(57)【要約】【課題】  均一なゲルを効率よく生成可能なゲル製造装置を提供する。【解決手段】  第１の液体と、前記第１の液体を硬化させる第２の液体とを接触させることでゲルを製造するゲル製造装置であって、前記第１の液体を噴射する第１ノズル、及び、前記第２の液体を噴射する第２ノズルが、外周部に設けられた液体噴射部と、回転軸を中心に前記液体噴射部を回転させることが可能な回転機構と、を備え、前記液体噴射部が回転する際に生じる遠心力により、前記第１ノズルから前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第１の液体を噴射し、前記遠心力により、前記第２ノズルから前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第２の液体を噴射し、前記第１の液体と前記第２の液体とを接触させる。【選択図】  図７
2013158753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液体と、前記第１の液体を硬化させる第２の液体とを接触させることでゲルを製造するゲル製造装置であって、
前記第１の液体を噴射する第１ノズル、及び、前記第２の液体を噴射する第２ノズルが、外周部に設けられた液体噴射部と、
回転軸を中心に前記液体噴射部を回転させることが可能な回転機構と、を備え、
前記液体噴射部が回転する際に生じる遠心力により、前記第１ノズルから前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第１の液体を噴射し、
前記遠心力により、前記第２ノズルから前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第２の液体を噴射し、
前記第１の液体と前記第２の液体とを接触させる、ことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のゲル製造装置であって、
前記液体噴射部には、前記第１ノズル及び前記第２ノズルがそれぞれ複数ずつ設けられ、
前記液体噴射部に設けられる前記第２ノズルの数が、前記液体噴射部に設けられる前記第１ノズルの数以上である、ことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のゲル製造装置であって、
前記第１ノズルの高さ方向の設置位置は、前記第２ノズルの高さ方向の設置位置以上の高さである、ことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載のゲル製造装置であって、
前記第１ノズルと前記回転軸とのなす角度は０度よりも大きく、９０度以下であり、
前記第２ノズルと前記回転軸とのなす角度は９０度よりも大きく、１８０度よりも小さい、ことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のゲル製造装置であって、
前記第１の液体は、多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、
前記第２の液体は、多価金属塩を含む水溶液であり、
前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる化学反応よってゲルを硬化する、ことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のゲル製造装置であって、
前記第１の液体は、酵素反応によってゲル化する液体であり、
前記第２の液体は、酵素を含んだ水溶液であり、
前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる酵素反応よってゲルを硬化する、ことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載のゲル製造装置で製造された医療に用いられるゲル。
【請求項８】
液体噴射部が回転軸を中心に回転する際に生じる遠心力により、前記液体噴射部の外周部に設けられた第１ノズルから、前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に第１の液体を噴射することと、
前記遠心力により、前記液体噴射部の外周部に設けられた第２ノズルから、前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第１の液体を硬化させる第２の液体を噴射することと、
前記第１の液体と前記第２の液体とを接触させることと、
を有するゲル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル製造装置、医療に用いられるゲル、及び、ゲル製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲルの材料となるゲル材の液滴を、ゲル材を硬化（ゲル化）させるゲル硬化材中に噴射する液滴噴射法により、ゲルを製造する方法が知られている。例えば、容器内に液状に保持されたゲル硬化材と対向するように液体噴射口（ノズル）を配置する。そして、液滴噴射法により該液体噴射口からゲル材の液滴を噴射して、ゲル材の液滴とゲル硬化材とを接触・反応させることによりゲル材の液滴を硬化（ゲル化）させ、ゲルを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法によれば、ノズルから噴射されるゲル材液滴の量を調整することで所望の大きさのゲルを生成することができる。
【０００５】
しかし、ゲル材の液滴を連続的に噴射してゲルを量産しようとすると、問題が生じる場合がある。例えば、連続して噴射された複数のゲル材の液滴がゲル硬化材中で十分に硬化される前に互いに接触する可能性がある。このような場合、複数の液滴同士が付着した状態で硬化（ゲル化）してしまい、形状や大きさが不揃いなゲルが生成されるおそれがある。したがって、均一なゲルを効率よく生成することは難しい。
【０００６】
本発明では、均一なゲルを効率よく生成可能なゲル製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための主たる発明は、第１の液体と、前記第１の液体を硬化させる第２の液体とを接触させることでゲルを製造するゲル製造装置であって、前記第１の液体を噴射する第１ノズル、及び、前記第２の液体を噴射する第２ノズルが、外周部に設けられた液体噴射部と、回転軸を中心に前記液体噴射部を回転させることが可能な回転機構と、を備え、前記液体噴射部が回転する際に生じる遠心力により、前記第１ノズルから前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第１の液体を噴射し、前記遠心力により、前記第２ノズルから前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第２の液体を噴射し、前記第１の液体と前記第２の液体とを接触させる、ことを特徴とするゲル製造装置である。
【０００８】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態におけるゲル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。
【図２】液体噴射部１０のＸＺ平面における概略断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を表す概略図である。
【図４】回転体１１を正１２角柱とした場合の例について説明する図である。
【図５】液体供給路の配置を説明する図である。
【図６】液体噴射部１０の各ノズルの設置角度について説明する図である。
【図７】第１実施形態においてゲル製造装置１を用いてゲルが生成される際の動作について説明する概略図である。
【図８】アルギン酸ナトリウムの説明図である。
【図９】アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。
【図１０】アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【図１１】液体噴射部１０の変形例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。  
第１の液体と、前記第１の液体を硬化させる第２の液体とを接触させることでゲルを製造するゲル製造装置であって、前記第１の液体を噴射する第１ノズル、及び、前記第２の液体を噴射する第２ノズルが、外周部に設けられた液体噴射部と、回転軸を中心に前記液体噴射部を回転させることが可能な回転機構と、を備え、前記液体噴射部が回転する際に生じる遠心力により、前記第１ノズルから前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第１の液体を噴射し、前記遠心力により、前記第２ノズルから前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第２の液体を噴射し、前記第１の液体と前記第２の液体とを接触させる、ことを特徴とするゲル製造装置。
このようなゲル製造装置によれば、均等な噴射量で多数の液滴を同時に噴射することによって、均一なゲルを効率よく生成することができる。
【００１１】
かかるゲル製造装置であって、前記液体噴射部には、前記第１ノズル及び前記第２ノズルがそれぞれ複数ずつ設けられ、前記液体噴射部に設けられる前記第２ノズルの数が、前記液体噴射部に設けられる前記第１ノズルの数以上であることが望ましい。
このようなゲル製造装置によれば、第２ノズルから噴射される第２の液体の液滴の数が第１ノズルから噴射される第１の液体の液滴の数以上となる。したがって、第１の液体の液滴が第２の液体と接触する確率が高くなり、両者が接触する際に生じるゲル化反応を起こしやすくすることで、より効率的にゲルを生成しやすくなる。
【００１２】
かかるゲル製造装置であって、前記第１ノズルの高さ方向の設置位置は、前記第２ノズルの高さ方向の設置位置以上の高さであることが望ましい。
このようなゲル製造装置によれば、第１ノズルから噴射されて下方へ降下する第１の液体の液滴が、第１ノズルよりも下方に設置された第２ノズルから噴射された第２の液体と接触しやすくなる。また、下方から噴射された第２の液体は、上方に設けられた第１ノズルに進入しにくいので、第１ノズルの内部で両液体が接触してノズル目詰まり等の問題が生じることを抑制しやすくなる。
【００１３】
かかるゲル製造装置であって、前記第１ノズルと前記回転軸とのなす角度は０度よりも大きく、９０度以下であり、前記第２ノズルと前記回転軸とのなす角度は９０度よりも大きく、１８０度よりも小さいことが望ましい。
このようなゲル製造装置によれば、一方のノズルから噴射される液体が他方のノズルの内部に侵入しにくくなり、ノズルの目詰まりを抑制しやすくなる。また、第１ノズルから噴射される第１の液体の液滴の飛翔時間を長くすることによってより小さなゲルを生成することが可能になる。
【００１４】
かかるゲル製造装置であって、前記第１の液体は、多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、前記第２の液体は、多価金属塩を含む水溶液であり、前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる化学反応よってゲルを硬化することが望ましい。
このようなゲル製造装置によれば、人体に無害で医療分野等に対する応用性が高いゲルを効率よく生成することができる。また、親水性のゲルを形成することが可能であるため、生体親和性が高いゲルを生成することができる。
【００１５】
かかるゲル製造装置であって、前記第１の液体は、酵素反応によってゲル化する液体であり、前記第２の液体は、酵素を含んだ水溶液であり、前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる酵素反応よってゲルを硬化することが望ましい。
このようなゲル製造装置によれば、第１の液体の濃度や第２の液体中に含まれる酵素の濃度を調整することによって、生成されるゲルの硬さを自由に調節することができる。また、医療やバイオテクノロジー等、様々な分野への応用が可能となる。
【００１６】
また、かかるゲル製造装置で製造された医療に用いられるゲルが明らかとなる。
また、液体噴射部が回転軸を中心に回転する際に生じる遠心力により、前記液体噴射部の外周部に設けられた第１ノズルから、前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に第１の液体を噴射することと、前記遠心力により、前記液体噴射部の外周部に設けられた第２ノズルから、前記回転軸の遠心方向の成分を含む方向に前記第１の液体を硬化させる第２の液体を噴射することと、前記第１の液体と前記第２の液体とを接触させることと、を有するゲル製造方法が明らかとなる。
【００１７】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜ゲルについて＞
本実施形態では、ゲルの原料となる第１の液体（以下、ゲル材とも呼ぶ）を噴射することにより液滴を形成する。そして、形成された液滴とゲルを硬化させる第２の液体（以下、ゲル硬化材とも呼ぶ）を接触させ、液滴の一部若しくは全体を硬くする（ゲル化させる）ことによってゲルを生成する。この場合、液滴がほぼ球状に形成されるため、生成されるゲルも球に近い形状となる。
【００１８】
＜ゲル製造装置の構成＞
発明を実施するための装置の形態として、ゲル製造装置１を例に挙げて説明する。
ゲル製造装置１では、回転軸を中心として回転する遠心分離方式（スプレー方式）の液体噴射装置を用いて第１の液体の液滴を噴射することにより、ゲルの大きさを自由に調整して所望のサイズのゲルを製造（生成）する。また、噴射条件を制御することにより微少量の液滴を噴射して、ゲル径がナノメートル（ｎｍ）オーダーやマイクロメートル（μｍ）オーダーとなるような、微小サイズのゲルを生成することが可能である。
【００１９】
図１は、第１実施形態におけるゲル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。ゲル製造装置１は、液体噴射部１０と、ゲル回収部４０と、制御部６０とを備える。
また、説明のため、図１に示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標軸を設定する。Ｚ軸は鉛直方向（図１において下向きの方向）であり、本実施形態において液体噴射部１０の回転の中心（回転軸）はＺ軸と一致するものとする。また、Ｘ軸はＺ軸に対して垂直な方向であり、Ｙ軸はＺ軸及びＸ軸に対して垂直な方向である。すなわち、ＸＹ平面は水平面である。
【００２０】
（液体噴射部１０）
液体噴射部１０は、ゲル材（第１の液体）を噴射して液滴を形成する機能と、ゲル硬化材（第２の液体）を噴射してゲル材の液滴をゲル硬化材と接触させることによってゲル材の液滴を硬化させる機能とを有する。図２は、液体噴射部１０のＸＺ平面における断面の概略図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面を表す概略図である。液体噴射部１０は回転体１１と回転機構１２と接続部１３を有する。
【００２１】
回転体１１は、回転軸を中心として回転可能な円筒形の容器である。回転体１１の外周部（円筒形容器の側面部）には複数のノズルが設けられている。ノズルには、第１の液体を噴射する第１ノズルと、第２の液体を噴射する第２ノズルとがある。また、図２及び図３では省略されているが、回転体１１の内部には各ノズルに被噴射液体（ゲル材またはゲル硬化材）を供給する液体供給路が設けられている。本実施形態では、第１ノズルのＺ軸方向の設置位置が、第２ノズルのＺ軸方向の設置位置よりも高くなるように各ノズルが設けられる。つまり、第２ノズルの上方の位置に第１ノズルが配置される（図２参照）。また、回転体１１に設けられる第２ノズルの数量は第１ノズルの数量以上である（図２参照）。
【００２２】
回転体１１に設けられる複数の第１ノズルは、回転軸に対して放射状であり、かつ、回転中心（回転軸）から各ノズルまでの距離ｒがそれぞれ等しくなるような位置に配置される（図３参照）。すなわち、第１ノズルは、それぞれ回転軸（本実施形態ではＺ軸）を中心とした半径ｒの同一円周上で、遠心方向（中心から遠ざかる方向）に向かって配置される。これにより、各ノズルから噴射される液体（第１の液体）は、遠心方向の成分を有する方向に噴射される。なお、各ノズルのノズル口は遠心方向に対して斜めに配置されていてもよい。また、ノズルから液体を噴射する際の噴射方向に偏りが生じないように、隣り合うノズルとノズルとの間隔ｄ（周方向におけるノズル間距離）が等間隔となるように配置されることが望ましい。ノズルの直径は、第１の液体を１回噴射する際の噴射量に基づいて決定される。すなわち、生成したいゲルの大きさに応じて決定される。
【００２３】
第２ノズルは、基本的に第１ノズルと同様に配置される。ただし、Ｚ軸方向の配置位置やノズルの個数、ノズル径等は第１ノズルと異なる。第１ノズルと第２ノズルとの配置位置の関係については後で説明する。
【００２４】
回転機構１２は回転軸を中心とする回転動力を発生させ、回転体１１を回転させるための動力部である。回転機構１２は制御部６０によって制御されることにより、回転速度を自在に調整することができる。回転機構１２は、モーターなど回転するものであれば、特に限定されるものではない。
【００２５】
接続部１３は回転盤１３ａとアーム１３ｂとから構成され、回転機構１２と回転体１１とを接続して回転機構１２による回転動力を回転体１１に伝達する。回転盤１３ａは回転機構１２の出力軸に接続される円盤状の板であり、該回転機構１２が回転することによって回転軸を中心に回転する。アーム１３ｂは複数の板状部材であり、上側は回転盤１３ａの下面側に接続され、下側は回転体１１の上面側に接続される（図１、図２参照）。アーム１３ｂはそれぞれ回転軸の周囲を取り囲むように配置されており、回転軸付近の空いたスペースには後述する液体供給路が設けられる（後述の図５参照）。図では、４枚の板状部材が回転軸を中心に四方に配置されている。
【００２６】
回転機構１２が回転すると、接続部１３を介して回転体１１が回転軸を中心に回転する。回転体１１が回転することにより遠心力が発生し、回転体１１内部のゲル材（第１の液体）及びゲル硬化材（第２の液体）が各ノズルから所定量ずつ噴射される。噴射された液体は、その表面張力により球形（液滴）となる。本実施形態では、回転体１１の回転速度を変更することによって、噴射される液滴の大きさ（液体の量）を調整することができる。これにより、所望のサイズのゲルを形成できるようになる。なお、ゲル材（第１の液体）に酸素分子が溶け込んでいると、ノズル内部を移動する間にゲル材中に気泡が生じるおそれがある。よって、本実施形態において使用されるゲル材は、予め溶存空気（酸素）が除去されていることが望ましい。
【００２７】
なお、図１〜図３では回転体１１が円筒形であると説明したが、回転体１１の形状は円筒形以外であってもよい。例えば、正８角柱や正１２角柱等の多角柱（Prism）形状としてもよい。図４は、回転体１１を正１２角柱とした場合の例である。図は回転体１１のＸＹ平面における断面図を表している。図４で、回転体１１の外観は円筒形とは異なるが、回転体１１の外周部に配置される各ノズルの位置関係は円筒形の場合と同様である。すなわち、回転中心（回転軸）からノズルまでの距離ｒが等しくなる位置で、それぞれが遠心方向に向かうように配置され、また、隣り合うノズル同士の間隔ｄ（周方向におけるノズル間距離）が等間隔となるように配置される。
【００２８】
このようなノズル配置であれば、回転体１１の回転によって生じる遠心力が各ノズルに均等に作用するため、各ノズルにおける噴射条件（液体の噴射量や噴射速度）も同一となり、どのノズルからも均等に液体が噴射されることになる。したがって、大量に生成されるゲルの品質を均一に保ちやすい。
【００２９】
（ノズル配置の詳細について）
第１の液体（ゲル材）及び第２の液体（ゲル硬化材）は、それぞれ液体供給路によって各ノズルへと導かれる。図５に、液体供給路の配置を説明する図を示す。図の着色部で表されるのが第１の液体（ゲル材）の供給路で、斜線部で表されるのが第２の液体（ゲル硬化材）の供給路である。
【００３０】
液体供給路は回転体１１の中心の回転軸に沿って配置されるパイプ状の部材であり、第２の液体を供給する供給路（斜線部）の周囲を第１の液体を供給する供給路（着色部）が取り囲む２重菅構造となっている。当該液体供給路を通して回転体１１の各ノズルへ被噴射液体（ゲル材及びゲル硬化材）が供給される。
【００３１】
各供給路は回転体１１の内部で複数に分岐し（図５のＢ−Ｂ断面図参照）、回転体１１の側面部に設けられた第１ノズルへ第１の液体を導き（着色部）、第２ノズルへ第２の液体を導く（斜線部）。液体供給路から各ノズルへの液体の供給は、回転体１１の回転によって生じる遠心力によって行なわれる。すなわち、液体供給路の内部の液体に対して図の矢印で示されるような遠心方向の力が作用することにより、供給路内の液体が回転体１１側面部の各ノズル方向へと移動する。回転体の中心部から遠心力によって液体を供給することにより、均等な力で各ノズルに液体を供給することができる。
【００３２】
なお、各ノズルに供給される液体はそれぞれ回転体１１の上部に設けられた液体保持タンク（不図示）に貯留され、液体供給路を介して当該タンクから回転体１１の内部（各ノズル）へ導かれる。
【００３３】
また、本実施形態では第１ノズル及び第２ノズルの設置角度がそれぞれ所定の範囲内に含まれるように各ノズルが設けられる。図６に各ノズルの設置角度について説明する図を示す。以下、第１ノズルと回転軸（中心軸）とのなす角度をθ１とし、第２ノズルと回転軸（中心軸）とのなす角度をθ２として説明する。
【００３４】
本実施形態で、θ１は０度よりも大きく、９０度以下となるように設定される（０＜θ１≦９０）。すなわち、ノズル口が水平もしくは水平よりも上方側を向くように第１ノズルが設置される。第１ノズルのノズル出口を上方側に向けることにより、下方に設置された第２ノズルから噴射されたゲル硬化材の微小液滴が第１ノズルの内部に侵入することを抑制しやすくする。これにより、第１ノズルの内部でゲル材とゲル硬化材とが接触してゲル化することを抑制し、ノズルの目詰まり等の問題を生じにくくする。さらに、ゲル材（第１の液体）の液滴を上方側へと噴射して放物線を描くように降下させることにより、該液滴が大気中を飛翔する間に水分を蒸発させて液滴径をより小さくすることができる。つまり、ゲル材液滴の飛翔時間（降下に要する時間）を調整することによって、第１ノズルのノズル径よりも小さな液滴が形成されやすくなり、例えば、直径がマイクロメートルオーダー以下の微小サイズのゲルを生成することができる。
【００３５】
一方、θ２は９０度よりも大きく、１８０度よりも小さくなるように設定される（９０＜θ２＜１８０）。すなわち、ノズル出口が水平よりも下方側を向くように各第２ノズルが配置される。本実施形態では、ゲル硬化材（第２の液体）の微小液滴が第２ノズルから多数噴射される。つまり、回転体１１の周囲にゲル硬化材が霧状に噴霧される。仮に、第２ノズルが上方に向けてゲル硬化材の微小液滴を噴射した場合、当該ゲル硬化材の微小液滴（霧状の液体）は上方側に舞い上がって第１ノズル内に進入しやすくなる。この場合、上述のように第１ノズル内でゲル化反応が進行し、ノズルの目詰まりの原因となる。そこで、第２ノズルを下方側に向けてゲル硬化材の微小液滴を上方に舞い上がりにくくすることで、第１ノズル内に進入することを抑制する。
【００３６】
（ゲル回収部４０）
ゲル回収部４０は、回収容器４１を有する。回収容器４１は上部が開口された容器であり、液体噴射部１０から噴射されて硬化された後のゲルを回収する。ゲル回収部４０はゲルの移動（降下）方向の最下流側（図１で液体噴射部１０の鉛直下方）に設置される。
【００３７】
（制御部６０）
制御部６０は、液体噴射部１０の回転速度（回転機構１２の回転速度）や動作時間等を制御することにより、被噴射液体（ゲル材、ゲル硬化材）の噴射量・噴射速度、ゲル生成個数等を調整する。
【００３８】
＜ゲル生成動作について＞
ゲル生成装置１を用いたゲル生成動作について具体的に説明する。図７に、第１実施形態においてゲル製造装置１を用いてゲルが生成される際の動作について説明する概略図を示す。
【００３９】
（ａ）ゲル材液滴が噴射される
回転体１１の内部（中央）に位置する回転軸を中心として回転体１１が回転することにより遠心力が発生する。この遠心力によって、第１ノズルから遠心方向の成分を含む方向に所定量のゲル材（第１の液体）が噴射され、ゲル材の液滴が形成される。ゲル材の噴射量は、制御部６０によって液体噴射部１０の回転速度を変更することによって調整することができる。第１ノズルのノズル口は水平よりも上側に向かうように配置されているので（図６参照）、第１ノズルから噴射された後のゲル材液滴の軌道は図７の破線で示されるような放物線状となる。
【００４０】
（ｂ）ゲル硬化材雰囲気が形成される
また、回転体１１の回転で生じる遠心力によって、第２ノズルから遠心方向の成分を含む方向に所定量のゲル硬化材（第２の液体）が噴射され、ゲル硬化材の液滴が形成される。ここで、回転体１１に設けられる第２ノズルの数は第１ノズルの数以上であり、また、第２ノズルのノズル径は第１ノズルのノズル径以下である。したがって、第２ノズルから噴射されるゲル硬化材液滴は、ゲル材の液滴よりも数が多く、大きさ（液滴径）も小さくなりやすい。これにより、ゲル硬化材は霧状に噴射され、液体噴射部１０の周囲の領域にゲル硬化材の微粒子による雰囲気（以下、ゲル硬化材雰囲気とも呼ぶ）を形成する。第２ノズルから噴射されるゲル硬化材液滴の数が第１ノズルから噴射されるゲル材液滴の数以上であることから、ゲル材とゲル硬化材とが接触する可能性が高くなる。つまり、ゲル化反応を生じる確率が高く、無駄なくゲルを形成させやすくなる。また、第２ノズルのノズル径を調整してゲル化反応に用いるゲル硬化材の噴射量を調整することで、ゲル硬化材雰囲気の濃度を変更することができる。これにより、ゲル材とゲル硬化材との化学反応の進行速度を調整し、生成されるゲルの硬さを調整することもできる。
【００４１】
（ｃ）ゲル材液滴とゲル硬化材とが接触
第１ノズルから噴射されたゲル材の液滴は放物線を描きながら降下する。その際、第１ノズルの下方に設置された第２ノズルによって形成されたゲル硬化材雰囲気中を通過し、ゲル材とゲル硬化材とが接触する。これにより、両者の接触部分、すなわちゲル材液滴の表面部分において化学反応（ゲル化反応）が生じ、ゲル材液滴が表面部分から内部へと徐々に硬化される。本実施形態では、ゲル硬化材を霧状に散布することによってゲル硬化材雰囲気が形成されていることから、当該雰囲気中を通過するゲル材液滴がゲル硬化材とまんべんなく接触し、液滴表面の全体にわたって化学反応が均等に進行しやすい。言い換えると、ゲル材液滴の硬化にムラが生じにくく、不良ゲルが生成されにくい。したがって、均一な品質のゲルを量産するのに適している。なお、化学反応の詳細については後で説明する。
【００４２】
（ｄ）硬化後のゲルを回収
形成されたゲルはそのままＺ軸方向に降下し、ゲル回収部４０によって回収される。
【００４３】
＜ゲル生成材料について＞
第１実施形態では、ゲル材（第１の液体）として、多糖類、もしくは蛋白質類（例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウム、エチルセルロース、メチルセルロース、ペクチン、ジェランガム、キトサン、コラーゲン等）を含んだ物質（水溶液）が用いられる。
【００４４】
また、ゲル材にはゲルの機能を発現する有効成分（例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、ＩＰＳ細胞等）が含まれていてもよい。
【００４５】
ゲル硬化材（第２の液体）としては、ゲル化誘発因子を持つような多価金属塩（例えば、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、硝酸カルシウム、クエン酸カルシウム、乳酸カルシウム、炭酸カルシウム等のカルシウム塩を含むものや、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、リン酸アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン、硫酸マンガン等のマンガン塩、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等のマグネシウム塩、リン酸第１鉄、リン酸第２鉄等の鉄塩等）を含む物質（水溶液）が用いられる。
【００４６】
本実施形態では、ゲル材（第１の液体）がゲル硬化材（第２の液体）と接触して架橋反応、重合反応、高分子反応といった化学反応を生じることにより、ゲル材が硬化（ゲル化）する。なお、ここで言う「硬化（ゲル化）」とは粘度が高くなる状態も含む。
【００４７】
ここで、ゲル材（第１の液体）としてアルギン酸ナトリウム水溶液を用い、ゲル硬化材（第２の液体）として塩化カルシウム水溶液を用いた場合に生じる化学反応について、具体例を示して説明する。図８は、アルギン酸ナトリウムの説明図である。図９は、アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。図１０は、アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【００４８】
図８に示されるように、アルギン酸ナトリウム（Ｃ６Ｈ７Ｏ６Ｎａ）はアルギン酸に１価のナトリウムイオンが結合している。このアルギン酸ナトリウムが塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）水溶液と接触すると、２価のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が、アルギン酸ナトリウムのナトリウムイオン（Ｎａ＋）と置換されることで、ゲル化が進行する（図９）。このとき、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は１価であり、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）は２価であるので、２個のナトリウムイオン（Ｎａ＋）に対して、１個のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が置換される。このとき、アルギン酸ナトリウムは、２つのアルギン酸ナトリウム間において、２つのナトリウムイオン（Ｎａ＋）が脱離して、２価の金属イオンである１つのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）に置換される（図１０）。そして、２つのアルギン酸間を橋架けする架橋凝縮が生じ、ゲル化（硬化）する。このような化学反応は架橋反応とも呼ばれる。
【００４９】
ところで、図１０には、破線で囲われた領域が示されている。アルギン酸カルシウムゲルでは、この破線で囲われた領域を通じてゲルの内部から外部へ水分子が移動したり、外部から内部へと水分子が移動したりする。このように破線で囲われた領域に水分子が存在することにより、弾力性のあるゲルが実現される。そして、ゲルにおける水分子の流入量と流出量は均衡している。本実施形態において、親水性を有するゲル状のシェルが形成されることによって、人体に摂取する場合に生体親和性が高いゲルを生成することができる。
【００５０】
＜効果＞
第１実施形態のゲル製造装置では、回転軸を中心に回転する液体噴射部からゲル材（第１の液体）とゲル硬化材（第２の液体）とをそれぞれ噴射して、両液体を接触させて硬化反応を生じさせることによってゲルを生成する。同一円周上に配置された複数のノズルから遠心力によってゲル材を噴射することによって、均等な噴射量で多数のゲル材液滴を同時に形成することができる。また、霧状に散布されたゲル硬化材によってゲル硬化材雰囲気が形成されるため、ゲル材液滴とゲル硬化材とが均一に接触し、硬化されやすい。したがって、均一な品質のゲルを効率よく生成することができる。
【００５１】
＜変形例＞
液体噴射部１０の回転体１１に設けられる第１ノズル及び第２ノズルの配置を変更してもよい。図１１に、液体噴射部１０の変形例について説明する図を示す。変形例では、第１ノズルと第２ノズルとをＺ軸方向の同じ位置（同じ高さの位置）に配置する。すなわち、第１ノズル（黒塗りで表示）と第２ノズル（白塗りで表示）とが同一平面上に配置される。そして、第１ノズルの両側に第２ノズルが並ぶように各ノズルが配置される。なお、回転体１１に設けられる第２ノズルの数が第１ノズルの数以上であり、第２ノズルのノズル径が第１ノズルのノズル径以下である点は、上述のゲル製造装置と同様である。例えば、図１１のＣ−Ｃ断面に示されるように、第１ノズルと第１ノズルとの間にノズル径の小さな第２ノズルが２つずつ設けられる構成とする。
【００５２】
ゲル生成動作は上述のゲル製造装置１の場合と同様であり、回転体１１が回転する際に生じる遠心力によって第１ノズルからゲル材（第１の液体）が噴射され、第２ノズルからゲル硬化材が噴射される。そして、２つの液体が接触することによりゲル材の液滴が硬化され、ゲルが生成される。変形例では、第１ノズルと第２ノズルとのＺ軸方向の高さが同じため、回転体１１の回転運動によってゲル材とゲル硬化材とが同一平面上に噴射される。したがって、ゲル材の液滴は噴射直後からゲル硬化材と接触しやすくなり、より速く化学反応を生じてゲルを硬化させることができる。
【００５３】
また、球状以外のゲルを生成することもできる。例えば、ゲル材の粘度が高い場合、ノズルから噴射された直後のゲル材は雫状の形状で噴射され、大気中を飛翔する間に表面張力によって球状に変形する。本変形例において、ノズルから噴射されたゲル材が球形に変形する前の雫状や楕円の形状のまま直ちに硬化させることにより、楕円形や涙滴形のゲルを生成することができる。
【００５４】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第１実施形態では、架橋反応等の化学反応を生じさせることによりゲルを硬化させていたが、化学反応以外の反応を用いてゲルを硬化（ゲル化）させてもよい。第２実施形態では、ゲル材を酵素反応により硬化させる。ゲルを製造する際に用いる装置は上述のゲル製造装置１と同様である。
【００５５】
第２実施形態では、ゲル材（第１の液体）としてフィブリノーゲン等、液体状であるが、酵素反応によりゲル化して硬くなる物質を用いる。そして、ゲル硬化材（第２の液体）として酵素を含んだ溶液を用いる。
【００５６】
ゲルを製造する際には、上述のゲル製造装置１（図１参照）を用いて、遠心力によって噴射されるゲル材（例えばフィブリノーゲン水溶液）の液滴をゲル硬化材（酵素溶液）と接触させることにより、フィブリノーゲンを酵素反応させてゲル化させる。これにより、多数のゲルを効率的に生成することができる。その際、反応に用いるゲル硬化材の噴射量を調整し、酵素濃度（ゲル硬化材雰囲気の濃度）を変更することにより、ゲルの硬さを調節することが可能である。また、フィブリノーゲンの濃度を変更することによってもゲルの硬さを調整することができる。
【００５７】
本実施形態において、フィブリノーゲン水溶液を用いてゲルを生成することにより、上述のような医療分野への応用の他に、細胞培養などのバイオテクノロジー分野にも応用しやすくなる。
【００５８】
＜第２実施形態の効果＞
第２実施形態では、酵素反応によってゲル化する液体を用いて多数のゲルを効率よく生成する。ゲル材やゲル硬化材の濃度を変更することによって簡単にゲルの硬さを調整することができるため、用途に応じて所望の硬さのゲルを生成することができる。また、様々な分野への応用が可能となる。
【００５９】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としてのゲル製造装置を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【００６０】
＜ゲル生成材料について＞
前述の各実施形態では、第１の液体及び第２の液体についてそれぞれ具体例が例示されていたが、例示された以外のゲル生成材料を用いてゲルを生成することも可能である。
【００６１】
＜ゲルの用途について＞
前述の各実施形態では、ゲルの用途として医療用ゲルとして利用する例について説明されていたが、例示された以外にも幅広い用途にゲルを利用することができる。例えば、ファンデーションの顔料や香料の粒子として利用する化粧品としての用途や、機能性食品としての用途等がある。
【符号の説明】
【００６２】
１  ゲル製造装置、
１０  液体噴射部、１１  回転体、１２  回転機構、
１３  接続部、１３ａ  回転盤、１３ｂ  アーム、
４０  ゲル回収部、４１  回収容器、
６０  制御部
【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５】
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