JP2015094618A - 細胞観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気刺激に伴う細胞の観察の正確性を向上させること。【解決手段】細胞観察装置１は、試料Ｓを保持するウェル２１が複数配列されたマイクロプレート２０によって保持された細胞を観察する細胞観察装置であって、マイクロプレート２０を載置するためのマイクロプレートホルダ１１と、陰極１７ａと陽極１７ｂとを含む電極対１７が複数配列された電気刺激部１６とを備え、陰極１７ａ及び陽極１７ｂは、ウェル２１と対向する先端部を除いて絶縁体７１ａ，７１ｂで被覆されて、先端部によって外部に露出された電極部７２ａ，７２ｂを形成し、陰極１７ａと陽極１７ｂとの間には、電極部７２ａ，７２ｂから上方に抜ける空間７３が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、細胞を含む試料を対象に電気刺激に伴う反応を観察するための細胞観察装置に関する。

創薬スクリーニングの分野では、細胞などの試料に投与した薬品の影響を、細胞から放出された光を測定して評価する場合がある。その際、細胞の膜電位を制御したり、心筋細胞のペースメーカーの役割を与えるために、細胞に電気刺激を与えることが行われている。特に、心筋細胞のペーシング用途では、不整脈の状況を作ることができるので、最近の幹細胞を利用した創薬研究の広がりとともに、電気刺激を利用した測定の必要性が高まっている。

さて、創薬スクリーニングでは、複数の試薬を一括して評価するために、細胞が配置される複数のウェルが配列されたマイクロプレートを用いる。また、特許文献１には、マイクロプレートのウェル内に配置された細胞の電場刺激に応じた生物学的応答を蛍光検出によってモニターする測定装置が開示されている。この測定装置には、正極及び負極からなる平板状或いは同軸状の電極対を、細胞が配置されたウェル内に配置可能な構成が採用されている。この電極対は、正極及び負極である２つの電気伝導体の間の間隙に絶縁体が埋め込まれた構造を有している。

特表２００５−５１４９０９号公報

ここで、上記特許文献１に記載の測定装置を用いて測定する際には、電極対が測定対象の細胞及び溶液が配置されたウェル内に挿入される。その際、電極対の間に絶縁体が埋め込まれているので、電極対の先端で発生した気泡や細胞から発生するガスがウェル内に滞留しやすい傾向にある。また、電極対による電気刺激に応じて発生した熱もウェル内に留まりやすい傾向にある。このような気泡、ガス、又は熱の影響により、細胞から生じる光を正確に観察することが困難になる場合があった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、電気刺激に伴う細胞の観察の正確性を向上させることが可能な細胞観察装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の細胞観察装置は、細胞を含む試料を保持する保持部が複数配列された試料ケースによって保持された細胞を観察する細胞観察装置であって、試料ケースを載置するための載置部と、第１の電極と第２の電極とを含む電極対が複数配列された電気刺激部とを備え、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一方は、保持部と対向する先端部を除いて絶縁物で被覆されて、先端部によって外部に露出された電極部を形成し、第１の電極と第２の電極との間には、電極部から上方に抜ける空間が形成されている。

このような細胞観察装置によれば、試料ケースに複数配列された保持部内に第１の電極と第２の電極とを含む電極対が配置されることにより、この電極対により溶液に浸された細胞を含む試料に対して電流による電気刺激が与えられる。ここで、電極対を構成する第１の電極と第２の電極との間には、いずれかの電極の先端部における外部に露出した電極部から上方に抜ける空間が形成されているので、電極対が保持部内に挿入される際に第１の電極と第２の電極との間の電極部近傍には溶液が満たされる。これにより、電極対の先端で発生した気泡や細胞から発生するガスを電極間の空間を通じて保持部外に排出させることができると同時に、電気刺激に応じて保持部内で発生する熱も電極間の溶液を通じて保持部外に拡散させることができる。その結果、電気刺激に応じた細胞の反応を、気泡、ガス、或いは熱の影響無く正確に観察することができる。

上記の細胞観察装置においては、電極対の絶縁物で被覆されている部分の少なくとも一部は、濡れ性を有する、ことが好適である。かかる構成を採れば、電極対を保持部内に挿入する際に第１の電極と第２の電極との間の空間に溶液を効率よく吸い込むことができ、細胞の反応をより正確に観察することができる。

また、電極対は、第２の電極が第１の電極を囲むような円筒状である、ことも好適である。この場合、第１の電極は、保持部と対向する先端部を除いて絶縁物で被覆されており、第２の電極は、全体が外部に露出している、ことも好適である。かかる構成を採れば、電極対の中心部の電流密度を効率的に高くすることができ、低い消費電力で細胞に大きな電気刺激を与えることができる。

また、第１及び第２の電極は、平板状であり、互いに平行になるように配置されている、ことも好適である。この場合、電気刺激部は、第１及び第２の電極の間に配置された平板状の絶縁体をさらに有する、ことが好適である。かかる構成を採れば、保持部に配置された細胞近傍における電流密度を効率的に高くすることができ、低い消費電力で細胞全体に大きな電気刺激を与えることができる。

さらに、第１及び第２の電極は、棒状であり、互いに平行になるように配置されている、ことも好適である。この場合、第１の電極の電極部及び第２の電極の電極部は、保持部の底面に沿って互いに平行な棒状電極を成している、ことも好適である。こうすれば、保持部に配置された細胞の広い範囲に効率的に大きな電流密度で電気刺激を与えることができる。また、この場合、第２の電極の電極部は、第１の電極の電極部を囲むようなリング状であってもよいし、第１の電極の電極部に対向する曲線状であってもよい。このような構造により、保持部に配置された細胞の広い範囲に効率的に大きな電流密度で電気刺激を与えることができる。

さらに、第１の電極は棒状であり、第２の電極は平板状であり、第１の電極は、第２の電極の表面に沿って配置されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、保持部に配置された細胞の広い範囲に効率的に大きな電流密度で電気刺激を与えることができる。

本発明によれば、電気刺激に伴う細胞の観察の正確性を向上させることが可能になる。

本発明の好適な一実施形態に係る細胞観察装置１の概略構成を示す図である。 図１のマイクロプレート２０の構成を示す斜視図である。 図１のマイクロプレート２０の断面構造を示す側面断面図である。 （ａ）は、図１の電気刺激部１６がウェル２１に挿入された状態での電極対１７の挿入方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、ウェル２１の底面２２側から見た図１の電極対１７の平面図である。 （ａ）は、本発明の変形例にかかる電極対１０７の挿入方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、ウェル２１の底面２２側から見た電極対１０７の平面図である。 図５の電極対１０７を備える細胞観察装置１を用いた細胞の観察結果を示す波形図である。 図５の電極対１０７を備える細胞観察装置１を用いた細胞の観察結果を示す波形図である。 図５の電極対１０７を備える細胞観察装置１を用いた細胞の観察結果を示す波形図である。 図５の電極対１０７を備える細胞観察装置１を用いた細胞の観察結果を示す波形図である。 （ａ）は、本発明の別の変形例にかかる電極対１１７の挿入方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、ウェル２１の底面２２側から見た電極対１１７の平面図である。 （ａ）は、本発明の別の変形例にかかる電極対１２７の挿入方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、ウェル２１の底面２２側から見た電極対１２７の平面図である。 本発明の他の変形例にかかる電極対の構造を示す斜視図である。 本発明の他の変形例にかかる電極対の構造を示す斜視図である。 本発明の他の変形例にかかる電極対の構造を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による細胞観察装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。

図１は、本発明による細胞観察装置１の一実施形態を模式的に示す構成図である。また、図２は、マイクロプレート２０の構成の一例を示す斜視図である。また、図３は、図２に示したマイクロプレート２０の断面構造を示す側面断面図である。本実施形態による細胞観察装置１は、試料ケースとしてマイクロプレート２０を用い、マイクロプレート２０によって保持された状態で測定位置Ｐに配置された試料Ｓからの蛍光を測定するための装置である。

また、試料Ｓは所定の細胞を含む。所定の細胞には、例えば、心筋細胞、神経細胞等がある。また、本実施形態における細胞観察装置は、蛍光測定以外にも、例えば燐光や発光など、試料から放出された光を測定する光測定に一般に適用可能である。以下、細胞観察装置１の構成について説明する。

図１に示す細胞観察装置１は、データ取得装置１０、位置制御コントローラ３０、撮像制御コントローラ３２、及びデータ解析装置５０を備えて構成されている。データ取得装置１０は、蛍光観察の対象となる細胞を保持したマイクロプレート２０が内部に収容される暗箱１５と、暗箱１５の内部に設置されて測定位置Ｐに配置された試料Ｓからの蛍光の測定に用いられる動画像取得部４０とを有している。

本実施形態において試料ケースとして用いられているマイクロプレート２０は、図２及び図３に示すように、複数のウェル（保持部）２１が二次元アレイ状に配列された板状部材であり、その複数のウェル２１のそれぞれにおいて、試料Ｓを培養液等の溶液Ｌとともに保持可能な構成となっている。これらの図に示した構成例では、複数のウェル２１として、８×１２＝９６個の円形状のウェル２１が二次元アレイ状に配置され、それぞれのウェル２１は溶液Ｌに浸された状態の試料Ｓをその底面２２近傍において保持する。また、複数のウェル２１として、３８４個等の任意の数のウェル２１が配列されたものであってもよい。ウェル２１の断面形状としては、円形状、楕円形状、矩形状等が挙げられる。また、このマイクロプレート２０の底面２２は、試料Ｓに照射される蛍光測定用の励起光、及び試料Ｓから放出される蛍光を透過可能な材質によって形成されている。なお、一般に細胞観察装置１においては、マイクロプレート２０の底面２２は、測定対象となる試料Ｓから放出された光を透過可能な材質によって形成されていれば良い。

図１に戻って、暗箱１５内においては、マイクロプレート２０は、蛍光観察用の開口を有するマイクロプレートホルダ（載置部）１１に載置されている。また、これらのマイクロプレート２０及びマイクロプレートホルダ１１を、暗箱１５内で所定の方向（図１中においては、右側から左側へと向かう方向）に搬送するマイクロプレート搬送機構１２が、暗箱１５内に設置されている。

搬送機構１２でのマイクロプレート２０の搬送方向に対して搬入側となる暗箱１５の一方側には、試料Ｓ及び溶液Ｌが保持された測定前のマイクロプレート２０を所定枚数（例えば、２５枚）ストックしておくための搬入側マイクロプレートストッカー１３が設置されている。また、マイクロプレート２０の搬送方向に対して搬出側となる暗箱１５の他方側には、測定後のマイクロプレート２０をストックしておくための搬出側マイクロプレートストッカー１４が設置されている。

このような構成において、搬入側マイクロプレートストッカー１３から暗箱１５内へと搬入されたマイクロプレート２０は、マイクロプレートホルダ１１によって保持されるとともに搬送機構１２によって搬送される。そして、マイクロプレート２０は測定位置Ｐで一旦停止させられ、この状態で、マイクロプレート２０によって保持された試料Ｓに対して必要な光測定が行われる。測定完了後、マイクロプレート２０は再び搬送機構１２によって搬送され、搬出側マイクロプレートストッカー１４へと搬出される。なお、図１においては、搬送機構１２、及びストッカー１３、１４については、マイクロプレート２０を搬入、搬送、搬出するための具体的な構成の図示を省略している。

蛍光測定の実行時にマイクロプレート２０及び試料Ｓが配置される測定位置Ｐの上方には、マイクロプレート２０のウェル２１内に挿入されて溶液Ｌに浸された試料Ｓに電流による電気刺激を与えるための電気刺激部１６が設置されている。また、測定位置Ｐの下方には、ウェル２１内に収容された試料Ｓからマイクロプレート２０の底面２２を介して放出される蛍光の検出に用いられる動画像取得部４０が設置されている。

動画像取得部４０は、マイクロプレート２０のウェル２１内に保持された試料Ｓから放出された光を含むマイクロプレート２０の二次元の光強度分布を表す二次元光像を検出して、二次元光像の動画像データを取得する動画像取得手段である。検出される二次元光像としては、少なくとも１つのウェル２１内に保持された試料Ｓから放出された光を含む光強度分布であればよい。この動画像取得部４０は、撮像装置４５と、導光光学系４１と、光学フィルタ部４２と、励起光源４３とによって構成されている。撮像装置４５は、複数の画素が二次元に配列された二次元画素構造を有し、試料Ｓから放出される蛍光による二次元の光検出画像である蛍光画像を検出する。この撮像装置４５としては、例えば高感度のＣＣＤカメラやＣＭＯＳイメージカメラを用いることができる。また、必要があれば、カメラの前段にイメージ増倍管、リレーレンズ等を配置して動画像取得部４０を構成しても良い。なお、動画像取得部４０は、静止画を取得してもよく、動画及び／又は静止画を取得する画像取得部としての機能を有する。

また、マイクロプレート２０が配置される測定位置Ｐと、撮像装置４５との間には、導光光学系４１が設置されている。導光光学系４１は、複数のウェル２１のそれぞれに試料Ｓ及び溶液Ｌが保持されたマイクロプレート２０を底面２２側からみた二次元光像を撮像装置４５へと導く光学系である。導光光学系４１の具体的な構成については、マイクロプレート２０及び撮像装置４５の構成等に応じ、必要な機能（例えば集光機能、光像縮小機能等）を実現可能な光学素子によって適宜構成すれば良い。そのような光学素子としては、例えばテーパファイバがある（特開２００１−１８８０４４号公報参照）。また、導光光学系４１としては、凹凸を有する導光部材を有する光照射装置を用いる構成でもよい（特開２０１０−２３０３９７号公報および特開２０１０−２３０３９６号公報参照）。

また、図１においては、さらに、導光光学系４１と撮像装置４５との間に、必要に応じて蛍光の導光光路上への光学フィルタの配置、切換等を行うことが可能な光学フィルタ部４２が設置されている。このような光学フィルタ部４２は、導光光学系４１の裏面から出射される励起光の波長の光をカットするために用いられる。ただし、このような光学フィルタ部４２については、不要であれば設けなくても良い。

励起光源４３は、試料Ｓに対して蛍光測定用の励起光を供給するための励起光供給手段である。励起光源４３の具体的な構成としては、蛍光測定の対象となる試料Ｓの種類、試料Ｓに照射する励起光の波長等に応じて適宜構成すれば良いが、例えば、光を供給するＬＥＤ等の照明光源と、励起光の波長の選択、切換を行うための光学フィルタ部とによって構成することができる。また、試料Ｓに対して行われる光測定の種類により、励起光の供給が不要な場合には、励起光源４３を設けない構成としても良い。

本実施形態においては、導光光学系４１は、マイクロプレート２０及び試料Ｓからの二次元光像を撮像装置４５へと導くとともに、励起光源４３からの励起光を試料Ｓへと導くことが可能な光学系として構成される。このような光学系は、例えば、マイクロプレート２０からの蛍光を通過させるとともに、励起光源４３からの励起光を反射させるダイクロイックミラー等を用いて構成することができる。また、導光光学系４１は、特開２０１０−２３０３９７号公報および特開２０１０−２３０３９６号公報に記載されたように、上面に凹部又は凸部を有する導光部材によって構成されていてもよいし、上面に水や油などの光出射媒体を塗布した構成であってもよい。なお、図１においては、導光光学系４１における蛍光及び励起光の光路を、それぞれ実線及び破線によって模式的に示している。

次に、電気刺激部１６の構成について詳細に説明する。電気刺激部１６は、マイクロプレート２０に向けて垂直に伸びる複数の電極対１７が２次元的に配列されるようにベース部１８に固定された構造を有している。詳細には、電極対１７は、マイクロプレート２０のウェル２１に対向して伸びるように、マイクロプレート２０の複数のウェル２１の二次元アレイ状の配列に対応して二次元状に配列されている。

図４は、電気刺激部１６を構成するそれぞれの電極対１７の構造を示しており、（ａ）は、電気刺激部１６がウェル２１に挿入された状態での電極対１７の挿入方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、ウェル２１の底面２２側から見た電極対１７の平面図である。

同図に示すように、それぞれの電極対１７は、先端が開口されて陽極１７ｂを囲むような円筒状の形状を有する陰極（第２の電極）１７ａと、陰極１７ａの中心軸上に沿って配置されるように陰極１７ａの内側に挿入された棒状（例えば、円柱状の形状）の陽極（第１の電極）１７ｂとによって構成され、陰極１７ａの外径がウェル２１の内径よりも小さくされている。また、陰極１７ａの先端と陽極１７ｂの先端とが、それらのウェル２１底面からの高さが同じとなるような構造となっている。つまり、陰極１７ａ及び陽極１７ｂで同軸形状を形成している。さらに、これらの陰極１７ａ及び陽極１７ｂは、内面及び外面に濡れ性を持たせるためのプラチナによるコーティングが施されている。

なお、陰極１７ａの円筒状の形状としては、断面が円形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。これにより、円筒状の形状の陰極１７ａ内に棒状の陽極１７ｂが収まる。ここで、電極対１７は、陰極１７ａと陽極１７ｂとがそれぞれ一部材によって構成されるものには限定されず、どちらか或いは両方が複数部材によって構成されていてもよい。

さらに、陰極１７ａの内面及び外面は、挿入時に試料Ｓと対向する先端部を除いて絶縁体（絶縁物）７１ａで被覆されている。これにより、陰極１７ａにおいては、その先端部に外部に露出する電極部７２ａが形成される。同様に、陽極１７ｂの側面は、挿入時に試料Ｓと対向する先端部を除いて絶縁体（絶縁物）７１ｂで被覆されている。これにより、陽極１７ｂにおいては、その先端部に外部に露出する電極部７２ｂが形成される。これらの絶縁体７１ａ，７１ｂは、絶縁収縮チューブを用いたり、絶縁性物質でコーティングすることにより形成される。

なお、絶縁体７１ａ，７１ｂの表面は、電極部７２ａ，７２ｂ側の少なくとも一部が濡れ性を持たせるようにされてもよい。例えば、絶縁体７１ａ，７１ｂ自体が濡れ性を持つ材料（例えば、親水性のあるシリコーンゴムなど）であってもよいし、絶縁体７１ａ，７１ｂの一部が濡れ性を有する材料（例えば、プラチナ、親水性セラミックなど）でコーティング加工されてもよい。

上記のような構造の電極対１７においては、陰極１７ａと陽極１７ｂとの間には、電極部７２ａ，７２ｂからウェル２１の上方に抜ける空間７３が形成され、さらに陰極１７ａ及び陽極１７ｂには濡れ性が持たされている。このような構成により、電極対１７をウェル２１内に挿入した際に、電極部７２ａ，７２ｂからその空間７３に向けて溶液Ｌを浸透させることができる。

再び図１に戻って、電気刺激部１６には、電極対１７をベース部１８を介して支持する移動機構１９が設けられている。移動機構１９は、電極対１７をマイクロプレート２０に対して接近或いは後退させるように（図１のＺ方向）移動させると共に、電極対１７をマイクロプレート２０の底面２２に沿った方向（図１のＸ軸Ｙ軸を含む平面に沿った方向）に移動させる駆動機構であり、試料Ｓの観察時にそれぞれの電極対１７を対向するウェル２１内に配置させるように駆動すると共に、試料Ｓの観察終了時に電極対１７をウェル２１内から離脱させるように駆動する。

このような構成のデータ取得装置１０に対し、位置制御コントローラ３０、撮像制御コントローラ３２が接続されている。位置制御コントローラ３０は、移動機構１９に電気的に接続され、試料Ｓの光測定開始時に、電極対１７をマイクロプレート２０のウェル２１内に配置させるように移動機構１９を制御する。また、位置制御コントローラ３０は、電極対１７にも電気的に接続され、電極対１７の陰極１７ａと陽極１７ｂとの間に電位差が生じるように、陰極１７ａと陽極１７ｂにそれぞれ電圧を印加する。撮像制御コントローラ３２は、励起光源４３による励起光の照射、及び撮像装置４５によるマイクロプレート２０における二次元の蛍光画像の撮像を制御する。

さらに、位置制御コントローラ３０及び撮像制御コントローラ３２に対し、データ解析装置５０が接続されている。このデータ解析装置５０は、動画像取得部４０によって取得された光検出画像を含む動画像データを撮像制御コントローラ３２を経由して取得し、動画像データを対象にして解析処理を行う解析処理手段である。また、データ解析装置５０は、位置制御コントローラ３０及び撮像制御コントローラ３２を介して、データ取得装置１０の各部の動作を制御することによって、細胞観察装置１における試料Ｓに対する蛍光測定を制御する。また、データ解析装置５０には、測定結果等を表示する表示装置６１と、データの入力や蛍光測定に必要な指示の入力等に用いられる入力装置６２とが接続されている。

以上説明した細胞観察装置１によれば、マイクロプレート２０に複数配列されたウェル２１内に陰極１７ａ及び陽極１７ｂを含む電極対１７が配置されることにより、この電極対１７により溶液Ｌに浸された試料Ｓに対して電流による電気刺激が与えられる。ここで、電極対１７を構成する陰極１７ａと陽極１７ｂとの間には、それらの先端部における外部に露出した電極部７２ａ，７２ｂから上方に抜ける空間７３が形成されているので、電極対１７がウェル２１内に挿入される際に陰極１７ａと陽極１７ｂとの間の電極部７２ａ，７２ｂ近傍には溶液Ｌが満たされる。これにより、電極対１７の先端で発生した気泡や細胞から発生するガスを電極間の空間を通じてウェル２１外に排出させることができると同時に、電気刺激に応じてウェル２１内で発生する熱も電極間の溶液Ｌを通じてウェル２１外に拡散させることができる。その結果、電気刺激に応じた細胞等の試料Ｓの反応を、気泡、ガス、或いは熱の影響無く正確に観察することができる。

また、陰極１７ａ及び陽極１７ｂの絶縁体７１ａ，７１ｂで被覆されている部分の少なくとも一部は濡れ性を有するので、電極対１７をウェル２１内に挿入する際に陰極１７ａと陽極１７ｂとの間の空間７３に溶液Ｌを効率よく吸い込むことができ、細胞等の試料Ｓの反応をより正確に観察することができる。

また、電極対１７は同軸状の構造を有し、先端を除いて絶縁体７１ａ，７１ｂで被覆されているので、電極対１７によってウェル２１内の溶液Ｌに流される電流の経路Ｒ１（図４参照）を、電極部７２ａ，７２ｂ近傍に集中させることができる。その結果、試料Ｓに与えられる電流の電流密度を効率的に高くすることができ、低い消費電力で細胞に大きな電気刺激を与えることができる。この場合も、試料Ｓ近傍の電流密度を十分確保できるので、心筋細胞のペーシングや細胞のイオンチャンネルの開閉制御も十分実現できる。また、電流が流れる領域が制限されることで電極対１７に供給する電圧を抑えることができ、消費電力を低減することができる。特に、マイクロプレート２０としてウェル２１の配列数が３８４個等の多い構造のものを使用する場合は、消費電力低減の効果が大きい。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、電気刺激部１６の電極対１７の構造は同軸形状には限定されず、様々な形状を採用できる。例えば、図５には、本発明の変形例にかかる電極対１０７の構造を示しており、（ａ）は、ウェル２１に挿入された状態での電極対１０７の挿入方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、ウェル２１の底面２２側から見た電極対１０７の平面図である。同図に示すように、電極対１０７の電極対１７との相違点は、絶縁体７１ａに被覆された陰極１７ａの代わりに、絶縁体で被覆されていない全体が外部に露出している円筒状の陰極１０７ａを有する点である。このような構造の電極対１０７によっても、ウェル２１内の溶液Ｌに流される電流の経路Ｒ２を、ウェル２１の底面の中央部近くの電極部７２ｂ近傍に集中させることができる。また、陽極１７ｂの先端と陰極１０７ａとの間に上方に抜ける空間７３Ａが形成されているので、電極対１０７がウェル２１内に挿入される際に空間７３Ａを溶液Ｌで満たすことができる。

ここで、図６〜９には、陽極１７ｂの先端が１ｍｍの長さで露出された電極対１０７を備える細胞観察装置１を用いた細胞の観察結果を示している。ただし、この場合の電極対１０７は、陰極１０７ａの先端が陽極１７ｂの先端よりもウェル２１の底面側に突出した構造を有している。図６は、ウェル２１内で１００μｌの溶液（培養液）に浸された試料Ｓを対象に電極対１０７への印加電圧７Ｖで得られた複数のウェル２１で観察される光強度の時間変化を示す波形図であり、図７は、２００μｌの溶液に浸された試料Ｓを対象に印加電圧７Ｖで得られた光強度の時間変化を示す波形図であり、図８は、１００μｌの溶液に浸された試料Ｓを対象に印加電圧２Ｖで得られた光強度の時間変化を示す波形図であり、図９は、２００μｌの溶液に浸された試料Ｓを対象に印加電圧２Ｖで得られた光強度の時間変化を示す波形図であり、それぞれの図において、（ａ）は、陽極１７ｂを絶縁体７１ｂで被覆した場合、（ｂ）は、陽極１７ｂを絶縁体７１ｂで被覆していない場合の測定結果を示している。図７及び図９の測定結果は、溶液Ｌの量が多いため、ウェル２１内での溶液Ｌの液面が高い場合を示す。

これらの測定結果に示すように、印加電圧７Ｖの場合は、すべての条件で電気刺激による反応を得ることができたが、印加電圧を２Ｖに下げると、絶縁体７１ｂを有する場合であって、ウェル２１内での溶液Ｌの液面が高い場合のみ反応を得ることができた。このことより、先端部分を除いて絶縁物で被覆された電極であり、電極の間には溶液Ｌが上方に抜ける空間が形成された電極の構造であると、電極に印加される電圧が低くても電気刺激による細胞の反応が表れることがわかる。電極対に印加する電圧を下げても反応が現れるということは、省電力化に適した構造であるといえる。

また、図１０には、本発明の別の変形例にかかる電極対１１７の構造を示しており、（ａ）は、ウェル２１に挿入された状態での電極対１１７の挿入方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、ウェル２１の底面２２側から見た電極対１１７の平面図である。同図に示すように、電極対１１７は、ウェル２１の底面に向けて伸びる平板状の一対の陽極１１７ａ及び陰極１１７ｂを有し、それらの両面が、それぞれ、ウェル２１の底面に対向する先端部である電極部１１９ａ，１１９ｂを除いて絶縁体１１８ａ，１１８ｂで被覆されている。そして、それらの陽極１１７ａ及び陰極１１７ｂは互いに平行になるように対向して配置されている。このような電極対１１７によっても、ウェル２１内の溶液Ｌに流される電流の経路Ｒ３を、ウェル２１の底面近くの電極部１１９ａ，１１９ｂ近傍に集中させることができる。また、陽極１１７ａの先端と陰極１１７ｂとの間に上方に抜ける空間７３Ｂが形成されているので、電極対１１７がウェル２１内に挿入される際に空間７３Ｂを溶液Ｌで満たすことができる。

また、図１１には、本発明の別の変形例にかかる電極対１２７の構造を示しており、（ａ）は、ウェル２１に挿入された状態での電極対１２７の挿入方向に沿った縦断面図、（ｂ）は、ウェル２１の底面２２側から見た電極対１２７の平面図である。同図に示すように、電極対１２７は、平板状の陽極１１７ａ及び陰極１１７ｂの中間に、陽極１１７ａ及び陰極１１７ｂと平行に対向して伸びる平板上の絶縁板１１７ｃを有している。そして、陽極１１７ａ及び陰極１１７ｂの先端は、絶縁板１１７ｃの先端よりもウェル２１の底面に向けて突出している。このような電極対１２７によれば、ウェル２１内の溶液Ｌに流される電流の経路Ｒ４を、ウェル２１の底面の中心部と電極部１１９ａ，１１９ｂ近傍との間に集中させ、試料Ｓ全体に与えられる電流の電流密度を高めることができる。また、陽極１１７ａの先端と絶縁板１１７ｃとの間、及び陰極１１７ｂの先端と絶縁板１１７ｃとの間に上方に抜ける空間７３Ｃが形成されているので、電極対１２７がウェル２１内に挿入される際に空間７３Ｃを溶液Ｌで満たすことができる。

さらに、図１２〜１４には、電極対のその他の変形例の構造を示している。

図１２（ａ）に示す電極対１３７は、ウェル２１の底面に向けて互いに平行に伸びる棒状の陽極１３７ａ及び陰極１３７ｂを有し、それらの先端が、ウェル２１の底面に沿って互いに平行になるように、Ｌ字状に折れ曲がって伸びるように構成されている。そして、陽極１３７ａ及び陰極１３７ｂは、それらの先端を除いて絶縁体１３８ａ，１３８ｂで覆われることにより、それぞれの先端が外部に露出する電極部１３９ａ，１３９ｂを成している。また、図１２（ｂ）に示す電極対１４７は、電極対１３７と同様に、２本の棒状の陽極１４７ａ及び陰極１４７ｂを有し、それらの先端が、ウェル２１の底面に沿って互いに平行になるように、Ｔ字状に折れ曲がって伸びるように構成されている。そして、陽極１４７ａ及び陰極１４７ｂは、それぞれの先端が外部に露出する電極部１４９ａ，１４９ｂを成している。さらに、図１２（ｃ）に示す電極対１５７は、それぞれが平行な２本の棒状の電極を含む陽極１５７ａ及び陰極１５７ｂを有し、それらの先端が、平行な２本の電極の先端を繋ぐようにウェル２１の底面に沿ってＵ字状に構成されている。すなわち、陽極１５７ａ及び陰極１５７ｂの先端は、互いに平行に伸びて外部に露出する電極部１５９ａ，１５９ｂを成している。このような構造の電極対１３７，１４７，１５７によっても、ウェル２１に配置された試料Ｓの広い範囲に効率的に大きな電流密度で電気刺激を与えることができる。

また、図１３（ａ）に示す電極対１６７は、ウェル２１の底面に向けて互いに平行に伸びる棒状の陽極１６７ａ及び陰極１６７ｂを有し、陽極１６７ａの先端が、ウェル２１の底面に沿ったリング状となり、陰極１６７ｂの先端が陽極１６７ａの先端により取り囲まれるように構成されている。そして、陽極１６７ａ及び陰極１６７ｂは、それぞれの先端が外部に露出する電極部１６９ａ，１６９ｂを成している。図１３（ｂ）に示す電極対１７７は、ウェル２１の底面に向けて互いに平行に伸びる棒状の陽極１７７ａ及び陰極１７７ｂを有し、それぞれの棒電極の先端が外部に露出する電極部１７９ａ，１７９ｂを成している。

図１４（ａ）に示す電極対１８７は、ウェル２１の底面に向けて互いに平行に伸びる棒状の陽極１８７ａ及び平板状の陰極１８７ｂとを有し、それぞれの先端が外部に露出する電極部１８９ａ，１８９ｂを成している。つまり、陽極１８７ａは陰極１８７ｂの表面に沿って配置される。さらに、図１４（ｂ）に示す電極対１９７は、電極対１８７の陽極１８７ａに替えて、陰極１８７ｂを両側から挟むようにウェル２１の底面に向けて伸びる２本の棒状電極である陽極１９７ａを有している。この陽極１９７ａの先端が、外部に露出する電極部１９９ａを成している。また、図１４（ｃ）に示す電極対２０７は、電極対１９７の平板状の陰極１８７ｂに替えて、棒状の陰極２０７ｂを有する例である。

また、図１４（ｄ）、（ｅ）に示す電極対２１７，２２７は、電極対１３７の構造の変形例である。このように、電極対２１７の２本の電極２１７ａ，２１７ｂの先端が逆方向に延びる構造であってもよいし、電極対２２７の２本の電極２２７ａ，２２７ｂの基端側が近接して伸びていてもよい。さらに、図１４（ｆ）に示す電極対２３７のように、棒状の陽極２３７ａの先端が、ウェル２１の底面に沿った曲線状（例えば、弓状）となり、陽極２３７ａの先端が棒状の陰極２３７ｂの先端に対向するように構成されていてもよい。このような構造によっても、ウェル２１に配置された試料Ｓの広い範囲に効率的に大きな電流密度で電気刺激を与えることができる。

１…細胞観察装置、１１…マイクロプレートホルダ（載置部）、１６…電気刺激部、１７，１０７，１１７，１２７，１３７，１４７，１５７，１６７，１７７，１８７，１９７，２０７，２１７，２２７，２３７…電極対、１７ａ，１０７ａ，１１７ｂ，１３７ｂ，１４７ｂ，１５７ｂ，１６７ｂ，１７７ｂ，１８７ｂ，２０７ｂ，２１７ｂ，２２７ｂ，２３７ｂ…陰極（第２の電極）、１７ｂ，１１７ａ，１３７ａ，１４７ａ，１５７ａ，１６７ａ，１７７ａ，１８７ａ，１９７ａ，２１７ａ，２２７ａ，２３７ａ…陽極（第１の電極）、１１７ｃ…絶縁板（絶縁体）、２０…マイクロプレート（試料ケース）、２１…ウェル（保持部）、２２…底面、７１ａ，７１ｂ，１１８ａ，１１８ｂ，１３８ａ，１３８ｂ…絶縁体（絶縁物）、７２ａ，７２ｂ，１１９ａ，１１９ｂ，１３９ａ，１３９ｂ，１４９ａ，１４９ｂ，１５９ａ，１５９ｂ，１６９ａ，１６９ｂ，１７９ａ，１７９ｂ，１８９ａ，１８９ｂ，１９９ａ…電極部、７３，７３Ａ〜７３Ｃ…空間、Ｌ…溶液、Ｓ…試料。

Claims (11)

1. 細胞を含む試料を保持する保持部が複数配列された試料ケースによって保持された前記細胞を観察する細胞観察装置であって、
   前記試料ケースを載置するための載置部と、
   第１の電極と第２の電極とを含む電極対が複数配列された電気刺激部とを備え、
   前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一方は、前記保持部と対向する先端部を除いて絶縁物で被覆されて、前記先端部によって外部に露出された電極部を形成し、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間には、前記電極部から上方に抜ける空間が形成されている、
   ことを特徴とする細胞観察装置。
2. 前記電極対の前記絶縁物で被覆されている部分の少なくとも一部は、濡れ性を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の細胞観察装置。
3. 前記電極対は、前記第２の電極が前記第１の電極を囲むような円筒状である、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の細胞観察装置。
4. 前記第１の電極は、前記保持部と対向する先端部を除いて絶縁物で被覆されており、
   前記第２の電極は、全体が外部に露出している、
   ことを特徴とする請求項３記載の細胞観察装置。
5. 前記第１及び第２の電極は、平板状であり、互いに平行になるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の細胞観察装置。
6. 前記電気刺激部は、前記第１及び第２の電極の間に配置された平板状の絶縁体をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の細胞観察装置。
7. 前記第１及び第２の電極は、棒状であり、互いに平行になるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の細胞観察装置。
8. 前記第１の電極の前記電極部及び前記第２の電極の前記電極部は、前記保持部の底面に沿って互いに平行な棒状電極を成している、
   ことを特徴とする請求項７記載の細胞観察装置。
9. 前記第２の電極の前記電極部は、前記第１の電極の前記電極部を囲むようなリング状である、
   ことを特徴とする請求項７記載の細胞観察装置。
10. 前記第２の電極の前記電極部は、前記第１の電極の前記電極部に対向する曲線状である、
    ことを特徴とする請求項７記載の細胞観察装置。
11. 前記第１の電極は棒状であり、
    前記第２の電極は平板状であり、
    前記第１の電極は、前記第２の電極の表面に沿って配置されている、
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の細胞観察装置。