(57)【要約】【課題】触感及び使用感が臓器に極めて近く、血管を切開した際に擬似血液が滲出可能な立体造形物の提供。【解決手段】ポリマーと、水と、着色剤内包体と、を含有するハイドロゲルを含む立体造形物である。前記着色剤内包体が、少なくとも１種の着色剤を含有する油相及びマイクロカプセルの少なくともいずれかである態様、前記着色剤が、油溶性染料及び油分散性顔料の少なくともいずれかである態様、前記ハイドロゲルが、鉱物をさらに含む態様などが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーと、水と、着色剤内包体と、を含有するハイドロゲルを含むことを特徴とする立体造形物。
【請求項２】
前記着色剤内包体が、少なくとも１種の着色剤を含有する油相及びマイクロカプセルの少なくともいずれかである請求項１に記載の立体造形物。
【請求項３】
前記着色剤が、油溶性染料及び油分散性顔料の少なくともいずれかである請求項２に記載の立体造形物。
【請求項４】
前記ハイドロゲルが、鉱物をさらに含む請求項１から３のいずれかに記載の立体造形物。
【請求項５】
前記ポリマーが、水溶性ポリマーである請求項１から４のいずれかに記載の立体造形物。
【請求項６】
前記水の含有量が、５０質量％以上である請求項１から５のいずれかに記載の立体造形物。
【請求項７】
圧縮応力の異なる複数のハイドロゲルを有し、
少なくとも１種のハイドロゲルが、着色剤内包体を含む請求項１から６のいずれかに記載の立体造形物。
【請求項８】
前記着色剤内包体の体積平均粒径が、１ｍｍ以下である請求項１から７のいずれかに記載の立体造形物。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の立体造形物を含むことを特徴とする臓器モデル。
【請求項１０】
水、モノマー、及び着色剤内包体を含むハイドロゲル前駆体液を用いて、ハイドロゲルを含む立体造形物を製造することを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項１１】
水、モノマー、及び着色剤内包体を含むハイドロゲル前駆体液を付与して成膜する第一の工程と、
前記成膜した膜を硬化させる第二の工程と、
を複数回繰り返すことを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項１２】
前記ハイドロゲル前駆体液が、鉱物をさらに含む請求項１０から１１のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形物、臓器モデル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外科手術等の手技練習用には、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等により製造された臓器モデルが用いられている。
【０００３】
外科医及び補助スタッフには、患者の術後の回復の良否及びクオリティ・オブ・ライフ（ＱＯＬ）向上のためにも、手技レベルを一定水準以上に向上することが求められている。
そのため、触感、内部構造、及び超音波メス、電気メス等の手術デバイスの使用感がより人間の臓器に類似した臓器モデルを提供することが求められている。
しかし、現在、普及している臓器モデルには、触感、内部構造、及び使用感が実物の人間の臓器とは異なるという問題がある。また、近年、ハイドロゲルにより構成された臓器モデルには、血管を配置しても、前記血管を切開した際に血液を模した擬似血液の滲出がなく、手術トレーニングの臨場感に欠けるという問題があり、手術トレーニングモデルの臨場感を与えるために、臓器モデル中の血管を切った際に擬似血液が出ることが求められている。
【０００４】
そこで、人間の臓器の質感を再現することを目的とした臓器モデルとして、ポリビニルアルコールを主体とする臓器モデル用成形材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、電気メス等の熱発生デバイスにより切った際に、熱発生デバイスの熱により液化して擬似血液が溶出する素材を用いた臓器モデルが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、触感及び使用感が臓器に極めて近く、血管を切開した際に擬似血液が滲出可能な立体造形物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】
【０００６】
前記課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物は、ポリマーと、水と、着色剤内包体と、を含有するハイドロゲルを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、触感及び使用感が臓器に極めて近く、血管を切開した際に擬似血液が滲出可能な立体造形物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の臓器モデルの一例を示す概略説明図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの臓器モデルを切開した状態を示す概略説明図である。
【図２】図２は、本発明の臓器モデルである肝臓モデルの一例を示す概略説明図である
【図３】図３は、本発明の立体造形物を製造する製造装置の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の立体造形物を製造する製造装置の他の一例を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の立体造形物を製造する製造装置の他の一例を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の立体造形物の製造方法により製造された中間体（支持体剥離前）の状態を示す図である。
【図７】図７は、本発明の立体造形物の製造方法により製造された剥離後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（立体造形物）
本発明の立体造形物は、ポリマーと、水と、着色剤内包体と、を含有するハイドロゲルを含み、更に必要に応じてその他の成分を含む。
本発明の立体造形物は、従来の臓器モデル用成形材料を用いた臓器モデルでは、実物の臓器と比較して硬く、血管や疾患部の内部構造（内包物）を忠実に再現できていないという問題があるという知見に基づくものである。また、本発明の立体造形物は、従来の臓器モデルでは、熱発生デバイスの熱により擬似血液が溶出するため、通常のメスにて切開した場合は、溶出せず、その効果は、熱発生デバイスに依存して限定的であるという知見に基づくものである。
【００１０】
前記立体造形物としては、圧縮応力が異なる複数のハイドロゲルを有し、少なくとも１種のハイドロゲルが着色剤内包体を含み、少なくとも１種のハイドロゲルが着色剤内包体を含まないことが好ましい。
【００１１】
＜ハイドロゲル＞
前記ハイドロゲルは、ポリマーと、水と、着色剤内包体と、を含有し、鉱物を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含む。前記ハイドロゲルとしては、ポリマーの網目構造の内部に水が取り込まれているゲルが好ましい。
前記ハイドロゲルとしては、前記ポリマーと、前記鉱物とからなる有機−無機複合ハイドロゲルが好ましい。
【００１２】
前記有機−無機複合ハイドロゲルのゴム硬度としては、６度以上６０度以下が好ましく、８度以上２０度以下がより好ましい。前記ゴム硬度が、６度以上であると、造形中に形が崩れることを防止でき、６０度以下であると、造形後剥離の際に割れることを防止できる。
なお、前記ゴム硬度は、デュロメータ（テクロック社製、ＧＳ−７１８Ｎ）などを用いて測定することができる。
【００１３】
＜＜ポリマー＞＞
前記ポリマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ハイドロゲルが水を主成分とすることから、水溶性ポリマーが好ましい。前記水溶性ポリマーを含むことにより、水を主成分とするハイドロゲルの強度を保つことができる。
なお、前記水溶性ポリマーの水溶性とは、例えば、３０℃の水１００ｇに前記水溶性ポリマーを１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。
【００１４】
前記ポリマーとしては、例えば、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基等を有するポリマーなどが挙げられる。
【００１５】
前記ポリマーとしては、ホモポリマー（単独重合体）であってもよいし、ヘテロポリマー（共重合体）であってもよく、また、未変性でもよいし、公知の官能基が導入されていてもよく、また塩の形態であってもよい。
【００１６】
前記ポリマーの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、立体造形物全量に対して、０．５質量％以上２０質量％以下が好ましい。
【００１７】
＜＜着色剤内包体＞＞
前記着色剤内包体は、少なくとも１種の着色剤を含み、更に必要に応じてその他の成分を含む。
前記着色剤内包体は、本発明におけるハイドロゲルの少なくとも一部に含まれていればよく、大部分に含まれていてもよく、使用用途に合わせて適宜選択することができる。
前記着色剤内包体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、油相、マイクロカプセルなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記着色剤内包体が、少なくとも１種の着色剤を含むことにより、立体造形物の作製時に水が主成分であるハイドロゲル中に前記着色剤が混液せず、所望の内部構造を有する立体造形物を製造することができる。
【００１８】
前記着色剤内包体の体積平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１ｍｍ以下が好ましく、１．０μｍ以上５００μｍ以下がより好ましい。なお、前記着色剤内包体の体積平均粒子径は、特に制限はなく、目的に応じて適宜公知の粒径測定装置を用いて測定することができる。
【００１９】
−着色剤−
前記着色剤は、着色剤内包体に含有される。前記着色剤を用いることにより立体造形物中に、血液等の体液を擬似的に表現することができる。
【００２０】
前記着色剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜、染料、顔料を選択することができるが、油溶性染料、油分散性顔料が好ましい。
前記着色剤としては、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローＳ、ハンザイエロー（１０Ｇ、５Ｇ、Ｇ）、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー（ＧＲ、Ａ、ＲＮ、Ｒ）、ピグメントイエローＬ、ベンジジンイエロー（Ｇ、ＧＲ）、パーマネントイエロー（ＮＣＧ）、バルカンファストイエロー（５Ｇ、Ｒ）、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローＢＧＬ、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド４Ｒ、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットＧ、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンＢＳ、パーマネントレッド（Ｆ２Ｒ、Ｆ４Ｒ、ＦＲＬ、ＦＲＬＬ、Ｆ４ＲＨ）、ファストスカーレットＶＤ、ベルカンファストルビンＢ、ブリリアントスカーレットＧ、リソールルビンＧＸ、パーマネントレッドＦ５Ｒ、ブリリアントカーミン６Ｂ、ポグメントスカーレット３Ｂ、ボルドー５Ｂ、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーＦ２Ｋ、ヘリオボルドーＢＬ、ボルドー１０Ｂ、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、ローダミンレーキＹ、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドＢ、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー（ＲＳ、ＢＣ）、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンＢ、ナフトールグリーンＢ、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン、及びこれらの混合物などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
また、油溶性染料としては、市販品を用いることができ、前記市販品としては、例えば、Ｓｏｌ．Ｒｅｄ１８、Ｓｏｌ．Ｒｅｄ２３、Ｓｏｌ．Ｒｅｄ２４、Ｓｏｌ．Ｒｅｄ２７、Ｓｏｌ．Ｒｅｄ４９、Ｓｏｌ．Ｒｅｄ３、Ｓｏｌ．Ｙｅｌｌｏｗ３３、Ｓｏｌ．Ｙｅｌｌｏｗ９３、Ｓｏｌ．Ｙｅｌｌｏｗ５６、Ｓｏｌ．Ｙｅｌｌｏｗ１６、Ｓｏｌ．Ｙｅｌｌｏｗ１４、Ｓｏｌ．Ｂｌａｃｋ７、Ｓｏｌ．Ｂｌａｃｋ３、Ｓｏｌ．Ｂｌｕｅ７０、Ｓｏｌ．Ｂｌｕｅ３５、Ｓｏｌ．Ｂｌｕｅ９４、Ｓｏｌ．Ｂｌｕｅ５、Ｓｏｌ．Ｖｉｏｌｅｔ８（以上、中央合成化学株式会社製）、ｅｌｉｘａ  Ｂｌｕｅ６４８、ｅｌｉｘａ  Ｙｅｌｌｏｗ１２９、ｅｌｉｘａ  Ｒｅｄ  ３４８、ｅｌｉｘａ  Ｇｒｅｅｎ  ５０２、ｅｌｉｘａ  ５４０、ｅｌｉｘａ  Ｂｌａｃｋ８０３（以上、オリエント化学工業株式会社製）などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
前記着色剤の含有量としては、着色剤内包体全量に対して、０．５質量％以上１０質量％以下が好ましく、１質量％以上５質量％以下がより好ましい。前記含有量が、０．５質量％以上１０質量％以下であると、手術トレーニングに用いた場合に、臨場感を与えることができる。
【００２２】
＜＜油相＞＞
前記油相としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記立体造形物中に油滴として分散していることが好ましい。
前記油滴としては、水への溶解性の低い油相溶媒により形成され、前記着色剤を含み、必要に応じて、前記油滴の安定性の点から、界面活性剤を含むことが好ましい。
【００２３】
−油相溶媒−
前記油相溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、水との溶解度が１０ｇ／Ｌ以下の、油及び有機溶媒が好ましい。
前記油としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、常温において液体である不飽和脂肪酸を主成分とする天然オイルなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記天然オイルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ひまし油、サラダ油、大豆油、パーム油、ホホバ油などが挙げられる。
前記有機溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、合成溶媒などが挙げられる。
前記合成溶媒としては、例えば、アイソパーＣ、アイソパーＥ、アイソパーＧ、アイソパーＨ、アイソパーＬ、アイソパーＭ、アイソパーＶ、ソルベッソ１００、ソルベッソ１５０、ソルベッソ２００、エクソール１００／１４０、エクソールＤ３０、エクソールＤ４０、エクソールＤ８０、エクソールＤ１１０、エクソールＤ１３０（以上、エクソンモービル社製）等のイソパラフィン系溶剤；ＫＦ９６  １〜１００００ｃｓｔ（以上、信越化学工業株式会社製）、ＳＨ２００、ＳＨ３４４（以上、東レ・ダウコーニング株式会社社製）、ＴＳＦ４５１（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製）等のシリコーン系溶剤などが挙げられる。
【００２４】
−界面活性剤−
前記界面活性剤は、前記着色剤内包体を安定化することができる。
前記界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、分散安定性の点から、ノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤が好ましい。
【００２５】
＜＜マイクロカプセル＞＞
前記マイクロカプセルとしては、前記着色剤を含み、更に必要に応じてその他の成分を含む。
前記マイクロカプセルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ｉｎ−ｓｉｔｕ法、界面重合法、コアセルベーション法等を用いて調製されたものなどが挙げられる。
【００２６】
前記マイクロカプセルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜、壁材、大きさ等を選択することができる。
前記マイクロカプセルの壁材としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリ尿素、ポリ尿素−ポリウレタン樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホンアミド、ポリカーボネート、ポリスルフィネート、エポキシリ、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニル、ゼラチンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリウレタン樹脂が好ましい。
前記マイクロカプセルの大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１．０μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、２．０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。
【００２７】
＜＜鉱物＞＞
前記鉱物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ハイドロゲルが水を主成分とすることから、水中で一次結晶のレベルで均一に分散可能な層状粘土鉱物が好ましく、水膨潤性粘土鉱物がより好ましい。
【００２８】
前記水膨潤性粘土鉱物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水膨潤性スメクタイト、水膨潤性雲母などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、ナトリウムを層間イオンとして含む水膨潤性ヘクトライト、水膨潤性モンモリナイト、水膨潤性サポナイト、水膨潤性合成雲母が好ましい。
前記鉱物としては、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。
【００２９】
前記市販品としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、合成ヘクトライト（ラポナイトＸＬＧ、ＲｏｃｋＷｏｏｄ社製）、ＳＷＮ（Ｃｏｏｐ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｌｔｄ．社製）、フッ素化ヘクトライト  ＳＷＦ（Ｃｏｏｐ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｌｔｄ．社製）などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３０】
前記鉱物の含有量は、立体造形物全量に対して、１質量％以上４０質量％以下が好ましい。前記含有量が、１質量％以上４０質量％以下であると、立体造形物の強度をより人間の臓器に近い強度にすることができる。
【００３１】
前記立体造形物の８０％圧縮応力としては、特に制限はなく、用途に応じて適宜選択することができるが、０．０１ＭＰａ以上５．０ＭＰａ以下が好ましく、０．１ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下がより好ましく、０．５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下が特に好ましい。前記８０％圧縮応力が、０．０１ＭＰａ以上であると、造形中に形が崩れることを防止でき、５．０ＭＰａ以下であると、造形後に割れることを防止できる。なお、前記８０％圧縮応力は、例えば、万能試験機（株式会社島津製作所製、ＡＧ−Ｉ）を用いて測定することができる。
【００３２】
前記ハイドロゲルの８０％圧縮応力としては、特に制限はなく、用途に応じて適宜選択することができるが、０．０１ＭＰａ以上５．０ＭＰａ以下が好ましく、０．１ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下がより好ましく、０．５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下が特に好ましい。
【００３３】
前記立体造形物としては、特に、臓器モデルとして使用する場合に、前記ポリマーと前記鉱物との含有比率を変更することによって、適切な硬さ、粘弾性、色等の臓器情報を忠実に再現することができる。即ち、前記ポリマーと、前記鉱物が複合化して形成された三次元網目構造の中に、水が包含されている有機−無機複合ハイドロゲルを含むことにより、機械的強度を保持し、弾力を臓器と同等にすることができる。
また、前記有機−無機複合ハイドロゲルは、伸張性を向上することができ、さらに、臓器と同等の触感が得られ、手術用メス等による切れ味が所望の臓器と極めて近くすることができる。
【００３４】
＜＜水＞＞
前記水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、又は超純水を用いることができる。
前記水には、抗菌性付与、導電性付与、硬度調整などの目的に応じて有機溶媒等のその他の成分を溶解ないし分散させてもよい。
【００３５】
前記水の含有量としては、立体造形物全量に対して１０質量％以上９９質量％以下が好ましく、５０質量％以上９８質量％以下がより好ましく、６０質量％以上９７質量％以下が特に好ましい。
【００３６】
本発明のハイドロゲルである立体造形物は、靴のインソールや滑り防止用のグリップ等にも好適に用いることができる。
【００３７】
（臓器モデル）
本発明の臓器モデルは、本発明の立体造形物を含み、前記着色剤内包体を血管部分に配置することにより、メスや電気メスでの前記血管の切開により着色剤が滲出し、血液を代表とする体液の滲出しを再現することができる。
前記立体造形物としては、臓器モデルとして使用する場合は、色及び硬度のいずれかが異なる内包物（内部構造）が目的の位置に配置されていることが好ましい。これにより、手術前に手術用メスを入れる位置を確認するモデルとしても用いることができる。
【００３８】
前記内包物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、血管、管、疾患部等の模倣物；空洞、襞（ひだ）などが挙げられる。
【００３９】
前記臓器モデルは、特に制限はなく、人体内のあらゆる内臓部位を再現することが可能であり、例えば、脳、心臓、食道、胃、膀胱、小腸、大腸、肝臓、腎臓、膵臓、脾臓、子宮などが挙げられる。
【００４０】
前記臓器モデルは、血管や疾患部等の内部構造を忠実に再現でき、かつ臓器の触感及び切れ味が所望の臓器に極めて近く、更に手術用メスでの切開が可能であるので、例えば、医師、大学の医学部、病院などにおいて、医師、研修医、医学生等の手技練習用の臓器モデル、製造された手術用メスを出荷する前に、その切れ味を検査するための手術用メスの切れ味検査用の臓器モデル、手術を行う前に手術用メスの切れ味を確認するための臓器モデルなどとして好適である。
【００４１】
図１Ａは、本発明の臓器モデルの一例を示す概略説明図である。図１Ｂは、図１Ａの臓器モデルを切開した状態を示す概略説明図である。図１Ａに示すように、本発明の臓器モデル１中に、着色剤を含む油相２が含まれている。図１Ｂに示すように、前記臓器モデルを手術用メス３等を用いて切開すると、立体造形物１中に含まれる油相２が切断され、油相２中に含まれていた着色剤４が滲出する。これにより、手術トレーニングにおいて、臨場感を与えることができる。
【００４２】
ここで、図２を用いて、下記に臓器モデルについて説明する。図２は、手技練習用臓器モデルである肝臓モデルの一例を示す概略説明図である。
肝臓は、上腹部の右側で肋骨の下にある人体最大の臓器であり、成人では重さが１．２ｋｇ以上１．５ｋｇ以下である。食べ物から摂取した栄養素を体が利用できる形にしたり、貯蔵乃至供給する「代謝」、有害物質を無毒化する「解毒」や、脂肪等の分解乃至吸収を助ける胆汁の分泌等の重要な働きをしている。
図２に示すように、肝臓４０は、胆嚢４１と下大静脈４２とを結ぶ肝鎌状間膜４３によって左葉４５と右葉４４とに分割される。
この肝臓の一部を切り取る手術が肝切除術である。肝切除術の適応となる病気としては、肝臓がん（原発性肝がん）が大部分であり、その他に転移性肝がん、肝良性腫瘍、肝外傷などが対象となる。
【００４３】
肝切除術には、切り方によって部分切除、亜区域切除、区域切除、葉切除、拡大葉切除、３区域切除などの種類がある。これらの部分は肝臓に印が付いているわけではなく、手術に際しては、その部分を通る門脈や肝動脈を縛ったり、血管に色素を注入したりして色の変化によって境目を見極めている。そして、電気メス、ハーモニックスカルペル（超音波振動手術器具）、ＣＵＳＡ（超音波外科用吸引装置）、マイクロターゼ（マイクロ波手術器）など、様々な機械を使って肝臓を切除している。
その際の手術シミュレーション用として、血管や疾患部等の内包物を忠実に再現でき、かつ臓器の触感及び切れ味が所望の臓器に極めて近く、更に手術用メスでの切開が可能である本発明の手技練習用臓器モデルを好適に用いることができる。
【００４４】
（立体造形物の製造方法）
本発明の立体造形物の製造方法は、ハイドロゲル前駆体液を用いてハイドロゲルを含む立体造形物を製造する。
前記ハイドロゲル前駆体液を用いてハイドロゲルを含む立体造形物を製造する方法としては、例えば、ハイドロゲル前駆体液を型に注入する工程を含み、前記立体造形物を製造する第一の態様、ハイドロゲル前駆体液を付与して成膜する第一の工程と、前記成膜した膜を硬化させる第二の工程と、を複数回繰り返す第二の態様などが挙げられる。
本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の立体造形物、及び臓器モデルの製造に好適に用いることができる。
前記臓器モデルを製造する場合は、元の３Ｄデータに基づき複雑な形状を再現することが好ましく、更に複数の性質の異なる部位を混在できる前記第一の態様、及び前記第二の態様を好適に用いることができる。
【００４５】
−ハイドロゲル前駆体液−
前記ハイドロゲル前駆体液は、水、モノマー、及び着色剤内包体を含み、更に必要に応じて、鉱物、保湿剤、その他の成分を含む。
【００４６】
−モノマー−
前記モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記モノマーを重合することにより、前記ポリマーを得ることができる。
前記モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、Ｎ−置換アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換アクリルアミド誘導体、Ｎ−置換メタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換メタクリルアミド誘導体などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、ＰＥＧ４００＃ジアクリレートが好ましい。
【００４７】
前記モノマーの含有量は、ハイドロゲル前駆体液全量に対して、０．５質量％以上２０質量％以下好ましい。前記含有量が、０．５質量％以上２０質量％以下であると、立体造形物の強度をより人間の臓器に近い強度にすることができる。
【００４８】
−鉱物−
前記鉱物としては、本発明の立体造形物における鉱物と同様のものを用いることができる。
【００４９】
−着色剤内包体−
前記着色剤内包体としては、本発明の立体造形物における前記着色剤内包体と同様のものを用いることができる。
【００５０】
−水−
前記水としては、本発明の立体造形物における水と同様のものを用いることができる。
【００５１】
−保湿剤−
前記保湿剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等の炭素数１〜４のアルキルアルコール類；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類；アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン又はケトンアルコール類；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；エチレングリコール、プリピレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類；エチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル、ジエチレングリコールメチル（又はエチル）エーテル、トリエチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル等の多価アルコールの低級アルコールエーテル類；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、保湿性の点から、多価アルコールが好ましく、グリセリンがより好ましい。
【００５２】
前記保湿剤としては、ハイドロゲルバルク、又は表面近傍に存在することが好ましい。前記保湿剤としては、前記第一の態様、又は前記第二の態様において、ハイドロゲル前駆体液中に保湿剤を含有して硬化させることが好ましい。この場合、ハイドロゲルバルク全体に保湿剤が存在することになる。
【００５３】
前記保湿剤の含有量としては、ハイドロゲル前駆体液全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下が好ましい。前記含有量が、１０質量％以上であると、乾燥を防止でき、５０質量％以下であると、鉱物を均一に分散することができる。
【００５４】
−その他の成分−
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、防腐剤、着色剤内包体に含有される着色剤以外の着色剤、香料、酸化防止剤、重合開始剤、キレート剤などが挙げられる。
【００５５】
前記防腐剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、デヒドロ酢酸塩、ソルビン酸塩、安息香酸塩、ぺンタクロロフェノールナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム、２，４−ジメチル−６−アセトキシ−ｍ−ジオキサン、１，２−ベンズチアゾリン−３−オンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
前記着色剤内包体に含有される着色剤以外の着色剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、本発明の立体造形物における着色剤内包体に含有される着色剤と同様のものを用いることができ、同一であってもよいし、異なっていてもよい。ハイドロゲル前駆体液に着色剤を含有させることにより、得られる臓器モデル（立体造形物）を人体の臓器に近似した色に着色することができる。
【００５７】
前記重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、テトラメチルエチレンジアミンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５８】
前記キレート剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸などが挙げられる。
【００５９】
前記硬度の調整としては、例えば、前記ハイドロゲル前駆体液中に含まれる鉱物の含有量を変化させることにより行うことができる。
前記色の調整としては、例えば、前記ハイドロゲル前駆体液に前記着色剤を添加することにより行うことができる。
【００６０】
前記ハイドロゲル前駆体液の表面張力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、２０ｍＮ／ｍ以上４５ｍＮ／ｍ以下が好ましく、２５ｍＮ／ｍ以上３４ｍＮ／ｍ以下がより好ましい。
前記表面張力が、２０ｍＮ／ｍ以上であると、造形の際に吐出を安定させることができ、４５ｍＮ／ｍ以下であると、造形用の吐出ノズル等に液体を充填する際に、充填を容易にすることができる。
なお、前記表面張力は、例えば、表面張力計（自動接触角計ＤＭ−７０１、協和界面科学株式会社製）などを用いて測定することができる。
前記ハイドロゲル前駆体液の粘度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、温度を調整することで適宜利用可能であるが、例えば、２５℃で、３ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、６ｍＰａ・ｓ以上１２ｍＰａ・ｓ以下がより好ましい。
前記粘度が、３ｍＰａ・ｓ以上であると、造形の際に吐出を安定させることができ、２０ｍＰａ・ｓ以下であると、吐出を容易にすることができる。
なお、前記粘度は、例えば、回転粘度計（ＶＩＳＣＯＭＡＴＥ  ＶＭ−１５０ＩＩＩ、東機産業株式会社製）などを用いて２５℃の環境下で測定することができる。
【００６１】
前記ハイドロゲル前駆体液は、所望の成分（例えば、着色剤内包体等）を溶解又は分散させた油相溶媒を添加して、ホモミキサー（装置名：ホモミクサー  ＭＡＲＫ  ＩＩ、プライミクス株式会社製）等を用いて、混合することにより、Ｏ／Ｗ（Ｏｉｌ  ｉｎ  Ｗａｔｅｒ）乳化することができる。前記Ｏ／Ｗ乳化状態のハイドロゲル前駆体液は、本発明の立体造形物の製造方法により硬化保持することにより立体造形物の少なくとも一部に油滴が存在する立体造形物を形成することができる。
【００６２】
＜第一の態様＞
前記第一の態様は、前記ハイドロゲル前駆体液を型に注入する工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
【００６３】
＜＜型＞＞
前記型としては、前記ハイドロゲル前駆体液に侵されない材質で構成されていれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。また、前記ハイドロゲル前駆体液が液体で存在するため、液漏れしないものを用いることが好ましい。
前記型としては、機械研磨、切削等を用いて作製することができるが、公知のインクジェット光造形装置（例えば、３Ｄプリンタ、装置名：アジリスタ、株式会社キーエンス製）で作製することもできる。
【００６４】
前記型への注入方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、流し込み方式、ディスペンサー方式、スプレー方式、インクジェット方式などが挙げられる。なお、これらの方式を実施するには公知の装置を好適に使用することができる。
【００６５】
前記臓器モデルにおける血管等の内包物としては、別途成形しておき、型の所定位置に配置することができる。
前記型、及び前記血管等の内包物としては、３Ｄデータに基づき金属や樹脂を切削加工、光造形、又は３次元プリンターなどで製造することが好ましい。
【００６６】
＜第二の態様＞
前記第二の態様としては、ハイドロゲル前駆体液を付与して成膜する第一の工程と、前記第一の工程により形成された膜を硬化させる第二の工程と、を含み、前記第一の工程と、第二の工程とを繰り返し、更に必要に応じて、支持体を形成する第三の工程、その他の工程を含み、３Ｄデータに基づき積層する方法を採用することも可能である。
【００６７】
前記３Ｄデータに基づき積層する方法としては、インクジェット方式を用いたマテリアルジェット造形装置によりハイドロゲル前駆体液を吐出して成形することが精度よく形状を成形できる点から好ましい。
【００６８】
前記第一の工程及び前記第二の工程と、前記第三の工程とを実施する順としては、特に制限はなく、前記第一の工程及び前記第二の工程の後に、前記第三の工程を行ってもよく、前記第一の工程及び前記第二の工程の前に、前記第三の工程を行ってもよい。これらの中でも、先に支持体を形成できる点から、前記第一の工程及び前記第二の工程の前に、前記第三の工程を行うことが好ましい。
【００６９】
前記第二の態様におけるハイドロゲル前駆体液としては、少なくとも１種の着色剤を含有する着色剤内包体を含む第一のハイドロゲル前駆体液と、少なくとも１種の着色剤を含有する着色剤内包体を含まない第二のハイドロゲル前駆体液との２液を用いて造形することが好ましい。前記２液を用いることにより、臓器モデルにおいて、血管部分と、臓器部分とを作り分けることができる。
【００７０】
前記立体造形物の製造方法の第二の態様においては、前記各工程を複数回繰り返すものである。前記繰り返し回数としては、作製する立体造形物の大きさ、形状、構造などに応じて異なり一概には規定できないが、１層あたりの平均厚みが１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲であれば、精度よく、剥離することもなく造形することが可能であるため、作製する立体造形物の高さ分だけ繰り返して積層することが好ましい。
【００７１】
立体造形物の製造装置としては、ハイドロゲル前駆体液を収容するための収容手段と、前記ハイドロゲル前駆体液を付与する付与手段と、紫外線を照射するための照射手段と、を有し、ハイドロゲル前駆体液を付与して成膜する第一の手段と、膜を硬化する第二の手段を有することが好ましく、更に必要に応じて、その他の手段を有してなる。
前記収容手段は、前記ハイドロゲル前駆体液を収容できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記２つの付与手段としては、インクジェットヘッドを用いることが好ましい。
【００７２】
＜＜第一の工程、及び第一の手段＞＞
前記第一の工程は、前記ハイドロゲル前駆体液を付与して成膜する工程であり、前記第一の手段により実施することができる。
【００７３】
前記第一の工程、及び第一の手段としての前記ハイドロゲル前駆体液を付与する方法、及び手段としては、液滴が適切な精度で目的の場所に塗布できる方式であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディスペンサー方式、スプレー方式、インクジェット方式などが挙げられる。なお、これらの方式を実施するには公知の装置を好適に使用することができる。
【００７４】
これらの中でも、前記ディスペンサー方式は、液滴の定量性に優れるが、塗布面積が狭くなり、前記スプレー方式は、簡便に微細な吐出物を形成でき、塗布面積が広く、塗布性に優れるが、液滴の定量性が悪く、スプレー流による飛散が発生する。このため、本発明においては、前記インクジェット方式が特に好ましい。前記インクジェット方式は、前記スプレー方式に比べ、液滴の定量性が良く、前記ディスペンサー方式に比べ、塗布面積が広くできる利点があり、複雑な立体形状を精度良くかつ効率よく形成し得る点で好ましい。
【００７５】
前記インクジェット法による場合、前記ハイドロゲル前駆体液を吐出可能なノズルを有する。なお、該ノズルとしては、公知のインクジェットプリンターにおけるノズルを好適に使用することができる。
【００７６】
＜＜＜第二の工程、及び第二の手段＞＞＞
前記第二の工程は、前記第一の工程において形成された膜を硬化させる工程であり、第二の手段により実施することができる。
【００７７】
前記第二の手段としての膜を硬化する手段としては、例えば、紫外線（ＵＶ）照射ランプ、電子線などが挙げられる。前記膜を硬化する手段には、オゾンを除去する機構が具備されることが好ましい。
前記紫外線（ＵＶ）照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド、紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）などが挙げられる。
前記超高圧水銀灯は、点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたＤｅｅｐＵＶタイプは、短波長領域の照射が可能である。
前記メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効的であり、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅ等の金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。硬化に用いられるランプとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｆｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ社製のＨランプ、Ｄランプ、又はＶランプ等のような市販されているものを使用することができる。
前記紫外線発光ダイオードの発光波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、一般的には３６５ｎｍ、３７５ｎｍ、３８５ｎｍ、３９５ｎｍ、４０５ｎｍのものがあるが、立体造形物への色の影響を考慮すると、重合開始剤の吸収が大きくなるように、短波長発光の方が有利である。これらの中でも、熱エネルギーの影響を受けやすいハイドロゲルである本発明の立体造形物にも用いる点から、紫外線（ＵＶ）照射ランプとして熱の発生が少ない紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）を用いることが好ましい。
【００７８】
硬化後の膜は、ポリマーと、鉱物と、が複合化して形成された三次元網目構造の中に、水及び前記水に溶解する成分が包含されている、有機−無機複合ハイドロゲルであることが好ましい。
前記有機−無機複合ハイドロゲルは、伸張性が向上し、破断なく一体で剥離されることができ、造形後の処理が格段に簡略化される。
【００７９】
＜＜第三の工程、及び第三の手段＞＞
前記第三の工程は、モノマーを少なくとも含む支持体形成用液を、前記ハイドロゲル前駆体液とは異なる位置に付与して、支持体を形成する工程であり、第三の手段により実施することができる。
【００８０】
前記「ハイドロゲル前駆体液とは異なる位置」とは、支持体形成用液の付与位置と、ハイドロゲル前駆体液の付与位置と、が重ならないことを意味し、支持体形成用液の付与位置と、ハイドロゲル前駆体液の付与位置と、が隣接していても構わない。
【００８１】
前記支持体形成用液を付与する方法、及び手段としては、前記ハイドロゲル前駆体液を付与する方法、及び手段と同様のものを用いることができる。
【００８２】
＜＜＜支持体形成用液＞＞＞
前記支持体形成用液は、モノマーを少なくとも含み、更に必要に応じて、重合開始剤、着色剤、その他の成分を含んでなる。前記支持体形成用液は、「硬質成形体用材料」とも呼ばれる。
【００８３】
−モノマー−
前記モノマーとしては、活性エネルギー線照射、加熱等により硬化する化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、活性エネルギー線硬化性化合物、活性エネルギー線硬化型プレポリマー、エマルジョンタイプの光硬化型樹脂、熱硬化性化合物などが挙げられる。これらの中でも、ノズル詰まりを防止する点から、常温で液体の材料が好ましい。
【００８４】
前記モノマーの含有量としては、支持体形成用液全量に対して、６０質量％以上１００質量％以下が好ましく、８０質量％以上１００質量％以下がより好ましく、９０質量％以上１００質量％以下が特に好ましい。
【００８５】
−重合開始剤−
前記重合開始剤としては、光（特に波長２２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
【００８６】
前記第支持体形成用液の表面張力としては、ハイドロゲル前駆体液の表面張力と同様とすることができる。
前記支持体形成用液の粘度としては、ハイドロゲル前駆体液の粘度と同様とすることができる。
【００８７】
＜＜第四の工程、及び第四の手段（平滑化手段）＞＞
前記第四の工程は、前記第二の工程で硬化された膜を平滑化させる工程であり、第四の手段により実施することができる。
前記第四の手段（平滑化手段）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ローラー、ブレードなどが挙げられる。
【００８８】
−ローラー−
前記ローラーとしては、その形状、構造、大きさ、材質等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記形状としては、例えば、円柱状の中実体、内部が中空の円筒状などが挙げられ、前記構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、前記大きさとしては、前記立体造形物の大きさ等に応じて適宜選択することができる。前記材質としては、樹脂、ゴム、金属、又はこれらの組合せなどが挙げられる。
前記ローラーとしては、芯金と、該芯金上にゴム層とを有するゴムローラー、芯金のないゴムのみからなるゴムローラー、芯材と、該芯材の外周に形成された発泡体層とを有する発泡ローラー、金属ローラーなどが挙げられる。
【００８９】
＜＜その他の工程及びその他の手段＞＞
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、剥離工程、吐出安定化工程、造形体の清浄工程、造形体の研磨工程などが挙げられ、吐出安定化手段、造形体の清浄手段、造形体の研磨手段などにより、実施することができる。
【００９０】
＜＜＜剥離工程、及び剥離手段＞＞＞
前記剥離工程は、前記ハイドロゲル前駆体から形成された水を主成分として含むハイドロゲルである立体造形物からなる部分と、前記モノマーから形成されたポリマーからなる部分とを剥離する工程であり、剥離手段により実施することができる。
前記剥離手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、各種剥離装置などが挙げられる。
【００９１】
＜＜＜吐出安定化工程及び吐出安定化手段＞＞＞
液体を吐出する手段としてインクジェットヘッドを用いる場合には、非吐出時のノズルの乾燥が安定動作に対しては大きな課題になる。
このため、吐出安定化工程及び吐出安定化手段は、インクジェットヘッドから長時間連続吐出をしない場合には、少なくともヘッド先端を覆う形状の部材により、（１）吐出口を覆う（キャッピングする）ことにより、吐出口先端の乾燥を防ぐこと、（２）吐出口近傍の内部液体が乾燥により粘度が増大、又は乾燥することにより形成された皮膜を、吸引作用により排出すること、（３）吐出口、又は吐出口及びその周辺を払拭することにより、吐出安定状態が長時間保持できる。
これらのことは、２４時間以上の長時間連続吐出を必要とするような立体造形物を造形する工程、特に軟質材料を造形する際に水等の低沸点溶媒を含む液体を使用する場合に極めて重要である。
【００９２】
以上説明したように、本発明の立体造形物の製造方法においては、インクジェット方式、ディスペンサー方式などの細孔より液体を吐出することにより、１層ずつの像を形成できるように付与され、支持体形成用液はハイドロゲル前駆体液と接する部分が明瞭に分離され、混和しない非相溶状態にある。
本発明の立体造形物の製造方法においては、ハイドロゲル前駆体液と支持体形成用液とが非相溶状態であることにより、光硬化後の境界が鮮明になる。更に、得られた造形体と支持体との硬度の差により、剥離性が向上する。これにより、造形体の表面平滑性が向上し、立体造形後の研磨工程を省略又は大幅に軽減することが可能となる。
【００９３】
以下、本発明の立体造形物の製造方法の第二の態様及び立体造形物の製造装置の具体的な実施形態について説明する。
ハイドロゲル前駆体液（以下、「軟質成形体用液体材料」とも称することがある）を用い、モノマーを含む支持体形成用液（以下、「硬質成形体用液体材料」とも称することがある）を用い、軟質ハイドロゲルである立体造形物を得ることができる。
【００９４】
まず、三次元ＣＡＤで設計された三次元形状あるいは三次元スキャナやディジタイザで取り込んだ三次元形状のサーフェイスデータあるいはソリッドデータ（３Ｄデータ）を、ＳＴＬフォーマットに変換して立体造形物の製造装置に入力する。
【００９５】
この入力されたデータに基づいて、造形しようとする三次元形状の造形方向を決める。造形方向は特に制約ないが、通常はＺ方向（高さ方向）が最も低くなる方向を選ぶ。
【００９６】
造形方向を確定したら、その三次元形状のＸ−Ｙ面、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面への投影面積を求める。得られたブロック形状に補強のため、Ｘ−Ｙ面の上面を除いて、その他の各面を適当量外側に移動させる。移動させる量については、特に制限はなく、形状や大きさや使用液体材料で異なるが、およそ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度である。これで造形しようとする形状を閉じ込めた（上面は開放されている）ブロック形状が特定される。
【００９７】
このブロック形状を一層の厚みでＺ方向に輪切り（スライス）にする。前記一層の厚みは使用する材料により異なり一概には規定できないが、１０μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。
造形しようとする立体造形物が１個の場合はこのブロック形状がＺステージ（一層造形毎に一層分ずつ下降する造形物を載せるテーブル）の真中に来るように配置される。また、複数個同時に造形する場合はブロック形状がＺステージに配置されるが、ブロック形状を積み重ねることも可能である。これらブロック形状化や輪切りデータ（スライスデータ：等高線データ）やＺステージへの配置は、使用する液体材料を指定すれば自動的に作成することも可能である。
【００９８】
次に、造形工程となる。輪切りデータの最外郭の輪郭線を基準に、内外判定（輪郭線上の位置に、軟質成形体用液体材料及び硬質成形体用液体材料のいずれかを噴射するかを判定すること）で、軟質成形体用液体材料を噴射する位置と硬質成形体用液体材料を噴射する位置が制御される。
【００９９】
更に、軟質成形体用液体材料を噴射するインクジェットヘッドに活性エネルギー線照射機を隣接させることにより、高速造形が可能である。
また、立体造形した層を平滑化するために、硬化処理を行った直後に、平滑化処理を行う。
前記平滑化処理は、例えば、ローラー、ブレード等の平滑化部材を用い、硬化膜の表面を平滑化するものである。これにより、層ごとの精度が向上し、立体造形物全体を精密に作製することができる。
この際、積層時間を短縮するため、また層の平滑性を向上させるために、前記平滑化部材を紫外線照射機に隣接して配置することが好ましい。
【０１００】
図３は、本発明の立体造形物の製造装置を用いた本発明の立体造形物の製造方法における造形体製造工程の一例を示す概略図である。
立体造形物の製造装置１０は、インクジェットヘッドを配列したヘッドユニットを用いて、造形物用液体材料噴射ヘッドユニット１１、１２からハイドロゲル前駆体液を、支持体用インク噴射ヘッドユニット１３から支持体形成用液を噴射し、隣接した紫外線照射機１４、１５でハイドロゲル前駆体液を硬化しながら積層する。
即ち、支持体形成用液をインクジェットヘッド（支持体用液体材料噴射ヘッドユニット１３）から噴射し固化させて溜部を有する第１の支持体層を形成し、その第１の支持体層の溜部にハイドロゲル前駆体液をインクジェットヘッド（造形物用液体材料噴射ヘッドユニット１１、１２）から噴射し、その製膜したハイドロゲル前駆体液に活性エネルギー線を照射して硬化させ、更に平滑化部材２０、２１を用いて平滑化を行い、第１の立体造形物層を形成する。これを順次繰り返し、三次元積層構造物を得る三次元積層造形物１９を製作する。
【０１０１】
また、本方式の造形装置１０では、紫外線照射機１４、１５は矢印Ａ、及びＢのいずれの方向に移動する際も使用し、その紫外線照射に伴って発生する熱により、積層された硬質成形体用材料表面が平滑化され、結果として造形体の寸法安定性が向上できる。
【０１０２】
更に、液体材料噴射ヘッドユニット１１、１２、１３及び紫外線照射機１４、１５と、造形体１９及び支持体１８とのギャップを一定に保つため、積層回数に合わせて、ステージ１７を下げながら積層する。
【０１０３】
図４は、本発明の立体造形物の製造装置を用いた本発明の立体造形物の製造方法における造形体製造工程の他の一例を示す概略図である。具体的には、図３の平滑化部材をブレード形状の部材に変更したものである。図３で使用するローラー形状の部材よりも、造形物の表面を削って平滑化する様なケースに有用に使用することができる。
【０１０４】
図５は、図３よりも各層の平滑性を向上できる構成とした立体造形物製造工程の他の一例を示す概略図である。基本的な工程は図３と同じであるが、紫外線照射機１４を、造形体用液体材料噴射ヘッド１１と造形体用液体材料噴射ヘッド１２との間、紫外線照射機１５を造形体用液体材料噴射ヘッド１２と支持体用液体材料噴射ヘッド１３との間に配置している点が異なる。
また、本方式の立体造形物装置１０では、紫外線照射機１４、１５は矢印Ａ、Ｂいずれの方向に移動する際も使用し、その紫外線照射に伴って発生する熱により、積層された硬質成形体用液体材料の表面が平滑化され、結果として造形体の寸法安定性が向上する。
【０１０５】
また、立体造形物装置１０としては、液体回収機構、維持手段（維持機構）、リサイクル機構などを付加することも可能である。ノズル面に付着した液体材料を除去するブレードや不吐出ノズルの検出機構を具備していてもよい。更に、立体造形時の立体造形物の製造装置内の環境温度を制御することも好ましい。
前記維持手段（維持機構）を有することで、軟質成形体用液体材料、及び硬質成形体用液体材料が、液体回収機構により回収された場合に、硬化することを防止することができる。
最終的に造形された立体造形物は、図６のように支持体３１、３２を造形体表面３３から物理剥離除去し、図７に示すような積層造形物を得ることができる。
【実施例】
【０１０６】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
なお、８０％圧縮応力は、万能試験機（株式会社島津製作所製、ＡＧ−Ｉ）を用いて測定した。
【０１０７】
（実施例１）
−臓器用ハイドロゲル前駆体液の調製−
純水２００質量部を撹拌しながら、鉱物として［Ｍｇ５．３４Ｌｉ０．６６Ｓｉ８Ｏ２０（ＯＨ）４］Ｎａ−０．６６の組成を有する合成ヘクトライト（商品名：ラポナイトＸＬＧ、ＲｏｃｋＷｏｏｄ社製）１５質量部を少しずつ添加し、さらに１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸０．８質量部を添加し、撹拌して分散液を得た。
【０１０８】
次に、得られた分散液に、モノマーとして、活性アルミナのカラムを通過させ重合禁止剤を除去したＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（和光純薬工業株式会社製）２０質量部、及びＰＥＧ４００＃ジアクリレート（商品名：ライトアクリレート９ＥＧ−Ａ、共栄社化学株式会社製）１質量部を添加した。次に、氷浴で冷却しながら、ペルオキソ二硫酸ナトリウム（和光純薬工業株式会社製）を２質量％含む２質量％ペルオキソ二硫酸ナトリウム水溶液１５質量部、及びテトラメチルエチレンジアミン（和光純薬工業株式会社製）１質量部を添加して、撹拌混合の後減圧脱気を１０分間実施した。次に、ろ過を行い、不純物等を除去して均質な臓器用ハイドロゲル前駆体液を得た。
【０１０９】
−血管用ハイドロゲル前駆体液−
臓器用ハイドロゲル前駆体液１００質量部に対し、サラダ油（商品名：日清サラダ油、日清オイリオグループ株式会社製）１００質量部に、赤色油溶性染料（商品名：Ｓｏｌ．Ｒｅｄ  １８、中央合成化学株式会社製）１質量部溶解した赤色油溶性染料液を４０質量部添加し、ホモジナイザー（装置名：ホモミクサー  ＭＡＲＫ  ＩＩ、プライミクス株式会社製）で約３０秒間撹拌することで乳化状態の血管用ハイドロゲル前駆体液を得た。
【０１１０】
−ハイドロゲル臓器モデルの作製−
血管を作製するための型を血管の３Ｄデータを基に作製した。作製した型に血管用ハイドロゲル前駆体液を流し込み、蓋をして密閉状態として、室温（２５℃）にて６時間硬化反応を行った。硬化後、型から取り出し水洗して、血管状ハイドロゲルを得た。
次に、得られた血管状ハイドロゲルを、肝臓の３Ｄデータを基に作製した肝臓作製用型の内部に配置し、臓器用ハイドロゲル前駆体液を前記肝臓作製用型に流し込み、蓋をして密閉状態として、室温（２５℃）にて６時間硬化反応を行った。硬化後、肝臓作製用型から取り出し水洗して、血管を含む肝臓形状の立体造形物（臓器モデル）を得た。得られた臓器モデルは、触感及び使用感が臓器に極めて近かった。
【０１１１】
得られた臓器モデルを、メス（フェザー外科用Ｎｏ．１０を、スタンダードハンドルＮｏ．３に装着、いずれもフェザー安全剃刀株式会社製）を用いて切開し、血管を故意に切り刻んだところ、血管形状のハイドロゲルより赤色に着色された液体（擬似血液）が滲み出ることが確認できた。
【０１１２】
（実施例２）
実施例１において、血管用ハイドロゲル前駆体液中の合成ヘクトライトの含有量を１５質量部から２０質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物（臓器モデル）を得た。得られた臓器モデルは、触感及び使用感が臓器に極めて近かった。
得られた臓器を、実施例１と同様の方法にて血管を切り刻んだところ、血管形状のハイドロゲルより擬似血液が滲み出ることが確認できた。
【０１１３】
（実施例３）
実施例１において、血管用ハイドロゲル前駆体液中の赤色油溶性染料液の含有量を４０質量部から８０質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物（臓器モデル）を得た。得られた臓器モデルは、触感及び使用感が臓器に極めて近かった。
得られた臓器を、実施例１と同様の方法にて血管を切り刻んだところ、血管形状のハイドロゲルより擬似血液が滲み出ることが確認できた。
【０１１４】
（実施例４）
血管用ハイドロゲル前駆体液中の油相を、ウレタン樹脂１５質量％となるように水と混ぜて６０℃の湯浴中にて溶解して１５質量％ウレタン樹脂水溶液を得る。次に、６０℃に加温した１５質量％ウレタン樹脂水溶液８０ｍＬを２００ｍＬビーカーに入れて撹拌した。その後、アセトン６０ｇを一気に添加して、壁材がポリウレタン樹脂である体積平均粒子径０．６μｍのマイクロカプセルを得た。
実施例１において、血管用ハイドロゲル前駆体液中の赤色油溶性染料液を、マイクロカプセルに変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物（臓器モデル）を得た。得られた臓器モデルは、触感及び使用感が臓器に極めて近かった。
得られた臓器を、実施例１と同様の方法にて血管を切り刻んだところ、血管形状のハイドロゲルより擬似血液が滲み出ることが確認できた。
【０１１５】
（実施例５）
＜支持体形成用液の調製＞
ウレタンアクリレート（三菱レイヨン株式会社製、商品名：ダイヤビームＵＫ６０３８）１０質量部、重合性モノマーとしてネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート（日本化薬株式会社製、商品名：ＫＡＹＡＲＡＤ  ＭＡＮＤＡ）９０質量部、重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（ＢＡＳＦ社製、商品名：イルガキュア１８４）３質量部、及び着色剤として青顔料（東洋インキ製造株式会社製、商品名：Ｌｉｏｎｏｌ  Ｂｌｕｅ  ７４００Ｇ）２質量部の合計１０５質量部をホモジナイザー（日立工機株式会社製、ＨＧ３０）を用いて、回転数２，０００ｒｐｍで均質な混合物が得られるまで分散した。続いて、ろ過を行い不純物等を除去し、最後に真空脱気を１０分間実施し、均質な支持体形成用液を得た。
【０１１６】
前記臓器用ハイドロゲル前駆体液、前記血管用ハイドロゲル前駆体液、及び支持体形成用液を、図３に示す立体造形物の製造装置１０のインクジェットヘッド（リコーインダストリー株式会社製、ＧＥＮ４）に通じるそれぞれ別のタンクに充填し、前記インクジェットヘッドから前記臓器用ハイドロゲル前駆体液、前記血管用ハイドロゲル前駆体液、及び支持体形成用液を、それぞれ別々に噴射させ、膜を成膜した。前記臓器用ハイドロゲル前駆体液、及び前記血管用ハイドロゲル前駆体液と、前記支持体形成用液とは異なる位置に噴射された。
次に、前記膜に、紫外線照射機（ＵＶＬＥＤランプ  インテグレーションテクノロジー製、ＳｕｂＺｅｒｏＬＥＤ６００）を用いて、３６５ｎｍにて４００ｍＪ／ｃｍ２の光量を照射して、前記膜を硬化させた後、硬化膜に対してローラー２０、２１で平滑化処理を行った。これをインクジェット成膜として一層ごとに繰り返し、立体造形物（臓器モデル）を得た。
得られた臓器を、実施例１と同様の方法にて血管を切り刻んだところ、血管状ハイドロゲルより擬似血液が滲み出ることが確認できた。
【０１１７】
（比較例１）
特許第５７４５１５５号公報を参考にして、ポリビニルアルコールのゲル状擬似血液を作製した。
ポリビニルアルコール（重合度：１，８００、けん化度９９％、１０質量％）１０質量部、ジメチルスルホキシド１０質量部、及び純水８０質量部を混合した溶液をビーカーに入れ、オイルバスヒーター（装置名：ＢＯ４００、ヤマト科学株式会社製）にて１００℃に加熱しながら、４時間撹拌溶解させ、混合液を得た。得られた混合液に赤色の水性着色剤３質量％の割合で加え、撹拌機にて４０秒間混合し、血液用混合液を得た。
血液用混合液をディスポーザブルスポイトに吸入した状態にて庫内−２０℃の冷凍庫に入れ、１６時間放置した。放置後、冷凍庫より取り出し、常温になるまで放置したところ、円柱状の血管様赤着色ゲルを得た。
実施例１において、血管状ハイドロゲルを血管様赤着色ゲルに変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物（臓器モデル）を得た。得られた臓器モデルを実施例１と同様の方法にて切り刻んだところ、擬似血液の滲出は認められなかった。
【０１１８】
【表１】
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【０１１９】
実施例２は、実施例１よりも、血管に弾力があった。
実施例３は、実施例１よりも、血管から滲み出る染料の量が多いことが確認できた。
実施例４は、実施例１よりも、血管が高精細に、任意の位置に配置されており、よりリアルな手術練習が可能であった。また、得られた臓器モデルは、触感及び使用感が臓器に極めて近かった。
【０１２０】
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  ポリマーと、水と、着色剤内包体と、を含有するハイドロゲルを含むことを特徴とする立体造形物である。
＜２＞  前記着色剤内包体が、少なくとも１種の着色剤を含有する油相及びマイクロカプセルの少なくともいずれかである前記＜１＞に記載の立体造形物である。
＜３＞  前記着色剤が、油溶性染料及び油分散性顔料の少なくともいずれかである前記＜２＞に記載の立体造形物である。
＜４＞  前記ハイドロゲルが、鉱物をさらに含む前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物である。
＜５＞  前記ポリマーが、水溶性ポリマーである前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形物である。
＜６＞  前記水の含有量が、５０質量％以上である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形物である。
＜７＞  圧縮応力の異なる複数のハイドロゲルを有し、
少なくとも１種のハイドロゲルが、着色剤内包体を含む前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形物である。
＜８＞  前記着色剤内包体の体積平均粒径が、１ｍｍ以下である前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形物である。
＜９＞  前記着色剤が、油溶性染料である前記＜２＞から＜８＞のいずれかに記載の立体造形物である。
＜１０＞  前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の立体造形物を含むことを特徴とする臓器モデルである。
＜１１＞  水、モノマー、及び着色剤内包体を含むハイドロゲル前駆体液を用いて、ハイドロゲルを含む立体造形物を製造することを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜１２＞  ハイドロゲル前駆体液を型に注入する工程をさらに含む前記＜１１＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜１３＞  前記ハイドロゲル前駆体液が、鉱物をさらに含む前記＜１１＞から＜１２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１４＞  前記鉱物が、水膨潤性粘土鉱物である前記＜１３＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜１５＞  前記着色剤内包体が、少なくとも１種の着色剤を含有する油相及びマイクロカプセルの少なくともいずれかである前記＜１１＞から＜１４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１６＞  水、モノマー、及び着色剤内包体を含むハイドロゲル前駆体液を付与して成膜する第一の工程と、
前記成膜した膜を硬化させる第二の工程と、
を複数回繰り返すことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜１７＞  前記モノマーが、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、及びＮ−イソプロピルアクリルアミドから選択される少なくとも１種である前記＜１６＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜１８＞  前記ハイドロゲル前駆体液が、鉱物をさらに含む前記＜１６＞から＜１７＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１９＞  前記鉱物が、水膨潤性粘土鉱物である前記＜１８＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜２０＞  前記着色剤内包体が、少なくとも１種の着色剤を含有する油相及びマイクロカプセルの少なくともいずれかである前記＜１６＞から＜１９＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
【０１２１】
前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の立体造形物、前記＜１０＞に記載の臓器モデル、前記＜１１＞から＜２０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２２】
【特許文献１】特許第４９９３５１９号公報
【特許文献２】特許第５７４５１５５号公報
【符号の説明】
【０１２３】
１    立体造形物
２    油相
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
2017165040.tif 000006
【図４】
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【図５】
2017165040.tif 000008
【図６】
2017165040.tif 000009
【図７】
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