JP2018202352A - 試験用基材、及び試験用基材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】培養等の試験に用いて好適な試験用基材、及び当該試験用基材の製造方法の提供。
【解決手段】ポリジメチルシロキサンの基材５の表面１Ａに、水または水溶液を保持する溶液保持部２が形成された試験用基材１であって、溶液保持部２は、親水性の表層を有する凹状部であり、前記表層の最大厚みが１μｍ以上である試験用基材１。基材５に、電子線を照射し、水又は水溶液を保持する溶液保持部２を形成する電子線照射工程を備え、前記電子線照射工程では、溶液保持部２を形成する箇所に、親水性に改質された表層を有する凹状部が基材５の表面に形成される加速電圧で前記電子線を照射する。
【選択図】図２
【解決手段】ポリジメチルシロキサンの基材５の表面１Ａに、水または水溶液を保持する溶液保持部２が形成された試験用基材１であって、溶液保持部２は、親水性の表層を有する凹状部であり、前記表層の最大厚みが１μｍ以上である試験用基材１。基材５に、電子線を照射し、水又は水溶液を保持する溶液保持部２を形成する電子線照射工程を備え、前記電子線照射工程では、溶液保持部２を形成する箇所に、親水性に改質された表層を有する凹状部が基材５の表面に形成される加速電圧で前記電子線を照射する。
【選択図】図２
Description
本発明は、試験用基材、及び試験用基材の製造方法に関する。
細胞培養や細胞のスクリーニングに用いられる細胞の培養用器具には、ディッシュなどの各種の器具がある。また近年では、細胞培養用器具の基材として、ポリジメチルシロキサン（以下、「ＰＤＭＳ」と言う）が知られている。
ＰＤＭＳは、自家蛍光を持たない透明な材料であり、細胞に対して不活性な特質を有するため、培養用器具の基材に好適に用いられる。加えて、ＰＤＭＳは、安価、かつ加工が容易であることから、医薬・バイオの分野では、実験や研究の現場において、目的に応じた形状に加工して使用されたりもする。
ＰＤＭＳは、自家蛍光を持たない透明な材料であり、細胞に対して不活性な特質を有するため、培養用器具の基材に好適に用いられる。加えて、ＰＤＭＳは、安価、かつ加工が容易であることから、医薬・バイオの分野では、実験や研究の現場において、目的に応じた形状に加工して使用されたりもする。
しかしながら、ＰＤＭＳは疎水性を有するため、培地等の溶液および細胞をはじいてしまい、細胞接着を阻害してしまう。そこで、ＰＤＭＳを基材とする場合には、基材表面に親水性を持たせる改質処理が必要となる。
この改質処理の方法には、プラズマ表面処理や、薬品等を用いた化学的処理が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
また、ＰＤＭＳに電子線照射処理を照射することで、基材表面の親水性を改善する技術も知られている（例えば、非特許文献１参照）。
この改質処理の方法には、プラズマ表面処理や、薬品等を用いた化学的処理が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
また、ＰＤＭＳに電子線照射処理を照射することで、基材表面の親水性を改善する技術も知られている（例えば、非特許文献１参照）。
カン・ドンウー（Ｄｏｎｇ−Ｗｏｏ Ｋａｎｇ）、外７名、「エレクトロンビーム・インデュース・モディフィケーション・オブ・ポリ（ジメチルシロキサン）（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌｏｘａｎｅ）」、（韓国）、ポリマー・コリア（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｋｏｒｅａ）、ポリマーソサイエティ・コリア（Ｔｈｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｋｏｒｅａ）、２０１１年５月、第３５巻（Ｖｏｌ．３５）、第２号（Ｎｏ．２）、ｐ．１５７―１６０
プラズマ表面処理は、比較的処理が容易である。しかしながら、プラズマ表面処理の直後から疎水性が復活し始め、親水性が比較的短期間で失われる、という大きな欠点がある。このため、プラズマ表面処理は、実際に細胞培養が開始される直前に行われる必要があり、プラズマ表面処理されたＰＤＭＳを製品として出荷することも、長期に亘りストックすることもできない。
化学的処理は、プラズマ表面処理に比べ親水性が長期に保たれるものの、処理が非常に煩雑であり、生産には向いていない、という問題がある。また、使用薬剤の残存や溶出等による細胞毒性も懸念される。
電子線照射は、化学処理に比べ処理時間およびコストを抑えることができる。しかしながら、上記非特許文献１の通りに基材表面を表面改質した場合、基材自体が硬化し弾力性が損なわれて、脆くなったり変形したりするため、細胞の培養用器具の基材としては適さないものになる。
本発明は、培養等の試験に用いて好適な試験用基材、及び当該試験用基材の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、ポリジメチルシロキサンの基材の表面に、水または水溶液を保持する溶液保持部が形成された試験用基材であって、前記溶液保持部は、親水性の表層を有する凹状部であり、前記表層の最大厚みが１μｍ以上である、ことを特徴とする。
本発明は、上記試験用基材において、前記凹状部の最大深さが０．５μｍ以上であることを特徴とする。
本発明は、上記試験用基材において、前記溶液保持部は、水接触角が９０度以下のぬれ性を有する、ことを特徴とする。
本発明は、ポリジメチルシロキサンの基材に、電子線を照射し、水または水溶液を保持する溶液保持部を形成する電子線照射工程を備え、前記電子線照射工程では、前記溶液保持部を形成する箇所に、親水性に改質された表層を有する凹状部が前記基材の表面に形成される加速電圧で前記電子線を照射することを特徴とする試験用基材の製造方法である。
本発明は、上記試験用基材の製造方法において、前記加速電圧は、１ＭＶ以下である、ことを特徴とする。
本発明は、上記試験用基材の製造方法において、前記電子線の線量は、２ＭＧｙ以上である、ことを特徴とする。
本発明は、上記試験用基材の製造方法において、前記電子線照射工程では、前記基材の表面に大気雰囲気以上の酸素濃度の雰囲気下で前記電子線を照射する、ことを特徴とする。
本開示には、次の効果が示されている。
すなわち、本開示には、ポリジメチルシロキサンの基材の表面に、水または水溶液を保持する溶液保持部が形成された試験用基材であって、前記溶液保持部は、親水性の表層を有する凹状部であり、前記表層の最大厚みが１μｍ以上であるので、培養等の試験に用いて好適な試験用基材が得られる。
本開示には、前記凹状部の最大深さが０．５μｍ以上であることで、実用的な溶液保持部を有した試験用基材が得られる、ことが示されている。
本開示には、前記溶液保持部は、水接触角が９０度以下のぬれ性を有することで、十分な親水性を有した溶液保持部が得られる、ことが示されている。
本開示には、ポリジメチルシロキサンの基材に、電子線を照射し、水または水溶液を保持する溶液保持部を形成する電子線照射工程では、前記溶液保持部を形成する箇所に、親水性に改質された表層を有する凹状部が前記基材の表面に形成される加速電圧で前記電子線を照射することで、水または水溶液が溶液保持部から流れることなく、強固に保持できる試験用基材を電子線照射により得ること、が示されている。
本開示には、加速電圧を１ＭＶ以下にすることで、基材が硬化し弾力性が失われることなく、黄変や湾曲、割れが生じることもないため、加工性を良好に維持できる、ことが示されている。
本開示には、前記電子線の線量を２ＭＧｙ以上とすることで、水接触角を９０度以下にできる、ことが示されている。
本開示には、前記基材の表面に大気雰囲気以上の酸素濃度下で前記電子線を照射することで、電子線照射箇所での酸化反応が促進され、高い親水性が効率良く得られる、ことが示されている。
すなわち、本開示には、ポリジメチルシロキサンの基材の表面に、水または水溶液を保持する溶液保持部が形成された試験用基材であって、前記溶液保持部は、親水性の表層を有する凹状部であり、前記表層の最大厚みが１μｍ以上であるので、培養等の試験に用いて好適な試験用基材が得られる。
本開示には、前記凹状部の最大深さが０．５μｍ以上であることで、実用的な溶液保持部を有した試験用基材が得られる、ことが示されている。
本開示には、前記溶液保持部は、水接触角が９０度以下のぬれ性を有することで、十分な親水性を有した溶液保持部が得られる、ことが示されている。
本開示には、ポリジメチルシロキサンの基材に、電子線を照射し、水または水溶液を保持する溶液保持部を形成する電子線照射工程では、前記溶液保持部を形成する箇所に、親水性に改質された表層を有する凹状部が前記基材の表面に形成される加速電圧で前記電子線を照射することで、水または水溶液が溶液保持部から流れることなく、強固に保持できる試験用基材を電子線照射により得ること、が示されている。
本開示には、加速電圧を１ＭＶ以下にすることで、基材が硬化し弾力性が失われることなく、黄変や湾曲、割れが生じることもないため、加工性を良好に維持できる、ことが示されている。
本開示には、前記電子線の線量を２ＭＧｙ以上とすることで、水接触角を９０度以下にできる、ことが示されている。
本開示には、前記基材の表面に大気雰囲気以上の酸素濃度下で前記電子線を照射することで、電子線照射箇所での酸化反応が促進され、高い親水性が効率良く得られる、ことが示されている。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、試験用基材の一例として、細胞培養に用いられる細胞培養用器具を説明する。
図１は本実施形態に係る細胞培養用器具１の構成を示す図であり、図１（Ａ）は全体図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ部拡大図である。
細胞培養用器具１は、図１に示すとおり、基材５の表面であるウェル形成面１Ａに、当該ウェル形成面１Ａに対して凹状の複数のウェル２を備える。即ち、基材５のウェル形成面１Ａは、ウェル２と非ウェル部分とを有する。
細胞培養用器具１は、図１に示すとおり、基材５の表面であるウェル形成面１Ａに、当該ウェル形成面１Ａに対して凹状の複数のウェル２を備える。即ち、基材５のウェル形成面１Ａは、ウェル２と非ウェル部分とを有する。
なお、細胞培養用器具１の形状は特に限定されないが、ウェル２内への培地等の水や水溶液の保持性を考慮し、ウェル形成面１Ａは平面であることが好ましい。係る細胞培養用器具１の形状として、シート状や、プレート状、平底ディッシュ状などが挙げられる。プレート状の細胞培養用器具１の具体例としては、プレパラートやカバーガラスなどが挙げられ、平底ディッシュ状の細胞培養用器具１の具体例としては、マイクロタイタ―プレート等が挙げられる。
本実施形態において、基材５の平均厚み、すなわちウェル形成面１Ａから反対側の表面（裏面）１Ｂまでの距離は５０μｍ以上（好ましくは１ｍｍ以上）程度であるが、他の厚みであってもよい。
本実施形態において、基材５の平均厚み、すなわちウェル形成面１Ａから反対側の表面（裏面）１Ｂまでの距離は５０μｍ以上（好ましくは１ｍｍ以上）程度であるが、他の厚みであってもよい。
細胞培養用器具１の基材５は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）によって形成されている。ここで、基材５は、ＰＤＭＳが主成分であれば、他の物質を含有してもよい。「主成分」とは、基材５におけるポリジメチルシロキサンの含有量が５０質量％以上であることを言う。
本実施形態では、基材５におけるＰＤＭＳの含有量は大きいほど好ましく、７５質量％以上、９０質量％以上、９９質量％以上が好ましい。
また、基材５は、ＰＤＭＳ以外の物質として、従来公知の添加剤（例えば可塑剤等）を適宜含むことが可能である。
ＰＤＭＳを主成分とする基材５は、通常、１００度程度の水接触角を有する。なお、本明細書中の水接触角は、いわゆる、ぬれ性の程度を示すパラメータであり、静的液適法により測定することができる。
ＰＤＭＳの含有量、及び添加剤には、細胞培養用器具１の用途等に応じて、好ましい値、及び物質が適宜に選択される。
本実施形態では、基材５におけるＰＤＭＳの含有量は大きいほど好ましく、７５質量％以上、９０質量％以上、９９質量％以上が好ましい。
また、基材５は、ＰＤＭＳ以外の物質として、従来公知の添加剤（例えば可塑剤等）を適宜含むことが可能である。
ＰＤＭＳを主成分とする基材５は、通常、１００度程度の水接触角を有する。なお、本明細書中の水接触角は、いわゆる、ぬれ性の程度を示すパラメータであり、静的液適法により測定することができる。
ＰＤＭＳの含有量、及び添加剤には、細胞培養用器具１の用途等に応じて、好ましい値、及び物質が適宜に選択される。
上記細胞培養用器具１に形成されるウェル２の形状は、ウェル形成面１Ａに対して凹状であればよく、ウェル２の形状に係る他の要素は任意である。
例えば、本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、細胞培養用器具１のウェル形成面１Ａを平面視におけるウェル２の開口形状は、円形であるが、例えば楕円形や、矩形、多角形、ライン状、これらを組み合わせた形状などの任意の形状でもよい。
また、本実施形態では、ウェル２の底面形状は、断面Ｕ字状であるが、例えば断面Ｖ字状や、平面状でもよい。断面Ｕ字状の底面形状のウェル２は比較的製造が容易である。
例えば、本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、細胞培養用器具１のウェル形成面１Ａを平面視におけるウェル２の開口形状は、円形であるが、例えば楕円形や、矩形、多角形、ライン状、これらを組み合わせた形状などの任意の形状でもよい。
また、本実施形態では、ウェル２の底面形状は、断面Ｕ字状であるが、例えば断面Ｖ字状や、平面状でもよい。断面Ｕ字状の底面形状のウェル２は比較的製造が容易である。
本実施形態において、ウェル２は、開口径φ（直径）が５μｍ以上であり、最大の深さｄ（以下、単に「最大深さ」と言う）が０．５μｍ以上のサイズで形成されている。このウェル２のサイズは、これに限定されるものではなく、用途に応じて適宜設定される。例えば、開口径φは、開口形状が円形の場合、少なくとも５μｍ以上であれば十分に実用的であり、また、１０μｍ以上や１００μｍ以上で設定されてもよい。またウェル２の最大深さも、開口形状や断面形状にかかわらず、少なくとも０．５μｍ以上であれば十分に実用的であり、また、１μｍ以上や５μｍ以上で設定されてもよい。なお、ウェル２の最大深さの上限は、特に限定されるものではないが、基材５の平均厚みの半分以下、或いは、１００μｍ以下のいずれか小さな値とすることができる。
上述の通り、ウェル２の開口形状、底面形状、開口サイズ、最大深さといったパラ−メータは、細胞培養用器具１の用途に合わせ、適宜の組み合わせで設定することができる。
例えば、これらのパラメータを適宜調整することで、目的に応じた容量の液体（培地）をウェル２中に保持することができる。
また例えば、細胞培養用器具１を１細胞培養（１ウェルに１細胞での培養）に用いる場合であれば、開口径φが凡そ５μｍ〜１００μｍの円形であり、最大深さがおよそ１μｍ〜５０μｍのウェル２を有する細胞培養用器具１を好適に使用し得る。
例えば、これらのパラメータを適宜調整することで、目的に応じた容量の液体（培地）をウェル２中に保持することができる。
また例えば、細胞培養用器具１を１細胞培養（１ウェルに１細胞での培養）に用いる場合であれば、開口径φが凡そ５μｍ〜１００μｍの円形であり、最大深さがおよそ１μｍ〜５０μｍのウェル２を有する細胞培養用器具１を好適に使用し得る。
図１（Ａ）に示すように、本実施形態の細胞培養用器具１の表面上には、多数個のウェル２が形成されている。ウェル２の個数は、例えば１２個以上、好ましくは９０個以上、より好ましくは３００個以上、さらに好ましくは４００個以上である。なお、ウェル２の個数は、これに限定されず、少なくとも１個以上が形成されていればよい。
また、本実施形態において、ウェル２は、図１（Ａ）に示すように、格子状に配置されている。しかしながら、隣り合うウェルの中心（重心）間の距離がいずれも略等しくなる配置態様であれば格子状でなくともよい。係る配置態様によれば、細胞培養用器具１の基材５のウェル形成面１Ａにより多くのウェル２を配置できる。
なお、ウェル２の配置態様は、これに限定されるものではなく、細胞培養用器具１の用途などに応じて任意に設定できる。
また、本実施形態において、ウェル２は、図１（Ａ）に示すように、格子状に配置されている。しかしながら、隣り合うウェルの中心（重心）間の距離がいずれも略等しくなる配置態様であれば格子状でなくともよい。係る配置態様によれば、細胞培養用器具１の基材５のウェル形成面１Ａにより多くのウェル２を配置できる。
なお、ウェル２の配置態様は、これに限定されるものではなく、細胞培養用器具１の用途などに応じて任意に設定できる。
なお、上記細胞培養用器具１の好適な一態様として、開口が直径３００μｍ以上（例えば３５０μｍ）の円形のウェル２が、直径７ｍｍの円内におよそ４００個配置された態様が挙げられる。
一般的に流通している９６穴マイクロタイタ―プレート（平底）の底面の直径がおよそ７ｍｍであることから、上記の態様によると、当該マイクロタイタ―プレートの１穴あたりおよそ４００個のウェル２の配置を実現することができる。即ち、合計およそ４００００個のウェル２を備えた細胞培養用器具１を容易に作成可能である。かかる細胞培養用器具１は、一般に流通している汎用の実験器具を容易に適用可能であることから、取り扱い性に優れる。
一般的に流通している９６穴マイクロタイタ―プレート（平底）の底面の直径がおよそ７ｍｍであることから、上記の態様によると、当該マイクロタイタ―プレートの１穴あたりおよそ４００個のウェル２の配置を実現することができる。即ち、合計およそ４００００個のウェル２を備えた細胞培養用器具１を容易に作成可能である。かかる細胞培養用器具１は、一般に流通している汎用の実験器具を容易に適用可能であることから、取り扱い性に優れる。
本実施形態の細胞培養用器具１に形成されるウェル２は、当該ウェル２の最表面（ウェル２内に注入される液体に接する面）に親水性の表層６を有する。本明細書において、「親水性である」とは、親水性処理がなされていない箇所（即ち、ウェル形成面１Ａの非ウェル部）と比較して水接触角が小さいことをいうものとする。即ち、細胞培養用器具１のウェル２の表層６が親水性であることは、表層６が当該表層６以外の部分（少なくともウェル２以外の部分）よりも水接触角が小さいことをいう。
図２は、ウェル２の断面構成を培地４とともに示す模式図である。ウェル２は、その凹状部に液体（典型的には培地）を保持する溶液保持部として機能する。ウェル２は、親水性の表層６を備えることで、培地４を個々のウェル内に強固に保持（トラップ）することができる。また、ウェル２以外の基材部分とウェル２（表層部６）のぬれ性の違いを利用することで、ウェル２内にのみ培地を保持させる、即ち、上記ウェル２以外の基材部分をウェル２間で培地（細胞）が移動しないための障壁として利用することができる。これにより、細胞培養用器具１を液体に浸すことで、全てのウェル２に液滴を簡単に付着させ、いわゆる、ドロップレットアレイを簡単に得ることもできる。
表層６の水接触角は９０度未満が好ましく、８０度以下がより好ましい。一方で、水接触角が小さすぎると細胞接着性に悪影響を与えることが知られている。このため、ウェル２の表層６の水接触角は、２０度以上とすることが好ましく、４０度以上がより好ましい。
本実施形態の細胞培養用器具１は、一般的なプラズマ照射によって親水化処理されたＰＤＭＳと比較して、溶液保持部（即ちウェル２）の親水性が長期に亘って維持される。具体的には、培養環境下（３７℃でかつ培地に浸した条件）で少なくとも３日以上に亘って、親水化処理（電子線照射）後と同程度の水接触角（例えば８０度以下）の親水性が維持される。なお、本明細書において「親水化処理後」とは電子線照射後１時間以内を意味し、「同程度」とは１５％以内の誤差を許容するという意味である。
親水性の保持期間は、一般的には、長いほど好ましく、本実施形態では、例えば５日以上、１０日以上、２０日以上、３０日以上、５０日以上とできる。
詳述すると、本発明者らは、表層６の厚みを増大させることで、当該表層６の親水性（ぬれ性）が維持される期間を延長し得ることを見出した。かかる表層６の厚みとしては、最大厚みｆが、少なくとも１μｍ以上であれば十分に実用性を有し、また１０μｍ以上であれば、より好ましい。
なお、表層６の最大厚みｆの上限は特に限定されないが、当該表層６が厚すぎると、基材５の硬化、弾力性の低下、黄変や湾曲、割れ等が生じる虞がある。例えば、表層６の最大厚みｆは凹部の最深部から基材の裏面１Ｂまでの厚みの半分以下、或いは１００μｍのいずれか小さい値とすることが好ましい。
上記表層６の厚みは、断面を顕微ＦＴ−ＩＲやＸＰＳ等で化学組成分析することで測定することができる。
詳述すると、本発明者らは、表層６の厚みを増大させることで、当該表層６の親水性（ぬれ性）が維持される期間を延長し得ることを見出した。かかる表層６の厚みとしては、最大厚みｆが、少なくとも１μｍ以上であれば十分に実用性を有し、また１０μｍ以上であれば、より好ましい。
なお、表層６の最大厚みｆの上限は特に限定されないが、当該表層６が厚すぎると、基材５の硬化、弾力性の低下、黄変や湾曲、割れ等が生じる虞がある。例えば、表層６の最大厚みｆは凹部の最深部から基材の裏面１Ｂまでの厚みの半分以下、或いは１００μｍのいずれか小さい値とすることが好ましい。
上記表層６の厚みは、断面を顕微ＦＴ−ＩＲやＸＰＳ等で化学組成分析することで測定することができる。
係る細胞培養用器具１は、疎水性を有する上記ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）が基材５に用いられている。そして、細胞培養用器具１の製造方法においては、この基材５のウェル形成面１Ａに、電子線照射装置により電子線を照射する電子線照射工程が設けられており、当該電子線照射工程により上記ウェル２が形成されている。
具体的には、酸素存在雰囲気下でＰＤＭＳの基材５のウェル形成面１Ａに電子線を照射すると、電子線照射箇所では酸化反応が起こり、ＰＤＭＳが有するメチル基が放出され、酸素原子が結合される。これにより、電子線照射箇所に各種極性基が保持されるようになり、電子線照射箇所が親水性を有するように改質される。
さらに、電子線照射箇所では、電子線と、その照射により生じる熱による架橋や、分解、それらに伴うガスの放出や、分子の再配列などで収縮し、これにより、電子線照射箇所が凹状部に変形する。
したがって、電子線照射工程において、ウェル２の形成箇所に電子線が照射されることで、親水性を有した表層６を有した凹部状の上記ウェル２が得られることとなる。
さらに、電子線照射箇所では、電子線と、その照射により生じる熱による架橋や、分解、それらに伴うガスの放出や、分子の再配列などで収縮し、これにより、電子線照射箇所が凹状部に変形する。
したがって、電子線照射工程において、ウェル２の形成箇所に電子線が照射されることで、親水性を有した表層６を有した凹部状の上記ウェル２が得られることとなる。
なお、電子線照射工程において、ＰＤＭＳの基材５への電子線の照射の態様は、ウェル２の形成箇所に電子線が照射される限りにおいて特に限定されないが、例えば、ウェル２の形状や大きさに合ったパターンや形状を有するマスクを基材５の表面に配置して電子線照射する態様が用いられ得る。
また、一般に、電子線の照射方式には、電子線照射箇所を基材５のウェル形成面１Ａで移動させない固定照射方式と、ウェル形成面１Ａを走査するように電子線照射箇所を移動させるスキャン方式とが知られている。本実施形態の製造工程では、スキャン方式もしくは固定照射方式のどちらも採用可能である。この電子線照射時には、ＰＤＭＳを大気雰囲気以上の酸素濃度下（すなわち、酸素リッチな雰囲気下）で照射することで、電子線照射箇所での上記酸化反応を促進し、高い親水性を効率良く得ることができる。例えば、酸素を吹き付ける等して電子線照射箇所に酸素を供給し、電子線照射箇所を酸素リッチな雰囲気に維持できる。酸素濃度は、５０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましいが、各種の条件等によっては、他の値も用いられ得る。
ここで、驚くべきことに、本発明者らは、表層６の厚みが電子線の加速電圧に比例することを見出した。
すなわち加速電圧が高いほど、電子線がウェル形成面１Ａから深くまで到達し、その深い範囲まで親水性に改質される。発明者らは、後に詳述するが、この表層６が厚いほど、親水性の維持期間が長くなり、例えば、親水性の表層６の最大厚みｆが約４０μｍであると、親水性は細胞培養環境下において少なくとも５０日以上に亘り維持されるとの知見を見い出している。
再生医療等に用いる生体組織の培養では、約２週間から１か月の培養期間が想定される。親水性の表層６の最大厚みｆを約２０μｍとすることで、非常に長期期間の培養を安定的に行うことができる細胞培養用器具１が得られることとなる。一方で、電子線の加速電圧が大きすぎると、電子線が基材５の裏面１Ｂ（図２）まで通過してしまい、基材５の硬化、黄変や湾曲、割れ等が生じる虞がある。
かかる電子線の加速電圧は、１ＭＶ以下が好ましく、０．５ＭＶ以下とすることがより好ましいが、各種の条件によっては、これらの範囲以外の値も用いられ得る。かかる加速電圧とすることで、好適な最大厚みｆ（例えば１μｍ以上１００μｍ以下）の表層６を比較的容易に形成することができる。なお、かかる電子線の加速電圧の下限は０．０３ＭＶ以上とすることが好ましいが、各種の条件によっては、これらの範囲以外の値も用いられ得る。
すなわち加速電圧が高いほど、電子線がウェル形成面１Ａから深くまで到達し、その深い範囲まで親水性に改質される。発明者らは、後に詳述するが、この表層６が厚いほど、親水性の維持期間が長くなり、例えば、親水性の表層６の最大厚みｆが約４０μｍであると、親水性は細胞培養環境下において少なくとも５０日以上に亘り維持されるとの知見を見い出している。
再生医療等に用いる生体組織の培養では、約２週間から１か月の培養期間が想定される。親水性の表層６の最大厚みｆを約２０μｍとすることで、非常に長期期間の培養を安定的に行うことができる細胞培養用器具１が得られることとなる。一方で、電子線の加速電圧が大きすぎると、電子線が基材５の裏面１Ｂ（図２）まで通過してしまい、基材５の硬化、黄変や湾曲、割れ等が生じる虞がある。
かかる電子線の加速電圧は、１ＭＶ以下が好ましく、０．５ＭＶ以下とすることがより好ましいが、各種の条件によっては、これらの範囲以外の値も用いられ得る。かかる加速電圧とすることで、好適な最大厚みｆ（例えば１μｍ以上１００μｍ以下）の表層６を比較的容易に形成することができる。なお、かかる電子線の加速電圧の下限は０．０３ＭＶ以上とすることが好ましいが、各種の条件によっては、これらの範囲以外の値も用いられ得る。
また、驚くべきことに、本発明者らは、電子線の照射線量が増すほどウェル２の最大深さが増大し、一方で電子線の照射線量が増すほど水接触角が小さくなることを見出した。即ち、電子線の照射線量を適宜設定することで、ウェル２の最大深さおよび親水性（水接触角）を所望の値に調整することができる。電子線の線量は、２ＭＧｙ以上が好ましく、４ＭＧｙ以上がより好ましいが、各種の条件によっては、これらの範囲以外の線量も用いられ得る。電子線の線量をかかる範囲とすることで、好適なウェルの最大深さと水接触角とを備えた細胞培養用器具を比較的容易に形成することができる。なお、かかる電子線の線量の上限は、１００ＭＧｙ以下とすることが好ましいが、各種の条件によっては、この範囲以外の線量も用いられ得る。
以上より、電子線照射工程における好適な照射条件として、加速電圧が１ＭＶ以下であり、かつ電子線の線量が２ＭＧｙ以上を満たす条件、より好ましくは、加速電圧が０．５ＭＶ以下であり、かつ電子線の線量が４ＭＧｙ以上を満たす条件が挙げられる。
かかる照射条件とすることで、基材５の弾力性、及び品質を損なわずに、上述のウェル２を形成した細胞培養用器具１が得られるのである。即ち、水接触角、親水性の長期維持、ウェル２の最大深さについて、好適なバランスで実現することができる。
なお、上記好適な照射条件における加速電圧、及び電子線の線量は、各種の条件によっては、他の値になり得る。
かかる照射条件とすることで、基材５の弾力性、及び品質を損なわずに、上述のウェル２を形成した細胞培養用器具１が得られるのである。即ち、水接触角、親水性の長期維持、ウェル２の最大深さについて、好適なバランスで実現することができる。
なお、上記好適な照射条件における加速電圧、及び電子線の線量は、各種の条件によっては、他の値になり得る。
本実施形態の製造方法においては、基材５の表面に、凹状のウェル２の形成と、当該ウェル２の表層６の親水化処理とが同時に進行するので、これらを別々のステップで処理する従来の製造方法に比べて、製造プロセスが容易になる。
ここで、電子線照射工程において、電子線照射箇所のスポット径等を制御することで、サイズが非常に小さなウェル２である超マイクロウェル（例えば直径が３０μｍ以下）を形成することもできる。
従来の手法（例えばインプリントとプラズマ照射との組み合わせや、化学処理など）では、ウェル２の凹状部分と、親水化処理によって親水化される箇所にズレが生じ易いため、表層６が親水化した超マイクロサイズのウェル２を形成することは困難である。
従来の手法（例えばインプリントとプラズマ照射との組み合わせや、化学処理など）では、ウェル２の凹状部分と、親水化処理によって親水化される箇所にズレが生じ易いため、表層６が親水化した超マイクロサイズのウェル２を形成することは困難である。
また、インプリントにより基材の表面に凹状部を形成し、当該凹状部にプラズマを照射して親水化処理することでウェル２を形成する場合、インプリントでは凹状部を深くすることが難しく、また、凹状部を深くし得たとしてもプラズマが凹状部の深部に届き難いため、ウェル２の深さや、親水化する表層６の厚みを所望の範囲に制御することが困難である。
これに対し、本実施形態の製造方法においては、上述の通り、電子線照射工程における加速電圧、及び／又は、電子線の線量を制御することで、ウェル２の深さや、親水化する表層６の厚みを所望の範囲に制御できる。
係る制御により、例えば、細胞培養用器具１の工場生産や出荷流通の期間を考慮し、少なくとも当該期間を超える長期に亘り、ウェル２の表層６が親水性を維持するようにすることも可能である。
これに対し、本実施形態の製造方法においては、上述の通り、電子線照射工程における加速電圧、及び／又は、電子線の線量を制御することで、ウェル２の深さや、親水化する表層６の厚みを所望の範囲に制御できる。
係る制御により、例えば、細胞培養用器具１の工場生産や出荷流通の期間を考慮し、少なくとも当該期間を超える長期に亘り、ウェル２の表層６が親水性を維持するようにすることも可能である。
図３は、電子線の線量と水接触角との関係を示すグラフである。
同図のグラフは実験によって得られたものであり、この実験では、厚さが１ｍｍから２ｍｍ程度のシート状に加工されたＰＤＭＳを試料とした。そして、数百ｋＶ程度の加速電圧で電子線を放射可能な固定照射形式の電子線照射装置を用いて、試料に５５ｋＶの加速電圧で電子線を照射した。
同図のグラフは実験によって得られたものであり、この実験では、厚さが１ｍｍから２ｍｍ程度のシート状に加工されたＰＤＭＳを試料とした。そして、数百ｋＶ程度の加速電圧で電子線を放射可能な固定照射形式の電子線照射装置を用いて、試料に５５ｋＶの加速電圧で電子線を照射した。
図３に示すように、電子線を照射していない状態（線量＝「０」）では、試料の水接触角は約１００度であった。そして、線量に比例して水接触角が低下する傾向が見られ、約１０ＭＧｙ以上の範囲では、水接触角が４０度から６０度の間の範囲で下げ止まりする傾向が見られた。
すなわち、電子線の線量を１０ＭＧｙ以上とすることで、電子線照によりウェル２を形成する場合において、ウェル２の表層６の親水性を最大にできることが分かる。
すなわち、電子線の線量を１０ＭＧｙ以上とすることで、電子線照によりウェル２を形成する場合において、ウェル２の表層６の親水性を最大にできることが分かる。
図４は、水接触角の経時変化の測定結果を示す図である。
この測定では、図３の実験において、線量を１０ＭＧｙとして作製した試料の水接触角を５０日間に亘って計測した。また、一般的な細胞培養環境について測定するために、ダルベッコ改変イーグル培地（ＤＭＥＭ）中に浸漬し、温度を３７℃に保った状態で一定期間保管後、水接触角の測定を行った。また、プラズマ表面処理（処理時間：１２０秒）によって作製した試料についても、同様に、水接触角の経時変化を測定した。
この測定では、図３の実験において、線量を１０ＭＧｙとして作製した試料の水接触角を５０日間に亘って計測した。また、一般的な細胞培養環境について測定するために、ダルベッコ改変イーグル培地（ＤＭＥＭ）中に浸漬し、温度を３７℃に保った状態で一定期間保管後、水接触角の測定を行った。また、プラズマ表面処理（処理時間：１２０秒）によって作製した試料についても、同様に、水接触角の経時変化を測定した。
図４に示すように、プラズマ表面処理によって作製した試料では、時間の経過とともに急速に水接触角が増大し（親水性が低下し）、５日を経過した時点で水接触角が８０度を超え、１０日を経過した時点で、電子線を照射していないＰＤＭＳと同程度の値に至り、親水性が損なわれてしまうことが分かる。
一方、電子線照射によって作製した試料では、５０日が経過した時点でも水接触角は約８０度以下に抑えられており、非常に長期間に亘ってウェル２の親水性が維持されていることが分かる。
またプラズマ表面処理によって作製した試料では、ウェル２の表層６の最大厚みｆが数百ｎｍ以下であるのに対し、５５ｋＶの電子線照射によって作製した試料では、最大厚みｆが４０μｍ程度となっていた。このような表層６の最大厚みｆの違いが親水性の持続時間に大きく寄与していると考えられる。
一方、電子線照射によって作製した試料では、５０日が経過した時点でも水接触角は約８０度以下に抑えられており、非常に長期間に亘ってウェル２の親水性が維持されていることが分かる。
またプラズマ表面処理によって作製した試料では、ウェル２の表層６の最大厚みｆが数百ｎｍ以下であるのに対し、５５ｋＶの電子線照射によって作製した試料では、最大厚みｆが４０μｍ程度となっていた。このような表層６の最大厚みｆの違いが親水性の持続時間に大きく寄与していると考えられる。
図５は、加速電圧と水接触角との関係を示す表である。
発明者らは、図３に示した実験と同じＰＤＭＳに、電子線照射装置を用いてスキャン方式で電子線を照射し、９０ｋＶ、及び７０ｋＶの加速電圧ごとに、サンプル１、２、３の３つの試料を作製した。スキャン方式の電子線照射において、１回あたりの電子線照射時間を３０秒程度とし、合計１０回照射した。
また、比較のために、図３に示した実験と同じ固定照射方式の電子線照射装置を用いて、５０ｋＶの加速電圧でサンプル１、２、３の３つの試料も作製した。
なお、いずれのサンプルも線量は１０ＭＧｙである。
そして、作製から一定期間後に水接触角を測定した結果が図５である。
発明者らは、図３に示した実験と同じＰＤＭＳに、電子線照射装置を用いてスキャン方式で電子線を照射し、９０ｋＶ、及び７０ｋＶの加速電圧ごとに、サンプル１、２、３の３つの試料を作製した。スキャン方式の電子線照射において、１回あたりの電子線照射時間を３０秒程度とし、合計１０回照射した。
また、比較のために、図３に示した実験と同じ固定照射方式の電子線照射装置を用いて、５０ｋＶの加速電圧でサンプル１、２、３の３つの試料も作製した。
なお、いずれのサンプルも線量は１０ＭＧｙである。
そして、作製から一定期間後に水接触角を測定した結果が図５である。
図５に示すように、加速電圧５０ｋＶ〜９０ｋＶにおいて、水接触角は９０度を大きく下回っており、十分な親水性が得られていることが分かる。
本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
本実施形態では、ＰＤＭＳからなる基材５に、電子線を照射し、水または水溶液を保持する溶液保持部（ウェル２）を形成する電子線照射工程において、親水性に改質された表層６を有する凹状部が形成される加速電圧で電子線を照射した。
これにより、水または水溶液が溶液保持部から流れることなく、強固に保持できる細胞培養用器具１を電子線照射により得ることができる。
これにより、水または水溶液が溶液保持部から流れることなく、強固に保持できる細胞培養用器具１を電子線照射により得ることができる。
また本実施形態では、加速電圧を１ＭＶ以下という比較的低いエネルギーに制限したので、ＰＤＭＳの基材５が硬化し弾力性が失われることなく、黄変や湾曲、割れが生じることもないため、加工性を良好に維持できる。
また本実施形態では、電子線の線量を２ＭＧｙ以上としたので、電子線照射によりウェル２を形成する場合において、十分に親水化した溶液保持部を形成できる。
また本実施形態では、ＰＤＭＳの基材５のウェル形成面１Ａに大気雰囲気以上の酸素濃度の雰囲気下で電子線を照射するので、電子線照射箇所での酸化反応が促進され、高い親水性が効率良く得られる。
また本実施形態では、ウェル２の表層６の最大厚みｆが１μｍ以上であるので、実用的なウェル２を有した細胞培養用器具１となる。即ち、親水性が長期に亘り維持された細胞培養器具１が得られる。かかる細胞培養器具１は、長期に亘る培養に好適である。
また本実施形態では、ウェル２の凹状部の最大深さが０．５μｍ以上であるので、実用的なウェル２を有した細胞培養用器具１となる。
また本実施形態では、ＰＤＭＳの基材５に形成したウェル２は、水接触角が９０度以下のぬれ性を有するので、十分な親水性を有したウェル２が局所的にウェル形成面１Ａに形成された細胞培養用器具１が得られる。
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に変形、及び応用が可能である。
上述した実施形態において、ウェル２の形状を平面視円形としたが、これに限らず、任意の形状であってもよい。
また、ＰＤＭＳの基材５のウェル形成面１Ａをビーム状の電子線で走査することで、任意形状のウェル２を形成してもよい。
また、細胞培養用器具１としてプレート状の細胞培養用のディッシュを例示したが、本発明が適用される培養用器具の形状や用途は任意である。例えば、いわゆる細胞培養皿、マイクロタイタ―プレート等が適用対象として例示される。
また、ＰＤＭＳの基材５のウェル形成面１Ａをビーム状の電子線で走査することで、任意形状のウェル２を形成してもよい。
また、細胞培養用器具１としてプレート状の細胞培養用のディッシュを例示したが、本発明が適用される培養用器具の形状や用途は任意である。例えば、いわゆる細胞培養皿、マイクロタイタ―プレート等が適用対象として例示される。
また本発明に係る試験用基材は、細胞培養用器具１に限らない。
すなわち、本発明に係る試験用基材は、ウェル２の表面にトラップを固定しておくことで、特定の生体物質を検出する用途に広く用いることができ、例えばプローブＤＮＡや抗体などのトラップをウェル２の表面に固定するＤＮＡチップやタンパクチップ等のバイオチップに用いることができる。
すなわち、本発明に係る試験用基材は、ウェル２の表面にトラップを固定しておくことで、特定の生体物質を検出する用途に広く用いることができ、例えばプローブＤＮＡや抗体などのトラップをウェル２の表面に固定するＤＮＡチップやタンパクチップ等のバイオチップに用いることができる。
また、本発明に係る試験用基材は、マイクロ流路チップなどの基材としても用いることができる。
図６は、マイクロ流路チップ１００の一例を示す図である。マイクロ流路チップ１００にあっては、複数の流路１１５がウェル２に代えて基材５の表面に溶液保持部として形成される。これらの流路幅ｊは１０μｍ〜１００μｍが好適である。
マイクロ流路チップ１００、及び上記バイオチップにおいて、流路１１５、及びウェル２の凹部の最大深さｄや表層６の厚みｆなどの値については、実施形態で説明した細胞培養用器具１と同様である。
図６は、マイクロ流路チップ１００の一例を示す図である。マイクロ流路チップ１００にあっては、複数の流路１１５がウェル２に代えて基材５の表面に溶液保持部として形成される。これらの流路幅ｊは１０μｍ〜１００μｍが好適である。
マイクロ流路チップ１００、及び上記バイオチップにおいて、流路１１５、及びウェル２の凹部の最大深さｄや表層６の厚みｆなどの値については、実施形態で説明した細胞培養用器具１と同様である。
１ 細胞培養用器具（試験用基材）
１Ａ ウェル形成面（表面）
２ ウェル（溶液保持部）
４ 培地
６ 表層
５ 基材
１００ マイクロ流路チップ（試験用基材）
１１５ 流路（溶液保持部）
ｄ 最大深さ
ｆ 表層の最大厚み
φ 開口径
１Ａ ウェル形成面（表面）
２ ウェル（溶液保持部）
４ 培地
６ 表層
５ 基材
１００ マイクロ流路チップ（試験用基材）
１１５ 流路（溶液保持部）
ｄ 最大深さ
ｆ 表層の最大厚み
φ 開口径
Claims (7)
- ポリジメチルシロキサンの基材の表面に、水または水溶液を保持する溶液保持部が形成された試験用基材であって、
前記溶液保持部は、親水性の表層を有する凹状部であり、
前記表層の最大厚みが１μｍ以上である、ことを特徴とする試験用基材。 - 前記凹状部の最大深さが０．５μｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の試験用基材。
- 前記溶液保持部は、水接触角が９０度以下のぬれ性を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の試験用基材。
- ポリジメチルシロキサンの基材に、電子線を照射し、水または水溶液を保持する溶液保持部を形成する電子線照射工程を備え、
前記電子線照射工程では、前記溶液保持部を形成する箇所に、親水性に改質された表層を有する凹状部が前記基材の表面に形成される加速電圧で前記電子線を照射することを特徴とする試験用基材の製造方法。 - 前記加速電圧は、１ＭＶ以下である、ことを特徴とする請求項４に記載の試験用基材の製造方法。
- 前記電子線の線量は、２ＭＧｙ以上である、ことを特徴とする請求項４または５に記載の試験用基材の製造方法。
- 前記電子線照射工程では、前記基材の表面に大気雰囲気以上の酸素濃度の雰囲気下で前記電子線を照射する、ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の試験用基材の製造方法。
Priority Applications (3)
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| JP2017113092A JP6524563B2 (ja) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | 試験用基材、及び試験用基材の製造方法 |
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| JP2017113092A JP6524563B2 (ja) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | 試験用基材、及び試験用基材の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020115781A (ja) * | 2019-01-23 | 2020-08-06 | ウシオ電機株式会社 | 細胞培養チップ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2005539393A (ja) * | 2002-09-18 | 2005-12-22 | 学校法人東京理科大学 | 表面加工方法 |
| WO2016140327A1 (ja) * | 2015-03-04 | 2016-09-09 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マイクロチャンバーアレイプレート |
-
2017
- 2017-06-08 JP JP2017113092A patent/JP6524563B2/ja active Active
-
2018
- 2018-05-17 US US16/620,400 patent/US20200231924A1/en not_active Abandoned
- 2018-05-17 WO PCT/JP2018/019084 patent/WO2018225473A1/ja active Application Filing
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| 山口 良、ほか: "電子線照射によるポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）とポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の接着剥離", 日本金属学会秋期講演大会（２０１５）講演概要集, JPN6018031993, 2015, pages １７５頁, ISSN: 0003974270 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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