優れる。そのため、プローブ物質９の塗布や固着が容易になる。
【００６２】
（実施の形態３）
以下、繊維構造体１を用いた細胞培養用基板３００について図面を参照しながら説明する。実施の形態３において、実施の形態１と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
図７は、繊維構造体１を用いた細胞培養用基板３００の概念図である。細胞培養用基板３００は、繊維構造体１を備え、繊維構造体１は、細胞１２を固定する箇所を有している。
【００６４】
繊維構造体１の繊維２ａ、の上面に細胞１２を設置する。これにより細胞１２が繊維構造体１に接着、伸展し、細胞１２の培養が可能となる。培養する細胞１２としては、接着性細胞が適している。
【００６５】
図７では、繊維構造体１が支持基板３８に固定されている例を示している。支持基板３８として、ガラス、シリコン、石英、セラミック、金属、樹脂などが用いられる。このうち、樹脂としては、例えば、環状オレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などが用いられる。特に、透明性が高く、光学顕微鏡による観察が容易な材料を支持基板３８に用いるのが好ましい。ただし支持基板３８の材料は、これらに限定されない。また、繊維構造体１は必ずしも支持基板３８に固定されている必要はない。
【００６６】
繊維構造体１において、柱状物５の間に形成されている第２の空隙部６は、繊維２ａの間に形成されている第１の空隙部３より大きい。その結果、繊維構造体１がシート状構造体４のみで構成されている場合に比べ、培養液の交換や、栄養分の供給が容易になる。また、老廃物は、第２の空隙部６を通じて繊維構造体１の下面に移動し、容易に繊維構造体１より排出される。そのため、培養している細胞１２の周辺に、老廃物が蓄積されにくい。その結果、細胞１２を長期的に培養でき、細胞１２の生存率が向上する。
【００６７】
なお、繊維構造体１は、必ずしも支持基板３８に固定される必要はない。支持基板３８に固定されない方が、繊維構造体１内に培養液の流れが生じやすい。そのため、培養液の交換、栄養分の供給がさらに容易になり、老廃物が排出されやすくなる。その結果、長期的に細胞１２を培養でき、細胞１２の生存率がさらに向上する。
【００６８】
また、シート状構造体４は、複数の繊維２ａが互いに重なり合う、あるいは絡み合っているため、繊維密度が高い。この構成により、細胞１２と繊維２ａとが接着する面積が増大するので、細胞１２と細胞培養用基板３００の接着強度が増加する。その結果、細胞１２が細胞培養用基板３００から剥離されることなく培養でき、細胞１２の生存率が向上する。また、シート状構造体４は、密度が高いため、シート状構造体４の垂直な方向の力に対して、シート状構造体４の変形が少ない。
【００６９】
また、柱状物５の太さは繊維２ａよりも太く、シート状構造体４に対しほぼ垂直な方向に配向している。そのため、柱状物５が配向されている方向に力を加えたときの変形が少ない。また、圧縮などによりシート状構造体４の表面の平坦性は向上している。そのため、繊維構造体１ごとの膜厚のばらつきが小さい。その結果、顕微鏡を用いた細胞１２の観察時に、繊維構造体１を交換しても、場所による焦点距離のばらつきが小さくなり、細胞１２の観察が容易になる。
【００７０】
なお、繊維２ａおよび柱状物５は、二酸化ケイ素などの無機材料により形成するのが好ましい。二酸化ケイ素は、耐熱性、耐薬剤性に優れているからである。繊維構造体１として二酸化ケイ素を用いることにより、耐熱温度が１０００度以上となり、熱処理による表面処理などが容易になる。そして、二酸化ケイ素は、アルカリ性溶液に対して溶けにくいため、繊維構造体１は、耐薬品性を有する。このように、単位面積当たりの空隙率が高く、耐熱性、耐薬品性にも優れた細胞培養用基板３００が得られる。
【００７１】
（実施の形態４）
以下、繊維構造体１を用いたフィルター４００について図面を参照しながら説明する。実施の形態４において、実施の形態１と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
図８は、繊維構造体１を用いたフィルター４００の概念図である。フィルター４００は、繊維構造体１を備え、シート状構造体４と柱状構造体７は、一方が試料流入口であり、他方が試料排出口である。
【００７３】
図８に示すように、支持基板４８は、貫通孔１３を有する。貫通孔１３の最大の直径８０は、隣接する柱状物５の最大の距離８２よりも大きい。
【００７４】
支持基板４８の第１面（支持基板４８が柱状物５と接合する面の反対側の面）から複数の物質が含まれる試料を導入し、シート状構造体４の第１面（シート状構造体４が柱状物５と接合する面の反対側の面）から濾過した試料を採取する。これにより試料に含まれる大きい物質が除去され、小さい特定の物質のみが得られる。
【００７５】
あるいは、シート状構造体４の第１面より複数の物質が含まれる試料を導入し、支持基板４８の第１面から濾過した試料を採取してもよい。
【００７６】
柱状構造体７が形成する第２の空隙部６は、シート状構造体４が形成する第１の空隙部３よりも大きい。そのため、大きい物質は柱状構造体７で除去され、小さい物質はシート状構造体４で除去されるので、大きい物質と小さい物質を段階的に除去できる。この構成より、単一の空隙の大きさを有するフィルターよりも目詰まりが生じにくく、大量の試料を濾過できる。
【００７７】
さらに、貫通孔１３は柱状構造体７の第２の空隙部６より大きい。この構成により、試料は三段階で濾過される。
【００７８】
また、柱状物５は繊維２ａよりも太く、支持基板４８に対し、ほぼ垂直な方向に配向している。そのため、柱状物５が配向されている方向に力が加えられたときの変形が少ない。すなわち、外力が印加されても溶液の流れ等が変化しにくいため、濾過時でも第１の空隙部３および第２の空隙部６の形状が維持される。その結果、溶液の流速等に依存せず、安定して濾過できる。
【００７９】
繊維構造体１を二酸化ケイ素により形成した場合、耐薬品性に優れるため、様々な性質の試薬を塗布できる。さらに、二酸化ケイ素は、耐熱性に優れるため、高温処理時に繊維構造体１の形状が溶融、破損することがない。このように、二酸化ケイ素は、有機ポリマーなどに比べて耐薬品性および耐熱性に優れる。そのため、サンプルを吸着しやすくするための表面処理を、フィルター４００に施しやすくなる。
【００８０】
また、二酸化ケイ素は、高分子よりもヤング率（弾性係数）が大きい。ヤング率は、変形のしにくさを表す物性値である。二酸化ケイ素のヤング率は、３０ＧＰａ以上、７５ＧＰａ以下程度であり、高分子のヤング率は、０．０１ＧＰａ以上、５ＧＰａ以下程度である。そのため、繊維構造体１を二酸化ケイ素により形成した場合、溶液の流れ等の外力が印加されても、繊維構造体１は変形しにくく、濾過時も空隙構造が維持される。その結果、溶液の流速等に依存しない安定した濾過ができる。
【００８１】
なお、支持基板４８として、ガラス、シリコン、石英、セラミック、金属、樹脂などが用いられる。このうち、樹脂としては、例えば、環状オレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などが用いられる。ただし支持基板４８の材料は、これらに限定されない。また、繊維構造体１は必ずしも支持基板４８に固定されている必要はない。
【００８２】
以上のように、本実施の形態による繊維構造体１は、繊維２ａが互いに重なりあう、あるいは絡みあうことにより、密度が増大している。そして、シート状構造体４に接して柱状物５が形成されているので、柱状物５が配向されている方向の強度を維持できると共に、柱状物５の間に第２の空隙部６を有している。
【００８３】
繊維構造体１をバイオチップ２００として用いる場合、シート状構造体４がバイオチップ２００の反応場となる。そのため、バイオチップ２００の表面積が大きくなり、プローブ物質９の吸着量が増える。その結果、バイオチップ２００の検出物とプローブ物質９とが相互作用をする強度が大きくなり、検出物１０の検出感度が向上する。さらに、第２の空隙部６により洗浄の際に溶液が排出されやすく、非特異的な吸着が低減される。そのため、バックグラウンドノイズが減少する。
【００８４】
また、繊維構造体１を細胞培養用基板３００に用いた場合、繊維構造体１と細胞１２とが接着する面積が増加するために、細胞１２と細胞培養用基板３００との接着強度が増加する。さらに、柱状物５の間の空隙を通して、老廃物が容易に排出されるので、透過性（透液性）が向上する。
【００８５】
また、繊維構造体１をフィルター４００として用いる場合、大きい物質と小さい物質を段階的に除去できるため、単一の空隙の大きさを有するフィルターよりも目詰まりが生じにくく、大量の試料を濾過できる。さらに、繊維構造体１は変形しにくく、濾過時も空隙構造が維持されるので、溶液の流速等に依存しない安定した濾過ができる。
【００８６】
以上のように、本実施の形態によれば、高密度で、かつ高い透過性（透液性）を有する繊維構造体１が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本実施の形態の繊維構造体はバイオチップや、細胞培養用基板や、フィルターとして有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１  繊維構造体
２ａ，２ｂ  繊維
３  第１の空隙部
４  シート状構造体
５  柱状物
６  第２の空隙部
７  柱状構造体
８，２８，３８，４８  支持基板
９  プローブ物質
１０  検出物
１１  標識
１２  細胞
１３  貫通孔
５０  繊維形成用基板
５５  プレス機
６０  繊維
７０  第１の方向
８０  直径
８２  距離
２００  バイオチップ
３００  細胞培養用基板
４００  フィルター
【図１】
0006467589.tif 000002
【図２Ａ】
0006467589.tif 000003
【図２Ｂ】
0006467589.tif 000004
【図２Ｃ】
0006467589.tif 000005
【図３】
0006467589.tif 000006
【図４Ａ】
0006467589.tif 000007
【図４Ｂ】
0006467589.tif 000008
【図４Ｃ】
0006467589.tif 000009
【図４Ｄ】
0006467589.tif 000010
【図４Ｅ】
0006467589.tif 000011
【図４Ｆ】
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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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