JP2009288080A - 細胞外マイクロ電極及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の細胞外マイクロ電極は、感光性絶縁材料からなる絶縁層20と、絶縁層20上に配置された1以上の金属層40と、金属層40の一部分を覆う感光性絶縁材料からなる絶縁層70と、絶縁層70の一部分を覆う感光性絶縁材料からなる絶縁層90とを有する。金属層40金属部は、絶縁層70に覆われた配線領域113と、絶縁層70に覆われていない電極領域111とをそれぞれ含む。そして、各電極領域111の露出面をそれぞれ含む各細胞配置領域115は、それぞれ、絶縁層90によって周囲を囲まれる。
【選択図】図4
Description
図1は、従来の細胞外マイクロ電極の製造方法を説明するための断面図であり、図2は、その製造方法を説明するための流れ図である。これらの図を用い、従来の細胞外マイクロ電極の製造過程を説明する。
(1)細胞外マイクロ電極上で観察試料の位置を安定させるような機構を持たず、観察試料の計測中又は刺激中に観察試料と電極との間にずれが生じる。
(2)製造工程が複雑で、作製が容易ではない。
図2に示したように、従来の製造工程では、電極を露出させ細胞外マイクロ電極を所定の形状に形成するために、柔軟絶縁材料をエッチングするステップS8からS19のプラズマエッチングやリアクティブイオンエッチング等のドライエッチング工程が不可欠である。そのため、従来の細胞外マイクロ電極の製造工程は非常に複雑でその作製は容易ではない。
従来の細胞外マイクロ電極の製造工程ではドライエッチング工程が不可欠であるが、このドライエッチングの影響により基板のアライメントマークが変形する。従来の製造工程では、複数工程においてアライメントマークを基準にマスクの位置決めが行われることから、アライメント誤差が生じて安定した微細加工を困難にしていた。
(4)ドライエッチング装置とその維持管理を含む製造コストが高く、廉価に細胞外マイクロ電極を作製することが難しい。
また、本発明では、絶縁層に感光性絶縁材料を用い、本発明独自の製造工程に従うことで、従来必要であったドライエッチング工程が不要となる。その結果、製造工程の単純化、アイライメント誤差の低減、及び製造コストの低減が可能となる。
〔第1実施形態〕
まず、本発明の第1実施形態と説明する。
<構成>
図3は第1実施形態の細胞外マイクロ電極1の計測領域110を示す斜視図である。図4(a)は細胞外マイクロ電極1の計測領域110を示す拡大斜視図であり、図4(b)は図4(a)のA−A断面図であり、図4(c)は図4(a)のB−B断面図である。まず、これらの図を用いて、本形態の細胞外マイクロ電極1の構成を説明する。
図5及び図6は第1実施形態の細胞外マイクロ電極1の製造方法を説明するための断面図であり、図7はその製造方法を説明するための流れ図である。なお、図5はネガ型の感光性絶縁材料及びフォトレジストを使用する場合の例を示し、図6はポジ型の感光性絶縁材料及びフォトレジストを使用する場合の例を示す。本形態の細胞外マイクロ電極1の製造工程は以下の通りである。
[S102]所定の細胞外マイクロ電極1の外部形状に絶縁層20(第1絶縁層)を加工するための形状が描画されたマスク30を用い、絶縁層20を露光し、露光された絶縁層20を現像して、絶縁層20を所定の形状に加工する(図5(b)(c)、図6(b)(c))。
[S103]ステップS102によって加工された絶縁層20(第1絶縁層)側の面全体に金属層40を形成する(図5(d)、図6(d))。
[S104]金属層40が形成された面全体にフォトレジスト層50(第1フォトレジスト層)を形成する(図5(e)、図6(e))。
[S106]ステップS105で露光及び現像されたフォトレジスト層50(第1フォトレジスト層)が形成された金属層40をエッチング(ウェットエッチング)する(図5(h)、図6(h))。
[S107]フォトレジスト層50(第1フォトレジスト層)を除去する(図5(i)、図6(i))。
[S109]金属層40の配線領域113を覆いつつ電極領域111を露出させる形状に絶縁層70(第2絶縁層)を加工するための形状が描画されたマスク80を用い、絶縁層70を露光し、露光された絶縁層70を現像して、金属層40の配線領域113を覆いつつ電極領域111を露出させる形状に絶縁層70を加工する(図5(k)(l)、図6(k)(l))。
[S111]各電極領域111の露出面をそれぞれ含む、当該露出面側の特定の閉じた領域である各細胞配置領域115をそれぞれ囲む形状に絶縁層90を加工するための形状が描画されたマスク100を用い、絶縁層90(第3絶縁層)を露光し、露光された絶縁層90を現像して、各細胞配置領域115をそれぞれ囲む形状に絶縁層90を加工する(図5(n)(o)、図6(n)(o))。
[S112]基板10を剥離する(図5(p)、図6(p))。
図8は、以上のように生成された細胞外マイクロ電極1のインピーダンス特性を示したグラフである。図8に示すように、以上のように生成された細胞外マイクロ電極1は電極領域111の直径に相関し、脳表での計測と刺激に適当なインピーダンス特性を有する。
次に、本形態の細胞外マイクロ電極1の使用方法を例示する。
細胞外マイクロ電極1で観察試料の計測や刺激を行う場合、まず、電極領域111の露出面が上向きとなるように細胞外マイクロ電極1を配置する。この状態で細胞外マイクロ電極1の各細胞配置領域115に神経細胞等の観察試料が配置される。各観察試料は、そのまま又は培養された後、各細胞配置領域115の電極領域111で下側から計測又は刺激される。なお、神経細胞培養方法の例は、「畠中 寛,中川 八郎,“神経細胞培養法 (ニューロサイエンス・ラボマニュアル)”,シュプリンガー・フェアラーク東京,ISBN-10: 4431707247, ISBN-13: 978-4431707240」に記載されている。また、細胞外マイクロ電極1での観察試料の計測方法の例は、特許文献1に記載されている。
以上のように、本形態では、電極領域111の形状を特定する絶縁層70とは別の絶縁層90によって観察試料の移動を抑制する壁を形成することとしたため、観察試料の移動抑制と適切な電極領域111のインピーダンス特性確保との両立が可能となる。なお、絶縁層90の加工形状は、上述のものには限定されず、観察試料の移動抑制と適切な電極領域のインピーダンス特性確保との両立が可能な構成であれば、どのようなものであってもよい。図9は、細胞外マイクロ電極1の計測領域110の変形例を示す拡大斜視図である。このように、各細胞配置領域115の位置に対応する複数の貫通孔を絶縁層90に設け、絶縁層90の各貫通孔の内壁面で各細胞配置領域115の周囲を囲むトラップ状の構成であってもよい。また、絶縁層90の各貫通孔をすり鉢状の形状とし、それらの絶縁層70側の開口径よりもその反対側の開口径を広くした場合には、各細胞配置領域115への観察試料の配置が容易になるといった利点がある。一方、当該各貫通孔の絶縁層70側の開口径よりもその反対側の開口径を狭くした場合には、各細胞配置領域115に配置された観察試料の位置安定性がより強固なものとなる。このような形状は、例えば、マスクエッジでの露光の回り込みの影響を利用し、感光性絶縁材料をポジ型とするかネガ型とするかによって選択的に形成可能である。
次に本発明の第2実施形態を説明する。本形態は第1実施形態の変形例であり、絶縁層の壁で周囲を囲まれた細胞配置領域の上部に、神経細胞等の観察試料よりも径が小さな複数の貫通孔が網目状に形成された感光性絶縁材料からなる絶縁層が配置される。この複数の貫通孔が網目状に形成された絶縁層の上面に観察試料を配置することにより、当該絶縁層がハンモック状にたわみ、そのたわみ部分に観察試料が保持される。これにより、観察試料の位置ずれを防止できるとともに観察試料の変形を抑制する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と共通する部分については説明を省略する。
図10(a)は、第2実施形態の細胞外マイクロ電極の計測領域310を示す斜視図であり、図10(b)は(a)のC−C断面図であり、図10(c)は(a)のD−D断面図である。
図10に示すように、本形態の細胞外マイクロ電極の計測領域310は、柔軟性の感光性絶縁材料からなる絶縁層20(第1絶縁層)と、絶縁層20上に配置された金属層40(金属部)と、金属層40の一部分を覆う柔軟性の感光性絶縁材料からなる絶縁層70(第2絶縁層)と、絶縁層70の一部分を覆う柔軟性の感光性絶縁材料からなる絶縁層440(第3絶縁層)と、複数の貫通孔311が網目状に形成された感光性絶縁材料からなる絶縁層420(第4絶縁層)からなる。また、金属層40は、絶縁層70(第2絶縁層)に覆われた配線領域113と、絶縁層70に覆われていない電極領域111をそれぞれ含む。また、各電極領域111の露出面をそれぞれ含む各細胞配置領域115は、それぞれ、絶縁層440(第3絶縁層)によって覆われておらず、絶縁層440によって周囲を囲まれた領域となっている。また、絶縁層440(第3絶縁層)は、絶縁層70(第2絶縁層)と絶縁層420(第4絶縁層)との間に配置され、各細胞配置領域115と絶縁層420との間には、それぞれ、絶縁層440によって周囲を囲まれた空間315が存在する。そして、絶縁層420(第4絶縁層)に形成された網目状の貫通孔311は、外部から何れかの空間315へ貫通する孔となっている。これにより、各細胞配置領域115の各上面には、網目状の貫通孔311をもつ絶縁層420の領域であるハンモック領域320がそれぞれ配置される。なお、貫通孔311は、神経細胞等の観察試料が通過しない程度の径(例えば、神経細胞等の観察試料の直径未満の直径)に形成する。
図11は第2実施形態の細胞外マイクロ電極の製造方法を説明するための斜視図であり、図12及び図13はその製造方法を説明するための断面図であり、図14はその製造方法を説明するための流れ図である。なお、図11では基板10,410の記載を省略している。また、図12及び図13では、ネガ型の感光性絶縁材料及びフォトレジストを使用する場合の例のみを示すが、ポジ型の感光性絶縁材料及びフォトレジストを使用してもかまわない。本形態の細胞外マイクロ電極の製造工程は以下の通りである。
[S210]基板410(第2基板)の表面に感光性絶縁材料からなる絶縁層420(第4絶縁層)を形成する(図13(a))。
[S211]複数の貫通孔311を含む形状に絶縁層420(第4絶縁層)を加工するための形状が描画されたマスク230を用い、絶縁層420を露光し、露光された絶縁層420を現像して、絶縁層420を網目状の複数の貫通孔311を含む形状に加工する(図11(b),図13(b)(c))。
[S213]1以上の貫通孔311の開口部を含む絶縁層420(第4絶縁層)上の各開口領域318をそれぞれ囲む形状に絶縁層440(第3絶縁層)を加工するための形状が描画されたマスク250を用い、絶縁層440を露光し、露光された絶縁層440を現像して、の各開口領域318をそれぞれ囲む形状に第3絶縁層を加工する(図11(c),図13(e)(f))。
[S214]S109で加工された絶縁膜70(第2絶縁膜)(図11(a),図12(a)〜(l))と、S213で加工された絶縁層440(第3絶縁膜)とを貼り合わせる(図13(g))。
[S215]基板10,410を剥離する(図13(h))。
次に、本形態の細胞外マイクロ電極の使用方法を例示する。
細胞外マイクロ電極で観察試料の計測や刺激を行う場合、まず、電極領域111が絶縁層420の下となり、電極領域111の露出面が上向きになるように細胞外マイクロ電極を配置する。この状態で、絶縁層420の各ハンモック領域320に神経細胞等の観察試料を配置する。すると、観察試料の重みによって各ハンモック領域320がたわみ、各ハンモック領域320上の各観察試料が細胞配置領域115に配置される。各観察試料は、そのまま又は培養された後、各細胞配置領域115の電極領域111で下側から計測又は刺激される。
以上のように、本形態では、電極領域111の形状を特定する絶縁層70とは別の絶縁層440,420によってハンモック領域320を構成し、それによって観察試料の位置を保持することとしたため、観察試料の移動抑制と適切な電極領域111のインピーダンス特性確保との両立が可能となる。
また、ステップS210以降に、絶縁層420(第4絶縁層)のハンモック領域320側の表面を粗し、それを親水性に改質する工程を設けてもよい。これにより、観察試料のハンモック領域320への生体適合性を向上させることができる。
また、細胞外マイクロ電極の金属層を多層化してもよい。この際には、金属層間の少なくとも一部を絶縁する絶縁層も追加される。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
111 電極領域
113 配線領域
115 細胞配置領域
Claims (10)
- 感光性絶縁材料からなる第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に配置された1以上の金属部と、
前記金属部の一部分を覆う感光性絶縁材料からなる第2絶縁層と、
前記第2絶縁層の一部分を覆う感光性絶縁材料からなる第3絶縁層と、を有し、
前記金属部は、前記第2絶縁層に覆われた配線領域と、前記第2絶縁層に覆われていない電極領域と、をそれぞれ含み、
前記の各電極領域の露出面をそれぞれ含む、当該露出面側の特定の閉じた領域である各細胞配置領域は、それぞれ、前記第3絶縁層によって周囲を囲まれた領域である、
ことを特徴とする細胞外マイクロ電極。 - 請求項1の細胞外マイクロ電極であって、
前記細胞配置領域は、前記第2絶縁層の表面が粗され、親水性に改質されることによって生体適合性が向上した領域である、
ことを特徴とする細胞外マイクロ電極。 - 請求項1又は2の細胞外マイクロ電極であって、
複数の貫通孔が網目状に形成された感光性絶縁材料からなる第4絶縁層をさらに有し、
前記第3絶縁層は、前記第2絶縁層と前記第4絶縁層との間に配置され、
前記各細胞配置領域と前記4絶縁層との間には、それぞれ、前記第3絶縁層によって周囲を囲まれた空間が存在し、
前記第4絶縁層に形成された前記貫通孔は、外部から何れかの前記空間へ貫通する孔である、
ことを特徴とする細胞外マイクロ電極。 - 請求項1又は2の細胞外マイクロ電極であって、
前記金属部や前記第3絶縁層が存在しない領域に、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とを貫通する貫通孔が網目状に設けられる、
ことを特徴とする細胞外マイクロ電極。 - 請求項4の細胞外マイクロ電極であって、
前記第1絶縁層の表面は、粗されて親水性に改質されることによって生体適合性が向上した領域である、
ことを特徴とする細胞外マイクロ電極。 - 請求項1から5の何れかの細胞外マイクロ電極であって、
前記の各絶縁層は、感光性絶縁材料を露光及び現像することによって形状が加工された膜である、
ことを特徴とする細胞外マイクロ電極。 - 請求項1の細胞外マイクロ電極の製造方法であって、
(a)基板の表面に感光性絶縁材料からなる第1絶縁層を形成する工程と、
(b)所定の形状に前記第1絶縁層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第1絶縁層を露光し、露光された前記第1絶縁層を現像して、前記第1絶縁層を所定の形状に加工する工程と、
(c)工程(b)によって加工された前記第1絶縁層側の面全体に金属層を形成する工程と、
(d)前記金属層が形成された面全体に第1フォトレジスト層を形成する工程と、
(e) 所定の形状に前記金属層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第1フォトレジスト層を露光し、露光された前記第1フォトレジスト層を現像する工程と、
(f)工程(e)で露光及び現像された前記第1フォトレジスト層が形成された前記金属層をエッチングする工程と、
(g)前記第1フォトレジスト層を除去する工程と、
(h)工程(f)によって加工された前記金属層側の面全体に感光性絶縁材料からなる第2絶縁層を形成する工程と、
(i)前記金属層の配線領域を覆いつつ電極領域を露出させる形状に前記第2絶縁層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第2絶縁層を露光し、露光された前記第2絶縁層を現像して、前記金属層の配線領域を覆いつつ電極領域を露出させる形状に前記第2絶縁層を加工する工程と、
(j)工程(i)によって加工されたに前記第2絶縁層の面全体に感光性絶縁材料からなる第3絶縁層を形成する工程と、
(k)前記の各電極領域の露出面をそれぞれ含む、当該露出面側の特定の閉じた領域である各細胞配置領域をそれぞれ囲む形状に前記第3絶縁層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第3絶縁層を露光し、露光された前記第3絶縁層を現像して、前記の各細胞配置領域をそれぞれ囲む形状に前記第3絶縁層を加工する工程と、
(l)前記基板を剥離する工程と、
を有する製造方法。 - 請求項7の製造方法であって、
前記工程(i)と前記工程(l)との間に行われる、前記第2絶縁層の表面を粗し、それを親水性に改質する工程を、さらに有する、
ことを特徴とする製造方法。 - 請求項3の細胞外マイクロ電極の製造方法であって、
(a)第1基板の表面に感光性絶縁材料からなる第1絶縁層を形成する工程と、
(b)所定の形状に前記第1絶縁層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第1絶縁層を露光し、露光された前記第1絶縁層を現像して、前記第1絶縁層を所定の形状に加工する工程と、
(c)工程(b)によって加工された前記第1絶縁層側の面全体に金属層を形成する工程と、
(d)前記金属層が形成された面全体に第1フォトレジスト層を形成する工程と、
(e) 所定の形状に前記金属層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第1フォトレジスト層を露光し、露光された前記第1フォトレジスト層を現像する工程と、
(f)工程(e)で露光及び現像された前記第1フォトレジスト層が形成された前記金属層をエッチングする工程と、
(g)前記第1フォトレジスト層を除去する工程と、
(h)工程(f)によって加工された前記金属層側の面全体に感光性絶縁材料からなる第2絶縁層を形成する工程と、
(i)前記金属層の配線領域を覆いつつ電極領域を露出させる形状に前記第2絶縁層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第2絶縁層を露光し、露光された前記第2絶縁層を現像して、前記金属層の配線領域を覆いつつ電極領域を露出させる形状に前記第2絶縁層を加工する工程と、
(j)第2基板の表面に感光性絶縁材料からなる第4絶縁層を形成する工程と、
(k)網目状の複数の貫通孔を含む形状に前記第4絶縁層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第4絶縁層を露光し、露光された前記第4絶縁層を現像して、前記第4絶縁層を複数の貫通孔を含む形状に加工する工程と、
(l)工程(k)によって加工されたに前記第4絶縁層の面全体に感光性絶縁材料からなる第3絶縁層を形成する工程と、
(m)1以上の前記貫通孔の開口部を含む前記第4絶縁層上の各開口領域をそれぞれ囲む形状に前記第3絶縁層を加工するための形状が描画されたマスクを用い、前記第3絶縁層を露光し、露光された前記第3絶縁層を現像して、前記の各開口領域をそれぞれ囲む形状に前記第3絶縁層を加工する工程と、
(n)前記工程(i)で加工された前記第2絶縁層と、前記工程(m)で加工された前記第3絶縁層と、を貼り合わせる工程と、
(o)前記第1基板及び前記第2基板を剥離する工程と、
を有する製造方法。 - 請求項9の製造方法であって、
前記工程(j)より後に行われる、前記第4絶縁層の表面を粗し、それを親水性に改質する工程を、さらに有する、
ことを特徴とする製造方法。
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