CN101031793A

CN101031793A - 细胞电生理测量装置及其制造方法

Info

Publication number: CN101031793A
Application number: CNA2006800008897A
Authority: CN
Inventors: 中谷将也; 吉田卓史; 小岛正敏
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2026-05-31
Also published as: JPWO2006132116A1; US8318477B2; EP1767929A4; CN101031793B; JP4748212B2; EP1767929B1; JP4254862B2; EP1767929A1; JP2009103705A; WO2006132116A1; US20090047731A1

Abstract

本发明的细胞电生理测量装置(1)包括薄板(7)和壳体(6)，薄板包括第一面(3a)和第二面，且形成有在第一面(3a)侧开口的凹部(8)和在第二面侧开口的贯通孔(9)，壳体(6)与第二面侧的薄板(7)的薄板外周部(4b)接触，进而，薄板(7)具有第一面(3a)侧由第一材料层(3)构成，且第二面侧由第二材料层(4)构成的至少两层的层叠结构，壳体(6)由第三材料层(5)构成。通过具有这样的结构，薄板(7)不易发生破裂等的损伤，可得到生产率优异的细胞电生理测量装置(1)。

Description

细胞电生理测量装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及细胞电生理测量装置及其制造方法。该细胞电生理测量装置用于测量在细胞活动时的细胞内外的电位，或测量由细胞活动产生的物理化学变化，例如在检测由化学物质造成的细胞作出的反应的药物筛选等中使用。

背景技术

作为现有技术的测量由细胞的电生理活动而产生的电生理现象，如细胞的内外的电位(称作细胞电位)的方法，有以下的方法。

作为现有技术的细胞电生理测量装置，通过具有细胞保持装置的基板及设于保持装置的电极测量细胞电位的方法为人所知。该细胞电位生理测量装置通过细胞保持装置捕捉细胞，由被捕捉的细胞而将区域分割。在被分割的两个区域之间产生电位差。通过测量产生的电位差，可以观察细胞电位的变化。这样的细胞电生理测量装置，公开于例如国际公开02/055653号国际公布文本中。

图19是现有技术的细胞电生理测量装置的剖面图。细胞电生理测量装置130(以下称作装置130)在井120的内部注入有测量液121A。细胞122被设置于基板123的细胞保持装置131(以下称作保持装置131)捕捉而被保持。保持装置131由形成于基板123的凹部124、开口部125、和通过开口部125与凹部124连接的贯通孔126构成。

这样构成的装置130由细胞122被分割为两个区域，形成测量液121A和测量液121B。另外，测量液121A中设置有参考电极127，测量液121B中设置有测量电极128。测量电极128通过配线将贯通孔122的内部的测量液121B的电位输出。

利用装置130测量细胞内外的电位时，细胞122从贯通孔126侧被吸引泵(未图示)吸引。由此，紧密接触于凹部124的开口部而被保持。由此，细胞122活动时产生的电信号由测量电极128检测。

发明内容

本发明的目的在于：为了高精度地测量细胞电生理现象，在利用非常薄的基板的细胞电生理测量装置中，提供基板的破损少的细胞电生理测量装置。

本发明的细胞电生理测量装置包括薄板和壳体，薄板包括第一面和第二面，且形成有在第一面侧开口的凹部和在第二面侧开口的贯通孔，壳体与第二面侧的薄板的薄板外周部接触，进而，薄板具有第一面侧由第一材料层构成，且第二面侧由第二材料层构成的至少两层的层叠结构，壳体由第三材料层构成。通过具有这样的结构，薄板不易发生破裂等的损伤，可得到生产率优异的细胞电生理测量装置。

另外，本发明的细胞电生理测量装置的制造方法，其是用于测量细胞的电生理活动的细胞电生理测量装置的制造方法，所述细胞电生理测量装置包括：包括第一面和第二面的薄板；在薄板的所述第一面侧开口的凹部；在薄板的所述第二面侧开口的贯通孔；以及与薄板的所述第二面侧接触的壳体，所述细胞电生理测量装置的制造方法包括：

基板准备步骤，其准备由第一材料层、第二材料层以及第三材料层层叠构成的基板；

第一抗蚀剂膜形成步骤，其在基板的第一材料层侧形成具有第一抗蚀剂膜开口部的第一蚀刻抗蚀剂膜；

凹部形成步骤，其从第一抗蚀剂膜开口部导入第一蚀刻气体，在第一材料层的内部形成所述凹部；

第一贯通孔形成步骤，其从第一抗蚀剂膜开口部导入第二蚀刻气体和第三蚀刻气体，在第一材料层的内部形成第一孔；

第一抗蚀剂膜除去步骤，其除去第一蚀刻抗蚀剂膜；

第二贯通孔形成步骤，其导入第四蚀刻气体，在第二材料层的内部形成第二孔；

第二抗蚀剂膜形成步骤，其在基板的第三材料层侧形成具有第二抗蚀剂膜开口部的第二蚀刻抗蚀剂膜；以及

壳体形成步骤，其从第二抗蚀剂膜开口部导入第二蚀刻气体和第三蚀刻气体形成壳体。通过该方法，薄板不易发生破裂等的损伤，可以得到生产率优异的细胞电生理测量装置。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的细胞电生理测量装置的立体图。

图2是图1所示的细胞电生理测量装置的剖面图。

图3是图1所示的细胞电生理测量装置的主要部分放大剖面图。

图4是利用图1所示的细胞电生理测量装置的细胞电位测量装置的模式剖面图。

图5是图4所示的细胞电位测量装置的主要部分放大剖面图。

图6是利用图1所示的细胞电生理测量装置的其他形态的细胞电位测量装置的模式剖面图。

图7A是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7B是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7C是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7D是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7E是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7F是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7G是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7H是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7I是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7J是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图7K是用于说明图1所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图8A是用于说明本发明第一实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图8B是用于说明本发明第一实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图8C是用于说明本发明第一实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图9A是用于说明本发明第一实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图9B是用于说明本发明第一实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图9C是用于说明本发明第一实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图10是本发明第二实施方式的细胞电生理测量装置的主要部分放大剖面图。

图11A是用于说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图11B是用于说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图11C是用于说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图11D是用于说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图11E是用于说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图11F是用于说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图11G是用于说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图11H是用于说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图12A是用于说明本发明第二实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图12B是用于说明本发明第二实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图12C是用于说明本发明第二实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

图13是本发明第三实施方式的细胞电生理测量装置的主要部分放大剖面图。

图14是本发明第三实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的主要部分放大剖面图。

图15是本发明第三实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的主要部分放大剖面图。

图16是本发明第四实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的主要部分放大平面图。

图17是本发明第四实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的主要部分放大平面图。

图18是本发明第四实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的主要部分放大平面图。

图19是现有技术的细胞电生理测量装置的模式剖面图。

标号说明

1，1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g，1h，1j，1k，1m，1n，1p 细胞电生理测量装置

2 基板

3 第一材料层

3a 第一面

3b 上部外周端部

4 第二材料层

4a 第二面

4b 薄板外周部

5 第三材料层

6 壳体

6a 壳体外周部

6b 内壁

6c 外周端部

6d 内壁端部

6e 下部端部

6f 上部端部

7 薄板

8 凹部

8a 第一开口部

8b 底部

9 贯通孔

9a 第一孔

9b 第二孔

9c 第二开口部

9d 第三开口部

9e 内壁

9f 保护膜

9g，9h 端部

9j 保护层

10 容器

10a 容器上部

10b 容器下部

11 分隔部

12 孔

13 参考电极

14 测量电极

15a，15b 测量液

16 细胞

17 第一蚀刻抗蚀剂膜

17a 第一抗蚀剂开口部

18 第二蚀刻抗蚀剂膜

18a 第二抗蚀剂开口部

21，21a 细胞电位测量装置

22 突起部

23 凹部

具体实施方式

(第一实施方式)

以下参考附图说明第一实施方式的细胞电生理测量装置及其制造方法。

图1是第一实施方式的细胞电生理测量装置的立体图。图2是图1所示的细胞电生理测量装置的剖面图。另外，图3是图1所示的细胞电生理测量装置的主要部分放大剖面图。另外，图4是细胞电位测量装置的模式剖面图。

图1至图3的特点是：在第一实施方式的细胞电生理测量装置1(以下称为装置1)的结构中，利用至少由两层不同材料层叠成的薄板7。薄板7的第一面3a侧由硅构成的第一材料层3(以下称作层3)构成，薄板7的第二面4a侧由二氧化硅构成的第二材料层4(以下称作层4)构成。进而，在第二面4a侧的外周部即薄板外周部4b(以下称作外周部4b)的周围与由硅构成的第三材料层5(以下称作层5)构成的壳体6接触。还有，第二面4a为平面。

而且，在薄板7的内部，在层3的至少一处形成有在第一面3a侧具有第一开口部8a(以下称作开口部8a)的凹部8。进而，形成有跨越层3和层4的贯通孔9，使第二面4a侧具有第三开口部9d(以下称作开口部9d)，由此贯通连接于凹部8。即，贯通孔9形成于凹部8的下部，以使其具有第二开口部9c(以下称作开口部9c)和开口部9d。

进而，如图2所示，在层3的上部外周端部3b(以下称作端部3b)形成有圆角状部3c。

下面简单说明利用装置1测量细胞活动时产生的电生理活动的方法。图4表示图1所示的细胞电生理测量装置设置于测量装置情况下的测量装置的模式剖面图。

如图4所示，装置1安装于分隔部11的内部。分隔部11设置于由塑料等的绝缘体构成的容器10的内部。分隔部11的内部设置有孔12。装置1不留缝隙地被设置于孔12的内侧，且使层3成为上表面。由此，容器10的内部的空间以分隔部11为界被分割为两个区域。而且，由分隔部11而被分割的容器10的上下的区域内分别储存有测量液15a(以下称作液15a)和测量液15b(以下称作液15b)。进而，在容器10的容器上部10a(以下称作上部10a)中，由银或氯化银电极等构成的参考电极13(以下称作电极13)被设置于液15a中。在容器10的容器下部10b(以下称作下部10b)中，由银或氯化银电极等构成的测量电极14(以下称作电极14)被设置于液15b中。还有，电极13和电极14可以相互替换。由此构成细胞电位测量装置21(以下称作装置21)。

下面，在准备好装置21的状态下，从上部10a侧将作为测量对象的细胞16投入容器10。细胞16被投入容器10后，利用吸泵(未图示)等以使与上部10a相比下部10b成为低压，从而在分隔部11的上下之间产生规定的压力差。由此，如图5所示，细胞16被吸附保持于开口部9c。而且，如果维持该压力差，则可以完全确保细胞16相对于开口部9c密接性，液15a和液15b之间产生电阻值。进而，如果对细胞16施加药品等的化学物质等的刺激，则细胞16显示出生理电反应。这样，可观察到电极13和电极14之间的例如电压、电流等的电反应或电学变化等。

还有，在利用装置21的测量的测量方法的说明中，说明了利用层3设置于上表面侧的装置1的测量的例子。但是，如图6所示，利用层3设置于下表面侧的装置1的测量也是可行的。还有，在层3设置于装置1的下表面侧的情况下，变为细胞16紧密接触开口部9d。细胞16紧密接触于形成于第二面4a的孔即开口部9d，这用于在测量上方便的情况等。选择那种方法进行测量，优选根据细胞16的性质适当决定。

另外，优选根据细胞16的种类，适当变更形成于第一实施方式的装置1的凹部8和贯通孔9的直径及长度的设计。而且，优选凹部8的直径为10-50μm，更优选为30-40μm。另外，优选贯通孔9的直径为1-5μm，更优选为1-3μm。进而，优选贯通孔9的长度为1-10μm，更优选为1-5μm。另外，层3和层4的厚度应根据凹部8和贯通孔9的形状而变更。但是，考虑到装置1的机械强度，优选层3的厚度比层4的厚度厚。而且，优选层3的厚度为5-30μm，层4的厚度为0.5-3μm。

在贯通孔和凹部设置于仅由硅构成的基板的情况下，细胞电生理测量装置的机械强度低，细胞电生理测量装置容易损坏。而且，细胞电生理测量装置的制造过程中容易发生细胞电生理测量装置的损坏。另外，在细胞吸引时，伴随由吸泵等造成的吸引压力的施加，容易产生细胞电生理测量装置的损坏。

但是，在装置1中，薄板7具有由硅等构成的层3和由二氧化硅等构成的层4的两层以上的层叠结构。由此可实现具有强机械强度的细胞电生理测量装置的结构。进而，可在不降低加工性的情况下，提高成品率。因此，可得到容易实现机械强度和生产率两方面的装置1。

另外，由于是层3的厚度比层4的厚度厚的结构，由此，凹部8的形状可设计为任意的形状。这样，通过吸引等的方式容易保持细胞16，能够发挥可将凹部8设计为任意形状等的效果。

进而，贯通孔9形成为跨越层3和层4。由此，即使在形成于凹部8的底部8b的，贯通孔9周围的厚度的最薄的位置也可维持层叠结构。这样，保证了装置1的强度，实现了不易损坏的装置1。

另外，如图1或图2所示，薄板7的外周部4b的大小构成为：比壳体6的外周部即壳体外周部6a(以下称作外周部6a)小。通过这样的结构，在比壳体6机械强度低的薄板7中，薄板7的一部分不会露出于壳体6的外侧。由此，外周部4b的缺损不良减少。

另外，在端部3b形成有圆角状部3c。由此，成为薄板7的端部3b不易发生缺损等的损伤的结构。由此，在装置1的制造过程中容易发生的，由装置1的缺损等造成的垃圾或异物的发生可被最大限度地降低。可有效防止这些异物的发生。

而且，层3利用硅形成，层4利用二氧化硅形成。由此，薄板7和壳体6的结构可被高精度加工。进而实现生产率高的装置1的制造方法。

下面，参考附图说明装置1的制造方法。

图7A至图7K是用于说明第一实施方式的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。

首先，如图7A所示，在基板准备步骤中，准备基板2，基板2具有由硅构成的第一材料层3、由二氧化硅构成的第二材料层4、以及由硅构成的第三材料层5层叠构成的层叠结构。基板2通常称作SOI(silicon oninsulator)基板，容易得到。SOI基板的制作方法是：在对单晶硅基板的表面进行热氧化处理后，与其他的单晶硅基板接合后研磨至规定的厚度。或者进行热氧化处理后，通过以CVD等的方法将多晶硅或非晶硅成膜至规定的厚度等的方法制造SOI基板。在基板准备步骤中可利用通过任意制造方法制造的SOI基板。

下面，如图7B所示，在第一抗蚀剂膜形成步骤中，在层3的第一面3a侧的表面形成第一蚀刻抗蚀剂膜17(以下称作膜17)。膜17具有第一抗蚀剂开口部17a(以下称作开口部17a)等的规定的图案。

下面，如图7C所示，在凹部形成步骤中，通过将第一蚀刻气体从开口部17a导入的蚀刻方法，在层3形成凹部8。作为蚀刻方法，在利用等离子的干蚀刻的情况下，SF₆和CF₄等可作为有效的第一蚀刻气体。而且，更优选作为第一蚀刻气体，例如，通过利用XeF₂则可无需利用等离子分解气体而进行蚀刻。由此，即使层3的硅部分被蚀刻，膜17也几乎不被蚀刻。因此，可有效形成凹部8。

下面，如图7D所示，在第一贯通孔形成步骤中，将第二蚀刻气体和第三蚀刻气体从开口部17a导入。由此，在凹部8的底部8b通过蚀刻方法形成到达层4的第一孔9a(以下称作孔9a)。作为蚀刻方法，在利用ICP等离子的干蚀刻的情况下，优选在第二蚀刻气体中利用例如SF₆和CF₄，在第三蚀刻气体中，利用例如C₄F₈和CHF₃。由此，在导入第二蚀刻气体时硅被蚀刻，在第三蚀刻气体导入时，如图7E所示，在被蚀刻的孔9a的内壁9e上形成保护膜9f。这样，通过第二和第三蚀刻气体的组合的最佳化，可使由蚀刻造成的加工现象只在开口部17a的正下方发生。由此，孔9a相对膜3保持基本垂直的形状而被蚀刻加工。

还有，在第一贯通孔形成步骤中，如图7F所示，薄板7的端部3b形成于膜17的端部17b的内侧。由此，在其后的步骤中，壳体6形成于层5部分时，容易实现薄板7的外周部4b不会从壳体6的外周部6a露出的结构。

下面，如图7G所示，在第一抗蚀剂膜除去步骤中，膜17被除去。

之后，如图7H所示，在第二贯通孔形成步骤中，通过从层3侧导入第四蚀刻气体的蚀刻方法，以与形成于层3的孔9a连续的方式，使第二孔9b(以下称作孔9b)形成于层4。蚀刻方法优选在第四蚀刻气体中利用例如CF₄和Ar等的等离子蚀刻。由此，第四蚀刻气体不太会对硅的层3进行蚀刻，而只对层4的二氧化硅部分进行蚀刻。由此，与形成于层3的孔9a大致形状相同的孔9b形成于层4。通过以上的步骤，通过孔9a和与孔9a连续形成的孔9b而构成贯通孔9。另外，为了加工孔9b，孔9a作为掩膜(mask)发挥作用。

下面，如图7I所示，在第二抗蚀剂膜形成步骤中，在层5的第三面5a侧的表面上形成第二蚀刻抗蚀剂膜18(以下称作膜18)。膜18具有第二抗蚀剂开口部18a(以下称作开口部18a)等的规定的图案。

下面，如图7J所示，在壳体形成步骤中，从开口部18a导入第二蚀刻气体和第三蚀刻气体。由此，构成层5的硅部分被蚀刻直到层4为止，从而形成壳体6。此时的蚀刻方法可以利用与前述的在第一贯通孔形成步骤中形成孔9a几乎相同的方法。由此，通过对层5的蚀刻的加工只在开口部18a的正下方进行。由此，形成具有具有大致垂直形状的内壁6b的壳体6。

下面，如图7K所示，在第二抗蚀剂膜除去步骤中，膜18被除去。

通过这样的结构，由晶片(wafer)状的一张基板2可以一次性地大量制造多个细胞电生理测量装置1。因此，上述的制造方法是非常有效的方法。而且，一个装置1的大小可以极度缩小。由此提供了从一张基板2可制造更多的装置1的制造方法。

还有，在图7J所示的壳体形成步骤之前，也可进行第一圆角形状形成步骤。如图8A所示，第一圆角形状形成步骤是，将第一蚀刻气体从开口部18a导入从而对层5的表面进行适度蚀刻的步骤。作为第一蚀刻气体，例如，将XeF₂从开口部18a导入。

之后，如图8B所示，在壳体形成步骤中，将第二蚀刻气体和第三蚀刻气体从开口部18a导入进行蚀刻。

进而，在第二抗蚀剂膜除去步骤中，膜18被除去。而且，如图8C所示，在壳体6的外周端部6c和内壁端部6d上形成适度的圆角形状。由外周端部6c和内壁端部6d构成具有适度的圆角形状的下部端部6e。通过该结构，不易在壳体6的下部端部6e发生缺损等的损伤。由此，可制造由于缺损造成的垃圾或异物的发生可进一步减少的细胞电生理测量装置1a。

另外，也可在如图7H所示的第二的贯通孔形成步骤之后追加第二圆角形状形成步骤。如图9A所示，第二圆角形状形成步骤为：导入第一蚀刻气体，在层5的外周部6a的上部端部6f形成适度的圆角形状。作为第一蚀刻气体，例如可导入XeF₂。之后，如上所述依次进行第二抗蚀剂膜形成步骤、壳体形成步骤以及第二抗蚀剂膜除去步骤。这样，如图9B所示，在壳体6的上部端部6f形成圆角形状，可制造不易发生缺损等的损伤的细胞电生理测量装置1b。还有，在第二圆角形状形成步骤中，伴随上部端部6f的蚀刻，层4的端部4c也许会略有突出。但是，端部4c与壳体6的角部6g分离，所以不会发生容易损伤等的问题。

进而，可追加进行第一圆角形状形成步骤和第二圆角形状形成步骤。如图如9C所示，通过追加第一圆角形状形成步骤和第二圆角形状形成步骤，可制造上部端部6f和下部端部6e不易发生缺损等的损伤的细胞电生理测量装置1c。由此，可制造由于缺损造成的垃圾和异物的发生可进一步减少的细胞电生理测量装置1c。

(第二实施方式)

以下，参考附图说明第二实施方式的细胞电生理测量装置及其制造方法。

图10是第二实施方式的细胞电生理测量装置的剖面图。另外，图11A至图11H是说明图10所示的细胞电生理测量装置的制造方法的剖面图。第二实施方式的细胞电生理测量装置1d(以下称作装置1d)与第一实施方式所示的装置1的不同点在于：如图10所示，凹部8形成于第一材料层3，贯通孔9形成于第二材料层4。即，贯通孔9只由形成于层4的第二孔9b形成。通过这样的结构，贯通孔9的长度极度变短，薄板7变薄。进而，在细胞16具有较大形状的情况下，或者在细胞16具有平的形状等的情况下，可进一步提高细胞16和薄板7的密接性。

另外，装置1d的使用方法可以利用与在第一实施方式中说明的方法相同的方法。因此，省略使用方法的说明。

下面，参考图11A至图11H说明第二实施方式的细胞电生理测量装置1d的制造方法。

首先，如图11A所示，在基板准备步骤中，准备由硅构成的第一材料层3、由二氧化硅构成的第二材料层4以及由硅构成的第三材料层5层叠构成的具有层叠结构的基板2。基板2，通常被称作SOI(silicon oninsulator)基板，易于得到。

下面，如图11B所示，在第一抗蚀剂膜形成步骤中，在层3的第一面3a侧的表面形成第一蚀刻抗蚀剂膜17。膜17具有第一抗蚀剂开口部17a等的规定的图案。

下面，如图11C所示，在凹部形成步骤中，通过从开口部17a导入第一蚀刻气体的蚀刻方法，在层3形成凹部8。作为该蚀刻方法，在利用等离子的干蚀刻的情况下，与第一实施方式相同，作为第一蚀刻气体，通过利用XeF₂气体可有效形成凹部8。

另外，在第二实施方式的装置1d的制造方法中，与第一实施方式的不同点在于：在凹部形成步骤中，由第一蚀刻气体进行的凹部8的蚀刻，进行到层4的表面为止。由此，可形成具有足够大小的凹部8。进而，形成具有平面的凹部8的底部8b。即，层4的上表面4d露出成为底部8b。这样，在细胞16具有平的表面形状的情况下，细胞16与平坦的底部8b紧密接触，细胞16和薄板7的密接性更可有效保证。由此，可提高对较大细胞16的测量精度。

下面，如图11D所示，在第二贯通孔形成步骤中，通过从开口部17a导入第四蚀刻气体的蚀刻方法，在层4形成孔9b。该蚀刻方法优选作为第四蚀刻气体利用例如Ar和CF₄等的等离子蚀刻。由此，第四蚀刻气体不太蚀刻硅构成的层3，而只对层4的二氧化硅部分进行蚀刻。由此，以开口部17a为掩膜(mask)，孔9b形成于开口部17a的正下方。还有，在装置1d中，由孔9b构成贯通孔9。

另外，此时要求膜17对通过第四蚀刻气体的等离子蚀刻具有耐蚀性。因此，铝或氮化硅等是适合膜17的材质。

下面，如图11E所示，在第一抗蚀剂膜除去步骤中，膜17被除去。

下面，如图11F所示，在第二抗蚀剂膜形成步骤中，与第一实施方式相同，层5的第三面5a侧的表面上形成第二蚀刻抗蚀剂膜18。还有，膜18具有第二抗蚀剂开口部18a等的规定的图案。

下面，如图11G所示，在壳体形成步骤中，从开口部18a导入第二蚀刻气体和第三蚀刻气体。由此，与第一实施方式相同，层5被蚀刻直到层4为止，形成壳体6。

下面，如图11H所示，在第二抗蚀剂膜除去步骤中，膜18被除去。这样，制造第二实施方式的细胞电生理测量装置1d。

还有，在图11G所示的壳体形成步骤之前，与第一实施方式相同，也可进行第一圆角形状形成步骤。第一圆角形状形成步骤是，从开口部18a导入第一蚀刻气体而对层5的表面进行适度蚀刻的步骤。例如XeF₂作为第一蚀刻气体从开口部18a导入。这样，如图12A所示，可制造在壳体6的外周端部6c和内壁端部6d形成适度的圆角形状的细胞电生理测量装置1e。

进而，在图11D所示的第二贯通孔形成步骤后，也可追加进行第二圆角形状形成步骤。第二圆角形状形成步骤导入第一蚀刻气体，在层5的外周部6a的上部端部6f形成适度的圆角形状。作为第一蚀刻气体，例如可导入XeF₂。通过追加第二圆角形状形成步骤，如图12B所示，可制造在壳体6的外周部6a的上部端部6f形成适度的圆角形状的细胞电生理测量装置1f。如上所述，细胞电生理测量装置1f在壳体6的上部端部6f不易发生缺损等损伤。还有，在第二圆角形状形成步骤中，伴随上部端部6f的蚀刻，层4的端部4c也许会略有突出。但是，因为端部4c和壳体6的角部6g分离，不会出现容易损伤等的问题。

进而，可追加进行第一圆角形状形成步骤和第二圆角形状形成步骤。通过追加第一圆角形状形成步骤和第二圆角形状形成步骤，如图12C所示，可制造上部端部6f和下部端部6e不易发生缺损等损伤的细胞电生理测量装置1g。由此，可得到由缺损引起的垃圾和异物的发生可进一步减少的细胞电生理测量装置1g。

(第三实施方式)

以下，参考附图说明第三实施方式的细胞电生理测量装置及其制造方法。

图13是第三实施方式的细胞电生理测量装置的主要部分放大剖面图。另外，图14是第三实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的主要部分放大剖面图。

第三实施方式的细胞电生理测量装置的构成与第一实施方式中记载的装置1的不同点在于：贯通孔9的开口部9c的端部9g的形状和开口部9d的端部9h的形状。

如图13所示，端部9g和端部9h在各自的开口部9c和9d的整个圆周形成为圆角形状。细胞电生理测量装置1h通过具有如此构成，以图4至图6说明的细胞电位测量装置21和21a进行细胞16的测量时，可防止对细胞16造成损伤。即，在细胞16从容器10的下部10b侧被吸引保持的情况下，与细胞16接触的端部9g具有圆角形状，所以不会造成对细胞16的表面膜的不经意的损伤。由此，可实现细胞16确实被保持的细胞电生理测量装置1h。

另外，如图14所示，端部9g和端部9h在各自的开口部9c和9d的整个圆周上的角部被切削，构成为具有向开口部9c和9d的外侧成锥形扩展的锥形形状。细胞电生理测量装置1j通过具有这样的结构，与装置1h相同，以图4至图6进行说明的，在构成细胞电位测量装置21和21a并测量细胞16时，可防止对细胞16的损伤。即，在细胞16从容器10的下部10b侧被吸引保持的情况下，由于与细胞16接触的端部9g具有锥形形状，所以不会发生对细胞16的表面膜的不经意的损伤。由此，可实现细胞16确实被保持的细胞电生理测量装置1j。

就用于得到如此形状的细胞电生理测量装置1h和1j的制造方法而言，在第一实施方式或第二实施方式中说明的细胞电生理测量装置的制造方法中加入作为第一平整化步骤的研磨步骤是有效的。即，通过上述的制造方法加工的基板2被浸泡在包含研磨砂的水溶液中并被施加超声波振动。

例如，随着接近层5，贯通孔9的内径变小，在形成具有尖头形状的贯通孔9的情况下，贯通孔9的开口部9d侧的端部成为锐角。相对具有锐角的端部的开口部9d，使细胞16从层5侧接触的情况下，贯通孔9的锐角的端部容易造成细胞16的细胞膜破损。

与此相比，通过在细胞电生理测量装置的制造方法中加入第一平整化步骤，如图13所示，可制造端部9g和9h具有圆角形状的装置1h。另外，同样地，如图14所示，可制造端部9g和9h具有锥形形状的装置1j。基板2被浸泡于包含研磨砂的水溶液中，并被施加超音波振勤，由此溶液中的研磨砂与贯通孔9的端部接触，锐角的部分被研磨。另外，第一平整化步骤不限于贯通孔9的端部，基板2的其他表面部分也被平整化，变平整。所以通过将平整化端部9g和9h的表面的第一平整化步骤追加到壳体形成步骤之后等，易于获得可在不损伤细胞16的情况下测量细胞16的装置1h和1j。

另外，同样地，也可通过利用使用激光的第二平整化步骤制造细胞电生理测量装置1h和1j。在第二平整化步骤中，从层3侧或从层5侧对贯通孔9照射激光，贯通孔9的内壁9e或端部9g和9h被熔化。作为制造装置1h和1j的方法，熔化内壁9e或端部9g和9h是有效的。在第二平整化步骤中，通过激光照射层3或层4，层3或层4发热。由该发热熔化构成层3或层4的材料。在此，构成层3的材料例如是硅，构成层4的材料例如是二氧化硅。这样，通过层3或层4熔化，贯通孔9的端部9g和9h由锐角形状变化为具有圆角形状或锥形形状。这样，使端部9g和9h的表面平整的第二平整化步骤被追加到壳体形成步骤之后等，易于得到不损伤细胞16的测量细胞16的装置1h和1j。另外，在激光从层3侧照射的情况下，孔9a侧的内壁9e和端部9g可有效地被熔化。另外，在激光从层5侧照射的情况下，孔9b侧的内壁9e和端部9h被有效熔化。

另外，同样地，也可以通过利用使用等离子蚀刻的第三平整化步骤，制造细胞电生理测量装置1h和1j。在第三平整化步骤中，从层3侧或从层5侧对贯通孔9进行利用等离子的蚀刻，贯通孔9的内壁9e或端部9g和9h被蚀刻。另外，不限于内壁9e或端部9g和9h，基板2的其他的表面部分被平整化从而变平整。在第三平整化步骤中，作为蚀刻气体适合利用例如Ar。在利用Ar气体的等离子蚀刻的情况下，具有Ar等离子集中于贯通孔9的开口部9c和9d的端部的效果。由此，容易形成具有圆角形状的端部9g和9h。另外，通过选择等离子蚀刻的条件，容易形成具有在开口部9c和9d的整个圆周上向层5的外方扩展的锥形形状的端部9g和9h。这样，通过将使端部9g和9h的表面平整的第三平整化步骤追加于壳体形成步骤后等，易于获得可在不损伤细胞16的情况下测量细胞16的装置1h和1j。

进而，同样地，也可利用使用化学蚀刻的第四平整化步骤，制造细胞电生理测量装置1h和1j。在第四平整化步骤中，基板2被浸泡在蚀刻水溶液中，在规定的时间内可进行有效的化学蚀刻。在层4利用二氧化硅的情况下，蚀刻水溶液可利用氢氟酸、氟化氢铵、铵水溶液、氢氧化钠溶液，氢氧化钾溶液，氢氧化锂溶液等。由此，贯通孔9的开口部9c和9d的端部从锐角的状态被加工为具有圆角形状的端部9g和9h。进而，在第四平整化步骤中，具有层4的第二面4a被加工为平滑平面形状的效果。另外，不仅限于内壁9e或端部9g和9h、第二面4a，基板2的其他表面部分也被平整化，从而变平整。这样，通过将使端部9g和9h的表面平整的第四平整化步骤追加到壳体形成步骤之后等，易于获得可在不损伤细胞16的情况下测量细胞16的装置1h和1j。

进而，也可通过利用在贯通孔9的表面形成保护层的保护层形成步骤，制造图15所示的细胞电生理测量装置1k。在保护层形成步骤中，从层3侧或从层5侧形成由电绝缘材料构成的保护层9j。保护层9j是例如二氧化硅、二氧化钛等的金属氧化物通过CVD、溅射法等的方法形成的。这样，端部9g和9h的表面被平整化。这样，通过将保护层形成步骤追加于壳体形成步骤之后等，易于获得可在不损伤细胞16的情况下测量细胞16的装置1k。

还有，组合第一、第二、第三、第四平整化步骤、保护层形成步骤等方法而复合化，可进一步加工平整的表面。这样，易于获得可在不损伤细胞16的情况下测量细胞16的细胞电生理测量装置。

(第四实施方式)

以下，参考附图说明第四实施方式的细胞电生理测量装置及其制造方法。

图16是第四实施方式的细胞电生理测量装置的主要部分放大平面图。另外，图17和图18是表示第四实施方式的其他形态的细胞电生理测量装置的主要部分放大平面图。

如图16所示，第四实施方式的细胞电生理测量装置1m(以下称作装置1m)是，壳体6的内壁6b具有包含不少于三个的多条直线的三角形以上的多角形形状的结构。通过这样的结构，薄板7成为更不易破裂的结构，装置1m的强度得到提高。由此，在制造装置1m的情况下，生产率得到提高。进而，测量细胞16时，可提高相对于为吸附细胞16而施加的吸引压力的耐久性。这样，可得到具有破损少的薄板7的装置1m。

进而，作为其他形态，如图17所示，细胞电生理测量装置1n(以下称作装置1n)，具有壳体6的内壁6b包含不少于一个的向内突出的突起部22的形状。通过这样的结构，薄板7成为不易破裂的结构，装置1n的强度得到提高。由此，可得到具有与图16所示的装置1m相同的作用和效果的装置1n。

进而，作为其他的形态，如图18所示，细胞电生理测量装置1p(以下称作装置1p)，具有壳体6的内壁6b具有不少于一个的锐角的凹部23的星形形状。通过这样的结构，向内壁6b内导入测量液15a和15b时，测量液15a和15b产生的气泡(未图示)容易沿星形形状的凹部23先端流出。由此，气泡不易残留于内壁6b的内部。进而，测量液15a和15b易于进入内壁6b的内部。这样，在细胞16的测量中，可实现测量精度高的测量。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的细胞电生理测量装置及其制造方法实现了强度优异的小型细胞电生理测量装置，所以可用于检测由化学物质造成的细胞产生的反应的药品筛选等的用途。

Claims

1.一种细胞电生理测量装置，该装置包括：

薄板，其包括第一面和第二面，且形成有在所述第一面侧开口的凹部和在所述第二面侧开口的贯通孔；以及

壳体，其与所述第二面侧的所述薄板的薄板外周部接触，其中，

所述薄板具有所述第一面侧由第一材料层构成，且所述第二面侧由第二材料层构成的至少两层的层叠结构，

所述壳体由第三材料层构成。

2.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述贯通孔形成为跨越所述第一材料层和所述第二材料层。

3.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述薄板的薄板外周部的尺寸比所述壳体的壳体外周部小。

4.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述贯通孔只形成于由所述第二材料层形成的部分。

5.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述第一材料层的厚度比所述第二材料层的厚度厚。

6.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述贯通孔的开口部的端部在所述开口部的整个圆周具有圆角形状。

7.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述贯通孔的开口部的端部在所述开口部的整个圆周具有扩展成锥形的锥形形状。

8.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述壳体具有内壁，

所述内壁的截面形状是包括至少三条以上的多条直线的多角形形状。

9.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述壳体具有内壁，

所述内壁设有至少一个以上的突起部。

10.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述壳体具有内壁，

所述内壁是具有一个以上的锐角的凹部的星形形状。

11.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述第一材料层和所述第三材料层利用硅形成，

所述第二材料层利用二氧化硅形成。

12.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述第一材料层的外周部的上部外周端部具有圆角形状。

13.如权利要求1所述的细胞电生理测量装置，其中，

所述壳体具有内壁和外壁，

所述内壁的内壁端部和所述外壁的外周端部具有圆角形状。

14.一种细胞电生理测量装置的制造方法，其是用于测量细胞的电生理活动的细胞电生理测量装置的制造方法，所述细胞电生理测量装置包括：

包括第一面和第二面的薄板；

在所述薄板的所述第一面侧开口的凹部；

在所述薄板的所述第二面侧开口的贯通孔；以及

与所述薄板的所述第二面侧接触的壳体，

所述细胞电生理测量装置的制造方法包括：

第一抗蚀剂膜形成步骤，其在第一材料层、第二材料层以及第三材料层层叠构成的基板的所述第一材料层侧，形成具有第一抗蚀剂膜开口部的第一蚀刻抗蚀剂膜；

凹部形成步骤，其从所述第一抗蚀剂膜开口部导入第一蚀刻气体，在所述第一材料层的内部形成所述凹部；

第一贯通孔形成步骤，其从所述第一抗蚀剂膜开口部导入第二蚀刻气体和第三蚀刻气体，在所述第一材料层的内部形成第一孔；

第一抗蚀剂膜除去步骤，其除去所述第一蚀刻抗蚀剂膜；

第二贯通孔形成步骤，其导入第四蚀刻气体，在所述第二材料层的内部形成第二孔；

第二抗蚀剂膜形成步骤，其在所述基板的所述第三材料层侧，形成具有第二抗蚀剂膜开口部的第二蚀刻抗蚀剂膜；以及

壳体形成步骤，其从所述第二抗蚀剂膜开口部导入所述第二蚀刻气体和所述第三蚀刻气体形成所述壳体。

15.如权利要求14所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第一平整化步骤，其通过将所述基板浸泡于包含研磨砂的水溶液中并施加超声波振动使所述基板的表面平整。

16.如权利要求14所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第二平整化步骤，其至少从所述第一材料层侧或所述第三材料层侧的任意一侧照射激光，至少熔化形成于所述第一材料层的所述第一孔的内壁或形成于所述第二材料层的所述第二孔的内壁任意一个，由此至少使所述第一孔的所述内壁的表面或所述第二孔的所述内壁的表面的任意一个平整。

17.如权利要求14所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第三平整化步骤，其通过从所述第三材料层侧导入氩气体的等离子蚀刻使所述基板的表面平整。

18.如权利要求14所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第四平整化步骤，其通过化学蚀刻使所述基板的表面平整。

19.如权利要求14所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

保护层形成步骤，其至少从所述第一材料层侧或所述第三材料层侧的任意一侧在所述贯通孔的表面形成由电绝缘材料构成的保护层。

20.一种细胞电生理测量装置的制造方法，其是用于测量细胞的电生理活动的细胞电生理测量装置的制造方法，所述细胞电生理活动测量装置包括：

包括第一面和第二面的薄板；

在所述薄板的所述第一面侧开口的凹部；

在所述薄板的所述第二面侧开口的贯通孔；以及

与所述薄板的所述第二面侧接触的壳体，

所述细胞电生理测量装置的制造方法包括：

第一抗蚀剂膜形成步骤，其在第一材料层、第二材料层以及第三材料层层叠构成的基板的所述第一材料层侧的面上，形成具有第一抗蚀剂膜开口部的第一蚀刻抗蚀剂膜；

第二贯通孔形成步骤，其从所述第一抗蚀剂膜开口部导入第四蚀刻气体，在所述第二材料层的内部形成第二孔；

第二抗蚀剂膜形成步骤，其在所述基板的所述第三材料层侧的面上形成具有第二抗蚀剂膜开口部的第二蚀刻抗蚀剂膜；以及

壳体形成步骤，其从所述第二抗蚀剂膜开口部导入第二蚀刻气体和第三蚀刻气体形成所述壳体。

21.如权利要求20所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第一平整化步骤，其通过将所述基板浸泡于包含研磨砂的水溶液中并施加超声波振动，使所述基板的表面平整。

22.如权利要求20所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第二平整化步骤，其通过从所述第三材料层侧照射激光使形成于所述第二材料层的所述第二孔的内壁熔化，使所述第二孔的所述内壁的表面平整。

23.如权利要求20所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第三平整化步骤，其通过至少从所述第一材料层侧或所述第三材料层侧的任意一侧导入氩气体的等离子蚀刻，使所述基板的表面平整。

24.如权利要求20所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第四平整化步骤，其通过化学蚀刻使所述基板的表面平整。

25.如权利要求20所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

保护层形成步骤，其从所述第三材料层侧在所述贯通孔的表面形成由电绝缘材料构成的保护层。

26.如权利要求20所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第一圆角形状形成步骤，其在所述壳体形成步骤之前，其通过从所述第二抗蚀剂膜开口部导入所述第一蚀刻气体的干蚀刻，在所述壳体的下部的内壁端部和所述壳体的外周端部分别形成圆角形状。

27.如权利要求20所述的细胞电生理测量装置的制造方法，其还包括

第二圆角形状形成步骤，其在所述第二贯通孔形成步骤之后，其通过导入所述第一蚀刻气体的干蚀刻，在所述壳体的外周的上部端部形成圆角形状。