JP2006081491A - 細胞配列装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで装置設計の自由度が高い細胞配列装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 円盤状の基板１０には、細胞固定のためのチャンバー１２が同心円状に配列されている。チャンバー１２は、基板１０に形成された開口部１６と、基板１０に貼り付けられた薄膜１８により構成されている。薄膜１８には、細胞１４を吸引して固定するための小孔２０が形成されている。以上の構成により、基板１０をその中心軸まわりに回転させ、半径方向に可動なセンサーで観察・計測を行うことにより、基板１０上の任意のアドレスにある細胞を、任意の時間に渡って観察・計測を行うことが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、細胞のハイスループットスクリーニング、細胞の選別等に使用される細胞配列装置及びその製造方法に関する。

多種類の薬剤に対する細胞応答を一括して測定するいわゆる細胞のハイスループットスクリーニングにおいては、多数の細胞を基板上のあらかじめ定められた位置に固定しておくことが必要となる。また、多種類の細胞を基板上のあらかじめ定められた位置に固定しておけば、その各々の形状・光学的性質・物理的性質・薬剤応答・抗体の結合などを計測して、望みの細胞のみを取り出すセルソーティングが可能になる。これらの目的のためには、細胞を基板上に整然と配列する技術が必要となる。

このため、例えば下記特許文献１には、シリコン基板の異方性エッチングにより形成したマイクロチャンバに細胞を固定する技術が開示されている。
特開平４−１５２８８５号公報

しかし、上記従来の技術においては、高価なシリコンのエッチングに依存しているため、生産コストが高くなるという問題があった。また、異方性エッチングは結晶面に依存するため、細胞を固定するマイクロチャンバの位置の設計の自由度が限られており、且つ結晶面の角度も限定されているため、マイクロチャンバの形状も限定される。このため、装置設計の自由度が低いという問題もあった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、低コストで装置設計の自由度が高い細胞配列装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、細胞配列装置であって、周期的な開口部を有する平板状の基板と、前記基板の表面に貼り付けられ、前記開口部に対応する位置に小孔が形成された薄膜と、を備えることを特徴とする。

ここで、上記薄膜は液状ポリマーを原料とする有機薄膜であるのが好適である。また、上記液状ポリマーは光硬化性を有するのが好適である。

また、上記薄膜の厚さは、１マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下であるのが好適であり、上記薄膜に形成された小孔は、直径が１マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下であるのが好適である。

また、上記薄膜の表面には細胞接着性材料がコーティングされているのが好適である。

また、上記基板は円盤状であり、前記開口部が同心円状またはスパイラル状に形成されているのが好適である。

さらに、本発明の細胞配列装置は、前記薄膜上に固定された細胞を解放する手段を有することが好適である。

また、本発明は、上記細胞配列装置を使用した細胞分析装置であることを特徴とする。

また、本発明は、細胞配列装置の製造方法であって、剥離層上に薄膜を形成し、前記薄膜上に、周期的な開口部を有する平板状の基板を載せ、前記薄膜を前記基板面に接着し、前記剥離層を前記薄膜から剥離し、前記薄膜の前記開口部に対応する位置に小孔を形成することを特徴とする。

また、本発明は、細胞配列装置の製造方法であって、剥離層上に薄膜を形成し、前記薄膜に小孔を形成し、前記薄膜上に、周期的な開口部を有する平板状の基板を前記小孔が前記開口部に対応する位置に配置されるように載せ、前記薄膜を前記基板面に接着し、前記剥離層を前記薄膜から剥離することを特徴とする。

ここで、上記小孔はパルスレーザまたはフォトリソグラフィ法により形成するのが好適である。また、上記薄膜は、液状ポリマーをスピンコートまたはスプレーコートすることにより形成するのが好適である。

本発明によれば、周期的な開口部を有する平板状の基板と開口部に対応する位置に小孔が形成された薄膜とをそれぞれ別の材料で形成できるので、基板材料として安価で開口部の位置及び形状の設計が容易な材料を選ぶことができ、また異方性エッチングも不要とできるので、低コストで装置設計の自由度が高い細胞配列装置及びその製造方法を実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、本発明に係る細胞配列装置の構成例が示される。

図１（ａ）は平面図であり、平板状の基板１０には、細胞固定のためのチャンバー１２が配列されている。本実施形態においては、基板１０は円盤状であり、チャンバー１２が同心円状に形成されている。このような構成により、基板１０をその中心軸まわりに回転させ、半径方向に可動なセンサーで観察・計測を行うことにより、基板１０上の任意のアドレスにある細胞を、任意の時間に亘って観察・計測を行うことが可能になる。計測としては、蛍光や光散乱などの光学的計測のみならず、薬剤応答の時間変化を見る・画像認識による判断を行うなどの複雑で時間のかかる計測も可能である。本実施形態では、チャンバー１２を同心円状に配列したが、スパイラル状に配列しても上記同様の計測の実施が可能である。

なお、このような円盤状の基板１０上に同心円状またはスパイラル状のチャンバー１２を配列することは、結晶面に依存する異方性エッチングでは実現が困難である。

図１（ｂ）には、チャンバー１２の一つの拡大図が示され、図１（ｃ）には、図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図が示される。

図１（ｂ）において、基板１０に形成されたチャンバー１２には、複数の細胞１４が吸引固定されている。この吸引固定される細胞１４の数は適宜決定でき、１つのチャンバー１２につき１個または複数個とすることができる。

図１（ｃ）において、チャンバー１２は、基板１０に形成された開口部１６と、基板１０に貼り付けられた薄膜１８により構成されている。薄膜１８には、細胞１４を吸引して固定するための小孔２０が形成されている。小孔２０が形成される位置は、上記開口部１６に対応する位置すなわち基板１０に薄膜１８が貼り付けられた際に開口部１６が形成された領域の範囲内となる位置である。また、１つのチャンバー１２における小孔２０の数は、チャンバー１２内に吸引固定する細胞１４の数により決定される。このように、１つのチャンバー１２につき固定される細胞１４の数、すなわちチャンバー１個あたりの小孔の数は、１個であっても多数であってもよいが、１つのチャンバーあたり多数個の細胞１４を固定すれば、基板１０の単位面積あたりより多くの細胞１４を固定することが可能になる。

図１（ｄ）には、チャンバー１２の他の実施形態が示される。図１（ｄ）において、薄膜１８には、１つのチャンバー１２につき１個の小孔２０が形成されており、細胞は１つのチャンバー１２につき１個吸引固定される。

以上に述べた細胞配列装置では、細胞懸濁液を基板１０の上側に供給し、下側から小孔２０を介して吸引することにより、小孔１個あたり細胞１個を吸着することができる。その後、基板１０の上側に残った細胞懸濁液を洗い流せば全ての小孔２０に１個づつ配列された細胞１４が得られる。このとき、小孔２０の周囲の薄膜１８の表面に細胞接着性材料をコーティングしておけば、吸着した細胞１４を固定でき、吸引圧力を取り去った後でも細胞１４の配列を維持することができる。細胞接着性材料としては、たとえば細胞膜修飾剤ＢＡＭ(Biocompatible Anchor for Membrane；日本油脂株式会社製)が例示される。

基板１０は、細胞配列装置に機械的強度を持たせる機能と、細胞を入れるためのチャンバー１２を形成する機能の２つの機能を持ち、その厚さとしてはたとえば３００マイクロメートルから１ミリメートルが好適に例示される。

基板１０の材料としては、例えば任意の熱可塑性樹脂を使用できるが、必ずしもこれに限定されず、簡易且つ低コストで基板１０を作製できるように材料を選択すればよい。

また、薄膜１８は、液状ポリマーを原料とするのが薄膜化の容易性の点から好適である。特に、基板１０への接着工程の容易性の点から、硬化のタイミングを制御しやすい光硬化性樹脂が好適であり、例えばメタクリレート系樹脂、エポキシ系樹脂等を使用できる。

薄膜１８の厚さは、１マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下とするのが好適である。これは、薄膜１８に小孔２０を形成する場合に、小孔２０の直径とほぼ同じ厚さとすれば小孔２０の形成が容易となるが、薄膜１８に形成される小孔２０は、吸引固定する細胞１４の大きさに応じて直径を１マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下とする必要があるからである。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、本発明に係る細胞配列装置の製作手順の一例が示される。図２（ａ）において、ガラス等で形成された薄膜製作用基板２２の上に剥離層２４を形成し、剥離層２４の上に感光性（光硬化性）ポリマーからなる薄膜１８を形成する。薄膜１８は、原料である液状の光硬化性ポリマーを、例えばスピンコートまたはスプレーコートすることにより形成できる。

次に、図２（ｂ）において、上記薄膜１８の上に、別途製作した、開口部１６が形成された基板１０を貼り合わせる。薄膜１８は、薄膜製作用基板２２の上に剥離層２４を介して形成されているので、皺等が生じにくく、基板１０に容易に皺なく貼り付けることができる。この貼り付けは、例えば薄膜１８に硬化用の光を照射し、薄膜１８を構成する光硬化性ポリマーを硬化することにより行う。

次に、図２（ｃ）において、基板１０に貼り付けた薄膜１８を剥離層２４から剥離して薄膜製作用基板２２を取り去る。この際、薄膜１８は剥離層２４の上に形成されているので、薄膜製作用基板２２からの剥離を容易に行うことができる。

その後、図２（ｄ）において、パルスレーザ等により薄膜１８に小孔２０の穿孔を行うことにより本発明に係る細胞配列装置を得ることができる。上記小孔２０は、基板１０の開口部１６に対応する位置に穿孔する。

図３には、薄膜１８に小孔２０を穿孔するための穿孔装置の例が示される。図３において、穿孔装置２６は、レーザ光源２８、ミラー３０、集光レンズ３２、位置移動部３４を含んでいる。

レーザ光源２８から出射されたレーザ光は、ミラー３０により薄膜１８の方向に向けられ、集光レンズ３２により集光されて薄膜１８に小孔２０を穿孔する。小孔２０を穿孔する位置は、位置移動部３４により集光レンズ３２から出射する光を図の左右方向及び紙面に垂直な方向に移動させて調整する。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、本発明に係る細胞配列装置の製作手順の他の例が示される。本例では、小孔２０の穿孔が、フォトリソグラフィ法により行われる。

図４（ａ）において、ガラス等で形成された薄膜製作用基板２２の上に剥離層２４を形成し、剥離層２４の上に感光性（光硬化性）ポリマーからなる薄膜１８を形成する。上記薄膜製作用基板２２には、薄膜１８に形成する小孔２０に対応する位置に遮光パターン３６を予め形成しておく。

次に、図４（ｂ）において、薄膜製作用基板２２側から薄膜１８に光を照射し、薄膜１８を構成する光硬化性ポリマーを硬化させる。このとき、上記遮光パターン３６が形成された位置では、薄膜１８に光が照射されず光硬化性ポリマーが硬化しない。そこで、硬化していない光硬化性ポリマーを洗浄等により除去し、小孔２０を形成する。

次に、図４（ｃ）において、上記薄膜１８の上に、別途製作した、開口部１６が形成された基板１０を貼り合わせる。この際、上記小孔２０が開口部１６に対応する位置に配置されるように基板１０を薄膜１８に貼り合わせる。薄膜１８は、薄膜製作用基板２２の上に剥離層２４を介して形成されているので、皺等が生じにくく、基板１０に容易に皺なく貼り付けることができる。基板１０を薄膜１８に貼り合わせるには、例えば接着剤等を使用してもよい。

次に、図４（ｄ）において、基板１０に貼り付けた薄膜１８を剥離層２４から剥離して薄膜製作用基板２２を取り去る。この際、薄膜１８は剥離層２４の上に形成されているので、薄膜製作用基板２２からの剥離を容易に行うことができる。

上記図２または図４のいずれのプロセスにおいても、微細な加工を要求される薄膜１８上への１マイクロメートル〜数十マイクロメートルの大きさの細胞吸着用の小孔２０の加工と、さほど微細な加工を要求さない基板１０の製作が分離されている。最小寸法が数十〜数百マイクロメートルである開口部１６が形成された基板１０は、プラスチックのインジェクションモールド等により、任意の形状のものを安価に大量生産可能である。また、薄膜１８に対する膜厚と同程度の径の小孔２０の穿孔も、レーザあるいはフォトリソグラフィ法のいずれを用いても容易に行える。

図５には、薄膜上に固定された細胞を解放する手段の説明図が示される。図５において、図３に示された装置と同様な装置によりレーザ光を集光レンズ３２から薄膜１８に照射する。レーザ光を照射する位置は、薄膜１８に穿孔された小孔２０の近傍の周囲とする。これにより、薄膜１８を破壊し、基板１０に形成された任意のチャンバー１２の中の細胞１４の取り出しが容易になる。

図６には、本発明に係る細胞配列装置を使用した細胞分析装置の構成例が示される。図６において、細胞分析装置は、レーザ光源３８、ハーフミラー４０、集光レンズ３２、受光部４２、位置移動部３４を含んでいる。

ＬＥＤ等で構成されたレーザ光源３８から出射された光は、ハーフミラー４０によりチャンバー１２が形成された基板１０の方向に向けられ、集光レンズ３２により集光されてチャンバー１２中に固定されている細胞に照射される。光が照射された細胞からは蛍光が発生し、この蛍光が集光レンズ３２及びハーフミラー４０を介して受光部４２に受光される。このようにして受光部４２で受光した蛍光に基づき、所定の分析を行うことができる。

図１（ａ）に示されるように、基盤１０を円盤状とし、チャンバー１２が同心円状に形成されている場合、その回転軸４４のまわりに基板１０を回転させ、位置移動部３４により集光レンズ３２から出射する光を半径方向に移動させて観察を行う。このような構成により、基板１０上の任意のアドレスにある細胞の観察・計測を容易に行うことができる。

本発明に係る細胞配列装置の構成例を示す図である。 本発明に係る細胞配列装置の製作手順の一例を示す図である。 薄膜に小孔を穿孔するための穿孔装置の例を示す図である。 本発明に係る細胞配列装置の製作手順の他の例を示す図である。 薄膜上に固定された細胞を解放する手段の説明図である。 本発明に係る細胞配列装置を使用した細胞分析装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１０ 基板、１２ チャンバー、１４ 細胞、１６ 開口部、１８ 薄膜、２０ 小孔、２２ 薄膜製作用基板、２４ 剥離層、２６ 穿孔装置、２８，３８ レーザ光源、３０ ミラー、３２ 集光レンズ、３４ 位置移動部、３６ 遮光パターン、４０ ハーフミラー、４２ 受光部、４４ 回転軸。

Claims (14)

1. 周期的な開口部を有する平板状の基板と、
   前記基板の表面に貼り付けられ、前記開口部に対応する位置に小孔が形成された薄膜と、
   を備えることを特徴とする細胞配列装置。
2. 請求項１記載の細胞配列装置において、前記薄膜は液状ポリマーを原料とする有機薄膜であることを特徴とする細胞配列装置。
3. 請求項２記載の細胞配列装置において、前記液状ポリマーは光硬化性を有することを特徴とする細胞配列装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項記載の細胞配列装置において、前記薄膜の厚さは、１マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下であることを特徴とする細胞配列装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項記載の細胞配列装置において、前記薄膜に形成された小孔は、直径が１マイクロメートル以上５０マイクロメートル以下であることを特徴とする細胞配列装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項記載の細胞配列装置において、前記薄膜の表面には細胞接着性材料がコーティングされていることを特徴とする細胞配列装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項記載の細胞配列装置において、前記基板は円盤状であり、前記開口部が同心円状またはスパイラル状に形成されていることを特徴とする細胞配列装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項記載の細胞配列装置が、前記薄膜上に固定された細胞を解放する手段を有することを特徴とする細胞配列装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項記載の細胞配列装置を使用した細胞分析装置。
10. 剥離層上に薄膜を形成し、
    前記薄膜上に、周期的な開口部を有する平板状の基板を載せ、前記薄膜を前記基板面に接着し、
    前記剥離層を前記薄膜から剥離し、
    前記薄膜の前記開口部に対応する位置に小孔を形成することを特徴とする細胞配列装置の製造方法。
11. 剥離層上に薄膜を形成し、
    前記薄膜に小孔を形成し、
    前記薄膜上に、周期的な開口部を有する平板状の基板を前記小孔が前記開口部に対応する位置に配置されるように載せ、前記薄膜を前記基板面に接着し、
    前記剥離層を前記薄膜から剥離することを特徴とする細胞配列装置の製造方法。
12. 請求項１０記載の細胞配列装置の製造方法において、前記小孔はパルスレーザにより形成することを特徴とする細胞配列装置の製造方法。
13. 請求項１１記載の細胞配列装置の製造方法において、前記小孔はフォトリソグラフィ法により形成することを特徴とする細胞配列装置の製造方法。
14. 請求項１０から請求項１３のいずれか一項記載の細胞配列装置の製造方法において、前記薄膜は、液状ポリマーをスピンコートまたはスプレーコートすることにより形成することを特徴とする細胞配列装置の製造方法。
    

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