液体ゲル化装置及び液体ゲル化方法
【課題】ゲルの形状及びゲルの内部構造を制御することができる液体ゲル化装置及び液体ゲル化方法を提供する。
【解決手段】液体ゲル化装置は、ゲル化容器１０の一方の先端部に形成された液室１２と、ゲル化容器１０内に配置され、内部にゲル化対象液体を収容する管状部１４と、管状部１４をゲル化容器１０内に固定する固定手段１６と、ゲル化容器１０を上記液室１２と反対側の端部で保持しつつ回転させる回転駆動部１８とを含み、ゲル化容器１０を回転駆動部１８で回転させて管状部１４中のゲル化対象液体に遠心力を作用させ、管状部１４の液室１２側先端部からゲル化対象液体をゲル化剤液に向かって放出させ、ゲル化剤液中でゲル化させる。このとき、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌに応じて、ゲルの形状を制御できる。
【解決手段】液体ゲル化装置は、ゲル化容器１０の一方の先端部に形成された液室１２と、ゲル化容器１０内に配置され、内部にゲル化対象液体を収容する管状部１４と、管状部１４をゲル化容器１０内に固定する固定手段１６と、ゲル化容器１０を上記液室１２と反対側の端部で保持しつつ回転させる回転駆動部１８とを含み、ゲル化容器１０を回転駆動部１８で回転させて管状部１４中のゲル化対象液体に遠心力を作用させ、管状部１４の液室１２側先端部からゲル化対象液体をゲル化剤液に向かって放出させ、ゲル化剤液中でゲル化させる。このとき、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌに応じて、ゲルの形状を制御できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ゲル化装置及び液体ゲル化方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
免疫学、農薬その他の研究に、細胞や細菌等の担体としてマイクロビーズを使用することが広く知られている。このようなマイクロビーズの製造方法として、下記特許文献１及び特許文献２には、インクジェットノズルにより、第１の液体の液滴を、第１の液体と接触するとゲルを生成する第２の液体中に噴霧する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１１５９１号公報
【特許文献２】特開２００９−２０７９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術においては、生成するマイクロビーズのサイズは、インクジェットノズルの径によりある程度調整可能であるが、マイクロビーズの形状を調整することはできなかった。また、複数種類の材料を境界により分離しつつ一つのビーズ中に共存させる等のマイクロビーズの内部構造を制御することもできなかった。
【０００５】
本発明の目的は、ゲルの形状及びゲルの内部構造を制御することができる液体ゲル化装置及び液体ゲル化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、液体ゲル化装置であって、ゲル化対象液体をゲル化させるゲル化剤液と、前記ゲル化剤液の液面から所定距離に先端開口が配置され、内部に前記ゲル化対象液体を収容する管状部と、前記管状部内に収容されたゲル化対象液体に対して遠心力を作用させ、前記管状部の先端開口から前記ゲル化剤液に向かって前記ゲル化対象液体を放出させる遠心力発生手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記液体ゲル化装置において、前記管状部の先端開口と前記ゲル化剤液の液面との距離が可変であり、前記ゲル化対象液体のゲル化物の形状を前記距離により変更可能であることを特徴とする。
【０００８】
また、上記液体ゲル化装置において、前記管状部の先端開口を前記ゲル化剤液の中に配置し、前記ゲル化対象液体を糸状にゲル化させることを特徴とする。
【０００９】
また、上記液体ゲル化装置において、前記管状部の内部に複数の通路が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、上記液体ゲル化装置において、前記ゲル化対象液体がアルギン酸塩水溶液であり、前記ゲル化剤液が塩化カルシウム水溶液であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の実施形態は、液体ゲル化方法であって、ゲル化対象液体を管状部に収容し、前記ゲル化対象液体をゲル化させるゲル化剤液の液面から所定距離または前記ゲル化剤液の中に、前記管状部の先端開口を配置し、前記管状部内に収容されたゲル化対象液体に対して遠心力を作用させ、前記管状部の先端開口から前記ゲル化剤液に向かって前記ゲル化対象液体を放出させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ゲルの形状を調整することができる。また、ゲルの内部構造を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態にかかる液体ゲル化装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態にかかる液体ゲル化装置の構成例を示す図である。
【図３】本実施形態にかかる液体ゲル化装置の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態にかかる管状部の断面形状の例を示す図である。
【図５】内部が壁により二つに分割され、二つの通路が形成された本実施形態にかかる管状部を使用した場合のゲルの内部構造の例を示す図である。
【図６】本実施形態にかかる管状部の断面形状の他の例を示す図である。
【図７】管状部が複数形成された本実施形態にかかる管形成部材の例を示す図である。
【図８】本実施形態にかかる管形成部材をゲル化容器に収容した例を示す図である。
【図９】実施例にかかるゲルの粒子のアスペクト比の観察結果を示す図である。
【図１０】実施例１の方法により製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【図１１】実施例１の方法により製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【図１２】実施例２における先端開口径１００＋／−５μｍの管状部を使用して製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【図１３】実施例３の方法により製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【図１４】実施例４の方法により製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１５】
図１、図２、図３には、本実施形態にかかる液体ゲル化装置の構成例が示される。図１において、液体ゲル化装置は、ゲル化容器１０と、ゲル化容器１０の一方の先端部に形成された液室１２と、ゲル化容器１０内に配置され、内部にゲル化対象液体を収容する管状部１４と、管状部１４をゲル化容器１０内に固定する固定手段１６と、ゲル化容器１０を上記液室１２と反対側の端部で保持しつつ回転させ、ゲル化容器１０、ゲル化容器１０に収容された上記各構成要素及び管状部１４内のゲル化対象液体に遠心力を作用させる回転駆動部１８とを含んで構成されている。なお、図１、図２及び図３の例では、液室１２が形成された、ゲル化容器１０の先端部にテーパ（先細り構造）が形成されているが、回転駆動部１８により回転させたときに遠心力で破損されなければ、先端部を他の形状としてもよい。
【００１６】
管状部１４の先端部は、回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌが可変に構成されている。この構成は、例えば管状部１４が固定手段１６に開いた孔中をスライド可能としておき、回転駆動部１８により回転させる場合に摩擦力やネジ等で管状部１４を固定手段１６に固定して遠心力で液室１２側に移動することを防止する構造により実現できる。また、回転駆動部１８としては、適宜な遠心分離装置等を使用することができる。
【００１７】
次に、上記液体ゲル化装置の動作を説明する。液室１２にゲル化剤液を収容し、管状部１４にゲル化対象液体を収容した状態でゲル化容器１０を回転駆動部１８に固定する。回転駆動部１８により、図２に示される矢印Ｒ方向に所定の回転速度でゲル化容器１０を回転させると、ゲル化容器１０の回転中に、上記管状部１４中のゲル化対象液体に、図２に示される矢印Ｇ方向の遠心力が作用する。この遠心力により、上記管状部１４の液室１２側先端部からゲル化対象液体がゲル化剤液に向かって放出される。管状部１４の上記先端部から放出されたゲル化対象液体は、液室１２に収容されたゲル化剤液と接触し、ゲル状に変質する（ゲル化物となる）。なお、回転駆動部１８による回転方向は、図２に示される矢印Ｒの方向に限定されず、矢印Ｒとは逆方向であってもよい。
【００１８】
ここで、ゲル化対象液体として、例えばアルギン酸ナトリウム水溶液を使用した場合、ゲル化剤液としては、塩化カルシウム水溶液が好適である。アルギン酸ナトリウムが塩化カルシウムと接触してアルギン酸カルシウムのゲルが生成するからである。
【００１９】
なお、管状部１４の先端部から放出されるゲル化対象液体が、液室１２に収容されたゲル化剤液と接触して生成するゲルの形状は、回転駆動部１８の回転数（作用する遠心力の大きさ）、上記管状部１４の先端部の開口径、上記管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌ、及びゲル化対象液体の密度、表面張力、粘度等により様々（液滴状、糸状等）に制御することができる。これは、上記各パラメータにより管状部１４の先端部から放出されるゲル化対象液体の形状が種々変化するからである。
【００２０】
例えば、図２には、上記距離Ｌが正の実数値である場合が示されるが、この場合には生成するゲルの形状を球状、楕円体状等に制御することができる。なお、図２は、球状のゲルを生成した例である。生成するゲルの形状が球状である場合には、球の直径Ｒｇは以下の式により表される。
【００２１】
【数１】
ここで、ρはゲル化対象液体の密度、γはゲル化対象液体の表面張力、αはゲル化対象液体の粘度、Ｒは管状部１４の先端の開口径、ｇは管状部１４中のゲル化対象液体に作用する遠心力。
【００２２】
また、上記距離Ｌを長くして行くと、ゲル化対象液体の濃度に応じてゲルの形状が球状から楕円体状に変化して行く。これらの詳細は実施例において再度述べる。
【００２３】
一方、図３に示されるように、上記距離Ｌを０、すなわち管状部１４の先端部をゲル化剤液の液面Ｓと接触させ、または液中に配置すると、ゲルの形状が糸状となる。ここで、糸状とは、径に対して長さが十分に長い形状をいう。糸状のゲルとしては、断面が円形の糸に限らず、管状部１４の先端開口の形状に応じて、断面が楕円形状または三角形、四角形若しくは五角形以上の多角形の断面を有する糸とすることも可能である。また、糸の径（断面の適宜な場所の長さ）も、管状部１４の先端開口の径等により制御することができる。
【００２４】
以上に述べた本実施形態にかかる液体ゲル化装置では、上記距離Ｌを変更可能に構成しているので、生成するゲルの形状を容易に制御することができる。
【００２５】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、管状部１４の断面形状の例が示される。図４（ａ）は、管状部１４内部が単一の管（円筒形状）の例である。また、図４（ｂ）は、円筒が一つの直径位置に配置された壁２０で二つに分割された例である。上記図１、図２及び図３の例では、図４（ｂ）に示された管状部１４が使用されている。また、図４（ｃ）は、円筒が二つの互いに直交する直径位置に配置された壁２０で四つに分割された例である。
【００２６】
図４（ａ）の例の場合における管状部１４の先端の開口径ｘとは、開口部の内径である。図４（ａ）に示された管状部１４の断面は、開口部の形状と同じ（テーパが形成されている場合には相似）であるので、図４（ａ）にｘとして開口径ｘを記載している。
【００２７】
また、図４（ｂ）、（ｃ）の例の場合の先端の開口径ｘは、壁２０が無かった場合の開口部の内径となる。図４（ｂ）、（ｃ）に示された断面は、開口の形状と同じ（テーパが形成されている場合には相似）であるので、図４（ｂ）、（ｃ）にｘとして開口径ｘを記載している。
【００２８】
図４（ａ）に示されるように、管状部１４の内部が単一の管（通路が一つ）の場合には、生成するゲルの内部も単一構造となる。これに対して、図４（ｂ）、（ｃ）のように、管状部１４内部が壁２０で分割され、複数の通路が形成されていると、それぞれの通路に異なるゲル化対象液体を収容することにより、生成するゲルの中を、複数種類の材料を境界により分離しつつ共存させる構造とすることができる。このように、管状部１４内部の構造により、生成するゲルの内部構造を制御することができる。
【００２９】
なお、管状部１４の断面形状は、これらに限定されるものではなく、生成されるゲルの形状、内部構造及び何種類のゲル化対象液体を使用するかに応じて断面形状及び分割の数を適宜決定する。断面形状としては、円形に限らず、例えば楕円形状あるいは適宜な多角形とすることもできる。
【００３０】
図５には、図４（ｂ）の構造の管状部１４を使用した場合のゲル２２の内部構造の例が示される。すなわち、図５では、通路が二つの管状部１４を使用した図２の例の液体ゲル化装置により生成される球状のゲルが示されている。本例では、ゲルの内部に、境界２４により二つに分離された、２種類の材料で構成された２種類のゲルＩ、ＩＩが共存している内部構造となっている。
【００３１】
また、上記図３の例では、管状部１４の先端部がゲル化剤液の液面Ｓと接触し、または液中に配置され、糸状のゲルが生成している。図３においても、図４（ｂ）の構造の管状部１４が使用されており、糸状のゲルは、２種類のゲルが糸の長手方向で境界により分離され、共存している内部構造となっている。
【００３２】
上記図１、図２及び図３では、管状部１４が１本の場合が示されているが、管状部１４は１本に限定されない。また、管状部１４の材質はガラス等が好適であるが、これには限定されず、例えば適宜な金属、樹脂等を使用することもできる。
【００３３】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、管状部１４の断面形状の他の例が示される。図６（ａ）が二重管の例であり、外管Ｐ１の内側に内管Ｐ２が挿入された構造となっている。また、図６（ｂ）がマルチバレル管の例であり、複数（図６（ｂ）では３本）の管が束ねられて構成されている。また、図６（ｃ）が三分割管の例であり、三つの半径位置に配置された壁２０で三つに分割されている。また、図６（ｄ）が四角管の例であり、断面が四角形状の管となっている。図６（ｄ）では、四つの四角管が束ねられているが、これには限定されず、四角管の数は１以上の任意の数とすることができる。
【００３４】
図７（ａ）、（ｂ）には、管状部１４が複数形成された管形成部材の例が示される。図７（ａ）が平面図であり、図７（ｂ）が、図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００３５】
図７（ａ）において、管形成部材２６は円柱形状（断面円形）に形成され、その内部には、円形の端面に略垂直方向に複数の管状部１４が設けられている。図７（ａ）では、管状部１４の開口が円の配列として示されている。なお、図７（ａ）の例では、管状部１４が９本設けられているが、管状部１４の数は限定されず、用途に応じて適宜決定することができる。また、管形成部材２６は、図７（ａ）に示される円柱形状に限定されず、例えば角柱状であってもよい。また、管状部１４の断面形状は円形に限らず、楕円形状あるいは適宜な多角形とすることもできる。
【００３６】
図７（ｂ）に示されるように、各管状部１４は、管形成部材２６の内部に形成された孔である。図７（ｂ）の例では、各管状部１４が図４（ａ）と同様の単一の管として示されているが、図４（ｂ）、（ｃ）のように、管状部１４内部が壁２０で分割され、各管状部１４に複数の通路が形成されていてもよい。
【００３７】
また、図７（ｂ）の管状部１４の先端部ｆには、テーパを形成してもよい。ゲル化対象液体は、このテーパの先端の開口Ａから放出される。
【００３８】
図８には、管形成部材２６をゲル化容器１０に収容した例が示される。図８において、管形成部材２６は、ゲル化容器１０の直胴部に収容される。この場合、図７（ａ）、（ｂ）に示された管形成部材２６は、管状部１４の開口Ａが形成された側が液室１２に収容されたゲル化剤液の回転中における液面Ｓに向くように配置される。また、管形成部材２６は、ゲル化容器１０の直胴部を、その直胴部の長手方向に移動可能に構成する。例えば、管形成部材２６の直胴表面とゲル化容器１０の直胴内面とに、互いにかみ合うネジ構造（図示せず）等を形成し、管形成部材２６を回転させつつゲル化容器１０内を直胴部に沿って移動させ、適宜な位置に管形成部材２６の位置決めをする構成としてもよい。なお、管形成部材２６の位置決めを行うための構成は、上記ネジ構造に限定されるものではない。
【００３９】
また、液室１２は、図１、図２、図３の例とは異なり、ゲル化容器１０の先端のテーパ部分のみならず、直胴部まで延長されている。従って、回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓは、この直胴部に形成される。このため、上記位置決め用のネジ構造等を使用して管形成部材２６の位置をゲル化容器１０中で移動させることにより、管形成部材２６の先端の開口の位置とゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌを０から所定の距離まで変更することが可能となる。
【００４０】
以上に述べた実施形態においては、ゲル化対象液体としてアルギン酸ナトリウム水溶液を使用し、ゲル化剤液として塩化カルシウム水溶液を使用する場合について説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。例えば、アルギン酸ナトリウムを架橋させ、硬化させるための２価、３価または４価の陽イオンの例として、Ｃａ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋、Ｃｏ３＋、Ｍｎ２＋、Ｍｎ３＋、Ｍｎ４＋、Ｍｇ２＋、Ｃｒ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｐｄ２＋、Ｒｈ２＋、Ｒｈ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋、Ｐｔ２＋、Ｉｒ２＋、Ｉｒ３＋、Ｒｕ２＋、Ｒｕ３＋、Ｏｓ２＋、Ｏｓ３＋等が挙げられ、これらのイオンの塩類等を使用することができる。
【００４１】
また、ゲル化対象液体として、アルギン酸ナトリウム以外に、Ｐｕｒａ Ｍａｔｒｉｘ（合成ペプチドゲル ３ＤＭ，Ｉｎｃ．製）等のイオンを介して架橋するゲル、ポリアクリル酸／ＰＶＡブレンド物、ポリビニルメチルエーテル、リン酸基やカルボキシル基を有する分子性超分子ゲル、コラーゲン等のイオンではなくｐＨ硬化性ゲルが挙げられる。
【００４２】
また、ゲル化対象液体としては、イオンやｐＨでなく温度を制御することによりゲル化する溶液を使用することもできる。例えば、アガロースやゼラチンの溶液をゲル化対象液体として管状部１４の先端部から放出し、液室１２には冷却した液体（水など）をゲル化剤液として収容しておくことで、ゲル化対象液体を冷やしてゲル化させる。あるいは、コラーゲンやマトリゲルの溶液をゲル化対象液体として管状部１４の先端部から放出し、液室１２には加熱した液体（水など）をゲル化剤液として収容しておくことで、ゲル化対象液体の温度を上げてゲル化させる。
【００４３】
さらに、ゲル化対象液体として光硬化性樹脂溶液を使用してもよい。例えば、回転駆動部１８を構成する遠心分離装置の内部にＵＶ光源を配置し、あるいはゲル化容器１０の底（ゲル化剤液の中）にＵＶ−ＬＥＤを配置しておき、管状部１４の先端部から放出されたゲル化対象液体が液室１２に収容されたゲル化剤液中でドロップ（所定形状の液滴）形成後にＵＶ照射で光硬化性樹脂を瞬時に硬化させ、ゲル化させる。この場合に使用できる光硬化性樹脂としては、例えばＰＥＧ−ＤＡ（ポリエチレングリコールジアクリレート）とＰＥＧ−ａｃｒｙｌｅｔｅ（ポリエチレングリコールアクリレート）とアクリルアミドと１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（光重合開始剤 イルガキュア（Ｒ）１８４）との混合溶液、またはアクリルアミドと上記イルガキュア（Ｒ）１８４との混合溶液等が挙げられる。
【００４４】
なお、光硬化性樹脂としては、ポリウレタン系樹脂（例えば、エドモンド・オプティクス社製ＮＯＲＬＡＮＤ光学接着剤）や、ポリエポキシ系樹脂（例えば、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製ＳＵ−８フォトレジスト）等を使用することもできる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の具体例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
実施例１
図１に示されたゲル化容器１０の管状部１４（断面楕円形状、内径長軸１．５ｍｍ、内径短軸１．３５ｍｍ、先端開口径長軸１００μｍ、短軸９０μｍ）に、アルギン酸ナトリウム水溶液を入れ、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌを２ｍｍから４．５ｍｍまで０．５ｍｍ刻みで変化させ、回転駆動部１８によりゲル化容器１０を回転させて生じるゲルの粒子のアスペクト比を観察した。なお、ゲル化剤液としては、５００ｍｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液を使用した。また、回転駆動部１８としては、和研薬株式会社製遠心機ＷＫＮ−２３２０を使用し、その回転数は、２０００−３０００回転／分とした。さらに、アルギン酸ナトリウム水溶液のアルギン酸ナトリウム濃度は、２．０質量％及び３．０質量％の２種類を準備し、それぞれゲル化を行わせた。なお、使用したアルギン酸ナトリウム水溶液の密度は、いずれも１．０であり、表面張力は、濃度２．０質量％の場合が７０．５ｍＮ／ｍ、濃度３．０質量％の場合が６９．３ｍＮ／ｍであった。
【００４７】
図９には、ゲルの粒子のアスペクト比の観察結果が表とグラフで示される。図９のグラフでは、縦軸がゲルの粒子のアスペクト比であり、横軸が管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌである。なお、アスペクト比が１に近いほど粒子は球状となり、１より小さくなると楕円体状等への変形が大きくなる。
【００４８】
図９に示された結果では、アルギン酸ナトリウム濃度が２．０質量％の場合に、上記距離Ｌの増大とともにアスペクト比が低下し、球状からの変形が大きくなっている。一方、アルギン酸ナトリウム濃度が３．０質量％の場合では、アスペクト比がほぼ１を維持し、ゲルの粒子が球状からほとんど変形していないことがわかる。これは、濃度が３．０質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液では、粘度が２５℃で２８．８×１０２Ｐａ・ｓ（２８８ｃＰ）であるのに対して、濃度が２．０質量％の場合の粘度が２５℃で９．０９×１０２Ｐａ・ｓ（９０．９ｃＰ）であって、濃度が３．０質量％の場合の粘度が濃度が２．０質量％の場合の粘度より高いためである。すなわち、粘度が高い方がゲル化前の液滴の変形が小さいためである。
【００４９】
図１０，図１１は、本実施例１の方法により製造したゲルの顕微鏡写真（オリンパス社製、ＩＸ−７１を使用して撮影した）を示す図である。図１０が、アルギン酸ナトリウム濃度が２．０質量％の場合であり、図１１が、アルギン酸ナトリウム濃度が３．０質量％の場合である。図１０の例では、上述したように、ゲル粒子の球状からの変形が大きくなっていることがわかる。一方、図１１の例では、ゲル粒子がほぼ球状を維持していることがわかる。
【００５０】
実施例２
図１に示されたゲル化容器１０の管状部１４として、図４（ｂ）に示された、壁２０で二つの通路に分割された、内径１．５ｍｍのものを使用した。また、管状部１４の先端開口径は、８０＋／−５μｍ、１００＋／−５μｍ及び１２０＋／−５μｍの３種類とした。この管状部１４の二つの通路に、着色剤でそれぞれ異なる２種類の色に着色した、３．０質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液を収容した。また、ゲル化剤液として５００ｍｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液を使用し、実施例１と同様にして回転駆動部１８でゲル化容器１０を回転させてゲル化を行わせた。なお、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌは４ｍｍとした。これにより、２色のアルギン酸ナトリウムから生成した２色のゲル（アルギン酸カルシウム）が境界により分離されつつ一つのビーズ中に共存したマイクロビーズゲルを生成した。
【００５１】
表１には、上記操作により作成したマイクロビーズゲルの平均粒径及びそのばらつきが示される。なお、マイクロビーズゲルの粒径は、株式会社キーエンス製、デジタルマイクロスコープＶＨＸ−９００を使用して測定した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１に示されるように、管状部１４の先端開口径８０＋／−５μｍの場合には、マイクロビーズゲルの平均粒径及びそのばらつきは８８．８＋／−１．５μｍであった。また、管状部１４の先端開口径１００＋／−５μｍの場合には、マイクロビーズゲルの平均粒径及びそのばらつきは１００．４＋／−２．９μｍであった。また、管状部１４の先端開口径１２０＋／−５μｍの場合には、マイクロビーズゲルの平均粒径及びそのばらつきは１０３．９＋／−２．２μｍであった。何れの場合も粒径のばらつきが小さく、粒径の制御を高精度で行うことができることがわかる。
【００５４】
図１２は、実施例２における先端開口径１００＋／−５μｍの管状部１４を使用して製造したゲルの顕微鏡写真（オリンパス社製、ＩＸ−７１を使用して撮影した）を示す図である。図１２に示されるように、本実施例２では、ほぼ球状のゲルが得られている。また、ゲルの中は、２色の部分（ゲル）が境界により分離しつつ共存している構造となっている。
【００５５】
実施例３
図１に示されたゲル化容器１０の管状部１４（断面楕円形状、内径長軸１．５ｍｍ、内径短軸１．３５ｍｍ、先端開口径長軸１００μｍ、短軸９０μｍ）に、アルギン酸ナトリウム水溶液を入れ、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌを０ｍｍとし（管状部１４の先端部を液面Ｓと接触させる）、回転駆動部１８によりゲル化容器１０を回転させてゲルの製造を行った。本実施例３では、管状部１４に入れるアルギン酸ナトリウム水溶液のアルギン酸ナトリウム濃度を２．５質量％とし、ゲル化剤液として５００ｍｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液を使用した。
【００５６】
図１３は、本実施例３の方法により製造したゲルの顕微鏡写真（オリンパス社製、ＩＸ−７１を使用して撮影した）を示す図である。図１３に示されるように、製造されたゲルの形状が糸状となっている。
【００５７】
実施例４
図１に示されたゲル化容器１０の管状部１４（断面円形状、内径０．６ｍｍ、先端開口径３５μｍ）に、アルギン酸ナトリウム水溶液を入れ、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌを２４０μｍとし、回転駆動部１８によりゲル化容器１０を回転させてゲルの製造を行った。本実施例４では、管状部１４に入れるアルギン酸ナトリウム水溶液のアルギン酸ナトリウム濃度を４．０質量％とし、ゲル化剤液として１５０ｍｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液を使用した。
【００５８】
図１４は、本実施例４の方法により製造したゲルの顕微鏡写真（オリンパス社製、ＩＸ−７１を使用して撮影した）を示す図である。図１４に示されるように、縦長（楕円体状）の先端部に糸状の尾部がついた形状のゲルが得られた。
【００５９】
以上の各実施例で述べたように、本発明にかかる液体ゲル化装置は、管状部１４の内部に形成された通路の数及び断面形状、上記距離Ｌ、アルギン酸ナトリウム水溶液のアルギン酸ナトリウム濃度等を変化させることにより、生成するゲルの形状を制御することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ ゲル化容器、１２ 液室、１４ 管状部、１６ 固定手段、１８ 回転駆動部、２０ 壁、２２ ゲル、２４ 境界、２６ 管形成部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ゲル化装置及び液体ゲル化方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
免疫学、農薬その他の研究に、細胞や細菌等の担体としてマイクロビーズを使用することが広く知られている。このようなマイクロビーズの製造方法として、下記特許文献１及び特許文献２には、インクジェットノズルにより、第１の液体の液滴を、第１の液体と接触するとゲルを生成する第２の液体中に噴霧する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１１５９１号公報
【特許文献２】特開２００９−２０７９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術においては、生成するマイクロビーズのサイズは、インクジェットノズルの径によりある程度調整可能であるが、マイクロビーズの形状を調整することはできなかった。また、複数種類の材料を境界により分離しつつ一つのビーズ中に共存させる等のマイクロビーズの内部構造を制御することもできなかった。
【０００５】
本発明の目的は、ゲルの形状及びゲルの内部構造を制御することができる液体ゲル化装置及び液体ゲル化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、液体ゲル化装置であって、ゲル化対象液体をゲル化させるゲル化剤液と、前記ゲル化剤液の液面から所定距離に先端開口が配置され、内部に前記ゲル化対象液体を収容する管状部と、前記管状部内に収容されたゲル化対象液体に対して遠心力を作用させ、前記管状部の先端開口から前記ゲル化剤液に向かって前記ゲル化対象液体を放出させる遠心力発生手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記液体ゲル化装置において、前記管状部の先端開口と前記ゲル化剤液の液面との距離が可変であり、前記ゲル化対象液体のゲル化物の形状を前記距離により変更可能であることを特徴とする。
【０００８】
また、上記液体ゲル化装置において、前記管状部の先端開口を前記ゲル化剤液の中に配置し、前記ゲル化対象液体を糸状にゲル化させることを特徴とする。
【０００９】
また、上記液体ゲル化装置において、前記管状部の内部に複数の通路が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、上記液体ゲル化装置において、前記ゲル化対象液体がアルギン酸塩水溶液であり、前記ゲル化剤液が塩化カルシウム水溶液であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の実施形態は、液体ゲル化方法であって、ゲル化対象液体を管状部に収容し、前記ゲル化対象液体をゲル化させるゲル化剤液の液面から所定距離または前記ゲル化剤液の中に、前記管状部の先端開口を配置し、前記管状部内に収容されたゲル化対象液体に対して遠心力を作用させ、前記管状部の先端開口から前記ゲル化剤液に向かって前記ゲル化対象液体を放出させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ゲルの形状を調整することができる。また、ゲルの内部構造を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態にかかる液体ゲル化装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態にかかる液体ゲル化装置の構成例を示す図である。
【図３】本実施形態にかかる液体ゲル化装置の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態にかかる管状部の断面形状の例を示す図である。
【図５】内部が壁により二つに分割され、二つの通路が形成された本実施形態にかかる管状部を使用した場合のゲルの内部構造の例を示す図である。
【図６】本実施形態にかかる管状部の断面形状の他の例を示す図である。
【図７】管状部が複数形成された本実施形態にかかる管形成部材の例を示す図である。
【図８】本実施形態にかかる管形成部材をゲル化容器に収容した例を示す図である。
【図９】実施例にかかるゲルの粒子のアスペクト比の観察結果を示す図である。
【図１０】実施例１の方法により製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【図１１】実施例１の方法により製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【図１２】実施例２における先端開口径１００＋／−５μｍの管状部を使用して製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【図１３】実施例３の方法により製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【図１４】実施例４の方法により製造したゲルの顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１５】
図１、図２、図３には、本実施形態にかかる液体ゲル化装置の構成例が示される。図１において、液体ゲル化装置は、ゲル化容器１０と、ゲル化容器１０の一方の先端部に形成された液室１２と、ゲル化容器１０内に配置され、内部にゲル化対象液体を収容する管状部１４と、管状部１４をゲル化容器１０内に固定する固定手段１６と、ゲル化容器１０を上記液室１２と反対側の端部で保持しつつ回転させ、ゲル化容器１０、ゲル化容器１０に収容された上記各構成要素及び管状部１４内のゲル化対象液体に遠心力を作用させる回転駆動部１８とを含んで構成されている。なお、図１、図２及び図３の例では、液室１２が形成された、ゲル化容器１０の先端部にテーパ（先細り構造）が形成されているが、回転駆動部１８により回転させたときに遠心力で破損されなければ、先端部を他の形状としてもよい。
【００１６】
管状部１４の先端部は、回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌが可変に構成されている。この構成は、例えば管状部１４が固定手段１６に開いた孔中をスライド可能としておき、回転駆動部１８により回転させる場合に摩擦力やネジ等で管状部１４を固定手段１６に固定して遠心力で液室１２側に移動することを防止する構造により実現できる。また、回転駆動部１８としては、適宜な遠心分離装置等を使用することができる。
【００１７】
次に、上記液体ゲル化装置の動作を説明する。液室１２にゲル化剤液を収容し、管状部１４にゲル化対象液体を収容した状態でゲル化容器１０を回転駆動部１８に固定する。回転駆動部１８により、図２に示される矢印Ｒ方向に所定の回転速度でゲル化容器１０を回転させると、ゲル化容器１０の回転中に、上記管状部１４中のゲル化対象液体に、図２に示される矢印Ｇ方向の遠心力が作用する。この遠心力により、上記管状部１４の液室１２側先端部からゲル化対象液体がゲル化剤液に向かって放出される。管状部１４の上記先端部から放出されたゲル化対象液体は、液室１２に収容されたゲル化剤液と接触し、ゲル状に変質する（ゲル化物となる）。なお、回転駆動部１８による回転方向は、図２に示される矢印Ｒの方向に限定されず、矢印Ｒとは逆方向であってもよい。
【００１８】
ここで、ゲル化対象液体として、例えばアルギン酸ナトリウム水溶液を使用した場合、ゲル化剤液としては、塩化カルシウム水溶液が好適である。アルギン酸ナトリウムが塩化カルシウムと接触してアルギン酸カルシウムのゲルが生成するからである。
【００１９】
なお、管状部１４の先端部から放出されるゲル化対象液体が、液室１２に収容されたゲル化剤液と接触して生成するゲルの形状は、回転駆動部１８の回転数（作用する遠心力の大きさ）、上記管状部１４の先端部の開口径、上記管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌ、及びゲル化対象液体の密度、表面張力、粘度等により様々（液滴状、糸状等）に制御することができる。これは、上記各パラメータにより管状部１４の先端部から放出されるゲル化対象液体の形状が種々変化するからである。
【００２０】
例えば、図２には、上記距離Ｌが正の実数値である場合が示されるが、この場合には生成するゲルの形状を球状、楕円体状等に制御することができる。なお、図２は、球状のゲルを生成した例である。生成するゲルの形状が球状である場合には、球の直径Ｒｇは以下の式により表される。
【００２１】
【数１】
ここで、ρはゲル化対象液体の密度、γはゲル化対象液体の表面張力、αはゲル化対象液体の粘度、Ｒは管状部１４の先端の開口径、ｇは管状部１４中のゲル化対象液体に作用する遠心力。
【００２２】
また、上記距離Ｌを長くして行くと、ゲル化対象液体の濃度に応じてゲルの形状が球状から楕円体状に変化して行く。これらの詳細は実施例において再度述べる。
【００２３】
一方、図３に示されるように、上記距離Ｌを０、すなわち管状部１４の先端部をゲル化剤液の液面Ｓと接触させ、または液中に配置すると、ゲルの形状が糸状となる。ここで、糸状とは、径に対して長さが十分に長い形状をいう。糸状のゲルとしては、断面が円形の糸に限らず、管状部１４の先端開口の形状に応じて、断面が楕円形状または三角形、四角形若しくは五角形以上の多角形の断面を有する糸とすることも可能である。また、糸の径（断面の適宜な場所の長さ）も、管状部１４の先端開口の径等により制御することができる。
【００２４】
以上に述べた本実施形態にかかる液体ゲル化装置では、上記距離Ｌを変更可能に構成しているので、生成するゲルの形状を容易に制御することができる。
【００２５】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、管状部１４の断面形状の例が示される。図４（ａ）は、管状部１４内部が単一の管（円筒形状）の例である。また、図４（ｂ）は、円筒が一つの直径位置に配置された壁２０で二つに分割された例である。上記図１、図２及び図３の例では、図４（ｂ）に示された管状部１４が使用されている。また、図４（ｃ）は、円筒が二つの互いに直交する直径位置に配置された壁２０で四つに分割された例である。
【００２６】
図４（ａ）の例の場合における管状部１４の先端の開口径ｘとは、開口部の内径である。図４（ａ）に示された管状部１４の断面は、開口部の形状と同じ（テーパが形成されている場合には相似）であるので、図４（ａ）にｘとして開口径ｘを記載している。
【００２７】
また、図４（ｂ）、（ｃ）の例の場合の先端の開口径ｘは、壁２０が無かった場合の開口部の内径となる。図４（ｂ）、（ｃ）に示された断面は、開口の形状と同じ（テーパが形成されている場合には相似）であるので、図４（ｂ）、（ｃ）にｘとして開口径ｘを記載している。
【００２８】
図４（ａ）に示されるように、管状部１４の内部が単一の管（通路が一つ）の場合には、生成するゲルの内部も単一構造となる。これに対して、図４（ｂ）、（ｃ）のように、管状部１４内部が壁２０で分割され、複数の通路が形成されていると、それぞれの通路に異なるゲル化対象液体を収容することにより、生成するゲルの中を、複数種類の材料を境界により分離しつつ共存させる構造とすることができる。このように、管状部１４内部の構造により、生成するゲルの内部構造を制御することができる。
【００２９】
なお、管状部１４の断面形状は、これらに限定されるものではなく、生成されるゲルの形状、内部構造及び何種類のゲル化対象液体を使用するかに応じて断面形状及び分割の数を適宜決定する。断面形状としては、円形に限らず、例えば楕円形状あるいは適宜な多角形とすることもできる。
【００３０】
図５には、図４（ｂ）の構造の管状部１４を使用した場合のゲル２２の内部構造の例が示される。すなわち、図５では、通路が二つの管状部１４を使用した図２の例の液体ゲル化装置により生成される球状のゲルが示されている。本例では、ゲルの内部に、境界２４により二つに分離された、２種類の材料で構成された２種類のゲルＩ、ＩＩが共存している内部構造となっている。
【００３１】
また、上記図３の例では、管状部１４の先端部がゲル化剤液の液面Ｓと接触し、または液中に配置され、糸状のゲルが生成している。図３においても、図４（ｂ）の構造の管状部１４が使用されており、糸状のゲルは、２種類のゲルが糸の長手方向で境界により分離され、共存している内部構造となっている。
【００３２】
上記図１、図２及び図３では、管状部１４が１本の場合が示されているが、管状部１４は１本に限定されない。また、管状部１４の材質はガラス等が好適であるが、これには限定されず、例えば適宜な金属、樹脂等を使用することもできる。
【００３３】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、管状部１４の断面形状の他の例が示される。図６（ａ）が二重管の例であり、外管Ｐ１の内側に内管Ｐ２が挿入された構造となっている。また、図６（ｂ）がマルチバレル管の例であり、複数（図６（ｂ）では３本）の管が束ねられて構成されている。また、図６（ｃ）が三分割管の例であり、三つの半径位置に配置された壁２０で三つに分割されている。また、図６（ｄ）が四角管の例であり、断面が四角形状の管となっている。図６（ｄ）では、四つの四角管が束ねられているが、これには限定されず、四角管の数は１以上の任意の数とすることができる。
【００３４】
図７（ａ）、（ｂ）には、管状部１４が複数形成された管形成部材の例が示される。図７（ａ）が平面図であり、図７（ｂ）が、図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００３５】
図７（ａ）において、管形成部材２６は円柱形状（断面円形）に形成され、その内部には、円形の端面に略垂直方向に複数の管状部１４が設けられている。図７（ａ）では、管状部１４の開口が円の配列として示されている。なお、図７（ａ）の例では、管状部１４が９本設けられているが、管状部１４の数は限定されず、用途に応じて適宜決定することができる。また、管形成部材２６は、図７（ａ）に示される円柱形状に限定されず、例えば角柱状であってもよい。また、管状部１４の断面形状は円形に限らず、楕円形状あるいは適宜な多角形とすることもできる。
【００３６】
図７（ｂ）に示されるように、各管状部１４は、管形成部材２６の内部に形成された孔である。図７（ｂ）の例では、各管状部１４が図４（ａ）と同様の単一の管として示されているが、図４（ｂ）、（ｃ）のように、管状部１４内部が壁２０で分割され、各管状部１４に複数の通路が形成されていてもよい。
【００３７】
また、図７（ｂ）の管状部１４の先端部ｆには、テーパを形成してもよい。ゲル化対象液体は、このテーパの先端の開口Ａから放出される。
【００３８】
図８には、管形成部材２６をゲル化容器１０に収容した例が示される。図８において、管形成部材２６は、ゲル化容器１０の直胴部に収容される。この場合、図７（ａ）、（ｂ）に示された管形成部材２６は、管状部１４の開口Ａが形成された側が液室１２に収容されたゲル化剤液の回転中における液面Ｓに向くように配置される。また、管形成部材２６は、ゲル化容器１０の直胴部を、その直胴部の長手方向に移動可能に構成する。例えば、管形成部材２６の直胴表面とゲル化容器１０の直胴内面とに、互いにかみ合うネジ構造（図示せず）等を形成し、管形成部材２６を回転させつつゲル化容器１０内を直胴部に沿って移動させ、適宜な位置に管形成部材２６の位置決めをする構成としてもよい。なお、管形成部材２６の位置決めを行うための構成は、上記ネジ構造に限定されるものではない。
【００３９】
また、液室１２は、図１、図２、図３の例とは異なり、ゲル化容器１０の先端のテーパ部分のみならず、直胴部まで延長されている。従って、回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓは、この直胴部に形成される。このため、上記位置決め用のネジ構造等を使用して管形成部材２６の位置をゲル化容器１０中で移動させることにより、管形成部材２６の先端の開口の位置とゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌを０から所定の距離まで変更することが可能となる。
【００４０】
以上に述べた実施形態においては、ゲル化対象液体としてアルギン酸ナトリウム水溶液を使用し、ゲル化剤液として塩化カルシウム水溶液を使用する場合について説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。例えば、アルギン酸ナトリウムを架橋させ、硬化させるための２価、３価または４価の陽イオンの例として、Ｃａ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋、Ｃｏ３＋、Ｍｎ２＋、Ｍｎ３＋、Ｍｎ４＋、Ｍｇ２＋、Ｃｒ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｐｄ２＋、Ｒｈ２＋、Ｒｈ３＋、Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋、Ｐｔ２＋、Ｉｒ２＋、Ｉｒ３＋、Ｒｕ２＋、Ｒｕ３＋、Ｏｓ２＋、Ｏｓ３＋等が挙げられ、これらのイオンの塩類等を使用することができる。
【００４１】
また、ゲル化対象液体として、アルギン酸ナトリウム以外に、Ｐｕｒａ Ｍａｔｒｉｘ（合成ペプチドゲル ３ＤＭ，Ｉｎｃ．製）等のイオンを介して架橋するゲル、ポリアクリル酸／ＰＶＡブレンド物、ポリビニルメチルエーテル、リン酸基やカルボキシル基を有する分子性超分子ゲル、コラーゲン等のイオンではなくｐＨ硬化性ゲルが挙げられる。
【００４２】
また、ゲル化対象液体としては、イオンやｐＨでなく温度を制御することによりゲル化する溶液を使用することもできる。例えば、アガロースやゼラチンの溶液をゲル化対象液体として管状部１４の先端部から放出し、液室１２には冷却した液体（水など）をゲル化剤液として収容しておくことで、ゲル化対象液体を冷やしてゲル化させる。あるいは、コラーゲンやマトリゲルの溶液をゲル化対象液体として管状部１４の先端部から放出し、液室１２には加熱した液体（水など）をゲル化剤液として収容しておくことで、ゲル化対象液体の温度を上げてゲル化させる。
【００４３】
さらに、ゲル化対象液体として光硬化性樹脂溶液を使用してもよい。例えば、回転駆動部１８を構成する遠心分離装置の内部にＵＶ光源を配置し、あるいはゲル化容器１０の底（ゲル化剤液の中）にＵＶ−ＬＥＤを配置しておき、管状部１４の先端部から放出されたゲル化対象液体が液室１２に収容されたゲル化剤液中でドロップ（所定形状の液滴）形成後にＵＶ照射で光硬化性樹脂を瞬時に硬化させ、ゲル化させる。この場合に使用できる光硬化性樹脂としては、例えばＰＥＧ−ＤＡ（ポリエチレングリコールジアクリレート）とＰＥＧ−ａｃｒｙｌｅｔｅ（ポリエチレングリコールアクリレート）とアクリルアミドと１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（光重合開始剤 イルガキュア（Ｒ）１８４）との混合溶液、またはアクリルアミドと上記イルガキュア（Ｒ）１８４との混合溶液等が挙げられる。
【００４４】
なお、光硬化性樹脂としては、ポリウレタン系樹脂（例えば、エドモンド・オプティクス社製ＮＯＲＬＡＮＤ光学接着剤）や、ポリエポキシ系樹脂（例えば、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製ＳＵ−８フォトレジスト）等を使用することもできる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の具体例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
実施例１
図１に示されたゲル化容器１０の管状部１４（断面楕円形状、内径長軸１．５ｍｍ、内径短軸１．３５ｍｍ、先端開口径長軸１００μｍ、短軸９０μｍ）に、アルギン酸ナトリウム水溶液を入れ、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌを２ｍｍから４．５ｍｍまで０．５ｍｍ刻みで変化させ、回転駆動部１８によりゲル化容器１０を回転させて生じるゲルの粒子のアスペクト比を観察した。なお、ゲル化剤液としては、５００ｍｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液を使用した。また、回転駆動部１８としては、和研薬株式会社製遠心機ＷＫＮ−２３２０を使用し、その回転数は、２０００−３０００回転／分とした。さらに、アルギン酸ナトリウム水溶液のアルギン酸ナトリウム濃度は、２．０質量％及び３．０質量％の２種類を準備し、それぞれゲル化を行わせた。なお、使用したアルギン酸ナトリウム水溶液の密度は、いずれも１．０であり、表面張力は、濃度２．０質量％の場合が７０．５ｍＮ／ｍ、濃度３．０質量％の場合が６９．３ｍＮ／ｍであった。
【００４７】
図９には、ゲルの粒子のアスペクト比の観察結果が表とグラフで示される。図９のグラフでは、縦軸がゲルの粒子のアスペクト比であり、横軸が管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌである。なお、アスペクト比が１に近いほど粒子は球状となり、１より小さくなると楕円体状等への変形が大きくなる。
【００４８】
図９に示された結果では、アルギン酸ナトリウム濃度が２．０質量％の場合に、上記距離Ｌの増大とともにアスペクト比が低下し、球状からの変形が大きくなっている。一方、アルギン酸ナトリウム濃度が３．０質量％の場合では、アスペクト比がほぼ１を維持し、ゲルの粒子が球状からほとんど変形していないことがわかる。これは、濃度が３．０質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液では、粘度が２５℃で２８．８×１０２Ｐａ・ｓ（２８８ｃＰ）であるのに対して、濃度が２．０質量％の場合の粘度が２５℃で９．０９×１０２Ｐａ・ｓ（９０．９ｃＰ）であって、濃度が３．０質量％の場合の粘度が濃度が２．０質量％の場合の粘度より高いためである。すなわち、粘度が高い方がゲル化前の液滴の変形が小さいためである。
【００４９】
図１０，図１１は、本実施例１の方法により製造したゲルの顕微鏡写真（オリンパス社製、ＩＸ−７１を使用して撮影した）を示す図である。図１０が、アルギン酸ナトリウム濃度が２．０質量％の場合であり、図１１が、アルギン酸ナトリウム濃度が３．０質量％の場合である。図１０の例では、上述したように、ゲル粒子の球状からの変形が大きくなっていることがわかる。一方、図１１の例では、ゲル粒子がほぼ球状を維持していることがわかる。
【００５０】
実施例２
図１に示されたゲル化容器１０の管状部１４として、図４（ｂ）に示された、壁２０で二つの通路に分割された、内径１．５ｍｍのものを使用した。また、管状部１４の先端開口径は、８０＋／−５μｍ、１００＋／−５μｍ及び１２０＋／−５μｍの３種類とした。この管状部１４の二つの通路に、着色剤でそれぞれ異なる２種類の色に着色した、３．０質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液を収容した。また、ゲル化剤液として５００ｍｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液を使用し、実施例１と同様にして回転駆動部１８でゲル化容器１０を回転させてゲル化を行わせた。なお、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌは４ｍｍとした。これにより、２色のアルギン酸ナトリウムから生成した２色のゲル（アルギン酸カルシウム）が境界により分離されつつ一つのビーズ中に共存したマイクロビーズゲルを生成した。
【００５１】
表１には、上記操作により作成したマイクロビーズゲルの平均粒径及びそのばらつきが示される。なお、マイクロビーズゲルの粒径は、株式会社キーエンス製、デジタルマイクロスコープＶＨＸ−９００を使用して測定した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１に示されるように、管状部１４の先端開口径８０＋／−５μｍの場合には、マイクロビーズゲルの平均粒径及びそのばらつきは８８．８＋／−１．５μｍであった。また、管状部１４の先端開口径１００＋／−５μｍの場合には、マイクロビーズゲルの平均粒径及びそのばらつきは１００．４＋／−２．９μｍであった。また、管状部１４の先端開口径１２０＋／−５μｍの場合には、マイクロビーズゲルの平均粒径及びそのばらつきは１０３．９＋／−２．２μｍであった。何れの場合も粒径のばらつきが小さく、粒径の制御を高精度で行うことができることがわかる。
【００５４】
図１２は、実施例２における先端開口径１００＋／−５μｍの管状部１４を使用して製造したゲルの顕微鏡写真（オリンパス社製、ＩＸ−７１を使用して撮影した）を示す図である。図１２に示されるように、本実施例２では、ほぼ球状のゲルが得られている。また、ゲルの中は、２色の部分（ゲル）が境界により分離しつつ共存している構造となっている。
【００５５】
実施例３
図１に示されたゲル化容器１０の管状部１４（断面楕円形状、内径長軸１．５ｍｍ、内径短軸１．３５ｍｍ、先端開口径長軸１００μｍ、短軸９０μｍ）に、アルギン酸ナトリウム水溶液を入れ、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌを０ｍｍとし（管状部１４の先端部を液面Ｓと接触させる）、回転駆動部１８によりゲル化容器１０を回転させてゲルの製造を行った。本実施例３では、管状部１４に入れるアルギン酸ナトリウム水溶液のアルギン酸ナトリウム濃度を２．５質量％とし、ゲル化剤液として５００ｍｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液を使用した。
【００５６】
図１３は、本実施例３の方法により製造したゲルの顕微鏡写真（オリンパス社製、ＩＸ−７１を使用して撮影した）を示す図である。図１３に示されるように、製造されたゲルの形状が糸状となっている。
【００５７】
実施例４
図１に示されたゲル化容器１０の管状部１４（断面円形状、内径０．６ｍｍ、先端開口径３５μｍ）に、アルギン酸ナトリウム水溶液を入れ、管状部１４の先端部と回転中における液室１２に収容されたゲル化剤液の液面Ｓとの距離Ｌを２４０μｍとし、回転駆動部１８によりゲル化容器１０を回転させてゲルの製造を行った。本実施例４では、管状部１４に入れるアルギン酸ナトリウム水溶液のアルギン酸ナトリウム濃度を４．０質量％とし、ゲル化剤液として１５０ｍｍｏｌ／ｌの塩化カルシウム水溶液を使用した。
【００５８】
図１４は、本実施例４の方法により製造したゲルの顕微鏡写真（オリンパス社製、ＩＸ−７１を使用して撮影した）を示す図である。図１４に示されるように、縦長（楕円体状）の先端部に糸状の尾部がついた形状のゲルが得られた。
【００５９】
以上の各実施例で述べたように、本発明にかかる液体ゲル化装置は、管状部１４の内部に形成された通路の数及び断面形状、上記距離Ｌ、アルギン酸ナトリウム水溶液のアルギン酸ナトリウム濃度等を変化させることにより、生成するゲルの形状を制御することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ ゲル化容器、１２ 液室、１４ 管状部、１６ 固定手段、１８ 回転駆動部、２０ 壁、２２ ゲル、２４ 境界、２６ 管形成部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲル化対象液体をゲル化させるゲル化剤液と、
前記ゲル化剤液の液面から所定距離に先端開口が配置され、内部に前記ゲル化対象液体を収容する管状部と、
前記管状部内に収容されたゲル化対象液体に対して遠心力を作用させ、前記管状部の先端開口から前記ゲル化剤液に向かって前記ゲル化対象液体を放出させる遠心力発生手段と、
を備えることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体ゲル化装置において、前記管状部の先端開口と前記ゲル化剤液の液面との距離が可変であり、前記ゲル化対象液体のゲル化物の形状を前記距離により変更可能であることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液体ゲル化装置において、前記管状部の先端開口を前記ゲル化剤液の中に配置し、前記ゲル化対象液体を糸状にゲル化させることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体ゲル化装置において、前記管状部の内部に複数の通路が形成されていることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液体ゲル化装置において、前記ゲル化対象液体がアルギン酸塩水溶液であり、前記ゲル化剤液が塩化カルシウム水溶液であることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項６】
ゲル化対象液体を管状部に収容し、
前記ゲル化対象液体をゲル化させるゲル化剤液の液面から所定距離または前記ゲル化剤液の中に、前記管状部の先端開口を配置し、
前記管状部内に収容されたゲル化対象液体に対して遠心力を作用させ、前記管状部の先端開口から前記ゲル化剤液に向かって前記ゲル化対象液体を放出させる、
ことを特徴とする液体ゲル化方法。
【請求項１】
ゲル化対象液体をゲル化させるゲル化剤液と、
前記ゲル化剤液の液面から所定距離に先端開口が配置され、内部に前記ゲル化対象液体を収容する管状部と、
前記管状部内に収容されたゲル化対象液体に対して遠心力を作用させ、前記管状部の先端開口から前記ゲル化剤液に向かって前記ゲル化対象液体を放出させる遠心力発生手段と、
を備えることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体ゲル化装置において、前記管状部の先端開口と前記ゲル化剤液の液面との距離が可変であり、前記ゲル化対象液体のゲル化物の形状を前記距離により変更可能であることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液体ゲル化装置において、前記管状部の先端開口を前記ゲル化剤液の中に配置し、前記ゲル化対象液体を糸状にゲル化させることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体ゲル化装置において、前記管状部の内部に複数の通路が形成されていることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の液体ゲル化装置において、前記ゲル化対象液体がアルギン酸塩水溶液であり、前記ゲル化剤液が塩化カルシウム水溶液であることを特徴とする液体ゲル化装置。
【請求項６】
ゲル化対象液体を管状部に収容し、
前記ゲル化対象液体をゲル化させるゲル化剤液の液面から所定距離または前記ゲル化剤液の中に、前記管状部の先端開口を配置し、
前記管状部内に収容されたゲル化対象液体に対して遠心力を作用させ、前記管状部の先端開口から前記ゲル化剤液に向かって前記ゲル化対象液体を放出させる、
ことを特徴とする液体ゲル化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１７６３７４（Ｐ２０１２−１７６３７４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１４８７（Ｐ２０１１−４１４８７）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【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２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【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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