JP2022029150A - 暴露ユニット、観察装置及び暴露方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際に、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことができる暴露ユニット、観察装置及び暴露方法及び暴露方法を提供する。【解決手段】暴露ユニット１は、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させるために用いられる。暴露ユニット１は、基体２を備える。基体２は、外部に露出するように基体２に形成され、細胞がバッファ液と共に留められる溝１１と、溝１１の一端１１ｂに接続され、溝１１に供給されるバッファ液を貯留する第１貯留部３１と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、暴露ユニット、観察装置及び暴露方法に関する。

特許文献１には、気液界面培養法が記載されている。特許文献１に記載の気液界面培養法では、支持体の裏側から支持体を介して培養液を供給しつつ、支持体上に細胞を培養する。支持体上の細胞は、薄い培養液の層により覆われる。この液層は極めて薄いため、液層を介して気相中の物質を細胞に接触させることができる。このような方法によれば、気相中の物質が細胞に与える影響を評価することができる。

特開２００２－１０１８９７号公報

上述したような方法を用いて気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる場合、物質をバッファ液を介して細胞に良好に接触させるためには、細胞を覆う液層を薄く保つ必要がある。一方、細胞の乾燥を防ぐためには、細胞がバッファ液により確実に覆われる必要がある。つまり、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際には、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことが求められる。

本発明は、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際に、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことができる暴露ユニット、観察装置及び暴露方法を提供することを目的とする。

本発明の暴露ユニットは、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させるために用いられる暴露ユニットであって、基体を備え、基体は、外部に露出するように基体に形成され、細胞がバッファ液と共に留められる溝と、溝の一端に接続され、溝に供給されるバッファ液を貯留する第１貯留部と、を有する。

この暴露ユニットでは、細胞とバッファ液の懸濁液を溝に配置すると、細胞がバッファ液と共に溝に留められ、細胞を覆うバッファ液の液層が形成される。この液層の厚さは、溝の構成（例えば寸法、親水性）に従った一定の厚さとなる。したがって、この暴露ユニットでは、液層を薄く保つことが可能となる。また、基体が、溝の一端に接続され、溝に供給されるバッファ液を貯留する第１貯留部を有している。これにより、第１貯留部から溝にバッファ液を供給することができ、細胞が乾燥するのを防ぐことができる。よって、この暴露ユニットによれば、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際に、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことができる。

基体は、溝が形成された表面を有する第１部材と、表面上に配置された第２部材と、を有し、第２部材には、第１開口及び第２開口が形成されており、溝は、第１開口を介して外部に露出しており、第１貯留部の少なくとも一部は、第２開口によって構成されていてもよい。この場合、溝が第１開口を介して外部に露出していることで、細胞とバッファ液の懸濁液を容易に溝に配置することができる。また、第１貯留部の少なくとも一部が第２開口によって構成されていることで、第１貯留部におけるバッファ液の貯留量を大きく確保することができる。

第２部材には、第１開口が複数形成されていてもよい。この場合、溝の露出面積を増加させることができ、暴露流量を増加させることができる。また、溝における一の第１開口に対応する部分に配置する細胞と、溝における他の第１開口に対応する部分に配置する細胞とを異ならせることができ、一度に複数種の細胞についての暴露を行うことが可能となる。

基体における溝が形成された部分は、溝に留められた細胞からの光に対して透明に構成されていてもよい。この場合、細胞からの光を基体を介して観察することが可能となる。

基体は、溝の他端に接続され、溝から排出されたバッファ液を貯留する第２貯留部を更に有してもよい。この場合、溝から排出されたバッファ液を第２貯留部で貯留することができる。

溝の内面の親水性は、基体における溝に隣接する部分の親水性よりも高くてもよい。この場合、細胞を溝に留め易くすることができる。

溝は、蛇行して延在する部分を含んでいてもよい。この場合、溝の面積を増加させることができ、暴露流量を増加させることができる。

第１貯留部は、基体に形成された凹部によって構成されていてもよい。この場合、構成を簡易化することができる。

本発明の観察装置は、暴露ユニットと、溝に留められた細胞からの光が通過する光学系と、光学系を通過した光を検出する光検出器と、を備える。この観察装置によれば、上述した理由により、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際に、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことができる。その結果、観察を良好に行うことができる。

本発明の暴露ユニットは、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させるために用いられる暴露ユニットであって、基体を備え、基体の表面は、親水性領域と、親水性領域よりも親水性が低い疎水性領域と、を有し、基体の表面が親水性領域と疎水性領域とに区画されていることにより、親水性領域は、細胞がバッファ液と共に留められる細胞保持部と、細胞保持部に接続され、細胞保持部に供給されるバッファ液を貯留する貯留部と、を有している。

この暴露ユニットでは、細胞とバッファ液の懸濁液を細胞保持部に配置すると、細胞がバッファ液と共に細胞保持部に留められ、細胞を覆うバッファ液の液層が形成される。この液層の厚さは、細胞保持部の構成（例えば寸法、親水性）に従った一定の厚さとなる。したがって、この暴露ユニットでは、液層を薄く保つことが可能となる。また、親水性領域が、細胞保持部に接続され、細胞保持部に供給されるバッファ液を貯留する貯留部を有している。これにより、貯留部から細胞保持部にバッファ液を供給することができ、細胞が乾燥するのを防ぐことができる。よって、この暴露ユニットによれば、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際に、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことができる。

本発明の暴露方法は、上記暴露ユニットを用い、細胞がバッファ液と共に溝に留められ、且つ溝に供給されるバッファ液が第１貯留部に貯留された状態で、気相中の物質を溝に留められた細胞に暴露させる。この暴露方法によれば、上述した理由により、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際に、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことができる。

本発明の暴露方法は、上記暴露ユニットを用い、細胞がバッファ液と共に細胞保持部に留められ、且つ細胞保持部に供給されるバッファ液が貯留部に貯留された状態で、気相中の物質を細胞保持部に留められた細胞に暴露させる。この暴露方法によれば、上述した理由により、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際に、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことができる。

本発明によれば、気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させる際に、細胞を覆うバッファ液の液層を好適な厚さに保つことができる暴露ユニット、観察装置及び暴露方法を提供することが可能となる。

実施形態の暴露ユニットの斜視図である。 暴露ユニットの分解斜視図である。 （ａ）は、ガラス基板の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示されるＢ－Ｂ線に沿っての断面図である。 （ａ）は、バッファ液が灌流される様子を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示されるＢ－Ｂ線に沿っての断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、細胞が播種される様子を示す断面図である。 バッファ液が供給される様子を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、暴露ユニット上にガス試料室が配置された状態を示す図である。 蛍光観察時の様子を示す図である。 匂い分子が細胞に接触する様子を示す断面図である。 第１変形例の暴露ユニットの分解斜視図である。 （ａ）は、第１変形例のガラス基板の平面図であり、（ｂ）は、第１変形例のゴムシートの平面図である。 （ａ）は、第２変形例のガラス基板の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示されるＢ－Ｂ線に沿っての断面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示されるＣ－Ｃ線に沿っての断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、第２変形例において細胞が播種される様子を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２変形例においてバッファ液が供給される様子を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２変形例の暴露ユニットがガス試料室内に配置された状態を示す図である。 （ａ）は、第２実施形態の暴露ユニットの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示されるＢ－Ｂ線に沿っての断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、第２実施形態において細胞が播種される様子を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２実施形態においてバッファ液が供給される様子を示す断面図である。 第２実施形態の暴露ユニットを用いた蛍光観察時の様子を示す図である。 図１９に示されるＸＸ－ＸＸ線に沿っての断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］

図１～図３に示される暴露ユニット１は、気相中の物質５をバッファ液６中の細胞７に暴露させるために用いられる（図４～図９）。暴露ユニット１の使用方法については後述する。暴露ユニット１は、後述する観察装置５０の一部を構成する。以下ではまず、暴露ユニット１の構成を説明する。
［暴露ユニット］

図１～図３に示されるように、暴露ユニット１は基体２を備えている。基体２は、ガラス基板（第１部材）１０及びゴムシート（第２部材）２０を有している。ガラス基板１０は、例えば、ガラスにより矩形板状に形成されており、光透過性を有している。ガラス基板１０は、平坦な表面１０ａを有している。

ガラス基板１０の表面１０ａには、複数の溝１１が形成されている。各溝１１は、第１方向Ｄ１に沿って直線状に延在している。複数の溝１１は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に等間隔で並んでいる。複数の溝１１は、互いに同一の形状を有している。延在方向（第１方向Ｄ１）における溝１１の長さは、例えば２０ｍｍである。

溝１１は、延在方向に垂直な断面において矩形状（この例では正方形状）を呈している。溝１１の幅及び深さは、例えばそれぞれ２０μｍである。溝１１の幅及び深さは、細胞７が溝１１内に十分に収容可能となり、かつ細胞７が溝１１内に収容された際に細胞７がバッファ液６の液層によって十分に覆われるように、設定されている。溝１１の幅は、例えば１０μｍ～２００μｍに設定され、溝１１の深さは、例えば１０μｍ～１００μｍに設定される。溝１１は、例えば、エッチング等の微細加工技術を用いて形成される。

ガラス基板１０の表面１０ａにおける溝１１に隣接する部分には、疎水処理が施されている。この例では、図３（ａ）に示される領域Ｒ内に、疎水処理が施されている。領域Ｒは、複数の溝１１を囲むように設定されている。この例では、領域Ｒ内における表面１０ａ上には、疎水コーティングからなる層状の疎水パターン１２が形成されている。疎水パターン１２は、溝１１の内面１１ａには形成されていない。これにより、溝１１の内面１１ａの親水性は、ガラス基板１０における溝１１に隣接する部分（疎水処理が施された部分）の親水性よりも高くなっている。換言すれば、ガラス基板１０における溝１１に隣接する部分の疎水性（撥水性）は、溝１１の内面１１ａの疎水性（撥水性）よりも高い。

ゴムシート２０は、例えば、シリコーンゴムにより矩形板状に形成されている。ゴムシート２０は、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）により構成されている。ゴムシート２０は、ガラス基板１０の表面１０ａ上に配置されており、表面１０ａに密着している。

ゴムシート２０には、第１開口２１、第２開口２２及び第３開口２３が形成されている。各開口２１，２２，２３は、ゴムシート２０を厚さ方向に沿って貫通している。第１開口２１は、矩形状に形成されており、ゴムシート２０の中央部に配置されている。第２開口２２及び第３開口２３は、互いに同一の矩形状に形成されており、第１方向Ｄ１における第１開口２１の両側に配置されている。第１方向Ｄ１に沿っての第２開口２２及び第３開口２３の各々の長さは、第１方向Ｄ１に沿っての第１開口２１の長さよりも短い。第２方向Ｄ２に沿っての第２開口２２及び第３開口２３の各々の長さは、第２方向Ｄ２に沿っての第１開口２１の長さと等しい。

ゴムシート２０は、第１開口２１が各溝１１の中央部と重なるように、ガラス基板１０上に配置されている。これにより、各溝１１の中央部は、第１開口２１を介して外部に露出している。また、ゴムシート２０がガラス基板１０上に配置された状態においては、第２開口２２が各溝１１の一端１１ｂと重なり、第３開口２３が各溝１１の他端１１ｃと重なっている。

第２開口２２は、溝１１に供給されるバッファ液６を貯留するための第１貯留部３１を構成している。第１貯留部３１は、第２開口２２の内面とガラス基板１０の表面１０ａの一部とによって画定される第２開口２２内の空間により構成されている。第１貯留部３１は、各溝１１の一端１１ｂに接続されている。第３開口２３は、溝１１から排出されたバッファ液６を貯留するための第２貯留部３２を構成している。第２貯留部３２は、第３開口２３の内面とガラス基板１０の表面１０ａの一部とによって画定される第３開口２３内の空間により構成されている。第２貯留部３２は、各溝１１の他端１１ｃに接続されている。
［観察装置］

上述したとおり、暴露ユニット１は観察装置５０の一部を構成する（図８）。この例では、観察装置５０は、気相中の物質５をバッファ液６中の細胞７に暴露させつつ、細胞７から発せられる蛍光を観察するための蛍光観察装置である。バッファ液６は、細胞７が溶かし込まれる水溶液である。細胞７を動作させるためには、細胞７は水溶液中に溶かし込まれる必要がある。

細胞７は、例えば、匂い物質に暴露されることで蛍光強度が上昇する匂い検出細胞である。この場合、物質５は匂い物質である。匂い検出細胞は、細胞膜（細胞表面）に昆虫嗅覚受容体を発現し、細胞質（細胞内）に緑色性蛍光タンパク質であるＧＣａＭＰ６ｓを発現している昆虫培養細胞である。ある低分子化合物、例えばカビ臭物質であるゲオスミンが昆虫嗅覚受容体に結合すると、この昆虫嗅覚受容体を通して細胞外から細胞内へカルシウムイオンが流入する。流入したカルシウムイオンがＧＣａＭＰ６ｓと結合すると、ＧＣａＭＰ６ｓの蛍光強度が上昇する。したがって、匂い検出細胞から発せられる蛍光の強度をモニタリングすることで、ゲオスミン（匂い物質）を検出することが可能となる。このように、観察装置５０は、微量化学物質検出装置として用いられ得る。

図４に示されるように、観察装置５０は、暴露ユニット１に加えて、バッファ液６を第１貯留部３１に供給する供給部５１と、バッファ液６を第２貯留部３２から排出する排出部５５と、を備えている。供給部５１は、容器５２、流路部材５３及びポンプ５４を有している。容器５２は、バッファ液６を貯留する。流路部材５３は、バッファ液６が流れる部材であり、例えばチューブにより構成されている。ポンプ５４は、流路部材５３を介して容器５２から第１貯留部３１に向けてバッファ液６を圧送する。

排出部５５は、容器５６、流路部材５７及びポンプ５８を有している。容器５６は、第２貯留部３２から排出されたバッファ液６を貯留する。流路部材５７は、バッファ液６が流れる部材であり、例えばチューブにより構成されている。ポンプ５８は、流路部材５７を介して第２貯留部３２から容器５６に向けてバッファ液６を圧送する。供給部５１及び排出部５５により、溝１１に対してバッファ液６が供給及び排出される。

図８に示されるように、観察装置５０は、細胞７からの光Ｌが通過する光学系６０を更に備えている。この例では、光Ｌは細胞７から発せられる蛍光である。光学系６０は、対物レンズ６１を含んで構成されている。対物レンズ６１は、顕微鏡ステージ６２上に配置された暴露ユニット１と向かい合うように配置される。また、観察装置５０は、光学系６０を通過した光Ｌを検出する光検出器（図示省略）を更に備えている。
［観察方法］

図５～図８を参照しつつ、観察装置５０を用い、気相中の物質５をバッファ液６中の細胞７に暴露させ、細胞７からの光Ｌを観察する方法の例を説明する。この例では、細胞７は、嗅覚受容体及びＧＣａＭＰ６ｓを発現しているＳｆ２１細胞である。バッファ液６は、リンガー溶液（１４０ｍＭ ＮａＣｌ，５．６ｍＭ ＫＣｌ，４．５ｍＭ ＣａＣＬ_２，１１．２６ｍＭ ＭｇＣｌ_２，１０ｍＭ ＨＥＰＥＳ及び９．４ｍＭ Ｄ－グルコース、ＰＨ７．２）である。

まず、図５（ａ）に示されるように、バッファ液６と細胞７の懸濁液をピペットＰにより第１開口２１に滴下する。続いて、図５（ｂ）に示されるように、滴化された懸濁液をピペットＰにより吸い出して除去する。このとき、図５（ｃ）に示されるように、懸濁液の一部は表面張力により溝１１内に残存する。各溝１１内において細胞７が沈降し、各溝１１における第１開口２１に対応する位置において細胞７が播種される。沈降した細胞７は、バッファ液６により覆われる。すなわち、細胞７がバッファ液６と共に溝１１に留められ、細胞７を覆うバッファ液６の液層が形成される。なお、懸濁液を吸い出す代わりに、細胞７が沈降するのを待った後にバッファ液６のみを吸い出してもよい。

続いて、図６に示されるように、バッファ液６を第１貯留部３１に滴下する。第１貯留部３１は溝１１に接続されているため、バッファ液６は第１貯留部３１から溝１１を伝って移動し、各溝１１における第１開口２１に対応する位置に留まっている細胞７にバッファ液６が供給される。バッファ液６の一部は、溝１１を伝って移動して第２貯留部３２に至ってもよい。

続いて、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように暴露ユニット１上にガス試料室７０を配置する。ガス試料室７０の底面には開口７０ａが形成されている。ガス試料室７０は、開口７０ａが第１開口２１に接続されるように、暴露ユニット１と密着させられる。ガス試料室７０の一の側面には、ガスを流入させるための流入管７１が接続されており、ガス試料室７０の他の側面には、ガスを排出するための排出管７２が接続されている。流入管７１及び排出管７２は、例えばチューブにより構成されている。ガス試料室７０の上面（底面とは反対側の面）は、透明に構成されており、照明光を透過可能となっている。

続いて、図８及び図９に示されるように、暴露ユニット１を顕微鏡ステージ６２上に設置し、観察を開始する。図９では、図８に示される部分Ａが拡大して示されている。観察開始時には、供給部５１のポンプ５４及び排出部５５のポンプ５８を駆動させ、第１貯留部３１から溝１１へのバッファ液６の供給、及び溝１１から第２貯留部３２へのバッファ液６の排出を開始させる。細胞７から発せされる光Ｌの検出を開始し、観察開始時点における光Ｌの強度をベースラインとして測定する。細胞７からの光Ｌは、対物レンズ６１を介して上述した光検出器により検出される。溝１１に留められた細胞７からの光Ｌは、ガラス基板１０を透過して対物レンズ６１に入射する。すなわち、観察装置５０では、ガラス基板１０がガラスにより形成されて光Ｌに対して透明に構成されており、ガラス基板１０を介して光Ｌが観察される。

続いて、匂い物質である物質５を含むガスを流入管７１を介してガス試料室７０内に流入させる。物質５を含むガスは、排出管７２を介してガス試料室７０から排出される。物質５を含んだガスが第１開口２１に到達すると、各溝１１においてバッファ液６の液層を介して物質５が細胞７に接触し、物質５が細胞７に暴露される。これにより、細胞７の蛍光強度が上昇する。検出された蛍光強度を上述したベースラインとして測定された強度と比較することで、細胞７の蛍光強度が上昇した度合いを把握することができる。

このように、観察装置５０を用いた観察方法（暴露方法）では、細胞７がバッファ液６と共に溝１１に留められ、且つ溝１１に供給されるバッファ液６が第１貯留部３１に貯留された状態で、気相中の物質５を溝１１に留められた細胞７に暴露させる。溝１１に保持されるバッファ液６の量は少ないため細胞７は乾燥し易いが、第１貯留部３１からバッファ液６が継続的に供給されることで、細胞７が乾燥するのを防いで細胞７の活性を維持しつつ、物質５に対する細胞７の応答を継続的に観察することができる。

なお、供給部５１及び排出部５５による溝１１に対するバッファ液６の灌流（供給及び排出）に代えて、第１貯留部３１と第２貯留部３２との間の水頭差に起因する圧力によりバッファ液６を灌流させてもよい。或いは、第１貯留部３１から第２貯留部３２に向けてバッファ液６が流れるように暴露ユニット１を水平方向に対して傾けて配置することにより、バッファ液６を灌流させてもよい。スポンジ等の吸収体を溝１１の出口側の端部（他端１１ｃ）に配置することにより、バッファ液６を灌流させてもよい。これらの場合、供給部５１及び排出部５５は設けられなくてもよい。限られた時間だけ観察を行う場合、乾燥した分のバッファ液６は第１貯留部３１から供給されるため、供給部５１により第１貯留部３１にバッファ液６を供給しなくても、細胞７を覆うバッファ液６の液層は保たれる。これらの点は後述する変形例及び第２実施形態についても同様である。
［作用及び効果］

以上説明したように、暴露ユニット１では、細胞７とバッファ液６の懸濁液を溝１１に配置すると、細胞７がバッファ液６と共に溝１１に留められ、細胞７を覆うバッファ液６の液層が形成される。この液層の厚さは、溝１１の構成（例えば寸法、親水性）に従った一定の厚さとなる。したがって、暴露ユニット１では、液層を薄く保つことが可能となる。換言すれば、暴露ユニット１では、細胞７とバッファ液６の懸濁液を溝１１に配置した際に細胞７を覆うバッファ液６の液層が所望の厚さとなるように、溝１１の寸法（幅、深さ）及び親水性（表面１０ａの親水性、溝１１の内面１１ａの親水性）が設定されている。細胞７を覆うバッファ液６の液層の厚さは、例えば５μｍ～３００μｍ程度に調整される。また、基体２が、溝１１の一端１１ｂに接続され、溝１１に供給されるバッファ液６を貯留する第１貯留部３１を有している。これにより、第１貯留部３１から溝１１にバッファ液６を供給することができ、細胞７が乾燥するのを防ぐことができる。よって、暴露ユニット１によれば、気相中の物質５をバッファ液６中の細胞７に暴露させる際に、細胞７を覆うバッファ液６の液層を好適な厚さに保つことができる。また、暴露ユニット１によれば、物質５の細胞７への暴露を容易化することができる。すなわち、物質５を細胞７に暴露させる方法としては、物質５が溶かされた水溶液を細胞７に接触させる方法が考えられるが、物質５を水溶液に溶かす手間がかかる。この点、暴露ユニット１を用いた暴露方法では、そのような手間を省略することができ、物質５の細胞７への暴露を容易化することができる。また、細胞の乾燥が適切に防がれていない従来の方法では、細胞の乾燥を回避するために短時間しか暴露を行うことができない場合があったが、暴露ユニット１によれば、上述したとおり細胞７の乾燥が適切に防がれているため、そのような事態を抑制することができる。

暴露ユニット１では、溝１１が第１開口２１を介して外部に露出していることで、細胞７とバッファ液６の懸濁液を容易に溝１１に配置することができる。また、第１貯留部３１が第２開口２２によって構成されていることで、第１貯留部３１におけるバッファ液６の貯留量を大きく確保することができる。

ガラス基板１０が、溝１１に留められた細胞７からの光Ｌに対して透明に構成されている。これにより、光Ｌをガラス基板１０を介して観察することが可能となる。

基体２が、溝１１の他端１１ｃに接続され、溝１１から排出されたバッファ液６を貯留する第２貯留部３２を有している。これにより、溝１１から排出されたバッファ液６を第２貯留部３２で貯留することができる。

溝１１の内面１１ａの親水性が、ガラス基板１０における溝１１に隣接する部分の親水性よりも高い。これにより、細胞７を溝１１に留め易くすることができる。すなわち、疎水パターン１２によってバッファ液６を堰き止めることができる。
［変形例］

図１０及び図１１に示される第１変形例の暴露ユニット１Ａでは、ガラス基板１０の表面１０ａには、一対の溝１１が形成されている。各溝１１は、複数（この例では２つ）の蛇行部分１１ｄと、複数（この例では３つ）の直線状部分１１ｅを含んでいる。各蛇行部分１１ｄは、蛇行して延在している。各溝１１において、２つの蛇行部分１１ｄは、一の直線状部分１１ｅにより接続されている。残りの２つの直線状部分１１ｅは、溝１１の一端１１ｂ及び他端１１ｃをそれぞれ構成している。

ゴムシート２０には、複数（この例では４つ）の第１開口２１が形成されている。複数の第１開口２１は、互いに同一の矩形状に形成されており、各々が蛇行部分１１ｄと重なっている。第１開口２１同士の間はゴムシート２０により隔てられている。

第１変形例によっても、上記第１実施形態と同様に、気相中の物質５をバッファ液６中の細胞７に暴露させる際に、細胞７を覆うバッファ液６の液層を好適な厚さに保つことができる。また、ゴムシート２０に複数の第１開口２１が形成されている。これにより、溝１１の露出面積を増加させることができ、暴露流量を増加させることができる。また、一の蛇行部分１１ｄに配置する細胞７と、他の蛇行部分１１ｄに配置する細胞７とを異ならせることができ、一度に複数種の細胞７についての暴露を行うことが可能となる。また、溝１１が蛇行して延在する蛇行部分１１ｄを含んでいるため、溝１１の面積を増加させることができ、暴露流量を増加させることができる。

図１２に示される第２変形例の暴露ユニット１Ｂでは、基体２は、ガラス基板１０のみを有し、ゴムシート２０を有していない。ガラス基板１０の表面１０ａには、複数の溝１１に加えて、第１凹部１３及び第２凹部１４が形成されている。

第１凹部１３及び第２凹部１４の各々は、例えば、平面視において（表面１０ａに垂直な方向から見た場合に）、長軸が第２方向Ｄ２に沿った楕円形状を呈している。第１凹部１３及び第２凹部１４の各々は、例えば、溝１１と同一の深さを有している。第１凹部１３及び第２凹部１４の各々は、各溝１１に接続されている。

第２変形例では、第１凹部１３により第１貯留部３１が構成されており、第２凹部１４により第２貯留部３２が構成されている。ガラス基板１０の表面１０ａの全面に、疎水パターン１２が形成されている。これにより、溝１１の内面１１ａの親水性は、ガラス基板１０における溝１１に隣接する部分の親水性よりも高くなっている。

暴露ユニット１Ｂを用いた観察方法では、図１３（ａ）に示されるように、バッファ液６と細胞７の懸濁液をピペットＰにより溝１１の周辺に滴下する。続いて、図１３（ｂ）に示されるように、滴化された懸濁液をピペットＰにより吸い出して除去する。このとき、図１３（ｃ）に示されるように、懸濁液の一部は表面張力により溝１１内に残存する。各溝１１内において細胞７が沈降し、各溝１１に細胞７が播種される。沈降した細胞７は、バッファ液６により覆われる。すなわち、細胞７がバッファ液６と共に溝１１に留められ、細胞７を覆うバッファ液６の液層が形成される。

続いて、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示されるように、バッファ液６を第１貯留部３１（第１凹部１３）に滴下する。第１貯留部３１は溝１１に接続されているため、バッファ液６は第１貯留部３１から溝１１を伝って移動し、各溝１１に留まっている細胞７にバッファ液６が供給される。バッファ液６の一部は、溝１１を伝って移動して第２貯留部３２（第２凹部１４）に至ってもよい。

続いて、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示されるようにガス試料室７０Ｂ内に暴露ユニット１Ｂを配置する。ガス試料室７０Ｂの底面には開口７０Ｂａが形成されている。暴露ユニット１は、開口７０Ｂａを塞ぐようにガス試料室７０Ｂ内に配置される。ガス試料室７０Ｂには開口７０Ｂａが形成されていなくてもよく、この場合、開口７０Ｂａに対応する部分が透明に構成されていてもよい。続いて、上記第１実施形態の場合と同様に観察が開始される。

第２変形例によっても、上記第１実施形態と同様に、気相中の物質５をバッファ液６中の細胞７に暴露させる際に、細胞７を覆うバッファ液６の液層を好適な厚さに保つことができる。また、基体２がガラス基板１０のみによって構成されているため、構成を簡易化することができる。また、基体２に形成された第１凹部１３により第１貯留部３１が構成されていることによっても、構成を簡易化することができる。
［第２実施形態］

図１６に示される第２実施形態の暴露ユニット１Ｃでは、基体２は、ガラス基板１０のみを有し、ゴムシート２０を有していない。ガラス基板１０の表面１０ａには溝１１が形成されていない。ガラス基板１０の表面１０ａは、親水性領域８１と、親水性領域８１よりも親水性が低い疎水性領域８２と、を有している。この例では、表面１０ａの一部に疎水処理が施されていることにより、親水性領域８１及び疎水性領域８２が形成されている。すなわち、疎水処理が施された領域が疎水性領域８２であり、疎水処理が施されていない領域が親水性領域８１である。例えば、疎水性領域８２には、疎水処理として、疎水コーティングからなる層状の疎水パターンが形成されている。

平面視における親水性領域８１の形状は、例えば、平面視における上述した第２変形例の溝１１、第１凹部１３及び第２凹部１４の形状と同一となっている。親水性領域８１は、複数の直線状部分８３と、第１楕円状部分８４と、第２楕円状部分８５と、を有している。各直線状部分８３は、第１方向Ｄ１に沿って直線状に延在している。複数の直線状部分８３は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に等間隔で並んでいる。複数の直線状部分８３は、互いに同一の形状を有している。

第１楕円状部分８４及び第２楕円状部分８５の各々は、例えば、平面視において、長軸が第２方向Ｄ２に沿った楕円形状を呈している。第１楕円状部分８４及び第２楕円状部分８５の各々は、各直線状部分８３に接続されている。

ガラス基板１０の表面１０ａが親水性領域８１と疎水性領域８２とに区画されていることにより、親水性領域８１は、細胞７がバッファ液６と共に留められる細胞保持部８６と、細胞保持部８６に供給されるバッファ液６を貯留するための第１貯留部３１と、細胞保持部８６から排出されたバッファ液６を貯留するための第２貯留部３２と、を有している。第２実施形態では、複数の直線状部分８３により細胞保持部８６が構成されている。第１楕円状部分８４により第１貯留部３１が構成されており、第２楕円状部分８５により第２貯留部３２が構成されている。

第２実施形態の観察方法では、図１７（ａ）に示されるように、バッファ液６と細胞７の懸濁液をピペットＰにより細胞保持部８６の周辺に滴下する。続いて、図１７（ｂ）に示されるように、滴化された懸濁液をピペットＰにより吸い出して除去する。このとき、図１７（ｃ）に示されるように、懸濁液の一部は表面張力により細胞保持部８６上に残存する。これにより、細胞保持部８６（各直線状部分８３）に細胞７が播種される。細胞保持部８６上の細胞７は、バッファ液６により覆われる。すなわち、細胞７がバッファ液６と共に細胞保持部８６に留められ、細胞７を覆うバッファ液６の液層が形成される。

続いて、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示されるように、バッファ液６を第１貯留部３１（第１楕円状部分８４）に滴下する。第１貯留部３１は細胞保持部８６に接続されているため、バッファ液６は第１貯留部３１から溝１１を伝って移動し、細胞保持部８６に留まっている細胞７にバッファ液６が供給される。バッファ液６の一部は、細胞保持部８６を伝って移動して第２貯留部３２（第２楕円状部分８５）に至ってもよい。

続いて、図１９及び図２０に示されるようにガス試料室７０Ｃ内に暴露ユニット１Ｃを配置する。ガス試料室７０Ｃの一の側面には、ガスを流入させるための流入口７３が形成されており、ガス試料室７０Ｃの他の側面には、ガスを排出するための排出口７４が形成されている。ガス試料室７０Ｃの底面には、光Ｌを透過させる光学フィルタ７５が配置されている。光学フィルタ７５は、例えば蛍光を透過させる蛍光フィルタである。

第２実施形態の観察装置５０Ｃは、ガス試料室７０Ｃの上面側に配置された励起光学系９０を備えている。励起光学系９０は、光源９１と、一対のレンズ９２と、励起フィルタ９３と、を有している。光源９１は、細胞７を励起するための励起光を出力する。光源９１から出力された励起光は、一方のレンズ９２、励起フィルタ９３、他方のレンズ９２をこの順に通過し、ガス試料室７０Ｃの上面を透過して暴露ユニット１Ｃに入射する。ガス試料室７０Ｃ及び励起光学系９０は、外光が進入しないように遮光されている。

第２実施形態の観察装置５０Ｃは、ガス試料室７０Ｃの底面側に配置された検出端末９５を備えている。検出端末９５は、例えばスマートフォン等の携帯端末である。検出端末９５は、光検出部９６と、表示部９７と、を有している。光検出部９６は、カメラレンズ９６ａを有し、細胞７からの光Ｌを検出する。表示部９７には、測定結果等が表示される。検出端末９５は、カメラレンズ９６ａが光学フィルタ７５と向かい合うように配置される。続いて、上記第１実施形態の場合と同様に観察が開始される。観察時には、ガス試料室７０Ｃに物質５を含むガスが流入する。ガスは拡散により流入させてもよいし、排出口７４に取り付けられたファンにより流入させてもよい。このように、観察装置５０Ｃを用いた観察方法（暴露方法）では、細胞７がバッファ液６と共に細胞保持部８６に留められ、且つ細胞保持部８６に供給されるバッファ液６が第１貯留部３１に貯留された状態で、気相中の物質５を細胞保持部８６に留められた細胞７に暴露させる。

第２実施形態の暴露ユニット１Ｃによっても、気相中の物質５をバッファ液６中の細胞７に暴露させる際に、細胞７を覆うバッファ液６の液層を好適な厚さに保つことができる。すなわち、暴露ユニット１Ｃでは、細胞７とバッファ液６の懸濁液を細胞保持部８６（直線状部分８３）に配置すると、細胞７がバッファ液６と共に細胞保持部８６に留められ、細胞７を覆うバッファ液６の液層が形成される。この液層の厚さは、細胞保持部８６の構成（例えば寸法、親水性）に従った一定の厚さとなる。したがって、暴露ユニット１Ｃでは、液層を薄く保つことが可能となる。また、親水性領域８１が、細胞保持部８６に接続され、細胞保持部８６に供給されるバッファ液６を貯留する第１貯留部３１（第１楕円状部分８４）を有している。これにより、第１貯留部３１から細胞保持部８６にバッファ液６を供給することができ、細胞７が乾燥するのを防ぐことができる。よって、暴露ユニット１Ｃによれば、気相中の物質５をバッファ液６中の細胞７に暴露させる際に、細胞７を覆うバッファ液６の液層を好適な厚さに保つことができる。

本発明は、上記実施形態及び変形例に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。第１部材は、ガラス基板１０に限られず、他の透明材料、又は遮光性材料により形成されてもよい。第２部材は、ゴムシート２０に限られず、他の材料により形成されてもよい。

第１実施形態ではガラス基板１０（第１部材）の全体が光Ｌに対して透明に構成されていたが、第１部材における溝１１が形成された部分が光Ｌに対して透明に構成されていればよく、溝１１が形成された部分以外は光Ｌに対して遮光性を有していてもよい。第１部材の全体が遮光性材料により形成されていてもよい。

第１実施形態において、疎水パターン１２が省略されてもよい。上述した各例において、第２貯留部３２は省略されてもよい。第１実施形態では第１貯留部３１が第２開口２２のみによって構成されていたが、第１貯留部３１は、第２開口２２と、ガラス基板１０の表面１０ａに形成された凹部とによって構成されてもよい。同様に、第２貯留部３２は、第３開口２３と、表面１０ａに形成された凹部とによって構成されてもよい。上述した暴露ユニット１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、匂い物質を匂い検出細胞に暴露させる場合に限らず、例えば大気中の有害物質を細胞に暴露させる場合にも用いることができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…暴露ユニット、２…基体、５…物質、６…バッファ液、７…細胞、１０…ガラス基板（第１部材）、１０ａ…表面、１１…溝、１１ａ…内面、１１ｂ…一端、１１ｃ…他端、１３…第１凹部、２０…ゴムシート（第２部材）、２１…第１開口、２２…第２開口、３１…第１貯留部、３２…第２貯留部、５０，５０Ｃ…観察装置、６０…光学系、８１…親水性領域、８２…疎水性領域、８６…細胞保持部、Ｌ…細胞からの光。

Claims (12)

1. 気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させるために用いられる暴露ユニットであって、基体を備え、前記基体は、
   外部に露出するように前記基体に形成され、前記細胞が前記バッファ液と共に留められる溝と、
   前記溝の一端に接続され、前記溝に供給される前記バッファ液を貯留する第１貯留部と、を有する、暴露ユニット。
2. 前記基体は、前記溝が形成された表面を有する第１部材と、前記表面上に配置された第２部材と、を有し、
   前記第２部材には、第１開口及び第２開口が形成されており、
   前記溝は、前記第１開口を介して外部に露出しており、前記第１貯留部の少なくとも一部は、前記第２開口によって構成されている、請求項１に記載の暴露ユニット。
3. 前記第２部材には、前記第１開口が複数形成されている、請求項２に記載の暴露ユニット。
4. 前記基体における前記溝が形成された部分は、前記溝に留められた前記細胞からの光に対して透明に構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の暴露ユニット。
5. 前記基体は、前記溝の他端に接続され、前記溝から排出された前記バッファ液を貯留する第２貯留部を更に有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の暴露ユニット。
6. 前記溝の内面の親水性は、前記基体における前記溝に隣接する部分の親水性よりも高い、請求項１～５のいずれか一項に記載の暴露ユニット。
7. 前記溝は、蛇行して延在する部分を含んでいる、請求項１～６のいずれか一項に記載の暴露ユニット。
8. 前記第１貯留部は、前記基体に形成された凹部によって構成されている、請求項１に記載の暴露ユニット。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の暴露ユニットと、
   前記溝に留められた前記細胞からの光が通過する光学系と、
   前記光学系を通過した前記光を検出する光検出器と、を備える観察装置。
10. 気相中の物質をバッファ液中の細胞に暴露させるために用いられる暴露ユニットであって、基体を備え、前記基体の表面は、親水性領域と、前記親水性領域よりも親水性が低い疎水性領域と、を有し、
    前記基体の前記表面が前記親水性領域と前記疎水性領域とに区画されていることにより、前記親水性領域は、前記細胞が前記バッファ液と共に留められる細胞保持部と、前記細胞保持部に接続され、前記細胞保持部に供給される前記バッファ液を貯留する貯留部と、を有している、暴露ユニット。
11. 請求項１～８のいずれか一項に記載の暴露ユニットを用い、前記細胞が前記バッファ液と共に前記溝に留められ、且つ前記溝に供給される前記バッファ液が前記第１貯留部に貯留された状態で、気相中の前記物質を前記溝に留められた前記細胞に暴露させる、暴露方法。
12. 請求項１０に記載の暴露ユニットを用い、前記細胞が前記バッファ液と共に前記細胞保持部に留められ、且つ前記細胞保持部に供給される前記バッファ液が前記貯留部に貯留された状態で、気相中の前記物質を前記細胞保持部に留められた前記細胞に暴露させる、暴露方法。

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