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JP7530182B2 - Biocompatible Materials - Google Patents
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JP7530182B2 - Biocompatible Materials - Google Patents

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Description

実施形態は、生体適合部材に関する。 The embodiments relate to a biocompatible component .

医療分野において、生体内で使用されたり、細胞増殖の土台となる材料として、生体適合部材が開発されている。生体適合部材には、高い生体適合性を有すると共に、取り扱いが容易であることが要求されている。例えば、生体適合部材は、ピンセット等で保持しても形状を維持できる程度に強度があり、且つ、ハサミやメスで切断できる程度に軟らかいことが要望されている。 In the medical field, biocompatible materials are being developed as materials to be used in living organisms and as a foundation for cell growth. Biocompatible materials are required to have high biocompatibility and be easy to handle. For example, biocompatible materials are required to be strong enough to maintain their shape even when held with tweezers, and soft enough to be cut with scissors or a scalpel.

特許第6450894号公報Patent No. 6450894 特許第6470327号公報Patent No. 6470327

実施形態の目的は、生体適合性が高く取り扱いが容易である生体適合部材を提供することである。 An object of the embodiments is to provide a biocompatible component that is highly biocompatible and easy to handle.

実施形態に係る生体適合部材は、生体適合材料を含む繊維同士が結合した集積体と、前記繊維間に含まれる水と、を備える。前記生体適合部材における前記水の含有率は40質量%以上90質量%以下である。 The biocompatible component according to the embodiment comprises an aggregate in which fibers containing a biocompatible material are bonded together, and water contained between the fibers. The water content in the biocompatible component is 40% by mass or more and 90% by mass or less.

実施形態に係る生体適合部材の製造方法は、生体適合材料を含む繊維を堆積させることにより、積層シートを形成する工程と、前記積層シートに揮発性の液体を浸透させる工程と、前記積層シートに浸透した前記液体を揮発させる工程と、前記液体を揮発させた前記積層シートに含水処理を施す工程と、を備える。 The method for manufacturing a biocompatible component according to the embodiment includes the steps of forming a laminated sheet by depositing fibers containing a biocompatible material, impregnating the laminated sheet with a volatile liquid, volatilizing the liquid that has permeated the laminated sheet, and subjecting the laminated sheet from which the liquid has been volatilized to a hydration treatment.

第1の実施形態に係る生体適合部材を示す図である。FIG. 2 shows a biocompatible component according to a first embodiment. (a)及び(b)は、第1の実施形態に係る生体適合部材の製造方法を示す図である。3A and 3B are diagrams illustrating a method for manufacturing a biocompatible component according to the first embodiment. (a)~(c)は、第1の実施形態に係る生体適合部材の製造方法を示す図である。3A to 3C are diagrams illustrating a method for manufacturing a biocompatible component according to a first embodiment. 第2の実施形態に係る生体適合部材の製造方法のうち、静水圧処理を示す図である。13A to 13C are diagrams illustrating a hydrostatic pressure treatment in a method for producing a biocompatible component according to a second embodiment. 第3の実施形態に係る生体適合部材の製造方法のうち、減圧処理を示す図である。13A to 13C are diagrams illustrating a decompression process in a method for producing a biocompatible component according to a third embodiment. (a)は、エレクトロスピニング法により形成された堆積層の表面SEM写真であり、(b)は、エタノール処理後の積層シートの表面SEM写真である。1A is a SEM photograph of the surface of a deposition layer formed by electrospinning, and FIG. 1B is a SEM photograph of the surface of a laminate sheet after ethanol treatment. (a)及び(b)は、試験例に係る生体適合部材を凍結乾燥させた試料の表面SEM写真である。13A and 13B are SEM photographs of the surface of a freeze-dried sample of a biocompatible component according to a test example. 横軸に温度をとり、縦軸に熱流をとって、試験例に係る積層シート及び生体適合部材の示差走査熱量測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of differential scanning calorimetry of a laminate sheet and a biocompatible component according to a test example, with the horizontal axis representing temperature and the vertical axis representing heat flow. 試験例に係る積層シート及び生体適合部材の示差走査熱量測定結果を示す表である。1 is a table showing the results of differential scanning calorimetry of a laminate sheet and a biocompatible component according to a test example. 試験例に係る生体適合部材の圧縮弾性率の測定結果を示す表である。13 is a table showing the measurement results of the compressive elastic modulus of the biocompatible components according to the test examples. (a)は、横軸に周波数をとり縦軸に貯蔵弾性率をとって、試験例に係る生体適合部材の貯蔵弾性率-周波数曲線を示すグラフであり、(b)は、横軸に周波数をとり縦軸に損失弾性率をとって、試験例に係る生体適合部材の損失弾性率-周波数曲線を示すグラフである。1A is a graph showing the storage modulus-frequency curve of a biocompatible material according to a test example, with frequency on the horizontal axis and storage modulus on the vertical axis; and FIG. 1B is a graph showing the loss modulus-frequency curve of a biocompatible material according to a test example, with frequency on the horizontal axis and loss modulus on the vertical axis. 試験例に係る生体適合部材の切断面を示す表面SEM写真である。1 is a surface SEM photograph showing a cut surface of a biocompatible component according to a test example.

<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る生体適合部材を示す図である。
First Embodiment
The first embodiment will be described below.
FIG. 1 is a diagram showing a biocompatible component according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る生体適合部材1においては、複数の繊維11同士が結合した集積体12と、繊維11間に含まれる水13が設けられている。生体適合部材1における水13の含有率は、40質量%以上90質量%以下である。 As shown in FIG. 1, the biocompatible component 1 according to this embodiment includes an aggregate 12 in which multiple fibers 11 are bonded together, and water 13 contained between the fibers 11. The content of water 13 in the biocompatible component 1 is 40% by mass or more and 90% by mass or less.

繊維11は生体適合材料を含む。生体適合材料は、例えば生体由来材料である。生体由来材料とは、生命活動によって生成された材料、又は、それを加工して得られた材料である。生体適合材料は、生体由来材料でなくてもよく、例えば、合成高分子、人工合成で得られた機能性タンパク質や合成ポリペプチド等であってもよい。 The fiber 11 includes a biocompatible material. The biocompatible material is, for example, a bio-derived material. A bio-derived material is a material produced by life activities, or a material obtained by processing such a material. The biocompatible material does not have to be a bio-derived material, and may be, for example, a synthetic polymer, a functional protein obtained by artificial synthesis, or a synthetic polypeptide.

生体適合材料は、例えば、コラーゲン、ラミニン、ゼラチンなどのタンパク質、デオキシリボ核酸(DNA),リボ核酸(RNA)等の核酸、及び、キトサン、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、アルギン酸、ヘパリンなどの多糖類等である。合成高分子は、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリ(メタクリル酸2-ヒドロキシエチル)(PHEMA)、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAm)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリシアノアクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ナイロン66、ポリウレタン(PU)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトンなどのポリヒドロキシ酸類、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)などのシリコーンである。 Examples of biocompatible materials include proteins such as collagen, laminin, and gelatin, nucleic acids such as deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA), and polysaccharides such as chitosan, chitin, hyaluronic acid, alginic acid, and heparin. Examples of synthetic polymers include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethyl methacrylate (PMMA), poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA), poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), polyvinyl alcohol (PVA), polycyanoacrylate, polyethylene terephthalate (PET), nylon 66, polyurethane (PU), polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid, polyhydroxy acids such as polycaprolactone, and silicones such as polydimethylsiloxane (PDMS).

例えば、繊維11は、高次元、すなわち、立体構造のコラーゲンからなる。本来のコラーゲン分子の構造は3重らせん構造であり、繊維11を構成するコラーゲンも、その構造を維持している。集積体12においては、繊維11同士が例えば非共有結合的相互作用によって部分的に溶着することにより、結合されている。非共有結合的相互作用の例としては、分子間力、疎水性相互作用、水素結合などが挙げられる。繊維11の直径は、例えば、60nm~3μm程度である。 For example, the fibers 11 are made of collagen with a high-dimensional, i.e., three-dimensional structure. The original structure of a collagen molecule is a triple helix structure, and the collagen that constitutes the fibers 11 also maintains this structure. In the aggregate 12, the fibers 11 are bonded to each other by, for example, partial welding through non-covalent interactions. Examples of non-covalent interactions include intermolecular forces, hydrophobic interactions, and hydrogen bonds. The diameter of the fibers 11 is, for example, about 60 nm to 3 μm.

生体適合部材の形状は、例えばシート状である。生体適合部材1においては、厚さ方向に積層された複数の層10が設けられている。層10は、例えば、2~100層程度積層されており、各層10の厚さは、例えば、5~500μm程度である。生体適合部材1全体の厚さは、例えば、0.03~50mm程度である。 The shape of the biocompatible component is, for example, a sheet. The biocompatible component 1 has a plurality of layers 10 stacked in the thickness direction. The layers 10 are stacked, for example, in a number of about 2 to 100 layers, and the thickness of each layer 10 is, for example, about 5 to 500 μm. The overall thickness of the biocompatible component 1 is, for example, about 0.03 to 50 mm.

各層10内において、繊維11は例えば一方向に配向している。隣り合う2つの層10における繊維11の配向方向は、相互に交差しており、例えば、相互に略直交している。図1に示すように、XYZ直交座標系において、生体適合部材1の厚さ方向、すなわち、層10の積層方向をZ方向としたときに、配向方向がX方向である層10と、配向方向がY方向である層10が、交互に積層されている。各層10内においては、隣り合う繊維11同士が直線状に結合されている。層10同士の結合力は、層10内における繊維11同士の結合力よりも弱い。生体適合部材1の表面には、直径が10μm以上のボイド15が、1個/mm以上の密度で形成されている。 In each layer 10, the fibers 11 are oriented in one direction, for example. The orientation directions of the fibers 11 in two adjacent layers 10 cross each other, for example, are approximately perpendicular to each other. As shown in FIG. 1, in an XYZ orthogonal coordinate system, when the thickness direction of the biocompatible component 1, i.e., the stacking direction of the layers 10, is the Z direction, layers 10 whose orientation direction is the X direction and layers 10 whose orientation direction is the Y direction are alternately stacked. In each layer 10, adjacent fibers 11 are bonded to each other in a linear manner. The bonding force between the layers 10 is weaker than the bonding force between the fibers 11 in the layer 10. Voids 15 having a diameter of 10 μm or more are formed on the surface of the biocompatible component 1 at a density of 1 piece/ mm2 or more.

なお、図1は、生体適合部材1の構成を概念的に現した模式図であり、実際の構成とは必ずしも一致していない。例えば、上述の如く、繊維11の直径は層10の厚さの1000分の1程度であるが、図1においては、図を見やすくするために、繊維11を実際よりも大きく描いている。また、繊維11同士は結合されているため、生体適合部材1を顕微鏡で観察しても、それぞれの繊維11が識別できるとは限らない。更に、層10間の境界も、明瞭に観察できるとは限らない。後述する他の図についても、同様である。 Note that FIG. 1 is a schematic diagram conceptually showing the configuration of the biocompatible component 1, and does not necessarily match the actual configuration. For example, as described above, the diameter of the fiber 11 is about 1/1000 of the thickness of the layer 10, but in FIG. 1, the fiber 11 is drawn larger than it actually is to make the drawing easier to see. In addition, since the fibers 11 are bonded to each other, even if the biocompatible component 1 is observed under a microscope, it is not always possible to distinguish the individual fibers 11. Furthermore, the boundaries between the layers 10 are not always clearly observable. The same applies to the other figures described below.

生体適合部材1の圧縮弾性率は5kPa以上である。また、生体適合部材1は弾性体であり、動的粘弾法により粘弾性-周波数曲線を測定すると、貯蔵弾性率が損失弾性率よりも高い。生体適合部材1は、全体として固体であり、軟質な弾性体であり、流動性はない。また、生体適合部材1は透明又は半透明である。 The compressive elastic modulus of the biocompatible component 1 is 5 kPa or more. In addition, the biocompatible component 1 is an elastic body, and when the viscoelasticity-frequency curve is measured by the dynamic viscoelastic method, the storage elastic modulus is higher than the loss elastic modulus. The biocompatible component 1 is solid as a whole, a soft elastic body, and has no fluidity. In addition, the biocompatible component 1 is transparent or translucent.

次に、本実施形態に係る生体適合部材1の製造方法について説明する。
図2(a)及び(b)、図3(a)~(c)は、本実施形態に係る生体適合部材1の製造方法を示す図である。
Next, a method for producing the biocompatible component 1 according to this embodiment will be described.
2(a) and (b) and 3(a) to (c) are diagrams showing a method for manufacturing the biocompatible component 1 according to this embodiment.

先ず、図2(a)に示すように、エレクトロスピニング法により、繊維11を形成する。繊維11の製造装置101には、ノズル102、ローラ103、及び電源104が設けられている。ローラ103は高速で回転している。電源104は、ノズル102に電圧を印加する。 First, as shown in FIG. 2(a), fiber 11 is formed by electrospinning. A manufacturing device 101 for fiber 11 is provided with a nozzle 102, a roller 103, and a power source 104. The roller 103 rotates at high speed. The power source 104 applies a voltage to the nozzle 102.

この状態で、ノズル102から、帯電した原料液110を吐出する。原料液110は生体適合材料を含み、例えば、コラーゲンを含む。原料液110はノズル102から吐出した直後に、静電反発によって引き延ばされ、繊維11となってローラ103の外周面に到達し、ローラ103によって高速で巻き取られる。これにより、繊維11は、ローラ103の外周方向に配向した状態で堆積され、堆積層10aが形成される。堆積層10aは、繊維11が配向した状態で堆積された層である。 In this state, the charged raw material liquid 110 is discharged from the nozzle 102. The raw material liquid 110 contains a biocompatible material, for example, collagen. Immediately after being discharged from the nozzle 102, the raw material liquid 110 is stretched by electrostatic repulsion, becomes fibers 11, reaches the outer circumferential surface of the roller 103, and is taken up at high speed by the roller 103. As a result, the fibers 11 are deposited in an oriented state in the outer circumferential direction of the roller 103, and a deposition layer 10a is formed. The deposition layer 10a is a layer in which the fibers 11 are deposited in an oriented state.

次に、図2(b)に示すように、基材112上に複数の堆積層10aを積層させる。このとき、隣り合う堆積層10a間で、配向方向を交差、例えば直交させる。積層された複数の堆積層10aにより、積層シート10bが形成される。 Next, as shown in FIG. 2(b), a plurality of deposition layers 10a are laminated on the substrate 112. At this time, the orientation directions of adjacent deposition layers 10a are crossed, for example, perpendicular to each other. A laminated sheet 10b is formed by the stacked deposition layers 10a.

基材112の組成及び形状は特に限定されないが、堆積層10aとの密着性が可及的に良好になるような組成及び形状が好ましい。基材112の材料としては、例えば、ポリスチレン(PS)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリウレタン(PU)、シリコーンなどの合成高分子、コラーゲン、ゼラチン、ラミニン、キトサン、キチンなどの天然高分子、脱細胞化組織、ヒトの皮膚、臓器などの生体組織であってもよい。また、基材112には、既に製造した生体適合部材1を用いてもよく、又は、生体適合部材1を成形して形成した基板、布、球体、棒、チューブ等の部材を用いてもよく、人工血管、人工弁、人工関節、人工歯などの人工生体構造物を用いてもよい。さらに、基材112には、薬剤、細胞、血液、体液などが含まれていてもよい。 The composition and shape of the substrate 112 are not particularly limited, but a composition and shape that provides as good adhesion as possible to the deposition layer 10a are preferred. The material of the substrate 112 may be, for example, synthetic polymers such as polystyrene (PS), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylmethacrylate (PMMA), polylactic acid (PLA), polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyurethane (PU), and silicone; natural polymers such as collagen, gelatin, laminin, chitosan, and chitin; and biological tissues such as decellularized tissues, human skin, and organs. In addition, the substrate 112 may be a biocompatible member 1 that has already been manufactured, or a member such as a substrate, cloth, sphere, rod, or tube formed by molding the biocompatible member 1, or an artificial biological structure such as an artificial blood vessel, an artificial valve, an artificial joint, or an artificial tooth. Additionally, the substrate 112 may contain drugs, cells, blood, body fluids, etc.

次に、図3(a)に示すように、積層シート10bに、揮発性の液体を浸透させる。揮発性の液体は特に限定されないが、繊維11がなるべく溶解しないものとすることが好ましい。例えば、水、アルコール類(エタノール、メタノール、イソプロピルアルコールなど)、アルコール水溶液などを用いる。例えば、基材112上に載置された積層シート10b上に、エタノールを含ませたウエス113を載置する。これにより、ウエス113中のエタノールが積層シート10b中に浸透する。 Next, as shown in FIG. 3(a), a volatile liquid is permeated into the laminated sheet 10b. The volatile liquid is not particularly limited, but it is preferable to use a liquid that does not dissolve the fibers 11 as much as possible. For example, water, alcohols (ethanol, methanol, isopropyl alcohol, etc.), and alcohol aqueous solutions are used. For example, a cloth 113 soaked in ethanol is placed on the laminated sheet 10b placed on the substrate 112. This causes the ethanol in the cloth 113 to permeate into the laminated sheet 10b.

次に、図3(b)に示すように、積層シート10b内に浸透した揮発性の液体を揮発させることにより、積層シート10b内から除去する。これにより、液体の毛管力が働くことで繊維11の一部同士が溶着し、繊維11同士が結合する。この結果、集積体12が基材112上に形成される。集積体12は、繊維11が三次元的に集積した構造体である。また、積層シート10b内に揮発性の液体が充填されない空間(気泡)を形成すれば、揮発性の液体が除去されたあとに、集積体12にボイド15(図1参照)が形成される。集積体12の厚さは、揮発性の液体を浸透させる前の積層シート10bの(1/3)~(1/5)倍程度に薄くなる。また、集積体12は透明又は半透明になる。 Next, as shown in FIG. 3(b), the volatile liquid that has permeated into the laminated sheet 10b is volatilized and removed from the laminated sheet 10b. As a result, the capillary force of the liquid acts to weld some of the fibers 11 together, and the fibers 11 bond together. As a result, an aggregate 12 is formed on the substrate 112. The aggregate 12 is a structure in which the fibers 11 are three-dimensionally accumulated. Furthermore, if spaces (air bubbles) that are not filled with the volatile liquid are formed in the laminated sheet 10b, voids 15 (see FIG. 1) are formed in the aggregate 12 after the volatile liquid is removed. The thickness of the aggregate 12 becomes about 1/3 to 1/5 times that of the laminated sheet 10b before the volatile liquid is permeated. Furthermore, the aggregate 12 becomes transparent or translucent.

基材112上に形成された集積体12は、基材112から剥離して単独で用いてもよく、基材112と一体のまま使用してもよい。 The aggregate 12 formed on the substrate 112 may be peeled off from the substrate 112 and used alone, or may be used integrally with the substrate 112.

次に、図3(c)に示すように、集積体12に含水処理を施す。含水処理の方法は、容器115内で水116に浸漬してもよく、水116を流し込んでもよく、水116を浸み込ませた布と接触させてもよく、水116を霧状にして噴きつけてもよい。また、水116は、純水であってもよく、生理食塩水であってもよい。また、水116は、ウシ胎児血清(FBS)などの血清、各種液体培地、タンパク質やRNA、DNA、基質を含む水溶液であってもよく、細胞などの懸濁液、体液、血液であってもよい。これにより、繊維11間に水が浸透し、繊維11が水を吸収して膨潤し、生体適合部材1が製造される。これらの含水処理により、生体適合部材1は室温の環境下で2~5倍に膨潤する。 Next, as shown in FIG. 3(c), the aggregate 12 is subjected to a hydration treatment. The hydration treatment may be performed by immersing the aggregate 12 in water 116 in a container 115, pouring the water 116 into the container, contacting the aggregate 12 with a cloth soaked in the water 116, or spraying the aggregate 12 with a mist of water 116. The water 116 may be pure water or physiological saline. The water 116 may be serum such as fetal bovine serum (FBS), various liquid culture media, an aqueous solution containing protein, RNA, DNA, or a substrate, or may be a suspension of cells, body fluid, or blood. As a result, water penetrates between the fibers 11, and the fibers 11 absorb water and swell, producing the biocompatible component 1. By these hydration treatments, the biocompatible component 1 swells 2 to 5 times at room temperature.

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る生体適合部材1は、繊維11が生体適合材料からなるため、生体適合性が高い。例えば、生体適合部材1を生体内に配置しても、毒性を示すことがない。また、生体による炎症等の拒絶反応を抑制できる。特に、劣化が進行していない高次元のコラーゲンによって繊維11を形成することにより、拒絶反応をより効果的に抑制できる。また、繊維11を生体由来材料によって形成し、生体適合部材1を生体内に配置すると、生体の代謝に伴って生体由来材料が消費され、繊維11同士がほぐれていく。このため、繊維11間に細胞が進入しやすくなる。
Next, the effects of this embodiment will be described.
The biocompatible component 1 according to this embodiment has high biocompatibility because the fibers 11 are made of a biocompatible material. For example, even if the biocompatible component 1 is placed in a living body, it does not show toxicity. In addition, rejection reactions such as inflammation caused by the living body can be suppressed. In particular, by forming the fibers 11 from high-dimensional collagen that has not deteriorated, the rejection reaction can be more effectively suppressed. Furthermore, when the fibers 11 are formed from a biomaterial and the biocompatible component 1 is placed in a living body, the biomaterial is consumed with the metabolism of the living body, and the fibers 11 are loosened. This makes it easier for cells to enter between the fibers 11.

また、生体適合部材1には、水13が40質量%以上90質量%以下の含有率で含有されている。この水の含有率は生体における水の含有率に近い。これによっても、生体適合部材1は生体適合性が高い。 The biocompatible component 1 also contains water 13 at a content of 40% by mass or more and 90% by mass or less. This water content is close to the water content in living organisms. This also gives the biocompatible component 1 high biocompatibility.

更に、生体適合部材1の表面には、直径が10μm以上のボイド15が、1個/mm以上の密度で形成されている。これにより、生体適合部材1を生体内に配置したときに、生体の細胞がボイド15内に進入しやすい。ボイド15内に進入した細胞を足場にして、さらに生体適合部材1内に細胞が進入していく。 Furthermore, voids 15 with a diameter of 10 μm or more are formed on the surface of the biocompatible component 1 at a density of 1 piece/ mm2 or more. This allows living cells to easily enter the voids 15 when the biocompatible component 1 is placed in a living body. The cells that have entered the voids 15 serve as a scaffold to further enter the biocompatible component 1.

また、生体適合部材1には複数の層10が設けられており、層10同士の結合力は層10内における繊維11同士の結合力よりも弱い。このため、生体適合部材1を生体内に配置し、生体適合部材1に周囲の生体組織から圧力や熱が加わると、層10同士が剥離して、隙間が形成されやすい。これにより、層10間の隙間に細胞が進入し、細胞組織の形成をより一層促進することができる。 The biocompatible component 1 also has multiple layers 10, and the bonding strength between the layers 10 is weaker than the bonding strength between the fibers 11 within the layers 10. For this reason, when the biocompatible component 1 is placed in a living body and pressure or heat is applied to the biocompatible component 1 from the surrounding living tissue, the layers 10 tend to peel off and gaps are likely to form. This allows cells to enter the gaps between the layers 10, further promoting the formation of cellular tissue.

更に、生体適合部材1の繊維11は配向性を持つため、繊維11の配向方向と生体組織の方向に合わせることにより、生体適合部材1の生体適合性をより一層向上させることができる。 Furthermore, since the fibers 11 of the biocompatible component 1 have orientation, the biocompatibility of the biocompatible component 1 can be further improved by aligning the orientation direction of the fibers 11 with the direction of the biological tissue.

このように、生体適合部材1は、周辺の細胞組織との適合性が高い。したがって、例えば、組織損傷部や腫瘍切除後の空間に生体適合部材1を配置すれば、生体適合部材1が細胞増殖の足場となり、傷口の治癒や組織再構築を促進することが期待できる。また、人工物や薬物を体内に埋め込む際の被覆材として使用すれば、体内での炎症を抑える効果が期待できる。さらに、生体外において細胞・組織を増殖させる際に、生体適合部材1を足場材として使用すれば、細胞・組織を効率的又は三次元的に増殖・培養させることが期待できる。 In this way, the biocompatible material 1 is highly compatible with the surrounding cell tissue. Therefore, for example, if the biocompatible material 1 is placed in the space after tissue damage or tumor resection, it is expected that the biocompatible material 1 will act as a scaffold for cell growth, promoting wound healing and tissue reconstruction. In addition, if it is used as a covering material when implanting artificial objects or drugs in the body, it is expected to have the effect of suppressing inflammation in the body. Furthermore, if the biocompatible material 1 is used as a scaffold material when growing cells and tissues outside the body, it is expected that the cells and tissues can be grown and cultured efficiently or three-dimensionally.

生体適合部材1は生体適合材料からなる繊維11と水13によって形成されているため、生体適合部材1を生体内に配置すると、生体内の反応によって生体適合部材1は徐々に消失する。これにより、役割を終えた生体適合部材1が生体内に残留することがなく、細胞の増殖や組織の再生を妨害することがない。 The biocompatible component 1 is made of fibers 11 made of biocompatible materials and water 13, so when the biocompatible component 1 is placed in a living body, it gradually disappears due to reactions within the body. This means that the biocompatible component 1 that has completed its role does not remain in the living body and does not interfere with cell proliferation or tissue regeneration.

また、生体適合部材1においては、繊維11は相互に結合、例えば溶着して、集積体12となっている。このため、集積体12中の繊維11内に水13を含有させても、生体適合部材1全体の強度を維持することができる。例えば、生体適合部材1は、圧縮弾性率が5kPa以上であり、貯蔵弾性率が損失弾性率よりも高い。このため、生体適合部材1は、ピンセット等でつまんで持ち上げても形状を維持できる程度に剛性が高い。 In addition, in the biocompatible component 1, the fibers 11 are bonded to each other, for example, welded together, to form an aggregate 12. Therefore, even if water 13 is contained within the fibers 11 in the aggregate 12, the strength of the entire biocompatible component 1 can be maintained. For example, the biocompatible component 1 has a compressive modulus of elasticity of 5 kPa or more, and a storage modulus higher than the loss modulus. Therefore, the biocompatible component 1 has a high enough rigidity that it can maintain its shape even when picked up and lifted with tweezers or the like.

一方、生体適合部材1は、ハサミやメスで切断できる程度に軟らかい。このため、例えば医療現場において、生体適合部材1をピンセットでつまみつつ、ハサミやメスで切断したり、傷口の形状に合わせて折り曲げたりして加工することができる。このように、生体適合部材1は取り扱いが容易である。また、生体適合部材1は透明又は半透明であるため、組織損傷部や腫瘍切除後の空間に合わせて配置することが容易である。 On the other hand, the biocompatible member 1 is soft enough to be cut with scissors or a scalpel. Therefore, for example, in a medical setting, the biocompatible member 1 can be processed by holding it with tweezers and cutting it with scissors or a scalpel, or by bending it to fit the shape of a wound. In this way, the biocompatible member 1 is easy to handle. In addition, since the biocompatible member 1 is transparent or translucent, it can be easily positioned to fit tissue damage or the space left after tumor resection.

なお、仮に、繊維11同士が結合していないと、水を含有させたときにシート全体が脆弱化し、形状を維持できない。このため、水の含有率を生体組織に近い値に調整すると、ジェル状になるなどして、シートの取り扱いが困難になる。また、繊維11同士が結合していても、繊維11間に適度な量の水が含有されていないと、シート全体の柔軟性が低くなり、ハサミやメスで切断することが困難になる。また、生体適合部材1の柔軟性が低いと、生体内に配置したときに、周囲の細胞組織が損傷する可能性がある。 If the fibers 11 are not bonded together, the entire sheet becomes weak when it absorbs water and is unable to maintain its shape. For this reason, if the water content is adjusted to a value close to that of living tissue, the sheet becomes difficult to handle, for example becoming gel-like. Furthermore, even if the fibers 11 are bonded together, if an appropriate amount of water is not contained between the fibers 11, the flexibility of the entire sheet decreases, making it difficult to cut with scissors or a scalpel. Furthermore, if the flexibility of the biocompatible component 1 is low, there is a possibility that the surrounding cell tissue may be damaged when it is placed in a living body.

なお、繊維11同士を加熱または化学架橋によって結合することも考えられるが、この場合は、生体由来材料が熱で変性したり毒性をもったりすることで、生体親和性が低下する可能性がある。 It is also possible to bond the fibers 11 together by heating or chemical cross-linking, but in this case, the biomaterial may be denatured or become toxic due to heat, resulting in a decrease in biocompatibility.

<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。
本実施形態は、第1の実施形態における含水処理を静水圧処理とした例である。
以下、本実施形態に係る生体適合部材の製造方法について説明する。
図4は、本実施形態に係る生体適合部材の製造方法のうち、静水圧処理を示す図である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described.
This embodiment is an example in which the moisture impregnation treatment in the first embodiment is replaced with hydrostatic pressure treatment.
The method for producing a biocompatible component according to this embodiment will be described below.
FIG. 4 is a diagram showing the hydrostatic pressure treatment in the method for producing a biocompatible component according to this embodiment.

先ず、図2(a)~図3(b)に示す工程を実施する。
次に、図4に示すように、揮発性の液体を含有させて除去した後の集積体12を、水116と共に密閉袋117に封入する。水116としては、第1の実施形態で説明したように、種々の形態の水を利用可能であり、例えば、生理食塩水を利用可能である。そして、密閉袋117を、ポンプ118に接続されたチャンバ119内に載置する。チャンバ119における密閉袋117の外部には空気120を導入する。
First, the steps shown in FIG. 2(a) to FIG. 3(b) are carried out.
4, the assembly 12 from which the volatile liquid has been absorbed and then removed is sealed in a sealed bag 117 together with water 116. As described in the first embodiment, various forms of water can be used as the water 116, for example, physiological saline can be used. The sealed bag 117 is then placed in a chamber 119 connected to a pump 118. Air 120 is introduced outside the sealed bag 117 in the chamber 119.

そして、ポンプ118により、空気120、密閉袋117を介して、水116及び集積体12を加圧する。圧力は大気圧(1気圧)よりも高い圧力とし、好ましくは、5MPa以上1GPa以下とし、より好ましくは、100MPa以上1GPa以下とし、例えば、500MPaとする。これにより、集積体12内の繊維11間及び繊維11内に水が浸透する。また、ボイド15内に存在していた空気が集積体12から除去される。静水圧処理を行った後の密閉袋117内には、ボイド15から放出された空気が蓄積されることがある。このようにして、本実施形態に係る生体適合部材が製造される。 Then, the pump 118 pressurizes the water 116 and the aggregate 12 through the air 120 and the sealed bag 117. The pressure is higher than atmospheric pressure (1 atm), preferably 5 MPa to 1 GPa, more preferably 100 MPa to 1 GPa, for example 500 MPa. This causes water to permeate between the fibers 11 in the aggregate 12 and into the fibers 11. Also, the air that was present in the voids 15 is removed from the aggregate 12. Air released from the voids 15 may accumulate in the sealed bag 117 after the hydrostatic pressure treatment. In this manner, the biocompatible component according to this embodiment is manufactured.

本実施形態によれば、含水処理として静水圧処理を施すことにより、集積体12に効率的に水を含有させることができる。また、静水圧処理により、生体適合部材1を滅菌することができる。これによっても、生体適合部材1の生体適合性が向上する。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第1の実施形態と同様である。 According to this embodiment, by carrying out hydrostatic pressure treatment as a water-containing treatment, water can be efficiently contained in the aggregate 12. In addition, the biocompatible component 1 can be sterilized by hydrostatic pressure treatment. This also improves the biocompatibility of the biocompatible component 1. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment.

<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態について説明する。
本実施形態は、第1の実施形態における含水処理を減圧処理とした例である。
以下、本実施形態に係る生体適合部材の製造方法について説明する。
図5は、本実施形態に係る生体適合部材の製造方法のうち、減圧処理を示す図である。
Third Embodiment
Next, a third embodiment will be described.
This embodiment is an example in which the moisture impregnation treatment in the first embodiment is replaced with a reduced pressure treatment.
The method for producing a biocompatible component according to this embodiment will be described below.
FIG. 5 is a diagram showing the decompression process in the method for producing a biocompatible component according to this embodiment.

先ず、図2(a)~図3(b)に示す工程を実施する。
次に、図5に示すように、積層シート10bに減圧処理を施す。具体的には、チャンバ121内に積層シート10bを装入し、水122に浸漬する。この状態で、チャンバ121内を減圧する。チャンバ121内の圧力は1気圧未満とする。なお、減圧処理を施した後に、第2の実施形態で説明したような静水圧処理を施してもよい。
First, the steps shown in FIG. 2(a) to FIG. 3(b) are carried out.
Next, as shown in Fig. 5, the laminated sheet 10b is subjected to a decompression treatment. Specifically, the laminated sheet 10b is placed in a chamber 121 and immersed in water 122. In this state, the pressure inside the chamber 121 is reduced. The pressure inside the chamber 121 is set to less than 1 atmosphere. After the decompression treatment, a hydrostatic pressure treatment may be performed as described in the second embodiment.

これによっても、集積体12の繊維11間に、水13を含有させることができる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び効果は、第1の実施形態と同様である。 This also allows water 13 to be contained between the fibers 11 of the aggregate 12. The configuration, manufacturing method, and effects of this embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment.

<試験例>
次に、第1の実施形態の試験例について説明する。
本試験例においては、第1の実施形態に係る製造方法により、生体適合部材1を実際に製造した。本試験例においては、生体適合材料として生体由来材料であるコラーゲンを使用した。また、揮発性の液体としてエタノール溶液を使用した。
<Test Example>
Next, a test example of the first embodiment will be described.
In this test example, a biocompatible component 1 was actually manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment. In this test example, collagen, which is a biomaterial, was used as the biocompatible material. Also, an ethanol solution was used as the volatile liquid.

すなわち、本試験例においては、エレクトロスピニング法により繊維11を堆積することにより堆積層10aを形成し、複数の堆積層10aを配向方向が交互に交差するように積層することにより積層シート10bを形成し、わずかに気泡が残る程度にエタノール溶液を浸透させ揮発させるエタノール処理を施し、その後、生理食塩水に浸漬させることにより含水処理を施した。このようにして、シート状の生体適合部材1を製造した。そして、生体適合部材1の特性を、以下の方法により評価した。 In this test example, a deposition layer 10a was formed by depositing fibers 11 by electrospinning, and a laminated sheet 10b was formed by stacking multiple deposition layers 10a so that their orientation directions crossed each other. The laminated sheet 10b was then subjected to an ethanol treatment in which an ethanol solution was permeated and volatilized to the extent that only a few air bubbles remained, and then the sheet was immersed in saline to perform a hydration treatment. In this manner, a sheet-shaped biocompatible material 1 was produced. The characteristics of the biocompatible material 1 were then evaluated by the following method.

(外観観察)
生体適合部材1の製造工程における各段階の試料を、SEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)によって観察した。
(Appearance Observation)
Samples at each stage in the manufacturing process of the biocompatible component 1 were observed by a SEM (Scanning Electron Microscope).

図6(a)は、エレクトロスピニング法により形成された堆積層10aの表面SEM写真であり、(b)は、エタノール処理後の積層シート10bの表面SEM写真である。 Figure 6 (a) is a SEM photograph of the surface of the deposition layer 10a formed by the electrospinning method, and (b) is a SEM photograph of the surface of the laminated sheet 10b after ethanol treatment.

図6(a)に示すように、エレクトロスピニング法により形成され、エタノール処理前の堆積層10aにおいては、多数の繊維11が概ね一方向に延びていた。これにより、堆積層10aには配向性があることが確認された。また、図6(b)に示すように、エタノールを浸透・揮発させる処理により、繊維11同士の一部が溶着して一体化し、表面が滑らかになった。 As shown in FIG. 6(a), in the deposition layer 10a formed by the electrospinning method and before the ethanol treatment, many fibers 11 were extending in roughly the same direction. This confirmed that the deposition layer 10a had orientation. In addition, as shown in FIG. 6(b), the treatment of penetrating and volatilizing the ethanol caused some of the fibers 11 to fuse together and become one, resulting in a smooth surface.

図7(a)及び(b)は、本試験例に係る生体適合部材1をグルタールアルデヒドでコラーゲンを架橋し、凍結させた試料の表面を冷却SEMにより氷を昇華させて観察したSEM写真である。
図7(a)及び(b)に示すように、生体適合部材1の表面には、直径が10μm以上のボイド15が1個/mm以上の密度で形成されていた。
7(a) and (b) are SEM photographs of the surface of a frozen sample of the biocompatible component 1 according to this test example, in which collagen was crosslinked with glutaraldehyde and the ice was sublimated using a cooling SEM.
As shown in FIGS. 7( a ) and 7 ( b ), voids 15 with diameters of 10 μm or more were formed on the surface of the biocompatible component 1 at a density of 1 void/mm 2 or more.

(偏光FT-IR-ATR法)
延伸された高分子材料においては、分子の長軸が延びる方向(分子軸)が、高分子材料(繊維)が延びる方向となる傾向がある。そのため、生体適合部材1の表面における分子の長軸が延びる方向を調べれば、繊維11が延びる方向が推定され、ひいては、繊維11が配向されているか否かを判定できる。
(Polarized FT-IR-ATR method)
In the stretched polymeric material, the direction in which the long axis of the molecule extends (molecular axis) tends to be the direction in which the polymeric material (fiber) extends. Therefore, the long axis of the molecule on the surface of the biocompatible component 1 By examining the direction in which the fibers 11 extend, the direction in which the fibers 11 extend can be estimated, and it can be determined whether the fibers 11 are oriented or not.

分子の長軸が延びる方向は、高分子材料の種類に応じた構造決定手段により知ることができる。例えば、ポリスチレンなどの場合にはラマン分光法を用いることができ、ポリイミドなどの場合には偏光吸光度分析法を用いることができる。本試験例においては、一例として、高分子材料がコラーゲンなどのアミド基を有する有機化合物である場合を説明する。アミド基を有する有機化合物の場合には、例えば、赤外分光法の一種である偏光FT-IR-ATR法(Fourier Transform-Infrared Spectroscopy- Attenuated Total Reflectance:フーリエ変換赤外分光全反射測定法)を用いて分子の長軸が延びる方向を知ることができる。 The direction in which the long axis of the molecule extends can be determined by a structure determination method appropriate for the type of polymer material. For example, Raman spectroscopy can be used in the case of polystyrene, and polarized absorbance analysis can be used in the case of polyimide. In this test example, as an example, a case will be described in which the polymer material is an organic compound having an amide group, such as collagen. In the case of an organic compound having an amide group, the direction in which the long axis of the molecule extends can be determined by using, for example, polarized FT-IR-ATR (Fourier Transform-Infrared Spectroscopy- Attenuated Total Reflectance), a type of infrared spectroscopy.

以下、偏光FT-IR-ATR法による分析方法について説明する。
波数が1640cm-1の光の吸収強度をT1とし、波数が1540cm-1の光の吸収強度をT2とする。吸収強度T1は、分子の長軸が延びる方向と直交する方向における吸収強度である。吸収強度T2は、分子の長軸が延びる方向における吸収強度である。このため、所定の偏光方向における吸光度比(T1/T2)が小さくなれば、その偏光方向に延びている分子が多いことが分かる。
The analysis method using the polarized FT-IR-ATR method will be described below.
The absorption intensity of light with a wave number of 1640 cm -1 is T1, and the absorption intensity of light with a wave number of 1540 cm -1 is T2. The absorption intensity T1 is the absorption intensity in a direction perpendicular to the direction in which the long axis of the molecule extends. The absorption intensity T2 is the absorption intensity in the direction in which the long axis of the molecule extends. Therefore, if the absorbance ratio (T1/T2) in a certain polarization direction is small, it can be seen that there are many molecules extending in that polarization direction.

そして、含水処理後の生体適合部材1を凍結乾燥させた試料について、偏光方向とのなす角度を変更しつつ、吸光度比(T1/T2)を測定する。値が最大となる吸光度比をR1とし、値が最小となる吸光度比をR2とする。例えば、吸光度比R2が得られる生体適合部材1の向きは、吸光度比R1が得られる生体適合部材1の向きに対して90°回転している。そして、比(R1/R2)を配向度パラメータとする。配向度パラメータ(R1/R2)が大きいほど、配向の程度が高い。 Then, for a sample obtained by freeze-drying the biocompatible material 1 after the hydration treatment, the absorbance ratio (T1/T2) is measured while changing the angle with the polarization direction. The absorbance ratio with the maximum value is designated as R1, and the absorbance ratio with the minimum value is designated as R2. For example, the orientation of the biocompatible material 1 at which the absorbance ratio R2 is obtained is rotated 90° relative to the orientation of the biocompatible material 1 at which the absorbance ratio R1 is obtained. The ratio (R1/R2) is then designated as the orientation parameter. The larger the orientation parameter (R1/R2), the higher the degree of orientation.

含水処理後の生体適合部材1を凍結乾燥させた試料においては、配向度パラ-メータ(R1/R2)の値は約1.10であった。このように、含水処理後の生体適合部材1においては、繊維11が配向していることが確認された。 In a sample obtained by freeze-drying the biocompatible material 1 after the hydration treatment, the orientation parameter (R1/R2) was approximately 1.10. In this way, it was confirmed that the fibers 11 were oriented in the biocompatible material 1 after the hydration treatment.

(示差走査熱量測定)
含水処理前の積層シート10b、及び、含水処理後の生体適合部材1を凍結乾燥させた試料について、示差走査熱量測定(Differential scanning calorimetry:DSC)を行った。
(Differential Scanning Calorimetry)
Differential scanning calorimetry (DSC) was performed on the laminate sheet 10b before the hydration treatment and on samples obtained by freeze-drying the biocompatible member 1 after the hydration treatment.

図8は、横軸に温度をとり、縦軸に熱流をとって、本試験例に係る積層シート及び生体適合部材の示差走査熱量測定結果を示すグラフである。
図9は、示差走査熱量測定結果を示す表である。
なお、図9には、比較として、未処理のコラーゲンパウダーの測定結果も示している。コラーゲンパウダーは、本来のコラーゲン分子の構造である3重らせん構造を有している。
FIG. 8 is a graph showing the results of differential scanning calorimetry of the laminate sheet and biocompatible component according to this test example, with the horizontal axis representing temperature and the vertical axis representing heat flow.
FIG. 9 is a table showing the differential scanning calorimetry results.
For comparison, the measurement results of untreated collagen powder are also shown in Figure 9. Collagen powder has a triple helix structure, which is the original structure of collagen molecules.

図8及び図9に示すように、積層シート10b及び生体適合部材1には、20℃以上100℃以下の温度範囲において第1の吸熱ピークP1が出現し、200℃以上240℃以下の温度範囲において第2の吸熱ピークP2が出現した。これは、高次元、すなわち、立体的な分子構造を持つコラーゲン分子が加熱により分解される際の吸熱反応に起因していると推定される。したがって、吸熱ピークP1及びP2の存在により、加熱前の積層シート10b及び生体適合部材1において、コラーゲン分子の分子構造が、本来の高次元構造であることが推定される。 As shown in Figures 8 and 9, in the laminate sheet 10b and the biocompatible component 1, a first endothermic peak P1 appeared in the temperature range of 20°C to 100°C, and a second endothermic peak P2 appeared in the temperature range of 200°C to 240°C. This is presumed to be due to an endothermic reaction that occurs when collagen molecules, which have a high-dimensional, i.e., three-dimensional, molecular structure, are decomposed by heating. Therefore, the presence of endothermic peaks P1 and P2 suggests that the molecular structure of collagen molecules in the laminate sheet 10b and the biocompatible component 1 before heating is the original high-dimensional structure.

また、積層シート10bの吸熱ピークP1の熱量よりも、生体適合部材1の吸熱ピークP1の熱量の方が大きかった。具体的には、積層シート10bの吸熱ピークP1は16~19J/g程度であり、試料1sの吸熱ピークP1は27J/g程度であった。これは、コラーゲン分子の3重らせん構造が維持されていることを示唆している。 The heat quantity of the endothermic peak P1 of the biocompatible component 1 was greater than that of the endothermic peak P1 of the laminated sheet 10b. Specifically, the endothermic peak P1 of the laminated sheet 10b was approximately 16 to 19 J/g, while the endothermic peak P1 of the sample 1s was approximately 27 J/g. This suggests that the triple helix structure of the collagen molecules was maintained.

(圧縮弾性率)
生体適合部材1について、圧縮弾性率を測定した。生体適合部材1の厚さは、0.3mm、0.9mm、1.3mm、1.9mmの4水準とし、各水準について、3つの試料を作製し、測定した。
(Compressive Elastic Modulus)
The compressive elastic modulus was measured for the biocompatible member 1. The thickness of the biocompatible member 1 was set to four levels, 0.3 mm, 0.9 mm, 1.3 mm, and 1.9 mm, and three samples were prepared for each level and measured.

図10は、本試験例に係る生体適合部材の圧縮弾性率の測定結果を示す表である。
図10に示すように、12個の試料の測定結果において、圧縮弾性率は7.5~74.8kPaであった。
FIG. 10 is a table showing the measurement results of the compressive elastic modulus of the biocompatible component according to this test example.
As shown in FIG. 10, the compressive elastic modulus of the twelve samples was 7.5 to 74.8 kPa.

(動的粘弾性測定)
生体適合部材1について、動的粘弾法により粘弾性-周波数曲線を測定した。生体適合部材1の厚さは、0.3mm、0.9mm、1.3mm、1.9mmの4水準とし、温度は室温とした。生体適合部材1に正弦波力を印加し、弾性率を測定した。正弦波力の周波数は1~100Hzとした。
(Dynamic viscoelasticity measurement)
The viscoelasticity-frequency curve of the biocompatible member 1 was measured by dynamic viscoelasticity. The thickness of the biocompatible member 1 was set to four levels, 0.3 mm, 0.9 mm, 1.3 mm, and 1.9 mm, and the temperature was room temperature. A sinusoidal wave force was applied to the biocompatible member 1, and the elastic modulus was measured. The frequency of the sinusoidal wave force was set to 1 to 100 Hz.

図11(a)は、横軸に周波数をとり縦軸に貯蔵弾性率をとって、本試験例に係る生体適合部材の貯蔵弾性率-周波数曲線を示すグラフであり、(b)は、横軸に周波数をとり縦軸に損失弾性率をとって、本試験例に係る生体適合部材の損失弾性率-周波数曲線を示すグラフである。 Figure 11 (a) is a graph showing the storage modulus-frequency curve of the biocompatible material of this test example, with frequency on the horizontal axis and storage modulus on the vertical axis, and (b) is a graph showing the loss modulus-frequency curve of the biocompatible material of this test example, with frequency on the horizontal axis and loss modulus on the vertical axis.

図11(a)及び(b)に示すように、測定した周波数範囲の全域において、貯蔵弾性率が損失弾性率よりも高かった。このため、生体適合部材1は弾性体としての性質が強いといえる。 As shown in Figures 11(a) and (b), the storage modulus was higher than the loss modulus over the entire measured frequency range. Therefore, it can be said that the biocompatible material 1 has strong elastic properties.

(生体内における構造変化)
生体適合部材1を生体内に配置した場合に、生体から受ける応力による生体適合部材1の構造変化をシミュレートした。具体的には、生体適合部材1について、グルタールアルデヒドでコラーゲンを架橋し、未凍結状態においてカミソリで切断した。カミソリから受ける剪断力は、生体適合部材1が生体内で受ける応力を模擬している。次に、冷却SEMにより、氷を昇華させ、切断面の表面をSEMで観察した。
(Structural changes in vivo)
A simulation was performed to simulate structural changes in the biocompatible component 1 due to stress from the living body when the biocompatible component 1 is placed in the living body. Specifically, collagen in the biocompatible component 1 was crosslinked with glutaraldehyde, and the biocompatible component 1 was cut with a razor while in an unfrozen state. The shear force from the razor simulated the stress that the biocompatible component 1 would experience in the living body. Next, the ice was sublimated using a cooling SEM, and the surface of the cut surface was observed with the SEM.

図12は、上述の処理後の生体適合部材1の切断面を示す表面SEM写真である。
図12に示すように、生体適合部材1の切断面には、層10間の隙間16が観察された。これは、カミソリによる切断により、生体適合部材1に厚さ方向(Z方向)の剪断力を印加されたため、層10同士がずれたためと考えられる。一方、凍結・高真空状態においてナイフで割断して形成される断面においては、層10間の隙間16が観察されることはなかった。
FIG. 12 is a surface SEM photograph showing a cut surface of the biocompatible component 1 after the above-mentioned treatment.
12, gaps 16 between the layers 10 were observed on the cut surface of the biocompatible component 1. This is believed to be because the layers 10 were displaced from each other due to the shear force applied to the biocompatible component 1 in the thickness direction (Z direction) when it was cut with a razor. On the other hand, no gaps 16 between the layers 10 were observed on the cross section formed by cutting with a knife in a frozen and high vacuum state.

次に、シート状の生体適合部材1を直径5mmの試験片に打ち抜いた。この試験片を、4つのグループに分けてPS培養シャーレに入れ、以下の4条件において保管した。そして、保管の前後で試験片の変化を観察した。 Next, the sheet-like biocompatible material 1 was punched out into test pieces with a diameter of 5 mm. These test pieces were divided into four groups and placed in PS culture dishes and stored under the following four conditions. The changes in the test pieces before and after storage were then observed.

条件1:試験片を生理食塩水に浸漬させて5℃の温度で保管
条件2:試験片を生理食塩水に浸漬させて37℃の温度で保管
条件3:試験片をFBS(Fetal bovine serum:ウシ胎児血清)に浸漬させて5℃の温度で保管
条件4:試験片をFBSに浸漬させて37℃の温度で保管
Condition 1: The test specimen was immersed in physiological saline and stored at 5°C. Condition 2: The test specimen was immersed in physiological saline and stored at 37°C. Condition 3: The test specimen was immersed in FBS (Fetal bovine serum) and stored at 5°C. Condition 4: The test specimen was immersed in FBS and stored at 37°C.

その結果、浸漬液の種類に関わらず37℃の高温環境において層10間の剥離が観察された。一方、5℃の低温環境において、層10間の剥離は観察されなかった。 As a result, peeling between layers 10 was observed in a high-temperature environment of 37°C, regardless of the type of immersion liquid. On the other hand, no peeling between layers 10 was observed in a low-temperature environment of 5°C.

これらの結果により、生体適合部材1においては、層10同士の結合力が層10内における繊維11同士の結合力よりも弱いことが示された。また、生体内において、生体適合部材1に応力や熱が加わると、層10間に隙間16が形成されることが推定された。上述の如く、この隙間16内に細胞が進入すると、生体適合部材1と生体との融合性が向上する。 These results indicate that in the biocompatible component 1, the bonding strength between the layers 10 is weaker than the bonding strength between the fibers 11 within the layers 10. It was also estimated that when stress or heat is applied to the biocompatible component 1 in a living body, gaps 16 are formed between the layers 10. As described above, when cells enter these gaps 16, the fusion between the biocompatible component 1 and the living body is improved.

(ラットの皮下移植)
生体適合部材1をラットの皮下に移植し、その後の状態を目視で観察した。その結果、移植して1~2日後には、生体適合部材1はゲル状となり、弾性が喪失した。移植して7日後には、生体適合部材1は消失した。この間、炎症等の拒絶反応は観察されなかった。
(Subcutaneous implantation in rats)
The biocompatible material 1 was implanted subcutaneously into a rat, and the condition was then visually observed. As a result, 1-2 days after implantation, the biocompatible material 1 became gel-like and lost its elasticity. 7 days after implantation, the biocompatible material 1 disappeared. During this time, no rejection reaction such as inflammation was observed.

以上説明した実施形態によれば、生体適合性が高く取り扱いが容易である生体適合材料及びその製造方法を実現することができる。 The above-described embodiment makes it possible to realize a biocompatible material that is highly biocompatible and easy to handle, and a method for producing the same.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

1:生体適合部材
10:層
10a:堆積層
10b:積層シート
11:繊維
12:集積体
13:水
15:ボイド
16:隙間
101:製造装置
102:ノズル
103:ローラ
104:電源
110:原料液
112:基材
113:ウエス
115:容器
116:水
117:密閉袋
118:ポンプ
119:チャンバ
120:空気
121:チャンバ
122:水
P1、P2:吸熱ピーク
1: Biocompatible material 10: Layer 10a: Deposited layer 10b: Laminated sheet 11: Fiber 12: Assembly 13: Water 15: Void 16: Gap 101: Manufacturing device 102: Nozzle 103: Roller 104: Power source 110: Raw material liquid 112: Substrate 113: Rag 115: Container 116: Water 117: Sealed bag 118: Pump 119: Chamber 120: Air 121: Chamber 122: Water P1, P2: Endothermic peak

Claims (6)

コラーゲンを含む繊維同士が結合した集積体と、
前記繊維間に含まれる水と、
を備え、
前記水の含有率が40質量%以上90質量%以下であり、
表面に直径が10μm以上のボイドが1個/mm以上の密度で形成されており、
複数の層を有し、
前記層同士の結合力は前記層内における前記繊維同士の結合力よりも弱く、
前記層内において、前記繊維は配向しており、
隣り合う2つの前記層における前記繊維の配向方向は相互に交差している生体適合部材。
An aggregate in which collagen -containing fibers are bonded to each other;
Water contained between the fibers;
Equipped with
The water content is 40% by mass or more and 90% by mass or less,
Voids having a diameter of 10 μm or more are formed on the surface at a density of 1/mm2 or more ,
It has multiple layers,
The bonding strength between the layers is weaker than the bonding strength between the fibers within the layers;
Within the layer, the fibers are oriented,
A biocompatible component in which the orientation directions of the fibers in two adjacent layers cross each other .
凍結乾燥後に示差走査熱量測定法によって分析したときに、20℃以上100℃以下の温度範囲において第1の吸熱ピークが出現し、200℃以上240℃以下の温度範囲において第2の吸熱ピークが出現し、前記第1の吸熱ピークの吸熱量が前記第2の吸熱ピークの吸熱量の10倍以上である請求項記載の生体適合部材。 2. The biocompatible component according to claim 1, wherein when analyzed by differential scanning calorimetry after freeze-drying, a first endothermic peak appears in a temperature range of 20°C or higher and 100°C or lower, a second endothermic peak appears in a temperature range of 200°C or higher and 240°C or lower, and the amount of heat absorbed by the first endothermic peak is 10 times or more greater than the amount of heat absorbed by the second endothermic peak. 各前記層内において、前記繊維は配向しており、隣り合う繊維同士が直線状に結合している請求項1または2に記載の生体適合部材。 The biocompatible component according to claim 1 or 2 , wherein in each of the layers, the fibers are oriented and adjacent fibers are bonded to each other linearly. 圧縮弾性率が5kPa以上である請求項1~のいずれか1つに記載の生体適合部材。 4. The biocompatible component according to claim 1, which has a compressive modulus of elasticity of 5 kPa or more . 貯蔵弾性率が損失弾性率よりも高い請求項1~のいずれか1つに記載の生体適合部材。 5. The biocompatible component according to claim 1, wherein the storage modulus is higher than the loss modulus. 波数が1640cm-1である光の吸収強度をT1とし、波数が1540cm-1である光の吸収強度をT2とし、吸光度比をT1/T2とし、偏光方向とのなす角度を変更し測定した場合に得られる最大の前記吸光度比をR1とし、偏光方向とのなす角度を変更し測定した場合に得られる最小の前記吸光度比をR2とし、配向度パラメータをR1/R2とし、凍結乾燥後に表面を偏光FT-IR-ATR法により分析した場合に、前記配向度パラメータが1.05以上である請求項1~のいずれか1つに記載の生体適合部材。 The biocompatible material according to any one of claims 1 to 5, wherein the absorption intensity of light having a wave number of 1640 cm -1 is T1, the absorption intensity of light having a wave number of 1540 cm -1 is T2, the absorbance ratio is T1/T2, the maximum absorbance ratio obtained when the angle with the polarization direction is changed and measured is R1, and the minimum absorbance ratio obtained when the angle with the polarization direction is changed and measured is R2, and the orientation parameter is R1/R2, and when the surface is analyzed by polarized FT-IR-ATR method after freeze-drying, the orientation parameter is 1.05 or more .
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