JP2021004727A - 細胞電位測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定面上に形成される細胞層の平面視の密度を向上できる細胞電位測定装置を提供する。【解決手段】細胞電位測定装置１は、細胞懸濁液が滴下される測定面１ａを有する。細胞電位測定装置１は複数の作用電極１０と参照電極２０とを備える。複数の作用電極１０は、測定面１ａのうち作用領域Ｒ１内において２次元に配列される。参照電極２０は測定面１ａのうち作用領域Ｒ１よりも外側に設けられる。測定面１ａのうち作用領域Ｒ１と参照電極２０との間の疎水領域Ｒ２における接触角は、作用領域Ｒ１における接触角よりも大きい。【選択図】図１

Description

本願は、細胞電位測定装置に関する。

従来から、神経細胞等の細胞あるいは組織の誘導電位を測定する細胞電位測定装置が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１では、細胞電位測定装置は電極アセンブリを含んでおり、当該電極アセンブリの表面（以下、測定面と呼ぶ）には、複数のマイクロ電極および基準電極が設けられている。複数のマイクロ電極は、測定面内の矩形領域において、マトリックス状に配列される。基準電極は当該矩形領域の対角線の延長線上に設けられている。

作業員は、測定時において、細胞または組織の切片を含む培養液等の液体（細胞懸濁液とも呼ばれ得る）を測定面に滴下する。具体的には、作業員は、当該液体が矩形領域を覆い、かつ、基準電極に接触しないように、当該液体を測定面に滴下する。そして、この状態で電極アセンブリを放置することにより、液体中の細胞または組織の切片は測定面の矩形領域の上に沈下して層（以下、細胞層と呼ぶ）を形成する。よって、マイクロ電極は細胞層中の細胞または組織の電位を検出する。一方で、基準電極の上には、当該切片は存在しない。細胞電位測定装置は、各マイクロ電極によって検出される電位と、基準電極によって検出される基準電位との差を誘導電位として測定する。

特表２００２−５２３７２６号公報

特許文献１において、電極アセンブリ上の測定面が親水性を有している場合には、当該液体が平面視において比較的に薄く広がる。これによれば、細胞または組織の切片が広い範囲で沈下するので、測定面の上に形成された細胞層の平面視における密度が小さくなる。より具体的には、細胞層の密度が小さい領域が平面視において偏在し得る。マイクロ電極上の細胞層の密度が小さければ、当該マイクロ電極は適切に電位を測定できない。

そこで、本願は、測定面上に形成される細胞層の平面視の密度を向上できる細胞電位測定装置を提供することを目的とする。

細胞電位測定装置の第１の態様は、細胞懸濁液が滴下される測定面を有する細胞電位測定装置であって、前記測定面のうち作用領域内において２次元に配列される複数の作用電極と、前記測定面のうち前記作用領域よりも外側に設けられる参照電極とを備え、前記測定面のうち前記作用領域と前記参照電極との間の疎水領域における接触角は、前記作用領域における接触角よりも大きい。

細胞電位測定装置の第２の態様は、第１の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記疎水領域は、前記作用領域を囲む円環状の形状を有する。

細胞電位測定装置の第３の態様は、第１または第２の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記複数の作用電極および前記参照電極からそれぞれ引き出され、前記疎水領域よりも外側に延在する複数の配線と、前記複数の配線を覆う絶縁膜と、前記疎水領域内に設けられ、前記絶縁膜における接触角よりも接触角が大きい疎水膜とを備える。

細胞電位測定装置の第４の態様は、第３の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記疎水膜は導電膜である。

細胞電位測定装置の第５の態様は、第４の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記導電膜は、前記複数の作用電極および前記参照電極の少なくともいずれか一方と同じ材料で構成されており、前記複数の作用電極および前記参照電極と同一の層において前記複数の作用電極および前記参照電極と絶縁して設けられる。

細胞電位測定装置の第６の態様は、第３から第５のいずれか一つの態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記疎水膜は疎水化用の凹凸形状を有している。

細胞電位測定装置の第７の態様は、第６の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記疎水膜は、前記作用領域の中心についての径方向に沿う断面において、前記凹凸形状を有する。

細胞電位測定装置の第８の態様は、第１または第２の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記複数の作用電極および前記参照電極からそれぞれ引き出され、前記疎水領域よりも外側に延在する複数の配線と、前記複数の配線を覆う絶縁膜とを備え、前記疎水領域において、前記絶縁膜は疎水化用の凹凸形状を有している。

細胞電位測定装置の第９の態様は、第１または第２の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記測定面のうち、前記作用領域と前記疎水領域との間に位置し、前記作用領域を囲む親水領域における接触角は、前記作用領域における接触角よりも小さい。

細胞電位測定装置の第１０の態様は、第９の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記複数の作用電極および前記参照電極からそれぞれ引き出され、前記疎水領域よりも外側に延在する複数の配線と、前記複数の配線を覆い、親水性材料によって形成された絶縁膜と、前記疎水領域内に設けられ、前記絶縁膜における接触角よりも接触角が大きい疎水膜とを備え、前記親水領域内において、前記絶縁膜は親水化用の凹凸形状を有している。

細胞電位測定装置の第１１の態様は、第８または第１０の態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記絶縁膜は、前記複数の配線の直上を避けた領域において、前記凹凸形状を有している。

細胞電位測定装置の第１２の態様は、第８、第１０および第１１の少なくともいずれか１つの態様にかかる細胞電位測定装置であって、前記絶縁膜は、前記作用領域の中心についての径方向に沿う断面において、前記凹凸形状を有する。

細胞電位測定装置の第１の態様によれば、細胞懸濁液が測定面上において広がりにくい。よって、測定面上に形成される細胞層の平面視の密度を向上できる。

細胞電位測定装置の第２の態様によれば、細胞懸濁液の測定面上の広がりを等方的に抑制することができる。

細胞電位測定装置の第３の態様によれば、疎水膜により、疎水領域における接触角を向上することができる。よって、絶縁膜の材料を、疎水領域における接触角とは無関係に選定できる。

細胞電位測定装置の第４の態様によれば、疎水領域における接触角を容易に大きくすることができる。

細胞電位測定装置の第５の態様によれば、金属膜を作用電極または参照電極と同時に形成できる。よって、細胞電位測定装置を製造しやすく、製造コストを低減できる。

細胞電位測定装置の第６および第７の態様によれば、疎水領域における接触角をさらに大きくすることができる。

細胞電位測定装置の第８の態様によれば、絶縁膜の形状により、疎水領域における接触角を大きくすることができる。

細胞電位測定装置の第９の態様によれば、細胞懸濁液が作用領域の中心からずれた着液位置に滴下されても、細胞懸濁液は親水領域を周方向に沿って流れやすいので、細胞懸濁液が作用領域の全体を覆いやすい。

細胞電位測定装置の第１０および第１１の態様によれば、疎水膜により、疎水領域の接触角を大きくしつつ、絶縁膜の凹凸形状により、親水領域の接触角を小さくできる。

細胞電位測定装置の第１２の態様によれば、配線の直上における絶縁膜の膜厚をより均一にすることができ、配線を均一に保護することができる。

本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。

細胞電位測定装置の構成の一例を概略的に示す平面図である。 細胞電位測定装置の構成の一例を概略的に示す断面図である。 細胞懸濁液が滴下された状態での細胞電位測定装置の構成の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の製造途中の構成の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の製造途中の構成の一例を概略的に示す断面図である。 細胞懸濁液が滴下された状態での、比較例にかかる細胞電位測定装置の構成の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す平面図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す平面図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の製造途中の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の製造途中の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す平面図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。 細胞懸濁液が滴下された状態での、細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。 細胞懸濁液の時系列的な変化の様子を概略的に示す図である。 細胞懸濁液の時系列的な変化の様子を概略的に示す図である。 細胞懸濁液の時系列的な変化の様子を概略的に示す図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。 細胞電位測定装置の構成の他の一例を概略的に示す平面図である。

以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、図面に示される構成の大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。

また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。

また、図では、適宜にＸＹＺ直交座標が付されている。以下では、Ｘ軸方向の一方側を＋Ｘ側とも呼び、他方側を−Ｘ側とも呼ぶ。Ｙ軸方向およびＺ軸方向についても同様である。

第１の実施の形態．
＜細胞電位測定装置＞
図１は、細胞電位測定装置１の構成の一例を概略的に示す平面図であり、図２は、細胞電位測定装置１の構成の一例を概略的に示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面における構成の一例を概略的に示している。以下では、細胞電位測定装置１の構成を説明すべく、ＸＹＺ直交座標を導入する。Ｚ軸方向は、細胞電位測定装置１が有する測定面１ａの法線方向である。

細胞電位測定装置１は、その測定面１ａが鉛直上方を向くように、例えば載置台（不図示）に載置される。この測定面１ａの上には、細胞懸濁液Ｌ１が滴下される。図３は、細胞懸濁液Ｌ１が測定面１ａの上に滴下された状態での、細胞電位測定装置１の構成の一例を概略的に示す断面図である。この細胞懸濁液Ｌ１の容積は例えば数μＬ程度（具体的な一例として４μＬ）である。細胞懸濁液Ｌ１は測定面１ａの上で維持される。細胞懸濁液Ｌ１には、心筋または神経細胞等の細胞が含まれており、これらの細胞は時間の経過とともに沈下して、測定面１ａの上にシート状の細胞層を形成する。細胞電位測定装置１は測定面１ａ上の各位置において細胞層の電位を測定することができる。これにより、細胞の電気的な活動をモニタすることができる。以下、細胞電位測定装置１の構成について述べる。

細胞電位測定装置１は、その測定面１ａに設けられた複数の作用電極１０および参照電極２０を含んでいる。複数の作用電極１０は平面視において（つまり、Ｚ軸方向に沿って見て）、領域Ｒ１内に２次元的に配列される。言い換えれば、複数の作用電極１０は領域Ｒ１内にて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において分散して設けられる。以下では、領域Ｒ１を作用領域Ｒ１と呼ぶ。図１の例では、複数の作用電極１０は作用領域Ｒ１内において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向をそれぞれ行および列としたマトリックス状に配列されている。また図１の例では、４行４列の作用電極１０が示されているものの、作用電極１０の個数はこれに限らず、適宜に変更され得る。このような複数の作用電極１０は多点電極アレイとも呼ばれ得る。

図１の例では、各作用電極１０は平面視において矩形形状を有しており、その一辺がＸ軸方向に沿うように配置されている。複数の作用電極１０のうち４隅に位置する作用電極１０を結ぶ仮想的な四角形の領域の一辺は、例えば数ｍｍに設定される。各作用電極１０の一辺は例えば数百μｍに設定される。作用電極１０の材料としては、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の少なくともいずれか１つの金属材料、もしくは、窒化チタン（ＴｉＮ）またはインジウム酸化スズ（ＩｎＳｎＯ）などの導電性化合物を採用することができる。

参照電極２０は平面視において作用領域Ｒ１よりも外側に設けられる。図１の例では、参照電極２０は４つ設けられているものの、その個数はこれに限らず、適宜に変更され得る。図１の例では、４つの参照電極２０は、一辺がＸ軸方向に沿う仮想的な正四角形の頂点にそれぞれ設けられている。当該仮想的な正四角形の中心は作用領域Ｒ１の中心に略一致する。参照電極２０の材料としても、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の少なくともいずれか１つの金属材料、もしくは、窒化チタン（ＴｉＮ）またはインジウム酸化スズ（ＩｎＳｎＯ）などの導電性化合物を採用することができる。

また、図１の例では、参照電極２０も平面視において矩形形状を有しており、その一辺がＸ軸方向に沿うように設けられている。参照電極２０の平面視におけるサイズは、作用電極１０よりも大きく設定されてもよい。例えば参照電極２０のサイズを作用電極１０の５倍以上に設定してもよい。このように参照電極２０のサイズを大きくすることにより、参照電極２０のインピーダンスを低減することができる。その一方で、作用電極１０のサイズを小さくすることにより、作用電極１０は高い空間分解能で電位を測定できる。

図１に例示するように、細胞電位測定装置１は複数の配線１１および配線２１も含んでいる。複数の配線１１はそれぞれ複数の作用電極１０から引き出されている。各配線１１は、作用電極１０から疎水領域Ｒ２（後述）の外側へと延在し、不図示の処理装置（例えば演算処理装置）に電気的に接続される。これにより、作用電極１０の電位が処理装置に入力される。図１の例では、複数の作用電極１０から引き出された複数の配線１１はそれぞれＸ軸方向に沿って延在し、Ｙ軸方向に並ぶ一対の参照電極２０の間を通ってさらに外側に延在する。なお、図２および図３の例では、図示の煩雑を避けるため、配線１１を省略している。配線１１の材料としても、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の少なくともいずれか１つの金属材料、もしくは、窒化チタン（ＴｉＮ）またはインジウム酸化スズ（ＩｎＳｎＯ）などの導電性化合物を採用することができる。

配線２１は参照電極２０から引き出されており、不図示の処理装置に電気的に接続される。図１の例では、Ｘ軸方向において隣り合う２つの参照電極２０に接続される配線２１は、２つの分岐線２１１と、共通線２１２とを含んでいる。２つ分岐線２１１の一端は、それぞれ参照電極２０に接続され、その他端は共通線２１２の一端に共通して接続されている。共通線２１２の他端は処理装置に接続される。図１の例では、分岐線２１１は円弧状に延在しており、共通線２１２は作用領域Ｒ１とは反対側に延在している。配線２１は後述の疎水領域Ｒ２の外側を延在する。配線２１の材料としても、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の少なくともいずれか１つの金属材料、もしくは、窒化チタン（ＴｉＮ）またはインジウム酸化スズ（ＩｎＳｎＯ）などの導電性化合物を採用することができる。

細胞電位測定装置１は絶縁膜３０も含んでいる。絶縁膜３０は複数の配線１１および配線２１を覆っており、配線１１および配線２１を保護する。絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面は細胞電位測定装置１の測定面１ａの一部を形成する。絶縁膜３０の材料としては、例えばシリコン酸化物、または樹脂（ポリイミド、アクリル、エポキシ等）等の絶縁材料を採用することができる。

絶縁膜３０には、複数の作用電極１０の＋Ｚ側の主面の少なくとも一部とそれぞれ対向する位置において、複数の開口３０ｂが形成されている。よって、絶縁膜３０は作用電極１０の当該主面の少なくとも一部を覆わない。言い換えれば、作用電極１０の当該主面の少なくとも一部は開口３０ｂを介して外部に露出しており、細胞電位測定装置１の測定面１ａの一部を形成する。絶縁膜３０の開口３０ｂは、平面視において、例えば作用電極１０と同様に矩形形状を有する。図示の例では、絶縁膜３０は各作用電極１０の当該主面の周縁部のみを覆っている。

絶縁膜３０には、各参照電極２０の＋Ｚ側の主面の少なくとも一部に対向する位置において、開口３０ｃが形成されている。よって、絶縁膜３０は参照電極２０の当該主面の少なくとも一部を覆わない。言い換えれば、参照電極２０の当該主面の少なくとも一部は開口３０ｃを介して外部に露出しており、細胞電位測定装置１の測定面１ａの一部を形成する。絶縁膜３０の開口３０ｃは、平面視において、例えば参照電極２０と同様に矩形形状を有する。図示の例では、絶縁膜３０は各参照電極２０の当該主面の周縁部のみを覆っている。

図２に例示するように、細胞電位測定装置１は基板４０も含んでいる。基板４０は例えば透明なガラス基板である。基板４０はその厚み方向がＺ軸方向に沿うように設けられている。基板４０の＋Ｚ側の主面の上には、作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１が形成されている。またこの構造体の上には、開口３０ｂおよび開口３０ｃを避けて、絶縁膜３０が形成されている。絶縁膜３０は配線１１および配線２１を覆っており、これらを外部から保護する。

作業員はこの細胞電位測定装置１の測定面１ａに対して細胞懸濁液Ｌ１を滴下する。このとき、作業員は、細胞懸濁液Ｌ１が作用領域Ｒ１を覆い、かつ、参照電極２０に接触しないように、細胞懸濁液Ｌ１を滴下する。これにより、図３に例示するように、参照電極２０の直上には、細胞懸濁液Ｌ１が存在しないのに対して、作用電極１０の直上には細胞懸濁液Ｌ１が存在する。細胞懸濁液Ｌ１中の細胞は自重により沈下して測定面１ａの上に細胞層を形成する。

処理装置は各作用電極１０の電位から、参照電極２０の基準電位（例えば４つの参照電極２０の電位の平均値）を減算した値を、各作用電極１０の位置における測定電位として算出する。このように基準電位を用いて測定電位を求めることにより、外部ノイズを低減することができる。この測定電位の時間変化が細胞層における電気的な活動を示す。

この細胞電位測定装置１においては、測定面１ａのうち、参照電極２０と作用領域Ｒ１との間の領域Ｒ２（以下、疎水領域Ｒ２とも呼ぶ）における接触角は、作用領域Ｒ１における接触角よりも大きい。言い換えれば、疎水領域Ｒ２の濡れ性は作用領域Ｒ１の濡れ性よりも低い。ここでいう接触角とは、測定面１ａ上の液体（例えば細胞懸濁液Ｌ１）についての接触角である。作用領域Ｒ１における接触角とは、当該液体と測定面１ａとの接触面の輪郭が作用領域Ｒ１内に位置する状態での、接触角である。疎水領域Ｒ２における接触角とは、当該液体と測定面１ａとの接触角の輪郭が疎水領域Ｒ２内に位置する状態での、接触角である。

図１および図２の例では、絶縁膜３０は疎水領域Ｒ２内において、疎水化用の凹凸形状を有している。ここでいう疎水化用の凹凸形状とは、絶縁膜３０が略平坦である場合に比して、接触角を大きくすることができる程度の凹凸形状を意味する。例えば、絶縁膜３０の材料として、疎水性材料（例えばポリイミド、アクリル、エポキシ等）を採用する場合について述べる。ここでいう疎水性材料とは、その材料によって形成された略平坦な表面に液体（例えば純水）を滴下したときに、接触角が９０度以上となる材料をいう。このような絶縁膜３０に例えばミクロンオーダーの凹凸形状を形成することにより、その凹凸形状が形成された領域における接触角をより大きくすることができる。

より具体的な一例として、絶縁膜３０は、作用領域Ｒ１の中心についての径方向断面において凹凸形状を有している。絶縁膜３０の疎水領域Ｒ２内における凹凸のピッチは例えば数μｍ程度（具体的な一例として３μｍ）に設定され得る。この凹凸のピッチは、例えば作用電極１０のピッチよりも小さい。また、絶縁膜３０の疎水領域Ｒ２内における凸部の幅および凹部の幅も数μｍ程度（具体的な一例として３μｍ）に設定される。絶縁膜３０の疎水領域Ｒ２内における凹部の幅は、例えば、絶縁膜３０の開口３０ｂの幅よりも狭い。

一方、絶縁膜３０の材料として親水性材料（例えばシリコン酸化物）を採用してもよい。ここでいう親水性材料とは、その材料によって形成された略平坦な表面に液体（例えば純水）を滴下したときに、接触角が９０度未満となる材料をいう。

この場合、絶縁膜３０の凹部の内部に細胞懸濁液Ｌ１が進入しないように、疎水領域Ｒ２における絶縁膜３０の凹凸形状のピッチ、凹部の幅および凸部の幅が設定される。例えば当該ピッチ、凹部の幅および凸部の幅を例えば１μｍ未満に設定する。このような凹凸形状はカシー・バクスターモデルと呼ばれる。図３の例では、細胞懸濁液Ｌ１は絶縁膜３０の凹部の内部に進入しておらず、当該凹部の内部には気体（例えば空気）が充填されている。この場合、絶縁膜３０の材料として親水性材料を採用したとしても、凹凸形状により疎水領域Ｒ２における接触角を大きくすることができる。

図２および図３の例では、絶縁膜３０の疎水領域Ｒ２内における凹部の深さは絶縁膜３０の厚みと等しい。よって、図２および図３の例では、絶縁膜３０の当該凹部の底面において基板４０の＋Ｚ側の主面が外部に露出しており、細胞電位測定装置１の測定面１ａの一部を形成する。しかしながら、必ずしも基板４０の＋Ｚ側の主面が外部に露出する必要はなく、当該凹部の深さは絶縁膜３０の厚み未満であってもよい。

図１の例では、絶縁膜３０には疎水領域Ｒ２内において複数の溝３０ａを含んでいる。図１の例では、略円弧状の溝３０ａが略同心状に形成されている。各溝３０ａの円弧の中心は作用領域Ｒ１の中心と略一致する。この溝３０ａは絶縁膜３０の凹部を形成し、溝３０ａによって挟まれた部分が絶縁膜３０の凸部を形成する。これにより、絶縁膜３０に凹凸形状が形成される。

図１の例では、絶縁膜３０の凹凸形状は配線１１の直上には形成されておらず、配線１１の直上を避けた領域に形成されている。具体的な一例として、各溝３０ａは、配線１１の存在領域を分離領域として、略円形状を周方向に分離させて得られる略円弧状の形状を有している。逆に言えば、絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面は配線１１の直上において略平坦である。これによれば、配線１１の直上における絶縁膜３０の膜厚を略均一にすることができる。したがって、配線１１を略均一に保護することができる。

＜製造方法＞
次に、細胞電位測定装置１の製造方法の一例を説明する。図４および図５は、細胞電位測定装置１の製造方法における各工程での構成の一例を概略的に示す図である。図４および図５は、図１のＡ−Ａ断面に相当する断面における構成の一例を示しており、配線１１の図示を省略している。

まず、基板４０の＋Ｚ側の主面の上に作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１を形成する（図４も参照）。例えば、まず液相成膜法または気相成膜法により、基板４０の＋Ｚ側の主面の上に例えば金属の導電膜を形成する。導電膜の厚みは例えば数十ｎｍ（具体的な一例として８０ｎｍ）である。次に、リソグラフィー法により、当該導電膜の＋Ｚ側の主面の上にレジストをパターン形成する。当該レジストのパターンは、作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１に対応した形状を有している。次に、当該レジストをマスクとして導電膜に対してエッチングを行って、作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１を形成する。次に、当該レジストを除去する。これにより、図４の構造体を得ることができる。なお、作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１はリフトオフ法により形成されてもよい。

次に、例えば液相成膜法または気相成膜法により、当該構造体の＋Ｚ側の主面の上に絶縁膜３０’を形成する（図５も参照）。絶縁膜３０’の厚みは例えば数百ｎｍ（具体的な一例として３４０ｎｍ）である。次に、リソグラフィー法により、絶縁膜３０’の＋Ｚ側の主面の上にレジスト９１をパターン形成する。レジスト９１のパターンは、絶縁膜３０の溝３０ａ、開口３０ｂおよび開口３０ｃに対応した形状を有している。次に、レジスト９１をマスクとして絶縁膜３０’に対してエッチングを行って、絶縁膜３０を形成する。このとき、溝３０ａにおいて基板４０をエッチングして、基板４０の＋Ｚ側の主面にも凹凸形状を形成してもよい。次に、レジスト９１を除去する。

以上のようにして、図１および図２に例示する細胞電位測定装置１を製造することができる。

この細胞電位測定装置１によれば、絶縁膜３０には、疎水領域Ｒ２において疎水化用の凹凸形状が形成されている。よって、疎水領域Ｒ２における接触角を大きくすることができる。この細胞電位測定装置１において、疎水領域Ｒ２における接触角は作用領域Ｒ１における接触角よりも大きい。

ところで、接触角が大きいほど、細胞懸濁液Ｌ１は盛り上がった状態で細胞電位測定装置１の測定面１ａの上に維持される。言い換えれば、接触角が小さいほど、細胞懸濁液Ｌ１はより薄い状態で細胞電位測定装置１の測定面１ａ上に維持される。よって、細胞懸濁液Ｌ１の容積が互いに等しければ、測定面１ａの接触角が小さいほど、細胞懸濁液Ｌ１は平面視において外側に広がる。

ここで、絶縁膜３０が疎水領域Ｒ２において平坦であるときの細胞電位測定装置１’についても考察する。図６は、細胞懸濁液Ｌ１が滴下された状態での、細胞電位測定装置１’の構成の一例を概略的に示す断面図である。図３および図６において、細胞懸濁液Ｌ１の容積は互いに等しく、ここでは、４μＬである。

図３および図６に例示するように、細胞懸濁液Ｌ１の端（輪郭）は作用領域Ｒ１と参照電極２０との間に位置している。図６の細胞電位測定装置１’においては、細胞懸濁液Ｌ１は水平方向において広がっている。これは、絶縁膜３０が作用領域Ｒ１と参照電極２０との間の領域において略平坦であり、その接触角が小さいからである。当該接触角は例えば６７度である。

このように細胞懸濁液Ｌ１が外側に広がると、細胞懸濁液Ｌ１中の細胞はより広い面積で沈下する。これにより、作用領域Ｒ１の上に沈下する細胞層の平面視の密度が小さくなる。顕著には、細胞層がほとんど形成されない領域が平面視において局在し得る。つまり、細胞電位測定装置１’の測定面１ａには、細胞層が密な領域と疎な領域とが混在し得る。この場合、疎な細胞層の直下に位置する作用電極１０の測定精度は低くなる。

一方で、図３の細胞電位測定装置１においては、細胞懸濁液Ｌ１は鉛直上方に盛り上がっており、その厚みが図６の細胞懸濁液Ｌ１に比して大きい。これは、絶縁膜３０が作用領域Ｒ１と参照電極２０との間の疎水領域Ｒ２内において疎水化用の凹凸形状を有しており、その接触角が大きいからである。当該接触角は例えば１２０度である。よって、細胞電位測定装置１においては、細胞懸濁液Ｌ１の平面視における面積は小さい。

したがって、細胞懸濁液Ｌ１中の細胞は比較的小さい面積の領域に沈下する。これにより、測定面１ａの上に形成される細胞層の平面視における密度を向上することができる。よって、各作用電極１０はより適切に細胞層の各位置の電位を処理装置に出力することができる。言い換えれば、細胞電位測定装置１は高い測定精度で細胞層の各位置における電位を測定することができる。

また、上述の例では、疎水領域Ｒ２は、作用領域Ｒ１を囲む略円環状の帯状形状を有している。凹凸形状（溝３０ａ）の疎水領域Ｒ２に対して周方向に占める割合は、例えば５０％以上、より好ましくは７０％以上である。また、図１の例では、疎水領域Ｒ２を周方向に４等分して得られる４つの領域の各々の少なくとも一部において、凹凸形状（溝３０ａ）が形成されている。これによれば、細胞懸濁液Ｌ１の測定面１ａ上の広がりをより等方的に抑制することができる。

また、細胞電位測定装置１によれば、疎水領域Ｒ２における接触角が大きいので、細胞懸濁液Ｌ１は参照電極２０まで広がりにくい。もし仮に細胞懸濁液Ｌ１が参照電極２０の上に到達すると、参照電極２０の＋Ｚ側の主面の上にも細胞層が形成される。よって、参照電極２０にも、細胞層中の細胞の活動に応じた電位が印加される。これにより、測定精度が大幅に劣化する。しかしながら、細胞電位測定装置１によれば、細胞懸濁液Ｌ１が参照電極２０まで広がる可能性を低減することができるので、このような測定精度の劣化を抑制することができる。

なお、上述の例では、絶縁膜３０には、配線１１の直上を避けて凹凸形状が形成されている。しかしながら、必ずしもこれに限らない。図７は、細胞電位測定装置１Ａの構成の一例を概略的に示す平面図である。細胞電位測定装置１Ａは、絶縁膜３０の凹凸形状を除いて、細胞電位測定装置１と同一の構成を有している。図７の例では、略円形状の複数の溝３０ａが略同心状に形成されている。つまり、複数の溝３０ａは作用領域Ｒ１の全周に亘って形成されている。このような溝３０ａは配線１１の直上にも形成される。これにより、疎水領域Ｒ２の全体において接触角を大きくすることができる。

ただし、絶縁膜３０は配線１１を覆う必要があるので、絶縁膜３０に形成される溝３０ａの深さは絶縁膜３０の厚み未満である。つまり、絶縁膜３０の溝３０ａは絶縁膜３０の開口３０ｂおよび開口３０ｃよりも浅い。例えば絶縁膜３０の厚みが３４０ｎｍである場合、絶縁膜３０の開口３０ｂおよび開口３０ｃの深さは３４０ｎｍに設定され、絶縁膜３０の溝３０ａの深さは、開口３０ｂおよび開口３０ｃの深さよりも小さい値、例えば２４０ｎｍに設定される。この場合、配線１１の直上の絶縁膜３０の厚みの最小値は１００ｎｍとなる。

なお、細胞電位測定装置１Ａにおいて、溝３０ａと、開口３０ｂおよび開口３０ｃとを一度のエッチングによって形成することは困難である。なぜなら、開口３０ｂおよび開口３０ｃの深さまで絶縁膜３０’をエッチングすると、溝３０ａも同程度の深さにエッチングされるからである。よって、溝３０ａ用のエッチングと、開口３０ｂおよび開口３０ｃ用のエッチングとを、互いに異なる工程で行う必要がある。

これに対して、溝３０ａが配線１１の直上を避けて形成される細胞電位測定装置１においては、溝３０ａ、開口３０ｂおよび開口３０ｃを一度のエッチングで形成することができる（図５参照）。よって、細胞電位測定装置１Ａよりもより少ない工程で細胞電位測定装置１を製造することができる。したがって、細胞電位測定装置１の製造コストを細胞電位測定装置１Ａよりも低減できる。

なお、上述の例では、絶縁膜３０には、略円弧状または略円形状の溝３０ａが略同心状に形成されて凹凸形状が形成されている。しかしながら、必ずしもこれに限らない。例えば、絶縁膜３０には、ドット状（例えば略円柱状または略角柱状）の凸部またはドット状の凹部が疎水領域Ｒ２内において２次元的に配列されてもよい。あるいは、絶縁膜３０には、作用領域Ｒ１の中心に対して放射状に延在する凸部または凹部が疎水領域Ｒ２内において形成されてもよい。言い換えれば、絶縁膜３０は、作用領域Ｒ１の中心についての周方向断面において、凹凸形状を有していてもよい。

第２の実施の形態．
図８は、細胞電位測定装置１Ｂの構成の一例を概略的に示す平面図であり、図９は、細胞電位測定装置１Ｂの構成の一例を概略的に示す断面図である。図９は、図８のＢ−Ｂ断面の構成の一例を概略的に示している。また図９では、配線１１の図示を省略している。

細胞電位測定装置１Ｂは疎水膜５０の有無および絶縁膜３０の形状を除いて、細胞電位測定装置１と同様の構成を有している。疎水膜５０は疎水領域Ｒ２内に設けられており、その＋Ｚ側の主面の少なくとも一部は測定面１ａの一部を形成する。この疎水膜５０における接触角は絶縁膜３０における接触角よりも大きい。つまり、疎水膜５０の濡れ性は絶縁膜３０の濡れ性よりも低い。具体的な一例として、疎水膜５０は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の少なくともいずれか１つの金属材料、もしくは、窒化チタン（ＴｉＮ）またはインジウム酸化スズ（ＩｎＳｎＯ）などの導電性化合物によって構成される（疎水膜５０に、後述の製造工程、または表面処理により、接触角を大きくする処理を行っても良い）。ここでは、疎水膜５０として、導電膜の一例としての金属膜５１を採用する。絶縁膜３０は例えばシリコン酸化膜である。

金属膜５１は作用電極１０および参照電極２０の両方に対して絶縁される。図９の例では、金属膜５１は作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１と同一の層に形成される。よって、金属膜５１はＸＹ平面において、これらと離れて形成される。図８に例示するように、配線１１が疎水領域Ｒ２の内側から外側へと疎水領域Ｒ２を横切っているので、金属膜５１は疎水領域Ｒ２内において、配線１１と周方向において離れている。具体的な一例として、金属膜５１は平面視において、配線１１の存在領域を分離領域として、略円環状の帯状形状を周方向に分離させて得られる形状を有している。作用電極１０、参照電極２０および配線２１は疎水領域Ｒ２以外の領域に設けられているので、金属膜５１はＸＹ平面において、これらとも離れて形成される。図９の例では、金属膜５１の＋Ｚ側の主面は略平坦である。

絶縁膜３０には、金属膜５１の＋Ｚ側の主面の少なくとも一部に対向する領域において開口３０ｄが形成されている。つまり、絶縁膜３０は、金属膜５１の当該主面の少なくとも一部を覆っていない。よって、金属膜５１の当該主面の少なくとも一部は開口３０ｄを介して外部に露出しており、測定面１ａの一部を形成する。図９の例では、絶縁膜３０は金属膜５１の当該主面の周縁部のみを覆っている。

金属膜５１の材料としては、例えば、作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１の少なくともいずれか１つと同一の材料を採用してもよい。ここでは一例として、作用電極１０、参照電極２０、配線１１、配線２１および金属膜５１は同一材料によって構成される。

＜製造方法＞
次に、細胞電位測定装置１Ｂの製造方法の一例を説明する。図１０および図１１は、細胞電位測定装置１Ｂの製造方法における各工程での構成の一例を概略的に示す図である。図１０および図１１は、図８のＢ−Ｂ断面に相当する断面における構成の一例を示しており、配線１１の図示を省略している。

まず、基板４０の＋Ｚ側の主面の上に作用電極１０、参照電極２０、配線１１、配線２１および金属膜５１を形成する（図１０も参照）。例えば、まず液相成膜法または気相成膜法により、基板４０の＋Ｚ側の主面の上に金属の導電膜を形成する。次に、リソグラフィー法により、当該導電膜の＋Ｚ側の主面の上にレジストをパターン形成する。当該レジストのパターンは、作用電極１０、参照電極２０、配線１１、配線２１および金属膜５１に対応した形状を有している。次に、当該レジストをマスクとして導電膜に対してエッチングを行って、作用電極１０、参照電極２０、配線１１、配線２１および金属膜５１を形成する。次に、当該レジストを除去する。これにより、図１０の構造体を得ることができる。

次に、例えば液相成膜法または気相成膜法により、当該構造体の＋Ｚ側の主面の上に絶縁膜３０’を形成する（図１１も参照）。次に、リソグラフィー法により、絶縁膜３０’の＋Ｚ側の主面の上にレジスト９２をパターン形成する。レジスト９２のパターンは、絶縁膜３０の開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄに対応した形状を有している。次に、レジスト９２をマスクとして絶縁膜３０’に対してエッチングを行って、絶縁膜３０を形成する。次に、レジスト９２を除去する。

以上のようにして、図８および図９に例示する細胞電位測定装置１Ｂを製造することができる。

この細胞電位測定装置１Ｂにおいても、疎水領域Ｒ２における接触角は作用領域Ｒ１における接触角よりも大きい。よって、細胞電位測定装置１Ｂの測定面１ａの上に滴下された細胞懸濁液Ｌ１の平面視における面積を小さくすることができる。これにより、より高い密度で細胞層を測定面１ａの上に形成することができる。

疎水膜５０の疎水領域Ｒ２に対して周方向に占める割合は、例えば５０％以上、より好ましくは７０％以上である。また、図８の例では、疎水領域Ｒ２を周方向に４等分して得られる４つの領域の各々の少なくとも一部において、疎水膜５０が形成されている。これによれば、細胞懸濁液Ｌ１の測定面１ａ上の広がりをより等方的に抑制することができる。

また、上述の例では、金属膜５１は作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１と同一の層に形成されて、これらと同じ材料で構成される。よって、金属膜５１をこれらと同時に形成することができる（図１０参照）。したがって、製造コストを低減することができる。

また、疎水膜５０（ここでは金属膜５１）が疎水領域Ｒ２における接触角を大きくしているので、絶縁膜３０の材料を、疎水領域Ｒ２における接触角とは無関係に選定することができる。例えば絶縁膜３０の材料として親水性材料を用いることもできる。もちろん、第１の実施の形態においても、絶縁膜３０に精細な凹凸形状（いわゆるカシー・バクスターモデル）を形成することによって、絶縁膜３０として親水性材料を用いることができるものの、第２の実施の形態では、そのような精細な凹凸形状を形成する必要はない。

他方、疎水領域Ｒ２における接触角をさらに大きくすべく、疎水膜５０（例えば金属膜５１）に疎水化用の凹凸形状を形成してもよい。図１２は、細胞電位測定装置１Ｃの構成の一例を概略的に示す断面図である。細胞電位測定装置１Ｃは、疎水膜５０（例えば金属膜５１）の形状という点を除いて、細胞電位測定装置１Ｂと同様の構成を有している。

細胞電位測定装置１Ｃにおいては、疎水膜５０は例えばミクロンオーダーの凹凸形状を有している。ここでは、疎水膜５０として金属膜５１を採用する場合について説明する。金属膜５１は、例えば作用領域Ｒ１の中心についての径方向断面において凹凸形状を有する。図１２の例では、金属膜５１には、複数の溝５０ａが形成されている。複数の溝５０ａは、例えば第１の実施の形態の溝３０ａと同様に、略同心状の略円弧状の形状に形成される。当該溝５０ａは金属膜５１の周方向の端から端まで延在していてもよい。当該溝５０ａは凹部を形成し、当該溝５０ａによって挟まれた部分が凸部を形成する。これにより、金属膜５１に凹凸形状が形成される。

この凹凸のピッチは例えば作用電極１０のピッチよりも小さく、例えば数μｍ程度に設定される。また、金属膜５１の凸部の幅および凹部（溝５０ａ）の幅は例えば絶縁膜３０の作用電極１０の直上の開口３０ｂの幅よりも狭く、例えば数μｍ程度に設定される。

図１２の例では、基板４０の＋Ｚ側の主面は溝５０ａの底面において外部に露出しており、測定面１ａの一部を形成する。しかしながら、必ずしも基板４０の当該主面が外部に露出する必要はなく、溝５０ａの深さは金属膜５１の厚み未満であってもよい。

このような金属膜５１は、例えば、次のようにして形成される。まず、基板４０の＋Ｚの主面の上に金属の導電膜を形成する。次に当該導電膜の＋Ｚ側の主面の上に、フォトリソグラフィ法により、レジストをパターン形成する。当該レジストのパターンは、作用電極１０、参照電極２０、配線１１、配線２１および金属膜５１に対応した形状を有している。次に、当該レジストをマスクとして導電膜に対してエッチングを行う。これにより、基板４０の＋Ｚ側の主面の上には、作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１とともに、凹凸形状の金属膜５１が形成される。

このような細胞電位測定装置１Ｃにおいては、金属膜５１に疎水化用の凹凸形状が形成されている。この凹凸形状により、疎水領域Ｒ２における接触角をさらに大きくすることができる。これによれば、測定面１ａ上に維持される細胞懸濁液Ｌ１の平面視における面積を低減することができる。逆に言えば、細胞電位測定装置１Ｃの測定面１ａの上に滴下される細胞懸濁液Ｌ１の容積を大きくしても、細胞懸濁液Ｌ１の平面視における面積はあまり増大しない。したがって、測定面１ａの上に形成される細胞層の平面視における密度をさらに向上することができる。

なお、上述の例では、金属膜５１には、略円弧状の溝５０ａが略同心状に形成されて凹凸形状が形成されているものの、必ずしもこれに限らない。例えば金属膜５１には、ドット状の凸部またはドット状の凹部が２次元的に配列されてもよい。あるいは、金属膜５１には、作用領域Ｒ１の中心に対して放射状に延在する凸部または凹部が形成されてもよい。言い換えれば、金属膜５１は、作用領域Ｒ１の中心についての周方向断面において、凹凸形状を有していてもよい。

また、細胞電位測定装置１Ｃにおいては、導電膜（例えば金属膜５１）の凹凸形状により、疎水領域Ｒ２における接触角を大きくできる。よって、導電膜の材料として、絶縁膜３０の材料よりも接触角の小さい材料を採用してもよい。つまり、導電膜の＋Ｚ側の主面が平坦である場合の当該導電膜の接触角が、絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面が平坦である場合の絶縁膜３０の接触角よりも小さい場合であっても、当該導電膜に疎水化用の凹凸形状を形成することで、当該導電膜の接触角が絶縁膜３０の接触角よりも大きくなればよい。

上述の例では、疎水膜５０は作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１と同じ層に形成されている。しかしながら、必ずしもこれに限らない。疎水膜５０の＋Ｚ側の主面の少なくとも一部が測定面１ａの一部を形成していればよく、例えば、疎水膜５０は絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面の上に形成されてもよい。図１３は、細胞電位測定装置１Ｄの構成の一例を概略的に示す断面図である。細胞電位測定装置１Ｄは疎水膜５０の位置および形状ならびに絶縁膜３０の形状を除いて、細胞電位測定装置１Ｂと同一の構成を有している。

図１３の例では、絶縁膜３０は疎水領域Ｒ２の全域に存在しており、その＋Ｚ側の主面は疎水領域Ｒ２において略平坦である。なお、図１３では図示を省略しているものの、絶縁膜３０は配線１１を覆うので、配線１１に応じた段差は絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面に形成され得る。

図１３の例では、疎水膜５０は疎水領域Ｒ２内において、絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面の上に形成されている。この疎水膜５０は平面視において、例えば、作用領域Ｒ１を囲む略円環状の帯状形状を有する。この略円環状の疎水膜５０の中心は作用領域Ｒ１の中心に略一致する。図１３の例では、疎水膜５０の＋Ｚ側の主面は略平坦である。ただし、絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面に配線１１に応じた段差が形成されている場合には、疎水膜５０の＋Ｚ側の主面にも、絶縁膜３０の当該段差に応じた段差が形成され得る。

このような疎水膜５０は、例えば絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面の上に導電膜を形成し、リソグラフィー法により、当該導電膜の＋Ｚ側の主面の上にレジストをパターン形成し、当該レジストをマスクとして導電膜に対してエッチングを行うことで形成できる。

このような細胞電位測定装置１Ｄにおいても、疎水領域Ｒ２における接触角は作用領域Ｒ１における接触角よりも大きい。よって、第１の実施の形態と同様に、測定面１ａの上に維持される細胞懸濁液Ｌ１の平面視における面積を低減することができる。

なお、上述の細胞電位測定装置１Ｄにおいて、疎水膜５０の＋Ｚ側の主面は略平坦である。しかしながら、疎水膜５０は細胞電位測定装置１Ｃと同様な疎水化用の凹凸形状を有していてもよい。これにより、疎水領域Ｒ２における接触角をさらに大きくことができる。

上述の細胞電位測定装置１Ｂ〜１Ｄにおいて、疎水膜５０は、絶縁膜３０の材料よりも濡れ性が低い疎水性材料で形成されていればよく、必ずしも金属によって形成される必要はない。例えば、疎水膜５０の材料としてフッ素系樹脂を採用してもよい。このような疎水膜５０の形成方法は特に限定されないものの、疎水膜５０は例えば次のようにして形成される。例えば、フッ素系樹脂を含む塗工液を疎水領域Ｒ２内に塗布し、この塗膜を乾燥させることにより、疎水膜５０を形成することができる。

あるいは、疎水膜５０の材料として、油またはワセリンを採用してもよい。このような疎水膜５０の形成方法も特に限定されないものの、例えば、油またはワセリンをブラシで疎水領域Ｒ２に塗ることにより、疎水膜５０を形成することができる。

第３の実施の形態．
図１４は、細胞電位測定装置１Ｅの構成の一例を概略的に示す平面図であり、図１５は、細胞電位測定装置１Ｅの構成の一例を概略的に示す断面図である。図１５は、図１４のＣ−Ｃ断面の構成の一例を概略的に示している。また図１５では、配線１１の図示を省略している。

細胞電位測定装置１Ｅは親水領域Ｒ３の有無を除いて、細胞電位測定装置１Ｂと同様の構成を有している。親水領域Ｒ３は、細胞電位測定装置１Ｅの測定面１ａのうち、作用電極１０が設けられる作用領域Ｒ１と、疎水領域Ｒ２との間の領域である。図１４の例では、親水領域Ｒ３は、作用領域Ｒ１を囲む略円環状の帯状形状を有している。この親水領域Ｒ３における接触角は作用領域Ｒ１における接触角よりも小さい。言い換えれば、親水領域Ｒ３の濡れ性は作用領域Ｒ１よりも高い。なお、ここでいう親水領域Ｒ３における接触角とは、液体（例えば細胞懸濁液Ｌ１）と測定面１ａとの接触面の輪郭が親水領域Ｒ３内に位置する状態での、接触角である。

ここでは、絶縁膜３０の材料として、親水性材料（例えばシリコン酸化物）が採用される。図１４および図１５の例では、絶縁膜３０は親水領域Ｒ３において親水化用の凹凸形状を有している。ここでいう親水化用の凹凸形状とは、絶縁膜３０が略平坦である場合に比して、接触角を小さくすることができる程度の凹凸形状を意味する。例えば親水性材料によって形成された絶縁膜３０にミクロンオーダーの凹凸形状を形成することにより、その凹凸形状が形成された領域における接触角をより小さくすることができる。

図１４の例では、絶縁膜３０には、第１の実施の形態の溝３０ａと同様に、複数の溝３０ｅが形成されている。図１４の例では、絶縁膜３０には、略円弧状の複数の溝３０ｅが略同心状に形成されている。当該溝３０ｅは絶縁膜３０の凹部を形成し、当該溝３０ｅによって挟まれた部分が絶縁膜３０の凸部を形成する。これにより、絶縁膜３０に凹凸形状が形成される。

絶縁膜３０の親水領域Ｒ３における凹凸のピッチ、凸部の幅および凹部の幅は、例えば第１の実施の形態の溝３０ａと同様に設定される。ただし、絶縁膜３０の凹部（溝３０ｅ）の内部に細胞懸濁液Ｌ１が進入できる程度に、絶縁膜３０の凹凸形状のピッチおよびサイズが設定される。このような凹凸形状は、ウェンゼルモデルと呼ばれる。親水領域Ｒ３における凹凸のピッチ、凹部の幅および凸部の幅は例えば数μｍ程度（具体的な一例として３μｍ）に設定される。

図１４の例では、溝３０ｅは、配線１１の直上には形成されておらず、配線１１の直上を避けた領域に形成されている。逆に言えば、絶縁膜３０は配線１１の直上において略平坦である。これによれば、配線１１の直上における絶縁膜３０の膜厚を略均一にすることができ、配線１１を均一に保護することができる。

図１５の例では、基板４０の＋Ｚ側の主面は溝３０ｅの底面において外部に露出しており、測定面１ａの一部を形成している。しかしながら、必ずしも基板４０の＋Ｚ側の主面が外部に露出する必要はなく、溝３０ｅの深さは絶縁膜３０の厚み未満であってもよい。

以上のように、絶縁膜３０は親水領域Ｒ３内において、親水化用の凹凸形状を有している。これにより、親水領域Ｒ３における接触角をより小さくすることができる。つまり、親水領域Ｒ３の濡れ性を高めることができる。

このような細胞電位測定装置１Ｅは、例えば、次のように製造される。まず液相成膜法または気相成膜法により、基板４０＋Ｚ側の主面の上に導電膜を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、導電膜の＋Ｚ側の主面の上にレジストをパターン形成する。当該レジストのパターンは作用電極１０、参照電極２０、配線１１、配線２１および金属膜５１に対応する形状を有する。次に、当該レジストをマスクとして導電膜に対してエッチングを行って、作用電極１０、参照電極２０、配線１１、配線２１および金属膜５１を形成する。次に当該レジストを除去する。

次に、この構造体の＋Ｚ側の主面の上に、液相成膜法または気相成膜法により絶縁膜を形成する。次に、当該絶縁膜の＋Ｚ側の主面の上に、フォトリソグラフィ法によりレジストをパターン形成する。当該レジストのパターンは、絶縁膜３０の開口３０ｂ、開口３０ｃ、開口３０ｄおよび溝３０ｅに対応する形状を有する。次に、当該レジストをマスクとして当該絶縁膜に対してエッチングを行って、絶縁膜３０を形成する。図１５の例では、絶縁膜３０の溝３０ｅは絶縁膜３０の開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄよりも深いものの、作用電極１０および参照電極２０に対しては、ほとんどエッチングされないので、一度のエッチングにより、絶縁膜３０の溝３０ｅ、開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄを形成することができる。次に、当該レジストを除去する。

以上のようにして、図１４および図１５に例示する細胞電位測定装置１Ｅを製造することができる。この細胞電位測定装置１Ｅによれば、以下に詳述するように、細胞懸濁液Ｌ１の着液位置が作用領域Ｒ１の中心からずれたとしても、細胞懸濁液Ｌ１は作用領域Ｒ１を覆いやすい。

まず比較のために、細胞電位測定装置１Ｂについて説明する（図８）。細胞電位測定装置１Ｂの作用領域Ｒ１において、作用電極１０の＋Ｚ側の主面の少なくとも一部は開口３０ｂを介して露出している。ここでは、作用電極１０は金（Ａｕ）等の疎水性材料によって形成されている。よって、作用領域Ｒ１において細胞懸濁液Ｌ１は水平方向に広がりにくい場合がある。

図１６は、細胞懸濁液Ｌ１が滴下された状態での、細胞電位測定装置１Ｂの構成の一例を概略的に示す平面図である。図１６では、細胞懸濁液Ｌ１が砂地のハッチングで示されている。図１６の例では、細胞懸濁液Ｌ１の着液位置が作用領域Ｒ１の中心から−Ｘ側にずれたことにより、細胞懸濁液Ｌ１は作用領域Ｒ１の全体に広がらず、作用領域Ｒ１のうち＋Ｘ側の領域を覆っていない。

図１７から図１９は、細胞電位測定装置１Ｅに細胞懸濁液Ｌ１を滴下したときの様子の一例を概略的に示す図である。図１７から図１９は、滴下時の細胞懸濁液Ｌ１の平面視における形状の時系列的な変化を示している。細胞懸濁液Ｌ１の平面視の形状は、図１７から図１９に示す順で変化する。細胞電位測定装置１Ｅの親水領域Ｒ３における接触角は作用領域Ｒ１における接触角よりも小さいので、細胞懸濁液Ｌ１の着液位置が−Ｘ側にずれたとしても、細胞懸濁液Ｌ１は親水領域Ｒ３の周方向に沿って＋Ｘ側の領域に広がる（図１７および図１８参照）。つまり、細胞懸濁液Ｌ１は、作用領域Ｒ１の＋Ｙ側および−Ｙ側の両方において作用領域Ｒ１を取り囲むように広がって、作用領域Ｒ１の＋Ｘ側で合流するとともに、作用領域Ｒ１内の細胞懸濁液Ｌ１もそのＹ軸方向の両側の流れに引っ張られて＋Ｘ側に広がる。これにより、細胞懸濁液Ｌ１は作用領域Ｒ１の全体を覆うことができる（図１９参照）。

以上のように、細胞電位測定装置１Ｅによれば、細胞懸濁液Ｌ１の着液位置が作用領域Ｒ１の中心からずれたとしても、細胞懸濁液Ｌ１は親水領域Ｒ３に沿って周方向に広がることができるので、作用領域Ｒ１の全体を覆いやすい。

なお、上述の例では、溝３０ｅは配線１１の直上を避けて形成されている。しかしながら、必ずしもこれに限らない。溝３０ｅは配線１１の直上にも設けられてもよい。図２０は、細胞電位測定装置１Ｆの構成の一例を概略的に示す平面図であり、図２１は、細胞電位測定装置１Ｆの構成の一例を示す断面図である。図２１は、図２０のＤ−Ｄ断面の構成の一例を概略的に示している。

細胞電位測定装置１Ｆは溝３０ｅの形状を除いて、細胞電位測定装置１Ｅと同様の構成を有している。図２０の例では、略円形状の複数の溝３０ｅが略同心状に形成されている。つまり、溝３０ｅは作用領域Ｒ１の全周に亘って形成されている。このような溝３０ｅは配線１１の直上にも形成される。これにより、親水領域Ｒ３の全体において接触角を小さくできる。

ただし、絶縁膜３０は配線１１を覆う必要があるので、絶縁膜３０に形成される溝３０ｅの深さは絶縁膜３０の厚み未満である。つまり、絶縁膜３０の溝３０ｅは開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄよりも浅い。例えば絶縁膜３０の開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄの深さが３４０ｎｍである場合、絶縁膜３０の溝３０ｅの深さは、開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄの深さよりも小さい値、例えば２４０ｎｍに設定される。この場合、配線１１の直上の絶縁膜３０の厚みの最小値は１００ｎｍとなる。

この細胞電位測定装置１Ｆにおいて、溝３０ｅと、開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄとを一度のエッチングによって形成することは困難である。なぜなら、開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄの深さまで絶縁膜をエッチングすると、溝３０ｅも同程度の深さにエッチングされるからである。よって、溝３０ｅ用のエッチングと、開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄ用のエッチングとを、互いに異なる工程で行う必要がある。

これに対して、溝３０ｅが配線１１の直上を避けて形成される細胞電位測定装置１Ｅは、溝３０ｅと、開口３０ｂ、開口３０ｃおよび開口３０ｄとを一度のエッチングで形成することができる。よって、細胞電位測定装置１Ｆよりも少ない工程で細胞電位測定装置１Ｅを製造することができる。したがって、細胞電位測定装置１Ｅの製造コストを細胞電位測定装置１Ｆの製造コストよりも低減できる。

なお、上述の例では、絶縁膜３０には、略円弧状または略円形状の溝３０ｅが略同心状に形成されて親水化用の凹凸形状が形成されているものの、必ずしもこれに限らない。例えば、絶縁膜３０には、ドット状（例えば略円柱状または略角柱状）の凸部またはドット状の凹部が親水領域Ｒ３内において２次元的に配列されてもよい。あるいは、絶縁膜３０の親水領域Ｒ３には、作用領域Ｒ１の中心に対して放射状に延在する凸部または凹部が形成されてもよい。言い換えれば、絶縁膜３０は、作用領域Ｒ１の中心についての周方向断面において、凹凸形状を有していてもよい。

また、上述の例では、金属膜５１の＋Ｚ側の主面は略平坦であるものの、細胞電位測定装置１Ｃと同様に、金属膜５１に凹凸形状が形成されてもよい。

また、上述の例では、金属膜５１は、作用電極１０、参照電極２０、配線１１および配線２１と同一の層に形成されているものの、細胞電位測定装置１Ｄと同様に、絶縁膜３０の＋Ｚ側の主面の上に形成されてもよい。

また、疎水膜５０として金属膜５１を採用する必要はなく、金属以外の材料によって疎水膜５０を形成してもよい。

また、上述の細胞電位測定装置１Ｅおよび細胞電位測定装置１Ｆでは、疎水領域Ｒ２には、疎水膜５０が設けられているものの、必ずしも疎水膜５０が設けられる必要はない。疎水膜５０が設けられない場合には、親水性材料によって構成された絶縁膜３０が、疎水領域Ｒ２において精細な凹凸形状（カシー・バクスターモデル）を有し、親水領域Ｒ３において、疎水領域Ｒ２よりも荒い凹凸形状（ウェンゼルモデル）を有してもよい。例えば、疎水領域Ｒ２における凹凸のピッチ、凸部の幅および凹部の幅は１μｍ未満に設定され、親水領域Ｒ３における凹凸のピッチ、凸部の幅および凹部の幅は、疎水領域Ｒ２よりも大きな値、例えば数μｍに設定される。これにより、疎水領域Ｒ２の濡れ性を低下させつつ、親水領域Ｒ３の濡れ性を高めることができる。

以上、実施の形態が説明されたが、この細胞電位測定装置はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。本実施の形態は、その開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１，１Ａ〜１Ｆ 細胞電位測定装置
１０ 作用電極
１１，２１ 配線
２０ 参照電極
３０ 絶縁膜
５０ 疎水膜
５１ 金属膜
Ｒ１ 作用領域
Ｒ２ 疎水領域
Ｒ３ 親水領域

Claims (12)

1. 細胞懸濁液が滴下される測定面を有する細胞電位測定装置であって、
   前記測定面のうち作用領域内において２次元に配列される複数の作用電極と、
   前記測定面のうち前記作用領域よりも外側に設けられる参照電極と
   を備え、
   前記測定面のうち前記作用領域と前記参照電極との間の疎水領域における接触角は、前記作用領域における接触角よりも大きい、細胞電位測定装置。
2. 請求項１に記載の細胞電位測定装置であって、
   前記疎水領域は、前記作用領域を囲む円環状の形状を有する、細胞電位測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の細胞電位測定装置であって、
   前記複数の作用電極および前記参照電極からそれぞれ引き出され、前記疎水領域よりも外側に延在する複数の配線と、
   前記複数の配線を覆う絶縁膜と、
   前記疎水領域内に設けられ、前記絶縁膜における接触角よりも接触角が大きい疎水膜と
   を備える、細胞電位測定装置。
4. 請求項３に記載の細胞電位測定装置であって、
   前記疎水膜は導電膜である、細胞電位測定装置。
5. 請求項４に記載の細胞電位測定装置であって、
   前記導電膜は、前記複数の作用電極および前記参照電極の少なくともいずれか一方と同じ材料で構成されており、前記複数の作用電極および前記参照電極と同一の層において前記複数の作用電極および前記参照電極と絶縁して設けられる、細胞電位測定装置。
6. 請求項３から請求項５のいずれか一つに記載の細胞電位測定装置であって、
   前記疎水膜は疎水化用の凹凸形状を有している、細胞電位測定装置。
7. 請求項６に記載の細胞電位測定装置であって、
   前記疎水膜は、前記作用領域の中心についての径方向に沿う断面において、前記凹凸形状を有する、細胞電位測定装置。
8. 請求項１または請求項２に記載の細胞電位測定装置であって、
   前記複数の作用電極および前記参照電極からそれぞれ引き出され、前記疎水領域よりも外側に延在する複数の配線と、
   前記複数の配線を覆う絶縁膜と
   を備え、
   前記疎水領域において、前記絶縁膜は疎水化用の凹凸形状を有している、細胞電位測定装置。
9. 請求項１または請求項２に記載の細胞電位測定装置であって、
   前記測定面のうち、前記作用領域と前記疎水領域との間に位置し、前記作用領域を囲む親水領域における接触角は、前記作用領域における接触角よりも小さい、細胞電位測定装置。
10. 請求項９に記載の細胞電位測定装置であって、
    前記複数の作用電極および前記参照電極からそれぞれ引き出され、前記疎水領域よりも外側に延在する複数の配線と、
    前記複数の配線を覆い、親水性材料によって形成された絶縁膜と、
    前記疎水領域内に設けられ、前記絶縁膜における接触角よりも接触角が大きい疎水膜と
    を備え、
    前記親水領域内において、前記絶縁膜は親水化用の凹凸形状を有している、細胞電位測定装置。
11. 請求項８または請求項１０に記載の細胞電位測定装置であって、
    前記絶縁膜は、前記複数の配線の直上を避けた領域において、前記凹凸形状を有している、細胞電位測定装置。
12. 請求項８、請求項１０および請求項１１の少なくともいずれか１つに記載の細胞電位測定装置であって、
    前記絶縁膜は、前記作用領域の中心についての径方向に沿う断面において、前記凹凸形状を有する、細胞電位測定装置。

Images