JP6969080B2 - Hydrogel structure, and its manufacturing method and application - Google Patents

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Description

本発明は、ハイドロゲル構造体、並びにその製造方法及び用途に関する。 The present invention relates to a hydrogel structure, and a method and application thereof.

血管治療には、主として瘤部(動脈瘤)の処置や血管のバイパス、切断、吻合などがある。
これらの血管治療に際しては、血管内にワイヤー形状の器具であるカテーテル挿管して行うことが多い。前記カテーテル挿管に関しては、手技トレーニングをする必要であるが、前記手技トレーニングは、人体を用いない場合はヒト以外の動物を用いて行うか、血管モデルを用いて行われている。
Vascular treatment mainly includes treatment of aneurysms (aneurysms), bypassing, cutting, and anastomosis of blood vessels.
These vascular treatments are often performed by intubating a catheter, which is a wire-shaped instrument, into the blood vessel. Regarding the catheter intubation, it is necessary to perform a procedure training, and the procedure training is performed using an animal other than a human when the human body is not used, or by using a blood vessel model.

しかし、前記手技トレーニングは、ヒト以外の動物を用いた場合、血管は身体の中に存在するため、患部にX線を照射して血管を可視化することにより、カテーテル挿管を行う。そのため、前記手技トレーニングを繰り返し実施した場合は、術者のX線の被曝量が多くなってしまうという問題がある。
そこで、透明な素材から形成されるカテーテル治療シミュレータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
However, in the above-mentioned procedure training, when an animal other than human is used, blood vessels exist in the body, so catheter intubation is performed by irradiating the affected area with X-rays to visualize the blood vessels. Therefore, when the procedure training is repeatedly performed, there is a problem that the X-ray exposure dose of the operator increases.
Therefore, a catheter treatment simulator formed of a transparent material has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、患者の血管を模した血管模型(例えば、特許文献2参照)、硬さが異なる複数の小病変部から形成される血管病変モデル(例えば、特許文献3参照)、術前シミュレーションに使用する血管モデルの製造方法(例えば、特許文献4参照)が提案されている。 It is also used for a blood vessel model that imitates a patient's blood vessel (see, for example, Patent Document 2), a vascular lesion model formed from a plurality of small lesions having different hardness (for example, see Patent Document 3), and a preoperative simulation. A method for manufacturing a blood vessel model (see, for example, Patent Document 4) has been proposed.

本発明は、カテーテル等の医療機器の挿入時の質感が実際の血管等に近いハイドロゲル構造体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hydrogel structure in which the texture when a medical device such as a catheter is inserted is close to that of an actual blood vessel or the like.

前記課題を解決するための手段としての本発明のハイドロゲル構造体は、水及びポリマーを含み、中空管形状を有し、前記中空管形状の少なくとも一部の内壁の静摩擦係数が0.1以下である。 The hydrogel structure of the present invention as a means for solving the above-mentioned problems contains water and a polymer, has a hollow tube shape, and has a coefficient of static friction of at least a part of the inner wall of the hollow tube shape. It is 1 or less.

本発明によると、カテーテル等の医療機器の挿入時の質感が実際の血管等に近いハイドロゲル構造体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hydrogel structure in which the texture at the time of insertion of a medical device such as a catheter is close to that of an actual blood vessel or the like.

図1は、本発明の血管モデル(ハイドロゲル構造体)の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a blood vessel model (hydrogel structure) of the present invention. 図2は、本発明の血管モデル(ハイドロゲル構造体)の一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of the blood vessel model (hydrogel structure) of the present invention. 図3Aは、透明な硬質体を取り付けたハイドロゲル構造体の一例を示す概略上面図である。FIG. 3A is a schematic top view showing an example of a hydrogel structure to which a transparent hard body is attached. 図3Bは、透明な硬質体を取り付けたハイドロゲル構造体の一例を示す概略側面図である。FIG. 3B is a schematic side view showing an example of a hydrogel structure to which a transparent hard body is attached. 図4は、本発明のハイドロゲル構造体の製造方法に用いられる立体造形装置を用いた造形体製造工程の一例を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a modeled body manufacturing process using a three-dimensional modeling apparatus used in the method for manufacturing a hydrogel structure of the present invention. 図5は、本発明のハイドロゲル構造体の製造方法に用いられる立体造形装置の一例(積層造形法)を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic view showing an example (additive manufacturing method) of a three-dimensional modeling apparatus used in the method for manufacturing a hydrogel structure of the present invention. 図6は、液滴吐出方式により第一の液体と第二の液体とを混合する一例を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing an example of mixing the first liquid and the second liquid by the droplet ejection method. 図7は、本発明のハイドロゲル構造体の一形態として、その外形が臓器(肝臓)の形状を模した形状である臓器モデルを示す概略図である。FIG. 7 is a schematic view showing an organ model in which the outer shape imitates the shape of an organ (liver) as one form of the hydrogel structure of the present invention.

(ハイドロゲル構造体、血管モデル、及び臓器モデル)
本発明のハイドロゲル構造体は、水及びポリマーを含み、中空管形状を有し、前記中空管形状の少なくとも一部の内壁の静摩擦係数が0.1以下であり、前記ハイドロゲル構造体としては、更に鉱物を含み、前記ポリマーと前記鉱物とが複合化して形成された三次元網目構造中に、前記水が包含されているハイドロゲルであることが好ましい。なお、前記ハイドロゲルとは、水を主成分として含むゲルを意味する。
本発明のハイドロゲル構造体は、従来のカテーテル治療シミュレータでは、使用する材料から製法が限られ、複雑な形状、患者個人データに沿った形状を再現できる3Dプリントに適用できないという問題がある。また、作製される血管モデルは2次元平面上にしか配置できず、実際の3次元立体構造を再現することが出来ないという欠点があり、立体構造の患部を治療するための術前シミュレーションには応用できないという問題があるという知見も基づくものである。
また、本発明のハイドロゲル構造体は、従来の血管模型では、シリコーンゴムなどの可とう性材料を三次元造形して作製されるが、不透明なモデルであり、また、質感も実際の血管とは異なるという問題があるという知見に基づくものである。
さらに、本発明のハイドロゲル構造体は、従来の血管病変モデルでは、硬さが異なる複数の小病変部を構成するために、複数の材料が必要となるという問題がある。また、型による造形のため、患者個人データに基づく造形がしにくく、詳細な構造を再現することが困難であるという知見に基づくものである。
またさらに、本発明のハイドロゲル構造体は、従来の血管モデルの製造方法では、ある程度複雑な形状を形成することはできるが、血管モデルの透過率が高くなく、また、質感も実際の血管とは異なるという問題があるという知見に基づくものである。
(Hydrogel structure, blood vessel model, and organ model)
The hydrogel structure of the present invention contains water and a polymer, has a hollow tube shape, has a static friction coefficient of at least a part of the inner wall of the hollow tube shape of 0.1 or less, and is the hydrogel structure. It is preferable that the hydrogel further contains a mineral and contains the water in a three-dimensional network structure formed by complexing the polymer and the mineral. The hydrogel means a gel containing water as a main component.
The hydrogel structure of the present invention has a problem that the conventional catheter treatment simulator cannot be applied to 3D printing that can reproduce a complicated shape and a shape according to patient personal data because the manufacturing method is limited depending on the material used. In addition, the created blood vessel model can only be placed on a two-dimensional plane, and has the disadvantage that the actual three-dimensional structure cannot be reproduced. It is also based on the finding that there is a problem that it cannot be applied.
Further, the hydrogel structure of the present invention is produced by three-dimensionally modeling a flexible material such as silicone rubber in the conventional blood vessel model, but it is an opaque model and the texture is also the same as that of an actual blood vessel. Is based on the finding that there is a problem that is different.
Further, the hydrogel structure of the present invention has a problem that, in the conventional vascular lesion model, a plurality of materials are required to form a plurality of small lesions having different hardness. In addition, it is based on the finding that it is difficult to reproduce a detailed structure because it is modeled by a mold, and it is difficult to model based on patient personal data.
Furthermore, the hydrogel structure of the present invention can form a somewhat complicated shape by the conventional method for manufacturing a blood vessel model, but the transmittance of the blood vessel model is not high, and the texture is similar to that of an actual blood vessel. Is based on the finding that there is a problem that is different.

本発明の血管モデルは、本発明のハイドロゲル構造体からなる。
前記血管モデルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、患者の治療対象となる部位の血管形状に基づき、これを再現したものが好ましい。
本発明の臓器モデルは、本発明のハイドロゲル構造体からなり、その外形が臓器形状を模した形状である。
The blood vessel model of the present invention comprises the hydrogel structure of the present invention.
The blood vessel model is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but it is preferable to reproduce the blood vessel model based on the shape of the blood vessel of the site to be treated by the patient.
The organ model of the present invention comprises the hydrogel structure of the present invention, and its outer shape imitates the shape of an organ.

本発明のハイドロゲル構造体、血管モデル、及び臓器モデルは、カテーテル挿管手技トレーニング又は術前シミュレーションに好適に用いることができる。 The hydrogel structure, blood vessel model, and organ model of the present invention can be suitably used for catheter intubation procedure training or preoperative simulation.

本発明のハイドロゲル構造体は、例えば、中空管の先端部が細くなっていてもよく、中間部が細くなっていてもよく、一端開口が他端開口よりも細くなっていてもよい。また、分岐状であっても、樹状であってもよく、図1に示すような血管状が好ましい。
前記構造としては、連通していてもよく、管の一部において閉塞部があってもよく、末端が閉塞していてもよい。また、中空管が二重管になっていてもよく、積層されていてもよい。
In the hydrogel structure of the present invention, for example, the tip portion of the hollow tube may be thin, the middle portion may be thin, and one end opening may be thinner than the other end opening. Further, it may be branched or dendritic, and a vascular shape as shown in FIG. 1 is preferable.
The structure may be communicated, may have a closed portion in a part of the pipe, or may have a closed end. Further, the hollow pipe may be a double pipe or may be laminated.

本発明のハイドロゲル構造体は、中空管形状を有する。
前記中空管形状としては、中空であれば特に制限はなく、形状、構造、大きさ等目的に応じて適宜選択することができる。
前記形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、中空管の先端部が細くなっていてもよく、中間部が細くなっていてもよく、一端開口が他端開口よりも細くなっていてもよい。また、分岐状であっても、樹状であってもよく、図1に示すような血管状が好ましい。
前記構造としては、連通していてもよく、管の一部において閉塞部があってもよく、末端が閉塞していてもよい。また、中空管が二重管になっていてもよく、積層されていてもよい。
前記大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The hydrogel structure of the present invention has a hollow tube shape.
The hollow tube shape is not particularly limited as long as it is hollow, and can be appropriately selected depending on the purpose such as shape, structure, and size.
The shape is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the tip of the hollow tube may be thin, the middle part may be thin, and the opening at one end may be thin. It may be thinner than the other end opening. Further, it may be branched or dendritic, and a vascular shape as shown in FIG. 1 is preferable.
The structure may be communicated, may have a closed portion in a part of the pipe, or may have a closed end. Further, the hollow pipe may be a double pipe or may be laminated.
The size is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.

前記中空管形状としては、例えば、血管、リンパ管、食道、鼻腔、外耳道、咽頭、喉頭、口腔、気管、気管支、細気管支、胃、小腸(例えば、十二指腸、空腸、回腸等)、大腸(例えば、盲腸、結腸、直腸、肛門管等)、膵管、胆嚢管、尿道、胆管等の形状とすることにより、各種術前シミュレーション、手技練習などに用いることができる。 The hollow tube shape includes, for example, blood vessels, lymphatic vessels, esophagus, nasal cavity, external auditory canal, pharynx, throat, oral cavity, trachea, bronchi, bronchi, gastric, small intestine (for example, duodenum, jejunum, ileum, etc.), large intestine (for example, duodenum, jejunum, ileum, etc.) For example, the shape of the cecum, colon, ileum, anal canal, etc.), pancreatic duct, cystic duct, esophagus, bile duct, etc. can be used for various preoperative simulations, procedure practice, and the like.

前記血管形状を有する前記ハイドロゲル構造体は、血管モデルとして好適に用いることができる。
前記血管モデルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、動脈、静脈、毛細血管などを再現したものが挙げられる。
図1は、本発明の血管モデル(ハイドロゲル構造体)の一例を示す概略図である。図1に示すように、血管壁部51と、血管空洞部50を有する。この血管壁の厚さを調整することによって、カテーテル挿入時の質感を変化させることができる。例えば、血管膜の厚さを高くすることにより、病気等により硬化した、例えば、血管等の質感も再現することができる。
前記ハイドロゲル構造体としては、前記血管モデル内に血液を模した液体を流すことを可能にするため、液体の流入出口を設け、液体循環装置を取り付けることもできる。
The hydrogel structure having the blood vessel shape can be suitably used as a blood vessel model.
The blood vessel model is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include those that reproduce arteries, veins, capillaries and the like.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a blood vessel model (hydrogel structure) of the present invention. As shown in FIG. 1, it has a blood vessel wall portion 51 and a blood vessel cavity portion 50. By adjusting the thickness of the blood vessel wall, the texture at the time of catheter insertion can be changed. For example, by increasing the thickness of the blood vessel membrane, it is possible to reproduce the texture of a blood vessel or the like that has been hardened due to a disease or the like.
The hydrogel structure may be provided with a liquid inflow port and a liquid circulation device may be attached in order to allow a liquid imitating blood to flow into the blood vessel model.

図2は、本発明のハイドロゲル構造体の一例を示す概略図である。図2に示すように、血管空洞部50及びハイドロゲルからなる血管壁部51を有する血管モデル52の周囲を他の構造体53により覆う構造にすることにより、取扱性や保存性を向上することができる。なお、他の構造体53がハイドロゲルであってもよく、その場合、前記他の構造体53が血管壁部51を兼ねた構造であってもよい(ハイドロゲルである他の構造体53に空洞部50が内包されたハイドロゲル構造体)。 FIG. 2 is a schematic view showing an example of the hydrogel structure of the present invention. As shown in FIG. 2, the handleability and storage stability are improved by forming a structure in which the blood vessel model 52 having the blood vessel cavity portion 50 and the blood vessel wall portion 51 made of hydrogel is covered with another structure 53. Can be done. The other structure 53 may be a hydrogel, and in that case, the other structure 53 may also have a structure that also serves as a blood vessel wall portion 51 (in the other structure 53 that is a hydrogel). Hydrogel structure containing the cavity 50).

また、前記他の構造体53が、臓器を模した外形を有していてもよく、臓器モデルとして好適に用いることができる。 Further, the other structure 53 may have an outer shape imitating an organ, and can be suitably used as an organ model.

前記臓器モデルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、人体内のあらゆる内臓部位を再現することが可能であり、例えば、脳、心臓、膀胱、図7に示すような肝臓、腎臓、膵臓、脾臓、胆嚢、子宮などが挙げられる。 The organ model is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, and can reproduce any internal organs in the human body. For example, the brain, heart, bladder, as shown in FIG. Liver, kidney, pancreas, spleen, gallbladder, uterus, etc.

前記ハイドロゲル構造体の前記中空管形状の少なくとも一部の内壁の静摩擦係数としては、0.1以下であり、0.05以下が好ましい。前記静摩擦係数が、0.1以下であると、より生体の質感に近く、カテーテル等の医療機器の挿入時の質感も実際の血管等に近いハイドロゲル構造体を作製することができる。なお、静摩擦係数の下限値は特に限定されないが、0.01以上であることが好ましく、0.02以上であることがより好ましい。前記静摩擦係数は、ハイドロゲル構造体を中空管の中央部において長手方向に切断し、切断面より測定する。例えば、表面性測定器(装置名:TYPE:38、新東科学株式会社製)等によるボールオンプレート法を用いて、プローブを血管相当部に落とし、点接触にて静摩擦係数を測定することができる。この静摩擦係数は中空管内壁の全体に亘って均一であることが好ましい。 The coefficient of static friction of at least a part of the inner wall of the hollow tube shape of the hydrogel structure is 0.1 or less, preferably 0.05 or less. When the coefficient of static friction is 0.1 or less, it is possible to produce a hydrogel structure which is closer to the texture of a living body and whose texture when a medical device such as a catheter is inserted is also close to that of an actual blood vessel or the like. The lower limit of the coefficient of static friction is not particularly limited, but is preferably 0.01 or more, and more preferably 0.02 or more. The coefficient of static friction is measured from the cut surface by cutting the hydrogel structure in the central portion of the hollow tube in the longitudinal direction. For example, using a ball-on-plate method using a surface measuring instrument (device name: TYPE: 38, manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.), the probe can be dropped onto the blood vessel equivalent and the coefficient of static friction can be measured by point contact. can. The coefficient of static friction is preferably uniform over the entire inner wall of the hollow tube.

前記ハイドロゲル構造体の前記中空管形状の少なくとも一部の内壁の静摩擦係数は、ハイドロゲル構造体内部に、例えば、溶剤、オイル、湿式伸線用潤滑剤に用いることができる界面活性剤等を塗布することにより調整することができる。これらは、ハイドロゲル構造体内壁に塗布してもよいし、液体の形で管内に流してもよい。
前記溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、有機溶剤などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ハイドロゲル構造体に吸収されることを防ぐ点から、有機溶剤が好ましく、乾燥を防ぐ点から、高沸点溶剤が好ましい。
The coefficient of static friction of at least a part of the inner wall of the hollow tube shape of the hydrogel structure is inside the hydrogel structure, for example, a solvent, oil, a surfactant that can be used as a lubricant for wet wire drawing, or the like. Can be adjusted by applying. These may be applied to the inner wall of the hydrogel structure or may be flowed into the tube in the form of a liquid.
The solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include water and organic solvents. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, an organic solvent is preferable from the viewpoint of preventing absorption by the hydrogel structure, and a high boiling point solvent is preferable from the viewpoint of preventing drying.

前記オイルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、鉱油、シリコーン等の合成油、植物油、ワックス、動物油などが挙げられる。 The oil is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include mineral oil, synthetic oil such as silicone, vegetable oil, wax and animal oil.

前記界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ハイドロゲル構造体中の電解質の影響を受けにくい性質から、非イオン界面活性剤が好ましい。 The surfactant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a nonionic surfactant, an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant and the like can be selected. Can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, nonionic surfactants are preferable because they are not easily affected by the electrolyte in the hydrogel structure.

前記非イオン性界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリド、ショ糖脂肪酸エステル、高級脂肪酸アルカノールアミドなどが挙げられる。 The nonionic surfactant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene alkyl phosphate ester, poly Examples thereof include oxyethylene fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, fatty acid monoglyceride, sucrose fatty acid ester, and higher fatty acid alkanolamide.

前記アニオン性界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、硫酸アルキル、硫酸アルキルエーテル、硫酸アルキルアミドエーテル、硫酸アルキルアリールポリエーテル、硫酸モノグリセリド、アルキルスルホン酸、アルキルアミドスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸、オレフィンスルホン酸、パラフィンスルホン酸、アルキルスルホコハク酸、アルキルエーテルスルホコハク酸、アルキルアミドスルホコハク酸、アルキルサクシンアミド酸、アルキルスルホ酢酸、燐酸アルキル、燐酸アルキルエーテル、アシルサルコシン、アシルイセチオン酸、アシル−N−アシルタウリン等の金属塩、アンモニウム塩、アミン塩、アミノアルコール塩、マグネシウム塩、及び塩基性アミノ酸塩などが挙げられる。 The anionic surfactant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, alkyl sulfate, alkyl sulfate ether, alkyl amide ether sulfate, alkyl aryl polyether sulfate, monoglyceride sulfate, and alkyl sulfonate can be selected. Acid, alkylamide sulfonic acid, alkylarylsulfonic acid, olefin sulfonic acid, paraffin sulfonic acid, alkylsulfosuccinic acid, alkyl ether sulfosuccinic acid, alkylamide sulfosuccinic acid, alkylsuccinamide acid, alkylsulfoacetate, alkyl phosphate, alkylphosphate, Examples thereof include metal salts such as acyl sulfonic acid, acyl isethionic acid and acyl-N-acyl taurine, ammonium salts, amine salts, amino alcohol salts, magnesium salts, and basic amino acid salts.

前記カチオン性界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化ステアリルジメチルベンジルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、塩化ベヘニルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ミリスチルジメチルベンジルアンモニウム、エチル酢酸ラノリン脂肪酸アミノプロピルエチルジメチルアンモニウム、塩化ジココイルジメチルアンモニウム、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、エチル硫酸分岐脂肪酸アミノプロピルエチルジメチルアンモニウムなどが挙げられる。 The cationic surfactant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, distearyldimethylammonium chloride, stearyldimethylbenzylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, behenyltrimethylammonium chloride, chloride. Examples thereof include cetyltrimethylammonium, myristyldimethylbenzylammonium chloride, lanolin acetate fatty acid aminopropylethyldimethylammonium, dicocoyldimethylammonium chloride, lauryltrimethylammonium chloride, ethyl sulfate branched fatty acid aminopropylethyldimethylammonium and the like.

前記両性界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、炭素数8以上24以下のアルキル基、アルケニル基又はアシル基を有するアミドアミノ酸型両性界面活性剤、2級アミド型又は3級アミド型のイミダゾリン型両性界面活性剤、炭素数8以上24以下のアルキル基、アルケニル基又はアシル基を有するカルボベタイン系、アミドベタイン系、スルホベタイン系、ヒドロキシスルホベタイン系、或いはアミドスルホベタイン系両性界面活性剤などが挙げられる。具体的には、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ステアリルジヒドロキシエチルベタイン、ラウリルヒドロキスルホベタイン、ビス(ステアリル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリン)クロル酢酸錯体、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ココイルアミドプロピルベタイン、ココイルアルキルベタインなどが挙げられる。 The amphoteric tenside is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, an amide amino acid type amphoteric tenside having an alkyl group, an alkenyl group or an acyl group having 8 or more and 24 or less carbon atoms. , Secondary amide type or tertiary amide type imidazoline type amphoteric tenside, carbobetaine type, amide betaine type, sulfobetaine type, hydroxysulfobetaine type having an alkyl group having 8 or more and 24 or less carbon atoms, an alkenyl group or an acyl group. Examples thereof include amphoteric tensides and amide sulfobetaine amphoteric tenside agents. Specifically, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethyl imidazolinium betaine, stearyldihydroxyethyl betaine, laurylhydroxsulfobetaine, bis (stearyl-N-hydroxyethylimidazolin) chloracetic acid complex, lauryldimethylamino. Examples thereof include betaine acetate, cocoylamidepropylbetaine and cocoylalkylbetaine.

前記ハイドロゲル構造体の可視光領域における透過率としては、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましく、95%以上が特に好ましい。前記透過率が、80%以上であると、ハイドロゲル構造体の内部を可視化することができる。前記透過率は、中空部中心部で切断し、基板上に両端を固定し、例えば、分光光度計(装置名:UV−3100、株式会社島津製作所製、積分ユニット使用)などを用いて測定することができる。なお、前記可視光領域とは、波長400nm以上700nm以下の波長領域を意味する。
前記透過率の測定方法としては、ハイドロゲル構造体を長手方向に切り、平板状のサンプルを形成する。この際、サンプル表面の凹凸の影響による乱反射を防ぐため、積分球ユニットを用いた状態にて測定する。また、細部を測定する場合は、光ファイバーなどを用いて測定することも可能である。前記平板状とは、照射光がサンプルの平坦な部分に照射できればよく、サンプルの形状は、弯曲を有していてもよく、平面状であってもよい。
The transmittance of the hydrogel structure in the visible light region is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, further preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. When the transmittance is 80% or more, the inside of the hydrogel structure can be visualized. The transmittance is measured by cutting at the center of the hollow portion, fixing both ends on the substrate, and using, for example, a spectrophotometer (device name: UV-3100, manufactured by Shimadzu Corporation, using an integration unit). be able to. The visible light region means a wavelength region having a wavelength of 400 nm or more and 700 nm or less.
As a method for measuring the transmittance, the hydrogel structure is cut in the longitudinal direction to form a flat plate-shaped sample. At this time, in order to prevent diffused reflection due to the influence of the unevenness of the sample surface, the measurement is performed using the integrating sphere unit. Further, when measuring the details, it is also possible to measure using an optical fiber or the like. The flat plate shape may be defined as long as the irradiation light can irradiate a flat portion of the sample, and the shape of the sample may be curved or may be flat.

前記ハイドロゲル構造体の少なくとも一部における、最大内径の10点平均値としては、10mm以下が好ましく、1.0mm以下がより好ましく、0.5mm以下がさらに好ましく、0.3mm以下が特に好ましい。前記最大内径は、デジタルマイクロスコープ(装置名:VHX−5000、株式会社キーエンス製)を用いて測定することができる。
前記最大内径の10点平均値は、ハイドロゲル構造体の外径が同じである近接部分において測定した値である。前記ハイドロゲル構造体の外径が同じである近接部分において、前記最大内径を10点測定することができない場合は、測定できる点の平均値とする。前記外径は、デジタルマイクロスコープ(装置名:VHX−5000、株式会社キーエンス製)を用いて測定することができる。
The 10-point average value of the maximum inner diameter of at least a part of the hydrogel structure is preferably 10 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, further preferably 0.5 mm or less, and particularly preferably 0.3 mm or less. The maximum inner diameter can be measured using a digital microscope (device name: VHX-5000, manufactured by KEYENCE CORPORATION).
The 10-point average value of the maximum inner diameter is a value measured in a close portion where the outer diameters of the hydrogel structures are the same. If the maximum inner diameter cannot be measured at 10 points in the proximity portion where the outer diameter of the hydrogel structure is the same, the average value of the measurable points is used. The outer diameter can be measured using a digital microscope (device name: VHX-5000, manufactured by KEYENCE CORPORATION).

前記ハイドロゲル構造体は、水、ポリマー、更に必要に応じて、鉱物、水溶性有機溶媒、その他の成分を適当な方法により混合し、ハイドロゲル前駆体としてインク化し、このインクを適切な方法にて硬化させて得ることができる。 In the hydrogel structure, water, a polymer, and if necessary, a mineral, a water-soluble organic solvent, and other components are mixed by an appropriate method and inked as a hydrogel precursor, and this ink is used in an appropriate method. Can be obtained by curing.

<ポリマー>
前記ポリマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ハイドロゲルが水を主成分とすることから、水溶性ポリマーが好ましい。前記水溶性ポリマーを含むことにより、水を主成分とするハイドロゲルの強度を保つことができる。
なお、前記水溶性ポリマーの水溶性とは、例えば、30℃の水100gに前記水溶性ポリマーを1g混合して撹拌したとき、その90質量%以上が溶解するものを意味する。
<Polymer>
The polymer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but a water-soluble polymer is preferable because the hydrogel contains water as a main component. By containing the water-soluble polymer, the strength of the hydrogel containing water as a main component can be maintained.
The water solubility of the water-soluble polymer means that, for example, when 1 g of the water-soluble polymer is mixed with 100 g of water at 30 ° C. and stirred, 90% by mass or more of the water-soluble polymer is dissolved.

前記ポリマーとしては、例えば、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基等を有するポリマーなどが挙げられる。 Examples of the polymer include polymers having an amide group, an amino group, a hydroxyl group, a tetramethylammonium group, a silanol group, an epoxy group and the like.

前記ポリマーとしては、ホモポリマー(単独重合体)であってもよいし、ヘテロポリマー(共重合体)であってもよく、また、未変性でもよいし、公知の官能基が導入されていてもよく、また塩の形態であってもよい。これらの中でも、ホモポリマーが好ましい。 The polymer may be a homopolymer (homopolymer), a heteropolymer (copolymer), may be unmodified, or may have a known functional group introduced therein. It may be in the form of a salt or in the form of a salt. Of these, homopolymers are preferred.

前記ポリマーとしては、重合性モノマーを重合させることにより得ることができる。前記重合性モノマーについては、後述するハイドロゲル構造体の製造方法において説明する。 The polymer can be obtained by polymerizing a polymerizable monomer. The polymerizable monomer will be described later in the method for producing a hydrogel structure.

前記水溶性ポリマーとしては、重合性モノマーが重合したものであり、前記重合性モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、N−置換アクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換アクリルアミド誘導体、N−置換メタクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換メタクリルアミド誘導体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The water-soluble polymer is obtained by polymerizing a polymerizable monomer, and examples of the polymerizable monomer include acrylamide, N-substituted acrylamide derivative, N, N-di-substituted acrylamide derivative, and N-substituted methacrylamide derivative. Examples thereof include N, N-di-substituted methacrylamide derivatives. These may be used alone or in combination of two or more.

前記重合性モノマーを重合させることにより、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基等を有する水溶性ポリマーが得られる。前記アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基等を有する水溶性ポリマーは、水系のゲルの強度を保つために有利な構成成分である。 By polymerizing the polymerizable monomer, a water-soluble polymer having an amide group, an amino group, a hydroxyl group, a tetramethylammonium group, a silanol group, an epoxy group and the like can be obtained. The water-soluble polymer having an amide group, an amino group, a hydroxyl group, a tetramethylammonium group, a silanol group, an epoxy group and the like is an advantageous constituent component for maintaining the strength of an aqueous gel.

前記ポリマーの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ハイドロゲル構造体全量に対して、0.5質量%以上20質量%以下が好ましい。 The content of the polymer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the total amount of the hydrogel structure.

<鉱物>
前記鉱物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ハイドロゲルが水を主成分とすることから、水中で一次結晶のレベルで均一に分散可能な層状粘土鉱物が好ましく、水膨潤性層状粘土鉱物がより好ましい。
<Minerals>
The mineral is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, since the hydrogel contains water as a main component, a layered clay mineral that can be uniformly dispersed in water at the level of primary crystals is used. Water-swellable layered clay minerals are preferable, and water-swellable layered clay minerals are more preferable.

前記水膨潤性層状粘土鉱物としては、単位格子を結晶内に持つ二次元円盤状の結晶が積み重なった状態を呈しており、前記水膨潤性層状粘土鉱物を水中で分散させると、各単一層状態で分離して円盤状の結晶となる。 The water-swellable layered clay mineral presents a state in which two-dimensional disk-shaped crystals having a unit lattice in the crystal are stacked, and when the water-swellable layered clay mineral is dispersed in water, each single-layer state is exhibited. It separates with and becomes a disk-shaped crystal.

前記水膨潤性粘土鉱物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水膨潤性スメクタイト、水膨潤性雲母などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ナトリウムを層間イオンとして含む水膨潤性ヘクトライト、水膨潤性モンモリナイト、水膨潤性サポナイト、水膨潤性合成雲母が好ましく、高弾性のボーラスが得られる点から、水膨潤性ヘクトライトがより好ましい。前記水膨潤性とは、層状粘土鉱物の層間に水分子が挿入され、水中に分散されることを意味する。
前記鉱物としては、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。
The water-swellable clay mineral is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include water-swellable smectite and water-swellable mica. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, water-swellable hectorite containing sodium as an interlayer ion, water-swellable montmorillonite, water-swellable saponite, and water-swellable synthetic mica are preferable, and water-swellable hectorite is suitable because a highly elastic bolus can be obtained. More preferred. The water swelling property means that water molecules are inserted between layers of layered clay minerals and dispersed in water.
The mineral may be appropriately synthesized or may be a commercially available product.

前記市販品としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、合成ヘクトライト(ラポナイトXLG、RockWood社製)、SWN(Coop Chemical Ltd.社製)、フッ素化ヘクトライト SWF(Coop Chemical Ltd.社製)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The commercially available product is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, synthetic hectorite (Raponite XLG, manufactured by RockWood), SWN (Coop Chemical Ltd.), fluorinated hectorite. SWF (manufactured by Coop Chemical Ltd.) and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

前記鉱物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ハイドロゲル構造体の弾性率及び硬度の点から、ハイドロゲル構造体全量に対して、1質量%以上40質量%以下が好ましく、1質量%以上25質量%以下がより好ましい。 The content of the mineral is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, from the viewpoint of elastic modulus and hardness of the hydrogel structure, 1% by mass with respect to the total amount of the hydrogel structure. 40% by mass or more is preferable, and 1% by mass or more and 25% by mass or less is more preferable.

<有機溶媒>
本発明においては、ハイドロゲル構造体の保湿性を高めるために有機溶媒を添加することができる。
前記有機溶媒としては、例えば、水溶性有機溶媒などが挙げられる。前記水溶性有機溶媒の水溶性とは、前記有機溶媒が水に対して30質量%以上溶解可能であることを意味する。
<Organic solvent>
In the present invention, an organic solvent can be added in order to enhance the moisturizing property of the hydrogel structure.
Examples of the organic solvent include water-soluble organic solvents and the like. The water solubility of the water-soluble organic solvent means that the organic solvent can be dissolved in water in an amount of 30% by mass or more.

前記水溶性有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等の炭素数1以上4以下のアルキルアルコール類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン又はケトンアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン等の多価アルコール;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類;エチレングリコールモノメチル(又はエチル)エーテル、ジエチレングリコールメチル(又はエチル)エーテル、トリエチレングリコールモノメチル(又はエチル)エーテル等の多価アルコールの低級アルコールエーテル類;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン類;N−メチル−2−ピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、保湿性の点から、多価アルコール、グリセリン、プロピレングルコールが好ましく、グリセリン、プロピレングルコールがより好ましい。 The water-soluble organic solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, etc. Alkyl alcohols with 1 to 4 carbon atoms such as tert-butyl alcohol; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; ketones or ketone alcohols such as acetone, methylethylketone and diacetone alcohol; ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; Ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2,6-hexanetriol, thio Polyhydric alcohols such as glycols, hexylene glycols and glycerins; polyalkylene glycols such as polyethylene glycols and polypropylene glycols; ethylene glycol monomethyl (or ethyl) ethers, diethylene glycol methyl (or ethyl) ethers, triethylene glycol monomethyls (or ethyls) Lower alcohol ethers of polyhydric alcohols such as ethers; alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine; N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone And so on. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, polyhydric alcohol, glycerin and propylene glucol are preferable, and glycerin and propylene glucol are more preferable from the viewpoint of moisturizing property.

前記有機溶媒の含有量としては、ハイドロゲル構造体全量に対して、10質量%以上50質量%以下が好ましい。前記含有量が、10質量%以上であると、乾燥防止の効果が十分に得られる。また、50質量%以下であると、鉱物が均一に分散される。 The content of the organic solvent is preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the total amount of the hydrogel structure. When the content is 10% by mass or more, the effect of preventing drying can be sufficiently obtained. Further, when it is 50% by mass or less, the mineral is uniformly dispersed.

<水>
前記水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、超純水を用いることができる。
前記水には、保湿性付与、抗菌性付与、導電性付与、硬度調整等の目的に応じて有機溶媒等のその他の成分を溶解乃至分散させてもよい。
<Water>
As the water, for example, ion-exchanged water, ultrapure filtered water, reverse osmosis water, pure water such as distilled water, and ultrapure water can be used.
Other components such as an organic solvent may be dissolved or dispersed in the water depending on the purpose of imparting moisturizing property, antibacterial property, conductivity, hardness adjustment and the like.

前記水の含有量としては、ハイドロゲル構造体全量に対して10質量%以上99質量%以下が好ましく、50質量%以上98質量%以下がより好ましく、60質量%以上97質量%以下が特に好ましい。 The water content is preferably 10% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 98% by mass or less, and particularly preferably 60% by mass or more and 97% by mass or less with respect to the total amount of the hydrogel structure. ..

<その他の成分>
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、安定化剤、表面処理剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤、界面活性剤などが挙げられる。
<Other ingredients>
The other components are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a stabilizer, a surface treatment agent, a polymerization initiator, a colorant, a viscosity modifier, an adhesive-imparting agent, and oxidation. Examples thereof include inhibitors, antiaging agents, cross-linking accelerators, ultraviolet absorbers, plasticizers, preservatives, dispersants, and surfactants.

本発明のハイドロゲル構造体としては、表面が透明な硬質体で覆われていることが好ましい。
図3Aは、透明な硬質体61を取り付けたハイドロゲル構造体60の一例を示す概略上面図である。図3Bは、透明な硬質体61を取り付けたハイドロゲル構造体60の一例を示す概略側面図である。図3A及び図3Bに示すように、表面が透明な硬質体61に覆われていることにより、さらに、血管モデルの形状を維持して施術に際しての取扱性、及び血管モデルの保存性を向上(耐乾燥性及び防腐性を向上、すなわち、硬質体の水蒸気透過度や酸素透過度を低減)することができ、また、血管モデルの外観性を改善することができる。
The surface of the hydrogel structure of the present invention is preferably covered with a transparent hard body.
FIG. 3A is a schematic top view showing an example of the hydrogel structure 60 to which the transparent hard body 61 is attached. FIG. 3B is a schematic side view showing an example of the hydrogel structure 60 to which the transparent hard body 61 is attached. As shown in FIGS. 3A and 3B, the surface is covered with a transparent hard body 61, which further maintains the shape of the blood vessel model and improves the handleability at the time of treatment and the storage stability of the blood vessel model (). It is possible to improve the drought resistance and antiseptic property, that is, to reduce the water vapor permeability and oxygen permeability of the hard body), and to improve the appearance of the blood vessel model.

前記硬質体の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明性の高いプラスチック材料、ガラス等の透明性の高い無機材料などが挙げられる。
前記硬質体の形状、平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The material for forming the hard body is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a highly transparent plastic material such as an acrylic resin or a polycarbonate resin, or a highly transparent inorganic material such as glass. And so on.
The shape and average thickness of the hard body are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.

(手技練習具)
本発明の手技練習具は、ハイドロゲル構造体、血管モデル、及び臓器モデルから選択される少なくとも1種と、カテーテル及び内視鏡の少なくともいずれかと、を有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
(Procedure practice tool)
The procedure training tool of the present invention has at least one selected from a hydrogel structure, a blood vessel model, and an organ model, and at least one of a catheter and an endoscope, and other members as needed. Has.

前記カテーテルとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、血管造影用カテーテル、バルーンカテーテル、脳血管カテーテル、がんカテーテル治療、血管留置カテーテル、吸引留置カテーテル、尿道カテーテルなどが挙げられる。 The catheter is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, angiography catheter, balloon catheter, cerebrovascular catheter, cancer catheter treatment, vascular indwelling catheter, suction indwelling catheter, urinary tract catheter. And so on.

前記内視鏡としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、喉頭内視鏡、気管支鏡、上部消化管内視鏡、十二指腸内視鏡、小腸内視鏡、大腸内視鏡、胸腔鏡、膀胱鏡、胆道鏡、血管内視鏡などが挙げられる。 The endoscope is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a laryngeal endoscope, a bronchoscope, an upper gastrointestinal endoscope, a duodenal endoscope, a small intestinal endoscope, and a colonoscope can be selected. Examples include endoscopy, thoracoscope, cystoscope, biliary tract, and angioscopy.

本発明のハイドロゲル構造体、血管モデル、及び臓器モデルは、カテーテル挿管手技トレーニングや、手術前のシミュレーションに使用することができる。
ここでいうカテーテル挿管手技トレーニングとは、血管モデルにカテーテルを挿管し、目的の場所に到達させるまでの手技を訓練するものである。この際、目的に応じてカテーテルの太さを変更したり、先端にステントやワイヤー、バルーンなどを設け、これを患部想定箇所にて処置したり、設置する様なトレーニングも含まれる。
血管形状に応じて最適なカテーテルを選択することもトレーニングの一環であり、1つあるいは複数のカテーテルと本発明のハイドロゲル構造体等とをセットで取り扱うことは有用である。
The hydrogel structure, blood vessel model, and organ model of the present invention can be used for catheter intubation procedure training and preoperative simulation.
The catheter intubation procedure training referred to here is to intubate a catheter into a blood vessel model and train the procedure until the catheter reaches a target location. At this time, training is also included in which the thickness of the catheter is changed according to the purpose, a stent, a wire, a balloon, etc. are provided at the tip, and the treatment is performed at the assumed site of the affected area.
Selecting the optimal catheter according to the shape of the blood vessel is also part of the training, and it is useful to handle one or more catheters and the hydrogel structure of the present invention as a set.

このようなトレーニングに際しては、実際の血管内での状態に似ていることが好ましい。本発明の血管モデル又は構造体は、ハイドロゲルから構成され、その質感が生体に極めて似ていることから有用な材料になる。また、前記ハイドロゲル構造体に液体を流す機構を設け、血流を生じさせた状態にてトレーニングすることも有用である。
従来は、透明な血管モデルが少なかったため、X線を照射して可視化して行っていたトレーニングも、X線暴露のリスクを伴わない状態で実施可能になったことも本発明の有用点である。
For such training, it is preferable to resemble the actual condition in the blood vessel. The blood vessel model or structure of the present invention is composed of hydrogel, and its texture is very similar to that of a living body, which makes it a useful material. It is also useful to provide a mechanism for flowing a liquid in the hydrogel structure and to train in a state where blood flow is generated.
Conventionally, since there are few transparent blood vessel models, it is also a useful point of the present invention that training that has been performed by irradiating and visualizing X-rays can now be performed without the risk of X-ray exposure. ..

(ハイドロゲル構造体の製造方法)
本発明のハイドロゲル構造体の製造方法は、特に限定されないが、例えば、芯部形成材料(支持体形成材料)を用いて柱状芯部(支持体)を形成すると共に、前記柱状芯部を、ハイドロゲル形成材料を用いて被覆するように管状部を形成し、その後、柱状芯部を除去する。好ましくは、柱状芯部除去後に管内壁の摩擦低減化を行う。この際、従来公知のマテリアルジェット法等の積層造形法(層形成工程と層硬化工程の繰返しによる積層により立体物を造形する方法)を用いて作製することが好ましい。なお、前記被覆とは、前記柱状芯部が前記ハイドロゲル形成材料に、少なくとも一部が覆われていればよく、全部が覆われていることが好ましい。また、前記芯部形成材料(支持体形成材料)、及び前記ハイドロゲル形成材料が共に活性エネルギー線硬化型組成物であることが好ましい。また前記繰返し回数としては、作製するハイドロゲル構造体の大きさ、形状、構造などに応じて異なり一概には規定できないが、1層あたりの平均厚みが10μm以上50μm以下の範囲であれば、精度よく、剥離することもなく造形することが可能である。
(Manufacturing method of hydrogel structure)
The method for producing the hydrogel structure of the present invention is not particularly limited, but for example, a columnar core portion (support) is formed by using a core portion forming material (support forming material), and the columnar core portion is formed. A tubular portion is formed so as to be covered with a hydrogel forming material, and then the columnar core portion is removed. Preferably, the friction of the inner wall of the pipe is reduced after the columnar core is removed. At this time, it is preferable to use a layered manufacturing method such as a conventionally known material jet method (a method of forming a three-dimensional object by laminating by repeating a layer forming step and a layer curing step). The coating may be such that at least a part of the columnar core portion is covered with the hydrogel forming material, and it is preferable that the coating is entirely covered. Further, it is preferable that both the core forming material (support forming material) and the hydrogel forming material are active energy ray-curable compositions. The number of repetitions varies depending on the size, shape, structure, etc. of the hydrogel structure to be produced and cannot be unconditionally specified, but the accuracy is as long as the average thickness per layer is in the range of 10 μm or more and 50 μm or less. Well, it is possible to model without peeling.

前記管内壁の摩擦低減化は、例えば、管内壁に液体を塗布する、管内壁の表面粗さを低減するなどにより行うことができる。
前記液体としては、例えば、溶剤、界面活性剤、オイル、湿式伸線用潤滑剤に用いることができる。前記液体を管内壁に通液したり、蒸気として通すことにより、これらを塗布することができる。また後述する支持体(柱状芯部)を液状化して除去すると同時に、前記支持体に含まれる摩擦低減化成分により管内壁の摩擦低減化が行なわれてもよい。
The friction reduction of the inner wall of the pipe can be performed, for example, by applying a liquid to the inner wall of the pipe, reducing the surface roughness of the inner wall of the pipe, or the like.
As the liquid, for example, it can be used as a solvent, a surfactant, an oil, or a wet wire drawing lubricant. These can be applied by passing the liquid through the inner wall of the pipe or by passing it as steam. Further, the support (columnar core portion) described later may be liquefied and removed, and at the same time, the friction of the inner wall of the pipe may be reduced by the friction reducing component contained in the support.

以下、上記マテリアルジェット法によりハイドロゲル構造体を製造する方法の一例について詳述する。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing a hydrogel structure by the above-mentioned material jet method will be described in detail.

<<層形成工程、及び層形成手段>>
前記層形成工程は、水及び重合性モノマーを含有するハイドロゲル形成材料や後に除去する支持体形成材料を吐出し、それら材料からなる層を形成する工程である。
前記支持体形成材料は、前記ハイドロゲル形成材料とは異なる位置に付与し、硬化後はハイドロゲル構成部を支えるための支持体となる。本発明においては中空管形状を形成するため、積層時には、その中空上部が当該支持体により支持された状態となる。なお、前記「ハイドロゲル形成材料とは異なる位置」とは、支持体形成材料の付与位置と、ハイドロゲル形成材料の付与位置と、が重ならないことを意味し、支持体形成材料の付与位置と、ハイドロゲル形成材料の付与位置と、が隣接していても構わない。
<< Layer forming step and layer forming means >>
The layer forming step is a step of discharging a hydrogel forming material containing water and a polymerizable monomer and a support forming material to be removed later to form a layer made of these materials.
The support forming material is applied to a position different from that of the hydrogel forming material, and after curing, becomes a support for supporting the hydrogel constituent portion. In the present invention, since the hollow tube shape is formed, the hollow upper portion thereof is in a state of being supported by the support at the time of laminating. The above-mentioned "position different from the hydrogel forming material" means that the position where the support forming material is applied and the position where the hydrogel forming material is applied do not overlap, and the position where the support forming material is applied and the position where the support forming material is applied. , The position where the hydrogel forming material is applied may be adjacent to each other.

前記層形成工程としての前記形成材料を付与する方法としては、液滴が適切な精度で目的の場所に塗布できる方式であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディスペンサー方式、スプレー方式、インクジェット方式などが挙げられる。なお、これらの方式を実施するには公知の装置を好適に使用することができる。 The method of applying the forming material as the layer forming step is not particularly limited as long as the droplet can be applied to a target place with appropriate accuracy, and can be appropriately selected depending on the purpose, for example. , Dispenser method, spray method, inkjet method and the like. A known device can be preferably used to carry out these methods.

これらの中でも、前記ディスペンサー方式は、液滴の定量性に優れるが、塗布面積が狭くなり、前記スプレー方式は、簡便に微細な吐出物を形成でき、塗布面積が広く、塗布性に優れるが、液滴の定量性が悪く、スプレー流による飛散が発生する。このため、本発明においては、前記インクジェット方式が特に好ましい。前記インクジェット方式は、前記スプレー方式に比べ、液滴の定量性が良く、前記ディスペンサー方式に比べ、塗布面積が広くできる利点があり、複雑な立体形状を精度良くかつ効率よく形成し得る点で好ましい。 Among these, the dispenser method is excellent in the quantitativeness of droplets, but the coating area is narrow, and the spray method is able to easily form fine droplets, has a wide coating area, and is excellent in coating property. The quantification of droplets is poor, and scattering occurs due to the spray flow. Therefore, in the present invention, the inkjet method is particularly preferable. The inkjet method has the advantages of better quantification of droplets than the spray method, a wider coating area than the dispenser method, and is preferable in that a complicated three-dimensional shape can be formed accurately and efficiently. ..

前記インクジェット法による場合、前記形成材料を吐出可能なノズルを有する。なお、該ノズルとしては、公知のインクジェットプリンターにおけるノズルを好適に使用することができる。 In the case of the inkjet method, the nozzle has a nozzle capable of ejecting the forming material. As the nozzle, a nozzle in a known inkjet printer can be preferably used.

−ハイドロゲル形成材料(ハイドロゲル前駆体)−
前記ハイドロゲル形成材料は、水及び重合性モノマーを含有し、鉱物、水溶性有機溶媒を含有することが好ましく、更に必要に応じて、重合開始剤、その他の成分を含有する。
前記水、前記鉱物、前記水溶性有機溶媒、前記その他の成分としては、前記ハイドロゲル構造体と同様のものを用いることができる。
-Hydrogel forming material (hydrogel precursor)-
The hydrogel-forming material contains water and a polymerizable monomer, preferably contains a mineral and a water-soluble organic solvent, and further contains a polymerization initiator and other components, if necessary.
As the water, the mineral, the water-soluble organic solvent, and the other components, the same ones as those of the hydrogel structure can be used.

−−重合性モノマー−−
前記重合性モノマーは、不飽和炭素−炭素結合を1つ以上有する化合物であり、紫外線や電子線等の活性エネルギー線により重合する重合性モノマーが好ましい。
前記重合性モノマーとしては、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多官能モノマーとしては、例えば、2官能モノマー、3官能モノマー、4官能以上のモノマーなどが挙げられる。
--Polymerizable monomer ---
The polymerizable monomer is a compound having one or more unsaturated carbon-carbon bonds, and a polymerizable monomer polymerized by active energy rays such as ultraviolet rays and electron beams is preferable.
Examples of the polymerizable monomer include monofunctional monomers and polyfunctional monomers. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the polyfunctional monomer include a bifunctional monomer, a trifunctional monomer, a tetrafunctional or higher functional monomer, and the like.

前記単官能モノマーとしては、不飽和炭素−炭素結合を1つ有する化合物であり、例えば、アクリルアミド、N−置換アクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換アクリルアミド誘導体、N−置換メタクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換メタクリルアミド誘導体、その他の単官能モノマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The monofunctional monomer is a compound having one unsaturated carbon-carbon bond, and is, for example, acrylamide, an N-substituted acrylamide derivative, an N, N-di-substituted acrylamide derivative, an N-substituted methacrylamide derivative, N, N. -Di-substituted methacrylamide derivatives, other monofunctional monomers and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

前記N−置換アクリルアミド誘導体、N,N−ジ置換アクリルアミド誘導体、N−置換メタクリルアミド誘導体、又はN,N−ジ置換メタクリルアミド誘導体としては、例えば、N,N−ジメチルアクリルアミド(DMAA)、N−イソプロピルアクリルアミドなどが挙げられる。 Examples of the N-substituted acrylamide derivative, N, N-di-substituted acrylamide derivative, N-substituted methacrylamide derivative, or N, N-di-substituted methacrylamide derivative include N, N-dimethylacrylamide (DMAA) and N-. Examples include isopropylacrylamide.

前記その他の単官能モノマーとしては、例えば、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート(EHA)、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート(HEA)、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート(HPA)、アクリロイルモルホリン(ACMO)、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、カプロラクトン(メタ)アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the other monofunctional monomer include 2-ethylhexyl (meth) acrylate (EHA), 2-hydroxyethyl (meth) acrylate (HEA), 2-hydroxypropyl (meth) acrylate (HPA), and acryloylmorpholine (ACMO). ), Caprolactone-modified tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, 3-methoxybutyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, 2-phenoxyethyl (meth) acrylate, Examples thereof include isodecyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, caprolactone (meth) acrylate, ethoxylated nonylphenol (meth) acrylate, and urethane (meth) acrylate. These may be used alone or in combination of two or more.

前記単官能モノマーを重合させることにより、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基などを有する水溶性ポリマーを得ることができる。 By polymerizing the monofunctional monomer, a water-soluble polymer having an amide group, an amino group, a hydroxyl group, a tetramethylammonium group, a silanol group, an epoxy group and the like can be obtained.

前記アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基等を有する水溶性ポリマーは、血管モデルの強度を保つために有利な構成成分である。 The water-soluble polymer having an amide group, an amino group, a hydroxyl group, a tetramethylammonium group, a silanol group, an epoxy group and the like is an advantageous component for maintaining the strength of the vascular model.

前記2官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ(メタ)アクリレート(MANDA)、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ(メタ)アクリレート(HPNDA)、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート(BGDA)、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート(BUDA)、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート(HDDA)、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート(DEGDA)、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート(NPGDA)、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(TPGDA)、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール200ジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール400ジ(メタ)アクリレート、メチレンビスアクリルアミドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the bifunctional monomer include tripropylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, and neopentyl glycol hydroxypivalic acid. Esterdi (meth) acrylate (MANDA), neopentyl glycol hydroxypivalate di (meth) acrylate (HPNDA), 1,3-butanediol di (meth) acrylate (BGDA), 1,4-butanediol di (meth) Acrylate (BUDA), 1,6-hexanediol di (meth) acrylate (HDDA), 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate (DEGDA), neopentyl glycol di (meth) acrylate (NPGDA), tripropylene glycol di (meth) acrylate (TPGDA), caprolactone-modified hydroxypivalate neopentyl glycol ester di (meth) acrylate, propoxylated neopentyl glycol di (meth) acrylate, ethoxy-modified bisphenol A di (meth). Examples thereof include acrylate, polyethylene glycol 200 di (meth) acrylate, polyethylene glycol 400 di (meth) acrylate, and methylenebisacrylamide. These may be used alone or in combination of two or more.

前記3官能モノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート(TMPTA)、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート(PETA)、トリアリルイソシアネート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート,プロポキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロポキシ化グリセリルトリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the trifunctional monomer include trimethylolpropane tri (meth) acrylate (TMPTA), pentaerythritol tri (meth) acrylate (PETA), triallyl isocyanate, and tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate. , Ethoxylated trimethylolpropane tri (meth) acrylate, propoxylated trimethylolpropane tri (meth) acrylate, propoxylated glyceryl tri (meth) acrylate and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

前記4官能以上のモノマーとしては、例えば、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタ(メタ)アクリレートエステル、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート(DPHA)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the tetrafunctional or higher functional monomer include pentaerythritol tetra (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hydroxypenta (meth) acrylate, ethoxylated pentaerythritol tetra (meth) acrylate, and penta (penta). Examples thereof include meth) acrylate ester and dipentaerythritol hexa (meth) acrylate (DPHA). These may be used alone or in combination of two or more.

前記単官能モノマーの含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ハイドロゲル形成材料全量に対して、1質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下がより好ましい。前記含有量が、1質量%以上10質量%以下であると、ハイドロゲル形成材料中の鉱物の分散安定性が保たれ、かつハイドロゲル構造体の延伸性を向上させるという利点がある。前記延伸性とは、ハイドロゲル構造体を引っ張った際に伸び、破断しない特性のことをいう。 The content of the monofunctional monomer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 1% by mass or more, based on the total amount of the hydrogel forming material. More preferably, it is 5% by mass or less. When the content is 1% by mass or more and 10% by mass or less, there is an advantage that the dispersion stability of the mineral in the hydrogel forming material is maintained and the stretchability of the hydrogel structure is improved. The stretchability refers to a property that stretches when the hydrogel structure is pulled and does not break.

前記多官能モノマーの含有量としては、ハイドロゲル形成材料全量に対して、0.001質量%以上1質量%以下が好ましく、0.01質量%以上0.5質量%以下がより好ましい。前記含有量が、0.001質量%以上1質量%以下であると、得られるハイドロゲル構造体の弾性率や硬度を適正な範囲に調整することができる。 The content of the polyfunctional monomer is preferably 0.001% by mass or more and 1% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less, based on the total amount of the hydrogel forming material. When the content is 0.001% by mass or more and 1% by mass or less, the elastic modulus and hardness of the obtained hydrogel structure can be adjusted within an appropriate range.

前記重合性モノマーの含有量としては、ハイドロゲル形成材料全量に対して、0.5質量%以上20質量%以下が好ましい。前記含有量が、0.5質量%以上20質量%以下であると、ハイドロゲル構造体の強度をより人間の臓器に近い強度にすることができる。 The content of the polymerizable monomer is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the total amount of the hydrogel forming material. When the content is 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, the strength of the hydrogel structure can be made closer to that of human organs.

−−重合開始剤−−
前記重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、光重合開始剤、熱重合開始剤などが挙げられる。
前記光重合開始剤としては、光(特に波長220nm〜400nmの紫外線)の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
--Polymerization initiator ---
The polymerization initiator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a photopolymerization initiator and a thermal polymerization initiator.
As the photopolymerization initiator, any substance that generates radicals by irradiation with light (particularly ultraviolet rays having a wavelength of 220 nm to 400 nm) can be used.

前記光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、p,p’−ジクロロベンゾフェノン、p,p−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−n−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−n−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、メチルベンゾイルフォーメート、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−tert−ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the photopolymerization initiator include acetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, p-dimethylaminoacetophenone, benzophenone, 2-chlorobenzophenone, p, p'-dichlorobenzophenone, p, p-bisdiethylaminobenzophenone and Michler ketone. , Phenyl, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin-n-propyl ether, benzoin isobutyl ether, benzoin-n-butyl ether, benzylmethyl ketal, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2-hydroxy-2. -Methyl-1-phenyl-1-one, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropane-1-one, methylbenzoylformate, 1-hydroxycyclohexylphenylketone, azobisisobutyro Examples include nitrile, benzoyl peroxide, di-tert-butyl peroxide and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

前記熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス(酸化還元)開始剤などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、過酸化物開始剤が好ましい。 The thermal polymerization initiator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, an azo-based initiator, a peroxide initiator, a persulfate initiator, a redox (oxidation-reduction) initiator. And so on. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, peroxide initiators are preferred.

前記過酸化物開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウムなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ペルオキソ二硫酸カリウムが好ましい。 The peroxide initiator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, sodium peroxodisulfate and potassium peroxodisulfate. Be done. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, potassium persulfate is preferable.

<<<硬化工程、及び硬化手段>>>
前記硬化工程は、前記硬化手段において形成されたハイドロゲル形成材料層や支持体形成材料層の所定領域に、活性エネルギー線を照射して硬化させる工程である。
<<< Curing process and curing means >>>
The curing step is a step of irradiating a predetermined region of the hydrogel forming material layer or the support forming material layer formed by the curing means with active energy rays to cure.

前記層を硬化する手段としては、例えば、紫外線(UV)照射ランプ、電子線などが挙げられる。また、オゾンを除去する機構が具備されることが好ましい。
前記紫外線(UV)照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド、紫外線発光ダイオード(UV−LED)などが挙げられる。
前記超高圧水銀灯は、点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたDeepUVタイプは、短波長領域の照射が可能である。
前記メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効的であり、Pb、Sn、Fe等の金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。硬化に用いられるランプとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Fusion System社製のHランプ、Dランプ、又はVランプ等のような市販されているものを使用することができる。
前記紫外線発光ダイオードの発光波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、一般的には365nm、375nm、385nm、395nm、405nmのものがあるが、立体造形物への色の影響を考慮すると、重合開始剤の吸収が大きくなるように、短波長発光の方が有利である。これらの中でも、熱エネルギーの影響を受けやすいハイドロゲルである本発明の立体造形物にも用いる点から、紫外線(UV)照射ランプとして熱の発生が少ない紫外線発光ダイオード(UV−LED)を用いることが好ましい。
Examples of the means for curing the layer include an ultraviolet (UV) irradiation lamp, an electron beam, and the like. Further, it is preferable that a mechanism for removing ozone is provided.
Examples of the type of the ultraviolet (UV) irradiation lamp include a high-pressure mercury lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide, and an ultraviolet light emitting diode (UV-LED).
The ultra-high voltage mercury lamp is a point light source, but the DeepUV type, which has improved light utilization efficiency in combination with an optical system, can irradiate in a short wavelength region.
The metal halide is effective for colored substances because it has a wide wavelength region, and a halide of a metal such as Pb, Sn, or Fe is used and can be selected according to the absorption spectrum of the polymerization initiator. The lamp used for curing is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, commercially available lamps such as H lamps, D lamps, V lamps manufactured by Fusion Systems, etc. are used. Can be used.
The emission wavelength of the ultraviolet light emitting diode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Generally, there are 365 nm, 375 nm, 385 nm, 395 nm and 405 nm, but the wavelength of the ultraviolet light emitting diode can be selected. Considering the influence of color, short wavelength light emission is more advantageous so that the absorption of the polymerization initiator is increased. Among these, an ultraviolet light emitting diode (UV-LED) that generates less heat is used as an ultraviolet (UV) irradiation lamp because it is also used for the three-dimensional model of the present invention, which is a hydrogel that is easily affected by thermal energy. Is preferable.

硬化後のハイドロゲル材料層は、ポリマーと、鉱物と、が複合化して形成された三次元網目構造の中に、水及び前記水に溶解する成分が包含されているハイドロゲルであることが好ましい。前記ハイドロゲルは、伸張性が向上し、破断なく一体で剥離されることができ、造形後の処理が格段に簡略化される。 The cured hydrogel material layer is preferably a hydrogel in which water and a component soluble in water are contained in a three-dimensional network structure formed by a composite of a polymer and a mineral. .. The hydrogel has improved extensibility and can be integrally peeled off without breaking, which greatly simplifies the post-modeling process.

−支持体(芯部)形成材料−
前記支持体形成材料は、本発明のハイドロゲル構造体を支えることが可能な支持体となるものであれば、特に限定されないが、積層後に、中空部内に存在する支持体を除去する観点からは、溶媒に溶解性を示すもの、加熱等により相転移を示し液体になるものなどが好ましい。本発明のハイドロゲル構造体はハイドロゲルであるため、支持体形成材料の除去に際して、水への浸漬は造形物の膨潤を促す場合があり、望ましいものではない。このため、ハイドロゲルを侵さない溶媒への溶解性を示すものが好ましく、また、25℃では固体であるが、50℃では液体となる相変化するものが好ましい。前記支持体形成材料が相変化する材料であると、ハイドロゲル構造体の形成後に、除去が容易となる。
また、本発明のハイドロゲル構造体における中空形状の内部を支持する支持体形成材料(芯部形成材料)と構造体外部を支持する支持体形成材料は同じものでも異なるものでもよい。また中空内部を支持体で満たす必要はなく、支持できる最低限の支持体形状になっていればよく、この場合、支持体で満たす場合よりも除去が効率的に行える。
-Support (core) forming material-
The support forming material is not particularly limited as long as it is a support capable of supporting the hydrogel structure of the present invention, but from the viewpoint of removing the support existing in the hollow portion after laminating. , Those exhibiting solubility in a solvent, those exhibiting a phase transition by heating or the like and becoming a liquid, and the like are preferable. Since the hydrogel structure of the present invention is a hydrogel, immersion in water may promote swelling of the modeled object when removing the support forming material, which is not desirable. Therefore, those showing solubility in a solvent that does not attack the hydrogel are preferable, and those having a phase change of solid at 25 ° C. but liquid at 50 ° C. are preferable. If the support forming material is a material that undergoes a phase change, it can be easily removed after the formation of the hydrogel structure.
Further, the support forming material (core forming material) that supports the inside of the hollow shape in the hydrogel structure of the present invention and the support forming material that supports the outside of the structure may be the same or different. Further, it is not necessary to fill the inside of the hollow with a support, and it is sufficient that the hollow has a minimum support shape that can be supported. In this case, removal can be performed more efficiently than when the hollow is filled with a support.

前記支持体形成材料は、重合性モノマーを含み、更に必要に応じて、重合開始剤、着色剤等を含み、これらは、上記のハイドロゲル形成材料と同様のものを用いることができる。
前記相変化する材料としては、例えば、硬化前の状態では液体であり、ハイドロゲルの場合と同様に、紫外線などの活性エネルギー線を照射することで固化することにより、室温(25℃)の環境下では固体状態、60℃環境下では液体となる性質を有するものなどが挙げられる。
The support forming material contains a polymerizable monomer, and if necessary, a polymerization initiator, a coloring agent, and the like, and these can be the same as the hydrogel forming material described above.
The phase-changing material is, for example, a liquid in the state before curing, and is solidified by irradiating with active energy rays such as ultraviolet rays as in the case of hydrogel, so that the environment is at room temperature (25 ° C.). Below, those having the property of being in a solid state and being liquid in an environment of 60 ° C. can be mentioned.

一つの実施形態としては、炭素数14以上の直鎖を有する単官能エチレン性不飽和モノマー(A)と、重合開始剤(B)と、前記モノマー(A)を溶解できる溶媒(C)とを含むことが好ましい。 In one embodiment, a monofunctional ethylenically unsaturated monomer (A) having a linear chain having 14 or more carbon atoms, a polymerization initiator (B), and a solvent (C) capable of dissolving the monomer (A) are used. It is preferable to include it.

<炭素数14以上の直鎖を有する単官能エチレン性不飽和モノマー(A)>
前記炭素数14以上の直鎖を有する単官能エチレン性不飽和モノマー(A)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ステアリルアクリレート、ドコシルアクリレート等のアクリレート;ステアリルメタクリレート、ドコシルメタクリレート等のメタクリレート;パルミチルアクリルアミド、ステアリルアクリルアミド等のアクリルアミド;ステアリン酸ビニル、ドコシル酸ビニル等のビニルなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、光反応性の点から、アクリレート及びアクリルアミド誘導体が好ましく、溶媒への溶解性の点から、ステアリルアクリレートがより好ましい。
<Monofunctional ethylenically unsaturated monomer (A) having a linear chain with 14 or more carbon atoms>
The monofunctional ethylenically unsaturated monomer (A) having a linear chain having 14 or more carbon atoms is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, acrylates such as stearyl acrylate and docosyl acrylate. Methacrylates such as stearyl methacrylate and docosyl methacrylate; acrylamides such as palmityl acrylamide and stearyl acrylamide; vinyls such as vinyl stearate and vinyl docosylate can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, acrylates and acrylamide derivatives are preferable from the viewpoint of photoreactivity, and stearyl acrylate is more preferable from the viewpoint of solubility in a solvent.

前記モノマー(A)の重合反応としては、ラジカル重合、イオン重合、配位重合、開環重合などが挙げられる。これらの中でも、重合反応の制御の点から、ラジカル重合が好ましい。そのため水素結合能を有するモノマー(A)はエチレン性不飽和モノマーが好ましい。これらの中でも、溶融性の点から、単官能エチレン性不飽和モノマーが好ましい。 Examples of the polymerization reaction of the monomer (A) include radical polymerization, ionic polymerization, coordination polymerization, ring-opening polymerization and the like. Among these, radical polymerization is preferable from the viewpoint of controlling the polymerization reaction. Therefore, the monomer (A) having a hydrogen bonding ability is preferably an ethylenically unsaturated monomer. Among these, monofunctional ethylenically unsaturated monomers are preferable from the viewpoint of meltability.

<重合開始剤(B)>
前記重合開始剤(B)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。これらの中でも、立体物を造形する場合、光重合開始剤が好ましい。
<Polymerization initiator (B)>
The polymerization initiator (B) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, and examples thereof include a thermal polymerization initiator and a photopolymerization initiator. Among these, a photopolymerization initiator is preferable when forming a three-dimensional object.

前記光重合開始剤としては、光(特に波長220nm以上400nm以下の紫外線)の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
前記光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、p,p’−ジクロロベンゾフェノン、p,p−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−n−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−n−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、メチルベンゾイルフォーメート、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−tert−ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、紫外線照射装置の紫外線波長に合わせた光重合開始剤を選択することが好ましい。
As the photopolymerization initiator, any substance that generates radicals by irradiation with light (particularly ultraviolet rays having a wavelength of 220 nm or more and 400 nm or less) can be used.
Examples of the photopolymerization initiator include acetophenone, 2,2-diethoxyacetophenone, p-dimethylaminoacetophenone, benzophenone, 2-chlorobenzophenone, p, p'-dichlorobenzophenone, p, p-bisdiethylaminobenzophenone and Michler ketone. , Phenyl, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin-n-propyl ether, benzoin isobutyl ether, benzoin-n-butyl ether, benzylmethyl ketal, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2-hydroxy-2. -Methyl-1-phenyl-1-one, 1- (4-isopropylphenyl) 2-hydroxy-2-methylpropane-1-one, methylbenzoylformate, 1-hydroxycyclohexylphenylketone, azobisisobutyronitrile , Benzoyl peroxide, di-tert-butyl peroxide and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Further, it is preferable to select a photopolymerization initiator that matches the ultraviolet wavelength of the ultraviolet irradiation device.

<モノマー(A)を溶解できる溶媒(C)>
前記溶媒(C)としては、前記モノマー(A)を溶解することができる溶媒であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、ポリマー側鎖の結晶性の著しい低下を防ぐ点から、炭素数6以上の直鎖を有することが好ましい。
前記炭素数6以上の直鎖を有する溶媒(C)としては、例えば、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル等のエステル;ヘキサノール、デカノール、ドデカノール等のアルコールなどが挙げられる。
<Solvent (C) capable of dissolving the monomer (A)>
The solvent (C) is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving the monomer (A), and can be appropriately selected depending on the intended purpose, thereby preventing a significant decrease in the crystallinity of the polymer side chain. From the point of view, it is preferable to have a linear chain having 6 or more carbon atoms.
Examples of the solvent (C) having a linear chain having 6 or more carbon atoms include esters such as hexyl acetate and octyl acetate; alcohols such as hexanol, decanol, and dodecanol.

前記支持体形成材料(活性エネルギー線硬化型液体組成物)は、前記炭素数14以上の直鎖を有する単官能エチレン性不飽和モノマー(A)を20質量%以上70質量%以下含有することが好ましく、30質量%以上60質量%以下含有することがより好ましい。また、前記光重合開始剤(B)を0.5質量%以上10質量%以下含有することが好ましく、3質量%以上6質量%以下含有することがより好ましい。 The support forming material (active energy ray-curable liquid composition) may contain 20% by mass or more and 70% by mass or less of the monofunctional ethylenically unsaturated monomer (A) having a linear chain having 14 or more carbon atoms. It is preferably contained in an amount of 30% by mass or more and 60% by mass or less. Further, it is preferable to contain the photopolymerization initiator (B) in an amount of 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 6% by mass or less.

液状の前記支持体形成材料から硬化物を得るには、例えば、紫外線照射装置により、200mJ/cm以上の紫外線露光量を照射して硬化することが好ましい。前記紫外線照射装置としては、ハイドロゲル構造体を硬化させるものと同じものを使用することもできる。 In order to obtain a cured product from the liquid support forming material, for example, it is preferable to irradiate the cured product with an ultraviolet exposure amount of 200 mJ / cm 2 or more by an ultraviolet irradiation device to cure the product. As the ultraviolet irradiation device, the same device that cures the hydrogel structure can also be used.

前記モノマー(A)が、前記重合開始剤(B)を含み、紫外線を照射してポリマーとなる際に、溶媒(C)はポリマーに保持される。前記ポリマー(A)は、25℃環境下で炭素鎖が配列することにより固体となる。前記溶媒(C)が、前記ポリマー(A)に保持されると、結晶化による収縮や反りを抑える効果がある。また、炭素数6以上の直鎖を有する溶媒(C)が硬化性の面から好ましい。
また、前記モノマー(A)を溶解できる溶媒(C)が、前記重合開始剤(B)と反応しない非反応性化合物であることが好ましい。
前記モノマー(A)を溶解できる溶媒(C)とは、本発明においては、モノマー(A)が溶媒(C)に溶け込んで均一な液体となるような溶媒をいう。
前記非反応性化合物とは、本発明においては、紫外線を照射しても、化学的な反応をしない化合物をいう。
前記溶媒(C)が、非反応性であると、光重合開始剤で化学的な反応をすることがなく、モノマーの重合反応やポリマー側鎖の結晶化を阻害することがないため好ましい。
When the monomer (A) contains the polymerization initiator (B) and is irradiated with ultraviolet rays to form a polymer, the solvent (C) is retained by the polymer. The polymer (A) becomes a solid by arranging carbon chains in an environment of 25 ° C. When the solvent (C) is retained in the polymer (A), it has an effect of suppressing shrinkage and warpage due to crystallization. Further, the solvent (C) having a linear chain having 6 or more carbon atoms is preferable from the viewpoint of curability.
Further, it is preferable that the solvent (C) capable of dissolving the monomer (A) is a non-reactive compound that does not react with the polymerization initiator (B).
In the present invention, the solvent (C) capable of dissolving the monomer (A) means a solvent in which the monomer (A) dissolves in the solvent (C) to form a uniform liquid.
In the present invention, the non-reactive compound means a compound that does not chemically react even when irradiated with ultraviolet rays.
When the solvent (C) is non-reactive, it does not chemically react with the photopolymerization initiator and does not inhibit the polymerization reaction of the monomer or the crystallization of the polymer side chain, which is preferable.

−表面張力−
本発明における支持体形成材料の表面張力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、25℃において、20mN/m以上45mN/m以下が好ましく、25mN/m以上34mN/m以下がより好ましい。前記表面張力が、20mN/m以上であると、造形の際に吐出が安定し、吐出方向が曲がるとか、吐出しないということがなく、45mN/m以下であると、造形用の吐出ノズル等に液体を充填する際に、完全に充填することができる。なお、前記表面張力は、例えば、表面張力計(自動接触角計DM−701、協和界面科学株式会社製)などを用いて測定することができる。
-Surface tension-
The surface tension of the support forming material in the present invention is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, at 25 ° C., 20 mN / m or more and 45 mN / m or less is preferable, and 25 mN / m or more. More preferably, it is 34 mN / m or less. When the surface tension is 20 mN / m or more, the ejection is stable at the time of modeling, the ejection direction does not bend or the ejection does not occur, and when the surface tension is 45 mN / m or less, the ejection nozzle for modeling or the like is used. When filling the liquid, it can be completely filled. The surface tension can be measured using, for example, a surface tension meter (automatic contact angle meter DM-701, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).

−粘度−
本発明における支持体形成材料の粘度としては、25℃において、1,000mPa・s以下が好ましく、300mPa・s以下がより好ましく、100mPa・s以下がさらに好ましく、3mPa・s以上20mPa・s以下が特に好ましく、6mPa・s以上12mPa・s以下が最も好ましい。前記粘度が、1,000mPa・sを超えると、ヘッドを昇温しても吐出しないことがある。なお、前記粘度は、例えば、回転粘度計(VISCOMATE VM−150III、東機産業株式会社製)などを用いて25℃の環境下で測定することができる。
-Viscosity-
The viscosity of the support forming material in the present invention is preferably 1,000 mPa · s or less, more preferably 300 mPa · s or less, further preferably 100 mPa · s or less, and 3 mPa · s or more and 20 mPa · s or less at 25 ° C. It is particularly preferable, and most preferably 6 mPa · s or more and 12 mPa · s or less. If the viscosity exceeds 1,000 mPa · s, the head may not be discharged even if the temperature is raised. The viscosity can be measured in an environment of 25 ° C. using, for example, a rotary viscometer (VISCOMATE VM-150III, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).

<<<除去工程、及び除去手段>>>
前記除去工程は、前記柱状芯部を含む支持体を除去する工程である。
前記柱状芯部の除去としては、熱により液状化する、前記管状部に対し不溶性の溶剤を用いるなどが挙げられる。なお、前記不溶性とは、例えば、30℃の水100gに前記管状部を1g混合して撹拌したとき、その90質量%以上が溶解しないものを意味する。
<<< Removal process and removal means >>>
The removing step is a step of removing the support including the columnar core portion.
Examples of the removal of the columnar core portion include liquefaction by heat and the use of an insoluble solvent for the tubular portion. The term "insoluble" means, for example, that 90% by mass or more of the tubular portion is not dissolved when 1 g of the tubular portion is mixed with 100 g of water at 30 ° C. and stirred.

<<その他の工程及びその他の手段>>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、層平滑化工程、剥離工程、吐出安定化工程、造形体の清浄工程、造形体の研磨工程などが挙げられる。
<< Other processes and other means >>
The other steps are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a layer smoothing step, a peeling step, a discharge stabilizing step, a molding body cleaning step, a molding body polishing step, and the like. Can be mentioned.

図4は、本発明のハイドロゲル構造体の製造方法に用いられる立体造形装置を用いた造形体製造工程の一例を示す概略図である。
立体造形装置10は、矢印A、Bいずれの方向にも移動可能なインクジェットヘッド(形成材料吐出手段)を配列したヘッドユニットを用いて、造形物支持基板14上に、ヘッドユニット12からハイドロゲル形成材料を、ヘッドユニット11から支持体形成材料を噴射し、隣接したUV照射機13によりハイドロゲル形成材料を硬化しながら積層する。
即ち、支持体形成材料(サポート材)をヘッドユニット12から噴射し固化させて溜部を有する第1の支持体層を形成し、その第1の支持体層の溜部にハイドロゲル形成材料をヘッドユニット11から噴射し、そのハイドロゲル形成材料にUV光を照射して硬化させ、更に平滑化部材16を用いて平滑化を行い、第1の造形物層を形成する。
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a modeled body manufacturing process using a three-dimensional modeling apparatus used in the method for manufacturing a hydrogel structure of the present invention.
The three-dimensional modeling apparatus 10 forms a hydrogel from the head unit 12 on the modeled object support substrate 14 by using a head unit in which ink jet heads (forming material ejection means) that can be moved in either direction of arrows A and B are arranged. The material is laminated by injecting the support forming material from the head unit 11 and curing the hydrogel forming material by the adjacent UV irradiator 13.
That is, the support forming material (support material) is injected from the head unit 12 and solidified to form a first support layer having a reservoir, and the hydrogel forming material is applied to the reservoir of the first support layer. It is jetted from the head unit 11, the hydrogel forming material is irradiated with UV light to be cured, and further smoothed by using a smoothing member 16 to form a first modeled object layer.

次いで、前記第1の支持体層の上に支持体形成材料を噴射し固化させて溜部を有する第2の支持体層を積層し、その第2の支持体層の溜部にハイドロゲル形成材料を噴射し、UV光を照射して第1の造形物層の上に第2の造形物層を積層し、更に平滑化を行い、造形体17を製作する。
ローラー形状の平滑部材を使用する場合、操作方向に対して、ローラーを逆転させる方向で回転させると平滑化の効果がより有効に発揮される。
Next, a support forming material is sprayed onto the first support layer and solidified to laminate a second support layer having a reservoir, and hydrogel is formed in the reservoir of the second support layer. A material is jetted, UV light is irradiated, a second modeled object layer is laminated on the first modeled object layer, and further smoothing is performed to manufacture a modeled body 17.
When a roller-shaped smoothing member is used, the smoothing effect is more effectively exhibited by rotating the roller in the direction in which the roller is reversed with respect to the operation direction.

更に、ヘッドユニット11、ヘッドユニット12、及びUV照射機13と、造形体17及び支持体18とのギャップを一定に保つため、積層回数に合わせて、ステージ15を下げながら積層する。 Further, in order to keep the gap between the head unit 11, the head unit 12, and the UV irradiator 13 and the model 17 and the support 18 constant, the stages 15 are laminated while being lowered according to the number of times of lamination.

また、立体造形装置10としては、形成材料の回収、リサイクル機構などを付加することも可能である。ノズル面に付着した形成材料を除去するブレードや不吐出ノズルの検出機構を具備していてもよい。更に造形時の装置内環境温度を制御することも好ましい。 Further, as the three-dimensional modeling apparatus 10, it is possible to add a recovery mechanism for forming materials, a recycling mechanism, and the like. It may be provided with a blade for removing the forming material adhering to the nozzle surface or a detection mechanism for a non-ejection nozzle. It is also preferable to control the environmental temperature inside the device at the time of modeling.

上述の装置を用いると、患者個人の治療部位の状態に合わせて、組成分布及び形状制御を行うことができ、患者固有の形状、物性の分布を持たせた血管モデルや臓器モデルを形成することができる。 By using the above-mentioned device, it is possible to control the composition distribution and shape according to the condition of the treatment site of the individual patient, and to form a blood vessel model or organ model having a patient-specific shape and physical property distribution. Can be done.

例えば、被治療者(患者)の個人データを用い、カテーテル治療対象となる患部の血管形状を有することは勿論、必要に応じて血管の硬度分布(組成分布)を設けることができる。この場合も患者個人のデータを基に作製する。 For example, using the personal data of the person to be treated (patient), it is possible to have the shape of the blood vessel of the affected part to be catheterized and to provide the hardness distribution (composition distribution) of the blood vessel as needed. In this case as well, it is created based on the individual patient data.

組成分布を与える方法としては、ハイドロゲルに含有される溶媒の量を調整することが挙げられる。これは、前記インクジェットを用いた方式で複数の組成をそれぞれのインクジェットヘッドより吐出する機構の装置を用いることで実現できる。 As a method for giving a composition distribution, the amount of the solvent contained in the hydrogel may be adjusted. This can be realized by using a device having a mechanism for ejecting a plurality of compositions from each inkjet head by the method using the inkjet.

第一の液体として、ハイドロゲル形成材料(以下、「A液」とも称することがある)を用い、第一ヘッドから吐出する。また、第二の液体として、ハイドロゲル形成材料を希釈可能な溶媒、主に水及び水に可溶な溶媒からなる液体(以下、「B液」とも称することがある)を用い、第二ヘッドから吐出する。更に血管モデルの中空管を形成する場合などに用いられる支持体形成材料を第三の液体として用い、第三ヘッドから吐出する。
前記A液、及び前記B液は、各インクジェットヘッドより所定量印字され、同じ箇所に滴下される液体の量比を精密にコントロールすることが可能である。
As the first liquid, a hydrogel forming material (hereinafter, also referred to as “Liquid A”) is used and discharged from the first head. Further, as the second liquid, a liquid consisting of a solvent capable of diluting the hydrogel forming material, mainly water and a solvent soluble in water (hereinafter, also referred to as “Liquid B”) is used, and the second head is used. Discharge from. Further, a support forming material used for forming a hollow tube of a blood vessel model is used as a third liquid and discharged from a third head.
A predetermined amount of the liquid A and the liquid B is printed from each inkjet head, and it is possible to precisely control the amount ratio of the liquid dropped on the same place.

以下、本発明のハイドロゲル構造体の製造方法の具体的な実施形態について説明する。
硬度、圧縮応力や弾性率の異なるハイドロゲル構造体を得る方法を更に詳細に記載する。
まず、三次元CADで設計された三次元形状あるいは三次元スキャナやディジタイザで取り込んだ三次元形状のサーフェイスデータあるいはソリッドデータを、STLフォーマットに変換して積層造形装置に入力する。
Hereinafter, specific embodiments of the method for producing the hydrogel structure of the present invention will be described.
A method for obtaining hydrogel structures having different hardness, compressive stress and elastic modulus will be described in more detail.
First, the surface data or solid data of the three-dimensional shape designed by the three-dimensional CAD or the three-dimensional shape captured by the three-dimensional scanner or the digitizer is converted into the STL format and input to the laminated modeling apparatus.

次に、三次元形状の圧縮応力分布の測定を行う。手法としては特に制限はないが、例えば、MR Elastography(以下、MRE)を用いることで三次元形状の圧縮応力分布データを得て、このデータを積層造形装置に入力する。入力された圧縮応力データに基づいて、三次元形状のデータに対応する位置に吐出するA液とB液の混合比を決定する。 Next, the compressive stress distribution of the three-dimensional shape is measured. The method is not particularly limited, but for example, by using MR Elastography (hereinafter referred to as MRE), compressive stress distribution data having a three-dimensional shape is obtained, and this data is input to the laminated modeling apparatus. Based on the input compressive stress data, the mixing ratio of the liquid A and the liquid B to be discharged at the position corresponding to the three-dimensional shape data is determined.

この入力されたデータに基づいて、造形しようとする三次元形状の造形方向を決める。造形方向は特に制約ないが、通常はZ方向(高さ方向)が最も低くなる方向を選ぶ。
造形方向を確定したら、その三次元形状のX−Y面、X−Z面、Y−Z面への投影面積を求める。得られたブロック形状を一層の厚みでZ方向に輪切り(スライス)にする。一層の厚みは使う材料によるが、通常は20μm以上60μm以下である。造形しようとする造形物が1個の場合はこのブロック形状がZステージ(一層造形毎に一層分ずつ下降する造形物をのせるテーブル)の真中に来るように配置される。また、複数個同時に造形する場合はブロック形状がZステージに配置されるが、ブロック形状を積み重ねることも可能である。これらブロック形状化や輪切りデータ(スライスデータ:等高線データ)やZステージへの配置は、使用材料を指定すれば自動的に作成することも可能である。
Based on this input data, the modeling direction of the three-dimensional shape to be modeled is determined. The modeling direction is not particularly limited, but usually the direction in which the Z direction (height direction) is the lowest is selected.
After determining the modeling direction, the projected area of the three-dimensional shape on the XY plane, the XY plane, and the YY plane is obtained. The obtained block shape is sliced in the Z direction with a single layer thickness. The thickness of the layer depends on the material used, but is usually 20 μm or more and 60 μm or less. When there is only one model to be modeled, this block shape is arranged so as to come to the center of the Z stage (a table on which the model objects descend by one layer for each layer model). Further, when a plurality of block shapes are formed at the same time, the block shapes are arranged on the Z stage, but it is also possible to stack the block shapes. These block shaping, round slice data (slice data: contour line data), and placement on the Z stage can be automatically created by specifying the material to be used.

次に、造形工程を実施する。図5は、本発明のハイドロゲル構造体の製造方法に用いられる立体造形装置の一例を示す概略図である。図6は、液滴吐出方式により第一の液体と第二の液体とを混合する一例を示す概略図である。異なるヘッドαとβ(図5)を双方向に動かして、A液とB液を所定領域に所定量比で吐出し、ドットを形成する。その際、図6のようにドットにおいてA液とB液を混合し、所定の混合比にすることが可能である。さらに、連続したドットを形成することで、所定の混合比が所定の領域にあるA液及びB液の混合液膜を作製することができる。そしてA液及びB液の混合液膜に紫外線(UV)光を照射することで硬化して、図5のように所定の領域に所定の混合比を有するハイドロゲル膜(層)を形成することができる。 Next, the modeling process is carried out. FIG. 5 is a schematic view showing an example of a three-dimensional modeling apparatus used in the method for manufacturing a hydrogel structure of the present invention. FIG. 6 is a schematic view showing an example of mixing the first liquid and the second liquid by the droplet ejection method. The different heads α and β (FIG. 5) are moved in both directions to discharge the liquid A and the liquid B into a predetermined region at a predetermined ratio to form dots. At that time, as shown in FIG. 6, it is possible to mix the liquid A and the liquid B at the dots to obtain a predetermined mixing ratio. Further, by forming continuous dots, it is possible to prepare a mixed liquid film of liquid A and liquid B having a predetermined mixing ratio in a predetermined region. Then, the mixed liquid film of the liquid A and the liquid B is cured by irradiating it with ultraviolet (UV) light to form a hydrogel film (layer) having a predetermined mixing ratio in a predetermined region as shown in FIG. Can be done.

ハイドロゲル膜(層)を一層形成した後に、前記ステージ(図5)が一層分の高さだけ下降する。再度、ハイドロゲル膜上に連続したドットを形成することで、所定の混合比が所定の領域にあるA液及びB液の混合液膜を作製する。A液及びB液の混合液膜に紫外(UV)光を照射することで硬化して、ハイドロゲル膜を形成する。これらの積層を繰り返すことで立体造形が可能となる。 After forming one layer of the hydrogel film (layer), the stage (FIG. 5) descends by the height of one layer. By forming continuous dots on the hydrogel film again, a mixed liquid film of liquid A and liquid B having a predetermined mixing ratio in a predetermined region is produced. The mixed liquid film of the liquid A and the liquid B is cured by irradiating it with ultraviolet (UV) light to form a hydrogel film. By repeating these laminations, three-dimensional modeling becomes possible.

このように立体造形したハイドロゲル構造体は、図5の液膜を立体化したハイドロゲル内にて異なるA液及びB液の混合比を有し、連続的に弾性率を変えることができる。各断層毎に配合比パターンを調整することにより、部分的に任意の物理特性を持つハイドロゲル構造体を得ることができる。 The hydrogel structure thus three-dimensionally shaped has different mixing ratios of solutions A and B in the hydrogel in which the liquid film of FIG. 5 is three-dimensionalized, and the elastic modulus can be continuously changed. By adjusting the compounding ratio pattern for each fault, a hydrogel structure having partially arbitrary physical characteristics can be obtained.

また、ハイドロゲル形成材料を噴射するインクジェットヘッドに紫外(UV)光照射機を隣接させることにより、平滑処理に要する時間を省くことができ、高速造形が可能である。 Further, by placing an ultraviolet (UV) light irradiator adjacent to the inkjet head that injects the hydrogel forming material, the time required for the smoothing process can be saved, and high-speed modeling is possible.

本発明で使用するハイドロゲル構造体は、ハイドロゲル形成材料と希釈液を組み合わせることにより、同一の材料を用いながら、組成比を変えることにより、硬度を任意に可変することができる。このため、インクジェット方式により造形の際、インクジェットヘッドを複数用い、両者の比率を変えることで、個人データに沿った血管の硬度分布を容易に設けることが可能である。 The hardness of the hydrogel structure used in the present invention can be arbitrarily changed by changing the composition ratio while using the same material by combining the hydrogel forming material and the diluted solution. Therefore, it is possible to easily provide the hardness distribution of blood vessels according to personal data by using a plurality of inkjet heads and changing the ratio of the two when modeling by the inkjet method.

前記ハイドロゲルは、水を多量に含む構成で人体の組成に極めて近く、質感も非常に近いものである。これを3Dプリントと組み合わせることは、血管モデルを形成する際には非常に有用なことである。 The hydrogel has a structure containing a large amount of water and is extremely close to the composition of the human body and has a texture very close to that of the human body. Combining this with 3D printing is very useful in forming blood vessel models.

本発明のハイドロゲル構造体、血管モデル、及び臓器モデルは、3Dプリント技術により作製することができるため、患者の患部データに基づき、この形状、物性を再現したモデルを形成することが可能である。このため、難手術前のシミュレーションに有用に用いることができる。
例えば、従来の手術(瘤部へのステント挿入)においては、X線画像から瘤部の形状を読み取り、適切な形状と思われるステントを術中に選択して、これを用いていた。しかし、これは医師(術者)の経験により行われるものであり、判断に時間がかかる場合や、最適なものを選択できなかったケースは多々あった。
瘤部の形状や物性に応じて、どの様な形状の部材(ステントなど)を選択すべきであるかという課題に関しては、術前に検討しておくことで、手術の成功率が高まることが期待できる。
Since the hydrogel structure, blood vessel model, and organ model of the present invention can be produced by 3D printing technology, it is possible to form a model that reproduces this shape and physical properties based on the patient's affected area data. .. Therefore, it can be usefully used for simulation before difficult surgery.
For example, in conventional surgery (stent insertion into aneurysm), the shape of the aneurysm is read from an X-ray image, and a stent that seems to have an appropriate shape is selected intraoperatively and used. However, this is done based on the experience of the doctor (operator), and there were many cases where it took time to make a decision or the optimum one could not be selected.
Regarding the issue of what shape of member (stent, etc.) should be selected according to the shape and physical properties of the aneurysm, it is possible to increase the success rate of surgery by considering it before surgery. You can expect it.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
なお、構造体の最大内径の10点平均値は、以下のようにして測定した。
Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
The 10-point average value of the maximum inner diameter of the structure was measured as follows.

(最大内径の10点平均値)
デジタルマイクロスコープ(装置名:VHX−5000、株式会社キーエンス製)を用いて、構造体の外径が同じである近接部分における最大内径を10点測定し、その平均値を求め、10点平均値とした。なお、前記ハイドロゲル構造体の外径が同じである近接部分において、前記最大内径を10点測定することができない場合は、測定できる点の平均値とした。前記外径は、デジタルマイクロスコープ(装置名:VHX−5000、株式会社キーエンス製)を用いて測定した。
(10-point average value of maximum inner diameter)
Using a digital microscope (device name: VHX-5000, manufactured by KEYENCE CORPORATION), measure the maximum inner diameter at 10 points in the proximity part where the outer diameter of the structure is the same, calculate the average value, and calculate the average value. And said. When the maximum inner diameter could not be measured at 10 points in the proximity portion where the outer diameter of the hydrogel structure was the same, the average value of the measurable points was used. The outer diameter was measured using a digital microscope (device name: VHX-5000, manufactured by KEYENCE CORPORATION).

(ハイドロゲル形成材料の調製例1)
<ハイドロゲル形成材料1の調製>
以下、減圧脱気を30分間実施したイオン交換水を純水とする。
まず、純水60.0質量部を撹拌させながら、層状粘土鉱物として[Mg5.34Li0.66Si20(OH)]Na 0.66の組成を有する合成ヘクトライト(商品名:ラポナイトXLG、RockWood社製)を合計6.0質量部となるように少しずつ添加し、撹拌して分散液を作製した。次に、合成ヘクトライトの分散剤としてエチドロン酸0.3質量部を添加した。
次に、得られた分散液に、重合性モノマーとして、活性アルミナのカラムを通過させ重合禁止剤を除去したアクリロイルモルホリン(KJケミカルズ株式会社製)22.0質量部、メチレンビスアクリルアミド(有機架橋剤、東京化成工業株式会社製)0.2質量部、及び乾燥防止剤としてグリセリン10.2質量部を添加して混合した。
次に、重合促進剤としてN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン0.4質量部を添加した後に重合開始剤としてIrgacure184(BASF社製)0.6質量部を添加して撹拌混合した。
撹拌混合の後、減圧脱気を10分間実施した。続いて、ろ過を行うことで、不純物等を除去し、均質なハイドロゲル形成材料1を得た。下記表1に組成を示す。
(Preparation Example 1 of Hydrogel Forming Material)
<Preparation of Hydrogel Forming Material 1>
Hereinafter, the ion-exchanged water that has been degassed under reduced pressure for 30 minutes is referred to as pure water.
First, while stirring the pure water 60.0 parts by weight, [Mg 5.34 Li 0.66 Si 8 O 20 (OH) 4] Na as layered clay mineral - synthetic hectorite (trade having a composition of 0.66 Name: Laponite XLG, manufactured by RockWood Co., Ltd.) was added little by little so as to have a total of 6.0 parts by mass, and the mixture was stirred to prepare a dispersion. Next, 0.3 parts by mass of etidronic acid was added as a dispersant for synthetic hectorite.
Next, the obtained dispersion was passed through a column of activated alumina as a polymerizable monomer to remove the polymerization inhibitor, and 22.0 parts by mass of acryloylmorpholin (manufactured by KJ Chemicals Co., Ltd.), methylenebisacrylamide (organic cross-linking agent). , Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) 0.2 parts by mass and 10.2 parts by mass of glycerin as an antidrying agent were added and mixed.
Next, 0.4 parts by mass of N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine was added as a polymerization accelerator, and then 0.6 parts by mass of Irgacure184 (manufactured by BASF) was added as a polymerization initiator and mixed by stirring. bottom.
After stirring and mixing, degassing under reduced pressure was carried out for 10 minutes. Subsequently, impurities and the like were removed by filtration to obtain a homogeneous hydrogel-forming material 1. The composition is shown in Table 1 below.

Figure 0006969080
Figure 0006969080

なお、前記表1において、成分の商品名、及び製造会社名については下記の通りである。
・アクリロイルモルホリン:KJケミカルズ株式会社製
・メチレンビスアクリルアミド:東京化成工業株式会社製
・合成ヘクトライト::RockWood社製、商品名:ラポナイトXLG
・グリセリン:阪本薬品工業株式会社製
・エチドロン酸:東京化成工業株式会社製
・N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン:東京化成工業株式会社製
・Irgacure184:BASF社製
In Table 1, the product names of the ingredients and the names of the manufacturing companies are as follows.
・ Acryloyl morpholine: manufactured by KJ Chemicals Co., Ltd. ・ Methylenebisacrylamide: manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd. ・ Synthetic hectorite :: manufactured by RockWood, trade name: Laponite XLG
・ Glycerin: manufactured by Sakamoto Pharmaceutical Industry Co., Ltd. ・ Etidronic acid: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. ・ N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.

(支持体(芯部)形成材料の調製例1)
<支持体形成材料1の調製>
1−ドデカノール(東京化成工業株式会社製)58.0質量部、ステアリルアクリレート(東京化成工業株式会社製)48.0質量部、及びIrgacure819(BASF社製)4.0質量部を撹拌し、混合溶解して支持体形成材料1を調製した。下記表2に組成を示す。
(Preparation Example 1 of Support (Core) Forming Material)
<Preparation of support forming material 1>
1-Dodecanol (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) 58.0 parts by mass, stearyl acrylate (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) 48.0 parts by mass, and Irgacure 819 (manufactured by BASF) 4.0 parts by mass are stirred and mixed. The support forming material 1 was prepared by dissolving. The composition is shown in Table 2 below.

Figure 0006969080
Figure 0006969080

なお、前記表2において、成分の商品名、及び製造会社名については下記の通りである。
・ステアリルアクリレート:東京化成工業株式会社製
・1−ドデカノール:東京化成工業株式会社製
・Irgacure819:BASF社製
In Table 2, the product names of the ingredients and the names of the manufacturing companies are as follows.
・ Stearyl acrylate: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. ・ 1-dodecanol: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. ・ Irgacure 819: manufactured by BASF

(実施例1)
図4に記載の造形装置を用いて、ハイドロゲル形成材料1と支持体形成材料1(共に活性エネルギー線硬化型組成物)を吐出、紫外線にて硬化を繰り返して積層造形物を作製した。次に、該積層造形物を、50℃恒温槽に30分間静置し、支持体形成材料1の硬化物である柱状芯部を液状化させることでこれを取り除き、さらに、50℃の温水で残った柱状芯部を洗い流すことで、図2に示すような中空管形状を有するハイドロゲル構造体(血管モデル)を得た。なお、前記ハイドロゲル構造体は、血管に相当するチューブ状流路を内包した100mm×100mm×10mmのブロックであり、中空管の最大内径の10点平均値は3mmであった。
得られた構造体を中空管の部分で長手方向に切り、断面部から、波長400nm以上700nm以下の範囲の透過率を市販の分光光度計(装置名:UV−3100、株式会社島津製作所製、積分ユニット使用)にて測定した。その結果、波長400nm以上700nm以下の範囲において平均93%の透過率を示した。
(Example 1)
Using the modeling apparatus shown in FIG. 4, the hydrogel forming material 1 and the support forming material 1 (both are active energy ray-curable compositions) were discharged, and curing was repeated with ultraviolet rays to prepare a laminated model. Next, the laminated model is allowed to stand in a constant temperature bath at 50 ° C. for 30 minutes to remove it by liquefying the columnar core portion which is a cured product of the support forming material 1, and further, with warm water at 50 ° C. By washing away the remaining columnar core portion, a hydrogel structure (blood vessel model) having a hollow tube shape as shown in FIG. 2 was obtained. The hydrogel structure was a block of 100 mm × 100 mm × 10 mm including a tubular flow path corresponding to a blood vessel, and the 10-point average value of the maximum inner diameter of the hollow tube was 3 mm.
The obtained structure is cut in the longitudinal direction at the hollow tube portion, and the transmittance in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less is measured from the cross section with a commercially available spectrophotometer (device name: UV-3100, manufactured by Shimadzu Corporation). , Using an integration unit). As a result, the transmittance was 93% on average in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less.

(実施例2)
実施例1と同様にして得た構造体に対して、グリセリン(阪本薬品工業株式会社製)を構造体の中空部の入り口からシリンジ(商品名:注射針付シリンジ、テルモ株式会社製)を用いて通液することにより、中空管内壁にグリセリンを塗布した。
(Example 2)
For the structure obtained in the same manner as in Example 1, glycerin (manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was used from the entrance of the hollow portion of the structure using a syringe (trade name: syringe with injection needle, manufactured by Terumo Corporation). Glycerin was applied to the inner wall of the hollow tube by passing the liquid through the hollow tube.

(実施例3)
実施例1と同様にして得た構造体に対して、シリコーンオイル(商品名:KF96L、信越化学工業株式会社製)を用いて通液することにより、中空管内壁にシリコーンオイルを塗布した。
(Example 3)
Silicone oil was applied to the inner wall of the hollow tube by passing a liquid through the structure obtained in the same manner as in Example 1 using silicone oil (trade name: KF96L, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).

(実施例4)
実施例1と同様にして得た構造体に対して、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(商品名:エマルゲン1108、花王株式会社製)を用いて通液することにより、中空管内壁にポリオキシエチレンアルキルエーテルを塗布した。
(Example 4)
By passing a liquid through the structure obtained in the same manner as in Example 1 using polyoxyethylene alkyl ether (trade name: Emargen 1108, manufactured by Kao Corporation), the inner wall of the hollow tube is made of polyoxyethylene alkyl. Ether was applied.

(比較例1)
型取り用液状シリコン材(商品名:RTV#1406、信越化学工業株式会社製)を型で固めることにより、100mm×100mm×10mmのシリコーンゴムブロックを作製した。前記シリコーンブロックの中央部に、直径3mmのドリルを用いて穴を開けることにより、実施例1と同様の形状をもつカテーテル練習用シリコーンゴム構造体を得た。実施例1と同様に透過率を測定したところ、波長400nm以上700nm以下の範囲において平均35%の透過率を示した。
(Comparative Example 1)
A 100 mm × 100 mm × 10 mm silicone rubber block was produced by molding a liquid silicon material for molding (trade name: RTV # 1406, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) with a mold. By making a hole in the central portion of the silicone block using a drill having a diameter of 3 mm, a silicone rubber structure for catheter practice having the same shape as in Example 1 was obtained. When the transmittance was measured in the same manner as in Example 1, the transmittance was 35% on average in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less.

(比較例2)
比較例1において、シリコーンゴムを塩化ビニル(商品名:塩ビ板、タキロン株式会社製)に変更した以外は、比較例1と同様にして、カテーテル練習用塩化ビニル構造体を得た。実施例1と同様に透過率を測定したところ、波長400nm以上700nm以下の範囲において平均15%の透過率を示した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 1, a vinyl chloride structure for catheter practice was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the silicone rubber was changed to vinyl chloride (trade name: PVC plate, manufactured by Takiron Co., Ltd.). When the transmittance was measured in the same manner as in Example 1, an average transmittance of 15% was shown in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less.

(比較例3)
比較例1において、シリコーンゴムをポリエチレン(商品名:軟質ポリエチレン板、下関パッキング株式会社製)に変更した以外は、比較例1と同様にして、カテーテル練習用ポリエチレン構造体を得た。実施例1と同様に透過率を測定したところ、波長400nm以上700nm以下の範囲において平均28%の透過率を示した。
(Comparative Example 3)
A polyethylene structure for catheter practice was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the silicone rubber was changed to polyethylene (trade name: soft polyethylene plate, manufactured by Shimonoseki Packing Co., Ltd.) in Comparative Example 1. When the transmittance was measured in the same manner as in Example 1, an average transmittance of 28% was shown in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less.

(比較例4)
比較例1において、シリコーンゴムをテフロン(商品名:PTFEシート、中興化成株式会社製)に変更した以外は、比較例1と同様にして、カテーテル練習用テフロン構造体を得た。実施例1と同様に透過率を測定したところ、波長400nm以上700nm以下の範囲において光を投下しなかった。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 1, a catheter practice Teflon structure was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the silicone rubber was changed to Teflon (trade name: PTFE sheet, manufactured by Chukoh Chemical Industries, Ltd.). When the transmittance was measured in the same manner as in Example 1, no light was dropped in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less.

次に、以下のようにして、「質感」、及び「静摩擦係数」を評価した。結果を下記表3に示す。 Next, the "texture" and the "coefficient of static friction" were evaluated as follows. The results are shown in Table 3 below.

(質感)
得られた構造体を、医師によるカテーテル挿入評価に供し、カテーテル(商品名:MV−MS175A、テルモ株式会社製)の挿入の質感を、下記評価基準に基づいて、「質感」を評価した。
−評価基準−
○:実際の血管と極めて近い質感である
×:実際の血管とは程遠い質感である
(Texture)
The obtained structure was subjected to catheter insertion evaluation by a doctor, and the texture of insertion of a catheter (trade name: MV-MS175A, manufactured by Terumo Corporation) was evaluated as "texture" based on the following evaluation criteria.
-Evaluation criteria-
○: The texture is very close to the actual blood vessel ×: The texture is far from the actual blood vessel

(静摩擦係数)
得られた構造体を中空管の中央部において長手方向に切断し、中空管内壁の静摩擦係数を測定した。測定方法としては、表面性測定器(装置名:TYPE:38、新東科学株式会社製)によるボールオンプレート法を用いて、プローブを血管相当部に落とし、点接触にて静摩擦係数を測定した。
(Coefficient of static friction)
The obtained structure was cut in the longitudinal direction at the center of the hollow tube, and the coefficient of static friction of the inner wall of the hollow tube was measured. As a measuring method, a ball-on-plate method using a surface measuring device (device name: TYPE: 38, manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.) was used, the probe was dropped on the blood vessel equivalent part, and the coefficient of static friction was measured by point contact. ..

Figure 0006969080
Figure 0006969080

前記表3に示すように、実施例1〜4のハイドロゲル構造体は、静摩擦係数を0.1以下の範囲にすることができることが分かった。
比較例1〜4は、静摩擦係数が高く、かつ柔軟性が低いため、生体の質感を再現した血管モデルとはならず、カテーテル治療練習モデルとしては適当ではないことが分かった。
As shown in Table 3, it was found that the hydrogel structures of Examples 1 to 4 can have a coefficient of static friction in the range of 0.1 or less.
Since Comparative Examples 1 to 4 have a high coefficient of static friction and low flexibility, they cannot be a blood vessel model that reproduces the texture of a living body, and are not suitable as a catheter treatment practice model.

(実施例5)
実施例1と同様にして得たハイドロゲル構造体をガラス製の容器に内蔵した。カテーテル挿入に際する質感は変わらず、取扱性が向上した。
(Example 5)
The hydrogel structure obtained in the same manner as in Example 1 was built in a glass container. The texture when inserting the catheter did not change, and the handleability was improved.

(実施例6)
実施例1と同様にして得たハイドロゲル構造体をポリカーボネート樹脂製の容器に内蔵した。カテーテル挿入に際する質感は変わらず、取扱性が向上した。
(Example 6)
The hydrogel structure obtained in the same manner as in Example 1 was built in a container made of polycarbonate resin. The texture when inserting the catheter did not change, and the handleability was improved.

(実施例8)
実施例1と同様にして得たハイドロゲル構造体に、シリコーンオイル(商品名:KF96L、信越化学工業株式会社製)を別途ポンプにて還流させながらカテーテルを挿入した。カテーテル挿入に際する質感は向上した。
(Example 8)
A catheter was inserted into the hydrogel structure obtained in the same manner as in Example 1 while refluxing silicone oil (trade name: KF96L, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) separately with a pump. The texture when inserting the catheter has improved.

本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 水及びポリマーを含み、
中空管形状を有し、
前記中空管形状の少なくとも一部の内壁の静摩擦係数が0.1以下であることを特徴とするハイドロゲル構造体である。
<2> 可視光領域における透過率が80%以上である前記<1>に記載のハイドロゲル構造体である。
<3> 前記少なくとも一部における、最大内径の10点平均値が1.0mm以下である前記<1>から<2>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体である。
<4> 鉱物をさらに含み、
前記ポリマーと前記鉱物とが複合化して形成された三次元網目構造中に、前記水が包含されているハイドロゲルを含む前記<1>から<3>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体である。
<5> 水溶性有機溶媒をさらに含有する前記<1>から<4>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体である。
<6> 前記水溶性有機溶媒が、多価アルコールである前記<5>に記載のハイドロゲル構造体である。
<7> 前記<1>から<6>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体からなることを特徴とする血管モデルである。
<8> 前記<1>から<6>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体からなり、その外形が臓器形状を模した形状であることを特徴とする臓器モデルである。
<9> 前記<7>に記載の血管モデル、及び前記<8>に記載の臓器モデルの少なくともいずれかと、
カテーテル及び内視鏡の少なくともいずれかと、を有することを特徴とする手技練習具である。
<10> 中空管形状を有するハイドロゲル構造体の製造方法であって、
芯部形成材料を用いて柱状芯部を形成すると共に、前記柱状芯部を、ハイドロゲル形成材料を用いて被覆して管状部を形成し、前記柱状芯部を除去した後、管内壁のさらなる摩擦低減化を行うことを特徴とするハイドロゲル構造体の製造方法である。
<11> 前記中空管形状の少なくとも一部の内壁の静摩擦係数が0.1以下である前記<10>に記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<12> 前記柱状芯部、及び前記管状部の形成を積層造形法により行う前記<10>から<11>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<13> 前記芯部形成材料、及び前記ハイドロゲル形成材料が共に活性エネルギー線硬化型組成物である前記<10>から<12>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<14> 前記柱状芯部が熱により液状化することで除去される前記<10>から<13>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<15> 前記柱状芯部の除去の際、前記管状部に対し不溶性の溶剤を用いる前記<10>から<13>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<16> 少なくとも一部における、最大内径の10点平均値が、1mm以下である前記<10>から<15>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<17> 少なくとも一部における、最大内径の10点平均値が、0.5mm以下である前記<10>から<16>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<18> 少なくとも一部における、最大内径の10点平均値が、0.3mm以下である前記<10>から<17>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<19> 前記中空管の可視光領域における透過率が、85%以上である前記<10>から<18>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
<20> 前記中空管の可視光領域における透過率が、90%以上である前記<10>から<19>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法である。
Examples of aspects of the present invention are as follows.
<1> Contains water and polymer
Has a hollow tube shape,
It is a hydrogel structure characterized in that the coefficient of static friction of at least a part of the inner wall of the hollow tube shape is 0.1 or less.
<2> The hydrogel structure according to <1>, wherein the transmittance in the visible light region is 80% or more.
<3> The hydrogel structure according to any one of <1> to <2>, wherein the 10-point average value of the maximum inner diameter in at least a part thereof is 1.0 mm or less.
<4> Contains more minerals
The hydrogel structure according to any one of <1> to <3>, which comprises a hydrogel containing water in a three-dimensional network structure formed by complexing the polymer and the mineral. be.
<5> The hydrogel structure according to any one of <1> to <4>, which further contains a water-soluble organic solvent.
<6> The hydrogel structure according to <5>, wherein the water-soluble organic solvent is a polyhydric alcohol.
<7> A blood vessel model characterized by comprising the hydrogel structure according to any one of <1> to <6>.
<8> An organ model comprising the hydrogel structure according to any one of <1> to <6>, wherein the outer shape thereof imitates the shape of an organ.
<9> At least one of the blood vessel model described in <7> and the organ model described in <8>.
A procedure training tool characterized by having at least one of a catheter and an endoscope.
<10> A method for manufacturing a hydrogel structure having a hollow tube shape.
A columnar core is formed using the core forming material, and the columnar core is coated with the hydrogel forming material to form a tubular portion. After removing the column core, further the inner wall of the pipe is further formed. It is a method for manufacturing a hydrogel structure characterized by reducing friction.
<11> The method for producing a hydrogel structure according to <10>, wherein the coefficient of static friction of at least a part of the inner walls of the hollow tube shape is 0.1 or less.
<12> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <11>, wherein the columnar core portion and the tubular portion are formed by a layered manufacturing method.
<13> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <12>, wherein both the core forming material and the hydrogel forming material are active energy ray-curable compositions.
<14> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <13>, wherein the columnar core portion is removed by liquefaction by heat.
<15> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <13>, wherein an insoluble solvent is used for the tubular portion when the columnar core portion is removed.
<16> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <15>, wherein the 10-point average value of the maximum inner diameter is 1 mm or less in at least a part thereof.
<17> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <16>, wherein the 10-point average value of the maximum inner diameter in at least a part thereof is 0.5 mm or less.
<18> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <17>, wherein the 10-point average value of the maximum inner diameter is 0.3 mm or less in at least a part thereof.
<19> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <18>, wherein the hollow tube has a transmittance of 85% or more in the visible light region.
<20> The method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <19>, wherein the transmittance of the hollow tube in the visible light region is 90% or more.

前記<1>から<6>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体、前記<7>に記載の血管モデル、前記<8>に記載の臓器モデル、前記<9>に記載の手技練習具、及び前記<10>から<20>のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。 The hydrogel structure according to any one of <1> to <6>, the blood vessel model according to <7>, the organ model according to <8>, and the procedure practice tool according to <9>. According to the method for producing a hydrogel structure according to any one of <10> to <20>, the conventional problems can be solved and the object of the present invention can be achieved.

10 立体造形装置
11、12 ヘッドユニット
13 UV照射機
14 造形物支持基板
15 ステージ
16 平滑化部材
17 造形体
18 支持体(サポート材)
10 Three-dimensional modeling device 11, 12 Head unit 13 UV irradiator 14 Model support substrate 15 Stage 16 Smoothing member 17 Model 18 Support (support material)

特開2015−69054号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-69054 特開2015−219371号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-219371 特開2012−189909号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-189909 特開2009−273508号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-273508

Claims (14)

と、アクリロイルモルホリンを重合させることにより得られるポリマーを含み、
中空管形状を有し、
前記中空管形状の少なくとも一部の内壁の静摩擦係数が0.1以下であることを特徴とするハイドロゲル構造体。
Wherein water and a polymer obtained by polymerizing the acryloyl morpholine,
Has a hollow tube shape,
A hydrogel structure characterized in that the coefficient of static friction of at least a part of the inner wall of the hollow tube shape is 0.1 or less.
可視光領域における透過率が80%以上である請求項1に記載のハイドロゲル構造体。 The hydrogel structure according to claim 1, wherein the transmittance in the visible light region is 80% or more. 前記中空管形状が、少なくとも一部における、最大内径の10点平均値が1mm以下である請求項1から2のいずれかに記載のハイドロゲル構造体。 The hydrogel structure according to any one of claims 1 to 2, wherein the hollow tube shape has a 10-point average value of the maximum inner diameter of 1 mm or less in at least a part of the hollow tube shape. 鉱物をさらに含み、
前記ポリマーと前記鉱物とが複合化して形成された三次元網目構造中に、前記水が包含されているハイドロゲルを含む請求項1から3のいずれかに記載のハイドロゲル構造体。
Contains more minerals
The hydrogel structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrogel containing the water is contained in a three-dimensional network structure formed by complexing the polymer and the mineral.
水溶性有機溶媒をさらに含有する請求項1から4のいずれかに記載のハイドロゲル構造体。 The hydrogel structure according to any one of claims 1 to 4, further containing a water-soluble organic solvent. 請求項1から5のいずれかに記載のハイドロゲル構造体からなることを特徴とする血管モデル。 A blood vessel model comprising the hydrogel structure according to any one of claims 1 to 5. 請求項1から5のいずれかに記載のハイドロゲル構造体からなり、その外形が臓器形状を模した形状であることを特徴とする臓器モデル。 An organ model comprising the hydrogel structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the outer shape thereof imitates the shape of an organ. 請求項6に記載の血管モデル、及び請求項7に記載の臓器モデルの少なくともいずれかと、
カテーテル及び内視鏡の少なくともいずれかと、を有することを特徴とする手技練習具。
At least one of the blood vessel model according to claim 6 and the organ model according to claim 7.
A procedure practice tool characterized by having at least one of a catheter and an endoscope.
中空管形状を有するハイドロゲル構造体の製造方法であって、
芯部形成材料を用いて柱状芯部を形成すると共に、前記柱状芯部を、アクリロイルモルホリンを含むハイドロゲル形成材料を用いて被覆して管状部を形成し、前記柱状芯部を除去した後、管内壁のさらなる摩擦低減化を行うことを特徴とするハイドロゲル構造体の製造方法。
A method for manufacturing a hydrogel structure having a hollow tube shape.
A columnar core portion is formed using the core portion forming material, and the columnar core portion is coated with a hydrogel forming material containing acryloyl morpholine to form a tubular portion, and after the columnar core portion is removed, the columnar core portion is removed. A method for manufacturing a hydrogel structure, which comprises further reducing friction on the inner wall of a pipe.
前記中空管形状の少なくとも一部の内壁の静摩擦係数が0.1以下である請求項9に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The method for producing a hydrogel structure according to claim 9, wherein the coefficient of static friction of at least a part of the inner walls of the hollow tube shape is 0.1 or less. 前記柱状芯部、及び前記管状部の形成を積層造形法により行う請求項9から10のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The method for producing a hydrogel structure according to any one of claims 9 to 10, wherein the columnar core portion and the tubular portion are formed by a layered manufacturing method. 前記芯部形成材料、及び前記ハイドロゲル形成材料が共に活性エネルギー線硬化型組成物である請求項9から11のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The method for producing a hydrogel structure according to any one of claims 9 to 11, wherein both the core forming material and the hydrogel forming material are active energy ray-curable compositions. 前記柱状芯部が熱により液状化することで除去される請求項9から12のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The method for producing a hydrogel structure according to any one of claims 9 to 12, wherein the columnar core portion is removed by liquefaction by heat. 前記柱状芯部の除去の際、前記管状部に対し不溶性の溶剤を用いる請求項9から12のいずれかに記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The method for producing a hydrogel structure according to any one of claims 9 to 12, wherein an insoluble solvent is used for the tubular portion when the columnar core portion is removed.
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