JP2007313173A - 細胞電気生理センサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】細胞電気生理センサの構成部材を効率良く配置する信頼性に優れた細胞電気生理センサとその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】第一の熱可塑性樹脂からなる容器プレート１と、第二の熱可塑性樹脂からなる保持プレート２と、第三の熱可塑性樹脂からなる流路プレート３と、前記保持プレート２の内部に第三の貫通孔７を有する薄板４を当接した細胞電気生理センサであって、特定または複数の波長の光に対して容器プレート１を構成する第一の熱可塑性樹脂、保持プレート２を構成する第二の熱可塑性樹脂、流路プレート３を構成する第三の熱可塑性樹脂の順に吸収率を小さくするように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、細胞の活動によって発生する物理化学的変化を測定するために用いられる細胞内電位あるいは細胞外電位等の細胞電気生理現象を測定するための細胞電気生理センサとその製造方法に関する。

従来、電気生理学におけるパッチクランプ法は、細胞膜に存在するイオンチャンネル機能を測定する方法として知られており、このパッチクランプ法によってイオンチャンネルの様々な機能が解明されてきた。そして、イオンチャンネルの働きは細胞学において重要な関心ごとであり、これは薬剤の開発にも応用されている。

しかしながら、一方でパッチクランプ法は測定技術に微細なマイクロピペットを１個の細胞に高い精度で挿入するという極めて高い能力を必要としているため、熟練作業者が必要であり、高いスループットでの測定を必要とする場合には適切な方法でない。

このため、微細加工技術を利用した平板型プローブの開発がなされており、これらは個々の細胞についてマイクロピペットの挿入を必要としない自動化システムに適している。

例えば、２つの領域を分離するキャリアに穴を有し、このキャリアの上下に設置した電極によって電界を発生させることで細胞を穴に効率良く保持し、上下の電極間で電気的測定を行うことで細胞の電気生理的測定を可能にする（特許文献１参照）。このキャリアに作成された貫通孔はガラスピペットにおける先端穴と同様の役割を果たし、高精度な細胞の電気生理現象を記録できるととともに、キャリアの裏面側からの吸引などの方法により細胞が自動的に引きつけられ、細胞を容易に保持できるという利点を有している。
特表２００２−５０８５１６号公報

しかしながら、前記従来の構成における細胞電気生理センサの主な目的は細胞の電気生理現象を従来のパッチクランプ法で使われるガラス微細プローブを用いることなく、簡便に計測することである。この細胞電気生理センサを用いることによって計測手続きが簡便化されているため、このセンサを複数個、構成することで一度にたくさんの測定処理を行うことができることは予想されるが、前記技術においては、細胞電気生理センサを構成する部材構造に関する開示は殆どなく、特に信頼性に優れた効率的な構成については開示されていない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、細胞電気生理センサの構成部材を効率良く配置する信頼性に優れた細胞電気生理センサとその製造方法を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、第一の熱可塑性樹脂からなる容器プレートと、第二の熱可塑性樹脂からなる保持プレートと、第三の熱可塑性樹脂からなる流路プレートと、前記保持プレートの内部に、貫通孔を有する薄板を当接した細胞電気生理センサであって、特定または複数の波長の光に対して前記第一の熱可塑性樹脂、第二の熱可塑性樹脂および第三の熱可塑性樹脂の順に吸収率を小さくなるように構成したものである。

本発明の細胞電気生理センサとその製造方法は、第一の熱可塑性樹脂は特定の波長の光を最も良く吸収し、第二の熱可塑性樹脂はこの特定の波長の光を適度に透過するように構成していることから、特定の波長の光を保持プレート側から照射することで、重ね合わせた容器プレートと保持プレートの界面で効率良く光を吸収させて容器プレートと保持プレートを強固に融着接合することができる。

次に、流路プレートを保持プレートに接するように重ねた後、前記特定の波長の光を流路プレート側から照射することで、重ね合わせた保持プレートと流路プレートの界面で効率良く光を吸収させて、保持プレートと流路プレートを強固に融着接合することができる。このように、本発明は３枚からなる各プレートを光の吸収率を制御することによって、融着むらのない信頼性の高い接合面を実現するとともに、量産性に優れた細胞電気生理センサとその製造方法を提供することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサとその製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図である。

図１に示すように、本実施の形態１における細胞電気生理センサは、第一の貫通孔５を有した第一の熱可塑性樹脂よりなる容器プレート１と、この容器プレート１の下面側に融着接合した第二の貫通孔６を有した第二の熱可塑性樹脂よりなる保持プレート２と、この保持プレート２の下面側に融着接合した溝８を有した第三の熱可塑性樹脂よりなる流路プレート３と、前記第二の貫通孔６の内部に第三の貫通孔７を有したシリコンを主成分とする薄板４とから構成している。

そして、前記薄板４は保持プレート２の第二の貫通孔６の内部に保持固着しており、この保持プレート２の上下の領域は薄板４の第二の貫通孔６を介してのみつながるように構成している。

さらに、溝８を有した流路プレート３を保持プレート２に固着することによって、流路プレート３の内部には閉空間を形成しており、この閉空間に通じる開口部９を形成することによって、所望の薬液あるいは培養液などの液体を導入または吸引したりすることができるように構成している。

また、前記の構成において、第一の貫通孔５、第二の貫通孔６、第三の貫通孔７および溝８は少なくとも一つあれば良く、それぞれ複数の第一の貫通孔５、第二の貫通孔６、第三の貫通孔７および溝８を形成することも可能である。

以上のように構成した細胞電気生理センサは、培養液などの液体を薄板４の上部に貯留する容器部と、細胞を第三の貫通孔７に保持する薄板４と、この薄板４の下部に液体を貯留・流出入させる為の流路部が一体になった効率的な細胞電気生理センサの部材構成としている。

そして、容器プレート１、保持プレート２および流路プレート３は全て熱可塑性樹脂で構成することにより、これら部材は融着工法を用いることによって均一性に優れるとともに強固に固着することができ、容器部あるいは流路部に蓄積する液体が不用意に漏れ出すことなく、薄板４に形成された第二の貫通孔６のみを介してつながっているので、細胞電気生理現象の正確な測定を可能にする細胞電気生理センサを実現することができる。

さらに、本実施の形態１における細胞電気生理センサは、特に容器プレート１、保持プレート２および流路プレート３の熱可塑性樹脂を特定または複数の波長の光に対して容器プレート１を構成する第一の熱可塑性樹脂、保持プレート２を構成する熱可塑性樹脂および流路プレート３を構成する第三の熱可塑性樹脂の順に吸収率を小さくなるように構成していることを特徴としている。

図２は、特定波長Ａの光に対して、それぞれの熱可塑性樹脂の吸収率が違う様子を模式的に表したものであり、図２に示すように容器プレート１を構成する第一の熱可塑性樹脂は特定波長Ａの光に対して最も大きい吸収率をもち、次に保持プレート２を構成する第二の熱可塑性樹脂、次に流路プレート３の第三の熱可塑性樹脂の順に吸収率が低くなるように構成している。

以上のような構成とすることによって、特定の波長の光（例えば、レーザ光など）を保持プレート２側から照射することで、重ね合わせた容器プレート１と保持プレート２の界面で効率良く光を吸収させて容器プレート１と保持プレート２を強固に融着接合することができる。

次に、流路プレート３を保持プレート２に接するように重ねた後、前記特定の波長の光を流路プレート３側から照射することで、重ね合わせた保持プレート２と流路プレート３の界面で効率良く光を吸収させて、保持プレート２と流路プレート３を強固に融着接合することができる。このように、本発明は３枚からなる各プレートを光の吸収率を制御することによって、融着むらのない信頼性の高い接合面を実現する。

次に、本実施の形態１における細胞電気生理センサを製造するための製造手順について、図面を用いて説明する。図３〜図７は製造方法を説明するための断面図である。

まず始めに、図３に示すように第一の熱可塑性樹脂からなる容器プレート１と第二の熱可塑性樹脂からなる保持プレート２を重ね合わせる。ここで、第一の熱可塑性樹脂として、特定または複数の波長の光に対して吸収率を高めるために第一の色素１０を混入させる。この第一の色素１０の例としてはカーボンブラック等、光に対して大きな吸収を持つ材料を用いることができる。一方、第二の熱可塑性樹脂として、透明性と吸収性を適度に持たせるために第二の色素１１を混入させる。ここで第二の色素１１は第一の色素１０と同じ色素にして、混入濃度を薄めることで透明性を変更することができる。さらに、吸収率の異なる別の色素を用いることも可能である。

次に、図４に示すように保持プレート２側から特定波長の光を持つ第一の波長のレーザ光線１２を照射する。こうすれば、第一の波長のレーザ光線１２は適度に保持プレート２を通過し、容器プレート１と保持プレート２の界面で効率良く吸収されて、熱可塑性樹脂が溶融して両プレートは強固に融着によって固着することができる。

次に、図５に示すように保持プレート２の第二の貫通孔６の内部に、あらかじめ第三の貫通孔７を設けた薄板４を挿入して保持固着させる。

次に、図６に示すように、保持プレート２の下部に、あらかじめ溝８を形成した第三の熱可塑性樹脂よりなる流路プレート３を重ね合わせる。ここで第三の熱可塑性樹脂には特定波長または複数波長の光に対して、より吸収率の小さい特性を有する特性を付与しておく。このためには、色素を全く含まない透明性の樹脂を用いることが好ましい。

次に、図７に示すように、流路プレート３側から特定波長の光を持つ、第一の波長のレーザ光線１２を照射する。こうすれば、第一の波長のレーザ光線１２は流路プレート３を透過し、保持プレート２は適度に吸収するので、保持プレート２と流路プレート３の界面で効率良く光を吸収し、第二の熱可塑性樹脂が溶融して両プレートは強固に固着される。

このようにして、容器プレート１、保持プレート２および流路プレート３は効率良く接合・組立できる。このような構成によって作製した細胞電気生理センサの接合部における信頼性は非常に高いものであることを確認しており、この細胞電気生理センサを用いることによって、高精度な細胞の電気生理現象を測定することができる。

また、このような特性を有する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、オレフィンポリマー、オレフィンコポリマーなどが好ましい。

そして、好ましくは第一の熱可塑性樹脂、第二の熱可塑性樹脂および第三の熱可塑性樹脂の主成分を同一材料とすることによってよりその融着接合の信頼性と生産性を高めることができる。

また、図８に示すように容器プレート１を構成する第一の熱可塑性樹脂に含まれる第一の色素１０には特定の第一の波長の光に対する吸収性を持たせ、保持プレート２を構成する第二の熱可塑性樹脂に含まれる第二の色素１１には第一の波長の光を透過させるとともに、第一の波長とは異なる第二の波長の光を吸収する特性を持たせることができる。これによって、より効率的な組立が可能である。つまり、容器プレート１と保持プレート２を溶着させる場合には、図３で示したのと同じく、保持プレート２側から第一の波長を持つレーザ光線１２を照射すれば、第一の波長を持つレーザ光線１２は保持プレート２には吸収されないので、効率良く容器プレート１と保持プレート２の界面に吸収させることができ、さらに、保持プレート２と流路プレート３を溶着させるためには、図９に示すように、流路プレート３側から第二の波長を持つレーザ光線１３を照射することで、保持プレート２と流路プレート３の界面に効率良く吸収させることができる上、保持プレート２が第二の波長のレーザ光線１３をすべて吸収せず、若干透過したとしても、容器プレート１には吸収されないので、容器プレート１と保持プレート２の界面に不用意な溶融や破損を起こさせることがない。このような方法によれば容器プレート１、保持プレート２および流路プレート３を重ねておいて、一括して融着接合することができる。これによって生産性の高い製造方法を実現することができる。

また、好ましくは第一の波長を９３０−９５０ｎｍとし、この第一の波長を良く吸収する第一の色素１０とし、第二の波長を８００−８２０ｎｍとし、この第二の波長を良く吸収する第二の色素１１とすることである。これらの波長は一般に良く用いられる波長領域のため、これらを吸収する第一の色素１０および第二の色素１１が入手しやすく、製造装置の入手も容易であることから簡便な製造装置で生産することができるという利点を有する。

なお、前記のような吸収特性をそれぞれの熱可塑性樹脂そのものに持たせることによっても同様の効果を発揮することができる。

また、第一の色素１０を保持プレート２と容器プレート１との界面に塗布などの方法によって設けておくことによっても同様の効果を発揮することができる。

さらに、第二の色素１１を保持プレート２と流路プレート３との界面に前記と同様の方法によって設けておくことによっても同様の効果を発揮することができる。

また、第一の波長からなるレーザ光線の波長の中心値が９３８ｎｍの半導体レーザより照射し、第二の波長からなるレーザ光線の波長の中心値が８０８ｎｍの半導体レーザを用いることにより、レーザ光源の入手が容易であるとともに、出力的に溶着に十分なエネルギを有する光源を容易に実現することができる。

さらに、レーザ溶着を用いることによって残留応力を低減し、清浄度の高い接合を実現することができる。

そして、第一の色素１０としては、レーザ溶着用色素として市販されているクリアウエルド（米国；Ｇｅｎｔｅｘ社の商品名）を用いることができ、第二の色素１１としては、ペリレン顔料（ＢＡＳＦ社より商品名：Ｌｕｍｏｇｅｎとして市販されており、品番としては「ＬｕｍｏｇｅｎＲ ＩＲ ７８８」、「ＬｕｍｏｇｅｎＲ ＩＲ ７６５」が波長；８０８ｎｍ用の溶着用色素として市販されている）などを用いることができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における細胞電気生理センサとその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１０〜図１２は本実施の形態２における細胞電気生理センサの構成を説明するための断面図であり、図１３は別の例の細胞電気生理センサの構成を説明するための断面図である。基本的な構成は実施の形態１における細胞電気生理センサの構成とほぼ同じであり、その詳細な説明は省略する。

特に、本実施の形態２における細胞電気生理センサの構成が実施の形態１のセンサ構造と大きく異なっている点は、図１０に示すように保持プレート２の表面に集光レンズ１４を形成している点である。これによって、図１１に示すようにレーザ光源１５を照射した場合、集光レンズ１４によってレーザ光源１５が集光され、より効率良く容器プレート１と保持プレート２の界面にレーザ光源１５の光エネルギを集中させることができることから、接合が必要な場所のみをレーザ溶着接合させることができる。

そして、このような集光レンズ１４を一本の線状に形成しておくことによってその集光レンズ１４を形成した線に沿ってレーザ光源１５を照射し、集光レンズ１４を形成した下面の容器プレート１と保持プレート２の界面を選択的に溶着することができる。この一本の線状に形成する線は直線、曲線いずれでも良く、液体が漏れてはいけない流路を形成するのに必要な領域を溶着するように設計しておくことによって適宜選択することができる。

これによって、クリーンな接合を実現できるとともに、熱歪みを最小限に抑制して接合することができるという効果を発揮する。

その後、この集光レンズ１４が不必要となり、平坦性が要求される場合には研磨によって除去することが可能である。

また、この時のレンズ形状は、図１０に示すような凸レンズ形状だけではなく、図１２に示すような平面フレネルレンズ１６を用いることができる。この平面フレネルレンズ１６の場合は保持プレート２に大きな凹凸が生じないので、容器プレート１と保持プレート２を重ね合わせる際、高精度に積層することができる。

次に、図１３に示すように流路プレート３を保持プレート２に接合させる場合においても、流路プレート３の内部に集光レンズ１４を所定の場所に構成する。これによって、前記と同様の方法によってレーザ光源１５を用いて流路プレート３を保持プレート２に高精度に効率良く溶着させることができる。

以上のように、本発明にかかる細胞電気生理センサとその製造方法は、細胞電気生理特性の測定処理を行うことができるので細胞電気生理現象を判定基準として薬理効果の判定を行う、高精度な薬品スクリーニング等の測定器に有用である。

本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図 同構成材料の特定波長に対する光吸収曲線を示す模式図 同細胞電気生理センサの製造方法を示す断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同構成材料の特定波長に対する光吸収曲線を示す模式図 同細胞電気生理センサの製造方法を示す断面図 本発明の実施の形態２における細胞電気生理センサの断面図 同断面図 同断面図 同別の例の細胞電気生理センサの断面図

符号の説明

１ 容器プレート
２ 保持プレート
３ 流路プレート
４ 薄板
５ 第一の貫通孔
６ 第二の貫通孔
７ 第三の貫通孔
８ 溝
９ 開口部
１０ 第一の色素
１１ 第二の色素
１２ 第一の波長のレーザ光線
１３ 第二の波長のレーザ光線
１４ 集光レンズ
１５ レーザ光源
１６ 平面フレネルレンズ

Claims (11)

1. 第一の貫通孔を有した第一の熱可塑性樹脂からなる容器プレートと、この容器プレートの下面側に第二の貫通孔を有した第二の熱可塑性樹脂からなる保持プレートと、この保持プレートの下面側に溝を有した第三の熱可塑性樹脂からなる流路プレートと、前記第二の貫通孔の内部に第三の貫通孔を有した薄板を当接した細胞電気生理センサであって、特定または複数の波長の光に対する吸収率を前記第一の熱可塑性樹脂、第二の熱可塑性樹脂および第三の熱可塑性樹脂の順に小さくした細胞電気生理センサ。
2. 第一の熱可塑性樹脂、第二の熱可塑性樹脂および第三の熱可塑性樹脂の主成分を同一材料とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
3. 第一の熱可塑性樹脂には第一の波長の光を吸収する特性を有した第一の色素を含有させ、第二の熱可塑性樹脂には第一の波長の光を透過するとともに第二の波長の光を吸収する性質を有した第二の色素を含有させた請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
4. 第一の波長を９３０〜９５０ｎｍとし、第二の波長を８００〜８２０ｎｍとした請求項３に記載の細胞電気生理センサ。
5. 第一の色素を保持プレートと容器プレートとの界面に設けた請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
6. 第二の色素を保持プレートと流路プレートとの界面に設けた請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
7. 流路プレートと保持プレートとの接合領域には光を集結させるレンズを少なくとも一つの線状に設けた請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
8. 流路プレートの、前記第二の貫通孔との重ね合わせ領域には光を集結させる少なくとも一つの点状レンズが設けられている、請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
9. 第一の貫通孔を有した第一の熱可塑性樹脂からなる容器プレートと、この容器プレートの下面側に第二の貫通孔を有した第二の熱可塑性樹脂からなる保持プレートと、この保持プレートの下面側に溝を有した第三の熱可塑性樹脂からなる流路プレートと、前記第二の貫通孔の内部に第三の貫通孔を有した薄板を当接した細胞電気生理センサの製造方法であって、
   前記容器プレートと前記保持プレートは前記保持プレートの下面から前記第一の色素が吸収する第一の波長からなるレーザ光線を照射して接合する第一の工程と、
   前記保持プレートと前記流路プレートは前記流路プレートの下面から前記第二の色素が吸収する第二の波長からなるレーザ光線を照射して接合する第二の工程を少なくとも含む細胞電気生理センサの製造方法。
10. 第一の熱可塑性樹脂には第一の色素を含有させ、第二の熱可塑性樹脂には第二の色素を含有させるとともに、前記第一の色素には第一の波長の光を吸収する性質を有し、前記第二の色素には第二の波長の光を吸収するとともに、且つ第一の波長の光を透過する性質を有した熱可塑性樹脂を用いる請求項９に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
11. 第一の波長からなるレーザ光線の波長の中心値が９３８ｎｍの半導体レーザより照射し、第二の波長からなるレーザ光線の波長の中心値が８０８ｎｍの半導体レーザより照射する請求項９に記載の細胞電気生理センサの製造方法。

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