折り畳み可能な構造体を含むデバイス
【課題】生物学的材料によって折り畳み可能な構造体デバイスと、該デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなるデバイス。前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、該ヒンジ構造は、生物学的材料が前記ヒンジ構造を跨いで前記ヒンジ構造の両岸を架橋できる寸法を有し、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される。前記デバイスの製造方法と、前記デバイス及び生物学的材料を含む、移植用デバイス及び分析用器具。
【解決手段】構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなるデバイス。前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、該ヒンジ構造は、生物学的材料が前記ヒンジ構造を跨いで前記ヒンジ構造の両岸を架橋できる寸法を有し、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される。前記デバイスの製造方法と、前記デバイス及び生物学的材料を含む、移植用デバイス及び分析用器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的材料によって折り畳み可能な構造体デバイスと、該デバイスの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
経皮経管血管形成術その他の低侵襲治療用デバイスとして、ＭＥＭＳ技術その他の微細加工技術を用いた細胞足場が注目される。従来技術で報告された細胞は、ＭＥＭＳ技術を用いて加工したパリレン製ステンシルを用いて、同一の培養容器の基質の細胞接着特性を逐次的に変化させることにより、特定のパターンで複数の細胞タイプの細胞が配置されるように細胞を接着させて混合培養することである（非特許文献１）。また、別のアプローチでは、微細加工された櫛状の構造体を複数用意して、それぞれの櫛状の構造体の表面に異なる細胞タイプの細胞を接着させておいたうえで、両方の構造体の櫛状部分が嵌合させることにより、所定の間隔を置いて複数の細胞タイプの細胞が配置されるように混合培養することである（非特許文献２）。しかし、これらの細胞足場は立体形状ではないため、血管閉塞の治療用デバイスであるステントやコイルのように体内臓器の立体的形態を修復又は補整するために利用することができない。
【０００３】
竹内らによって出願された特許文献１には、近接して配置された２個又は３個以上の平面状の細胞足場を跨ぐように細胞を播種することによって、細胞の伸展ないしは収縮によって発生する力によって前記細胞足場が引き起こされて、前記細胞を覆うように配置された、該細胞と、前記細胞足場とからなる立体的な集合体の作製が説明される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際出願第ＰＣＴ／ＪＰ２００９／６６４２７号出願明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｗｒｉｇｈｔ， Ｄ．ら、Ｌａｂ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ，７：１２７２（２００７）
【非特許文献２】Ｈｕｉ， Ｅ． Ｅ．及びＢｈａｔｉａ， Ｓ．Ｎ．、Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． Ｕ． Ｓ． Ａ．，１０４：５７２２（２００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらこれらの従来技術では、前記平面的な細胞足場どうしの立体的な位置関係、例えば、隣接する平面的な細胞足場の間の立体角を指定することはできない点が問題である。そこで、単に細胞の伸展ないしは収縮によって発生する力で平面的な細胞足場を立体的に配置させるだけでなく、隣接する平面的な細胞足場の間の位置関係を指定して立体的に配置させる技術を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなるデバイスを提供する。本発明のデバイスにおいて、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、該ヒンジ構造は、生物学的材料が前記ヒンジ構造を跨いで前記ヒンジ構造の両岸を架橋できる寸法を有し、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される。
【０００８】
本発明のデバイスにおいて、前記両岸の頂面の少なくとも一部は前記生物学的材料との接着を増強させる処理が施される場合がある。
【０００９】
本発明のデバイスにおいて、前記基材は剛性の高い素材でできており、前記構造体は、前記基材との間に設けられた遊離制御剤層基板からによって、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記構造体は応力を加えることによって前記基材から遊離される場合がある。
【００１０】
本発明のデバイスにおいて、前記基材は粘着力を備えた弾性の高い素材でできており、前記構造体は、前記粘着力によって、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記弾性基材の表面に保持され、前記構造体は前記弾性基材に応力を加えることによって該弾性基材から遊離される場合がある。
【００１１】
本発明のデバイスにおいて、前記デバイスの外表に露出した前記構造体は帯状で、前記ヒンジ構造は複数本が互いに平行に設けられ、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体が中空の立体形状となる場合がある。
【００１２】
本発明のデバイスにおいて、前記デバイスの外表に露出した前記構造体は、前記ヒンジ構造を折り目として多面体を展開した形状であり、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体は多面体の形状となる場合がある。
【００１３】
本発明のデバイスにおいて、前記デバイスの外表に露出した前記構造体は、前記ヒンジ構造を折り目として多面体を展開した形状が少なくとも２個以上前記ヒンジ構造を隔てて隣接する形状であり、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体は多面体が連続する形状となる場合がある。
【００１４】
本発明のデバイスにおいて、前記構造体の少なくとも一部には前記構造体の頂面から底面に達する貫通孔が設けられる場合がある。
【００１５】
本発明のデバイスにおいて、前記生物学的材料は複数の種類からなり、前記構造体にはそれぞれの種類の生物学的材料が特異的に前記ヒンジ構造を跨いで接着できる処理が施される場合がある。
【００１６】
本発明のデバイスにおいて、前記生物学的材料は、細胞か、収縮可能な高分子化合物かの場合がある。
【００１７】
本発明のデバイスにおいて、前記生物学的材料は、動物細胞の場合がある。
【００１８】
本発明のデバイスにおいて、前記構造体はポリパラキシリレンでできており、前記生体適合性ポリマー層は、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの層で、前記生物学的材料との接着を増強させる処理はＯ２プラズマ照射処理の場合がある。
【００１９】
本発明のデバイスにおいて、前記構造体は自己組織的に組み上がる機能を有する場合がある。
【００２０】
本発明のデバイスにおいて、前記自己組織的に組み上がる機能は、前記構造体の表面に凹陥部と凸出部とが設けられ、１個の構造体の表面の凹陥部が他の１個の構造体の表面の凸出部と相補的に嵌合することにより達成される場合がある。
【００２１】
前記自己組織的に組み上がる機能は、前記構造体の表面に親水性部分及び／又は疎水性部分が設けられ、１個の構造体の表面の親水性部分が他の１個の構造体の表面の親水性部分と接し、及び／又は、１個の構造体の表面の疎水性部分が他の１個の構造体の表面の疎水性部分と接することにより達成されることを特徴とする場合がある。
【００２２】
本発明は、本発明のデバイスと、生物学的材料とを含む、生体移植用器具を提供する。
【００２３】
本発明の生体移植用器具は、前記デバイスから遊離させた前記構造体を患者の体内に移植し、該患者由来の生物学的材料を前記構造体に接着させて、前記生物学的材料の収縮によって前記構造体が折り畳まれるように用いられる場合がある。
【００２４】
本発明は、本発明のデバイスと、生物学的材料とを含む、分析用器具を提供する。
【００２５】
本発明は、構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなり、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、前記基材は剛性の高い素材でできており、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される、デバイスの製造方法を提供する。本発明のデバイスの製造方法は、前記基材の上に遊離制御剤層を形成するステップと、該遊離制御剤層の上に第１の樹脂層を形成するステップと、第１の樹脂層の上に、前記ヒンジ構造を含む前記構造体の形状に対応するように配置される第２の樹脂層を形成するステップと、第２の樹脂層の上に、第３の樹脂層を形成するステップと、第３の樹脂層の上に、前記ヒンジ構造を含まない前記構造体の形状に対応するように保護層を形成するステップと、該保護層で覆われないで第３の樹脂層が露出する部分について、前記遊離制御剤層と、第１ないし第３の樹脂層とを除去して基材を露出させるステップと、前記露出した基材の上と、前記保護層の上とに、生体適合性ポリマー層を形成するステップと、前記保護層と、該保護層の上に形成された生体適合性ポリマー層とを除去するステップとを含む。
【００２６】
本発明は、構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなり、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、前記基材は粘着力を備えた弾性の高い素材でできており、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される、デバイスの製造方法を提供する。本発明のデバイスの製造方法は、前記ヒンジ構造を含む構造体と基板とが支持部を介して一体となるように成形するステップと、前記基板と一体に成形された構造体を、前記ヒンジ構造が設けられた面が露出するように前記基材に押し付けて、前記構造体を前記基材の表面に圧着させる押圧力により前記支持部を破壊するとともに、前記構造体を前記基材の表面に保持し、前記基板から分離させるステップと、前記基材に保持された前記構造体の上に保護層を形成するステップと、前記基材の上と、前記保護層の上とに、生体適合性ポリマー層を形成するステップと、前記保護層と、該保護層の上に形成された生体適合性ポリマー層とを除去するステップとを含む。
【００２７】
前記本発明のデバイスの製造方法において、前記構造体を前記基材の表面に圧着させるステップと、前記基板から分離させるステップとは、複数の構造体について別々に実施され、前記複数の構造体のうちの１つが保持された基材に他の構造体が保持された基材を押し付けることにより、前記複数の構造体の１つの表面に前記他の構造体が接着された立体的な形状の構造体が形成されるステップを含む場合がある。
【００２８】
前記本発明のデバイスの製造方法において、前記保持させるステップの前に、前記生物学的材料と前記構造体との接着を増強させる処理を施すステップを含む場合がある。
【００２９】
本発明は、生体移植用器具の製造方法を提供する。本発明の生体移植用器具の製造方法は、本発明のデバイスと、生物学的材料とを用意するステップと、該デバイスのそれぞれの外表に露出した前記構造体の表面に前記生物学的材料を接着させるステップと、前記生物学的材料が収縮することにより前記構造体を折り畳ませるステップとを含む。
【００３０】
本発明は、被験物質と生物学的材料との相互作用を分析する方法を提供する。本発明の被験物質と生物学的材料との相互作用を分析する方法は、デバイスを用意するステップと、該デバイスのそれぞれの外表に露出した前記構造体の表面に生物学的材料を接着させるステップと、前記生物学的材料が接着した構造体に被験物質を曝すステップと、前記被験物質に曝された前記生物学的材料が収縮することによって、前記構造体が折り畳まれるステップと、前記構造体が折り畳まれることによる前記構造体の立体形状の変化を解析するステップとを含む。
【００３１】
本発明は、細胞と構造体とからなる集合体の作成方法を提供する。本発明の集合体の作成方法は、本発明のデバイスと、細胞とを用意するステップと、前記細胞の少なくとも１個が、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面に設けられた少なくとも１個のヒンジ構造を跨いで前記ヒンジ構造の両岸を架橋するように播種して培養するステップと、培養下で前記細胞が収縮することにより、前記少なくとも１個のヒンジ構造を挟む少なくとも２つの前記構造体の頂面を前記細胞が引き寄せて、前記構造体を折り畳ませるステップとを含み、前記折り畳まれた構造体の表面は、前記細胞を取り囲み、凸多面体か、その一部か、これらの繰り返し構造かとなる。
【００３２】
本発明は、複数の構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材と、生物学的材料とからなるデバイスを提供する。本発明のデバイスにおいて、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記複数の構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記生物学的材料は前記複数の構造体に跨って接着し、前記構造体が前記基材から遊離するとき、前記生物学的材料が前記複数の構造体を引き寄せて立体的に配置させ、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される。
【００３３】
本発明の複数の構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材と、生物学的材料とからなるデバイスにおいて、前記生物学的材料は動物細胞の場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】細胞が接着した構造体の製造方法の１つの実施態様を示す模式図。
【図２】細胞が接着した構造体の製造方法の別の実施態様を示す模式図。
【図３】前記別の実施態様の製造方法で製造された構造体が異なる間隔を置いて配置され、その上に３Ｔ３細胞が接着した状態を示す光学顕微鏡写真（Ａ）及び（Ｂ）と、前記間隔を置いて配置された２個の構造体を跨いで接着する３Ｔ３細胞が存在する割合と、前記間隔（μｍ）との関係を示すグラフ（Ｃ）。
【図４】２個の構造体の上の多数の３Ｔ３細胞が接着する場合（Ａ）及び（Ｂ）と、２個の構造体の上の多数の３Ｔ３細胞が接着する場合（Ｃ）及び（Ｄ）とについて、前記構造体が折り曲げられる前に前記細胞が接着した前記構造体の面が視線方向に垂直となるように撮影された顕微鏡写真（Ａ）及び（Ｃ）と、前記構造体が折り曲げられた後に前記細胞が接着した前記構造体の面が視線方向に平行となるように撮影された顕微鏡写真（Ｂ）及び（Ｄ）と、前記構造体上に接着した３Ｔ３細胞の数と、前記構造体の折り曲げられる角度との関係を示すグラフ（Ｅ）。
【図５】本発明の１つの実施態様のデバイスの製造方法を示す模式図。
【図６】本発明の構造体の溝の幅及び深さと、該溝の底での前記デバイスの厚さと、折れ曲がる角度との関係式の説明図。
【図７】本発明の貫通孔を有する正１２面体を展開した形状に配置して並べられた１２個の構造体に細胞が接着して折り畳まれる前（Ａ）と、折り畳まれる途中（（Ｂ）及び（Ｃ））と、完全に折り畳まれて正１２面体の形状となった状態（Ｄ）との顕微鏡写真。（Ｄ）では貫通孔を通ってガラス細管が立体化した前記構造体の内部にアクセスできた。
【図８】図８（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、本発明の発明者の所属する東京大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｏｋｙｏ）の頭文字であるＵ及びＴの形状を示す。
【図９】帯状に並んだ本発明の構造体に細胞が接着した顕微鏡写真で、図９（Ａ）は前記構造体が全て基板に貼り付いている状態を示し、図９（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、前記構造体の一端にガラス針を接触させて前記構造体の一端を基板から脱離させると、細胞によって前記構造体が前記一端から順番に折れ畳まれていく様子を示す。
【図１０】本発明の溝状のヒンジ構造を備える構造体に細胞が接着した顕微鏡写真で、図１０（ａ）は前記構造体が全て基板に貼り付いている状態と、本発明の構造体のうち１個の一端にガラス針を接触させている様子を示し、図１０（ｂ）及び（ｃ）は、細胞によって前記構造体が前記一端から順番に折れ畳まれてできた筒状の立体構造を示す。
【図１１】ヒンジ構造で折れ曲がった平面がなす角度をあらかじめ、それぞれ、９０°（（a−１）及び（ａ−２））と、１３５°（（ｂ−１）及び（ｂ−２））と、１２０°（（ｃ−１）及び（ｃ−２））とになるように加工された構造体に細胞を接着させて折り畳ませて得られた立体構造の顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本明細書における生物学的材料とは、生物に由来するいずれかの材料を指し、生物個体、臓器、組織及び細胞と、葉緑体、染色体、分裂装置、色素胞等の細胞内小器官と、ウイルス、ＤＮＡ複製酵素複合体、転写／ＲＮＡプロセッシング複合体、リボソーム、イオンチャンネル、細胞表面レセプター複合体、クラスリン被覆小胞等の分子集合体と、核酸、タンパク質等の生体高分子と、分子の高次構造の変化によって分子が収縮したり、運動したりする全ての高分子化合物とを含むが、これらに限定されない。好ましい生物学的材料は、細胞、特に、固体である基質に接着して伸展したり、運動したりする動物細胞と、アクチン−ミオシン系、ダイニン−チューブリン系を含む、天然及び人工の収縮可能な高分子とである。
【００３６】
本発明における生物学的材料の接着とは、固体基質である構造体の表面と当該生物学的材料との接着をいう。前記生物学的材料が、細胞内小器官、分子集合体、生体高分子及び化合物の場合には、静電気的な荷電による吸着を含む、いずれかの共有結合及び／又は非共有結合による構造体への不動化をいう。前記生物学的材料が細胞の場合には、前記いずれかの共有結合及び／又は非共有結合による構造体への不動化のような非生理的現象と、細胞−基質間接着のような細胞の生理現象とを含む。前記細胞が２個または３個以上の場合には、細胞−細胞間接着も含む。
【００３７】
本発明において、生物学的材料と構造体との接着を増強させる処理とは、構造体の表面に、コラーゲンの他、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、ニドジェン、テネイシン、トロンボスポンジン、ｖｏｎ Ｗｉｌｌｅｂｒａｎｄ因子、オステオポンチン、フィブリノーゲン、エラスチン、プロテオグリカン等の細胞と基質との接着に関与することが知られている物質をコーティングする処理をいう。また、構造体の表面に、プラズマ処理、フッ酸処理又は紫外線照射処理を施すことによって、前記構造体を基板から分離させる際に破壊した支持部のうち前記構造体の表面に残った部分を除去すること、及び／又は、前記構造体の表面を清浄にすることも、生物学的材料と構造体との接着を増強させる処理に含まれる。
【００３８】
本発明のデバイスは、構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなる。前記基材は、剛性の高い素材でできている場合がある。本発明に用いることができる剛性の高い素材は、ガラス、シリコン、金属、セラミック、その他の複合材料を含むが、これらに限定されない。剛性の高い素材としては、光透過性が高く、倒立顕微鏡により本発明のデバイス上に播種された細胞を観察できるものが好ましい。
【００３９】
本発明のデバイスの基材が剛性の高い素材でできている場合には、本発明の構造体は、前記基材の上に遊離制御剤の層を形成し、該遊離制御剤の層の上に、さらに複数の樹脂層を形成し、所望の形状と、ヒンジ構造とを有するように製造される。好ましい遊離制御剤は、ゼラチンのようにわずかな応力によって容易に剥離することができる物質の他、アルギン酸のようにカルシウムイオンの添加によってゲル化し、アルギン酸リアーゼによって分解される物資と、ポリ（N‐イソプロピルアクリルアミド）（ＰＩＰＡＡｍ）のように高温ではゲル化するが、低温では溶解する物質とを含むが、これらに限られない。かかる遊離制御剤を用いることによって、本発明の構造体は遊離可能なように基材に保持される。
【００４０】
図１に、細胞が接着することによって引き寄せられる構造体が、剛性の高い素材でできている基材の上に設けられる場合の製造方法の例を示す。この例では前記基材はガラス製である。前記基材の上にゼラチン層を形成し、該ゼラチン層の上にポリパラキシリレン（図１（Ａ）ではパリレン（商標）と表記される。）の層を形成する。前記ポリパラキシリレン層の上にアルミニウムを積層して、Ｏ２プラズマ処理によるエッチングを行う。該エッチングによって、前記アルミニウム層で保護されないポリパラキシリレン層及びゼラチン層は完全に除去される（図１（Ｂ））。これにより、本発明の構造体が前記基材の上に形成される。その後、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンポリマー（ＭＰＣポリマー）をスピンコーティングする（図１（Ｃ））。それから、アルミニウム層と、その上のＭＰＣポリマー層とを除去すること（リフトオフ）によって除去する（図１（Ｄ））。改めて露出されたポリパラキシリレン層の表面にフィブロネクチンをコーティングする（図１（Ｅ））。このようにして、前記構造体の表面は細胞との接着が増強されるが、前記基材の表面もともとはＯ２プラズマ処理により親水化しており、そこに両媒性のＭＰＣポリマーをコーティングしたので、ＭＰＣポリマーでコーティングされた表面は疎水性となり、細胞−基質間接着が妨げられる。そのため、以上のとおりの手順で作製されたデバイスに細胞を播種すると、細胞は前記構造体の表面だけに選択的に接着する。そして、細胞の力によって隣接する構造体が基材から引き起こされて、折り畳まれる。
【００４１】
本発明のデバイスに含まれる基材は、粘着力を備えた弾性の高い素材でできている場合がある。物理的な原理によって遊離可能なように構造体を保持することができる基材、特に、応力、圧力、振動、超音波、光、電気、熱、静電気等に応答して、粘弾性、表面の親水性、表面張力、表面の平坦性、表面の帯電状態等が変化する物質は、本発明の技術分野の専門家に周知である。本発明の構造体を保持することができ、かつ、応力、圧力、振動、超音波等に応答して前記構造体を遊離することができる基材の好ましい具体例は、シリコンゴム、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含むが、これらに限られない、粘着力のある弾性基材である。
【００４２】
図２に、細胞が接着することによって引き寄せられる構造体が、粘着力を備えた弾性の高い素材でできている基材の上に設けられる場合の製造方法の例を示す。この例では前記基材はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）製である。出発材料は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハであった。前記埋め込み酸化物層を構造体の素材とした。デバイスケイ素層は、Ｓ１８０５フォトレジストをマスキング層として用いる誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング法によりエッチングされた。前記フォトレジスト層を除去した後、前記埋め込み酸化物層は、フッ酸によりエッチングされ、構造体の形状が形成された（図２（Ｂ））。
【００４３】
ＳｉＯ２層上に残存したデバイスケイ素層は、ＩＣＰ−ＲＩＥ法により除去され、ＳｉＯ２層の下の基板ケイ素層は水酸化テトラメチルアンモニウムで異方性エッチングされた。前記異方性エッチング反応は、基板ケイ素層からＳｉＯ２層が完全に分離する直前に停止された。構造体を支持するピラミッド状のケイ素構造が形成された（図２（Ｃ））。前記構造体を分離する前に、細胞と構造体との接着を増強させるために、実施例１で説明したコラーゲンの塩酸溶液にウェーハ上の構造体を３時間浸漬した。
【００４４】
その後前記構造体は、押印転写法を用いてＳＯＩウェーハから分離され、ＰＤＭＳの弾性基材の上に粘着力によって保持された。１ｍｍ厚のＰＤＭＳシートがウェーハ上の構造体の上に戴置され（図２（Ｄ））、剥離された（図２（Ｅ））。このようにして、前記構造体はその一部が外表に露出した状態で前記弾性基材の表面に保持された（図２（Ｆ））。基材のＰＤＭＳは疎水性であるが、基材に保持された構造体は前記コラーゲン処理を施されているので、前記基材上に保持された前記構造体に細胞を播種すると、細胞は前記構造体の上に選択的に接着する（図２（Ｇ））。前記基材に応力を加えることによって前記構造体は前記基材から遊離する（図２（Ｈ））。
【００４５】
本発明の生体適合性ポリマーは、生物学的材料を含むデバイスに用いられるときに前記生物学的材料に対して特に有害な影響を及ぼさない高分子化合物をいう。本発明の生体適合性ポリマーは、生物学的材料との非特異性吸着を抑制する場合がある。かかる生体適合性ポリマーが本発明の構造体及び基板の上にコーティングされ、該生体適合性ポリマーの層が形成されるとき、生物学的材料は前記構造体又はマイクロ流路デバイスに固着せず、容易に洗浄除去することができる。生体適合性ポリマーは、生物学的材料との非特異性吸着を抑制する両親媒性ポリマーが好ましく、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）ポリマーがより好ましい。また、生物学的材料が細胞外オルガネラ又は生体分子の場合には、ウシ血清アルブミンのようなタンパク質を生体適合性ポリマーとしいて用いることができる。
【００４６】
本発明の構造体の表面にはヒンジ構造が少なくとも１個形成される。本発明のヒンジ構造は、前記構造体が折り目に沿って折り畳まれるとき、折り畳まれる部分を連結できるものであればいかなる構造であってもかまわない。好ましいヒンジ構造の１つは、折り目の方向に沿って前記構造体の頂面に設けられる溝である。該溝は、前記頂面の辺縁から出発して相対する辺縁まで達する場合もあるが、前記頂面の一部に設けられる場合もある。別の好ましいヒンジ構造は、折り目の方向に垂直な方向に沿って前記構造体を貫通する複数のスリットである。前記構造体が折り畳まれるとき、前記スリットで区切られた折り目の部分は、前記構造体が折り畳まれる向きと同じ向きに折れ曲がるものと、前記構造体が折り畳まれる向きと反対の向きに折れ曲がるものとが互い違いに並ぶ。
前記スリットの幅は、互い違いに異なる向きに折れ曲がることができればいかなるものであってもよい。前記スリットの幅が前記構造体の折れ目の長さに対して数分の１以上の場合には、前記構造体が折り畳まれるときの反発力が小さいという利点があるのでより好ましい。
【００４７】
本発明の器具は、接着させる生物学的材料や、利用目的に応じて、無菌処理を施したり、生体毒性のない素材及び製造方法で製作される。
【００４８】
本発明の構造体は、形状又は材料などが特定のものに限定されない。本明細書の実施例の構造体は、折り紙のように折り畳まれて立体形状となるため、平板の形状であることが好ましい。
【００４９】
本発明の構造体は、例えば、光リソグラフィ、エッチング等の従来の微細加工技術を組合せて、犠牲層の除去により立体的な構造とすることができる（ＥＥ Ｔｅｘｔ センサ・マイクロマシン工学、藤田博之編著、オーム社（２００５））。代替策として、図２でも説明される押印転写法（特願２００７−１０８６７号明細書及びＯｎｏｅ， Ｈ．ら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， １７： １８１８−１８２７ （２００７））を利用する場合がある。
【００５０】
本発明の構造体は、従来の微細加工技術及び／又は前記押印転写法を、単独で、あるいは、組み合わせて作成された立体的な形状を有する鋳型を使って作成される成形品の場合がある。前記成形品は、プラスチック、セラミック及びハイドロゲルと、これらの複合材料とを含むが、これらに限定されない材料を用いて作成される場合がある。
【００５１】
本発明の構造体について自己組織的に組み上がるとは、摩擦力、表面張力、疎水結合、磁力、静電気を含むがこれらに限定されない物理的な引力及び／又は斥力か、化学的又は生物学的な結合か、を用いて、メディウム中で構造体がランダムに衝突していくうちに、構造体の集合体が形成され、該集合体においてそれぞれの構造体は予め定められたパターンに従って配置されることをいう。本発明の構造体について自己組織的に組み上がる機能は、例えば、前記構造体の表面に凹陥部と凸出部とが設けられ、１個の構造体の表面の凹陥部が他の１個の構造体の表面の凸出部と相補的に嵌合することにより達成される場合（例えば、Ｙｅｈ， Ｈ． Ｊ． Ｊ．及びＳｍｉｔｈ， Ｊ． Ｓ．、 Ｉｅｅｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ： ６， ７０６−７０８ （１９９４）を参照せよ。）があり、あるいは、前記構造体の表面に親水性部分及び／又は疎水性部分が設けられ、１個の構造体の表面の親水性部分が他の１個の構造体の表面の親水性部分と接し、及び／又は、１個の構造体の表面の疎水性部分が他の１個の構造体の表面の疎水性部分と接することにより達成される場合（例えば、Ｂｏｗｄｅｎ， Ｎ．ら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ ：１７， １７５７−１７６５ （２００１）を参照せよ。）がある。また、抗原と抗体との反応や、酵素と基質との間又は酵素と阻害剤との間の相互作用や、ポリヒスチジンとニッケルイオンとの間の相互作用等を含むが、これらに限られない、分子識別の特異性を利用した、化学的又は生物学的な結合により達成される場合がある。さらに、これらのいずれかの組合せにより達成される場合がある。
【００５２】
折り畳まれる前の平板又はディスク状の形状の構造体は、メディウム中で３次元的に自由に運動できるとき、構造体どうしが自己集合することができない場合がある。かかる場合には、前記メディウム中に、該メディウムに不溶性の液体を添加して、前記メディウムと前記不溶性の液体との間の界面に構造体を浮かべることにより、構造体が２次元的な自由運動しかできないようにすると、集合体の形成を促進できる場合がある。前記メディウムに不溶性の液体は、前記メディウムより比重が大きい液体や、基材との間の表面張力が前記メディウムと基材との表面張力より小さい液体であることが好ましい。
【００５３】
集合体を構成する構造体の数や配置パターンを制御して、自己組織的に組み上がるように構造体を設計すると、それぞれの集合体に接着する生物学的材料を特定の組合せだけにすることができる。これによって、折り畳まれた立体形状の構造体において、２種類又は３種類以上の細胞を、構造体の内部又は外部の特定の場所に配置することができる。
【００５４】
前記構造体の表面の別の一部と前記基材の表面の一部との特異的な相互作用は、疎水性相互作用及び電磁気学的相互作用の他、生体分子と、該生体分子に対する特異的結合パートナーとの相互作用や、金属イオンと、該金属イオンに特異的なキレート剤との相互作用を含むが、これらに限定されない。前記疎水性相互作用は、前記構造体の表面の別の一部と、前記基材の表面の一部とがともに疎水性処理が施され、表面どうしが直接接触することによって発生する場合がある。代替的には、油滴のような疎水性の液体を介在することによって発生する場合がある。前記疎水性処理は、例えば、自己組織化法のような周知の表面処理技術を用いてアルカンチオールのような疎水性分子を構造体及び基材の前記表面に結合させることによって達成することができる。前記電磁気学的相互作用には、静電気又は表面荷電による引力を利用するものと、磁石による磁界を利用するものと、電界とそれにより誘導された電気双極子モーメントを利用するものとを含むが、これらに限定されない。電界とそれにより誘導された電気双極子モーメントを利用する電磁気学的相互作用には、誘導誘電泳動、静電配向等を含むが、これらに限定されない。前記生体分子と、該生体分子に対する特異的結合パートナーとの相互作用には、糖類とレクチンとの相互作用、抗原と抗原との相互作用、核酸の相補的対合による相互作用とを含むが、これらに限定されない。また、前記構造体と前記基材とが嵌合可能な形状を有することによって、特定の配向で嵌合することによる相互作用や、前記構造体が、前記基材に設けた開口を塞栓する静水圧による相互作用の組み合わせによって前記構造体が前記基材に保持される場合がある。また、以上に列挙される相互作用の２つ以上の組み合わせによって前記構造体が前記基材に保持される場合がある。
【００５５】
本発明の細胞と構造体とからなる集合体に用いる構造体は、アクテュエーターを含むか、あるいは、外部の動力源に接続するかによって、１個ずつ、あるいは、２個又は３個以上を同時に、駆動することができる。あるいは、心筋細胞のような形態変化を起こす細胞を含む構造体では、細胞の動きによって前記構造体を駆動することができる。前記アクテュエーターは、周知の微細加工技術又はＭＥＭＳ技術によって作成することができる。本発明の細胞と構造体とからなる集合体を用いて、１個又は２個以上の細胞の表面の物理的性質を測定することができる。ここで物理的性質とは、弾性、硬度、表面電位及び膜輸送を含むが、これらに限定されない。前記膜輸送に関する物理的性質には、浸透圧、能動輸送、その他の生体膜による物質の移動に関係する性質を含む。かかる細胞表面の物理的性質を測定するときには、前記構造体には物理的性質のセンサー、例えば、変位、速度、力、圧力などの機械量を検出するセンサーや、イオン選択性電極、イオン感応電界トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）などのイオンセンサーを含むことが望ましい。かかる物理的性質のセンサーは周知の微細加工技術によって作成することができる（ＥＥ Ｔｅｘｔ センサ・マイクロマシン工学、藤田博之編著、オーム社、２００５年を参照せよ。）。さらに、前記構造体及び／又は前記基材は細胞と接触するプリント配線による電極を設けて、前記構造体が前記基材と嵌合するときに外部から電気的に接続して電気刺激を行ったり電位を測定したりする場合がある。また、前記構造体及び／又は前記基材を貫通する細孔であって、細胞膜によって電気的にシールすることができるように細胞より小さな孔径を有する貫通孔を設けて、いわゆるオートパッチ法による電気生理学的な測定を行う場合がある。この場合には、前記構造体が前記基材と嵌合するとき、前記構造体に設けた貫通孔が基材に設けた貫通孔が連通するように配置される場合がある。かかるプリント配線及び貫通孔も周知の微細加工技術又はＭＥＭＳ技術によって作成することができる。
【００５６】
以下に実施例を示すが、これらは実施態様の例示を意図しており本発明の範囲を限定することは意図しない。
【実施例１】
【００５７】
１．構造体のヒンジ構造の寸法検討
５０×５０μｍ２の表面積と３μｍの高さのフィブロネクチンでコーティングされた構造体が、３、５、１０、２０又は５０μｍの間隔を置いてＭＰＣポリマーでコーティングされた基材上に配置されたデバイスが、図１で説明される方法に従って製造された。前記デバイスに３Ｔ３細胞が４−８×１０４個／ｃｍ２の播種密度で播種され、基質と接着しない細胞が培養開始４時間後に洗浄除去された。その後、２４時間後に３Ｔ３細胞が隣接した構造体を跨いで増殖するかどうかを観察した。さらに、前記２枚の構造体が３Ｔ３細胞に引き起こされてなす角度と、前記構造体２個あたりに存在する細胞の数との関係も調べた。
【００５８】
図３は、異なる間隔を置いて配置され、その上に３Ｔ３細胞が接着した状態を示す光学顕微鏡写真（Ａ）及び（Ｂ）と、前記間隔を置いて配置された２個の構造体を跨いで接着する３Ｔ３細胞が存在する割合と、前記間隔（μｍ）との関係を示すグラフ（Ｃ）である。図３（Ｃ）から、前記構造体の間隔が１０μｍ以下の場合には全て、２個の構造体を跨いで接着していた。
【００５９】
図４は、２個の構造体の上の多数の３Ｔ３細胞が接着する場合（Ａ）及び（Ｂ）と、２個の構造体の上の多数の３Ｔ３細胞が接着する場合（Ｃ）及び（Ｄ）とについて、前記構造体が折り曲げられる前に前記細胞が接着した前記構造体の面が視線方向に垂直となるように撮影された顕微鏡写真（Ａ）及び（Ｃ）と、前記構造体が折り曲げられた後に前記細胞が接着した前記構造体の面が視線方向に平行となるように撮影された顕微鏡写真（Ｂ）及び（Ｄ）と、前記構造体上に接着した３Ｔ３細胞の数と、前記構造体の折り曲げられる角度との関係を示すグラフ（Ｅ）である。図４（Ｅ）から明らかなように、前記構造体上に接着した３Ｔ３細胞の数が増えると、前記構造体の折り曲げられた２つの頂面がなす角度が大きくなった。これらの知見に基づいて、以下のとおり溝状のヒンジ構造を有する構造体の寸法を決定した。
【００６０】
図５は、本発明の構造体の溝の幅及び深さと、該溝の底での前記デバイスの厚さと、折れ曲がる角度との関係式の説明図である。図５から明らかなとおり、本発明の構造体の溝の幅ｗ及び深さｒと、該溝の底での前記デバイスの厚さｔと、折れ曲がる角度θとの間には以下の式１の関係が成立する。
【００６１】
ｗ＝（ｒ＋０．５×ｔ）×θ （式１）
【実施例２】
【００６２】
２．本発明のヒンジ構造を備えた構造体を含むデバイスの作製
図６は、本発明の１つの実施態様のデバイスの製造方法を示す模式図である。図６を参照して、本発明のデバイスは以下のとおりの手順で作成された。ガラス基板に２％ゼラチン水溶液を２００ｒｐｍでスピンコーティングし、その上にポリパラキシリレン層を形成した（図６（Ａ））。ＳＵ８樹脂を前記ポリパラキシリレン層の上にコーティングし、所望の配置パターンで、構造体と、該構造体に設けられる溝とが形成されるように遮光スクリーンを使って前記ＳＵ８樹脂の光重合を行い、未重合のＳＵ８樹脂を洗い流した（図６（Ｂ））。前記ＳＵ８樹脂層と、前記ゼラチン層との上にポリパラキシリレン層を形成した（図６（Ｃ））。その後、前記ポリパラキシリレン層をアルミニウムでマスキングしてＯ２プラズマ処理を施し、マスキングされないポリパラキシリレン層及びゼラチン層を除去した（図６（Ｄ））。その後、ＭＰＣポリマーを基板上にスピンコーティングした（図６（Ｅ））。さらに、前記アルミニウム層をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを用いて除去し、前記アルミニウム層の上のＭＰＣポリマーをリフトオフによって除去した（図６（Ｆ））。
【実施例３】
【００６３】
３．さまざまな立体形状に折り畳まれた構造体
図７は、本発明の貫通孔を有する正１２面体を展開した形状に配置して並べられた１２個の構造体に細胞が接着して折り畳まれる前（Ａ）と、折り畳まれる途中（（Ｂ）及び（Ｃ））と、完全に折り畳まれて正１２面体の形状となった状態（Ｄ）との顕微鏡写真である。図８（Ｄ）では貫通孔を通ってガラス細管が立体化した前記構造体の内部にアクセスできた。このように、本発明のデバイスを用いると、立体的に配置された１個又は２個以上の細胞に外部から電極を刺す等のやり方で細胞内電位その他の細胞生理学的な情報を得ることができる。
【００６４】
図８は、帯状に並んだ本発明の構造体はさまざまな立体形状にできることを示す顕微鏡写真である。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、本発明の発明者の所属する東京大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｏｋｙｏ）の頭文字であるＵ及びＴの形状を示す。
【００６５】
図９は、本発明の帯状の構造体に細胞が接着した顕微鏡写真で、図１０（Ａ）は前記構造体が全て基板に貼り付いている状態を示し、図１０（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、前記構造体の一端にガラス針を接触させて前記構造体の一端を基板から脱離させると、細胞によって前記構造体が前記一端から順番に折れ畳まれていく様子を示す。このようにして帯状の平面的な構造体から、螺旋又は筒のような中空の立体形状を作ることができる。
【００６６】
図１０は、本発明の溝状のヒンジ構造を備える構造体に細胞が接着した顕微鏡写真で、図１０（ａ）は前記構造体が全て基板に貼り付いている状態と、本発明の構造体のうち１個の一端にガラス針を接触させている様子を示し、図１０（ｂ）及び（ｃ）は、細胞によって前記構造体が前記一端から順番に折れ畳まれてできた筒状の立体構造を示す。
【００６７】
図１１（a−１）及び（ａ−２）と、図１１（ｂ−１）及び（ｂ−２）と、図１１（ｃ−１）及び（ｃ−２）とは、ヒンジ構造で折れ曲がった平面がなす角度をあらかじめ、それぞれ、９０°と、１３５°と、１２０°とになるように加工された構造体に細胞を接着させて折り畳ませて得られた立体構造の顕微鏡写真である。
【００６８】
以上詳しく説明したとおり、本発明のデバイスを用いると、さまざまな立体形状をした微細構造体を作製することができる。本発明のデバイスと、細胞、特に移植患者由来の細胞とを含む移植用器具は、ステント、コイルその他所望の形状をとることができ、しかも、該所望の形状は、患者自身の細胞の力で本発明のデバイスの構造体が折り畳まれるためにできあがるので、生体毒性の問題が起こりにくい。また、本発明の移植用器具は、移植されるときには帯状の構造体として移植できるので、移植するときに応力を加えて自己拡張することを防止しなくてもよい。そのため、移植手術が簡単となり、成功率を上げることができる。
【００６９】
さらに、本発明の分析用器具は、細胞や、収縮性の高分子化合物のような生物学的材料が被験物質の作用で収縮すると、本発明のデバイスの構造体が折り畳まれて、その立体形状が大きく変化することを利用する。そのため、非常に微量の被験物質を鋭敏に検出したり、広い濃度範囲の被験物質を正確に測定したりすることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的材料によって折り畳み可能な構造体デバイスと、該デバイスの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
経皮経管血管形成術その他の低侵襲治療用デバイスとして、ＭＥＭＳ技術その他の微細加工技術を用いた細胞足場が注目される。従来技術で報告された細胞は、ＭＥＭＳ技術を用いて加工したパリレン製ステンシルを用いて、同一の培養容器の基質の細胞接着特性を逐次的に変化させることにより、特定のパターンで複数の細胞タイプの細胞が配置されるように細胞を接着させて混合培養することである（非特許文献１）。また、別のアプローチでは、微細加工された櫛状の構造体を複数用意して、それぞれの櫛状の構造体の表面に異なる細胞タイプの細胞を接着させておいたうえで、両方の構造体の櫛状部分が嵌合させることにより、所定の間隔を置いて複数の細胞タイプの細胞が配置されるように混合培養することである（非特許文献２）。しかし、これらの細胞足場は立体形状ではないため、血管閉塞の治療用デバイスであるステントやコイルのように体内臓器の立体的形態を修復又は補整するために利用することができない。
【０００３】
竹内らによって出願された特許文献１には、近接して配置された２個又は３個以上の平面状の細胞足場を跨ぐように細胞を播種することによって、細胞の伸展ないしは収縮によって発生する力によって前記細胞足場が引き起こされて、前記細胞を覆うように配置された、該細胞と、前記細胞足場とからなる立体的な集合体の作製が説明される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際出願第ＰＣＴ／ＪＰ２００９／６６４２７号出願明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｗｒｉｇｈｔ， Ｄ．ら、Ｌａｂ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ，７：１２７２（２００７）
【非特許文献２】Ｈｕｉ， Ｅ． Ｅ．及びＢｈａｔｉａ， Ｓ．Ｎ．、Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ． Ｕ． Ｓ． Ａ．，１０４：５７２２（２００７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらこれらの従来技術では、前記平面的な細胞足場どうしの立体的な位置関係、例えば、隣接する平面的な細胞足場の間の立体角を指定することはできない点が問題である。そこで、単に細胞の伸展ないしは収縮によって発生する力で平面的な細胞足場を立体的に配置させるだけでなく、隣接する平面的な細胞足場の間の位置関係を指定して立体的に配置させる技術を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなるデバイスを提供する。本発明のデバイスにおいて、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、該ヒンジ構造は、生物学的材料が前記ヒンジ構造を跨いで前記ヒンジ構造の両岸を架橋できる寸法を有し、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される。
【０００８】
本発明のデバイスにおいて、前記両岸の頂面の少なくとも一部は前記生物学的材料との接着を増強させる処理が施される場合がある。
【０００９】
本発明のデバイスにおいて、前記基材は剛性の高い素材でできており、前記構造体は、前記基材との間に設けられた遊離制御剤層基板からによって、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記構造体は応力を加えることによって前記基材から遊離される場合がある。
【００１０】
本発明のデバイスにおいて、前記基材は粘着力を備えた弾性の高い素材でできており、前記構造体は、前記粘着力によって、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記弾性基材の表面に保持され、前記構造体は前記弾性基材に応力を加えることによって該弾性基材から遊離される場合がある。
【００１１】
本発明のデバイスにおいて、前記デバイスの外表に露出した前記構造体は帯状で、前記ヒンジ構造は複数本が互いに平行に設けられ、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体が中空の立体形状となる場合がある。
【００１２】
本発明のデバイスにおいて、前記デバイスの外表に露出した前記構造体は、前記ヒンジ構造を折り目として多面体を展開した形状であり、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体は多面体の形状となる場合がある。
【００１３】
本発明のデバイスにおいて、前記デバイスの外表に露出した前記構造体は、前記ヒンジ構造を折り目として多面体を展開した形状が少なくとも２個以上前記ヒンジ構造を隔てて隣接する形状であり、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体は多面体が連続する形状となる場合がある。
【００１４】
本発明のデバイスにおいて、前記構造体の少なくとも一部には前記構造体の頂面から底面に達する貫通孔が設けられる場合がある。
【００１５】
本発明のデバイスにおいて、前記生物学的材料は複数の種類からなり、前記構造体にはそれぞれの種類の生物学的材料が特異的に前記ヒンジ構造を跨いで接着できる処理が施される場合がある。
【００１６】
本発明のデバイスにおいて、前記生物学的材料は、細胞か、収縮可能な高分子化合物かの場合がある。
【００１７】
本発明のデバイスにおいて、前記生物学的材料は、動物細胞の場合がある。
【００１８】
本発明のデバイスにおいて、前記構造体はポリパラキシリレンでできており、前記生体適合性ポリマー層は、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンの層で、前記生物学的材料との接着を増強させる処理はＯ２プラズマ照射処理の場合がある。
【００１９】
本発明のデバイスにおいて、前記構造体は自己組織的に組み上がる機能を有する場合がある。
【００２０】
本発明のデバイスにおいて、前記自己組織的に組み上がる機能は、前記構造体の表面に凹陥部と凸出部とが設けられ、１個の構造体の表面の凹陥部が他の１個の構造体の表面の凸出部と相補的に嵌合することにより達成される場合がある。
【００２１】
前記自己組織的に組み上がる機能は、前記構造体の表面に親水性部分及び／又は疎水性部分が設けられ、１個の構造体の表面の親水性部分が他の１個の構造体の表面の親水性部分と接し、及び／又は、１個の構造体の表面の疎水性部分が他の１個の構造体の表面の疎水性部分と接することにより達成されることを特徴とする場合がある。
【００２２】
本発明は、本発明のデバイスと、生物学的材料とを含む、生体移植用器具を提供する。
【００２３】
本発明の生体移植用器具は、前記デバイスから遊離させた前記構造体を患者の体内に移植し、該患者由来の生物学的材料を前記構造体に接着させて、前記生物学的材料の収縮によって前記構造体が折り畳まれるように用いられる場合がある。
【００２４】
本発明は、本発明のデバイスと、生物学的材料とを含む、分析用器具を提供する。
【００２５】
本発明は、構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなり、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、前記基材は剛性の高い素材でできており、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される、デバイスの製造方法を提供する。本発明のデバイスの製造方法は、前記基材の上に遊離制御剤層を形成するステップと、該遊離制御剤層の上に第１の樹脂層を形成するステップと、第１の樹脂層の上に、前記ヒンジ構造を含む前記構造体の形状に対応するように配置される第２の樹脂層を形成するステップと、第２の樹脂層の上に、第３の樹脂層を形成するステップと、第３の樹脂層の上に、前記ヒンジ構造を含まない前記構造体の形状に対応するように保護層を形成するステップと、該保護層で覆われないで第３の樹脂層が露出する部分について、前記遊離制御剤層と、第１ないし第３の樹脂層とを除去して基材を露出させるステップと、前記露出した基材の上と、前記保護層の上とに、生体適合性ポリマー層を形成するステップと、前記保護層と、該保護層の上に形成された生体適合性ポリマー層とを除去するステップとを含む。
【００２６】
本発明は、構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなり、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、前記基材は粘着力を備えた弾性の高い素材でできており、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される、デバイスの製造方法を提供する。本発明のデバイスの製造方法は、前記ヒンジ構造を含む構造体と基板とが支持部を介して一体となるように成形するステップと、前記基板と一体に成形された構造体を、前記ヒンジ構造が設けられた面が露出するように前記基材に押し付けて、前記構造体を前記基材の表面に圧着させる押圧力により前記支持部を破壊するとともに、前記構造体を前記基材の表面に保持し、前記基板から分離させるステップと、前記基材に保持された前記構造体の上に保護層を形成するステップと、前記基材の上と、前記保護層の上とに、生体適合性ポリマー層を形成するステップと、前記保護層と、該保護層の上に形成された生体適合性ポリマー層とを除去するステップとを含む。
【００２７】
前記本発明のデバイスの製造方法において、前記構造体を前記基材の表面に圧着させるステップと、前記基板から分離させるステップとは、複数の構造体について別々に実施され、前記複数の構造体のうちの１つが保持された基材に他の構造体が保持された基材を押し付けることにより、前記複数の構造体の１つの表面に前記他の構造体が接着された立体的な形状の構造体が形成されるステップを含む場合がある。
【００２８】
前記本発明のデバイスの製造方法において、前記保持させるステップの前に、前記生物学的材料と前記構造体との接着を増強させる処理を施すステップを含む場合がある。
【００２９】
本発明は、生体移植用器具の製造方法を提供する。本発明の生体移植用器具の製造方法は、本発明のデバイスと、生物学的材料とを用意するステップと、該デバイスのそれぞれの外表に露出した前記構造体の表面に前記生物学的材料を接着させるステップと、前記生物学的材料が収縮することにより前記構造体を折り畳ませるステップとを含む。
【００３０】
本発明は、被験物質と生物学的材料との相互作用を分析する方法を提供する。本発明の被験物質と生物学的材料との相互作用を分析する方法は、デバイスを用意するステップと、該デバイスのそれぞれの外表に露出した前記構造体の表面に生物学的材料を接着させるステップと、前記生物学的材料が接着した構造体に被験物質を曝すステップと、前記被験物質に曝された前記生物学的材料が収縮することによって、前記構造体が折り畳まれるステップと、前記構造体が折り畳まれることによる前記構造体の立体形状の変化を解析するステップとを含む。
【００３１】
本発明は、細胞と構造体とからなる集合体の作成方法を提供する。本発明の集合体の作成方法は、本発明のデバイスと、細胞とを用意するステップと、前記細胞の少なくとも１個が、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面に設けられた少なくとも１個のヒンジ構造を跨いで前記ヒンジ構造の両岸を架橋するように播種して培養するステップと、培養下で前記細胞が収縮することにより、前記少なくとも１個のヒンジ構造を挟む少なくとも２つの前記構造体の頂面を前記細胞が引き寄せて、前記構造体を折り畳ませるステップとを含み、前記折り畳まれた構造体の表面は、前記細胞を取り囲み、凸多面体か、その一部か、これらの繰り返し構造かとなる。
【００３２】
本発明は、複数の構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材と、生物学的材料とからなるデバイスを提供する。本発明のデバイスにおいて、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記複数の構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記生物学的材料は前記複数の構造体に跨って接着し、前記構造体が前記基材から遊離するとき、前記生物学的材料が前記複数の構造体を引き寄せて立体的に配置させ、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される。
【００３３】
本発明の複数の構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材と、生物学的材料とからなるデバイスにおいて、前記生物学的材料は動物細胞の場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】細胞が接着した構造体の製造方法の１つの実施態様を示す模式図。
【図２】細胞が接着した構造体の製造方法の別の実施態様を示す模式図。
【図３】前記別の実施態様の製造方法で製造された構造体が異なる間隔を置いて配置され、その上に３Ｔ３細胞が接着した状態を示す光学顕微鏡写真（Ａ）及び（Ｂ）と、前記間隔を置いて配置された２個の構造体を跨いで接着する３Ｔ３細胞が存在する割合と、前記間隔（μｍ）との関係を示すグラフ（Ｃ）。
【図４】２個の構造体の上の多数の３Ｔ３細胞が接着する場合（Ａ）及び（Ｂ）と、２個の構造体の上の多数の３Ｔ３細胞が接着する場合（Ｃ）及び（Ｄ）とについて、前記構造体が折り曲げられる前に前記細胞が接着した前記構造体の面が視線方向に垂直となるように撮影された顕微鏡写真（Ａ）及び（Ｃ）と、前記構造体が折り曲げられた後に前記細胞が接着した前記構造体の面が視線方向に平行となるように撮影された顕微鏡写真（Ｂ）及び（Ｄ）と、前記構造体上に接着した３Ｔ３細胞の数と、前記構造体の折り曲げられる角度との関係を示すグラフ（Ｅ）。
【図５】本発明の１つの実施態様のデバイスの製造方法を示す模式図。
【図６】本発明の構造体の溝の幅及び深さと、該溝の底での前記デバイスの厚さと、折れ曲がる角度との関係式の説明図。
【図７】本発明の貫通孔を有する正１２面体を展開した形状に配置して並べられた１２個の構造体に細胞が接着して折り畳まれる前（Ａ）と、折り畳まれる途中（（Ｂ）及び（Ｃ））と、完全に折り畳まれて正１２面体の形状となった状態（Ｄ）との顕微鏡写真。（Ｄ）では貫通孔を通ってガラス細管が立体化した前記構造体の内部にアクセスできた。
【図８】図８（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、本発明の発明者の所属する東京大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｏｋｙｏ）の頭文字であるＵ及びＴの形状を示す。
【図９】帯状に並んだ本発明の構造体に細胞が接着した顕微鏡写真で、図９（Ａ）は前記構造体が全て基板に貼り付いている状態を示し、図９（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、前記構造体の一端にガラス針を接触させて前記構造体の一端を基板から脱離させると、細胞によって前記構造体が前記一端から順番に折れ畳まれていく様子を示す。
【図１０】本発明の溝状のヒンジ構造を備える構造体に細胞が接着した顕微鏡写真で、図１０（ａ）は前記構造体が全て基板に貼り付いている状態と、本発明の構造体のうち１個の一端にガラス針を接触させている様子を示し、図１０（ｂ）及び（ｃ）は、細胞によって前記構造体が前記一端から順番に折れ畳まれてできた筒状の立体構造を示す。
【図１１】ヒンジ構造で折れ曲がった平面がなす角度をあらかじめ、それぞれ、９０°（（a−１）及び（ａ−２））と、１３５°（（ｂ−１）及び（ｂ−２））と、１２０°（（ｃ−１）及び（ｃ−２））とになるように加工された構造体に細胞を接着させて折り畳ませて得られた立体構造の顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本明細書における生物学的材料とは、生物に由来するいずれかの材料を指し、生物個体、臓器、組織及び細胞と、葉緑体、染色体、分裂装置、色素胞等の細胞内小器官と、ウイルス、ＤＮＡ複製酵素複合体、転写／ＲＮＡプロセッシング複合体、リボソーム、イオンチャンネル、細胞表面レセプター複合体、クラスリン被覆小胞等の分子集合体と、核酸、タンパク質等の生体高分子と、分子の高次構造の変化によって分子が収縮したり、運動したりする全ての高分子化合物とを含むが、これらに限定されない。好ましい生物学的材料は、細胞、特に、固体である基質に接着して伸展したり、運動したりする動物細胞と、アクチン−ミオシン系、ダイニン−チューブリン系を含む、天然及び人工の収縮可能な高分子とである。
【００３６】
本発明における生物学的材料の接着とは、固体基質である構造体の表面と当該生物学的材料との接着をいう。前記生物学的材料が、細胞内小器官、分子集合体、生体高分子及び化合物の場合には、静電気的な荷電による吸着を含む、いずれかの共有結合及び／又は非共有結合による構造体への不動化をいう。前記生物学的材料が細胞の場合には、前記いずれかの共有結合及び／又は非共有結合による構造体への不動化のような非生理的現象と、細胞−基質間接着のような細胞の生理現象とを含む。前記細胞が２個または３個以上の場合には、細胞−細胞間接着も含む。
【００３７】
本発明において、生物学的材料と構造体との接着を増強させる処理とは、構造体の表面に、コラーゲンの他、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン、ニドジェン、テネイシン、トロンボスポンジン、ｖｏｎ Ｗｉｌｌｅｂｒａｎｄ因子、オステオポンチン、フィブリノーゲン、エラスチン、プロテオグリカン等の細胞と基質との接着に関与することが知られている物質をコーティングする処理をいう。また、構造体の表面に、プラズマ処理、フッ酸処理又は紫外線照射処理を施すことによって、前記構造体を基板から分離させる際に破壊した支持部のうち前記構造体の表面に残った部分を除去すること、及び／又は、前記構造体の表面を清浄にすることも、生物学的材料と構造体との接着を増強させる処理に含まれる。
【００３８】
本発明のデバイスは、構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなる。前記基材は、剛性の高い素材でできている場合がある。本発明に用いることができる剛性の高い素材は、ガラス、シリコン、金属、セラミック、その他の複合材料を含むが、これらに限定されない。剛性の高い素材としては、光透過性が高く、倒立顕微鏡により本発明のデバイス上に播種された細胞を観察できるものが好ましい。
【００３９】
本発明のデバイスの基材が剛性の高い素材でできている場合には、本発明の構造体は、前記基材の上に遊離制御剤の層を形成し、該遊離制御剤の層の上に、さらに複数の樹脂層を形成し、所望の形状と、ヒンジ構造とを有するように製造される。好ましい遊離制御剤は、ゼラチンのようにわずかな応力によって容易に剥離することができる物質の他、アルギン酸のようにカルシウムイオンの添加によってゲル化し、アルギン酸リアーゼによって分解される物資と、ポリ（N‐イソプロピルアクリルアミド）（ＰＩＰＡＡｍ）のように高温ではゲル化するが、低温では溶解する物質とを含むが、これらに限られない。かかる遊離制御剤を用いることによって、本発明の構造体は遊離可能なように基材に保持される。
【００４０】
図１に、細胞が接着することによって引き寄せられる構造体が、剛性の高い素材でできている基材の上に設けられる場合の製造方法の例を示す。この例では前記基材はガラス製である。前記基材の上にゼラチン層を形成し、該ゼラチン層の上にポリパラキシリレン（図１（Ａ）ではパリレン（商標）と表記される。）の層を形成する。前記ポリパラキシリレン層の上にアルミニウムを積層して、Ｏ２プラズマ処理によるエッチングを行う。該エッチングによって、前記アルミニウム層で保護されないポリパラキシリレン層及びゼラチン層は完全に除去される（図１（Ｂ））。これにより、本発明の構造体が前記基材の上に形成される。その後、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンポリマー（ＭＰＣポリマー）をスピンコーティングする（図１（Ｃ））。それから、アルミニウム層と、その上のＭＰＣポリマー層とを除去すること（リフトオフ）によって除去する（図１（Ｄ））。改めて露出されたポリパラキシリレン層の表面にフィブロネクチンをコーティングする（図１（Ｅ））。このようにして、前記構造体の表面は細胞との接着が増強されるが、前記基材の表面もともとはＯ２プラズマ処理により親水化しており、そこに両媒性のＭＰＣポリマーをコーティングしたので、ＭＰＣポリマーでコーティングされた表面は疎水性となり、細胞−基質間接着が妨げられる。そのため、以上のとおりの手順で作製されたデバイスに細胞を播種すると、細胞は前記構造体の表面だけに選択的に接着する。そして、細胞の力によって隣接する構造体が基材から引き起こされて、折り畳まれる。
【００４１】
本発明のデバイスに含まれる基材は、粘着力を備えた弾性の高い素材でできている場合がある。物理的な原理によって遊離可能なように構造体を保持することができる基材、特に、応力、圧力、振動、超音波、光、電気、熱、静電気等に応答して、粘弾性、表面の親水性、表面張力、表面の平坦性、表面の帯電状態等が変化する物質は、本発明の技術分野の専門家に周知である。本発明の構造体を保持することができ、かつ、応力、圧力、振動、超音波等に応答して前記構造体を遊離することができる基材の好ましい具体例は、シリコンゴム、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含むが、これらに限られない、粘着力のある弾性基材である。
【００４２】
図２に、細胞が接着することによって引き寄せられる構造体が、粘着力を備えた弾性の高い素材でできている基材の上に設けられる場合の製造方法の例を示す。この例では前記基材はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）製である。出発材料は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハであった。前記埋め込み酸化物層を構造体の素材とした。デバイスケイ素層は、Ｓ１８０５フォトレジストをマスキング層として用いる誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング法によりエッチングされた。前記フォトレジスト層を除去した後、前記埋め込み酸化物層は、フッ酸によりエッチングされ、構造体の形状が形成された（図２（Ｂ））。
【００４３】
ＳｉＯ２層上に残存したデバイスケイ素層は、ＩＣＰ−ＲＩＥ法により除去され、ＳｉＯ２層の下の基板ケイ素層は水酸化テトラメチルアンモニウムで異方性エッチングされた。前記異方性エッチング反応は、基板ケイ素層からＳｉＯ２層が完全に分離する直前に停止された。構造体を支持するピラミッド状のケイ素構造が形成された（図２（Ｃ））。前記構造体を分離する前に、細胞と構造体との接着を増強させるために、実施例１で説明したコラーゲンの塩酸溶液にウェーハ上の構造体を３時間浸漬した。
【００４４】
その後前記構造体は、押印転写法を用いてＳＯＩウェーハから分離され、ＰＤＭＳの弾性基材の上に粘着力によって保持された。１ｍｍ厚のＰＤＭＳシートがウェーハ上の構造体の上に戴置され（図２（Ｄ））、剥離された（図２（Ｅ））。このようにして、前記構造体はその一部が外表に露出した状態で前記弾性基材の表面に保持された（図２（Ｆ））。基材のＰＤＭＳは疎水性であるが、基材に保持された構造体は前記コラーゲン処理を施されているので、前記基材上に保持された前記構造体に細胞を播種すると、細胞は前記構造体の上に選択的に接着する（図２（Ｇ））。前記基材に応力を加えることによって前記構造体は前記基材から遊離する（図２（Ｈ））。
【００４５】
本発明の生体適合性ポリマーは、生物学的材料を含むデバイスに用いられるときに前記生物学的材料に対して特に有害な影響を及ぼさない高分子化合物をいう。本発明の生体適合性ポリマーは、生物学的材料との非特異性吸着を抑制する場合がある。かかる生体適合性ポリマーが本発明の構造体及び基板の上にコーティングされ、該生体適合性ポリマーの層が形成されるとき、生物学的材料は前記構造体又はマイクロ流路デバイスに固着せず、容易に洗浄除去することができる。生体適合性ポリマーは、生物学的材料との非特異性吸着を抑制する両親媒性ポリマーが好ましく、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）ポリマーがより好ましい。また、生物学的材料が細胞外オルガネラ又は生体分子の場合には、ウシ血清アルブミンのようなタンパク質を生体適合性ポリマーとしいて用いることができる。
【００４６】
本発明の構造体の表面にはヒンジ構造が少なくとも１個形成される。本発明のヒンジ構造は、前記構造体が折り目に沿って折り畳まれるとき、折り畳まれる部分を連結できるものであればいかなる構造であってもかまわない。好ましいヒンジ構造の１つは、折り目の方向に沿って前記構造体の頂面に設けられる溝である。該溝は、前記頂面の辺縁から出発して相対する辺縁まで達する場合もあるが、前記頂面の一部に設けられる場合もある。別の好ましいヒンジ構造は、折り目の方向に垂直な方向に沿って前記構造体を貫通する複数のスリットである。前記構造体が折り畳まれるとき、前記スリットで区切られた折り目の部分は、前記構造体が折り畳まれる向きと同じ向きに折れ曲がるものと、前記構造体が折り畳まれる向きと反対の向きに折れ曲がるものとが互い違いに並ぶ。
前記スリットの幅は、互い違いに異なる向きに折れ曲がることができればいかなるものであってもよい。前記スリットの幅が前記構造体の折れ目の長さに対して数分の１以上の場合には、前記構造体が折り畳まれるときの反発力が小さいという利点があるのでより好ましい。
【００４７】
本発明の器具は、接着させる生物学的材料や、利用目的に応じて、無菌処理を施したり、生体毒性のない素材及び製造方法で製作される。
【００４８】
本発明の構造体は、形状又は材料などが特定のものに限定されない。本明細書の実施例の構造体は、折り紙のように折り畳まれて立体形状となるため、平板の形状であることが好ましい。
【００４９】
本発明の構造体は、例えば、光リソグラフィ、エッチング等の従来の微細加工技術を組合せて、犠牲層の除去により立体的な構造とすることができる（ＥＥ Ｔｅｘｔ センサ・マイクロマシン工学、藤田博之編著、オーム社（２００５））。代替策として、図２でも説明される押印転写法（特願２００７−１０８６７号明細書及びＯｎｏｅ， Ｈ．ら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， １７： １８１８−１８２７ （２００７））を利用する場合がある。
【００５０】
本発明の構造体は、従来の微細加工技術及び／又は前記押印転写法を、単独で、あるいは、組み合わせて作成された立体的な形状を有する鋳型を使って作成される成形品の場合がある。前記成形品は、プラスチック、セラミック及びハイドロゲルと、これらの複合材料とを含むが、これらに限定されない材料を用いて作成される場合がある。
【００５１】
本発明の構造体について自己組織的に組み上がるとは、摩擦力、表面張力、疎水結合、磁力、静電気を含むがこれらに限定されない物理的な引力及び／又は斥力か、化学的又は生物学的な結合か、を用いて、メディウム中で構造体がランダムに衝突していくうちに、構造体の集合体が形成され、該集合体においてそれぞれの構造体は予め定められたパターンに従って配置されることをいう。本発明の構造体について自己組織的に組み上がる機能は、例えば、前記構造体の表面に凹陥部と凸出部とが設けられ、１個の構造体の表面の凹陥部が他の１個の構造体の表面の凸出部と相補的に嵌合することにより達成される場合（例えば、Ｙｅｈ， Ｈ． Ｊ． Ｊ．及びＳｍｉｔｈ， Ｊ． Ｓ．、 Ｉｅｅｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ： ６， ７０６−７０８ （１９９４）を参照せよ。）があり、あるいは、前記構造体の表面に親水性部分及び／又は疎水性部分が設けられ、１個の構造体の表面の親水性部分が他の１個の構造体の表面の親水性部分と接し、及び／又は、１個の構造体の表面の疎水性部分が他の１個の構造体の表面の疎水性部分と接することにより達成される場合（例えば、Ｂｏｗｄｅｎ， Ｎ．ら、Ｌａｎｇｍｕｉｒ ：１７， １７５７−１７６５ （２００１）を参照せよ。）がある。また、抗原と抗体との反応や、酵素と基質との間又は酵素と阻害剤との間の相互作用や、ポリヒスチジンとニッケルイオンとの間の相互作用等を含むが、これらに限られない、分子識別の特異性を利用した、化学的又は生物学的な結合により達成される場合がある。さらに、これらのいずれかの組合せにより達成される場合がある。
【００５２】
折り畳まれる前の平板又はディスク状の形状の構造体は、メディウム中で３次元的に自由に運動できるとき、構造体どうしが自己集合することができない場合がある。かかる場合には、前記メディウム中に、該メディウムに不溶性の液体を添加して、前記メディウムと前記不溶性の液体との間の界面に構造体を浮かべることにより、構造体が２次元的な自由運動しかできないようにすると、集合体の形成を促進できる場合がある。前記メディウムに不溶性の液体は、前記メディウムより比重が大きい液体や、基材との間の表面張力が前記メディウムと基材との表面張力より小さい液体であることが好ましい。
【００５３】
集合体を構成する構造体の数や配置パターンを制御して、自己組織的に組み上がるように構造体を設計すると、それぞれの集合体に接着する生物学的材料を特定の組合せだけにすることができる。これによって、折り畳まれた立体形状の構造体において、２種類又は３種類以上の細胞を、構造体の内部又は外部の特定の場所に配置することができる。
【００５４】
前記構造体の表面の別の一部と前記基材の表面の一部との特異的な相互作用は、疎水性相互作用及び電磁気学的相互作用の他、生体分子と、該生体分子に対する特異的結合パートナーとの相互作用や、金属イオンと、該金属イオンに特異的なキレート剤との相互作用を含むが、これらに限定されない。前記疎水性相互作用は、前記構造体の表面の別の一部と、前記基材の表面の一部とがともに疎水性処理が施され、表面どうしが直接接触することによって発生する場合がある。代替的には、油滴のような疎水性の液体を介在することによって発生する場合がある。前記疎水性処理は、例えば、自己組織化法のような周知の表面処理技術を用いてアルカンチオールのような疎水性分子を構造体及び基材の前記表面に結合させることによって達成することができる。前記電磁気学的相互作用には、静電気又は表面荷電による引力を利用するものと、磁石による磁界を利用するものと、電界とそれにより誘導された電気双極子モーメントを利用するものとを含むが、これらに限定されない。電界とそれにより誘導された電気双極子モーメントを利用する電磁気学的相互作用には、誘導誘電泳動、静電配向等を含むが、これらに限定されない。前記生体分子と、該生体分子に対する特異的結合パートナーとの相互作用には、糖類とレクチンとの相互作用、抗原と抗原との相互作用、核酸の相補的対合による相互作用とを含むが、これらに限定されない。また、前記構造体と前記基材とが嵌合可能な形状を有することによって、特定の配向で嵌合することによる相互作用や、前記構造体が、前記基材に設けた開口を塞栓する静水圧による相互作用の組み合わせによって前記構造体が前記基材に保持される場合がある。また、以上に列挙される相互作用の２つ以上の組み合わせによって前記構造体が前記基材に保持される場合がある。
【００５５】
本発明の細胞と構造体とからなる集合体に用いる構造体は、アクテュエーターを含むか、あるいは、外部の動力源に接続するかによって、１個ずつ、あるいは、２個又は３個以上を同時に、駆動することができる。あるいは、心筋細胞のような形態変化を起こす細胞を含む構造体では、細胞の動きによって前記構造体を駆動することができる。前記アクテュエーターは、周知の微細加工技術又はＭＥＭＳ技術によって作成することができる。本発明の細胞と構造体とからなる集合体を用いて、１個又は２個以上の細胞の表面の物理的性質を測定することができる。ここで物理的性質とは、弾性、硬度、表面電位及び膜輸送を含むが、これらに限定されない。前記膜輸送に関する物理的性質には、浸透圧、能動輸送、その他の生体膜による物質の移動に関係する性質を含む。かかる細胞表面の物理的性質を測定するときには、前記構造体には物理的性質のセンサー、例えば、変位、速度、力、圧力などの機械量を検出するセンサーや、イオン選択性電極、イオン感応電界トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）などのイオンセンサーを含むことが望ましい。かかる物理的性質のセンサーは周知の微細加工技術によって作成することができる（ＥＥ Ｔｅｘｔ センサ・マイクロマシン工学、藤田博之編著、オーム社、２００５年を参照せよ。）。さらに、前記構造体及び／又は前記基材は細胞と接触するプリント配線による電極を設けて、前記構造体が前記基材と嵌合するときに外部から電気的に接続して電気刺激を行ったり電位を測定したりする場合がある。また、前記構造体及び／又は前記基材を貫通する細孔であって、細胞膜によって電気的にシールすることができるように細胞より小さな孔径を有する貫通孔を設けて、いわゆるオートパッチ法による電気生理学的な測定を行う場合がある。この場合には、前記構造体が前記基材と嵌合するとき、前記構造体に設けた貫通孔が基材に設けた貫通孔が連通するように配置される場合がある。かかるプリント配線及び貫通孔も周知の微細加工技術又はＭＥＭＳ技術によって作成することができる。
【００５６】
以下に実施例を示すが、これらは実施態様の例示を意図しており本発明の範囲を限定することは意図しない。
【実施例１】
【００５７】
１．構造体のヒンジ構造の寸法検討
５０×５０μｍ２の表面積と３μｍの高さのフィブロネクチンでコーティングされた構造体が、３、５、１０、２０又は５０μｍの間隔を置いてＭＰＣポリマーでコーティングされた基材上に配置されたデバイスが、図１で説明される方法に従って製造された。前記デバイスに３Ｔ３細胞が４−８×１０４個／ｃｍ２の播種密度で播種され、基質と接着しない細胞が培養開始４時間後に洗浄除去された。その後、２４時間後に３Ｔ３細胞が隣接した構造体を跨いで増殖するかどうかを観察した。さらに、前記２枚の構造体が３Ｔ３細胞に引き起こされてなす角度と、前記構造体２個あたりに存在する細胞の数との関係も調べた。
【００５８】
図３は、異なる間隔を置いて配置され、その上に３Ｔ３細胞が接着した状態を示す光学顕微鏡写真（Ａ）及び（Ｂ）と、前記間隔を置いて配置された２個の構造体を跨いで接着する３Ｔ３細胞が存在する割合と、前記間隔（μｍ）との関係を示すグラフ（Ｃ）である。図３（Ｃ）から、前記構造体の間隔が１０μｍ以下の場合には全て、２個の構造体を跨いで接着していた。
【００５９】
図４は、２個の構造体の上の多数の３Ｔ３細胞が接着する場合（Ａ）及び（Ｂ）と、２個の構造体の上の多数の３Ｔ３細胞が接着する場合（Ｃ）及び（Ｄ）とについて、前記構造体が折り曲げられる前に前記細胞が接着した前記構造体の面が視線方向に垂直となるように撮影された顕微鏡写真（Ａ）及び（Ｃ）と、前記構造体が折り曲げられた後に前記細胞が接着した前記構造体の面が視線方向に平行となるように撮影された顕微鏡写真（Ｂ）及び（Ｄ）と、前記構造体上に接着した３Ｔ３細胞の数と、前記構造体の折り曲げられる角度との関係を示すグラフ（Ｅ）である。図４（Ｅ）から明らかなように、前記構造体上に接着した３Ｔ３細胞の数が増えると、前記構造体の折り曲げられた２つの頂面がなす角度が大きくなった。これらの知見に基づいて、以下のとおり溝状のヒンジ構造を有する構造体の寸法を決定した。
【００６０】
図５は、本発明の構造体の溝の幅及び深さと、該溝の底での前記デバイスの厚さと、折れ曲がる角度との関係式の説明図である。図５から明らかなとおり、本発明の構造体の溝の幅ｗ及び深さｒと、該溝の底での前記デバイスの厚さｔと、折れ曲がる角度θとの間には以下の式１の関係が成立する。
【００６１】
ｗ＝（ｒ＋０．５×ｔ）×θ （式１）
【実施例２】
【００６２】
２．本発明のヒンジ構造を備えた構造体を含むデバイスの作製
図６は、本発明の１つの実施態様のデバイスの製造方法を示す模式図である。図６を参照して、本発明のデバイスは以下のとおりの手順で作成された。ガラス基板に２％ゼラチン水溶液を２００ｒｐｍでスピンコーティングし、その上にポリパラキシリレン層を形成した（図６（Ａ））。ＳＵ８樹脂を前記ポリパラキシリレン層の上にコーティングし、所望の配置パターンで、構造体と、該構造体に設けられる溝とが形成されるように遮光スクリーンを使って前記ＳＵ８樹脂の光重合を行い、未重合のＳＵ８樹脂を洗い流した（図６（Ｂ））。前記ＳＵ８樹脂層と、前記ゼラチン層との上にポリパラキシリレン層を形成した（図６（Ｃ））。その後、前記ポリパラキシリレン層をアルミニウムでマスキングしてＯ２プラズマ処理を施し、マスキングされないポリパラキシリレン層及びゼラチン層を除去した（図６（Ｄ））。その後、ＭＰＣポリマーを基板上にスピンコーティングした（図６（Ｅ））。さらに、前記アルミニウム層をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを用いて除去し、前記アルミニウム層の上のＭＰＣポリマーをリフトオフによって除去した（図６（Ｆ））。
【実施例３】
【００６３】
３．さまざまな立体形状に折り畳まれた構造体
図７は、本発明の貫通孔を有する正１２面体を展開した形状に配置して並べられた１２個の構造体に細胞が接着して折り畳まれる前（Ａ）と、折り畳まれる途中（（Ｂ）及び（Ｃ））と、完全に折り畳まれて正１２面体の形状となった状態（Ｄ）との顕微鏡写真である。図８（Ｄ）では貫通孔を通ってガラス細管が立体化した前記構造体の内部にアクセスできた。このように、本発明のデバイスを用いると、立体的に配置された１個又は２個以上の細胞に外部から電極を刺す等のやり方で細胞内電位その他の細胞生理学的な情報を得ることができる。
【００６４】
図８は、帯状に並んだ本発明の構造体はさまざまな立体形状にできることを示す顕微鏡写真である。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、本発明の発明者の所属する東京大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｏｋｙｏ）の頭文字であるＵ及びＴの形状を示す。
【００６５】
図９は、本発明の帯状の構造体に細胞が接着した顕微鏡写真で、図１０（Ａ）は前記構造体が全て基板に貼り付いている状態を示し、図１０（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、前記構造体の一端にガラス針を接触させて前記構造体の一端を基板から脱離させると、細胞によって前記構造体が前記一端から順番に折れ畳まれていく様子を示す。このようにして帯状の平面的な構造体から、螺旋又は筒のような中空の立体形状を作ることができる。
【００６６】
図１０は、本発明の溝状のヒンジ構造を備える構造体に細胞が接着した顕微鏡写真で、図１０（ａ）は前記構造体が全て基板に貼り付いている状態と、本発明の構造体のうち１個の一端にガラス針を接触させている様子を示し、図１０（ｂ）及び（ｃ）は、細胞によって前記構造体が前記一端から順番に折れ畳まれてできた筒状の立体構造を示す。
【００６７】
図１１（a−１）及び（ａ−２）と、図１１（ｂ−１）及び（ｂ−２）と、図１１（ｃ−１）及び（ｃ−２）とは、ヒンジ構造で折れ曲がった平面がなす角度をあらかじめ、それぞれ、９０°と、１３５°と、１２０°とになるように加工された構造体に細胞を接着させて折り畳ませて得られた立体構造の顕微鏡写真である。
【００６８】
以上詳しく説明したとおり、本発明のデバイスを用いると、さまざまな立体形状をした微細構造体を作製することができる。本発明のデバイスと、細胞、特に移植患者由来の細胞とを含む移植用器具は、ステント、コイルその他所望の形状をとることができ、しかも、該所望の形状は、患者自身の細胞の力で本発明のデバイスの構造体が折り畳まれるためにできあがるので、生体毒性の問題が起こりにくい。また、本発明の移植用器具は、移植されるときには帯状の構造体として移植できるので、移植するときに応力を加えて自己拡張することを防止しなくてもよい。そのため、移植手術が簡単となり、成功率を上げることができる。
【００６９】
さらに、本発明の分析用器具は、細胞や、収縮性の高分子化合物のような生物学的材料が被験物質の作用で収縮すると、本発明のデバイスの構造体が折り畳まれて、その立体形状が大きく変化することを利用する。そのため、非常に微量の被験物質を鋭敏に検出したり、広い濃度範囲の被験物質を正確に測定したりすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなるデバイスであって、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、該ヒンジ構造は、生物学的材料が前記ヒンジ構造を跨いで前記ヒンジ構造の両岸を架橋できる寸法を有し、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成されることを特徴とする、デバイス。
【請求項２】
前記両岸の頂面の少なくとも一部は前記生物学的材料との接着を増強させる処理が施されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記基材は剛性の高い素材でできており、前記構造体は、前記基材との間に設けられた遊離制御剤層によって、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記構造体は応力を加えることによって前記基材から遊離されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記基材は粘着力を備えた弾性の高い素材でできており、前記構造体は、前記粘着力によって、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記弾性基材の表面に保持され、前記構造体は前記弾性基材に応力を加えることによって該弾性基材から遊離されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記デバイスの外表に露出した前記構造体は帯状で、前記ヒンジ構造は複数本が互いに平行に設けられ、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体が中空の立体形状となることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項６】
前記デバイスの外表に露出した前記構造体は、前記ヒンジ構造を折り目として多面体を展開した形状であり、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体は多面体の形状となることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項７】
前記デバイスの外表に露出した前記構造体は、前記ヒンジ構造を折り目として多面体を展開した形状が少なくとも２個以上前記ヒンジ構造を隔てて隣接する形状であり、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体は多面体が連続する形状となることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項８】
前記構造体の少なくとも一部には前記構造体の頂面から底面に達する貫通孔が設けられることを特徴とする、請求項５ないし７のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項９】
前記生物学的材料は複数の種類からなり、前記構造体にはそれぞれの種類の生物学的材料が特異的に前記ヒンジ構造を跨いで接着できる処理が施されることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記生物学的材料は、細胞か、収縮可能な高分子化合物かであることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記生物学的材料は動物細胞であることを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記構造体は自己組織的に組み上がる機能を有することを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１３】
前記自己組織的に組み上がる機能は、前記構造体の表面に凹陥部と凸出部とが設けられ、１個の構造体の表面の凹陥部が他の１個の構造体の表面の凸出部と相補的に嵌合することにより達成されることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記自己組織的に組み上がる機能は、前記構造体の表面に親水性部分及び／又は疎水性部分が設けられ、１個の構造体の表面の親水性部分が他の１個の構造体の表面の親水性部分と接し、及び／又は、１個の構造体の表面の疎水性部分が他の１個の構造体の表面の疎水性部分と接することにより達成されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のデバイスと、生物学的材料とを含むことを特徴とする、生体移植用器具。
【請求項１６】
前記デバイスから遊離させた前記構造体を患者の体内に移植し、該患者由来の生物学的材料を前記構造体に接着させて、前記生物学的材料の収縮によって前記構造体が折り畳まれるように用いられることを特徴とする、請求項１５に記載の生体移植用器具。
【請求項１７】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のデバイスと、生物学的材料とを含むことを特徴とする、分析用器具。
【請求項１８】
構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなり、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、前記基材は剛性の高い素材でできており、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される、デバイスの製造方法であって、
前記基材の上に遊離制御剤層を形成するステップと、
該遊離制御剤層の上に第１の樹脂層を形成するステップと、
第１の樹脂層の上に、前記ヒンジ構造を含む前記構造体の形状に対応するように配置される第２の樹脂層を形成するステップと、
第２の樹脂層の上に、第３の樹脂層を形成するステップと、
第３の樹脂層の上に、前記ヒンジ構造を含まない前記構造体の形状に対応するように保護層を形成するステップと、
該保護層で覆われないで第３の樹脂層が露出する部分について、前記遊離制御剤層と、第１ないし第３の樹脂層とを除去して基材を露出させるステップと、
前記露出した基材の上と、前記保護層の上とに、生体適合性ポリマー層を形成するステップと、
前記保護層と、該保護層の上に形成された生体適合性ポリマー層とを除去するステップとを含むことを特徴とする、前記デバイスの製造方法。
【請求項１９】
構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなり、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、前記基材は粘着力を備えた弾性の高い素材でできており、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される、デバイスの製造方法であって、
前記ヒンジ構造を含む構造体と基板とが支持部を介して一体となるように成形するステップと、
前記基板と一体に成形された構造体を、前記ヒンジ構造が設けられた面が露出するように前記基材に押し付けて、前記構造体を前記基材の表面に圧着させる押圧力により前記支持部を破壊するとともに、前記構造体を前記基材の表面に保持し、前記基板から分離させるステップと、
前記基材に保持された前記構造体の上に保護層を形成するステップと、
前記基材の上と、前記保護層の上とに、生体適合性ポリマー層を形成するステップと、
前記保護層と、該保護層の上に形成された生体適合性ポリマー層とを除去するステップとを含むことを特徴とする、前記デバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記構造体を前記基材の表面に圧着させるステップと、前記基板から分離させるステップとは、複数の構造体について別々に実施され、
前記複数の構造体のうちの１つが保持された基材に他の構造体が保持された基材を押し付けることにより、前記複数の構造体の１つの表面に前記他の構造体が接着された立体的な形状の構造体が形成されるステップを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記保持させるステップの前に、前記生物学的材料と前記構造体との接着を増強させる処理を施すステップを含むことを特徴とする、請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２２】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のデバイスと、生物学的材料とを用意するステップと、
該デバイスのそれぞれの外表に露出した前記構造体の表面に前記生物学的材料を接着させるステップと、
前記生物学的材料が収縮することにより前記構造体を折り畳ませるステップとを含むことを特徴とする、生体移植用器具の製造方法。
【請求項２３】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のデバイスを用意するステップと、
該デバイスのそれぞれの外表に露出した前記構造体の表面に生物学的材料を接着させるステップと、
前記生物学的材料が接着した構造体に被験物質を曝すステップと、
前記被験物質に曝された前記生物学的材料が収縮することによって、前記構造体が折り畳まれるステップと、
前記構造体が折り畳まれることによる前記構造体の立体形状の変化を解析するステップとを含むことを特徴とする、被験物質と生物学的材料との相互作用を分析する方法。
【請求項２４】
複数の構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材と、生物学的材料とからなるデバイスであって、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記複数の構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記生物学的材料は前記複数の構造体に跨って接着し、前記構造体が前記基材から遊離するとき、前記生物学的材料が前記複数の構造体を引き寄せて立体的に配置させ、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成されることを特徴とする、デバイス。
【請求項２５】
前記生物学的材料は動物細胞であることを特徴とする、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項１】
構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなるデバイスであって、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、該ヒンジ構造は、生物学的材料が前記ヒンジ構造を跨いで前記ヒンジ構造の両岸を架橋できる寸法を有し、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成されることを特徴とする、デバイス。
【請求項２】
前記両岸の頂面の少なくとも一部は前記生物学的材料との接着を増強させる処理が施されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記基材は剛性の高い素材でできており、前記構造体は、前記基材との間に設けられた遊離制御剤層によって、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記構造体は応力を加えることによって前記基材から遊離されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記基材は粘着力を備えた弾性の高い素材でできており、前記構造体は、前記粘着力によって、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記弾性基材の表面に保持され、前記構造体は前記弾性基材に応力を加えることによって該弾性基材から遊離されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記デバイスの外表に露出した前記構造体は帯状で、前記ヒンジ構造は複数本が互いに平行に設けられ、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体が中空の立体形状となることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項６】
前記デバイスの外表に露出した前記構造体は、前記ヒンジ構造を折り目として多面体を展開した形状であり、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体は多面体の形状となることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項７】
前記デバイスの外表に露出した前記構造体は、前記ヒンジ構造を折り目として多面体を展開した形状が少なくとも２個以上前記ヒンジ構造を隔てて隣接する形状であり、前記構造体に接着した生物学的材料が収縮するとき、前記構造体は多面体が連続する形状となることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項８】
前記構造体の少なくとも一部には前記構造体の頂面から底面に達する貫通孔が設けられることを特徴とする、請求項５ないし７のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項９】
前記生物学的材料は複数の種類からなり、前記構造体にはそれぞれの種類の生物学的材料が特異的に前記ヒンジ構造を跨いで接着できる処理が施されることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記生物学的材料は、細胞か、収縮可能な高分子化合物かであることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記生物学的材料は動物細胞であることを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記構造体は自己組織的に組み上がる機能を有することを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１３】
前記自己組織的に組み上がる機能は、前記構造体の表面に凹陥部と凸出部とが設けられ、１個の構造体の表面の凹陥部が他の１個の構造体の表面の凸出部と相補的に嵌合することにより達成されることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記自己組織的に組み上がる機能は、前記構造体の表面に親水性部分及び／又は疎水性部分が設けられ、１個の構造体の表面の親水性部分が他の１個の構造体の表面の親水性部分と接し、及び／又は、１個の構造体の表面の疎水性部分が他の１個の構造体の表面の疎水性部分と接することにより達成されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のデバイスと、生物学的材料とを含むことを特徴とする、生体移植用器具。
【請求項１６】
前記デバイスから遊離させた前記構造体を患者の体内に移植し、該患者由来の生物学的材料を前記構造体に接着させて、前記生物学的材料の収縮によって前記構造体が折り畳まれるように用いられることを特徴とする、請求項１５に記載の生体移植用器具。
【請求項１７】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のデバイスと、生物学的材料とを含むことを特徴とする、分析用器具。
【請求項１８】
構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなり、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、前記基材は剛性の高い素材でできており、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される、デバイスの製造方法であって、
前記基材の上に遊離制御剤層を形成するステップと、
該遊離制御剤層の上に第１の樹脂層を形成するステップと、
第１の樹脂層の上に、前記ヒンジ構造を含む前記構造体の形状に対応するように配置される第２の樹脂層を形成するステップと、
第２の樹脂層の上に、第３の樹脂層を形成するステップと、
第３の樹脂層の上に、前記ヒンジ構造を含まない前記構造体の形状に対応するように保護層を形成するステップと、
該保護層で覆われないで第３の樹脂層が露出する部分について、前記遊離制御剤層と、第１ないし第３の樹脂層とを除去して基材を露出させるステップと、
前記露出した基材の上と、前記保護層の上とに、生体適合性ポリマー層を形成するステップと、
前記保護層と、該保護層の上に形成された生体適合性ポリマー層とを除去するステップとを含むことを特徴とする、前記デバイスの製造方法。
【請求項１９】
構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材とからなり、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記デバイスの外表に露出した前記構造体の頂面には少なくとも１個のヒンジ構造が設けられ、前記基材は粘着力を備えた弾性の高い素材でできており、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成される、デバイスの製造方法であって、
前記ヒンジ構造を含む構造体と基板とが支持部を介して一体となるように成形するステップと、
前記基板と一体に成形された構造体を、前記ヒンジ構造が設けられた面が露出するように前記基材に押し付けて、前記構造体を前記基材の表面に圧着させる押圧力により前記支持部を破壊するとともに、前記構造体を前記基材の表面に保持し、前記基板から分離させるステップと、
前記基材に保持された前記構造体の上に保護層を形成するステップと、
前記基材の上と、前記保護層の上とに、生体適合性ポリマー層を形成するステップと、
前記保護層と、該保護層の上に形成された生体適合性ポリマー層とを除去するステップとを含むことを特徴とする、前記デバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記構造体を前記基材の表面に圧着させるステップと、前記基板から分離させるステップとは、複数の構造体について別々に実施され、
前記複数の構造体のうちの１つが保持された基材に他の構造体が保持された基材を押し付けることにより、前記複数の構造体の１つの表面に前記他の構造体が接着された立体的な形状の構造体が形成されるステップを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記保持させるステップの前に、前記生物学的材料と前記構造体との接着を増強させる処理を施すステップを含むことを特徴とする、請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２２】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のデバイスと、生物学的材料とを用意するステップと、
該デバイスのそれぞれの外表に露出した前記構造体の表面に前記生物学的材料を接着させるステップと、
前記生物学的材料が収縮することにより前記構造体を折り畳ませるステップとを含むことを特徴とする、生体移植用器具の製造方法。
【請求項２３】
請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のデバイスを用意するステップと、
該デバイスのそれぞれの外表に露出した前記構造体の表面に生物学的材料を接着させるステップと、
前記生物学的材料が接着した構造体に被験物質を曝すステップと、
前記被験物質に曝された前記生物学的材料が収縮することによって、前記構造体が折り畳まれるステップと、
前記構造体が折り畳まれることによる前記構造体の立体形状の変化を解析するステップとを含むことを特徴とする、被験物質と生物学的材料との相互作用を分析する方法。
【請求項２４】
複数の構造体と、該構造体を遊離可能なように保持する基材と、生物学的材料とからなるデバイスであって、前記構造体は、前記デバイスの外表に前記複数の構造体の一部が露出した状態で前記基材の表面に保持され、前記生物学的材料は前記複数の構造体に跨って接着し、前記構造体が前記基材から遊離するとき、前記生物学的材料が前記複数の構造体を引き寄せて立体的に配置させ、前記デバイスの外表に露出した前記基材の表面は生体適合性ポリマー層が形成されることを特徴とする、デバイス。
【請求項２５】
前記生物学的材料は動物細胞であることを特徴とする、請求項２４に記載のデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１３３２８（Ｐ２０１３−１３３２８Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５１５１５（Ｐ２００９−２５１５１５）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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