JP2014168450A - Method for producing basal plate for cell array, and method for producing cell array - Google Patents

Method for producing basal plate for cell array, and method for producing cell array Download PDF

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Chikashi Nakamura
史 中村
Minami Miyazaki
みなみ 宮崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly arrange a cell on a given position of a basal plate, and to correctly and efficiently insert a cell insertion member into a target cell.SOLUTION: A method comprises, in a pillar array which has multiple pillar shaped bodies with almost the same length on a main face, the steps for contacting BAM solution to edge faces of the pillar shaped bodies, and positioning the pillar array so that the edge faces of pillar shaped bodies are opposite to the main face of a basal plate and transferring the BAM solution attached to the edge face to the main face of the basal plate.

Description

本発明は、複数の細胞を基板に所望の配置で配列させることができる細胞アレイ用基板の製造方法、当該細胞アレイ用基板を用いて複数の細胞を所望の配置で配列させた細胞アレイの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a cell array substrate in which a plurality of cells can be arranged on a substrate in a desired arrangement, and to produce a cell array in which a plurality of cells are arranged in a desired arrangement using the cell array substrate. Regarding the method.

細胞の分離技術としては、最近利用されている手段として、FACS(Fluoresence activated cell sorting)がある。この手段は、蛍光標識抗体を用いて、細胞試料中の標的細胞のみを標識するものであり、細胞試料を液流として流しつつレーザー光を照射して、細胞試料中の個々の細胞から発する蛍光を測定して、上記標的細胞を識別し、該標的細胞のみをソーティングするものである。   As a cell separation technique, FACS (Fluoresence activated cell sorting) is currently used. This means uses fluorescently labeled antibodies to label only the target cells in the cell sample. Fluorescence emitted from individual cells in the cell sample by irradiating laser light while flowing the cell sample as a liquid flow Is used to identify the target cells and to sort only the target cells.

しかし、この手段は、細胞表面の抗原を標的とするものであり、細胞内部に産生するタンパク質等の細胞内物質を指標に細胞を識別分離するものではない。FACSでは、遺伝子組み換えにより蛍光タンパク質との融合タンパク質を発現させる方法により細胞内部のタンパク質を指標にすることも可能であるが、移植治療に用いる等の目的で天然の細胞の分離を目的とする場合には遺伝子組み換え細胞は適用できない。また、FACSでは、個々の細胞の蛍光測定結果とソーティングとを連動させるための極めて精密な制御機構を必要とし、極めて高価なものとならざるを得ないほか、蛍光標識抗体を用いなければならない問題点も有していた。   However, this means targets an antigen on the cell surface, and does not identify and separate cells using an intracellular substance such as a protein produced inside the cell as an index. In FACS, it is possible to use the protein in the cell as an index by a method of expressing a fusion protein with a fluorescent protein by genetic recombination, but for the purpose of separating natural cells for the purpose of transplantation therapy etc. Genetically modified cells are not applicable to. In addition, FACS requires a very precise control mechanism for linking the fluorescence measurement results of individual cells and sorting, and must be extremely expensive, and requires the use of fluorescently labeled antibodies. Also had a point.

一方、本発明者は、遺伝子等を先端に固定したナノレベルの針状物を細胞に挿入し、細胞の応答を観察する手法を開発しており(特許文献1参照)、この手法をさらに展開し、針状物を細胞挿入後、標的細胞のみをつり上げ分離する手法も既に提示している。この手法は、細胞内のマーカー物質と選択的に結合する、例えば抗体等の物質を固定化した針状物を、細胞培養基板上の各細胞に挿入して、上記マーカー物質と選択的に結合する物質を介して細胞内のマーカー物質を針状物に結合させた後、該針状物を引き上げて、上記マーカー物質を含有する細胞のみを選択して釣り上げ分離するものである(特許文献2参照)。   On the other hand, the present inventor has developed a method for observing the response of a cell by inserting a nano-level needle having a gene or the like fixed at the tip thereof (see Patent Document 1). In addition, a technique for lifting and separating only the target cells after inserting the needle-like material has already been presented. This method selectively binds to the marker substance by inserting a needle-like substance, for example, an antibody or other substance immobilized, that selectively binds to the intracellular marker substance, into each cell on the cell culture substrate. After binding the marker substance in the cell to the needle-like substance through the substance to be collected, the needle-like substance is pulled up, and only the cells containing the marker substance are selected and picked up and separated (Patent Document 2). reference).

この方法は、細胞中のマーカー物質と該マーカー結合物質と選択的に結合する物質との結合に基づく細胞と針状物との結合力を、細胞の基板に対する接着力よりも大きく、かつ、抗体固定化針状物とマーカー物質を発現していない細胞との非特異的な吸着力が、細胞の基板に対する接着力より小さく設定するもので、これにより、マーカー物質を含む特定の細胞のみを識別すると同時に、上記針状物により標的細胞を釣り上げることを可能とするものである。   In this method, the binding force between a cell and a needle based on the binding between a marker substance in a cell and a substance that selectively binds to the marker binding substance is greater than the adhesion force of the cell to the substrate, and the antibody The non-specific adsorption force between the immobilized needles and cells that do not express the marker substance is set to be smaller than the adhesion force of the cells to the substrate, thereby identifying only specific cells that contain the marker substance. At the same time, the target cells can be picked up by the needles.

また、この方法では、一本の針状物を利用することで、基板上に配置した試料細胞を順次釣り上げるか、複数本の針状物を利用することで同時に複数の試料細胞を釣り上げることができる。複数本の針状物としては、例えば、200nm程度の直径及び20μm程度の長さの針状物を100μm間隔で100×100本配置した例が開示されている。さらに、特許文献2には記載されていないが、釣り上げる細胞にダメージを与えず、かつ挿入効率に優れた部材についても検討されつつあり、特許文献2に開示された針状物に限らず種々の形状の細胞挿入用部材をこの方法に利用することができる。   Also, in this method, sample cells arranged on the substrate can be picked up sequentially by using a single needle-like object, or a plurality of sample cells can be picked up simultaneously by using a plurality of needle-like objects. it can. As the plurality of needle-like objects, for example, an example in which 100 × 100 needle-like objects having a diameter of about 200 nm and a length of about 20 μm are arranged at intervals of 100 μm is disclosed. Furthermore, although not described in Patent Document 2, a member that does not damage the cells to be picked up and is excellent in insertion efficiency is being studied, and is not limited to the needle-like material disclosed in Patent Document 2. Shaped cell insertion members can be used in this method.

以上のように、基板上に細胞を接着させてなる細胞アレイは、遺伝子等を先端に固定したナノレベルの針状物を細胞に挿入する使用形態、マーカー結合物質を先端に固定してマーカー物質を含有する細胞を釣り上げる使用形態等に利用されている。   As described above, the cell array formed by adhering cells on the substrate is a use form in which nano-level needles having genes fixed at the tip are inserted into the cells, and marker substances by fixing the marker binding substance at the tip. It is utilized for the usage pattern etc. which pick up the cell containing sucrose.

特開2003―325161号公報JP 2003-325161 A 特開2011−182761号公報JP 2011-182761 A

ところが、上述したような細胞アレイの各種使用形態において、針状物等の細胞挿入用部材を標的となる細胞に正確にかつ効率良く挿入するには、基板において細胞を正確に配置することが肝要となる。そこで、本発明は、細胞を基板の所定の位置に正確に配置することができ、細胞挿入用部材を標的となる細胞に正確にかつ効率良く挿入することができる細胞アレイ用基板の製造方法及び細胞アレイの製造方法を提供することを目的とする。   However, in various usage forms of the cell array as described above, in order to insert a cell insertion member such as a needle-like object into a target cell accurately and efficiently, it is important to accurately arrange the cells on the substrate. It becomes. Therefore, the present invention provides a method for producing a cell array substrate that can accurately place cells at a predetermined position on the substrate, and can accurately and efficiently insert a cell insertion member into a target cell, and An object of the present invention is to provide a method for producing a cell array.

上述した目的を達成するため本発明者らが鋭意検討した結果、複数の柱状体を有するピラーアレイを用いて細胞膜修飾剤溶液を基板の一主面に転写することで、当該溶液が転写された領域に細胞を接着できるようにする手法を開発し、複数の細胞を基板における所定の位置に正確に配置することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。本発明は以下を包含する。   As a result of intensive studies by the present inventors to achieve the above-described object, a region in which the solution is transferred by transferring the cell membrane modifier solution to one main surface of the substrate using a pillar array having a plurality of columnar bodies A method for allowing cells to adhere to each other has been developed, and it has been found that a plurality of cells can be accurately arranged at predetermined positions on the substrate, and the present invention has been completed. The present invention includes the following.

(1)一主面に長さが略同一の複数の柱状体を有するピラーアレイにおける、当該柱状体の端面に細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を接触させる工程と、基板の一主面にピラーアレイを柱状体の端面が対向するように位置決めし、当該端面に付着した上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を当該基板の一主面に転写する工程とを含む細胞アレイ用基板の製造方法。   (1) In a pillar array having a plurality of columnar bodies having substantially the same length on one main surface, a step of bringing a cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution into contact with the end surface of the columnar body; The pillar array is positioned so that the end faces of the columnar bodies face each other, and the cell membrane modifying agent (Biocompatible Anchor for Membrane) solution attached to the end faces is transferred to one main surface of the substrate. Method.

(2)上記複数の柱状体の配置は、支持体上に複数の針状物が配置された細胞挿入部材であって、細胞アレイ用基板に細胞を接着してなる細胞アレイに対して近接することで当該針状物を細胞に挿入できる細胞挿入部材における当該複数の針状物の配置に対応することを特徴とする(1)記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   (2) The arrangement of the plurality of columnar bodies is a cell insertion member in which a plurality of needle-like objects are arranged on a support, and is close to a cell array formed by adhering cells to a cell array substrate. The method for producing a cell array substrate according to (1), which corresponds to the arrangement of the plurality of needles in a cell insertion member capable of inserting the needles into cells.

(3)上記ピラーアレイは、IV型半導体材料からなる基板の一主面に複数の略円形のレジスト膜をパターニングし、ドライエッチング加工により上記複数の柱状体を形成したものであることを特徴とする(1)記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   (3) The pillar array is obtained by patterning a plurality of substantially circular resist films on one main surface of a substrate made of an IV type semiconductor material, and forming the plurality of columnar bodies by dry etching. (1) The method for producing a cell array substrate according to (1).

(4)上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液が転写される上記基板の一主面には、予めウシ血清アルブミン膜を成膜することを特徴とする(1)記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   (4) The cell array substrate according to (1), wherein a bovine serum albumin film is formed in advance on one main surface of the substrate to which the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution is transferred. Manufacturing method.

(5)上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液に含まれる細胞膜修飾剤の濃度により細胞接着力を調整することを特徴とする(1)記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   (5) The method for producing a cell array substrate according to (1), wherein the cell adhesive force is adjusted by the concentration of the cell membrane modifying agent contained in the cell membrane modifying agent (Biocompatible Anchor for Membrane) solution.

(6)上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液は、グリセリンを含有することを特徴とする(1)記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   (6) The method for producing a cell array substrate according to (1), wherein the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution contains glycerin.

(7)一主面に長さが略同一の複数の柱状体を有するピラーアレイにおける、当該柱状体の端面に細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を接触させる工程と、基板の一主面にピラーアレイを柱状体の端面が対向するように位置決めし、当該端面に付着した上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を当該基板の一主面に転写する工程と、上記基板の一主面に細胞懸濁液を接触させることで、上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液が転写された領域に細胞を接着する工程とを含む細胞アレイの製造方法。   (7) In a pillar array having a plurality of columnar bodies having substantially the same length on one main surface, a step of bringing a cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution into contact with the end surface of the columnar body; The pillar array is positioned so that the end surfaces of the columnar bodies face each other, and the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution attached to the end surfaces is transferred to one main surface of the substrate; And a step of adhering cells to a region where the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution is transferred by contacting the cell suspension.

(8)上記細胞を接着する工程では、基板の一主面に細胞懸濁液を接触させた後、基板上に接着しなかった細胞を基板上から除去する処理を行うことを特徴とする(7)記載の細胞アレイの製造方法。   (8) In the step of adhering the cells, after the cell suspension is brought into contact with one main surface of the substrate, a process of removing cells that have not adhered to the substrate from the substrate is performed ( 7) The manufacturing method of the cell array of description.

(9)上記複数の柱状体の配置は、支持体上に複数の針状物が配置された細胞挿入部材であって、細胞アレイに対して近接することで当該針状物を、基板上に接着した細胞に挿入できる細胞挿入部材における当該複数の針状物の配置に対応することを特徴とする(7)記載の細胞アレイの製造方法。   (9) The arrangement of the plurality of columnar bodies is a cell insertion member in which a plurality of needle-like objects are arranged on a support, and the needle-like objects are placed on a substrate by being close to the cell array. (7) The method for producing a cell array according to (7), which corresponds to the arrangement of the plurality of needles in a cell insertion member that can be inserted into the adhered cells.

(10)上記ピラーアレイは、IV型半導体材料からなる基板の一主面に複数の略円形のレジスト膜をパターニングし、ドライエッチング加工により上記複数の柱状体を形成したものであることを特徴とする(7)記載の細胞アレイの製造方法。   (10) The pillar array is obtained by patterning a plurality of substantially circular resist films on one main surface of a substrate made of an IV type semiconductor material, and forming the plurality of columnar bodies by dry etching. (7) The method for producing a cell array according to (7).

(11)上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液が転写される上記基板の一主面には、予めウシ血清アルブミン膜を成膜することを特徴とする(7)記載の細胞アレイの製造方法。   (11) The production of the cell array according to (7), wherein a bovine serum albumin film is formed in advance on one main surface of the substrate onto which the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution is transferred. Method.

(12)上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液に含まれる細胞膜修飾剤の濃度により細胞接着力を調整することを特徴とする(7)記載の細胞アレイの製造方法。   (12) The method for producing a cell array according to (7), wherein the cell adhesive force is adjusted by the concentration of the cell membrane modifying agent contained in the cell membrane modifying agent (Biocompatible Anchor for Membrane) solution.

(13)上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液は、グリセリンを含有することを特徴とする(7)記載の細胞アレイの製造方法。   (13) The method for producing a cell array according to (7), wherein the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution contains glycerin.

本発明に係る細胞アレイ用基板の製造方法は、複数の柱状体を有するピラーアレイを利用することで、基板の一主面における所定の位置に細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を転写する。これにより、本発明に係る細胞アレイ用基板の製造方法によれば、基板における所定の位置に細胞を配置することができる細胞アレイ用基板を製造できる。   The method for producing a cell array substrate according to the present invention uses a pillar array having a plurality of columnar bodies to transfer a cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution to a predetermined position on one main surface of the substrate. Thereby, according to the manufacturing method of the substrate for cell arrays which concerns on this invention, the substrate for cell arrays which can arrange | position a cell in the predetermined position in a board | substrate can be manufactured.

また、本発明に係る細胞アレイの製造方法は、複数の柱状体を有するピラーアレイを利用することで、基板の一主面における所定の位置に細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を転写する。これにより、本発明に係る細胞アレイの製造方法によれば、基板における所定の位置に細胞を配置した細胞アレイを製造できる。   The cell array manufacturing method according to the present invention uses a pillar array having a plurality of columnar bodies to transfer a cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution to a predetermined position on one main surface of the substrate. Thereby, according to the manufacturing method of the cell array which concerns on this invention, the cell array which has arrange | positioned the cell in the predetermined position in a board | substrate can be manufactured.

ピラーアレイの概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline of a pillar array. 細胞アレイ用基板の製造方法であって、細胞膜修飾剤溶液を基板に滴下する工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of the substrate for cell arrays, and is a perspective view showing the process of dropping a cell membrane modifier solution on a substrate. 細胞アレイ用基板の製造方法であって、滴下した細胞膜修飾剤溶液をスピンコートする工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of the substrate for cell arrays, and is a perspective view which shows the process of spin-coating the dripped cell membrane modifier solution. 細胞アレイ用基板の製造方法であって、細胞膜修飾剤溶液の被膜を基板に形成した工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of the substrate for cell arrays, and is a perspective view showing the process of forming the coat of the cell membrane modifier solution on the substrate. 細胞アレイ用基板の製造方法であって、ピラーアレイを細胞膜修飾剤溶液の被膜に対向させた工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of the substrate for cell arrays, and is a perspective view showing the process of making the pillar array face the coating of the cell membrane modifier solution. 細胞アレイ用基板の製造方法であって、ピラーアレイを細胞膜修飾剤溶液の被膜に当接させた工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of the substrate for cell arrays, and is a perspective view which shows the process which made the pillar array contact the film of a cell membrane modifier solution. 細胞アレイ用基板の製造方法であって、細胞膜修飾剤溶液を柱状体の端面に保持した状態のピラーアレイを細胞培養用シャーレに対向させた工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of the cell array substrate, and is a perspective view showing a process in which a pillar array in a state where a cell membrane modifying agent solution is held on an end face of a columnar body is opposed to a cell culture dish. 細胞アレイ用基板の製造方法であって、細胞膜修飾剤溶液を保持した柱状体の端面を細胞培養用シャーレに当接させた工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of the cell array substrate, and is a perspective view showing a process in which an end surface of a columnar body holding a cell membrane modifier solution is brought into contact with a cell culture petri dish. 細胞アレイ用基板の製造方法により製造された細胞アレイ用基板の斜視図である。It is a perspective view of the cell array substrate manufactured by the manufacturing method of the cell array substrate. 細胞アレイの製造方法であって、細胞アレイ用基板に細胞懸濁液を滴下する工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of a cell array, Comprising: It is a perspective view which shows the process of dripping a cell suspension on the cell array substrate. 細胞アレイの製造方法であって、細胞アレイ用基板に細胞を接着させる工程を示す斜視図である。It is a manufacturing method of a cell array, Comprising: It is a perspective view which shows the process of making a cell adhere to a cell array substrate. 細胞アレイの製造方法により製造された細胞アレイの斜視図である。It is a perspective view of the cell array manufactured by the manufacturing method of a cell array. マイクロピラーアレイに使用する基板の斜視図である。It is a perspective view of the board | substrate used for a micro pillar array. 基板にレジスト膜を成膜した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which formed the resist film into the board | substrate. レジスト膜に対向するようにフォトマスクを位置決めした状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which positioned the photomask so as to oppose a resist film. フォトマスクに対応するパターンをレジスト膜に形成した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which formed the pattern corresponding to a photomask in the resist film. 現像することにより基板上に所定形状のレジスト膜を形成した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which formed the resist film of the predetermined shape on the board | substrate by developing. ドライエッチングによりマイクロピラーを形成した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which formed the micro pillar by dry etching. レジスト膜を除去して作製されたマイクロピラーアレイの斜視図である。It is a perspective view of the micro pillar array produced by removing a resist film. 細胞挿入部材を用いた標的細胞の釣り上げ分離の態様を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the aspect of the pick-up separation of the target cell using a cell insertion member. BAM濃度を0.5、1及び10mMとした3種類のBAMインク液を使用したときの基板に対する細胞の平均接着力を測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic view showing the result of measuring the average adhesion force of cells to a substrate when using three types of BAM ink liquids with BAM concentrations of 0.5, 1, and 10 mM. マイクロピラーアレイのSEM写真である。上は直径2μm、長さ20μm及びピッチ30μmのマイクロピラーアレイであり、下は直径5μm、長さ20μm及びピッチ30μmのマイクロピラーアレイである。It is a SEM photograph of a micro pillar array. The top is a micro pillar array with a diameter of 2 μm, a length of 20 μm and a pitch of 30 μm, and the bottom is a micro pillar array with a diameter of 5 μm, a length of 20 μm and a pitch of 30 μm. 細胞挿入部材を水平から30°傾けて撮影した走査型電子顕微鏡写真である。上は300倍、下は15000倍の観察像である。スケールバーはそれぞれ100μm、3μmである。It is the scanning electron micrograph which image | photographed the cell insertion member inclining 30 degrees from horizontal. The top image is 300 times and the bottom image is 15000 times. The scale bars are 100 μm and 3 μm, respectively.

本発明に係る細胞アレイ用基板の製造方法及び細胞アレイの製造方法を、図面を参照して詳細に説明する。   A method for producing a cell array substrate and a method for producing a cell array according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

細胞アレイ用基板とは細胞を接着することができる基板を意味し、細胞アレイとは細胞アレイ用基板に細胞を接着した状態の基板を意味する。すなわち、細胞アレイ用基板とは、細胞を未だ接着していない状態であって、細胞を接着した状態の細胞アレイとは異なる。ここで、細胞アレイ用基板に接着する細胞としては、特に限定されないが、ヒト、マウス、ラット、サル等の哺乳動物由来の動物細胞を挙げることができる。   The cell array substrate means a substrate to which cells can be adhered, and the cell array means a substrate in which cells are adhered to the cell array substrate. That is, the cell array substrate is different from a cell array in which cells are not adhered yet and in a state where cells are adhered. Here, the cells that adhere to the cell array substrate are not particularly limited, and examples thereof include animal cells derived from mammals such as humans, mice, rats, and monkeys.

本発明に係る細胞アレイ用基板の製造方法は、図1に示すように、一主面に長さが略同一の複数の柱状体1を有するピラーアレイ2を利用する。なお、ピラーアレイ2における複数の柱状体1の配置は、細胞アレイ用基板における細胞接着領域の配置に対応することとなる。例えば、柱状体1の形状を直径略1〜4μmの円柱とした場合、隣接する柱状体1の間隔を例えば25〜150μm、好ましくは28〜100μm、より好ましくは30〜50μmとなるように配置することができる。すなわち、柱状体1は、10mm角の領域に、例えば4千〜16万本、好ましくは1万〜12万本、より好ましくは4万〜11万本、XY方向に整列するように配置することができる。ただし、ピラーアレイ2を構成する複数の柱状体1の数及び配置について、何ら限定されるものではない。   As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a cell array substrate according to the present invention uses a pillar array 2 having a plurality of columnar bodies 1 having substantially the same length on one main surface. In addition, arrangement | positioning of the some columnar body 1 in the pillar array 2 respond | corresponds to arrangement | positioning of the cell adhesion area | region in the board | substrate for cell arrays. For example, when the shape of the columnar body 1 is a cylinder having a diameter of approximately 1 to 4 μm, the interval between adjacent columnar bodies 1 is, for example, 25 to 150 μm, preferably 28 to 100 μm, and more preferably 30 to 50 μm. be able to. That is, the columnar bodies 1 are arranged in a 10 mm square region, for example, 4,000 to 160,000, preferably 10,000 to 120,000, more preferably 40,000 to 110,000, and aligned in the XY direction. Can do. However, the number and arrangement of the plurality of columnar bodies 1 constituting the pillar array 2 are not limited at all.

なお、隣接する柱状体1の間隔を、例えば30μmとすることは、細胞アレイ用基板に接着する細胞の間隔が約30μmになることを意味する。通常、浮遊状態の体細胞の直径は約10μmであり、細胞アレイ用基板に接着する細胞の間隔を約30μmとすれば、隣接する細胞同士の接着を確実に防止することができる。   Note that setting the interval between adjacent columnar bodies 1 to 30 μm, for example, means that the interval between cells adhered to the cell array substrate is approximately 30 μm. Usually, the diameter of the floating somatic cell is about 10 μm, and if the distance between the cells adhering to the cell array substrate is about 30 μm, adhesion between adjacent cells can be reliably prevented.

ピラーアレイ2において、複数の柱状体1が一主面から略同一の長さを有するため、これら柱状体1の端面に対してほぼ隙間無く平板を当接することができる。なお、柱状体1の端面は、平面でも良いし、所定の荒さとなるように粗面処理が施されていても良いし、或いは、所定形状の溝が形成されていても良い。また、柱状体1の端面の平面形状、すなわち柱状体1の断面形状は、特に限定されず、円形でも良いし、三角形や矩形等の多角形でもよい。   In the pillar array 2, since the plurality of columnar bodies 1 have substantially the same length from one main surface, the flat plate can be brought into contact with the end surfaces of these columnar bodies 1 with almost no gap. In addition, the end surface of the columnar body 1 may be a flat surface, may be subjected to a rough surface treatment so as to have a predetermined roughness, or a groove having a predetermined shape may be formed. Moreover, the planar shape of the end surface of the columnar body 1, that is, the cross-sectional shape of the columnar body 1 is not particularly limited, and may be a circle or a polygon such as a triangle or a rectangle.

本発明に係る細胞アレイ用基板の製造方法では、先ず、図1に示したピラーアレイ2における柱状体1の端面に細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を接触させる。これにより、複数の柱状体1の端面には、それぞれ所定量の細胞膜修飾剤溶液が保持されることとなる。次に、柱状体1の端面に細胞膜修飾剤溶液を保持した状態で、柱状体1の端面に基板の一主面を当接する。これにより、柱状体1の端面に保持した細胞膜修飾剤溶液を当該基板の一主面に転写することができる。このようにして、基板の一主面に、ピラーアレイ2を構成する複数の柱状体1の配置に対応した、細胞膜修飾剤溶液が転写された複数の領域が形成されることとなる。少なくとも以上の工程によって、基板の一主面に細胞膜修飾剤溶液が転写された複数の領域が形成されてなる細胞アレイ用基板を製造することができる。なお、細胞アレイ用基板の基となる基板としては、特に限定されないが、例えば細胞培養等に使用されるシャーレ、その他のガラスからなる基板、樹脂からなる基板を適宜使用することができる。   In the method for producing a cell array substrate according to the present invention, first, a cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution is brought into contact with the end face of the columnar body 1 in the pillar array 2 shown in FIG. As a result, a predetermined amount of the cell membrane modifier solution is held on the end surfaces of the plurality of columnar bodies 1. Next, one main surface of the substrate is brought into contact with the end surface of the columnar body 1 while the cell membrane modifier solution is held on the end surface of the columnar body 1. Thereby, the cell membrane modifier solution held on the end face of the columnar body 1 can be transferred to one main surface of the substrate. In this manner, a plurality of regions to which the cell membrane modifier solution is transferred corresponding to the arrangement of the plurality of columnar bodies 1 constituting the pillar array 2 are formed on one main surface of the substrate. Through at least the above steps, a cell array substrate in which a plurality of regions having the cell membrane modifier solution transferred thereon is formed on one main surface of the substrate can be produced. The substrate used as the base of the cell array substrate is not particularly limited. For example, a petri dish used for cell culture, other glass substrates, and a resin substrate can be appropriately used.

より詳細な細胞アレイ用基板の製造方法を図2〜9にて説明する。先ず、図2に示すように、細胞膜修飾剤として、スクシミド基を有するSUNBRIGHT OE-020CS(日油株式会社製)、イソプロパノール、グリセリン及び水を含む細胞膜修飾剤溶液を、ガラス基板10に滴下する。ここで、細胞膜修飾剤溶液としては、特にグリセリンを含有する組成とすることが好ましい。細胞膜修飾剤溶液がグリセリンを含有する場合、後述する処理において細胞膜修飾剤溶液が乾燥することを防止できる。なお、細胞膜修飾剤溶液の乾燥防止には、グリセリンに限定されず、例えば、ヒアルロン酸をはじめとする他の多糖類やベタイン等、保水効果を有する各種化合物を利用することができる。なお、細胞膜修飾剤溶液には、蛍光試薬であるフルオロセインを含有させておくことで、細胞アレイ用基板に転写されたときのパターンをフルオロセインに基づいて確認することができる。   A more detailed method for producing a cell array substrate will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, a cell membrane modifier solution containing SUNBRIGHT OE-020CS (manufactured by NOF Corporation) having a succinimide group, isopropanol, glycerin and water as a cell membrane modifier is dropped onto the glass substrate 10. Here, the cell membrane modifier solution is particularly preferably a composition containing glycerin. When the cell membrane modifier solution contains glycerin, the cell membrane modifier solution can be prevented from drying in the treatment described below. In addition, the dry prevention of the cell membrane modifier solution is not limited to glycerin, and various compounds having a water retention effect such as other polysaccharides such as hyaluronic acid and betaine can be used. The cell membrane modifying agent solution contains fluorescein, which is a fluorescent reagent, so that the pattern when transferred to the cell array substrate can be confirmed based on the fluorescein.

次に、図3に示すように、いわゆるスピンコート法により、細胞膜修飾剤溶液の被膜11をガラス基板10上に形成する(図4)。次に、図5に示すように、ピラーアレイ2における柱状体1の端面がガラス基板10における細胞膜修飾剤溶液の被膜11が形成された面に対向させる。次に、図6に示すように、ピラーアレイ2及び/又はガラス基板10を近接する方向に移動させ、柱状体1の端面を細胞膜修飾剤溶液の被膜11に接触させる。なお、柱状体1の端面がガラス基板10に当接するまで、ピラーアレイ2及び/又はガラス基板10を移動させてもよい。以上の工程を経ることによって、複数の柱状体1の全ての端面に細胞膜修飾剤溶液を保持させることができる。   Next, as shown in FIG. 3, a coating 11 of the cell membrane modifier solution is formed on the glass substrate 10 by a so-called spin coating method (FIG. 4). Next, as shown in FIG. 5, the end surface of the columnar body 1 in the pillar array 2 is opposed to the surface of the glass substrate 10 on which the coating film 11 of the cell membrane modifier solution is formed. Next, as shown in FIG. 6, the pillar array 2 and / or the glass substrate 10 are moved in the approaching direction, and the end surface of the columnar body 1 is brought into contact with the coating 11 of the cell membrane modifier solution. The pillar array 2 and / or the glass substrate 10 may be moved until the end face of the columnar body 1 comes into contact with the glass substrate 10. Through the above steps, the cell membrane modifier solution can be held on all end faces of the plurality of columnar bodies 1.

次に、図7に示すように、柱状体1の端面に細胞膜修飾剤溶液を保持した状態で、ピラーアレイ2における柱状体1の端面を細胞アレイ用基板の基となる細胞培養用シャーレ12に対向させる。なお、この細胞培養用シャーレ12は、柱状体1の端面が対向する一主面に予め1 mg/mL ウシ血清アルブミンBSA溶液を満たし、BSA被膜を形成している。次に、図8に示すように、ピラーアレイ2及び/又は細胞培養用シャーレ12を近接する方向に移動させ、柱状体1の端面を細胞培養用シャーレ12に形成されたBSA被膜に接触させる。なお、柱状体1の端面が細胞培養用シャーレ12に当接するまで、ピラーアレイ2及び/又は細胞培養用シャーレ12を移動させてもよい。そして、ピラーアレイ2と細胞培養用シャーレ12とを離間させることで、柱状体1の端面に保持された細胞膜修飾剤溶液を細胞培養用シャーレ12の一主面に転写することができる。その後、およそ60分間室温で放置することで、細胞膜修飾剤におけるスクシミド基とBSAとを反応させることができる。   Next, as shown in FIG. 7, the end surface of the columnar body 1 in the pillar array 2 is opposed to the cell culture petri dish 12 serving as the base of the cell array substrate, with the cell membrane modifier solution held on the end surface of the columnar body 1. Let In addition, in the petri dish for cell culture 12, one main surface facing the end face of the columnar body 1 is previously filled with a 1 mg / mL bovine serum albumin BSA solution to form a BSA coating. Next, as shown in FIG. 8, the pillar array 2 and / or the cell culture petri dish 12 is moved in the approaching direction, and the end surface of the columnar body 1 is brought into contact with the BSA coating formed on the cell culture petri dish 12. The pillar array 2 and / or the cell culture petri dish 12 may be moved until the end surface of the columnar body 1 contacts the cell culture petri dish 12. Then, by separating the pillar array 2 and the cell culture petri dish 12, the cell membrane modifier solution held on the end surface of the columnar body 1 can be transferred to one main surface of the cell culture petri dish 12. Thereafter, the succinimide group in the cell membrane modifying agent and BSA can be reacted by allowing to stand at room temperature for about 60 minutes.

以上により、図9に示すような、細胞培養用シャーレ12の一主面に細胞膜修飾剤溶液が転写された複数の細胞接着領域13を有する細胞アレイ用基板を製造することができる。製造された細胞アレイ用基板は、例えば図10〜12に示すような工程によって複数の細胞接着領域13に細胞を接着させることができる。言い換えると、製造された細胞アレイ用基板を用いて図10〜12に示す工程に従って細胞アレイを製造することができる。   As described above, a cell array substrate having a plurality of cell adhesion regions 13 having the cell membrane modifier solution transferred onto one main surface of the cell culture petri dish 12 as shown in FIG. 9 can be produced. The manufactured cell array substrate can adhere cells to a plurality of cell adhesion regions 13 by, for example, processes shown in FIGS. In other words, a cell array can be manufactured according to the process shown in FIGS. 10-12 using the manufactured cell array substrate.

詳細には、先ず、図10に示すように、細胞アレイ用基板における細胞接着領域13が形成された一主面に、細胞懸濁液を接触させる。例えば、細胞アレイ用基板として細胞培養用シャーレ12を使用する場合、細胞懸濁液を細胞培養用シャーレ12に満たす。そして、例えば、10分間10 rpmで振とうする。これにより、図11に示すように、細胞アレイ用基板の細胞接着領域13に細胞14を接着させることができる。そして、図12に示すように、細胞アレイ用基板の細胞接着領域13に接着しなかった細胞14を除去することで、細胞接着領域13の配置に応じて複数の細胞14が接着して細胞アレイ15を製造することができる。   Specifically, first, as shown in FIG. 10, the cell suspension is brought into contact with one main surface of the cell array substrate on which the cell adhesion region 13 is formed. For example, when the cell culture petri dish 12 is used as the cell array substrate, the cell suspension is filled in the cell culture petri dish 12. Then, for example, shake at 10 rpm for 10 minutes. Thereby, as shown in FIG. 11, the cells 14 can be adhered to the cell adhesion region 13 of the cell array substrate. Then, as shown in FIG. 12, by removing the cells 14 that have not adhered to the cell adhesion region 13 of the cell array substrate, a plurality of cells 14 are adhered according to the arrangement of the cell adhesion region 13, and the cell array 15 can be manufactured.

以上のように製造された細胞アレイ15においては、細胞接着領域13の大きさによって接着する細胞の数を調節することができる。例えば、1個の細胞を接着したい場合には、領域13の直径を例えば1〜5μm、好ましくは1.5〜4μm、より好ましくは2〜3μmとする。   In the cell array 15 manufactured as described above, the number of cells to be adhered can be adjusted by the size of the cell adhesion region 13. For example, when it is desired to adhere one cell, the diameter of the region 13 is, for example, 1 to 5 μm, preferably 1.5 to 4 μm, more preferably 2 to 3 μm.

なお、上述した例では、細胞培養用シャーレ12にBSA被膜を形成しているため、細胞膜修飾剤溶液が転写された細胞接着領域13以外の領域は、BSA被膜が露出することとなる。BSAは細胞接着を抑制できるため、上述した例では、細胞膜修飾剤溶液が転写された細胞接着領域13以外に対する細胞の接着を防止することができる。また、上述した例では、例えば24時間のインキュベーションを経たとしても、細胞接着領域13に接着した細胞が細胞接着領域13以外の領域に移動することを防止できる。   In the above-described example, since the BSA coating is formed on the cell culture dish 12, the BSA coating is exposed in regions other than the cell adhesion region 13 to which the cell membrane modifier solution has been transferred. Since BSA can suppress cell adhesion, in the above-described example, it is possible to prevent cell adhesion to other than the cell adhesion region 13 to which the cell membrane modifier solution is transferred. In the above-described example, for example, even after 24 hours of incubation, the cells adhered to the cell adhesion region 13 can be prevented from moving to a region other than the cell adhesion region 13.

一方、細胞培養用シャーレ12の一主面には、BSA被膜に代えて、細胞接着を促す被膜を形成しても良い。細胞接着を促す被膜としては、フィブロネクチン被膜、コラーゲン被膜、ポリリジン被膜等を挙げることができる。このような細胞接着を促す被膜を形成することで、細胞膜修飾剤溶液を転写した細胞接着領域13と比較して弱い接着力でもって、細胞接着領域13以外の領域には細胞を一過的に接着させることができる。例えば、細胞接着領域13に細胞を接着させた後に24時間のインキュベーションを行うことで、細胞接着領域13以外の領域において、培養細胞が通常の付着状態を形成することができる。   On the other hand, a coating for promoting cell adhesion may be formed on one main surface of the cell culture petri dish 12 instead of the BSA coating. Examples of the coating that promotes cell adhesion include a fibronectin coating, a collagen coating, and a polylysine coating. By forming such a coating that promotes cell adhesion, the cells are temporarily transferred to regions other than the cell adhesion region 13 with weaker adhesion than the cell adhesion region 13 to which the cell membrane modifier solution is transferred. Can be glued. For example, culture cells can form a normal adhesion state in a region other than the cell adhesion region 13 by performing incubation for 24 hours after the cells are adhered to the cell adhesion region 13.

なお、この細胞接着領域13の形状や大きさについては、上述した細胞アレイ用基板の製造工程から理解できるように、ピラーアレイ2における柱状体1の端面の形状及び大きさ、並びに細胞膜修飾剤溶液の粘度等に依存する。よって、柱状体1の端面の形状及び大きさ、並びに細胞膜修飾剤溶液の粘度等を調節することで、細胞接着領域13を所望の形状及び大きさとすることができる。   The shape and size of the cell adhesion region 13 can be understood from the above-described manufacturing process of the cell array substrate, and the shape and size of the end surface of the columnar body 1 in the pillar array 2 and the cell membrane modifier solution. Depends on viscosity etc. Therefore, by adjusting the shape and size of the end face of the columnar body 1 and the viscosity of the cell membrane modifier solution, the cell adhesion region 13 can be made to have a desired shape and size.

また、細胞アレイ用基板における複数の細胞接着領域13の配置は、上述した細胞アレイ用基板の製造工程から理解できるように、ピラーアレイ2における複数の柱状体1の配置に対応する。よって、細胞アレイ用基板における複数の細胞接着領域13、すなわち細胞アレイ用基板に接着した細胞14の位置は、ピラーアレイ2における複数の柱状体1の配置によって調整することができる。   The arrangement of the plurality of cell adhesion regions 13 in the cell array substrate corresponds to the arrangement of the plurality of columnar bodies 1 in the pillar array 2 as can be understood from the manufacturing process of the cell array substrate described above. Therefore, the positions of the plurality of cell adhesion regions 13 on the cell array substrate, that is, the cells 14 adhered to the cell array substrate can be adjusted by the arrangement of the plurality of columnar bodies 1 in the pillar array 2.

複数の細胞14を接着してなる細胞アレイ15は、特に限定されないが、例えば、特開2011−182761号公報に開示された細胞の分離装置に使用することができる。すなわち、特開2011−182761号公報に開示された細胞の分離装置は、マーカー結合物質を固定化した複数の針状物を備え、基板に接着した複数の細胞に対してそれぞれ針状物を挿入するものである。この分離装置では、マーカー物質を有する細胞に針状物が挿入されると、マーカー物質とマーカー結合物質とが結合するが、細胞の基板に対する接着力が、マーカー物質が結合したときの上記針状物と細胞との結合力に比し小さく設定されている。よって、この分離装置では、細胞に針状物を挿入した後、針状物を引き上げることによって、マーカー物質を有する細胞のみを基板から引きはがし、マーカー物質を有しない細胞から分離することができる。   The cell array 15 formed by adhering a plurality of cells 14 is not particularly limited. For example, the cell array 15 can be used in a cell separation device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-182761. That is, the cell separation device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-182761 includes a plurality of needle-like objects on which a marker binding substance is immobilized, and inserts needle-like objects into a plurality of cells adhered to a substrate, respectively. To do. In this separation device, when a needle-like object is inserted into a cell having a marker substance, the marker substance and the marker-binding substance are bound to each other, but the adhesive force of the cell to the substrate is the above needle-like shape when the marker substance is bound. It is set smaller than the binding force between objects and cells. Therefore, in this separation apparatus, after inserting the needle-like object into the cell, the needle-like object is pulled up, whereby only the cell having the marker substance can be peeled from the substrate and separated from the cell not having the marker substance.

上述した細胞アレイ15は、この分離装置に使用することができる。特に、分離装置に備わる複数の針状物の配置に対応する位置に細胞を接着することで、細胞の分離効率を大幅に向上することができる。すなわち、細胞アレイ用基板を作製する際に使用するピラーアレイ2は、分離装置に備わる複数の針状物の配置に一致するように配置された複数の柱状体1を有するものを使用することが好ましい。これにより、細胞アレイは、分離装置に備わる複数の針状物の配置に一致するように細胞14を接着することができる。例えば、後述する方法によりピラーアレイ2から直径200nmの針状物を作製する場合、細胞アレイ用基板に接着した細胞と針状物とを非常に正確に位置決めすることができる。例えば、後述する方法によりピラーアレイ2から直径200nmの針状物を作製する場合、細胞アレイ用基板に接着した細胞の中心と針状物の先端との位置を、細胞の半径であるおよそ5μmの範囲に収めることができる。   The cell array 15 described above can be used in this separation apparatus. In particular, the cell separation efficiency can be greatly improved by adhering the cells to positions corresponding to the arrangement of the plurality of needles provided in the separation device. That is, it is preferable to use the pillar array 2 used when producing the cell array substrate, which has a plurality of columnar bodies 1 arranged so as to coincide with the arrangement of the plurality of needle-like objects provided in the separation device. . Thereby, the cell array can adhere | attach the cell 14 so that it may correspond with arrangement | positioning of the some acicular object with which a separation apparatus is equipped. For example, when a needle-like object having a diameter of 200 nm is produced from the pillar array 2 by a method to be described later, it is possible to position the cell and the needle-like object adhered to the cell array substrate very accurately. For example, when a needle-like object having a diameter of 200 nm is produced from the pillar array 2 by the method described later, the position of the center of the cell adhered to the cell array substrate and the tip of the needle-like object is within a range of about 5 μm which is the radius of the cell. Can fit in.

また、上述した細胞アレイ15は、特開2011−182761号公報に開示された細胞の分離装置に限定されず、細胞に対して挿入する針状物を改良したタイプの分離装置に適用することもできる。一例としては、特徴的な形状の針状物を多数配置したナノニードルアレイを使用する分離装置を挙げることができる。   The cell array 15 described above is not limited to the cell separation device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-182761, but may be applied to a separation device of a type in which needles inserted into cells are improved. it can. As an example, a separation apparatus using a nanoneedle array in which a large number of needles having a characteristic shape are arranged can be mentioned.

ここで、ナノニードルアレイのナノニードル(針状物)は支持体と一体加工されたものであり、ナノニードルの配置密度は、培養基板上の細胞の配置状態に応じて種々変更可能ではあるが、各動物細胞に一本のナノニードルを挿入する場合、例えば、支持体10mm角に1万〜5万本である。各ナノニードルの長さ(支持体面からの高さ)は、10〜50μm、直径は、針状物の1/2長さの部分で200〜300nmである。このナノニードルの形状は、先太りの野球のバット様の形状をしており、ナノニードルの最大直径は、針状物1/2長さの部分の直径の10〜30%大きい形状となっている。   Here, the nanoneedle (needle) of the nanoneedle array is integrally processed with the support, and the arrangement density of the nanoneedle can be variously changed according to the arrangement state of the cells on the culture substrate. In the case where one nanoneedle is inserted into each animal cell, for example, the number is 10,000 to 50,000 in a 10 mm square support. Each nanoneedle has a length (height from the support surface) of 10 to 50 μm, and a diameter of 200 to 300 nm in a ½ length portion of the needle-like material. The shape of this nanoneedle is a bat-like shape of a thick baseball, and the maximum diameter of the nanoneedle is 10 to 30% larger than the diameter of the ½ length of the needle-like object. Yes.

効率的な細胞挿入は、針状物の直径と長さによって決定される。針状物の直径が100〜400nm、長さ10μm以上の場合に、ヒト、マウス、ラット等の様々な動物由来の体細胞に対して、80%以上の高い挿入効率が得られるが、各ナノニードルの最大直径でも400nm以下であり、高い挿入効率が達成できる。なお、挿入効率とは針状物の細胞への接近動作の試行回数に対する針状物の細胞膜貫通の達成割合をいう。   Efficient cell insertion is determined by the diameter and length of the needle. When the diameter of the needle-like material is 100 to 400 nm and the length is 10 μm or more, a high insertion efficiency of 80% or more can be obtained for somatic cells derived from various animals such as humans, mice, and rats. The maximum diameter of the needle is 400 nm or less, and high insertion efficiency can be achieved. Note that the insertion efficiency refers to the achievement rate of the needle-like material penetrating through the cell membrane with respect to the number of trials of the needle-like object approaching the cell.

また、ナノニードルは培養基板上の各細胞に対して、1本ずつ配置してもよいが、さらに、一つの細胞に対し2本あるいは3本ずつ、各細胞の配置間隔と対応させて配置してもよい。特に、3本配置する場合は、培養基板表面に対し、三角形、好ましくは正三角形になるように配置するのが好ましい。   In addition, one nanoneedle may be arranged for each cell on the culture substrate, but two or three nanoneedles are arranged corresponding to the arrangement interval of each cell. May be. In particular, when three are arranged, it is preferable to arrange them so as to form a triangle, preferably an equilateral triangle, with respect to the culture substrate surface.

このようなナノニードルの配置によれば、細胞解析用のプローブとして同一細胞内での異なる複数箇所でのデータを同時測定でき、また、細胞挿入操作時の横ずれを防止するという機能も発揮できる。さらに、標的細胞をつり上げて分離する際、ナノニードルの細胞保持力の増大にも寄与する。   According to such an arrangement of nanoneedles, it is possible to simultaneously measure data at a plurality of different locations within the same cell as a probe for cell analysis, and to exhibit a function of preventing lateral shift during cell insertion operation. In addition, when the target cells are lifted and separated, the nanoneedle also contributes to an increase in cell retention.

このようなナノニードルアレイは、以下のa)〜d)の工程を含む製造方法により得られる。   Such a nanoneedle array is obtained by a manufacturing method including the following steps a) to d).

a)フォトレジストのコーティング工程
先ず、図13に示すように、IV型半導体材料からなる基板20を準備する。次に、図14に示すように、基板20の一主面をフォトレジストでコーティングしてレジスト膜21を形成する。このフォトレジスト(感光性樹脂)としては、ポジ型、ネガ型のいずれも使用でき、IV型半導体基板20としては、Si、SiC、Ge等の無機材料からなるものが挙げられる。
a) Photoresist Coating Step First, as shown in FIG. 13, a substrate 20 made of an IV type semiconductor material is prepared. Next, as shown in FIG. 14, one main surface of the substrate 20 is coated with a photoresist to form a resist film 21. As the photoresist (photosensitive resin), either a positive type or a negative type can be used, and examples of the IV type semiconductor substrate 20 include those made of inorganic materials such as Si, SiC, and Ge.

b)マスクパターンの現像工程
次に、図15に示すように、上記フォトレジストによりコーティングされた基板20上にマスクパターンが印画されたフォトマスク22を配置し、光照射する。フォトマスク22は、合成石英ガラス等の透明材料上に、直径1〜4μmの独立した円形の繰り返しパターン23を有し、該パターン23中の各円形部分の位置は、用いる培養基板上の細胞の位置と対応するものとすればよく、決まったものではないが、各円形部分の間隔は、通常、50〜100μmに設定すればよい。
b) Mask Pattern Development Step Next, as shown in FIG. 15, a photomask 22 having a mask pattern printed thereon is placed on the substrate 20 coated with the above-described photoresist and irradiated with light. The photomask 22 has an independent circular repetitive pattern 23 having a diameter of 1 to 4 μm on a transparent material such as synthetic quartz glass, and the position of each circular portion in the pattern 23 depends on the cell on the culture substrate to be used. What is necessary is just to correspond to a position, and although it is not decided, what is necessary is just to set the space | interval of each circular part to 50-100 micrometers normally.

フォトマスク22としては、例えば、クロム、酸化クロム、エマルジョン等を含有するものを用いることができる。ポジ型のフォトレジストを用いる場合、マスク剤は、フォトマスクの各円形部分に塗布し、ネガ型のフォトレジストを用いる場合は、各円形部分を残して、他の領域にマスク剤を塗布する。   As the photomask 22, for example, one containing chromium, chromium oxide, emulsion or the like can be used. When a positive photoresist is used, the mask agent is applied to each circular portion of the photomask. When a negative photoresist is used, the mask agent is applied to other regions while leaving each circular portion.

光照射手段としては、マスクアライナ、ステッパなど等を用いることができる。フォトマスク22を介してレジスト膜21に光照射することによって、図16に示すように、パターン23に対応した領域24のみが硬化する。その後、現像剤を用いてレジスト膜21を現像処理すると、図17に示すように、硬化した領域24のみが基板20上に残存することとなる。ここで現像剤としては、ポジ型フォトレジストを使用する場合は、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)等のアルカリ溶液が用いられ、ネガ型フォトレジストを使用する場合は、有機溶剤が用いられる。このような現像剤により、ポジ型のレジスト膜21の場合は、マスクされた円形部分が残り他の領域は除去され、ネガ型のレジスト膜21に場合は、マスクされた領域は除去され、マスクされなかった円形部分が残る。いずれの場合であっても、シリコン基板20上に残存したフォトレジストによる独立した円形の繰り返しパターン(領域24)が描画される。   As the light irradiation means, a mask aligner, a stepper, or the like can be used. By irradiating the resist film 21 with light through the photomask 22, only the region 24 corresponding to the pattern 23 is cured as shown in FIG. Thereafter, when the resist film 21 is developed using a developer, only the cured region 24 remains on the substrate 20 as shown in FIG. Here, as the developer, an alkaline solution such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide) is used when a positive photoresist is used, and an organic solvent is used when a negative photoresist is used. With such a developer, in the case of the positive resist film 21, the masked circular portion remains and other areas are removed, and in the case of the negative resist film 21, the masked area is removed and the mask is removed. The circular part that was not done remains. In any case, an independent circular repetitive pattern (region 24) is drawn by the photoresist remaining on the silicon substrate 20.

c)ドライエッチング工程
この繰り返しパターン(領域24)が描画された基板20は、ドライエッチングにより、図18に示すように、フォトレジストにより描画された円形部分に対応する部分以外の領域を掘り下る。ドライエッチングは、例えば、誘導結合プラズマエッチング装置を用いて、該装置に上記パターンが描画された基板を収納し、該装置にエッチングガスと保護ガスを交互に繰り返し導入(例えば60〜120サイクル)してエッチングすることにより行う。エッチングガスとしては、例えば、SF、IF、CHF、CF等のエッチングガスが用いられ、エッチング側壁を保護するための上記保護ガスとしては、Cが用いられる。他に使用できるドライエッチング装置としては誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma,ICP)ドライエッチング装置等がある。
c) Dry Etching Step The substrate 20 on which this repetitive pattern (region 24) is drawn digs up a region other than the portion corresponding to the circular portion drawn by the photoresist, as shown in FIG. 18, by dry etching. In dry etching, for example, an inductively coupled plasma etching apparatus is used to store the substrate on which the pattern is drawn in the apparatus, and etching gas and protective gas are repeatedly introduced into the apparatus alternately (for example, 60 to 120 cycles). This is done by etching. As the etching gas, for example, an etching gas such as SF 6 , IF 5 , CHF 3 , or CF 4 is used, and C 4 H 8 is used as the protective gas for protecting the etching sidewall. Other dry etching apparatuses that can be used include an inductively coupled plasma (ICP) dry etching apparatus.

次に、得られたマイクロアピラーから、アッシャーによりレジスト膜21を除去する。これにより、図19に示すように、直径2〜3μmの複数のピラー25を有するマイクロピラーアレイ26を作製することができる。なお、ここで作製したマイクロピラーアレイ26は、上述した細胞アレイ用基板を製造する際のピラーアレイ2として使用することが好ましい。すなわち、上述したピラーアレイ2における複数の柱状体1が、図19に示したマイクロピラーアレイ26におけるピラー25に相当する。   Next, the resist film 21 is removed by an asher from the obtained micro-apillar. Thereby, as shown in FIG. 19, the micro pillar array 26 which has the several pillar 25 with a diameter of 2-3 micrometers can be produced. In addition, it is preferable to use the micro pillar array 26 produced here as the pillar array 2 at the time of manufacturing the substrate for cell arrays mentioned above. That is, the plurality of columnar bodies 1 in the pillar array 2 described above correspond to the pillars 25 in the micro pillar array 26 shown in FIG.

d)ウエットエッチング工程
上記のようにレジスト膜21を除去した後、1100℃以上、10〜20時間の湿潤条件で熱酸化して、酸化層を作製した後、フッ酸系のウエットエッチング剤を用いてウエットエッチングを行い、上述した特徴的な構造を有するナノニードルアレイを製造することができる。ここで、フッ酸系ウエットエッチング剤としては、例えば、フッ酸あるいはフッ酸とフッ化アンモニウムを混合した緩衝フッ酸等を用いることができる。ナノニードルの上記独特の先太り形状は、このようなウエットエッチング処理を付加したことにより初めて得られたものである。
d) Wet etching step After removing the resist film 21 as described above, it is thermally oxidized under wet conditions of 1100 ° C. or more for 10 to 20 hours to form an oxide layer, and then a hydrofluoric acid-based wet etching agent is used. By performing wet etching, a nanoneedle array having the above-described characteristic structure can be manufactured. Here, as the hydrofluoric acid-based wet etching agent, for example, hydrofluoric acid or buffered hydrofluoric acid in which hydrofluoric acid and ammonium fluoride are mixed can be used. The above-mentioned unique tapered shape of the nanoneedle is obtained for the first time by adding such a wet etching process.

以上のように作製されたナノニードルアレイは、各ナノニードルに、例えば、遺伝子あるいは遺伝子の発現に関与する物質等を固定化し、各細胞中の遺伝子の発現状態を検出、測定するために用いることができる。上記遺伝子等をナノニードルアレイの各ナノニードルに固定し、各ナノニードルが細胞アレイに接着している各細胞の位置に合致するようにナノニードルアレイを位置あわせし、下降させることにより、各ナノニードルを同時に個々の細胞に挿入することができる。   The nanoneedle array produced as described above should be used to detect and measure the expression state of genes in each cell, for example, by immobilizing genes or substances involved in gene expression to each nanoneedle. Can do. The above-mentioned genes are fixed to each nanoneedle of the nanoneedle array, and the nanoneedle array is aligned and lowered so that each nanoneedle matches the position of each cell adhering to the cell array. Needles can be inserted into individual cells simultaneously.

特に、ナノニードルアレイを作製する途中段階のマイクロピラーアレイ26を、上述したピラーアレイ2として使用することで、ナノニードルアレイに最適な細胞アレイ用基板及び細胞アレイを作製することができる。また、ナノニードルアレイに最適な細胞アレイ用基板及び細胞アレイを作製するには、当該ナノニードルアレイを作製する際に使用したフォトマスク22を利用してピラーアレイ2を別途作製し、このピラーアレイ2を利用して細胞アレイ用基板及び細胞アレイを作製してもよい。   In particular, by using the micro-pillar array 26 in the middle of producing the nanoneedle array as the pillar array 2 described above, it is possible to produce a cell array substrate and a cell array that are optimal for the nanoneedle array. Further, in order to produce a cell array substrate and cell array that are optimal for a nanoneedle array, a pillar array 2 is separately produced using the photomask 22 used for producing the nanoneedle array. A cell array substrate and a cell array may be produced by using them.

遺伝子あるいは遺伝子の発現に関与する物質等の固定化は、例えば、物理的吸着、固定化アビジンを利用したアビジンビオチン結合の利用等が挙げられるが、例えば素材がシリコン系の場合は、ナノニードル表面を酸化処理した後、各種シラン化剤を用いて官能基を形成させ、この官能基を利用して共有結合で固定化することができる。   Examples of immobilization of genes or substances involved in gene expression include physical adsorption, use of avidin biotin bonds using immobilized avidin, etc. For example, when the material is silicon-based, the surface of the nanoneedle After the oxidation treatment, a functional group can be formed using various silanizing agents, and the functional group can be used to immobilize with a covalent bond.

各細胞における遺伝子の発現状態の検出は、ナノニードルアレイを引き上げた後、基板上の個々の細胞について別途行ってもよいが、遺伝子の発現状態の検出、測定においては、例えば、モレキュラービーコンのような機能性プローブを針状物表面に修飾しておけば、針状物が細胞に挿入された状態で細胞内の遺伝子発現を生きたまま測定し、経時的に同時多数の細胞の解析を行うことができる。   Detection of the gene expression state in each cell may be performed separately for each cell on the substrate after the nanoneedle array is pulled up. For detection and measurement of the gene expression state, for example, a molecular beacon is used. If a functional probe is modified on the surface of a needle-like object, gene expression in the cell is measured while the needle-like object is inserted into the cell, and a large number of cells are analyzed simultaneously over time. be able to.

上記モレキュラービーコンは、両端に蛍光物質とクエンチャーとを有するステム・ループ構造を有するDNAで、ループ部分に解析する遺伝子とハイブリダイズ可能な配列を有するものである。   The molecular beacon is a DNA having a stem-and-loop structure having a fluorescent substance and a quencher at both ends, and has a sequence capable of hybridizing with a gene to be analyzed in the loop portion.

固定化する遺伝子としては、例えば、ガンの増殖抑制遺伝子であり、試験薬剤の存在下、細胞の挿入試験を行い、固定化されたマーカー遺伝子が発現すれば、上記薬剤は効果を有すると評価できる。また、分化に関与する各遺伝子をナノニードルに固定化し、試験薬剤の存在下、分化に関与する各遺伝子の発現状態の変化を測定することができる。同様に例えば分化遺伝子の発現に関与する物質を固定化した場合には、該物質により分化遺伝子の発現状態がどの様に変化するかも検出・測定できる。   The immobilized gene is, for example, a cancer growth-suppressing gene. If a cell insertion test is performed in the presence of a test drug and the immobilized marker gene is expressed, the drug can be evaluated as having an effect. . In addition, each gene involved in differentiation can be immobilized on a nanoneedle, and the change in the expression state of each gene involved in differentiation can be measured in the presence of a test drug. Similarly, for example, when a substance involved in the expression of a differentiation gene is immobilized, how the expression state of the differentiation gene is changed by the substance can also be detected and measured.

モレキュラービーコン等の修飾では、例えばビオチン化されたモレキュラービーコンを用いる。針状物表面を、シランカップリング反応を用いた化学修飾によりビオチン化し、ストレプトアビジンを介した結合によって、ビオチン化モレキュラービーコンを固定化する。モレキュラービーコン修飾針状物が細胞に挿入された際、細胞内に該モレキュラービーコンの標的であるmRNAが発現している場合、モレキュラービーコンとのハイブリダイズにより針状物表面における蛍光が上昇する。この蛍光を、共焦点蛍光顕微鏡を用いて撮影、解析することによって、細胞内のmRNAを検出・測定することが可能である。   For modification of molecular beacons, for example, biotinylated molecular beacons are used. The needle-like surface is biotinylated by chemical modification using a silane coupling reaction, and the biotinylated molecular beacon is immobilized by binding via streptavidin. When a molecular beacon-modified needle is inserted into a cell, if the mRNA that is the target of the molecular beacon is expressed in the cell, the fluorescence on the surface of the needle increases due to hybridization with the molecular beacon. By capturing and analyzing this fluorescence using a confocal fluorescence microscope, it is possible to detect and measure intracellular mRNA.

一方、上述したナノニードルアレイは、特に多数の細胞の中から、標的細胞を選択的に分離するための、細胞分離用部材として有用である。   On the other hand, the nanoneedle array described above is particularly useful as a cell separation member for selectively separating target cells from a large number of cells.

これらを用いる細胞分離の概要は図20に示される。ナノニードルアレイを細胞分離用部材として使用する場合、各ナノニードルには、細胞内のマーカー物質と選択的に結合する物質、例えば抗体等を固定化する。固定化法については上記したとおりである。ついで、ナノニードルアレイを、各ナノニードルが細胞アレイ上の各細胞に対応するように位置決めした後、ナノニードルアレイを下降させ、各ナノニードルと基板上の各細胞に挿入して、上記マーカー物質と上記選択的に結合する物質を介して細胞内のマーカー物質をナノニードルに結合させた後、該ナノニードルアレイを引き上げて、上記マーカー物質を含有する細胞のみを選択して釣り上げ分離する。これらの多数の細胞へのナノニードルの挿入、標的細胞のつり上げは、ナノニードルアレイの一度の下降、上昇でなされる。   An overview of cell separation using these is shown in FIG. When a nanoneedle array is used as a cell separation member, a substance that selectively binds to a marker substance in a cell, such as an antibody, is immobilized on each nanoneedle. The immobilization method is as described above. Next, after positioning the nanoneedle array so that each nanoneedle corresponds to each cell on the cell array, the nanoneedle array is lowered and inserted into each nanoneedle and each cell on the substrate, and the marker substance After the intracellular marker substance is bound to the nanoneedle via the selectively binding substance, the nanoneedle array is pulled up, and only the cells containing the marker substance are selected and separated. The insertion of the nanoneedle into these many cells and the lifting of the target cell are performed by once lowering and raising the nanoneedle array.

マーカー物質とマーカー結合物質の結合を介した、ナノニードルと細胞の結合力は、マーカー結合物質の固定化量の増大、あるいは固定化剤の選択、あるいは細胞挿入後のナノニードルの細胞内滞留時間の調整等により、5nN以上に調節可能である。さらに、上記した各細胞に対しナノニードルを複数配置した場合には、つり上げ時の細胞に対する保持力を増大することができる。   The binding force between the nanoneedle and the cell through the binding between the marker substance and the marker binding substance is based on the increase in the amount of the marker binding substance immobilized, the selection of the immobilizing agent, or the nanoneedle residence time after cell insertion. It is possible to adjust to 5 nN or more by adjusting. Furthermore, when a plurality of nanoneedles are arranged for each cell described above, it is possible to increase the holding power for the cells during lifting.

一般に、細胞と基板との接着力は、通常20〜40nNであり、また、上記針状物とマーカー物質を発現していない細胞との非特異的吸着力は、通常200pN程度であるので、細胞と細胞培養基板との接着力は、下限は200pNを超え、好ましくは500pN以上であり、上限は少なくとも5nN未満、好ましくは3nN以下、さらに好ましくは2nN以下にする。この接着力の調節は、トリプシン等の蛋白分解酵素、あるいは、ROCK(Rho-associated coiled-coil forming kinase)阻害剤、ブチリルオキサゾリジノン化合物、コラゲナーゼ阻害剤、エラスターゼ阻害剤、フィブロネクチン結合阻害剤等がなどの接着タンパク質発現阻害剤等による細胞の処理によってなすことができる。また、キレート剤を含有する、BSA(ウシ血清アルブミン)及びBAM(Biocompatible Anchor for Membrane)−BSA複合体の混合物からなる被膜形成剤で培養基板をコーティングする手法を採用することもできる。この被膜形成剤においては、BSAとBSA−BAM複合体との混合比率を変えることにより、細胞と基板とを所望の接着力に調節することができる。   In general, the adhesive force between the cell and the substrate is usually 20 to 40 nN, and the non-specific adsorption force between the needle-like material and the cell not expressing the marker substance is usually about 200 pN. The lower limit of the adhesive strength between the cell culture substrate and the cell culture substrate is more than 200 pN, preferably 500 pN or more, and the upper limit is at least less than 5 nN, preferably 3 nN or less, more preferably 2 nN or less. The regulation of this adhesive force can be achieved by proteolytic enzymes such as trypsin, ROCK (Rho-associated coiled-coil forming kinase) inhibitors, butyryl oxazolidinone compounds, collagenase inhibitors, elastase inhibitors, fibronectin binding inhibitors, etc. Can be achieved by treating cells with an inhibitor of adhesion protein expression. Moreover, the method of coating a culture substrate with the film formation agent which consists of a mixture of BSA (bovine serum albumin) and BAM (Biocompatible Anchor for Membrane) -BSA complex containing a chelating agent can also be adopted. In this film-forming agent, the cell and the substrate can be adjusted to a desired adhesive force by changing the mixing ratio of BSA and BSA-BAM complex.

このナノニードルの形状は、先太りの野球のバット様の形状をしており、ナノニードルの最大直径は、針状物1/2長さの部分の直径の10〜30%大きい形状となっている。このような形状を有するナノニードルは、先細りの通常の針状物に比べて、細胞釣り上げ時の細胞の抜け落ちしにくい形状であり、マーカー固定化量も増大できるので、釣り上げ時の細胞脱落を有効に抑制できる。また、動物細胞の大きさは通常10〜30μmであり、上記先端側の直径増大程度では、細胞に対するダメージ増大はほとんどない。   The shape of this nanoneedle is a bat-like shape of a thick baseball, and the maximum diameter of the nanoneedle is 10 to 30% larger than the diameter of the ½ length of the needle-like object. Yes. Nanoneedle with such a shape is more difficult to drop off cells when lifting cells than normal tapered needles, and the amount of marker immobilization can be increased. Can be suppressed. In addition, the size of animal cells is usually 10 to 30 μm, and there is almost no increase in damage to the cells when the diameter on the tip side is increased.

なお、上述したように、ナノニードルを使用することで細胞を釣り上げることも可能であるが、特に、細胞アレイ用基板に接着した細胞に対して物質を輸送・導入する際に使用することもできる。すなわち、物質(例えばDNA、タンパク質など機能性分子)を各ナノニードルの先端に付着させておき、細胞アレイ用基板に接着した複数の細胞に対してナノニードルを挿入することで、複数の細胞に対して当該物質を同時に輸送・導入することも可能である。この場合、細胞アレイ用基板に接着した細胞は、挿入したニードルを抜く際に基板から釣り上がらないように接着していることが好ましい。すなわち、この場合には、細胞アレイ用基板と細胞との接着力を、細胞を釣り上げる場合と比較してより強くするように設定することが好ましい。言い換えると、細胞アレイ用基板に対して細胞を接着する際には、使用形態に合わせて任意の接着力に制御することが望ましい。   As described above, it is possible to pick up cells by using nanoneedles, but in particular, it can also be used for transporting / introducing substances to cells adhered to a cell array substrate. . That is, a substance (for example, a functional molecule such as DNA or protein) is attached to the tip of each nanoneedle, and the nanoneedle is inserted into a plurality of cells adhered to the cell array substrate. It is also possible to transport and introduce the substance at the same time. In this case, it is preferable that the cells adhered to the cell array substrate are adhered so as not to be lifted from the substrate when the inserted needle is pulled out. That is, in this case, it is preferable to set the adhesive force between the cell array substrate and the cells to be stronger than that in the case where the cells are picked up. In other words, when the cells are adhered to the cell array substrate, it is desirable to control the adhesive force to an arbitrary level according to the usage form.

なお、上記で説明したように、細胞アレイ用基板に対して正確な配置で細胞を接着すること、望ましくは適切な接着力で細胞を接着することにより、針状物を利用した細胞操作のみならず、イメージングサイトメトリー等、他の細胞解析、細胞操作のための細胞アレイとしても利用が可能となる。   In addition, as described above, by attaching cells in an accurate arrangement to the cell array substrate, preferably by attaching cells with an appropriate adhesive force, only cell operations using needles can be performed. It can also be used as a cell array for other cell analysis and cell manipulation such as imaging cytometry.

以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to a following example.

本実施例では、先ず、細胞培養用シャーレに1 mg/mL BSA溶液を満たし、BSA被膜を作製した。細胞膜修飾(BAM)にはスクシミド基を有するSUNBRIGHT OE-020CS(日油株式会社製)を用いた。イソプロパノール、グリセリン、水、DMSO(ジメチルスルホキシド)の混合溶液を溶媒としてコンタクトプリントのためのBAMインク液を調製した。また本実施例ではBAMインク液には、パターンの確認のために蛍光試薬フルオロセインを含有させた。すなわち、本実施例では表1の組成となるようにBAMインク液を調製した。すなわち、本実施例では、BAM濃度を0.5、1及び10mMとした3種類のBAMインク液を調製した。   In this example, first, a cell culture dish was filled with a 1 mg / mL BSA solution to prepare a BSA coating. For cell membrane modification (BAM), SUNBRIGHT OE-020CS (manufactured by NOF Corporation) having a succinimide group was used. A BAM ink solution for contact printing was prepared using a mixed solution of isopropanol, glycerin, water and DMSO (dimethyl sulfoxide) as a solvent. In this example, the BAM ink liquid contained a fluorescent reagent fluorescein for pattern confirmation. That is, in this example, a BAM ink liquid was prepared so as to have the composition shown in Table 1. That is, in this example, three types of BAM ink solutions having BAM concentrations of 0.5, 1, and 10 mM were prepared.

Figure 2014168450
Figure 2014168450

次に、調製したBAMインク液をガラス基板上でスピンコートし、インク液薄膜を作製した。このBAMインク液薄膜にマイクロピラーアレイを接触させ、マイクロピラーの先端部にのみインク液を塗布した。このマイクロピラーアレイを、BSA被膜を形成した細胞培養用シャーレに接触させることにより、BAMインク液を転写した。BAMのスクシミド基とBSAの反応のため、転写後60分間室温放置した。その後、細胞の懸濁液をシャーレに満たし、10分間10 rpmで振とうし、細胞がドットパターン上に配列した細胞アレイを形成させた。配列しなかった余剰の浮遊細胞は取りのぞいた。本実施例では、細胞としてマウス繊維芽細胞NIH3T3を使用した。   Next, the prepared BAM ink liquid was spin-coated on a glass substrate to produce an ink liquid thin film. A micro pillar array was brought into contact with this BAM ink liquid thin film, and the ink liquid was applied only to the tip of the micro pillar. The BAM ink solution was transferred by bringing the micropillar array into contact with a petri dish for cell culture on which a BSA coating was formed. Due to the reaction between the succinimide group of BAM and BSA, it was left at room temperature for 60 minutes after the transfer. Thereafter, the cell suspension was filled in a petri dish and shaken at 10 rpm for 10 minutes to form a cell array in which cells were arranged on a dot pattern. Excess floating cells that were not arranged were removed. In this example, mouse fibroblast NIH3T3 was used as the cell.

3種類のBAMインク液(BAM濃度:0.5、1、10mM)について、アレイ化した細胞の接着力を測定した。具体的には、鉤型に加工したAFM探針(NanoWorld社製)を用いて、基板から細胞を強制的に剥離した際のフォースカーブの最大値を接着力として測定した。測定にはJPK社製NanoWizardIIを使用した。測定結果を図21に示した。BAM濃度が0.5、1及び10mMの3種類のBAMインク液の、平均接着力はそれぞれ、11 nN、36 nNおよび200 nNとなった。   For three types of BAM ink solutions (BAM concentration: 0.5, 1, 10 mM), the adhesion of the arrayed cells was measured. Specifically, the maximum value of the force curve when the cells were forcibly detached from the substrate was measured as an adhesive force using an AFM probe (NanoWorld) processed into a saddle shape. JPK NanoWizard II was used for the measurement. The measurement results are shown in FIG. The average adhesive strengths of the three types of BAM ink solutions having BAM concentrations of 0.5, 1, and 10 mM were 11 nN, 36 nN, and 200 nN, respectively.

また、本実施例で使用したマイクロピラーアレイは以下のように作製した。先ず、直径4インチ、厚さ0.4 mmのシリコンウエハに対して、フォトレジスト凝着助触媒としてHMDSをスピンコートした後に、ポジ型フォトレジストであるTSMR−V90をスピンコートした。直径2μmの円形のマスクパターン(クロム)がガラス基板上に30μm間隔に配列されたフォトマスクを用いて、マスクアライナにより光照射、2.38% NMD-3による現像処理でレジストにパターンを作製した。   In addition, the micro pillar array used in this example was manufactured as follows. First, HMDS was spin-coated as a photoresist adhesion promoter on a silicon wafer having a diameter of 4 inches and a thickness of 0.4 mm, and then a positive photoresist TSMR-V90 was spin-coated. Using a photomask in which circular mask patterns (chrome) having a diameter of 2 μm were arranged on a glass substrate at intervals of 30 μm, a pattern was formed on the resist by light irradiation with a mask aligner and development with 2.38% NMD-3.

その後、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma,ICP)ドライエッチング装置MUC−21(STS)を用いたドライエッチング加工により、フォトレジストが除去された部分を掘り下げることによって、直径2〜3ミクロンのピラーが配列された基板(マイクロピラーアレイ)を作製した(例えば、図22の上写真)。エッチングにおける導入ガスの条件は、エッチングSF (450 standard cc/min) 3秒、保護C(135 standard cc/min) 2秒を60〜120サイクル繰り返した。 Thereafter, by removing the portion where the photoresist has been removed by dry etching using an inductively coupled plasma (ICP) dry etching apparatus MUC-21 (STS), pillars having a diameter of 2 to 3 microns are arranged. A fabricated substrate (micropillar array) was produced (for example, the upper photograph in FIG. 22). As the conditions of the introduced gas in the etching, etching SF 6 (450 standard cc / min) for 3 seconds and protective C 4 F 8 (135 standard cc / min) for 2 seconds were repeated 60 to 120 cycles.

なお、このように作製したマイクロピラーアレイから以下のようにナノニードルアレイを作製することができる。すなわち、フォトレジストをアッシャーで除去した後に、マイクロピラーアレイを1100℃、20時間の湿潤条件で熱酸化し、酸化層を作製し、その後に、20%緩衝フッ酸によるウエットエッチングを行い、酸化層を除去した。これによって。直径300nm以下、長さ10 μm以上のナノニードルが10 mm角に1万本以上配列されたナノニードルアレイを得た(図23)。作製されたナノニードルアレイは培養細胞に対して接近動作を行った際に効率よく挿入されることが確認されている。   A nanoneedle array can be produced from the micropillar array produced in this way as follows. That is, after removing the photoresist with an asher, the micro pillar array is thermally oxidized at 1100 ° C. for 20 hours under wet conditions to produce an oxide layer, and then wet etching with 20% buffered hydrofluoric acid is performed. Was removed. by this. A nanoneedle array in which 10,000 or more nanoneedles having a diameter of 300 nm or less and a length of 10 μm or more were arranged in a 10 mm square was obtained (FIG. 23). It has been confirmed that the produced nanoneedle array is efficiently inserted when an approaching operation is performed on cultured cells.

1…柱状体、2…ピラーアレイ、10…ガラス基板、11…被膜、12…細胞培養用シャーレ、13…細胞接着領域、14…細胞、15…細胞アレイ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Columnar body, 2 ... Pillar array, 10 ... Glass substrate, 11 ... Coating, 12 ... Petri dish for cell culture, 13 ... Cell adhesion area | region, 14 ... Cell, 15 ... Cell array

Claims (13)

一主面に長さが略同一の複数の柱状体を有するピラーアレイにおける、当該柱状体の端面に細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を接触させる工程と、
基板の一主面にピラーアレイを柱状体の端面が対向するように位置決めし、当該端面に付着した上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を当該基板の一主面に転写する工程と
を含む細胞アレイ用基板の製造方法。
In a pillar array having a plurality of columnar bodies having substantially the same length on one main surface, a step of bringing a cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution into contact with the end surface of the columnar body;
Positioning the pillar array on one main surface of the substrate so that the end surface of the columnar body faces, and transferring the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution adhering to the end surface to the one main surface of the substrate. A method for producing a cell array substrate.
上記複数の柱状体の配置は、支持体上に複数の針状物が配置された細胞挿入部材であって、細胞アレイ用基板に細胞を接着してなる細胞アレイに対して近接することで当該針状物を細胞に挿入できる細胞挿入部材における当該複数の針状物の配置に対応することを特徴とする請求項1記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   The arrangement of the plurality of columnar bodies is a cell insertion member in which a plurality of needle-like objects are arranged on a support, and is arranged in proximity to a cell array formed by adhering cells to a cell array substrate. 2. The method for producing a cell array substrate according to claim 1, wherein the method corresponds to the arrangement of the plurality of needle-like objects in a cell insertion member capable of inserting the needle-like objects into cells. 上記ピラーアレイは、IV型半導体材料からなる基板の一主面に複数の略円形のレジスト膜をパターニングし、ドライエッチング加工により上記複数の柱状体を形成したものであることを特徴とする請求項1記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   2. The pillar array according to claim 1, wherein a plurality of substantially circular resist films are patterned on one main surface of a substrate made of an IV type semiconductor material, and the plurality of columnar bodies are formed by dry etching. The manufacturing method of the cell array substrate as described. 上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液が転写される上記基板の一主面には、予めウシ血清アルブミン膜を成膜することを特徴とする請求項1記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   2. The method for producing a cell array substrate according to claim 1, wherein a bovine serum albumin film is formed in advance on one main surface of the substrate onto which the solution for cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) is transferred. . 上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液に含まれる細胞膜修飾剤の濃度により細胞接着力を調整することを特徴とする請求項1記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   2. The method for producing a cell array substrate according to claim 1, wherein the cell adhesive force is adjusted by the concentration of the cell membrane modifying agent contained in the cell membrane modifying agent (Biocompatible Anchor for Membrane) solution. 上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液は、グリセリンを含有することを特徴とする請求項1記載の細胞アレイ用基板の製造方法。   2. The method for producing a cell array substrate according to claim 1, wherein the cell membrane modifying agent (Biocompatible Anchor for Membrane) solution contains glycerin. 一主面に長さが略同一の複数の柱状体を有するピラーアレイにおける、当該柱状体の端面に細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を接触させる工程と、
基板の一主面にピラーアレイを柱状体の端面が対向するように位置決めし、当該端面に付着した上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液を当該基板の一主面に転写する工程と、
上記基板の一主面に細胞懸濁液を接触させることで、上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液が転写された領域に細胞を接着する工程と
を含む細胞アレイの製造方法。
In a pillar array having a plurality of columnar bodies having substantially the same length on one main surface, a step of bringing a cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution into contact with the end surface of the columnar body;
Positioning the pillar array on one main surface of the substrate so that the end surface of the columnar body faces, transferring the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution attached to the end surface to the one main surface of the substrate;
And a step of bringing a cell suspension into contact with one main surface of the substrate to attach the cells to a region where the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution has been transferred.
上記細胞を接着する工程では、基板の一主面に細胞懸濁液を接触させた後、基板上に接着しなかった細胞を基板上から除去する処理を行うことを特徴とする請求項7記載の細胞アレイの製造方法。   8. The process of adhering cells, wherein after the cell suspension is brought into contact with one main surface of the substrate, a process of removing cells not adhered on the substrate from the substrate is performed. A cell array production method. 上記複数の柱状体の配置は、支持体上に複数の針状物が配置された細胞挿入部材であって、細胞アレイに対して近接することで当該針状物を、基板上に接着した細胞に挿入できる細胞挿入部材における当該複数の針状物の配置に対応することを特徴とする請求項7記載の細胞アレイの製造方法。   The arrangement of the plurality of columnar bodies is a cell insertion member in which a plurality of needle-like objects are arranged on a support, and the needle-like objects are adhered to the substrate by being close to the cell array. The method for producing a cell array according to claim 7, wherein the method corresponds to the arrangement of the plurality of needle-like objects in the cell insertion member that can be inserted into the cell array. 上記ピラーアレイは、IV型半導体材料からなる基板の一主面に複数の略円形のレジスト膜をパターニングし、ドライエッチング加工により上記複数の柱状体を形成したものであることを特徴とする請求項7記載の細胞アレイの製造方法。   8. The pillar array according to claim 7, wherein a plurality of substantially circular resist films are patterned on one main surface of a substrate made of an IV type semiconductor material, and the plurality of columnar bodies are formed by dry etching. The manufacturing method of the cell array of description. 上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液が転写される上記基板の一主面には、予めウシ血清アルブミン膜を成膜することを特徴とする請求項7記載の細胞アレイの製造方法。   8. The method for producing a cell array according to claim 7, wherein a bovine serum albumin film is formed in advance on one main surface of the substrate onto which the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution is transferred. 上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液に含まれる細胞膜修飾剤の濃度により細胞接着力を調整することを特徴とする請求項7記載の細胞アレイの製造方法。   8. The method for producing a cell array according to claim 7, wherein the cell adhesive force is adjusted by the concentration of the cell membrane modifying agent contained in the cell membrane modifying agent (Biocompatible Anchor for Membrane) solution. 上記細胞膜修飾剤(Biocompatible Anchor for Membrane)溶液は、グリセリンを含有することを特徴とする請求項7記載の細胞アレイの製造方法。   8. The method for producing a cell array according to claim 7, wherein the cell membrane modifier (Biocompatible Anchor for Membrane) solution contains glycerin.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111647952A (en) * 2020-06-24 2020-09-11 苏州大学 Preparation method and application of cell membrane-coated nano topological structure array
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WO2023286723A1 (en) * 2021-07-13 2023-01-19 キヤノン株式会社 Method for analyzing specimen, and specimen analyzing device

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