[go: up one dir, main page]

JP2019151747A - Film-like soft material, fluorescent film substrate, manufacturing method of film-like soft material, and stress measurement method - Google Patents

Film-like soft material, fluorescent film substrate, manufacturing method of film-like soft material, and stress measurement method Download PDF

Info

Publication number
JP2019151747A
JP2019151747A JP2018038070A JP2018038070A JP2019151747A JP 2019151747 A JP2019151747 A JP 2019151747A JP 2018038070 A JP2018038070 A JP 2018038070A JP 2018038070 A JP2018038070 A JP 2018038070A JP 2019151747 A JP2019151747 A JP 2019151747A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
soft material
fluorescence intensity
fluorescent
network structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018038070A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7082364B2 (en
Inventor
あや 田中
Aya Tanaka
あや 田中
孝治 岡嶋
Koji Okajima
孝治 岡嶋
裕紀 藤井
Hironori Fujii
裕紀 藤井
悠暉 松本
Yuki Matsumoto
悠暉 松本
航平 廣野
Kohei Hirono
航平 廣野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hokkaido University NUC
NTT Inc
Original Assignee
Hokkaido University NUC
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hokkaido University NUC, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Hokkaido University NUC
Priority to JP2018038070A priority Critical patent/JP7082364B2/en
Publication of JP2019151747A publication Critical patent/JP2019151747A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7082364B2 publication Critical patent/JP7082364B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

【課題】細胞等の物体に発生する応力の可視化および定量化が可能なフィルム状ソフトマテリアル及び蛍光フィルム基材、並びにそれらを用いる応力計測方法を提供する。【解決手段】高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入されているフィルム状ソフトマテリアル11。フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、フィルム状ソフトマテリアルの少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を備える応力計測方法。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film-like soft material and a fluorescent film base material capable of visualizing and quantifying stress generated in an object such as a cell, and a stress measuring method using them. A film-like soft material 11 having a three-dimensional network structure made of a polymer compound and having a fluorescent dye introduced into a side chain of a main skeleton of the three-dimensional network structure. The boundary between the high fluorescence intensity region and the low fluorescence intensity region by irradiating at least a part of the film-like soft material with energy rays in a pattern and the process of contacting an object such as a cell on the film-like soft material. A stress measurement method comprising a step of creating a gradient or a step in the fluorescence intensity in the above step and a step of evaluating the deviation of the fluorescence intensity distribution of the film-like soft material. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、フィルム状ソフトマテリアル、蛍光フィルム基材及びフィルム状ソフトマテリアルの製造方法、並びにフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法に関する。   The present invention relates to a film-like soft material, a fluorescent film substrate, a method for producing a film-like soft material, and a stress measurement method using the film-like soft material.

生体内で細胞は、周囲の細胞外マトリクス(以下、ECMという。)を構成するタンパク質と細胞膜上の膜タンパク質間で接着斑と呼ばれる接着点を形成している(非特許文献1)。接着斑は、細胞内の細胞骨格と結合しており、ECMと接着した細胞に発生する応力(以下、牽引力という。)が細胞内部に伝播することで細胞機能が制御される。ECMの組成および力学特性によって細胞に発生する牽引力が変化することが知られており、例えば、間葉系の幹細胞は、ECMの弾性率に応じて細胞の牽引力が変化し、その結果、分化後の細胞の性質が異なることが知られている。つまり、細胞牽引力が細胞機能と強い相関性があることがわかる。生体内のECMの性質は、外的損傷、疾病や加齢などによって変化する。このようなECMの性質変化が細胞機能に与える影響は長期に及ぶため、細胞牽引力の変化を長期間安定に計測し、ECMの性質変化に応じた細胞機能の変化を評価することが期待される。また、再生医療の観点からも、組織再生の際に細胞の足場となる基材が必要となり、長期間にわたる組織再生過程において、その基材の特性が細胞の牽引力に与える影響を解明することは、基材の材料設計に重要となる。   In vivo, cells form adhesion points called adhesion spots between proteins constituting the surrounding extracellular matrix (hereinafter referred to as ECM) and membrane proteins on the cell membrane (Non-patent Document 1). Adhesion plaques are connected to the cytoskeleton in the cell, and the cell function is controlled by transmitting stress (hereinafter referred to as traction force) generated in the cell adhered to the ECM to the inside of the cell. It is known that the traction force generated in cells changes depending on the composition and mechanical properties of ECM. For example, in mesenchymal stem cells, the traction force of cells changes according to the elastic modulus of ECM. It is known that the properties of cells differ. That is, it can be seen that cell traction has a strong correlation with cell function. The nature of ECM in a living body changes due to external damage, disease, aging, and the like. Since the influence of such ECM property changes on cell functions lasts for a long period of time, it is expected that changes in cell traction force will be measured stably over a long period of time, and changes in cell functions in response to changes in the properties of ECM will be evaluated. . Also, from the viewpoint of regenerative medicine, a base material is needed as a scaffold for cells during tissue regeneration, and elucidating the effects of the characteristics of the base material on the traction force of cells in the tissue regeneration process over a long period of time It becomes important for the material design of the base material.

細胞に発生する牽引力を定量的に検出する手法が、これまでにいくつか提案されている。例えば、コストや実用性の観点から、広く利用されている方法として、Wangらの方法が挙げられる(非特許文献2)。この方法は、ポリアクリルアミド等からなるフィルム状ゲルの内部に化学架橋によって直径が1μm以下の蛍光ビーズを内包させ、このゲル表面に接着した細胞に発生する牽引力を蛍光ビーズの変位から検出するものである。   Several techniques for quantitatively detecting the traction force generated in the cells have been proposed so far. For example, the method of Wang et al. Is a widely used method from the viewpoint of cost and practicality (Non-patent Document 2). In this method, a fluorescent bead having a diameter of 1 μm or less is encapsulated in a film gel made of polyacrylamide or the like by chemical crosslinking, and the traction force generated in the cells adhered to the gel surface is detected from the displacement of the fluorescent bead. is there.

Disher et al. 2009, Science, Vol.324, 2009, pp.1673-1677.Disher et al. 2009, Science, Vol.324, 2009, pp.1673-1677. Dembo et al., Biophysical Journal. Vol.76, 1999, pp.2307-2316.Dembo et al., Biophysical Journal.Vol.76, 1999, pp.2307-2316.

しかし、非特許文献2で開示された方法では、表面に提示されるアクリレート基の密度を精密に制御することは困難なため、蛍光ビーズ周囲の架橋密度は各蛍光ビーズによってばらつきが生じてしまうこと、蛍光ビーズ周辺とその他の領域では弾性率に差異が生じる可能性がある、といった課題があった。また、蛍光ビーズの表面にアミノ基やN−ヒドロキシスクシンイミドなどの活性エステル基を提示し、アミド結合やエステル結合を介してアクリレート基を化学修飾するという煩雑な作業を行う必要がある。このような煩雑な操作を簡略化するために、蛍光ビーズをハイドロゲル内に化学架橋せずに埋包することも可能だが、その場合、蛍光ビーズがポリアクリルアミドゲル内で拡散運動することによる蛍光ビーズの揺らぎが、長期計測における牽引力計測の精度や再現性の低下の原因となっていた。   However, in the method disclosed in Non-Patent Document 2, it is difficult to precisely control the density of acrylate groups presented on the surface, and thus the crosslink density around the fluorescent beads varies depending on the fluorescent beads. There has been a problem that there may be a difference in elastic modulus around the fluorescent beads and other regions. Further, it is necessary to perform a complicated operation of presenting an active ester group such as an amino group or N-hydroxysuccinimide on the surface of the fluorescent bead and chemically modifying the acrylate group via an amide bond or an ester bond. In order to simplify such a complicated operation, it is possible to embed fluorescent beads in a hydrogel without chemical crosslinking, but in this case, fluorescent beads are diffused in a polyacrylamide gel. The fluctuation of the beads caused a decrease in the accuracy and reproducibility of the traction force measurement in the long-term measurement.

そこで、本発明では、細胞等の物体に発生する応力の可視化および定量化が可能なフィルム状ソフトマテリアル及び蛍光フィルム基材、並びにそれらを用いる応力計測方法を提供する。   Therefore, the present invention provides a film-like soft material and a fluorescent film base material capable of visualizing and quantifying the stress generated in an object such as a cell, and a stress measurement method using them.

本発明は、以下の態様を包含するものである。
[1] 高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入されているフィルム状ソフトマテリアル。
[2] 前記高分子化合物が、ポリアクリルアミド系樹脂を含む、[1]に記載のフィルム状ソフトマテリアル。
[3] 高蛍光強度領域と、該高蛍光強度領域よりも蛍光強度の低い低蛍光強度領域とを有し、該高蛍光強度領域と該低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差が生じている、[1]又は[2]に記載のフィルム状ソフトマテリアル。
[4] 基材上に、[1]〜[3]のいずれかに記載のフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材。
The present invention includes the following aspects.
[1] A film-like soft material having a three-dimensional network structure made of a polymer compound, and having a fluorescent dye introduced into the side chain of the main skeleton of the three-dimensional network structure.
[2] The film-shaped soft material according to [1], wherein the polymer compound includes a polyacrylamide resin.
[3] A high fluorescence intensity region and a low fluorescence intensity region having a fluorescence intensity lower than that of the high fluorescence intensity region, and a gradient or step in fluorescence intensity at the boundary between the high fluorescence intensity region and the low fluorescence intensity region The film-like soft material according to [1] or [2], wherein:
[4] A fluorescent film substrate comprising the film-like soft material according to any one of [1] to [3] on a substrate.

[5] [1]〜[3]のいずれかに記載のフィルム状ソフトマテリアルを製造する方法であって、
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させる工程を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。
[6] [3]に記載のフィルム状ソフトマテリアルを製造する方法であって、
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させてフィルム状ソフトマテリアル重合体を形成させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアル重合体の少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。
[7] [1]又は[2]に記載のフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法であって、
前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を備える応力計測方法。
[8] [3]に記載のフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法であって、
前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を有する応力計測方法。
[5] A method for producing the film-like soft material according to any one of [1] to [3],
The manufacturing method of a film-form soft material which has the process of superposing | polymerizing the monomer liquid which contains the fluorescent pigment | dye which has a polymeric group on a board | substrate, and forms a three-dimensional network structure.
[6] A method for producing the film-like soft material according to [3],
A step of polymerizing a monomer liquid containing a fluorescent dye having a polymerizable group and forming a three-dimensional network structure on a substrate to form a film-like soft material polymer;
Irradiating at least a part of the film-shaped soft material polymer with energy rays in a pattern to generate a gradient or a step in the fluorescence intensity at the boundary between the high fluorescence intensity region and the low fluorescence intensity region; and A method for producing a film-like soft material.
[7] A stress measurement method using the film-like soft material according to [1] or [2],
Contacting an object such as a cell on the soft film material;
Irradiating at least a part of the film-like soft material with energy rays in a pattern to generate a gradient or a step in the fluorescence intensity at the boundary between the high fluorescence intensity region and the low fluorescence intensity region;
Evaluating the displacement of the fluorescence intensity distribution of the film-shaped soft material.
[8] A stress measurement method using the film-like soft material according to [3],
Contacting an object such as a cell on the soft film material;
Evaluating the displacement of the fluorescence intensity distribution of the film-shaped soft material.

本発明によれば、細胞等の物体に発生する応力の可視化および定量化が可能なフィルム状ソフトマテリアル及び蛍光フィルム基材、並びにそれらを用いる応力計測方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film-like soft material and fluorescent film base material which can visualize and quantify the stress which generate | occur | produces in objects, such as a cell, and the stress measurement method using them can be provided.

本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11、及び、フィルム状ソフトマテリアル11を備える蛍光フィルム基材1を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the film-form soft material 11 of one Embodiment of this invention, and the fluorescent film base material 1 provided with the film-form soft material 11. FIG. 本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11、及び、フィルム状ソフトマテリアル11を備える蛍光フィルム基材2を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the film-form soft material 11 of one Embodiment of this invention, and the fluorescent film base material 2 provided with the film-form soft material 11. FIG. 本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアル14、及び、フィルム状ソフトマテリアル14を備える蛍光フィルム基材3を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the fluorescent film base material 3 provided with the film-form soft material 14 and film-form soft material 14 of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の応力計測方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the stress measuring method of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアルの製造に用いることのできる基板の模式図である。It is a schematic diagram of the board | substrate which can be used for manufacture of the film-form soft material of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11、及び蛍光フィルム基材2の製造手順を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing procedure of the film-form soft material 11 and fluorescent film base material 2 of one Embodiment of this invention. 蛍光強度分布構造形成に用いるフォトマスクの例であって、(A)はその平面概略図であり、(B)はその断面概略図である。It is an example of the photomask used for fluorescence intensity distribution structure formation, Comprising: (A) is the plane schematic diagram, (B) is the cross-sectional schematic diagram. 本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアル14、及び蛍光フィルム基材3の製造手順を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing procedure of the film-form soft material 14 and fluorescent film base material 3 of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の評価結果を表す。The evaluation result of the fluorescence intensity distribution of the film-form soft material of one Embodiment of this invention is represented. 本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアルのデフォーカス光による退色を、蛍光顕微鏡によって観察した結果を表す。The result of having observed the fading by the defocus light of the film-form soft material of one Embodiment of this invention with the fluorescence microscope is represented. 本発明の一実施形態のフィルム状ソフトマテリアルの、蛍光強度の変位分布の評価結果を表す。The evaluation result of the displacement distribution of the fluorescence intensity of the film-form soft material of one Embodiment of this invention is represented.

以下、本発明のフィルム状ソフトマテリアル、蛍光フィルム基材及びフィルム状ソフトマテリアルの製造方法、並びにフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明で用いる図は、本発明の特徴を分かり易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of a film-shaped soft material, a fluorescent film base material, a film-shaped soft material manufacturing method, and a stress measurement method using the film-shaped soft material of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, in order to make the features of the present invention easier to understand, the drawings used in the following description may show the main portions in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratios of the respective components are the same as the actual ones. Not necessarily.

≪フィルム状ソフトマテリアル及び蛍光フィルム基材≫
図1は、本実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11、及び、フィルム状ソフトマテリアル11を備える蛍光フィルム基材1を示す概略断面図である。本実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11は、高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入されている。フィルム状ソフトマテリアル11は、形状を保持するため、基材12上に、フィルム状ソフトマテリアル11を備える蛍光フィルム基材1として用いることができる。
≪Film-like soft materials and fluorescent film bases≫
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a film-shaped soft material 11 of this embodiment and a fluorescent film substrate 1 including the film-shaped soft material 11. The film-like soft material 11 of this embodiment has a three-dimensional network structure made of a polymer compound, and a fluorescent dye is introduced into the side chain of the main skeleton of the three-dimensional network structure. The film-shaped soft material 11 can be used as the fluorescent film substrate 1 including the film-shaped soft material 11 on the substrate 12 in order to maintain the shape.

本実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11には蛍光色素が導入されているので、後述する応力計測方法により、細胞等の物体に発生する応力の可視化および定量化が可能である。また、本実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11は、高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、上述のように、蛍光色素が該3次元網目構造の主骨格の側鎖に、化学結合で修飾され導入されているため、従来の、フィルム状ソフトマテリアルの内部に化学架橋によって蛍光ビーズを内包させたものよりも、架橋密度変化の影響を少なくすることができ、架橋密度の局所的な違いによる弾性率のばらつきも小さくすることができる。さらに、本実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11において、主骨格に導入される蛍光色素は、分子サイズが小さいため、良溶媒へフィルム状ソフトマテリアルを膨潤させることで、未反応の蛍光色素はフィルム状ソフトマテリアルから除去可能である。そのため、未架橋の蛍光分子の拡散運動による、応力に依存しない揺らぎは生じないため、応力計測の精度や再現性が低下してしまう問題も解決でき、長期間安定な応力の計測が実現できる。   Since the fluorescent dye is introduced into the film-like soft material 11 of the present embodiment, the stress generated in an object such as a cell can be visualized and quantified by a stress measurement method described later. Further, the film-shaped soft material 11 of the present embodiment has a three-dimensional network structure made of a polymer compound, and as described above, the fluorescent dye is chemically bonded to the side chain of the main skeleton of the three-dimensional network structure. Because it has been modified and introduced, the effect of changes in crosslink density can be reduced compared to the conventional film-type soft material in which fluorescent beads are encapsulated by chemical crosslinks. The variation in elastic modulus due to can be reduced. Furthermore, in the film-shaped soft material 11 of this embodiment, since the fluorescent dye introduced into the main skeleton has a small molecular size, the unreacted fluorescent dye is film-shaped by swelling the film-shaped soft material into a good solvent. It can be removed from the soft material. Therefore, fluctuations not dependent on stress due to diffusion movement of uncrosslinked fluorescent molecules do not occur, so that the problem that the accuracy and reproducibility of stress measurement are reduced can be solved, and stable stress measurement can be realized for a long time.

本実施形態のフィルム状ソフトマテリアル11を構成する高分子化合物としては、3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素を導入できるものであれば、種類は問わない。該高分子化合物として、例えば、ポリシリコーンなどのエラストマ、ポリアクリルアミドや多糖類などの水溶性高分子ゲル、親水性ゲルにシリコーンを配合したシリコーンハイドロゲル、コラーゲンなどのタンパク質から構成されるハイドロゲル、等が挙げられる。   The polymer compound constituting the film-shaped soft material 11 of the present embodiment has a three-dimensional network structure, and any kind can be used as long as a fluorescent dye can be introduced into the side chain of the main skeleton of the three-dimensional network structure. It doesn't matter. Examples of the polymer compound include elastomers such as polysilicon, water-soluble polymer gels such as polyacrylamide and polysaccharides, silicone hydrogels obtained by blending silicone into hydrophilic gels, hydrogels composed of proteins such as collagen, Etc.

フィルム状ソフトマテリアル11を構成する高分子化合物は、生体適合性を有することが好ましい。エラストマの例としては、ポリシリコーン、ハイドロゲルの例としては、ポリアクリルアミドやポリヒドロキシエチルアクリレートなどの骨格がアクリル系高分子、デキストランやアルギン酸などの水溶性多糖類、コラーゲンやフィブロネクチン等、およびそれらの誘導体のタンパク質から構成されるハイドロゲル、等が挙げられる。また、これらの構成分子を複数種類混合しても良い。中でも高分子化合物が、ポリアクリルアミド系樹脂を含むことが好ましい。   The polymer compound constituting the film-shaped soft material 11 preferably has biocompatibility. Examples of elastomers include polysilicon, hydrogels include skeletons such as polyacrylamide and polyhydroxyethyl acrylate, acrylic polymers, water-soluble polysaccharides such as dextran and alginic acid, collagen and fibronectin, and the like. And hydrogel composed of a derivative protein. A plurality of these constituent molecules may be mixed. Of these, the polymer compound preferably contains a polyacrylamide resin.

フィルム状ソフトマテリアル11の、基材12とは反対側の表面には、図2に示されるように、ポリ−D−リジン(PDL)等のタンパク質からなる細胞接着層13が設けられていることが好ましい。フィルム状ソフトマテリアル11の表面に設けられた細胞接着層13により、任意の細胞および組織が接着可能となる。タンパク質からなる細胞接着層13を設けるため、あらかじめフィルム状ソフトマテリアル11に、sulfosuccinimidyl 6-(4‘-azido-2’-nitrophenylamino)hexanoate(以下、sulfo−SANPAH)の溶液を滴下して紫外線照射して、フィルム状ソフトマテリアル11のタンパク質親和性を高めておくことが好ましい。フィルム状ソフトマテリアルの、弾性率は限定されないが、生体組織の弾性率である100Pa〜1MPaとすることで、ECM力学特性を模倣することができる。   As shown in FIG. 2, a cell adhesion layer 13 made of a protein such as poly-D-lysine (PDL) is provided on the surface of the film-shaped soft material 11 opposite to the base material 12. Is preferred. Arbitrary cells and tissues can be adhered by the cell adhesion layer 13 provided on the surface of the film-shaped soft material 11. In order to provide the cell adhesion layer 13 made of protein, a solution of sulfosuccinimidyl 6- (4′-azido-2′-nitrophenylamino) hexanoate (hereinafter, sulfo-SANPAH) is dropped on the film-shaped soft material 11 in advance and irradiated with ultraviolet rays. Thus, it is preferable to increase the protein affinity of the film-shaped soft material 11. Although the elastic modulus of the film-like soft material is not limited, ECM mechanical characteristics can be imitated by setting the elastic modulus of the living tissue to 100 Pa to 1 MPa.

フィルム状ソフトマテリアルは、図3に示すように、高蛍光強度領域32と、該領域32よりも蛍光強度の低い低蛍光強度領域31とを有し、該領域32と該領域31との境目で蛍光強度に勾配または段差が生じていることが好ましい。すなわち、フィルム状ソフトマテリアルには、蛍光強度分布を有することが好ましい。   As shown in FIG. 3, the film-shaped soft material has a high fluorescence intensity region 32 and a low fluorescence intensity region 31 having a fluorescence intensity lower than that of the region 32, and at the boundary between the region 32 and the region 31. It is preferable that a gradient or a step is generated in the fluorescence intensity. That is, the film-like soft material preferably has a fluorescence intensity distribution.

蛍光強度の勾配は、異なる蛍光強度を有する隣接した領域の境界で蛍光強度が連続的に変化していることをいい、蛍光強度の変化の傾きが大きいほど望ましく、蛍光顕微鏡で検出可能な蛍光強度分布の変化が生じていることが望ましい。
蛍光強度の段差は、隣接する蛍光強度が異なる高蛍光強度領域32と低蛍光強度領域31との間で、蛍光強度差が生じている境界をいい、その蛍光強度差が大きいことが望ましい。また、低蛍光強度領域31の蛍光強度が0に近いほどよい。高蛍光強度領域32と低蛍光強度領域31との間隔は、応力を検出しようとする物体のサイズ、および応力の大きさに応じて適宜調整して最適化することができる。
The gradient of fluorescence intensity means that the fluorescence intensity changes continuously at the boundary between adjacent regions having different fluorescence intensities. The greater the slope of the change in fluorescence intensity, the more desirable and the fluorescence intensity that can be detected with a fluorescence microscope. It is desirable that a distribution change has occurred.
The step of the fluorescence intensity refers to a boundary where a difference in fluorescence intensity occurs between the high fluorescence intensity region 32 and the low fluorescence intensity region 31 having different fluorescence intensities, and it is desirable that the difference in fluorescence intensity is large. Further, the closer the fluorescence intensity of the low fluorescence intensity region 31 is to 0, the better. The interval between the high fluorescence intensity region 32 and the low fluorescence intensity region 31 can be optimized by adjusting as appropriate according to the size of the object whose stress is to be detected and the magnitude of the stress.

≪フィルム状ソフトマテリアルの製造方法≫
本発明に係るフィルム状ソフトマテリアルの製造方法は、基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させる工程を備える。本発明に係るフィルム状ソフトマテリアルの製造方法は、従来の、蛍光ビーズをハイドロゲルへ内包させる際の化学修飾過程の煩雑さがなく、簡便に調製することができ、架橋密度の不均一性、未反応の蛍光ビーズ由来の揺らぎから生じる問題も解決できる。重合させる工程で用いる基板を、そのまま、蛍光フィルム基材1の基材12とすることもでき、重合させる工程を経て得られたフィルム状ソフトマテリアル11を、別途準備した基材12に転写して、蛍光フィルム基材1とすることもできる。
≪Method for manufacturing film-like soft material≫
The method for producing a film-shaped soft material according to the present invention includes a step of polymerizing a monomer liquid that contains a fluorescent dye having a polymerizable group and forms a three-dimensional network structure on a substrate. The method for producing a film-like soft material according to the present invention is a conventional method that does not involve the complexity of a chemical modification process when encapsulating fluorescent beads in a hydrogel, and can be easily prepared. Problems caused by fluctuations derived from unreacted fluorescent beads can also be solved. The substrate used in the step of polymerizing can be used as it is as the base material 12 of the fluorescent film base material 1, and the film-like soft material 11 obtained through the polymerizing step is transferred to the separately prepared base material 12 The fluorescent film substrate 1 can also be used.

モノマー液は、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成する。3次元網目構造を形成するために、モノマー液は、重合性基を有する蛍光色素及び二以上の重合性基を有する重合性化合物を含有することができる。   The monomer liquid contains a fluorescent dye having a polymerizable group and forms a three-dimensional network structure. In order to form a three-dimensional network structure, the monomer liquid can contain a fluorescent dye having a polymerizable group and a polymerizable compound having two or more polymerizable groups.

フィルム状ソフトマテリアルを構成する高分子化合物の、3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素を導入できする方法は特に限定されないが、シリコーン系エラストマの場合、プラチナ触媒を用いたヒドロシリル化を用いる方法が挙げられる。ポリアクリルアミドゲルのようにモノマーの化学重合によって3次元網目構造を形成させる場合は、蛍光色素が化学修飾されたモノマーを用いる。   The method for introducing a fluorescent dye into the side chain of the main skeleton of the three-dimensional network structure of the polymer compound constituting the film-shaped soft material is not particularly limited. However, in the case of a silicone elastomer, hydrosilylation using a platinum catalyst is performed. The method to use is mentioned. When a three-dimensional network structure is formed by chemical polymerization of monomers as in polyacrylamide gel, a monomer in which a fluorescent dye is chemically modified is used.

フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度は、3次元網目構造を有する高分子化合物の重合の際に、3次元網目構造を形成するモノマー液中の重合性基を有する蛍光色素の混合比によって、容易に制御可能である。未反応の蛍光色素モノマーに関しても、分子サイズが高分子化合物の網目構造よりも小さな分子構造とすることで、作製したフィルム状ソフトマテリアルを良溶媒中で再膨潤させることで、フィルム状ソフトマテリアルから除去することが可能である。コラーゲン等のタンパク質の自己集合やアルギン酸やヒアルロン酸などの多糖類の架橋による3次元網目構造からなるフィルム状ソフトマテリアルの場合、3次元網目構造を形成する前にアミド結合やエステル結合などの化学結合を介した蛍光色素の化学修飾を行う。3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素を導入する方法は、上述のように、煩雑な化学修飾を行う必要がなく、簡易である。また、未反応の蛍光色素はフィルム形成前および形成後、どちらであっても透析によって除去可能である。   The fluorescence intensity of the film-like soft material can be easily controlled by the mixing ratio of the fluorescent dye having a polymerizable group in the monomer liquid forming the three-dimensional network structure when polymerizing the polymer compound having the three-dimensional network structure. Is possible. For unreacted fluorescent dye monomers, by making the molecular size smaller than the network structure of the polymer compound, by re-swelling the produced film-like soft material in a good solvent, It is possible to remove. In the case of a film-like soft material consisting of a three-dimensional network structure by self-assembly of proteins such as collagen and cross-linking of polysaccharides such as alginic acid and hyaluronic acid, chemical bonds such as amide bonds and ester bonds before forming the three-dimensional network structure The chemical modification of the fluorescent dye is performed via As described above, the method of introducing a fluorescent dye into the side chain of the main skeleton having a three-dimensional network structure is simple and does not require complicated chemical modification. Unreacted fluorescent dye can be removed by dialysis either before or after film formation.

3次元網目構造の主骨格の側鎖に修飾する蛍光色素の導入率は限定されないが、主骨格のユニット単位に対し、0.01〜1モル%となることが好ましい。フィルム主骨格の側鎖へ導入する蛍光色素の種類は限定されないが、水溶性を有し、色素間での分子会合が起こらないものが好ましい。   The introduction rate of the fluorescent dye that modifies the side chain of the main skeleton of the three-dimensional network structure is not limited, but is preferably 0.01 to 1 mol% with respect to the unit unit of the main skeleton. The type of fluorescent dye introduced into the side chain of the film main skeleton is not limited, but is preferably water-soluble and does not cause molecular association between the dyes.

重合性基を有する蛍光色素として、好ましくは、シグマアルドリッチ社から販売されているフルオレセイン−O−アクリレート(式(1−A)。以下、FLアクリレート)などの蛍光修飾モノマーや、Polysciences社から販売されているNile Blue Acrylamide(式(1−F))、Methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine B(式(1−G))などの蛍光修飾モノマーが挙げられる(式(1−A)〜式(1−G))。   The fluorescent dye having a polymerizable group is preferably a fluorescent modifying monomer such as fluorescein-O-acrylate (formula (1-A), hereinafter referred to as FL acrylate) sold by Sigma-Aldrich, or sold by Polysciences. Nile Blue Acrylamide (Formula (1-F)), Methacryloxyethyl thiocarbamoyl rhodamine B (Formula (1-G)) and the like (Formula (1-A) to Formula (1-G)).

フィルム状ソフトマテリアルの調製方法は特に限定されないが、シリコーン系エラストマの場合、プラチナ触媒を用いたヒドロシリル化が挙げられる。アクリル系高分子の場合、アクリル基の重合反応による化学架橋が挙げられる。多糖類及びタンパク質の場合、自己集合によるゲル化を用いてもよく、また、上記のカルボジイミドを用いてアクリル基を主骨格に修飾することによる化学架橋を用いても良い。   Although the preparation method of a film-form soft material is not specifically limited, In the case of a silicone type elastomer, hydrosilylation using a platinum catalyst is mentioned. In the case of an acrylic polymer, chemical crosslinking by a polymerization reaction of an acrylic group is exemplified. In the case of polysaccharides and proteins, gelation by self-assembly may be used, or chemical crosslinking by modifying the acrylic group to the main skeleton using the above carbodiimide may be used.

重合反応の種類は特に限定されないが、例として、光重合開始剤を用いたラジカル重合が挙げられる。光照射により自らを構成する化学結合が生成される物質として、例えば光重合開始剤によって重合されるモノマー等の、高分子化合物の原材料が挙げられる。
光重合開始剤としては、水溶性の光重合開始剤が好ましく、下記式(2−A)で表されるリチウムフェニル−2,4,6−トリメチルベンゾイルホスフィネート(LAP)、下記式(2−B)で表される2−ヒドロキシ−4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−2−メチルプロピオフェノン(Irgacure2959)、下記式(2−C)で表されるEosinY、下記式(2−D)で表されるN−ビニルピロリドン(NMP)、下記式(2−E)で表されるトリエタノールアミン(TEOA)が例示できる。
Although the kind of polymerization reaction is not specifically limited, As an example, the radical polymerization using a photoinitiator is mentioned. Examples of a substance that generates a chemical bond constituting itself by light irradiation include a raw material of a polymer compound such as a monomer that is polymerized by a photopolymerization initiator.
As the photopolymerization initiator, a water-soluble photopolymerization initiator is preferable, and lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP) represented by the following formula (2-A): B) 2-hydroxy-4 ′-(2-hydroxyethoxy) -2-methylpropiophenone (Irgacure 2959), EosinY represented by the following formula (2-C), and the following formula (2-D) N-vinylpyrrolidone (NMP) represented by the formula, and triethanolamine (TEOA) represented by the following formula (2-E).

基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させてフィルム状ソフトマテリアル重合体を形成させる工程の後に、前記フィルム状ソフトマテリアル重合体の少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程により、フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度に勾配または段差を形成することができる。   After the step of polymerizing a monomer liquid containing a fluorescent dye having a polymerizable group and forming a three-dimensional network structure on a substrate to form a film-like soft material polymer, at least the film-like soft material polymer Part of the process is a process of irradiating energy rays in a pattern to create a gradient or step in the fluorescence intensity at the boundary between the high fluorescence intensity region and the low fluorescence intensity region. A step can be formed.

フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度に勾配または段差を生じさせる方法としては、例えば、フォトマスクや液晶フィルムをフォトマスクとして用いて、高強度のエネルギー線を照射して退色させる方法、デジタルミラーデバイス等を用いて局所的にエネルギー線を照射して退色させる方法、レーザー光のデフォーカスによる光の干渉によって退色させる方法が挙げられる。   Examples of a method of causing a gradient or a step in the fluorescence intensity of a film-like soft material include, for example, a method of using a photomask or a liquid crystal film as a photomask to irradiate high-intensity energy rays and fade, a digital mirror device Examples thereof include a method of locally irradiating with energy rays and fading, and a method of fading by light interference caused by laser beam defocusing.

≪応力計測方法≫
本発明に係る応力計測方法は、前記フィルム状ソフトマテリアル14上に細胞等の物体14を接触させる工程(図4(A))と、前記フィルム状ソフトマテリアル14の蛍光強度分布の変位を評価する工程(図4(B))と、を備える(図4)。
≪Stress measurement method≫
In the stress measurement method according to the present invention, the step of bringing an object 14 such as a cell into contact with the film-like soft material 14 (FIG. 4A) and the displacement of the fluorescence intensity distribution of the film-like soft material 14 are evaluated. And a step (FIG. 4B) (FIG. 4).

フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度に勾配または段差を生じさせるのは、細胞等の物体をフィルム状ソフトマテリアルに接触させる前後のどちらでもよい。本発明に係る応力計測方法は、前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、前記フィルム状ソフトマテリアルの少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を備えてもよい。   The gradient or step in the fluorescence intensity of the film-shaped soft material may be generated either before or after the object such as a cell is brought into contact with the film-shaped soft material. The stress measurement method according to the present invention includes a step of bringing an object such as a cell into contact with the film-shaped soft material, and irradiating at least a part of the film-shaped soft material with energy rays in a pattern, thereby increasing the fluorescence. You may provide the process of producing the gradient or level | step difference in fluorescence intensity in the boundary of an intensity | strength area | region and a low fluorescence intensity area | region, and the process of evaluating the displacement of the fluorescence intensity distribution of the said film-form soft material.

応力を長期間安定に計測方法として、蛍光フィルムに任意の蛍光強度分布をもたせ、物体が発生した応力による変位量を定量化することが挙げられる。均一な蛍光強度分布を有する蛍光フィルムでは、蛍光強度分布の変位量を定量的に計測することが難しくなる。蛍光色素が導入されているフィルム状ソフトマテリアルに、エネルギー線照射により局所的な蛍光強度分布の勾配または段差を形成させることができ、これにより、蛍光強度分布の変位量を定量的に計測することが可能となる。   As a method for stably measuring stress for a long period of time, it is possible to give an arbitrary fluorescence intensity distribution to a fluorescent film and quantify the amount of displacement due to the stress generated by the object. In a fluorescent film having a uniform fluorescence intensity distribution, it is difficult to quantitatively measure the amount of displacement of the fluorescence intensity distribution. A film-like soft material into which a fluorescent dye is introduced can form a gradient or step in the local fluorescence intensity distribution by irradiation with energy rays, thereby quantitatively measuring the amount of displacement of the fluorescence intensity distribution. Is possible.

蛍光強度分布の勾配または段差は、対象とする物体のサイズや発生する牽引力に応じて最適化することが好ましい。上述のように、蛍光色素が蛍光フィルムを構成するソフトマテリアルの主骨格の側鎖に化学結合で修飾されているため、架橋密度の局所的な違いによる弾性率のばらつきは無く、かつ、未反応の蛍光色素はフィルムから除去可能なため、蛍光分子の拡散運動による応力に依存しない揺らぎは生じないため、長期間安定な応力の計測が実現できる。   The gradient or step of the fluorescence intensity distribution is preferably optimized according to the size of the target object and the traction force generated. As mentioned above, since the fluorescent dye is modified with a chemical bond on the side chain of the main skeleton of the soft material constituting the fluorescent film, there is no variation in elastic modulus due to local differences in crosslink density, and unreacted Since the fluorescent dye can be removed from the film, fluctuations that do not depend on stress due to the diffusion movement of the fluorescent molecules do not occur, so that stable stress measurement can be realized for a long period of time.

このような蛍光色素が導入されているフィルム状ソフトマテリアルを培養基材として用いることにより、細胞・組織がECMの力学特性を認識して、牽引力として応答するメカニズムを解明するためのin vitroモデルとすることができる。また、組織損傷時にはECMの力学特性が変化すること、疾病や加齢に伴うECMの力学特性が細胞・組織機能に影響を与えていることが示唆されており、本発明のフィルム状ソフトマテリアルを培養基板とし、組織再生に最適な足場材料の力学特性をスクリーニングするための外傷・疾病のin vitroモデルすることが可能である。   An in vitro model for elucidating the mechanism by which cells / tissues recognize the mechanical properties of ECM and respond as a traction force by using a film-like soft material into which such a fluorescent dye is introduced as a culture substrate. can do. In addition, it is suggested that the mechanical properties of ECM change at the time of tissue damage, and that the mechanical properties of ECM associated with diseases and aging affect cell / tissue functions. It is possible to use an in vitro model of trauma / disease for screening the mechanical properties of scaffold materials that are optimal for tissue regeneration using a culture substrate.

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

<弾性率測定方法>
実施例で得られた各ゲルの弾性率は、下記方法により求めた。
ヒトの体液とほぼ等張に調整したPBS水溶液で膨潤した状態のフィルム状ソフトマテリアルについて原子間力顕微鏡を用い、温度25℃の測定条件で測定を行った。
<Elastic modulus measurement method>
The elastic modulus of each gel obtained in the examples was determined by the following method.
The film-like soft material swollen with an aqueous PBS solution adjusted to be approximately isotonic with human body fluid was measured using an atomic force microscope under measurement conditions of a temperature of 25 ° C.

[実施例1]
<蛍光色素が導入されたフィルム状ゲル及び蛍光フィルム基材の作製>
3−(トリメチルシリル)プロピルメタクリレートで表面修飾されたガラス基板16(以下、シラン化ガラス基板)の両端に、図5で示すような、スペーサー17としてサランラップ(登録商標)を配置した後、5質量%アクリルアミド、0.5質量%のビスアクリルアミド、0.05質量%FLアクリレート、光重合開始剤LAPを1mM含む水溶液(以下、モノマー液18)をシラン化ガラス基板中央に滴下した(図6(A))。このガラス基板16に、酸素プラズマ処理したカバーガラス(以下、シール基板19)を上面からのせ、モノマー液18をシラン化ガラス基板とシール基板で挟み込み、余分なモノマー液18をキムワイプで取り除いた。波長360nmのバンドパスフィルターを用い、10mW/cmで10分間、モノマー液18へ光照射を行った(図6(B))。光照射終了後、得られたフィルム状ハイドロゲルを大過剰量のPBS溶液に浸漬し、未反応のモノマー液成分を除去した。カバーガラスを取り除き、蛍光色素が導入されたフィルム状ゲル表面の余分な溶液を取り除いた後、2mMのsulfosuccinimidyl 6-(4‘-azido-2’-nitrophenylamino)hexanoate(以下、sulfo−SANPAH)を100μl滴下して、波長360nmバンドパスフィルターを介して10分間光照射した(図6(C))。フィルム状ゲル表面のsulfo−SANPAH溶液を取り除いた後、0.1mg/mlのポリ−D−リジン(以下、PDL)溶液を100μl滴下して、室温で2時間静置した(図6(D))。フィルム状ゲル表面のPDL溶液を取り除き、大過剰のPBS溶液で一晩以上浸透させることで、18mm×18mmの、蛍光色素が導入されたフィルム状ゲルを備える蛍光フィルム基材2とした(図6(E))。フィルム状ソフトマテリアル11としての、このフィルム状ゲルの弾性率は、約3.5kPaであり、全体的におよそ均一であった。
[Example 1]
<Production of film-like gel and fluorescent film substrate into which fluorescent dye is introduced>
After placing Saran Wrap (registered trademark) as spacers 17 as shown in FIG. 5 on both ends of glass substrate 16 (hereinafter, silanized glass substrate) surface-modified with 3- (trimethylsilyl) propyl methacrylate, 5% by mass An aqueous solution containing 1 mM of acrylamide, 0.5% by mass of bisacrylamide, 0.05% by mass of FL acrylate, and a photopolymerization initiator LAP (hereinafter, monomer solution 18) was dropped onto the center of the silanized glass substrate (FIG. 6A). ). A cover glass (hereinafter referred to as a seal substrate 19) treated with oxygen plasma was placed on the glass substrate 16 from above, the monomer solution 18 was sandwiched between the silanized glass substrate and the seal substrate, and the excess monomer solution 18 was removed with Kimwipe. Using a bandpass filter with a wavelength of 360 nm, the monomer liquid 18 was irradiated with light at 10 mW / cm 2 for 10 minutes (FIG. 6B). After completion of light irradiation, the obtained film-like hydrogel was immersed in a large excess amount of PBS solution to remove unreacted monomer liquid components. After removing the cover glass and removing the excess solution on the surface of the film-like gel into which the fluorescent dye was introduced, 100 μl of 2 mM sulfosuccinimidyl 6- (4′-azido-2′-nitrophenylamino) hexanoate (hereinafter, sulfo-SANPAH) was added. The solution was dropped and irradiated with light for 10 minutes through a band-pass filter having a wavelength of 360 nm (FIG. 6C). After removing the sulfo-SANPAH solution on the surface of the film-like gel, 100 μl of a 0.1 mg / ml poly-D-lysine (hereinafter referred to as PDL) solution was dropped and allowed to stand at room temperature for 2 hours (FIG. 6D). ). The PDL solution on the surface of the film-like gel was removed and permeated with a large excess of PBS solution for overnight or longer to obtain a fluorescent film substrate 2 having a film-like gel having an 18 mm × 18 mm-introduced fluorescent dye (FIG. 6). (E)). The elastic modulus of this film-form gel as the film-form soft material 11 was about 3.5 kPa, and was generally uniform as a whole.

[実施例2]
<蛍光強度分布を有するフィルム状ゲル及び蛍光フィルム基材の作製1>
実施例1の方法で蛍光色素が導入されたフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材2を作製後、金またはクロムのマスク21が光透過基板23上に設けられたフォトマスク24(図7。以下、フォトマスク。)を、蛍光フィルム基材2の基板16側に設置した。マスク21の大きさは62.5μm×62.5μmである。422nmハイパスフィルターを介してキセノン光源による光照射を行い(図8(G))、蛍光フィルム基材3を得た(図8(H))。10分間の光照射の後、蛍光顕微鏡による観察を行った(図9)。フィルム状ソフトマテリアル14としての、フィルム状ゲルにマスクパターンに応じて、光照射された領域は蛍光色素が退色して低蛍光強度領域となり、マスクされた領域は高蛍光強度領域となって、約125μmピッチの蛍光強度分布が形成され、隣接する領域間で蛍光強度に段差が生じることが示された。
[Example 2]
<Production 1 of film-like gel having fluorescent intensity distribution and fluorescent film substrate>
After producing the fluorescent film base material 2 provided with the film-like soft material into which the fluorescent dye is introduced by the method of Example 1, a photomask 24 (FIG. 7) in which a gold or chromium mask 21 is provided on the light transmission substrate 23. Hereinafter, a photomask.) Was placed on the substrate 16 side of the fluorescent film substrate 2. The size of the mask 21 is 62.5 μm × 62.5 μm. Light irradiation with a xenon light source was performed through a 422 nm high-pass filter (FIG. 8G), and a fluorescent film substrate 3 was obtained (FIG. 8H). After light irradiation for 10 minutes, observation with a fluorescence microscope was performed (FIG. 9). According to the mask pattern of the film-like gel as the film-like soft material 14, the light-irradiated region becomes a low fluorescence intensity region by fading the fluorescent dye, and the masked region becomes a high fluorescence intensity region. A fluorescence intensity distribution with a pitch of 125 μm was formed, indicating that there was a step in the fluorescence intensity between adjacent regions.

[実施例3]
<蛍光強度分布を有するフィルム状ゲル及び蛍光フィルム基材の作製2>
実施例1の方法で蛍光色素が導入されたフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材2を作製後、顕微鏡の対物レンズを介して、488nmのレーザー光をデフォーカス光として照射した。そのときの蛍光顕微鏡による観察結果を図10に示す。デフォーカス光の照射によって、任意の領域で高蛍光強度領域32と低蛍光強度領域31が形成され、隣接する領域間で蛍光強度に段差が生じることが示された。
[Example 3]
<Preparation 2 of film-like gel having fluorescent intensity distribution and fluorescent film substrate>
After preparing the fluorescent film base material 2 provided with the film-like soft material into which the fluorescent dye was introduced by the method of Example 1, 488 nm laser light was irradiated as defocused light through the objective lens of the microscope. The observation result by the fluorescence microscope at that time is shown in FIG. It was shown that the high-fluorescence intensity region 32 and the low-fluorescence intensity region 31 are formed in an arbitrary region by defocusing light irradiation, and a step difference occurs in the fluorescence intensity between adjacent regions.

[実施例4]
<フィルムの変位量の計測方法および応力分布の計測方法>
応力分布の計測は、まず、粒子画像流速測定法(以下、PIV)を用いて、ゲルの変位分布を解析する。細胞牽引力のモデル系として、ガラスニードルでゲルを1.6μm変位させた。変位前後のゲルの蛍光顕微鏡による観察結果およびPIV解析結果を図11に示す。変位マッピングから、実際の変位方向および変位量と同等の解析結果を得た。次に、ゲルの変位分布から、線形弾性理論に基づく理論式を数値的に解析することにより、応力分布を計算することができる。取得画像のPIV解析および応力分布の解析は、ImageJのプラグインを用いた。
[Example 4]
<Measurement Method of Film Displacement and Stress Distribution Measurement Method>
In the measurement of the stress distribution, first, the displacement distribution of the gel is analyzed using a particle image flow velocity measurement method (hereinafter referred to as PIV). As a model system of cell traction force, the gel was displaced 1.6 μm with a glass needle. FIG. 11 shows the observation results of the gel before and after displacement by the fluorescence microscope and the PIV analysis results. An analysis result equivalent to the actual displacement direction and displacement amount was obtained from the displacement mapping. Next, the stress distribution can be calculated by numerically analyzing a theoretical expression based on the linear elasticity theory from the displacement distribution of the gel. ImageJ plug-ins were used for PIV analysis and stress distribution analysis of acquired images.

本発明のフィルム状ソフトマテリアル及び蛍光フィルム基材を用いる応力計測方法により、物体として細胞を用いる場合、細胞外環境の力学特性変化に対する組織応答のメカニズム解明、および、組織の疾患・損傷モデル等とするために求められる、細胞が発生する応力を長期間安定に計測することが可能となる。また、本発明のフィルム状ソフトマテリアル及び蛍光フィルム基材は、細胞培養用のフィルム基材としても利用可能性がある。これまで明らかとなっていなかったECM力学特性に対する細胞・組織の認識・応答メカニズムの解明が期待できる。再生医療の観点からは、損傷・疾病モデルとすることで、組織再生に最適な足場材料の力学特性をスクリーニングできる。   When cells are used as an object by the stress measurement method using the film-like soft material and fluorescent film substrate of the present invention, the mechanism of tissue response to changes in the mechanical properties of the extracellular environment, and the disease / damage model of the tissue, etc. Therefore, it is possible to stably measure the stress generated by the cells for a long period of time. Moreover, the film-like soft material and fluorescent film substrate of the present invention may be used as a film substrate for cell culture. The elucidation of cell / tissue recognition / response mechanisms for ECM mechanical properties that have not been clarified so far can be expected. From the viewpoint of regenerative medicine, it is possible to screen the mechanical properties of the scaffold material optimal for tissue regeneration by using a damage / disease model.

1、2、3・・・蛍光フィルム基材、11、14・・・フィルム状ソフトマテリアル,12・・・基材、13・・・細胞接着層、13’・・・PDL溶液、13”・・・sulfo−SANPAH溶液、15・・・物体,16・・・ガラス基板、17・・・スペーサー、18・・・モノマー液、19・・・シール基板、21・・・マスク、22・・・光透過エリア、23・・・光透過基板、31・・・低蛍光強度領域、32・・・高蛍光強度領域   1, 2, 3 ... fluorescent film base material, 11, 14 ... film-like soft material, 12 ... base material, 13 ... cell adhesion layer, 13 '... PDL solution, 13 " ..Sulfo-SANPAH solution, 15 ... object, 16 ... glass substrate, 17 ... spacer, 18 ... monomer solution, 19 ... sealing substrate, 21 ... mask, 22 ... Light transmission area, 23 ... Light transmission substrate, 31 ... Low fluorescence intensity area, 32 ... High fluorescence intensity area

Claims (8)

高分子化合物からなる3次元網目構造を有し、該3次元網目構造の主骨格の側鎖に蛍光色素が導入されているフィルム状ソフトマテリアル。   A film-like soft material having a three-dimensional network structure made of a polymer compound and having a fluorescent dye introduced into the side chain of the main skeleton of the three-dimensional network structure. 前記高分子化合物が、ポリアクリルアミド系樹脂を含む、請求項1に記載のフィルム状ソフトマテリアル。   The film-form soft material of Claim 1 in which the said high molecular compound contains polyacrylamide type resin. 高蛍光強度領域と、該高蛍光強度領域よりも蛍光強度の低い低蛍光強度領域とを有し、該高蛍光強度領域と該低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差が生じている、請求項1又は2に記載のフィルム状ソフトマテリアル。   A high fluorescence intensity region and a low fluorescence intensity region having a fluorescence intensity lower than that of the high fluorescence intensity region, and a gradient or a step occurs in the fluorescence intensity at the boundary between the high fluorescence intensity region and the low fluorescence intensity region. The film-like soft material according to claim 1 or 2. 基材上に、請求項1〜3のいずれかに記載のフィルム状ソフトマテリアルを備える蛍光フィルム基材。   A fluorescent film base material provided with the film-like soft material according to any one of claims 1 to 3 on a base material. 請求項1〜3のいずれかに記載のフィルム状ソフトマテリアルを製造する方法であって、
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させる工程を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。
A method for producing the film-like soft material according to claim 1,
The manufacturing method of a film-form soft material which has the process of superposing | polymerizing the monomer liquid which contains the fluorescent pigment | dye which has a polymeric group on a board | substrate, and forms a three-dimensional network structure.
請求項3に記載のフィルム状ソフトマテリアルを製造する方法であって、
基板上で、重合性基を有する蛍光色素を含有し3次元網目構造を形成するモノマー液を重合させてフィルム状ソフトマテリアル重合体を形成させる工程と
前記フィルム状ソフトマテリアル重合体の少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、を有する、フィルム状ソフトマテリアルの製造方法。
A method for producing the film-like soft material according to claim 3,
A step of polymerizing a monomer liquid containing a fluorescent dye having a polymerizable group and forming a three-dimensional network structure on a substrate to form a film-like soft material polymer; and at least a part of the film-like soft material polymer And a step of irradiating energy rays in a pattern to generate a gradient or a step in the fluorescence intensity at the boundary between the high fluorescence intensity region and the low fluorescence intensity region.
請求項1又は2に記載のフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法であって、
前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの少なくも一部に、パターン状にエネルギー線を照射して、高蛍光強度領域と、低蛍光強度領域との境目で蛍光強度に勾配または段差を生じさせる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を有する応力計測方法。
A stress measurement method using the film-like soft material according to claim 1 or 2,
Contacting an object such as a cell on the soft film material;
Irradiating at least a part of the film-like soft material with energy rays in a pattern to generate a gradient or a step in the fluorescence intensity at the boundary between the high fluorescence intensity region and the low fluorescence intensity region;
Evaluating the displacement of the fluorescence intensity distribution of the film-shaped soft material.
請求項3に記載のフィルム状ソフトマテリアルを用いる応力計測方法であって、
前記フィルム状ソフトマテリアル上に細胞等の物体を接触させる工程と、
前記フィルム状ソフトマテリアルの蛍光強度分布の変位を評価する工程と、を有する応力計測方法。
A stress measurement method using the film-like soft material according to claim 3,
Contacting an object such as a cell on the soft film material;
Evaluating the displacement of the fluorescence intensity distribution of the film-shaped soft material.
JP2018038070A 2018-03-02 2018-03-02 Film-like soft material, fluorescent film base material, film-like soft material manufacturing method, and stress measurement method. Active JP7082364B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018038070A JP7082364B2 (en) 2018-03-02 2018-03-02 Film-like soft material, fluorescent film base material, film-like soft material manufacturing method, and stress measurement method.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018038070A JP7082364B2 (en) 2018-03-02 2018-03-02 Film-like soft material, fluorescent film base material, film-like soft material manufacturing method, and stress measurement method.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019151747A true JP2019151747A (en) 2019-09-12
JP7082364B2 JP7082364B2 (en) 2022-06-08

Family

ID=67948276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018038070A Active JP7082364B2 (en) 2018-03-02 2018-03-02 Film-like soft material, fluorescent film base material, film-like soft material manufacturing method, and stress measurement method.

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7082364B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113846054A (en) * 2021-09-23 2021-12-28 四川大学 Matrix material for directly reprogramming fibroblasts into osteoblasts, preparation method and reprogramming method

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153535A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 Foundation For The Promotion Of Industrial Science Measuring method of dynamic physical properties and measuring instrument therefor
US20070248993A1 (en) * 2001-06-21 2007-10-25 Michael Seul Un-supported Polymeric Film with Embedded Microbeads
JP2011001469A (en) * 2009-06-18 2011-01-06 Terumo Corp Manufacturing method for fluorescence hydrogel bead
US20110183435A1 (en) * 2008-06-20 2011-07-28 Board Of Regents, The University Of Texas System Biodegradable Photoluminescent Polymers
US20120071338A1 (en) * 2010-07-15 2012-03-22 Christopher Bowman Polymerization-based amplification for immunostaining and biodetection
JP2012202968A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Ntt Docomo Inc Method for preparing microarray of soft material
JP2014527839A (en) * 2011-06-02 2014-10-23 ボシュ・アンド・ロム・インコーポレイテッドBausch & Lomb Incorporated Method for modifying the refractive index of an optical material and resulting optical vision member
JP2016044256A (en) * 2014-08-25 2016-04-04 日東電工株式会社 Light emitting ethylene copolymer, encapsulation composition for solar cell and solar cell module using the same
JP2017511883A (en) * 2014-02-21 2017-04-27 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー Expansion microscopy

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070248993A1 (en) * 2001-06-21 2007-10-25 Michael Seul Un-supported Polymeric Film with Embedded Microbeads
JP2006153535A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 Foundation For The Promotion Of Industrial Science Measuring method of dynamic physical properties and measuring instrument therefor
US20110183435A1 (en) * 2008-06-20 2011-07-28 Board Of Regents, The University Of Texas System Biodegradable Photoluminescent Polymers
JP2011001469A (en) * 2009-06-18 2011-01-06 Terumo Corp Manufacturing method for fluorescence hydrogel bead
US20120071338A1 (en) * 2010-07-15 2012-03-22 Christopher Bowman Polymerization-based amplification for immunostaining and biodetection
JP2012202968A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Ntt Docomo Inc Method for preparing microarray of soft material
JP2014527839A (en) * 2011-06-02 2014-10-23 ボシュ・アンド・ロム・インコーポレイテッドBausch & Lomb Incorporated Method for modifying the refractive index of an optical material and resulting optical vision member
JP2017511883A (en) * 2014-02-21 2017-04-27 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー Expansion microscopy
JP2016044256A (en) * 2014-08-25 2016-04-04 日東電工株式会社 Light emitting ethylene copolymer, encapsulation composition for solar cell and solar cell module using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113846054A (en) * 2021-09-23 2021-12-28 四川大学 Matrix material for directly reprogramming fibroblasts into osteoblasts, preparation method and reprogramming method

Also Published As

Publication number Publication date
JP7082364B2 (en) 2022-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Deligkaris et al. Hydrogel-based devices for biomedical applications
Fusco et al. Crosstalk between focal adhesions and material mechanical properties governs cell mechanics and functions
Wei et al. Protein-based 3D microstructures with controllable morphology and pH-responsive properties
CN105974611B (en) The multi-functional detection contact lenses of one kind and its preparation and inspection method
KR101927637B1 (en) Biological machine using self-folding of multi-layered hydrogel and preparing method thereof
TWI655285B (en) Photopolymer composition and application
Hauck et al. PNIPAAm microgels with defined network architecture as temperature sensors in optical stretchers
JP7082364B2 (en) Film-like soft material, fluorescent film base material, film-like soft material manufacturing method, and stress measurement method.
DK2785747T3 (en) Process for preparing a hydrogel matrix by photopolymerization
Kim et al. Real-time and label-free biosensing using moiré pattern generated by bioresponsive hydrogel
JP7133832B2 (en) Molecularly imprinted nanoparticles with fluorescent functional groups
Toews et al. Stimuli-responsive hydrogels, their mass transfer, intermolecular interactions, and applications in biomedical devices
JP6721881B2 (en) Cell scaffold material, cell model, and method for producing cell scaffold material
US20100174021A1 (en) Three-dimensionally shaped interpenetrating network hydrogels
WO2024252292A1 (en) Bio-printed skin model, related three-dimensional printing process and direct perfusion device provided with said model
Wei et al. Photo-polymerized and thermal-polymerized silicon hydrogels with different surface microstructure and wettability
Suhag et al. Bioactive Polymers
Chen Topographically and mechanically tunable pnipam scaffolds
KR20240011962A (en) Intraocular lens with Moire Interference Hydrogel and method of manufacturing the same
Savisaari HETEROGENEOUS VOLUMETRIC CROSS-LINKING OF GELLAN GUM-BASED HYDRO-GELS
Taitano Computational and Experimental Approaches to Quantify the Influence of Pathological Hemodynamics on Hippocampal Astrocyte Dysfunction
Cheng Characterization and Control of Synthetic Network Architecture of Polymeric Hydrogel Materials for Biosensing Applications
Merotto et al. The mechanical strain as a cross-linking agent for skeletal muscle ECM-derived hydrogels
Rad Development of a clinically relevant 3D in vitro spinal cord injury model using bioprinted GelMA hydrogels
Chong et al. Fluorescently Labeled Gradient Hydrogels Reveal Matrix‐Dependent Cell Responses to Substrate Stiffness

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20180302

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201218

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211027

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211102

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220517

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220519

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7082364

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350