JP7738261B2 - Transfer mold and method for manufacturing transfer mold - Google Patents
Transfer mold and method for manufacturing transfer moldInfo
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Description
本発明は、転写用金型及び転写用金型の製造方法に関する。 The present invention relates to a transfer mold and a method for manufacturing a transfer mold.
生体適合材料を用いて、細胞培養基材、再生医療用の足場材料(例えば、軟骨・骨・脊椎・髄核・靭帯・角膜実質・皮膚・口腔粘膜・歯肉・歯根膜・血管・神経・肝臓組織の再生材料)、移植用材料、創傷被覆用材料、骨補填剤、止血用材料、癒着防止用材料、薬物送達担体等の医療機器や材料が種々開発されている。 A variety of medical devices and materials have been developed using biocompatible materials, including cell culture substrates, scaffolding materials for regenerative medicine (e.g., materials for regenerating cartilage, bone, spine, nucleus pulposus, ligament, corneal stroma, skin, oral mucosa, gums, periodontal ligament, blood vessels, nerves, and liver tissue), transplant materials, wound dressing materials, bone filling agents, hemostatic materials, adhesion prevention materials, and drug delivery carriers.
細胞や組織と生体適合材料との間の相互作用を誘起又は増強させるために、生体適合材料の表面に凹凸やホール、マイクロパターン等の微細構造を形成することがある。表面構造は、生体適合材料に付与しようとしている構造と相補的な構造を有するモールドと生体適合材料の表面とを接触させ、モールドの相補構造を生体適合材料の表面に転写することで形成される。モールドの相補構造の形成に、インクジェット技術やリソグラフィー技術の応用が検討されている(例えば、特開2016-533244号公報参照)。 In order to induce or enhance interactions between cells or tissues and biocompatible materials, microstructures such as irregularities, holes, and micropatterns may be formed on the surface of the biocompatible material. Surface structures are formed by contacting the surface of the biocompatible material with a mold having a structure complementary to the structure to be imparted to the biocompatible material, and then transferring the complementary structure of the mold to the surface of the biocompatible material. The application of inkjet technology and lithography technology to the formation of the complementary structure of the mold is being considered (see, for example, JP 2016-533244 A).
上記技術によれば、モールドの相補構造の転写により生体適合材料の表面に単純な(半)球面や直線的なマイクロパターンを形成することができる。しかしながら、ヒトの組織や臓器は単純な球面や直線で構成されているわけではなく、曲線と曲面とが複雑に組み合わされて構成される。例えば再生医療用製品等に用いられる生体適合材料の細胞と接触する面は曲面であることが自然であるにも関わらず、培養皮膚等の足場材における上皮細胞層との界面は平坦であったり直線的な凹凸であったりすることが多い。この場合、培養した組織が足場材に定着せず、浮きや剥離が生じてしまい、実用に耐え得る培養組織を得ることができないおそれがある。 The above technology makes it possible to form simple (semi)spherical or linear micropatterns on the surface of biocompatible materials by transferring the complementary structure of a mold. However, human tissues and organs are not composed of simple spheres or straight lines, but rather of complex combinations of curved and curved surfaces. For example, while the surface of biocompatible materials used in regenerative medical products that comes into contact with cells is naturally curved, the interface with the epithelial cell layer in scaffolds such as cultured skin is often flat or has linear irregularities. In such cases, the cultured tissue may not adhere to the scaffold, resulting in floating or peeling, making it difficult to obtain cultured tissue suitable for practical use.
また、生体適合材料への表面構造転写用のモールドには、その構成材料として低毒性、加工容易性、強度、耐久性等が要求される。しかし、低毒性の材料の開発には多くの困難が伴う。また、強度や耐久性を高めようとすると、加工容易性が低下する。従来の材料ではそれらの特性をバランスよく、かつ十分なレベルで満足するまでには至っていない。 Moreover, molds used to transfer surface structures to biocompatible materials require low toxicity, ease of processing, strength, durability, and other characteristics from their constituent materials. However, developing low-toxicity materials poses many challenges. Furthermore, attempts to increase strength and durability result in a decrease in processability. Conventional materials have not yet achieved a balanced and sufficient level of these properties.
本発明の目的は、生体適合材料の表面に生体模倣的な曲面で形成された表面構造を転写可能であるとともに材料面で安定かつ安全な転写用金型及びそのような転写用金型を効率的に製造可能な転写金型の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a transfer mold that can transfer a surface structure formed by a biomimetic curved surface onto the surface of a biocompatible material, and that is stable and safe in terms of the material, as well as a method for manufacturing such a transfer mold that can be efficiently produced.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討したところ、下記構成を採用することにより上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するにいたった。 The inventors conducted extensive research to solve the above problems and discovered that the above objectives could be achieved by adopting the following configuration, leading to the completion of the present invention.
本発明は、一実施形態において、
被転写物へ表面構造を転写するための転写用金型であって、
前記転写用金型は、ステンレス基板と、前記ステンレス基板の表面に形成された転写用表面構造とを有し、
前記転写用表面構造は、前記ステンレス基板の表面の法線方向に沿ってみた際、前記ステンレス基板の内部に向かう内部方向に凹状の凹曲面、前記内部方向とは反対の外部方向に凸状の凸曲面、又はこれらの組み合わせを有し、
前記凹曲面の少なくとも一部、又は前記凸曲面の少なくとも一部には、曲面の曲率が変化する肩部が形成されている転写用金型に関する。
In one embodiment, the present invention provides
A transfer mold for transferring a surface structure to a transfer target,
the transfer mold has a stainless steel substrate and a transfer surface structure formed on a surface of the stainless steel substrate;
the surface structure for transfer has, when viewed along a normal direction to the surface of the stainless steel substrate, a concave curved surface that is concave in an inward direction toward the inside of the stainless steel substrate, a convex curved surface that is convex in an outward direction opposite to the inward direction, or a combination thereof;
The transfer mold has a shoulder portion formed on at least a part of the concave curved surface or at least a part of the convex curved surface, where the curvature of the curved surface changes.
本発明は、別の実施形態において、
上記転写用金型の製造方法であって、
ステンレス基板の表面に対しレーザを照射して転写用表面構造を形成する工程
を含む転写用金型の製造方法に関する。
In another embodiment, the present invention provides
The method for manufacturing the transfer mold includes:
The present invention relates to a method for manufacturing a transfer mold, which includes a step of irradiating a laser onto the surface of a stainless steel substrate to form a transfer surface structure.
当該転写用金型では、ステンレス基板の表面に形成された転写用表面構造が、内部方向に凹状の凹曲面、外部方向に凸状の凸曲面、又はこれらの組み合わせを有している。しかも当該転写用金型においては、それらの単純な曲面だけでなく、凹曲面の少なくとも一部、又は凸曲面の少なくとも一部には、曲面の曲率が変化する肩部が形成されている。従って、当該転写用金型の転写用表面構造を被転写物の表面に接触させるだけで、被転写物に生体模倣的な複雑な曲面を付与することができる。また、転写用金型の構成材料としてステンレスを用いているので、低毒性、加工容易性、強度、耐久性等を高いレベルで発揮することができる。 In this transfer mold, the transfer surface structure formed on the surface of the stainless steel substrate has a concave curved surface that is concave inward, a convex curved surface that is convex outward, or a combination of these. Furthermore, in this transfer mold, not only are these simple curved surfaces formed, but at least a portion of the concave curved surface or at least a portion of the convex curved surface has a shoulder portion where the curvature of the curved surface changes. Therefore, simply by bringing the transfer surface structure of the transfer mold into contact with the surface of the object to be transferred, a complex biomimetic curved surface can be imparted to the object to be transferred. Furthermore, because stainless steel is used as the constituent material of the transfer mold, it exhibits high levels of low toxicity, ease of processing, strength, durability, etc.
当該転写用金型の製造方法によれば、複雑な工程を経ることなく、ステンレス基板の表面に対しレーザを照射するだけで転写用表面構造を形成することができる。従って、従来のインクジェット技術やリソグラフィー技術ではなし得なかった生体模倣的な複雑な転写用表面構造を有する転写用金型を効率的に製造することができる。 This method for manufacturing a transfer mold allows for the formation of a transfer surface structure simply by irradiating a laser onto the surface of a stainless steel substrate, without any complicated processes. Therefore, it is possible to efficiently manufacture transfer molds with complex, biomimetic transfer surface structures that could not be achieved using conventional inkjet or lithography technologies.
本発明の一実施形態に係る転写用金型及び転写用金型の製造方法について、図面を参照しつつ以下に説明する。本発明はこれらの実施形態に限定されない。図の一部又は全部において、説明に不要な部分は省略し、また説明を容易にするために拡大又は縮小等して図示した部分がある。図面を参照しながら言及される上下等の位置関係を示す用語は、単に説明を容易にするために用いられており、本発明の構成を限定する意図は一切ない。 A transfer mold and a method for manufacturing a transfer mold according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to these embodiments. In some or all of the figures, parts not necessary for the explanation have been omitted, and some parts have been enlarged or reduced in size to facilitate explanation. Terms indicating positional relationships, such as up and down, referred to with reference to the figures are used solely to facilitate explanation and are in no way intended to limit the configuration of the present invention.
《転写用金型》
図1は、本発明の一実施形態に係る転写用金型を模式的に示す斜視図である。図2は、図1のA-A線一部拡大断面図である。図3Aは、転写用表面構造が有する凹曲面の一例を模式的に示す一部拡大断面図であり、図3Bは、転写用表面構造が有する凸曲面の一例を模式的に示す一部拡大断面図である。
<Transfer mold>
Fig. 1 is a perspective view schematically showing a transfer mold according to one embodiment of the present invention. Fig. 2 is a partially enlarged cross-sectional view taken along line A-A in Fig. 1. Fig. 3A is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing an example of a concave curved surface of the transfer surface structure, and Fig. 3B is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing an example of a convex curved surface of the transfer surface structure.
転写用金型1は、被転写物へ表面構造を転写するための転写用金型である。転写方法については後述する。転写用金型1は、ステンレス基板2と、ステンレス基板2の表面3に形成された転写用表面構造4とを有する。図1に示す転写用金型1では、ステンレス基板2の表面3の一部(図1中、ステンレス基板2の上面の一部)に転写用表面構造4が形成されているものの、これに限定されず、ステンレス基板2の表面3の全面に転写用表面構造4が形成されていてもよい。 The transfer mold 1 is a transfer mold for transferring a surface structure to a transfer target object. The transfer method will be described later. The transfer mold 1 has a stainless steel substrate 2 and a transfer surface structure 4 formed on the surface 3 of the stainless steel substrate 2. In the transfer mold 1 shown in Figure 1, the transfer surface structure 4 is formed on a portion of the surface 3 of the stainless steel substrate 2 (a portion of the upper surface of the stainless steel substrate 2 in Figure 1), but this is not limited thereto, and the transfer surface structure 4 may also be formed on the entire surface 3 of the stainless steel substrate 2.
ステンレス基板2は、転写用金型1の本体部分を構成する部材であり、ステンレス鋼からなる。ステンレス基板2の形状は、代表的には図1に示すような板状であるものの、これに限定されない。後述のように、ステンレス基板2の表面3に転写用表面構造4を形成するには、ステンレス基板2の表面3に対しレーザを照射するだけでよいので、ステンレス基板2の形状を問わずにレーザ加工を行うことができる。ステンレス基板2の他の形状としては、被転写物への転写操作が可能である限り、立方体状、直方体状、線状、棒状、球状、筒状等の任意の形状を採用することができる。被転写物への表面構造への転写方法に応じて適宜の形状を採用すればよい。 The stainless steel substrate 2 is a component that constitutes the main body of the transfer mold 1 and is made of stainless steel. The shape of the stainless steel substrate 2 is typically plate-like as shown in Figure 1, but is not limited to this. As described below, forming the transfer surface structure 4 on the surface 3 of the stainless steel substrate 2 simply requires irradiating the surface 3 of the stainless steel substrate 2 with a laser, so laser processing can be performed regardless of the shape of the stainless steel substrate 2. Other shapes of the stainless steel substrate 2 can be any shape, such as a cube, rectangular parallelepiped, linear, rod-like, spherical, or cylindrical, as long as they can be transferred to the object to be transferred. An appropriate shape can be adopted depending on the method for transferring the surface structure to the object to be transferred.
ステンレス鋼としては特に限定されず、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼又はこれらの組み合わせのいずれであってもよい。 The stainless steel is not particularly limited, and may be martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, austenitic-ferritic stainless steel, precipitation hardening stainless steel, or a combination thereof.
転写用表面構造4は、図2に示すように、ステンレス基板2の表面3の法線方向zに沿ってみた際、ステンレス基板2の内部に向かう内部方向Dinに凹状の凹曲面41、前記内部方向Dinとは反対の外部方向Doutに凸状の凸曲面42、又はこれらの組み合わせを有する。図2の実施形態においては、転写用表面構造4は凹曲面41と凸曲面42とを組み合わせて有するものの、これに限定されず、図3Aに示すように凹曲面51のみを有していてもよく、図3Bに示すように凸曲面52を有していてもよい。さらに、ステンレス基板2の表面3に形成した転写用表面構造4の一部の領域は凹曲面41、51のみを有し、転写用表面構造4の残部の領域は凸曲面42、52のみを有していてもよい。 As shown in Figure 2, when viewed along the normal direction z of the surface 3 of the stainless steel substrate 2, the transfer surface structure 4 has a concave curved surface 41 that is concave in the inward direction D in toward the inside of the stainless steel substrate 2, a convex curved surface 42 that is convex in the outward direction D out opposite the inward direction D in , or a combination thereof. In the embodiment of Figure 2, the transfer surface structure 4 has a combination of a concave curved surface 41 and a convex curved surface 42, but is not limited to this. It may have only a concave curved surface 51 as shown in Figure 3A, or a convex curved surface 52 as shown in Figure 3B. Furthermore, a portion of the transfer surface structure 4 formed on the surface 3 of the stainless steel substrate 2 may have only the concave curved surfaces 41, 51, and the remaining region of the transfer surface structure 4 may have only the convex curved surfaces 42, 52.
転写用表面構造4において、凹曲面41、51は、ステンレス基板2の表面3に形成された所定深さを有する複数の微細孔部の一部であることが好ましい。凸曲面42、52は、ステンレス基板2の表面3に形成された所定高さを有する複数の微細突起部の一部であることが好ましい。中でも、凸曲面は、外部方向Doutに凸状のドーム型凸部の少なくとも一部の表面であることが好ましい。 In the transfer surface structure 4, the concave curved surfaces 41, 51 are preferably part of a plurality of micropores having a predetermined depth formed on the surface 3 of the stainless steel substrate 2. The convex curved surfaces 42, 52 are preferably part of a plurality of microprotrusions having a predetermined height formed on the surface 3 of the stainless steel substrate 2. In particular, the convex curved surfaces are preferably at least part of the surface of dome-shaped protrusions that are convex in the outward direction D out .
転写用表面構造4において、微細孔部及び/又は微細突起部は、三角格子点状又は四角格子点状に形成されていることが好ましい。微細孔部の深さや形成ピッチ、及び微細突起部の高さや形成ピッチは、被転写物に転写しようとしている目的の表面構造(マイクロパターン)に応じて適宜設定することができる。微細孔部の深さや形成ピッチは、互いに同一でも異なっていてもよく、微細突起部の高さや形成ピッチも互いに同一でも異なっていてもよい。微細孔部及び/又は微細突起部の形成ピッチ(上記格子点間の距離)の下限としては、50μmが好ましく、100μmがより好ましく、150μmがさらに好ましく、200μmが特に好ましい。上記形成ピッチの上限としては、800μmが好ましく、500μmがより好ましく、300μmがさらに好ましく、250μmが特に好ましい。 In the transfer surface structure 4, the micropores and/or microprotrusions are preferably formed in the form of triangular lattice points or square lattice points. The depth and formation pitch of the micropores, and the height and formation pitch of the microprotrusions can be set appropriately depending on the target surface structure (micropattern) to be transferred to the transfer target object. The depth and formation pitch of the micropores may be the same or different from each other, and the height and formation pitch of the microprotrusions may also be the same or different from each other. The lower limit of the formation pitch of the micropores and/or microprotrusions (the distance between the lattice points) is preferably 50 μm, more preferably 100 μm, even more preferably 150 μm, and particularly preferably 200 μm. The upper limit of the formation pitch is preferably 800 μm, more preferably 500 μm, even more preferably 300 μm, and particularly preferably 250 μm.
本実施形態においては、図2、図3A、図3Bに示すように、凹曲面41、51や凸曲面42、52だけでなく、前記凹曲面41、51の少なくとも一部、又は前記凸曲面42、52の少なくとも一部には、それらの曲面の曲率が変化する肩部41s、42s、51s、52sが形成されている。転写用表面構造4がこのような肩部41s、42s、51s、52sを有することで、転写用表面構造4に単純な球面や平面、曲面では得られない生体模倣的な複雑な形状を付与することができる。 In this embodiment, as shown in Figures 2, 3A, and 3B, not only are the concave surfaces 41, 51 and the convex surfaces 42, 52 formed, but also shoulder portions 41s, 42s, 51s, and 52s are formed on at least a portion of the concave surfaces 41, 51 or at least a portion of the convex surfaces 42, 52, where the curvature of the curved surfaces changes. By providing the transfer surface structure 4 with such shoulder portions 41s, 42s, 51s, and 52s, it is possible to impart to the transfer surface structure 4 a complex biomimetic shape that cannot be obtained with a simple spherical, flat, or curved surface.
肩部41s、42s、51s、52sは、それらが形成されている曲面の曲率が変化する部分であり、曲面(凹曲面及び凸曲面の両方を含む。)の外表面から外部方向Doutに向かって隆起した部分である。詳細には、例えば図2に示す凸曲面42に着目した場合、ステンレス基板2の表面に対する法線方向zで凸曲面42が一方の端部(例えば頂部)から他方の端部(例えば底部)まで連続的かつ単調に繋がっていると仮定した場合の面(図2中、肩部42sの麓の両端を結ぶ破線を含む面)に対して外部方向Doutに向かって凸曲面42が変位することで生じる隆起が肩部42sである。凹曲面41についても同様に、ステンレス基板2の表面に対する法線方向zで凹曲面41が一方の端部から他方の端部まで連続的かつ単調に繋がっていると仮定した場合の面(図2中、肩部41sの麓の両端を結ぶ破線を含む面)に対して外部方向Doutに向かって凹曲面41が変位することで生じる隆起が肩部41sである。 The shoulders 41s, 42s, 51s, and 52s are portions of the curved surface where they are formed that change in curvature, and are portions that protrude from the outer surface of the curved surface (including both concave and convex curved surfaces) toward the outward direction Dout . Specifically, for example, when focusing on the convex curved surface 42 shown in Fig. 2, the shoulders 42s are protrusions that result from the displacement of the convex curved surface 42 toward the outward direction Dout relative to a plane (a plane including a dashed line connecting both ends of the base of the shoulder 42s in Fig. 2) that would result if the convex curved surface 42 were continuously and monotonically connected from one end (e.g., the top) to the other end (e.g., the bottom ) in the normal direction z to the surface of the stainless steel substrate 2. Similarly, with regard to the concave curved surface 41, the shoulder 41 s is a protrusion that is generated by displacement of the concave curved surface 41 toward the outward direction D out relative to a surface (a surface including a dashed line connecting both ends of the base of the shoulder 41 s in FIG. 2 ) that is assumed to be continuously and monotonously connected from one end to the other end in the normal direction z to the surface of the stainless steel substrate 2.
図3Aに示すように、転写用表面構造4が凹曲面51のみを有する場合も、凹曲面51は肩部51sを有している。凹曲面51が連続的かつ単調に繋がったと仮定した場合の面に対して凹曲面51が外部方向Doutに向かって変位することで肩部51sが形成される。図3Bに示すように、転写用表面構造4が凸曲面52のみを有する場合も、凸曲面52は肩部52sを有している。凸曲面52が連続的かつ単調に繋がったと仮定した場合の面に対して凸曲面52が外部方向Doutに向かって変位することで肩部52sが形成される。 As shown in Figure 3A, even when the transfer surface structure 4 has only a concave curved surface 51, the concave curved surface 51 has a shoulder 51s. The shoulder 51s is formed by the concave curved surface 51 being displaced in the outward direction Dout relative to a surface that would be assumed to be continuously and monotonically connected. As shown in Figure 3B, even when the transfer surface structure 4 has only a convex curved surface 52, the convex curved surface 52 also has a shoulder 52s. The shoulder 52s is formed by the convex curved surface 52 being displaced in the outward direction Dout relative to a surface that would be assumed to be continuously and monotonically connected.
転写用金型1では、凹曲面41の少なくとも一部、又は凸曲面42の少なくとも一部に、曲面の曲率が変化する肩部41s、42sが形成されていればよく、全ての凹曲面又は凸曲面に肩部が形成されている必要はない。また、曲面に肩部が形成されている場合、図2、図3A及び図3Bに示したように、1つの曲面における肩部の数は1個に限定されず、2個でも3個以上であってもよい。 In the transfer mold 1, it is sufficient that shoulders 41s, 42s, where the curvature of the curved surface changes, are formed on at least a portion of the concave curved surface 41 or at least a portion of the convex curved surface 42; shoulders do not have to be formed on all concave or convex curved surfaces. Furthermore, when shoulders are formed on a curved surface, the number of shoulders on one curved surface is not limited to one, as shown in Figures 2, 3A, and 3B, and may be two, three, or more.
肩部は、図2に示す断面において、必ずしも外部方向Doutに凸状となり極値を有するような形状となる必要はない。隆起が連続的かつ単調に繋がったと仮定した場合の曲面(以下、「仮想曲面」ともいう。)から変位して形成されている限り、それらの隆起は肩部に含まれる。例えば微細突起部の高さに対する肩部の高さ(隆起を与える曲面の仮想曲面からの最大変位量)の割合の下限は、1%が好ましく、3%がより好ましく、5%がさらに好ましい。上記割合の上限は、30%が好ましく、25%がより好ましく、20%がさらに好ましい。 The shoulder portion does not necessarily have to be convex in the outward direction Dout and have an extreme value in the cross section shown in Figure 2. As long as the protrusions are formed by deviating from a curved surface (hereinafter also referred to as a "virtual curved surface") that would be formed if the protrusions were continuously and monotonically connected, those protrusions are included in the shoulder portion. For example, the lower limit of the ratio of the height of the shoulder portion to the height of the micro-protrusions (the maximum amount of displacement from the virtual curved surface that gives rise to the protrusion) is preferably 1%, more preferably 3%, and even more preferably 5%. The upper limit of the ratio is preferably 30%, more preferably 25%, and even more preferably 20%.
ステンレス基板2を平面視した際(図1に示すステンレス基板2を上方から見た場合)、肩部42sは、微細突起部の外表面(凸曲面42)の全周にわたって形成されていてもよく、外表面の一部に形成されていてもよい。 When the stainless steel substrate 2 is viewed in plan view (when the stainless steel substrate 2 shown in Figure 1 is viewed from above), the shoulder portion 42s may be formed around the entire outer surface (convex curved surface 42) of the micro-protrusion, or may be formed on only a portion of the outer surface.
転写用表面構造4の最大高さRzは特に限定されないものの、その下限は10μmであることが好ましく、20μmであることがより好ましく、30μmであることがさらに好ましく、50μmであることが特に好ましい。最大高さRzの上限は、500μmであることが好ましく、300μmであることがより好ましく、200μmであることがさらに好ましく、150μmであることが特に好ましい。転写用表面構造4の最大高さRzを上記範囲とすることで、被転写物への表面構造の転写を効率的に行うことができる。最大高さRzは、JIS B 0601-2001に準拠して測定することができる。 While there are no particular limitations on the maximum height Rz of the transfer surface structure 4, the lower limit is preferably 10 μm, more preferably 20 μm, even more preferably 30 μm, and particularly preferably 50 μm. The upper limit of the maximum height Rz is preferably 500 μm, more preferably 300 μm, even more preferably 200 μm, and particularly preferably 150 μm. By keeping the maximum height Rz of the transfer surface structure 4 within the above range, the surface structure can be efficiently transferred to the transfer target object. The maximum height Rz can be measured in accordance with JIS B 0601-2001.
転写用金型1の表面3には、親水処理、疎水処理、硬化処理、離型処理等の適宜の表面処理を行ってもよい。 The surface 3 of the transfer mold 1 may be subjected to appropriate surface treatments such as hydrophilic treatment, hydrophobic treatment, hardening treatment, and release treatment.
《転写用金型の製造方法》
本実施形態に係る転写用金型の製造方法は、ステンレス基板の表面に対しレーザを照射して転写用表面構造を形成する工程を含む。本実施形態は、転写用表面構造の形成にステンレス基板の表面に対するレーザ照射を採用しているので、曲面に肩部が形成された転写用表面構造を有する転写用金型を効率的かつ簡便に製造することができる。従来のインクジェット技術やリソグラフィー技術では、転写用表面構造における凹曲面又は凸曲面の形成は液滴噴射やマイクロパターン形成後のエッチングによる一体的な加工により可能であるものの、曲面における肩部はそれらの技術によっても形成が困難であった構造である。転写用表面構造の曲面における肩部の形成は、レーザの種類、レーザの照射条件(出力、パルス幅、繰り返し周波数、走査速度)、ステンレス基板の硬度や結晶性、レーザ照射時のステンレス基板の温度、加工時間等を適宜制御することで行うことができる。
<<Manufacturing method of transfer mold>>
The method for manufacturing a transfer mold according to this embodiment includes a step of irradiating a surface of a stainless steel substrate with a laser to form a transfer surface structure. This embodiment employs laser irradiation of the surface of the stainless steel substrate to form the transfer surface structure, thereby enabling efficient and simple manufacture of a transfer mold having a transfer surface structure with a shoulder formed on the curved surface. Conventional inkjet and lithography techniques can form concave or convex curved surfaces in a transfer surface structure by integral processing such as droplet injection or etching after micropattern formation, but shoulders on curved surfaces are difficult to form even with these techniques. The formation of shoulders on the curved surface of a transfer surface structure can be achieved by appropriately controlling the type of laser, laser irradiation conditions (output, pulse width, repetition frequency, scanning speed), the hardness and crystallinity of the stainless steel substrate, the temperature of the stainless steel substrate during laser irradiation, processing time, etc.
具体的には、レーザ照射装置に目的とする転写用表面構造のデータを入力し、レーザをステンレス基板2の表面3に対して走査しながら照射することで加工することができる。ステンレス基板2をxyzステージ上に載置し、ステンレス基板2側を三次元的に移動させてもよい。例えば、凸曲面を与える微細突起部を四角格子状に形成する場合、レーザ照射により複数の溝部を四角格子状に形成すればよい。必要に応じて、レーザ照射を繰り返し行うことで所定形状の転写用表面構造を得ることができる。 Specifically, data for the desired transfer surface structure is input into a laser irradiation device, and the surface 3 of the stainless steel substrate 2 is irradiated with a laser while scanning it. The stainless steel substrate 2 may be placed on an xyz stage, and the stainless steel substrate 2 side may be moved three-dimensionally. For example, when forming micro-protrusions that give a convex curved surface in a square lattice pattern, multiple grooves may be formed in a square lattice pattern by irradiating with a laser. A transfer surface structure of the desired shape can be obtained by repeating laser irradiation as necessary.
レーザ照射による加工は、光熱加工であってもアブレーション加工であってもよいものの、ステンレス基板表面の低損傷やデブリ発生抑制等の観点から、アブレーション加工が好ましい。 The processing using laser irradiation can be either photothermal processing or ablation processing, but ablation processing is preferred from the standpoint of minimizing damage to the stainless steel substrate surface and suppressing debris generation.
照射するレーザとしては、ステンレス基板への加工が可能な限り特に限定されないものの、加工速度や形状制御性、加工精度、アブレーション加工が可能である等の観点から、ピコ秒レーザであることが好ましい。 The laser to be irradiated is not particularly limited as long as it can process stainless steel substrates, but a picosecond laser is preferred from the standpoints of processing speed, shape controllability, processing accuracy, and the ability to perform ablation processing.
ピコ秒レーザの照射条件としては、転写用表面構造の曲面における肩部の形成に適した条件を設定すればよい。出力の下限としては10mWが好ましく、50mWがより好ましく、90mWがさらに好ましい。出力の上限としては、150mWが好ましいものの、130Wであってもよく、110mWであってもよい。パルス幅の下限としては、1psが好ましく、3psがより好ましく、5psがさらに好ましく、10psが特に好ましい。パルス幅の上限としては、30psが好ましく、25psがより好ましく、20psがさらに好ましい。繰り返し周波数の下限としては、1kHzが好ましく、10kHzがより好ましく、20kHzがさらに好ましい。繰り返し周波数の上限としては、100kHzが好ましく、80kHzがより好ましく、50kHzがさらに好ましい。 The irradiation conditions for the picosecond laser should be set to conditions suitable for forming a shoulder on the curved surface of the transfer surface structure. The lower limit of the output is preferably 10 mW, more preferably 50 mW, and even more preferably 90 mW. The upper limit of the output is preferably 150 mW, but may be 130 W or 110 mW. The lower limit of the pulse width is preferably 1 ps, more preferably 3 ps, even more preferably 5 ps, and particularly preferably 10 ps. The upper limit of the pulse width is preferably 30 ps, more preferably 25 ps, and even more preferably 20 ps. The lower limit of the repetition frequency is preferably 1 kHz, more preferably 10 kHz, and even more preferably 20 kHz. The upper limit of the repetition frequency is preferably 100 kHz, more preferably 80 kHz, and even more preferably 50 kHz.
レーザ照射後、洗浄、乾燥、表面処理等の各種処理を行ってもよい。レーザ照射及び任意の後工程を行うだけで、生体模倣的で複雑な形状の転写用表面構造を有する転写用金型を効率的かつ簡便に製造することができる。 After laser irradiation, various processes such as cleaning, drying, and surface treatment may be performed. By simply performing laser irradiation and any optional post-processing, it is possible to efficiently and easily manufacture transfer molds with biomimetic, complex surface structures for transfer.
《転写方法》
転写用金型を用いる被転写物への表面構造の転写方法は、少なくとも、転写用金型の転写用表面構造と被転写物とを接触させる工程を含む。これにより、転写用金型の転写用表面構造と相補的な表面構造が被転写物に転写される。接触の態様は、被転写物の材料や性状に応じて適宜選択することができる。被転写物が固形状である場合、転写用金型と被転写物とを好ましくは加圧下で接触させることで転写することができる。必要に応じて、被転写物の軟化点を超える温度まで加熱した状態で接触又は押圧してもよい。被転写物が固形化(ゲル化を含む。)可能な液状又は半固形状である場合、転写用金型と被転写物とを接触させた状態で固形化処理(例えば、加熱、放射線照射等)を行うことで転写することができる。
<Transfer Method>
A method for transferring a surface structure to a transfer target using a transfer mold includes at least a step of contacting the transfer target surface structure of the transfer mold with the transfer target. As a result, a surface structure complementary to the transfer target surface structure of the transfer mold is transferred to the transfer target. The manner of contact can be selected appropriately depending on the material and properties of the transfer target. When the transfer target is solid, transfer can be achieved by contacting the transfer mold and the transfer target, preferably under pressure. If necessary, contact or pressing can be performed while heated to a temperature above the softening point of the transfer target. When the transfer target is liquid or semi-solid and can be solidified (including gelation), transfer can be achieved by performing a solidification treatment (e.g., heating, radiation exposure, etc.) while the transfer mold and the transfer target are in contact.
前記被転写物は、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、フィブリン、フィブリノーゲン、アルギン酸、アガロース、キトサン、キチン、セルロース、ペクチン、デンプン、ラミニン、グルテン、カゼイン、アルブミン、ビトロネクチン、テネイシン、エンタクチン(ナイトジェン)、ヘパラン硫酸プロテオグリカン(パールカン)、ポリ(アクリル酸)及びその誘導体、ポリ(エチレンオキシド)及びその共重合体、ポリ(ビニルアルコール)、ポリホスファゼン、並びにマトリゲルからなる群より選択される1種又は2種以上を含む足場材料であることが好ましい。幹細胞が局在する微細環境(ニッチ)は三次元的に構成され、力学的な勾配(凹凸)がある環境が生理学的にヒト組織/臓器に類似しているとされる。例えば、ヒトの上皮/結合組織界面にある凹凸(乳頭様)マイクロパターンを足場材料上に再現することができれば、より生体に類似する生理学的な細胞応答が得られ、再生医療への応用、発展が期待される。転写用金型は、生体模倣的で複雑な形状の転写用表面構造を有していることから、被転写物としての足場材料に上述のようなヒト組織に類似する微細構造を再現することができ、再生医療等への応用に寄与し得る。 The transfer target material is preferably a scaffold material containing one or more selected from the group consisting of collagen, gelatin, hyaluronic acid, fibrin, fibrinogen, alginate, agarose, chitosan, chitin, cellulose, pectin, starch, laminin, gluten, casein, albumin, vitronectin, tenascin, entactin (night gene), heparan sulfate proteoglycan (perlecan), poly(acrylic acid) and its derivatives, poly(ethylene oxide) and its copolymers, poly(vinyl alcohol), polyphosphazene, and Matrigel. The microenvironment (niche) in which stem cells reside is three-dimensional, and an environment with a mechanical gradient (unevenness) is considered physiologically similar to human tissues/organs. For example, if the uneven (papilla-like) micropattern at the human epithelium/connective tissue interface could be reproduced on a scaffold material, physiological cellular responses more similar to those in vivo could be obtained, potentially facilitating applications and development in regenerative medicine. The transfer mold has a biomimetic, complex surface structure for transfer, making it possible to reproduce a microstructure similar to that of human tissue as described above on the scaffold material to be transferred, which could contribute to applications in regenerative medicine, etc.
足場材料としてコラーゲンゲルを用いる場合の表面構造の転写方法を説明する。当該方法の好適な一形態は、ゲル形成用コラーゲン水溶液と転写用金型とを接触させ、必要に応じて残存間隙の空気を脱気した後、所定時間接触状態を保持することによって、表面に所定の表面構造を有する線維化コラーゲンゲルを作製する方法である。 This section describes a method for transferring a surface structure when using collagen gel as a scaffold material. One suitable form of this method involves contacting a gel-forming collagen aqueous solution with a transfer mold, degassing any remaining air in the gaps as necessary, and then maintaining this contact state for a predetermined period of time to produce a fibrous collagen gel with the desired surface structure.
線維化コラーゲンゲルの原料となるコラーゲンの種類は特に限定されないが、生体内での存在量が多いI型コラーゲンが好ましく、抗原決定基であるテロペプタイドが除去されたアテロコラーゲンがより好ましい。また、通常、哺乳類、魚介類、鳥類、爬虫類等の生物原料由来のコラーゲンが使用されうるが、ヒトと共通のウイルスを有しない魚介類由来のコラーゲンが好適に用いられる。特に、魚類由来のコラーゲンが好適であり、採取部位としては鱗、皮等が挙げられる。鱗は、魚臭の原因となる脂質など不純物が少なく、純度が高いコラーゲンが得られることが利点である。 While there are no particular limitations on the type of collagen used as the raw material for the fibrous collagen gel, type I collagen, which is abundant in the body, is preferred, and atelocollagen, from which the antigenic determinant telopeptides have been removed, is even more preferred. Collagen derived from biological sources such as mammals, seafood, birds, and reptiles can usually be used, but collagen derived from seafood, which does not share viruses with humans, is preferred. Collagen derived from fish is particularly preferred, and examples of fish-derived collagen include scales and skin. Scales have the advantage of being low in impurities such as lipids that cause a fishy odor, allowing for the production of highly pure collagen.
なお、本願明細書において、「コラーゲン」とは、3重螺旋構造を有するコラーゲン分子及びこのコラーゲン分子からなる会合体や集合体を意味し、3重螺旋構造が解けた熱変性コラーゲン(ゼラチン)及びコラーゲンペプチドは含まれない。 In this specification, "collagen" refers to collagen molecules with a triple helix structure and aggregates or assemblies of these collagen molecules, and does not include thermally denatured collagen (gelatin) or collagen peptides in which the triple helix structure has been broken.
生体組織に含まれるコラーゲンを可溶化して可溶化コラーゲン水溶液を得る方法として、酵素で可溶化処理する方法、希酸で抽出処理する方法、アルカリで可溶化処理する方法等が知られている。本願明細書において、特に断らない限り、「可溶化コラーゲン水溶液」とは、任意の処理方法によって可溶化されたコラーゲン水溶液のことを指すものとする。 Known methods for solubilizing collagen contained in biological tissue to obtain a solubilized collagen aqueous solution include solubilization treatment with enzymes, extraction treatment with dilute acid, and solubilization treatment with alkali. In this specification, unless otherwise specified, the term "solubilized collagen aqueous solution" refers to an aqueous collagen solution solubilized by any processing method.
可溶化コラーゲン水溶液に緩衝液等の線維化剤を添加して、可溶化コラーゲン水溶液を適度なイオン強度及びpHとすると、コラーゲン分子が配向して、生体内のコラーゲン線維に類似した構造をとることにより、一定の形状を有するコラーゲンゲルが得られる。このコラーゲンゲルは「線維化コラーゲンゲル」と称される。また、本願明細書では、線維化コラーゲンゲルの形成に適したイオン強度とpHとを具備させた可溶化コラーゲン水溶液を「ゲル形成用コラーゲン水溶液」と称する。 When a fibrous agent such as a buffer solution is added to a solubilized collagen aqueous solution to adjust the solubilized collagen aqueous solution to an appropriate ionic strength and pH, the collagen molecules orient and assume a structure similar to collagen fibers found in vivo, resulting in a collagen gel with a specific shape. This collagen gel is called a "fibrous collagen gel." Furthermore, in this specification, a solubilized collagen aqueous solution with an ionic strength and pH suitable for forming a fibrous collagen gel is called a "gel-forming collagen aqueous solution."
ゲル形成用コラーゲン水溶液は、可溶化コラーゲン水溶液に、線維化コラーゲンゲルの形成に適したイオン強度とpHとを具備させることによって得られるものである。具体的には、可溶化コラーゲン水溶液に線維化剤を添加することにより、イオン強度とpHとを調整する。線維化剤の好例は、生理食塩水、緩衝液、緩衝生理食塩水、酸性塩水溶液、中性塩水溶液、アルカリ性塩水溶液等である。当該水溶液のpHについては、例えばpH3~10の範囲内でコラーゲンの種類(酸可溶化コラーゲン、酵素可溶化コラーゲン、アルカリ可溶化コラーゲン等)に応じて適宜設定することが好ましい。一例として、酵素可溶化コラーゲンについては、pH6~8の範囲の緩衝液、緩衝生理食塩水、中性塩水溶液等を用いることが好ましい。緩衝液と緩衝生理食塩水の具体例として、リン酸緩衝液、トリス緩衝液、HEPES緩衝液、酢酸緩衝液、炭酸緩衝液、クエン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、ダルベッコリン酸緩衝生理食塩水(D-PBS)、トリス緩衝生理食塩水、HEPES緩衝生理食塩水等を挙げることができる。 A gel-forming collagen aqueous solution is obtained by providing a solubilized collagen aqueous solution with an ionic strength and pH suitable for forming a fibrous collagen gel. Specifically, the ionic strength and pH are adjusted by adding a fibrosing agent to the solubilized collagen aqueous solution. Suitable examples of fibrosing agents include saline, buffer solutions, buffered saline, acidic salt solutions, neutral salt solutions, and alkaline salt solutions. The pH of the aqueous solution is preferably set appropriately within a range of, for example, pH 3 to 10 depending on the type of collagen (acid-solubilized collagen, enzyme-solubilized collagen, alkali-solubilized collagen, etc.). For enzyme-solubilized collagen, for example, a buffer solution, buffered saline solution, or neutral salt solution with a pH range of 6 to 8 is preferably used. Specific examples of buffer solutions and buffered saline solutions include phosphate buffer, Tris buffer, HEPES buffer, acetate buffer, carbonate buffer, citrate buffer, phosphate-buffered saline (PBS), Dulbecco's phosphate-buffered saline (D-PBS), Tris-buffered saline, and HEPES-buffered saline.
ゲル形成用コラーゲン水溶液と転写用金型とを接触させる方法として、例えば、次の2つの方法が挙げられる。
(接触方法1):転写用金型を、その転写用表面構造を有する領域が上向きとなるように設置し、そこにゲル形成用コラーゲン水溶液を注入する方法。
(接触方法2):所定の容器内に収容したゲル形成用コラーゲン水溶液の上に、転写用金型を、その転写用表面構造を有する領域が下向きとなるようにして載置する方法。
なお、上記の接触方法1において、転写用金型だけではゲル形成用コラーゲン水溶液を保持できないときは、転写用金型を取り囲む所定の枠や容器を用いることが好ましい。
As a method for bringing the gel-forming collagen aqueous solution into contact with the transfer mold, for example, the following two methods can be mentioned.
(Contact method 1): A method in which a transfer mold is placed with the area having the transfer surface structure facing upward, and an aqueous collagen solution for gel formation is poured into the area.
(Contact method 2): A method in which a transfer mold is placed on top of a gel-forming collagen aqueous solution contained in a specified container, with the area having the transfer surface structure facing downward.
In the above contact method 1, when the transfer mold alone is not able to hold the gel-forming collagen aqueous solution, it is preferable to use a predetermined frame or container that surrounds the transfer mold.
ゲル形成用コラーゲン水溶液と転写用金型との接触において、意図しない残存間隙ができたときは、脱気によって残存間隙に存在する空気を除去することが好ましい。転写用金型の窪み部にゲル形成用コラーゲン水溶液がその粘性により入り込み難い場合や、転写用金型の窪み部にゲル形成用コラーゲン水溶液を均一に注入することが困難な場合などに、脱気は有効な手段である。脱気の方法は、特に限定されることはなく、アスピレーター、真空ポンプ、真空乾燥機等を用いる公知の方法を使用することができる。脱気においては、転写用金型を固定したり、ゲル形成用コラーゲン水溶液に対して圧迫したりする等の適当な措置を施すことが望ましい。 If unintended residual gaps form during contact between the gel-forming collagen aqueous solution and the transfer mold, it is preferable to remove the air present in the residual gaps by degassing. Degassing is an effective method when the gel-forming collagen aqueous solution is difficult to penetrate into the recesses of the transfer mold due to its viscosity, or when it is difficult to uniformly pour the gel-forming collagen aqueous solution into the recesses of the transfer mold. There are no particular limitations on the degassing method, and known methods using an aspirator, vacuum pump, vacuum dryer, etc. can be used. When degassing, it is desirable to take appropriate measures such as fixing the transfer mold or applying pressure to the gel-forming collagen aqueous solution.
残存間隙に存在する空気の除去程度は、目的とする表面構造が線維化コラーゲンゲルに付与されるように適宜設定すればよく、必ずしも当該空気を完全に除去することを要しない。すなわち、転写用金型の転写用表面構造と相補的な表面構造が線維化コラーゲンゲルに完全に転写される必要はない。 The degree to which air present in the remaining gaps is removed can be appropriately determined so that the desired surface structure is imparted to the fibrous collagen gel, and it is not necessary to completely remove the air. In other words, it is not necessary for the surface structure complementary to the transfer surface structure of the transfer mold to be completely transferred to the fibrous collagen gel.
可溶化コラーゲン水溶液に、線維化コラーゲンゲルの形成に適したイオン強度とpHとを具備させてから線維化コラーゲンゲルを形成させるまでの間は、例えば15~30℃の温度(ただし、コラーゲンの変性温度未満)で一定時間保持することが好ましい。保持時間としては、例えば、6~24時間である。 After the solubilized collagen aqueous solution is given an ionic strength and pH suitable for forming a fibrous collagen gel, it is preferable to hold the solution at a temperature of, for example, 15 to 30°C (but below the collagen denaturation temperature) for a certain period of time until the fibrous collagen gel is formed. The holding time is, for example, 6 to 24 hours.
ゲル化反応と並行して又はゲル化反応後、必要に応じて、γ線照射、電子線照射、U
V照射又はプラズマ照射等の放射線照射又は電離線照射による架橋を行ってもよい。あるいは、カルボジイミド架橋剤(例えば、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩)等を用いる化学的架橋を行ってもよい。
In parallel with or after the gelation reaction, γ-ray irradiation, electron beam irradiation, U irradiation, etc. may be performed as necessary.
Crosslinking may be performed by irradiation with radiation such as V irradiation or plasma irradiation, or by ionizing radiation irradiation. Alternatively, chemical crosslinking may be performed using a carbodiimide crosslinking agent (for example, 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride).
線維化コラーゲンゲルにおいて、例えば、倍率10,000倍の走査電子顕微鏡で観察したときに、無数のファイバー状構造体が存在していれば、線維化コラーゲンが存在していることを確認できる。また、線維化コラーゲンがD周期を有することの確認は一般に走査電子顕微鏡では容易とは言えないが、線維化コラーゲンの一部分にでもD周期が確認されれば、線維化コラーゲン全体がD周期を有すると判断しても概ね差し支えない。 When observing a fibrous collagen gel with a scanning electron microscope at, for example, 10,000x magnification, the presence of numerous fibrous structures can be confirmed. Furthermore, although it is generally not easy to confirm that fibrous collagen has a D period using a scanning electron microscope, if a D period is confirmed in even a portion of the fibrous collagen, it is generally safe to conclude that the entire fibrous collagen has a D period.
以下、本発明に関して実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below using examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as it does not depart from the gist of the invention.
《転写用金型の製造》
<実施例1>
ステンレス基板として、縦40mm×横50mm×厚さ0.4mmのステンレス鋼板(SUS316L-H)を用意した。ステンレス鋼板の一方の面の中央付近の17mm×17mmの領域にレーザ照射を行い、転写用表面構造を形成した。転写用表面構造としては、高さ130μm程度の微細突起部が四角格子状に7225個(85個×85個)、形成ピッチ0.2mmで形成されるように設計した。図4Aに設計したマイクロパターンの一部拡大図を示し、図4Bに図4Aの広角図を示し、図4Cに設計パターンのA1-B1線断面図を示す。この設計パターンに従ってレーザ照射を行った。レーザは、波長532nmのピコ秒パルスレーザであり、照射条件としては、出力100mW、パルス幅15ps、繰り返し周波数20kHz、走査速度1mm/sであった。図5Aに得られた転写用表面構造の平面視でのSEM写真(100倍)を示し、図5Bに転写用表面構造を一部拡大したSEM写真(300倍)を示す。また、転写用表面構造における微細突起部を斜めにスキャンした際の形状プロファイルを図5Cに示す。図5A、5B、5Cからも明らかなように、得られた転写用表面構造では、微細突起部として外部方向に凸状のドーム型凸部が形成されたことともに、ドーム型凸部の側面にあたる曲面には肩部が形成されていたことが分かる。
<<Manufacturing of transfer molds>>
Example 1
A stainless steel plate (SUS316L-H) measuring 40 mm long, 50 mm wide, and 0.4 mm thick was prepared as the stainless steel substrate. A 17 mm x 17 mm area near the center of one side of the stainless steel plate was irradiated with laser light to form a surface structure for transfer. The surface structure for transfer was designed to have 7,225 microprotrusions (85 x 85) approximately 130 μm high formed in a square lattice pattern with a formation pitch of 0.2 mm. Figure 4A shows an enlarged view of a portion of the designed micropattern, Figure 4B shows a wide-angle view of Figure 4A, and Figure 4C shows a cross-sectional view of the design pattern taken along line A1-B1. Laser irradiation was performed according to this design pattern. The laser was a picosecond pulse laser with a wavelength of 532 nm, and the irradiation conditions were an output of 100 mW, a pulse width of 15 ps, a repetition frequency of 20 kHz, and a scanning speed of 1 mm/s. Figure 5A shows a planar SEM photograph (100x magnification) of the resulting transfer surface structure, and Figure 5B shows a partially enlarged SEM photograph (300x magnification) of the transfer surface structure. Figure 5C shows the shape profile of the micro-protrusions in the transfer surface structure when scanned obliquely. As is clear from Figures 5A, 5B, and 5C, the resulting transfer surface structure has dome-shaped protrusions that are convex outward as the micro-protrusions, and shoulders are formed on the curved surfaces corresponding to the side surfaces of the dome-shaped protrusions.
<比較例1>
実施例1と同じステンレス鋼板を用意し、リソグラフィー技術により四角柱状の微細突起部(上面寸法100μm×100μm)を四角格子状に形成した。図6に得られた四角柱状の微細突起部を有する転写用金型のSEM写真(100倍)を示す。比較例1の転写用金型では肩部が形成されなかったことが分かる。
<Comparative Example 1>
The same stainless steel plate as in Example 1 was prepared, and square pillar-shaped micro-projections (top surface dimensions: 100 μm × 100 μm) were formed in a square lattice pattern using lithography. Figure 6 shows an SEM photograph (100x magnification) of the resulting transfer mold having square pillar-shaped micro-projections. It can be seen that no shoulders were formed in the transfer mold of Comparative Example 1.
《コラーゲンゲルへの表面構造の転写》
ティラピアの鱗から製造された多木化学(株)製「セルキャンパス FD-08G」(凍結乾燥品)をpH3のHCl溶液に溶解した後、コラーゲン濃度1.1%、pH3に調整して、無色透明の可溶化コラーゲン水溶液を得た。転写用表面構造を有する領域が上向きとなるように設置した実施例1の転写用金型の上に、中央部に穴を設けたシリコン板(厚さ2.5mm)を載置した。この穴は直径17mmの円形であり、穴の中心部分に転写用金型の転写用表面構造を有する領域が配置されるように、シリコン板を載置した。
<Transfer of surface structure to collagen gel>
"Cellcampus FD-08G" (lyophilized product) manufactured by Taki Chemical Industry Co., Ltd., which was produced from tilapia scales, was dissolved in an HCl solution of pH 3, and the collagen concentration was then adjusted to 1.1% and the pH to 3, yielding a colorless, transparent aqueous solution of solubilized collagen. A silicon plate (2.5 mm thick) with a hole in its center was placed on top of the transfer mold of Example 1, which had been placed so that the area having the surface structure for transfer was facing upward. This hole was circular and had a diameter of 17 mm, and the silicon plate was placed so that the area of the transfer mold having the surface structure for transfer was located in the center of the hole.
次に、シリコン板の穴に対し、可溶化コラーゲン水溶液の9容量部と10倍濃度のダルベッコリン酸緩衝生理食塩水(D-PBS)の1容量部とを混合した混合液を、0.78mL流し込んだ。上記混合液は、転写用金型の転写用表面構造の窪み部分に容易に入り込んだ。その後、25℃で12時間保持して線維化コラーゲンゲル(0.78g、コラーゲン濃度1質量%)を得た。転写用金型からの線維化コラーゲンゲルの取り外しは容易であり、また、転写用金型には何らの付着物もなかった。 Next, 0.78 mL of a mixture of 9 parts by volume of the solubilized collagen aqueous solution and 1 part by volume of 10x Dulbecco's phosphate-buffered saline (D-PBS) was poured into the holes in the silicon plate. The mixture easily filled the recesses in the transfer surface structure of the transfer mold. It was then held at 25°C for 12 hours to obtain a fibrous collagen gel (0.78 g, collagen concentration 1% by mass). The fibrous collagen gel was easily removed from the transfer mold, and no residue remained on the transfer mold.
転写用金型の転写用表面構造を有する領域と接触していた線維化コラーゲンゲルの表面をSEM写真にて確認したところ、転写用表面構造と相補的で複雑な表面構造が形成された領域を有していることを確認した。図7に、実施例1の転写用金型を用いて得られた線維化コラーゲンゲルの表面構造のSEM写真(狭視野(左)300倍;広視野(右)100倍)を示す。 SEM photographs of the surface of the fibrous collagen gel that had been in contact with the area of the transfer mold that had the surface structure for transfer were confirmed to contain areas with complex surface structures that were complementary to the surface structure for transfer. Figure 7 shows SEM photographs (narrow field of view (left) 300x; wide field of view (right) 100x) of the surface structure of the fibrous collagen gel obtained using the transfer mold of Example 1.
実施例1の転写用金型に代えて比較例1の転写用金型を用いて、同様に線維化コラーゲンゲルの表面への表面構造の転写を行った。図8に、比較例1の転写用金型を用いて得られた線維化コラーゲンゲルの表面構造のSEM写真(狭視野(左)300倍;広視野(右)30倍)を示す。 The surface structure was similarly transferred to the surface of a fibrous collagen gel using the transfer mold of Comparative Example 1 instead of the transfer mold of Example 1. Figure 8 shows SEM photographs (narrow field of view (left) 300x; wide field of view (right) 30x) of the surface structure of a fibrous collagen gel obtained using the transfer mold of Comparative Example 1.
《細胞培養試験》
実施例1及び比較例1の各転写用金型を用いて得られた平面視円形(直径17mm)の各線維化コラーゲンゲルを細胞培養基材(足場材料)として、以下の手順により、細胞培養試験を実施した。なお、各細胞培養基材の厚みは、約2.5mmであった。また、細胞は、新潟大学医歯学総合病院の口腔外科を受診した患者の口腔粘膜上皮由来の初代培養細胞を用いた。この実験は、新潟大学歯学部倫理委員会の承認を受けて行った。
Cell culture test
Using the transfer molds of Example 1 and Comparative Example 1, circular fibrous collagen gels (17 mm in diameter in plan view) were used as cell culture substrates (scaffolding materials) to conduct cell culture tests according to the following procedure. Each cell culture substrate had a thickness of approximately 2.5 mm. Primary cultured cells derived from the oral mucosal epithelium of patients who visited the Department of Oral Surgery at Niigata University Medical and Dental Hospital were used. This experiment was approved by the Ethics Committee of the Niigata University School of Dentistry.
(Day 0)
12wellプレートに、各細胞培養基材を収容した。なお、各線維化コラーゲンゲルについては、表面構造を有する面を上面とした。これを1wellあたり1μg/μLzのIV型コラーゲン水溶液25μLとリン酸緩衝液500μLの混合液でコーティングした後、4℃で一晩静置した。
(Day 1)
上記口腔粘膜上皮由来初代培養細胞と培地A(EpiLife(登録商標)Thermo Fisher Scientific社)にEDGS(EpiLife Defined Growth Supplements)を添加し1.2mM Ca++(high calcium)とした培地)とを混合して細胞懸濁液を調製した。当該細胞懸濁液1mLを用いて、1×106cells/wellとなるように上記線維化コラーゲンゲルの表面に播種した後、3.8mLの培地Aをwell内に注入し、総培地量を4.8mLとした。その後、液相培養(Submerged Culture)にて培養4日目(Day 4)まで毎日培地交換した。
(Day 4)
気相-液相界面培養(air-liquid interface culture)に移行し、1日おきに培地交換した。当該培養を培養11日目(Day 11)まで継続した。
(Day 11)
各細胞培養基材を取り出し、4%パラホルムアルデヒドに一晩浸漬(4℃)することにより、得られた培養組織を固定した。
その後、パラフィン包埋したものに常法によるヘマトキシリン・エオジン(HE)染色を施して、光学顕微鏡による形態観察に供した。
(Day 0)
Each cell culture substrate was placed in a 12-well plate. For each fibrous collagen gel, the surface with the surface structure was placed on top. Each well was coated with a mixture of 25 μL of 1 μg/μL type IV collagen aqueous solution and 500 μL of phosphate buffer, and then left to stand overnight at 4°C.
(Day 1)
A cell suspension was prepared by mixing the oral mucosal epithelium-derived primary cultured cells with Medium A (EpiLife® Thermo Fisher Scientific) supplemented with EDGS (EpiLife Defined Growth Supplements) and 1.2 mM Ca++ (high calcium). 1 mL of the cell suspension was seeded onto the surface of the fibrous collagen gel at 1 x 10 cells/well, and 3.8 mL of Medium A was then poured into the well, bringing the total medium volume to 4.8 mL. The cells were then cultured in liquid phase (Submerged Culture), with the medium replaced daily until Day 4 of culture.
(Day 4)
The cells were then transferred to air-liquid interface culture, and the medium was changed every other day. The culture was continued until day 11 of culture.
(Day 11)
Each cell culture substrate was removed and immersed in 4% paraformaldehyde overnight (4°C) to fix the resulting cultured tissue.
Thereafter, the paraffin-embedded specimens were stained with hematoxylin and eosin (HE) by the usual method and subjected to morphological observation under an optical microscope.
(結果)
図9は、実施例1の転写用金型による転写を経た線維化コラーゲンゲルで得られた、HE染色を施した培養組織の断面を示す組織像である。図10は、比較例1の転写用金型による転写を経た線維化コラーゲンゲルで得られた、HE染色を施した培養組織の断面を示す組織像である。図9から、組織像において細胞培養基材(コラーゲンゲル製足場材料)の表面全体に連続した上皮層の形成が見られた。また、細胞培養基材の凹部において増殖した上皮脚様の細胞も見られ、乳頭様構造を有する生体の口腔粘膜上皮組織に類似した構造と言えるものであった。なお、実施例1の方が生体の口腔粘膜上皮組織により類似していた。一方、図10から、比較例1の転写用金型での線維化コラーゲンゲルの培養組織像については、付与した四角柱状の微細突起部は変形して押しつぶされ、扁平となり、生体の口腔粘膜上皮組織には類似していないものとなった。また、形成された培養組織が基材(足場材料)から剥離しやすいものであった。
(result)
Figure 9 is a histological image showing a cross section of HE-stained cultured tissue obtained from the fibrous collagen gel transferred using the transfer mold of Example 1. Figure 10 is a histological image showing a cross section of HE-stained cultured tissue obtained from the fibrous collagen gel transferred using the transfer mold of Comparative Example 1. From Figure 9, the formation of a continuous epithelial layer over the entire surface of the cell culture substrate (collagen gel scaffold material) was observed. Furthermore, epithelial leg-like cells proliferated in the recesses of the cell culture substrate, which could be said to have a structure similar to the oral mucosal epithelial tissue of a living body having a papilla-like structure. It should be noted that Example 1 was more similar to the oral mucosal epithelial tissue of a living body. On the other hand, from Figure 10, in the image of the cultured tissue of the fibrous collagen gel made using the transfer mold of Comparative Example 1, the applied square pillar-shaped microprotrusions were deformed, crushed, and flattened, dissimilar to the oral mucosal epithelial tissue of a living body. Furthermore, the formed cultured tissue was easily detached from the substrate (scaffold material).
1 転写用金型
2 ステンレス基板
3 ステンレス基板の表面
4 転写用表面構造
41、51 凹曲面
41s、51s 凹曲面に形成されている肩部
42、52 凸曲面
42s、52s 凸曲面に形成されている肩部
Din ステンレス基板の内部に向かう内部方向
Dout ステンレス基板の外部に向かう外部方向
z ステンレス基板の表面の法線方向
REFERENCE SIGNS LIST 1 Transfer mold 2 Stainless steel substrate 3 Surface of stainless steel substrate 4 Transfer surface structure 41, 51 Concave curved surface 41s, 51s Shoulder portion formed on concave curved surface 42, 52 Convex curved surface 42s, 52s Shoulder portion formed on convex curved surface D in: Inward direction toward the inside of the stainless steel substrate D out : Outward direction toward the outside of the stainless steel substrate z: Normal direction to the surface of the stainless steel substrate
Claims (6)
前記転写用金型は、ステンレス基板と、前記ステンレス基板の表面に形成された転写用表面構造とを有し、
前記転写用表面構造は、前記ステンレス基板の表面の法線方向に沿ってみた際、前記ステンレス基板の内部に向かう内部方向とは反対の外部方向に凸状の凸曲面を有し、
前記凸曲面の少なくとも一部には、曲面の曲率が変化する肩部が形成されており、
前記転写用表面構造の最大高さRzが10μm以上500μm以下である転写用金型。 A transfer mold for transferring a surface structure to a transfer target,
the transfer mold has a stainless steel substrate and a transfer surface structure formed on a surface of the stainless steel substrate;
the surface structure for transfer has a convex curved surface that is convex in an outward direction opposite to an inward direction toward the inside of the stainless steel substrate when viewed along a normal direction to the surface of the stainless steel substrate,
a shoulder portion is formed on at least a portion of the convex curved surface, the curvature of the curved surface changing ;
A transfer mold in which the maximum height Rz of the transfer surface structure is 10 μm or more and 500 μm or less .
ステンレス基板の表面に対しレーザを照射して転写用表面構造を形成する工程
を含む転写用金型の製造方法。 A method for manufacturing a transfer mold according to claim 1,
A method for manufacturing a transfer mold, comprising the step of irradiating a surface of a stainless steel substrate with a laser to form a transfer surface structure.
6. The method for manufacturing a transfer mold according to claim 5 , wherein the picosecond laser irradiation conditions are an output of 10 mW to 150 mW, a pulse width of 1 ps to 30 ps, and a repetition frequency of 1 kHz to 100 kHz.
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