成果報告書詳細
管理番号20150000000700
タイトル平成26年度成果報告書 「立体造形による機能的な生体組織製造技術の開発 細胞を用いた機能的な立体組織および立体臓器作製技術の研究開発 高機能足場素材とバイオ3Dプリンタを用いた再生組織・臓器の製造技術の開発」(シーメット株式会社)
公開日2015/9/1
報告書年度2014 - 2014
委託先名シーメット株式会社
プロジェクト番号P14028
部署名ロボット・機械システム部
和文要約 本研究では細胞培養に好適な足場材RCP(リコンビナントペプチド)を主剤とした3次元造形物を作成することを最終的な目標とし、RCPを粉体化処理し積層造形における主原料とすることで任意の三次元形状を造形する技術を探索する。 
三次元造形物を主剤(粉末)で形成するには、粉体粒子同士を結び付ける必要がある。主剤となるRCPなどのゼラチン粉体は水溶であるため、適量の液体を塗布することで表面を溶かし、粉体同士を接着させることで三次元造形が可能となる。
バイオ3Dプリンタの設計開発では以下のファクターが重要な役割を果たす為、今期においてはこれらの基礎データの収集を目的として活動した。
1. バインド
インクジェット方式を用いた粉体造形における2次元造形形状の条件最適化を図るには吐出方法、吐出液、足場材の特性が影響すると考えられる。その為これらの要素について複合的に試験を実施し最適な条件を探索した。生体適合性を重視した吐出液は主成分として水が用いられる。また、その添加物も生体に適合したものでなければならない。粉体を固めるバインド力も必要である。しかし、水を主成分とするバインド液(吐出液)の吐出は表面張力が高く、粘度が低いため一般的な印刷用インクとは異なるため吐出が困難であり、バインド液の吐出条件を研究調査することとなった。
インクジェットの吐出技術(吐出圧、吐出波形等)を制御することにより、以下の3液が吐出可能となった。
1)水、2)ヒアルロン酸水溶液、3)RCP水溶液
2. 素材
足場材としてRCPと等価特性と考えられる魚ゼラチン粉体で異なる粒径での造形形状への影響を試験した。ゼラチンである足場材を無酸素雰囲気中で熱架橋することにより安定化を図り水分の吸収を抑制した。また、粉末間の空間を埋める目的として非熱架橋のゼラチン粉体を混ぜて収縮による反り変形を低減することが出来た。
3. リコート
粉体を積層造形するに当たりリコート機能(粉体の平滑塗布)の評価装置を製作した。制御ソフトとして当社の軸制御技術をコアとして発展させ、粉体を平滑に塗布できるように調整可能である。
積層厚みとしては0.1mm-の積層が可能、またリコート速度も任意に指定でき粉体の挙動を制御するパラメータとして活用できる。自動制御の機構を搭載し、今後の積層試験をより効果的に行えるようになっている。
英文要約The goal of this research is to make the three-dimensional model which is made of scaffold material RCP (ReCombinantPeptide) suitable for a cell culture as a principal agent, and to explore the technology that enables to fabricate an arbitrary three-dimensional shape by using main ingredients for laminated modeling by powdering RCP.
It's necessary to bind powder particles together to form a three-dimensional model out of a principal agent (powder). Three-dimensional modeling becomes possible by applying liquid of a proper amount, dissolve surface and adhere the powder together because the gelatin powder such as RCP is water soluble.
The following factor plays an important role to design and develop of three-dimensional printer for biotechnology, in this term we studied for the purpose of collection of these basic data.
1. Binding
It is thought that jetting condition, jetting liquid and character of scaffold material affects the optimization of the 2-dimensional fabrication shape in powder modeling using inkjet printing system.
Therefore we search the most suitable condition by complex test about these elements.
Water is used as jetting liquid which is emphasized biocompatibility as the main ingredient. The additive is also biocompatible. The binding power which hardens the powder is also necessary.
But binding liquid (jetting liquid) is different from typical printing ink because jetting of binding liquid with water as main ingredient has high surface tension and low viscosity, therefore it is difficult to jet and we start studying jetting condition of binding liquid.
By controlling jetting technology of ink jet (jetting pressure and jetting waveform, etc.) the following 3 types of liquid can be used.
(1) Water (2) hyaluronan aqueous solution and (3) RCP aqueous solution
2. Material
We tested influence to the modeling shape by the difference of grain-size of fish gelatin powder as scaffold material that is regarded as the equivalent characteristic as RCP. We tried to stabilize and restrain absorption of water buy thermal crosslinking scaffold material which is gelatin in no oxygen atmosphere. It was achieved to reduce curvature deformation by shrinkage by mixing the gelatin powder of thermal crosslinking with the aim of filling up the space between the powders.
3. Recoat
For additive manufacturing with a powder, we developed the evaluation equipment of the recoat function (smooth application of a powder). Control software is developed using the axis control technique we have, and it's possible to adjust in order to apply a powder smoothly.
It's possible to adjust the laminated thickness to more than 0.1 mm, and recoat speed can be designated optionally and is used as parameter to control behavior of powder. It has automatic control software, then it make future's laminated test more effectively.
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