JP2004180594A

JP2004180594A - 細胞培養装置

Info

Publication number: JP2004180594A
Application number: JP2002352148A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakanishi; 博昭中西; Yukio Oikawa; 幸夫老川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】粉塵や細菌によるコンタミネーションを防ぐ。
【解決手段】ベースプレート２の片面には、細胞培養用チャンバー４が下方の位置に形成され、細胞培養用チャンバー４とは反対側にある１つの端面に開口をもつ位置に形成された入口６、出口８と細胞培養用チャンバー４との間を接続するように導入流路１０、排出流路１２が蛇行した形状に形成されている。ベースプレート２の流路１０，１２等が形成された面にはカバープレート１４が接合されて、内部に細胞培養用チャンバー４及び流路１０，１２をもつチップ型細胞培養装置が形成されている。導入流路１０、排出流路１２が蛇行することにより下方に凸状態に湾曲した湾曲部を備え、入口６や出口８から侵入した粉塵や細菌はその湾曲部の下部に捕捉される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、μＴＡＳ（ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍｓ）やＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）を初めとする生化学や医学の分野において、細胞を取り扱う際に有効な細胞培養装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
創薬や食品、作物開発や遺伝子工学等の分野においては、幅広く、細胞を扱う研究が行われている。従来、細胞はシャーレなどに入れられた培養地等により培養され、様々な実験に用いられている。細胞の機能解明を行う場合には、多くの薬品や導入物質による反応を調べる必要がある。したがって、特定の反応を効率よく、一度に多種類、しかも少量の試料で結果が得られる方法が望まれている。
【０００３】
近年、分析化学の分野ではμＴＡＳ（ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍｓ）の研究が盛んになりつつあり、細胞培養装置としてマイクロチップを用いて分析の高速化、省サンプル化、省溶媒化を図ることが期待されている。マイクロチップ上の微小空間中の反応では、従来の化学操作を用いた反応よりも反応効率を向上できる可能性も示されている。
【０００４】
そのようなマイクロチップの細胞培養装置として、基体内部に直径が１〜２ｍｍの細胞培養用チャンバーを有し、基体表面に設けられた入口、出口との間を直線状で高さが５０μｍ程度のマイクロ流路で接続し、そのマイクロ流路を介して細胞培養用チャンバーに細胞培溶液を注入したり細胞培養用チャンバーから細胞培溶液を排出したりするようにしたものが使用されている。
【０００５】
また、免疫分析装置でもそのようなマイクロチップを用いたものが提案されている。そのマイクロチップは、基体内部に吸着材を保持して抗原−抗体反応を起こさせるようにし、基体表面に設けられた入口、出口との間を上記と同様の直線状のマイクロ流路で接続し、そのマイクロ流路を介して吸着材にバッファ液を注入したり吸着材からバッファ液を排出したりするようになっている（非特許文献１参照。）。
【０００６】
【非特許文献１】
ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍ２０００，ｐｐ．５１３−５１５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマイクロチップの細胞培養装置では、基体表面の入口、出口付近では空気と接触することに伴い、粉塵や細菌によるコンタミネーションの虞があった。
本発明は、粉塵や細菌によるコンタミネーションを防ぐことのできる細胞培養装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の細胞培養装置は、基体内部に形成され細胞を捕捉することのできる細胞培養用チャンバーと、前記基体表面に設けられた細胞培溶液の入口及び出口と、前記入口と前記細胞培養用チャンバーとの間を接続する細胞培溶液導入流路と、前記出口と前記細胞培養用チャンバーとの間を接続する細胞培溶液排出流路とを備え、前記導入流路と排出流路は、それぞれ少なくとも１箇所において下方に凸状態に湾曲した湾曲部を備えている。
【０００９】
【作用】
このように、導入流路と排出流路が下方に凸状態に湾曲した湾曲部を備えていることにより、細胞培溶液の入口や出口で空気と接触することにより侵入した粉塵や細菌は、導入流路や排出流路の湾曲部の下部に沈下することにより捕捉され、粉塵や細菌によるコンタミネーションを防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
導入流路と排出流路に湾曲部を形成する１つの方法は、導入流路と排出流路を垂直面内において蛇行させることである。
また、その湾曲部は導入流路と排出流路にそれぞれ２個以上備えていることが好ましい。これにより、粉塵や細菌によるコンタミネーションを防ぐ効果をより高めることができる。
【００１１】
細胞培養用チャンバーの内面には細胞の付着力を高める化学修飾が施されていることが好ましい。これにより、細胞培養用チャンバーに細胞を捕捉しやするなる。そのような化学修飾としては、従来から培養容器に施されていた方法を利用することができ、例えば、コラーゲンコート、ポリ−Ｌ−リジンコート、ゼラチンコートなどである。
基体には細胞培養に適した温度に維持するために、温度調節機構が設けられていることが好ましい。
【００１２】
従来の細胞培養装置は、基体表面の入口、出口と細胞培養用チャンバーとの間の流路は直線状で短いため、培養液がすぐに蒸発枯渇してしまい細胞培養に影響を与え、うまく培養できないという問題があった。しかし、本発明の細胞培養装置は導入流路と排出流路が湾曲部を備えているため、流路が長くなることにより、培養液が蒸発枯渇するのを防ぐことができる。
【００１３】
また、流路が長くなる結果、粉塵や細菌によるコンタミネーションを防ぐ効果がより高まるとともに、温度調節機構を設けた場合には培養液の温度がより安定する。
本発明が対象にしている細胞培養装置は、基体に細胞培養用チャンバーと流路が形成されているものを指しており、大きさに関しては特に制約はない。
【００１４】
基体の材質としては、合成石英基板やパイレックス（ＣｏｒｎｉｎｇＧｌａｓｓＷｏｒｋｓ社（米国）の登録商標）ガラス基板などのガラス基板を初め、シリコン基板、耐対薬品性のあるプラスチックなどを用いることができる。
【００１５】
そのような基板に入口、出口、流路及び細胞培養用チャンバーを形成するには、半導体製造技術を基盤とするマイクロマシニング技術を用いることができる。入口、出口、流路及び細胞培養用チャンバーを全て同じ深さに形成することもできるし、入口、出口及び細胞培養用チャンバーを流路よりも深く形成することもできる。
本発明の細胞培養装置は、例えば２枚の基板を接合して形成することができる。その場合、接合する２枚の基板の接合面の一方又は両方に流路等を形成する。
【００１６】
図１は一実施例の細胞培養装置を概略的に示したものである。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は分解斜視図である。
２は合成石英基板からなるベースプレートであり、その片面には、細胞を捕捉することができるように、矩形凹部からなる細胞培養用チャンバー４が図示の状態で下方の位置に形成されている。ベースプレート２の同じ面には、細胞培養用チャンバー４が形成されている位置とは反対側にある１つの端面に開口をもつ位置に細胞培溶液の入口６及び出口８が矩形状に形成されている。１０は入口６と細胞培養用チャンバー４との間を接続する細胞培溶液導入流路、１２は出口８と細胞培養用チャンバー４との間を接続する細胞培溶液排出流路であり、蛇行した流路として形成されている。
【００１７】
寸法の一例を示すと、細胞培養用チャンバー４は幅及び長さが１ｍｍ程度、入口６及び出口８は細胞培養用チャンバー４と同程度又はそれよりも大きく、流路１０，１２の幅は細胞培養用チャンバー４より小さく、例えば数１００μｍ以下である。流路１０，１２の長さは、それぞれ約１０ｍｍである。
【００１８】
深さは、細胞培養用チャンバー４、入口６、出口８及び流路１０，１２で同じであってもよく、細胞培養用チャンバー４、入口６及び出口８を流路１０，１２よりも深くしてもよい。流路１０，１２の深さは数１００μｍ程度又はそれよりも小さめである。細胞培養用チャンバー４、入口６及び出口８の深さは、細胞培養用チャンバー４での細胞の捕捉や、入口６、出口８での細胞培溶液の処理の面からは深い方が好都合である。
【００１９】
ベースプレート２の流路１０，１２等が形成された面にはガラス製カバープレート１４の平坦面が向かい合わせて密着させられ液密に接合されて、内部に細胞培養用チャンバー４及び流路１０，１２をもつチップ型細胞培養装置が形成されている。
ベースプレート２とカバープレート１４の間の接合は、後の製造方法で説明するように、例えばフッ酸溶液による接合などの手段を用いることができる。
【００２０】
この細胞培養装置で細胞培養用チャンバー４及び流路１０，１２を挟んで両面に温度調節用ヒーター板１６，１８がそれぞれ密着して配置されている。２０，２２はそのヒーター板１６，１８それぞれのリード線であり、電源に接続されている。
【００２１】
この細胞培養装置は、入口６及び出口８が上になり、上向きの開口となるように、図１（Ａ）の状態に載置されて使用される。入口６及び出口８は上方になるほど広くなるようなテーパー形状に形成されているのが好ましく、その場合には細胞培養の注入や排出の処理が容易になる。しかし、入口６及び出口８の形状はそのようなテーパー形状に限らず、図示のような垂直な壁面をもつ穴であってもよい。
【００２２】
このような構成の細胞培養装置において、図示のように入口６及び出口８が上を向くように載置し、入口６から細胞を含んだ溶液を流し込むと、溶液は流路１０に沿って流れ、細胞が下方の細胞培養用チャンバー４に送られる。細胞培養用チャンバー４は蛇行した流路１０，１２の下方の位置に配置されているために、細胞は細胞培養用チャンバー４にトラップされる。細胞培養用チャンバー４の両端には垂直に立ち上がった流路１０，１２が接続されているため、細胞は細胞培養用チャンバー４の底に沈んで捕捉される。細胞培養を促進するために、温度調節用ヒーター板１６，１８によりこの細胞培養装置全体を、例えば３７℃に維持しておく。
【００２３】
この実施例の細胞培養装置で、例えば流路１０，１２は長さが約１０ｍｍであり、それぞれ上下で２回ずつ蛇行するように形成され、下方に凸状態に湾曲した湾曲部１０ａ，１２ａを２つずつ備えている。その結果、入口６や出口８で空気と接触することにより侵入した粉塵や細菌は、湾曲部１０ａ，１２ａの下部に沈下することにより捕捉され、粉塵や細菌によるコンタミネーションを防ぐことができる。
【００２４】
細胞培養用チャンバー４における細胞の接着が不十分な場合には、ベースプレート２とカバープレート１４を接合する前に、化学薬品を用いて細胞培養用チャンバー４内面の改質を行なうことにより、接着を促進することができる。
【００２５】
次に、この実施例の製造方法を以下に簡単に説明する。
合成石英基板に流路を形成する場合を例にして説明するが、他の材質の基板に流路を形成する場合もエッチングの条件を変更するだけで同様に実施することができる。
【００２６】
合成石英製のベースプレート２に入口６、出口８、流路１０，１２及び細胞培養用チャンバー４を形成するには、洗浄したベースプレート２用の合成石英基板（直径３インチ、厚さ１ｍｍ）の一表面に、薄膜形成装置（例えばスパッタ成膜装置）にてエッチング保護膜、例えばシリコン（Ｓｉ）薄膜を厚さが例えば２０００Å程度に形成し、その上にそのエッチング保護膜をパターニングするためのフォトレジスト層を形成する。
【００２７】
次に、アライメントマーク、入口６、出口８、流路１０，１２及び細胞培養用チャンバー４のパターンをもつフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、続いて現像してフォトレジストをパターニングする。フォトレジストの露光は、一般に半導体装置の製造に用いられているアライナを用いて行なうことができる。
【００２８】
次に、フォトレジストのパターンをマスクとしてエッチング保護膜をパターニングする。エッチング保護膜がシリコンであれば、ＳＦ_６ガス中での高周波プラズマを用いたドライエッチングなどを用いることができる。
【００２９】
次に、バターニングされたエッチング保護膜及びフォトレジストをマスクとして、合成石英基板をエッチングして入口６、出口８、流路１０，１２及び細胞培養用チャンバー４を形成する。合成石英基板のエッチングにはウエットエッチングを用いることができ、例えばフッ酸水溶液（ＢＨＦ）をエッチング液として３７℃で１２７分間反応させて流路１０，１２等を形成することができる。
その後、フォトレジストを除去し、エッチング保護膜をエッチング除去する。
【００３０】
この製造方法では、入口６、出口８、流路１０，１２及び細胞培養用チャンバー４が同じ深さに形成されるが、深さを異ならせる場合には、それぞれを異なるマスクを使用して異なる工程により形成すればよい。
【００３１】
このようにして入口６、出口８、流路１０，１２及び細胞培養用チャンバー４が形成された合成石英基板に対し、その流路１０，１２等が形成された面に同じ平面形状のカバープレート用ガラス板を重ね合わせて接合する。接合方法の一例として、例えば１％のフッ酸水溶液を合成石英基板とガラス板の接合界面に介在させ、必要に応じて１ＭＰａ程度の荷重を印加しつつ、室温で２４時間程度放置する方法を挙げることができる。
【００３２】
接合後、ダイサーにより細胞培養装置のチップ形状にダイシングした状態を示したのが図２である。（Ａ）はベースプレート２に形成された入口６、出口８、流路１０，１２及び細胞培養用チャンバー４のパターンを示す平面図であり、（Ｂ）はその接合された状態でのＸ−Ｘ’線位置での断面図である。
その後、このチップの両面に温度調節用ヒーター板を取り付ける。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の細胞培養装置によれば、細胞培養液の入口、出口と細胞培養用チャンバーとの間を接続する細胞培溶液の導入流路と排出流路が下方に凸状態に湾曲した湾曲部を備えているので、入口や出口で空気と接触することにより侵入した粉塵や細菌は、導入流路や排出流路の湾曲部の下部に沈下することにより捕捉され、粉塵や細菌によるコンタミネーションを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の細胞培養装置を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は分解斜視図である。
【図２】同実施例の製作途中の状態を示す図であり、（Ａ）はベースプレートに形成された流路等のパターンを示す平面図、（Ｂ）はその接合された状態でのＸ−Ｘ’線位置での断面図である。
【符号の説明】
２ベースプレート
４細胞培養用チャンバー
６入口
８出口
１０細胞培溶液導入流路
１２細胞培溶液排出流路
１４カバープレート
１６，１８温度調節用ヒーター板

Claims

基体内部に形成され細胞を捕捉することのできる細胞培養用チャンバーと、前記基体表面に設けられた細胞培溶液の入口及び出口と、前記入口と前記細胞培養用チャンバーとの間を接続する細胞培溶液導入流路と、前記出口と前記細胞培養用チャンバーとの間を接続する細胞培溶液排出流路とを備え、前記導入流路と排出流路は、それぞれ少なくとも１箇所において下方に凸状態に湾曲した湾曲部を備えていることを特徴とする細胞培養装置。
前記導入流路と排出流路は、それぞれ垂直面内において蛇行することにより前記湾曲部を形成している請求項１に記載の細胞培養装置。
前記導入流路と排出流路は、それぞれ前記湾曲部を２個以上備えている請求項１又は２に記載の細胞培養装置。
前記細胞培養用チャンバーの内面には細胞の付着力を高める化学修飾が施されている請求項１から３のいずれかに記載の細胞培養装置。
前記基体には温度調節機構が設けられている請求項１から４のいずれかに記載の細胞培養装置。