JP4830996B2 - Cell electrophysiological sensor device and cell electrophysiological sensor using the same - Google Patents

Cell electrophysiological sensor device and cell electrophysiological sensor using the same Download PDF

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Description

本発明は、薬剤に対する細胞の反応等を測定するための細胞電気生理センサ用デバイスおよびこれを用いた細胞電気生理センサに関する。   The present invention relates to a cell electrophysiological sensor device for measuring a cell response to a drug and the like, and a cell electrophysiological sensor using the device.

電気生理学におけるパッチクランプ法は、細胞膜に存在するイオンチャネルを測定する方法として知られており、このパッチクランプ法によってイオンチャネルの様々な機能が解明されてきた。そして、イオンチャネルの働きは細胞学において重要な関心ごとであり、これは薬剤の開発にも応用されている。   The patch clamp method in electrophysiology is known as a method for measuring an ion channel existing in a cell membrane, and various functions of the ion channel have been elucidated by this patch clamp method. And the action of ion channels is an important concern in cytology, which has been applied to drug development.

しかし、一方でパッチクランプ法は測定技術に微細なマイクロピペットを1個の細胞に高い精度で挿入するという極めて高い能力を必要としているため、熟練作業者が必要であり、高いスループットで測定を必要とする場合には適切な方法でない。   However, on the other hand, the patch clamp method requires an extremely high ability to insert a fine micropipette into a single cell with high precision in the measurement technique, so it requires skilled workers and requires high throughput. Is not an appropriate method.

このため、微細加工技術を利用した平板型プローブの開発がなされており、これらは個々の細胞についてマイクロピペットの挿入を必要としない自動化システムに適している。   For this reason, flat-type probes utilizing microfabrication techniques have been developed, which are suitable for automated systems that do not require the insertion of micropipettes for individual cells.

例えば図10に示す従来の細胞電気生理センサは、平板1に複数の導通孔2を設けたデバイスと、このデバイスの上下に配置された電解槽3、4と、これらの電解槽3、4内にそれぞれ配置された電極5、6とを備えている。   For example, a conventional cell electrophysiological sensor shown in FIG. 10 includes a device in which a plurality of conduction holes 2 are provided in a flat plate 1, electrolytic cells 3 and 4 disposed above and below the device, and the inside of these electrolytic cells 3 and 4. Are provided with electrodes 5 and 6, respectively.

そしてこの細胞電気生理センサは、それぞれの電解槽3、4に電解液を注入し、次に上方の電解槽3に細胞7を投入し、その後導通孔2下方から電解液ごと細胞7を吸引して導通孔2開口部(入口)に細胞7を密着させ、電極5、6で電解槽3、4間の電位差を検出するものである。   In this cell electrophysiological sensor, an electrolytic solution is injected into each electrolytic cell 3, 4, and then a cell 7 is introduced into the upper electrolytic cell 3, and then the cell 7 is sucked together with the electrolytic solution from below the conduction hole 2. Then, the cell 7 is brought into close contact with the opening (inlet) of the conduction hole 2 and the potential difference between the electrolytic cells 3 and 4 is detected by the electrodes 5 and 6.

ここでこの電位差は、細胞7に薬剤を投与したり、物理化学的刺激を印加したりすることによって変動する。   Here, this potential difference varies by administering a drug to the cell 7 or applying a physicochemical stimulus.

したがってこの細胞電気生理センサは、薬剤に対する細胞7の反応あるいは細胞7が発する電気生理現象によって生じる電気化学的変化を測定するために用いられる。   Therefore, this cell electrophysiological sensor is used to measure an electrochemical change caused by a reaction of the cell 7 to the drug or an electrophysiological phenomenon generated by the cell 7.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1、2が知られている。
特表2002−518678号公報 特表2003−527581号公報
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Documents 1 and 2 are known.
JP 2002-518678 Gazette Japanese translation of PCT publication No. 2003-527581

従来の細胞電気生理センサ用デバイスでは、細胞電気生理センサの測定精度が低いという課題があった。   The conventional device for cell electrophysiology sensor has a problem that the measurement accuracy of the cell electrophysiology sensor is low.

すなわち、電解液を注入する際、導通孔2の出口2A近傍に気泡が発生することがあり、この気泡が滞留すると細胞7を吸引しにくくなる。そしてその結果、細胞電気生理センサの測定精度が低くなるのであった。   That is, when the electrolytic solution is injected, bubbles may be generated in the vicinity of the outlet 2A of the conduction hole 2. If these bubbles stay, it becomes difficult to suck the cells 7. As a result, the measurement accuracy of the cell electrophysiological sensor is lowered.

そこで本発明は、細胞電気生理センサの測定精度を向上させることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the measurement accuracy of a cellular electrophysiological sensor.

そしてこの目的を達成するために本発明は、筒部品と、この筒部品の空洞内に挿入されたセンサチップと、このセンサチップと所定間隔を置いて筒部品の空洞内に配置され、筒部品の内壁と接合または一体化された構造体とを備え、前記センサチップは、筒部品の軸方向に貫通する導通孔を有し、構造体は、筒部品の軸方向に貫通し、センサチップ側の開口部を出口とする貫通孔を有し、この貫通孔の出口とセンサチップの導通孔とは対向しているとともに、貫通孔の出口外周には、構造体と筒部品内壁との間で形成される空間を有するものとした。   In order to achieve this object, the present invention provides a cylindrical part, a sensor chip inserted into the cavity of the cylindrical part, and a cylindrical part disposed at a predetermined distance from the sensor chip. The sensor chip has a conduction hole penetrating in the axial direction of the cylindrical part, and the structure penetrates in the axial direction of the cylindrical part, and the sensor chip side The outlet of the through hole and the conduction hole of the sensor chip are opposed to each other, and the outer periphery of the through hole is between the structure and the inner wall of the cylindrical part. It was supposed to have a space to be formed.

これにより本発明は、細胞電気生理センサの測定精度を向上させることができる。   Thereby, this invention can improve the measurement precision of a cell electrophysiological sensor.

その理由は、センサチップの導通孔近傍の気泡を低減できるからである。   The reason is that bubbles near the conduction hole of the sensor chip can be reduced.

すなわち本発明は、センサチップの導通孔と構造体の貫通孔の出口とが対向しているため、貫通孔から電解液を注入すると、導通孔近傍には大きな水圧がかかり、気泡を移動させることができる。   That is, in the present invention, since the conduction hole of the sensor chip and the outlet of the through hole of the structure face each other, when an electrolyte is injected from the through hole, a large water pressure is applied in the vicinity of the conduction hole and the bubbles are moved. Can do.

したがって細胞を吸引しやすくなり、結果として細胞電気生理センサの測定精度を向上させることができる。   Therefore, it becomes easy to suck cells, and as a result, the measurement accuracy of the cell electrophysiological sensor can be improved.

(実施の形態1)
図1(a)に示すように本実施の形態における細胞電気生理センサ用デバイスは、筒部品8と、この筒部品8の空洞9内上端部に挿入されたセンサチップ10と、このセンサチップ10と所定間隔を置いて筒部品8の空洞9内に挿入され、図1(b)に示すように、筒部品8の内壁と接合されるとともに、空洞9A内を筒部品8の軸方向に仕切る構造体11とを備えている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1A, the cell electrophysiological sensor device according to the present embodiment includes a cylindrical part 8, a sensor chip 10 inserted into the upper end of the hollow part 9 of the cylindrical part 8, and the sensor chip 10 And inserted into the cavity 9 of the cylindrical part 8 at a predetermined interval, and joined to the inner wall of the cylindrical part 8 as shown in FIG. And a structure 11.

また図2に示すように、センサチップ10は、薄板12とこの薄板12上に形成された枠体13とからなり、薄板12と枠体13とはシリコンで形成されている。   As shown in FIG. 2, the sensor chip 10 includes a thin plate 12 and a frame body 13 formed on the thin plate 12, and the thin plate 12 and the frame body 13 are formed of silicon.

そして薄板12の表面12A(構造体11との対向面)には半球形状の凹部14が形成されている。   A hemispherical concave portion 14 is formed on the surface 12A of the thin plate 12 (the surface facing the structure 11).

またこの凹部14の最深部から筒部品8の軸方向に貫通する導通孔15を有し、この導通孔15は、構造体11側の開口部を後述の電解液の出口15Aとしている。この導通孔15は一つの薄板12に対し一個形成してもよく複数個形成してもよい。本実施の形態では、凹部14の直径は約30μm、導通孔15の直径は1〜3μmとした。   Moreover, it has the conduction | electrical_connection hole 15 penetrated to the axial direction of the cylinder component 8 from the deepest part of this recessed part 14, and this conduction | electrical_connection hole 15 makes the opening part 15A of the electrolyte solution mentioned later the structure 11 side opening part. One conduction hole 15 or a plurality of conduction holes 15 may be formed for one thin plate 12. In the present embodiment, the diameter of the recess 14 is about 30 μm, and the diameter of the conduction hole 15 is 1 to 3 μm.

さらに構造体11は、筒部品8の軸方向に貫通し、センサチップ10側の開口部を出口16Aとする貫通孔16を有している。貫通孔16の直径は50μm以下とした。   Furthermore, the structure 11 has a through hole 16 that penetrates in the axial direction of the cylindrical part 8 and has an opening on the sensor chip 10 side as an outlet 16A. The diameter of the through hole 16 was 50 μm or less.

そしてこの貫通孔16の出口16Aと導通孔15の出口15Aとは対向している。   The outlet 16A of the through hole 16 and the outlet 15A of the conduction hole 15 are opposed to each other.

また本実施の形態では、筒部品8はガラスよりなり、この筒部品8は図1(b)に示したように断面が円形の円柱状である。   In the present embodiment, the cylindrical part 8 is made of glass, and the cylindrical part 8 has a circular column shape in cross section as shown in FIG.

この筒部品8のガラス材料としては、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラスまたはホウケイ酸鉛ガラスなどが挙げられる。   Examples of the glass material of the tubular part 8 include borosilicate glass, aluminosilicate glass, and lead borosilicate glass.

そしてこの筒部品(図1(a)の8)内壁とセンサチップ10側面とは熱溶着されている。これは筒部品8のガラス成分を加熱して一旦溶融させたものである。   The inner wall of the cylindrical part (8 in FIG. 1A) and the side surface of the sensor chip 10 are heat-welded. This is one in which the glass component of the cylindrical part 8 is heated and once melted.

これにより本実施の形態では、筒部品8内壁とセンサチップ10側面との気密性が高まる。   Thereby, in this Embodiment, the airtightness of the cylindrical component 8 inner wall and the sensor chip 10 side surface increases.

そしてセンサチップ10の薄板12部分で筒部品8の上部と下部とが仕切られ、導通孔15を通してのみ、上部と下部の空間が連通することになり、細胞電気生理センサの測定精度を向上させることが出来る。   And the upper part and the lower part of the cylindrical part 8 are partitioned by the thin plate 12 part of the sensor chip 10, and the upper and lower spaces communicate only through the conduction hole 15, thereby improving the measurement accuracy of the cell electrophysiological sensor. I can do it.

また構造体11は、図1(a)に示すように、貫通孔16を中心に有する直方体の平板である。本実施の形態では、この構造体11の長さは、筒部品8の長さに対して少なくとも500μm短くなっている。   Moreover, the structure 11 is a rectangular parallelepiped flat plate which has the through-hole 16 as a center, as shown to Fig.1 (a). In the present embodiment, the length of the structure 11 is at least 500 μm shorter than the length of the cylindrical part 8.

この構造体11の下端部11Aは筒部品8の下端部8Aと略同一面にあり、構造体11の長手方向の両側面と筒部品8内壁とは接合されている。   The lower end 11A of the structure 11 is substantially flush with the lower end 8A of the tubular part 8, and both side surfaces in the longitudinal direction of the structure 11 and the inner wall of the tubular part 8 are joined.

そして本実施の形態の構造体11は樹脂からなり、その材料としてはアクリル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、環状ポリオレフィンポリマー、および環状ポリオレフィンコポリマーのうち少なくともいずれか一つを主成分として含む熱可塑性樹脂が挙げられる。   The structure 11 of the present embodiment is made of a resin, and the material thereof is a thermoplastic resin containing at least one of acrylic, polystyrene, polyethylene, polyolefin, cyclic polyolefin polymer, and cyclic polyolefin copolymer as a main component. Can be mentioned.

そして図2に示すように、筒部品8の内壁は、構造体11との接合面からセンサチップ10の薄板12表面12Aに向けて湾曲するドーム状の湾曲面17を有し、この湾曲面17において筒部品8の内径は、構造体11側からセンサチップ10側に向けて徐々に小さくなっている。   As shown in FIG. 2, the inner wall of the cylindrical part 8 has a dome-like curved surface 17 that curves from the joint surface with the structure 11 toward the surface 12 </ b> A of the thin plate 12 of the sensor chip 10. The cylindrical part 8 has an inner diameter that gradually decreases from the structure 11 side toward the sensor chip 10 side.

また本実施の形態では、図1(a)に示すように、筒部品8と構造体11とを紫外線硬化樹脂からなる接着剤18で接合している。   Moreover, in this Embodiment, as shown to Fig.1 (a), the cylinder component 8 and the structure 11 are joined by the adhesive agent 18 which consists of ultraviolet curing resin.

そして図1(a)に示す本実施の形態の細胞電気生理センサは、前述の細胞電気生理センサ用デバイスを備え、枠体13内およびセンサチップ10上方を上側の電解槽として用い、センサチップ10下方の筒部品8の空洞9と、構造体11の貫通孔16出口16A外周から空洞9を介して構造体11の外表面と筒部品8の内壁間に形成される空洞(図1(b)に示す9A)とは下方の電解槽として用いている。   The cell electrophysiological sensor of the present embodiment shown in FIG. 1A includes the above-described device for cell electrophysiological sensor, and uses the inside of the frame 13 and the upper part of the sensor chip 10 as an upper electrolytic cell. The cavity 9 of the lower cylinder part 8 and the cavity formed between the outer surface of the structure 11 and the inner wall of the cylinder part 8 from the outer periphery of the through-hole 16 outlet 16A of the structure 11 via the cavity 9 (FIG. 1B) 9A) is used as a lower electrolytic cell.

すなわち本実施の形態では、上下の電解槽間はセンサチップ10の薄板12で仕切られた構成である。そしてこれらの電解槽に注入される電解液(後述の細胞内液、細胞外液など)とそれぞれ電気的に接続される電極19、20とを備えている。   That is, in the present embodiment, the upper and lower electrolytic cells are separated by the thin plate 12 of the sensor chip 10. Electrolytic solutions (intracellular fluids, extracellular fluids, etc., which will be described later) injected into these electrolytic cells and electrodes 19 and 20 electrically connected respectively are provided.

次に、本実施の形態1における細胞電気生理センサを用いて、細胞電気生理現象を測定する方法について図面を用いて説明する。   Next, a method for measuring a cell electrophysiological phenomenon using the cell electrophysiological sensor according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.

まず、図3に示したように貫通孔16下部の入口16Bより直径50μm以下(貫通孔16の直径以下)のピークチューブ21を貫通孔16の半分程度まで挿入し、このピークチューブ21を介して細胞内液22(電解液)を注入し、センサチップ10の下方に相当する筒部品8の空洞9と図1(b)の空洞9A(電解槽)全体に充填する。   First, as shown in FIG. 3, a peak tube 21 having a diameter of 50 μm or less (less than the diameter of the through-hole 16) is inserted from the inlet 16 B below the through-hole 16 to about half of the through-hole 16. Intracellular fluid 22 (electrolyte) is injected and filled into the cavity 9 of the cylindrical part 8 corresponding to the lower part of the sensor chip 10 and the entire cavity 9A (electrolyzer) of FIG.

ここで哺乳類筋細胞の場合、代表的な細胞内液22としては、K+イオンが4mM程度、Na+イオンが145mM程度、Cl-イオンが123mM程度添加された電解液が挙げられる。 Here, in the case of mammalian muscle cells, a typical intracellular solution 22 includes an electrolytic solution to which about 4 mM of K + ions, about 145 mM of Na + ions, and about 123 mM of Cl ions are added.

この時、構造体11の貫通孔16自体もピークチューブ21同様に、注入路として機能するため、この貫通孔16にピークチューブ21を挿入すれば、ピークチューブ21をセンサチップ10近傍まで接近させる必要がなく、ピークチューブ21の接触によるセンサチップ10の破壊を防ぐことが可能となる。これにより、センサチップ10破壊による測定不良を減少させることができる。   At this time, since the through-hole 16 itself of the structure 11 functions as an injection path like the peak tube 21, if the peak tube 21 is inserted into the through-hole 16, it is necessary to bring the peak tube 21 close to the vicinity of the sensor chip 10. Therefore, it is possible to prevent the sensor chip 10 from being damaged due to the contact of the peak tube 21. Thereby, the measurement defect by sensor chip 10 destruction can be reduced.

その後、図4に示すようにセンサチップ10上部に細胞外液23を貯留する。ここで哺乳類筋細胞の場合、代表的な細胞外液23としてはK+イオンが155mM、Na+イオンが12mM程度、Cl-イオンが4.2mM程度添加された電解液が挙げられる。 Thereafter, as shown in FIG. 4, the extracellular fluid 23 is stored in the upper part of the sensor chip 10. Here, in the case of mammalian muscle cells, a typical extracellular solution 23 is an electrolytic solution to which K + ions are added at about 155 mM, Na + ions at about 12 mM, and Cl ions at about 4.2 mM.

そして次に図5に示すようにセンサチップ10上方(電解槽部分)とセンサチップ10下方であって図1(b)に示す空洞9A(電解槽)とに電極19、20をそれぞれ挿入し、電極19、20間に計測器24を接続すると、センサチップ10によって仕切られた細胞外液23と細胞内液22の間の電気的性質(電流、抵抗値、電圧など)が測定される。   Then, as shown in FIG. 5, the electrodes 19 and 20 are inserted into the cavity 9A (electrolysis cell) shown in FIG. 1B above the sensor chip 10 (electrolytic cell part) and below the sensor chip 10, respectively. When the measuring instrument 24 is connected between the electrodes 19 and 20, the electrical properties (current, resistance value, voltage, etc.) between the extracellular fluid 23 and the intracellular fluid 22 partitioned by the sensor chip 10 are measured.

この状態では、導通孔15を介して細胞外液23および細胞内液22が導通する電気的回路が構成されており、その特性として、例えば電気抵抗、I−V特性として観測され、通常、1MΩ程度の電気抵抗を持つ。   In this state, an electrical circuit is formed in which the extracellular fluid 23 and the intracellular fluid 22 are conducted through the conduction hole 15, and its characteristics are observed as, for example, electrical resistance and IV characteristics, and usually 1 MΩ. Has a degree of electrical resistance.

次に、図6に示すように細胞外液23に被検体細胞25を投入する。そして、筒部品8下部より減圧吸引することで、被検体細胞25は導通孔15の入口15Bに引き付けられ、被検体細胞25が導通孔25の入口15Bを塞ぐことによって、細胞外液23、細胞内液22間が1GΩ以上の十分に高い電気抵抗を持つ(ギガシールと呼ぶ)。   Next, as shown in FIG. 6, the subject cell 25 is put into the extracellular fluid 23. The subject cell 25 is attracted to the inlet 15B of the conduction hole 15 by sucking under reduced pressure from the lower part of the cylindrical part 8, and the subject cell 25 closes the inlet 15B of the conduction hole 25, so that the extracellular fluid 23, cell Between the inner liquids 22 has a sufficiently high electric resistance of 1 GΩ or more (referred to as giga seal).

このギガシール状態において、吸引圧力をさらに高めることで被検体細胞25の細胞膜部分に微小の細胞膜穴を形成する。   In this giga-seal state, a minute cell membrane hole is formed in the cell membrane portion of the subject cell 25 by further increasing the suction pressure.

これによって、被検体細胞25の全細胞膜に埋め込まれたイオンチャネルの流れる数nA程度の微小電流を測定できるようになり、各種イオンチャネルの電気特性、薬剤に対する反応特性、その他外的刺激に対する反応などを測定することができる。   As a result, it is possible to measure a minute current of about several nanoamperes flowing through the ion channel embedded in the whole cell membrane of the subject cell 25, and the electrical characteristics of various ion channels, reaction characteristics to drugs, and other reactions to external stimuli, etc. Can be measured.

次に、本実施の形態における効果を以下に説明する。   Next, the effect in this Embodiment is demonstrated below.

本実施の形態では、細胞電気生理センサの測定精度を向上させることができる。   In the present embodiment, the measurement accuracy of the cell electrophysiological sensor can be improved.

その理由は、導通孔15の出口15A近傍の気泡を低減できるからである。   The reason is that bubbles near the outlet 15A of the conduction hole 15 can be reduced.

すなわち本実施の形態では、図1(a)に示すように、導通孔15の出口15A直下に構造体11の貫通孔16出口16Aが対向しているため、貫通孔16の入口16Bから細胞内液等の電解液を注入する際、導通孔15の出口15A近傍に液流が集中して大きな水圧がかかり、気泡を移動させることができる。また、残存した気泡も、細胞内液の注入圧力を上げ、液体の流れを強めることで押し出すことができ、気泡の除去が容易となる。   That is, in this embodiment, as shown in FIG. 1A, the through-hole 16 outlet 16A of the structure 11 is directly opposite to the outlet 15A of the conduction hole 15, so that the intracellular through the inlet 16B of the through-hole 16 When injecting an electrolytic solution such as a liquid, the liquid flow is concentrated in the vicinity of the outlet 15A of the conduction hole 15, and a large water pressure is applied to move the bubbles. Further, the remaining bubbles can be pushed out by increasing the injection pressure of the intracellular liquid and increasing the flow of the liquid, and the bubbles can be easily removed.

したがって細胞を吸引しやすくなり、結果として細胞電気生理センサの測定精度を向上させることができる。   Therefore, it becomes easy to suck cells, and as a result, the measurement accuracy of the cell electrophysiological sensor can be improved.

また図3に示すように、貫通孔16の下部入口16Bから注入され、上端の出口16Aから流出した細胞内液22は、その後筒部品8内部の空洞9を介して図1(b)の空洞9Aを上から下へと流れ出ていく。   Further, as shown in FIG. 3, the intracellular liquid 22 injected from the lower inlet 16B of the through-hole 16 and outflowed from the outlet 16A at the upper end passes through the cavity 9 inside the cylindrical part 8 and then the cavity shown in FIG. 9A flows from top to bottom.

したがって導通孔15出口15A近傍から移動した気泡はこの細胞内液22の流れに伴い出ていくため、導通孔15の出口15A近傍の気泡をさらに低減することができる。   Accordingly, since the bubbles moved from the vicinity of the outlet 15A of the conduction hole 15 come out with the flow of the intracellular fluid 22, the bubbles near the outlet 15A of the conduction hole 15 can be further reduced.

さらに本実施の形態では、細胞内液22の注入を貫通孔16入口16Bから行うため、貫通孔16の出口16A付近には、この貫通孔16内径より大きな気泡は発生しにくくなる。   Furthermore, in this embodiment, since the intracellular fluid 22 is injected from the through-hole 16 inlet 16B, bubbles larger than the inner diameter of the through-hole 16 are less likely to be generated near the outlet 16A of the through-hole 16.

また本実施の形態では、図2に示すように、筒部品8の内壁は、構造体11との接合面からセンサチップ10に向けて湾曲する湾曲面17を有し、この湾曲面17において筒部品8の内径は、構造体11側からセンサチップ10側に向けて徐々に小さくなっている。そして構造体11は直方体の平板であり、その両側面は筒部品8内壁と接合されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the inner wall of the cylindrical part 8 has a curved surface 17 that curves from the joint surface with the structure 11 toward the sensor chip 10. The inner diameter of the component 8 gradually decreases from the structure 11 side toward the sensor chip 10 side. The structure 11 is a rectangular parallelepiped flat plate, and both side surfaces thereof are joined to the inner wall of the tubular part 8.

したがって、構造体11の水平断面における長辺を、この湾曲面17における筒部品8の内径よりも長くすることによって、構造体11は湾曲面17部分までは挿入されない。したがって、構造体11挿入時に構造体11がセンサチップ10に当たるのを防ぎ、繊細なセンサチップ10が損傷するのを抑制することができる。   Therefore, by making the long side in the horizontal cross section of the structure 11 longer than the inner diameter of the cylindrical part 8 in the curved surface 17, the structure 11 is not inserted up to the curved surface 17 portion. Therefore, the structure 11 can be prevented from hitting the sensor chip 10 when the structure 11 is inserted, and damage to the delicate sensor chip 10 can be suppressed.

なお、本実施の形態では、センサチップ10は非常に厚みの薄い薄板12を有しており、この薄板12と構造体11とが対向する構造であることから、本実施の形態の構成はセンサチップ10(薄板12)の損傷防止に効果的である。   In the present embodiment, the sensor chip 10 has a thin plate 12 having a very thin thickness. Since the thin plate 12 and the structure 11 are opposed to each other, the configuration of the present embodiment is a sensor. This is effective for preventing damage to the chip 10 (thin plate 12).

またこの湾曲面17によって、貫通孔16出口16Aから流出した細胞内液が滑らかに筒部品8の空洞9、9Aへと流れ出ていくため、細胞内液の充填が容易になる。さらにこの湾曲面17では、角部が無く、その組成は親水性の高いガラスのため、気泡が発生しにくくなる。   Further, the curved surface 17 allows the intracellular fluid flowing out from the outlet 16A of the through-hole 16 to smoothly flow out into the cavities 9 and 9A of the cylindrical part 8, so that filling of the intracellular fluid is facilitated. Further, the curved surface 17 has no corners and has a highly hydrophilic glass composition, so that bubbles are hardly generated.

また本実施の形態では、図2に示すように、薄板12の表面12A(構造体11との対向面)に半球形状の凹部14を形成したため、構造体11の貫通孔16出口16Aから薄板12の導通孔15出口15Aに向けて流路の断面積変化が緩やかになるとともに、凹部14内壁を湾曲させることによって液体の流動性が向上する。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, since the hemispherical concave portion 14 is formed on the surface 12A of the thin plate 12 (the surface facing the structure 11), the thin plate 12 extends from the through hole 16 outlet 16A of the structure 11. The change in the cross-sectional area of the flow path toward the outlet 15A of the through hole 15 becomes gentle, and the fluidity of the liquid is improved by curving the inner wall of the recess 14.

したがって、細胞内液等を導通孔15出口15Aまで行き渡らせることができ、結果として気泡の発生を抑制することができる。   Therefore, the intracellular fluid or the like can be spread to the outlet 15A of the conduction hole 15, and as a result, the generation of bubbles can be suppressed.

なお、被検体細胞として直径10μm〜20μmの細胞を用いた場合、導通孔15の適切な直径を1μm〜3μm程度とすることによって吸引しやすくなるが、樹脂からなる構造体11に同様の微細な貫通孔16を形成することは非常に難しい。   In addition, when a cell having a diameter of 10 μm to 20 μm is used as the subject cell, it is easy to suck by setting the appropriate diameter of the conduction hole 15 to about 1 μm to 3 μm. It is very difficult to form the through hole 16.

したがって、本実施の形態では、この凹部14によって、導通孔15の直径と貫通孔16の直径との差を緩衝することができ、結果として細胞電気生理センサの測定精度向上に寄与する。   Therefore, in the present embodiment, the recess 14 can buffer the difference between the diameter of the conduction hole 15 and the diameter of the through hole 16, and as a result, contributes to improvement in measurement accuracy of the cell electrophysiological sensor.

また本実施の形態では、筒部品8はガラスからなるため、親水性が高く、気泡の発生を抑制することができる。そしてガラスは一般に紫外線透過率が高いため、構造体11との接合に、紫外線硬化樹脂を用いることができ、成形が容易となる。   Moreover, in this Embodiment, since the cylindrical component 8 consists of glass, it has high hydrophilicity and can suppress generation | occurrence | production of a bubble. Since glass generally has a high ultraviolet transmittance, an ultraviolet curable resin can be used for bonding to the structure 11, and molding is facilitated.

なお、本実施の形態では、筒部品8はガラスから形成したが、樹脂でもよく、その場合は、図7に示すように、筒部品8と構造体11とを射出成形等により一体化して成形してもよい。これにより構造体11部分と筒部品8部分との界面が無くなり、気泡の発生をより低減することができる。   In this embodiment, the cylindrical part 8 is made of glass, but may be made of resin. In that case, as shown in FIG. 7, the cylindrical part 8 and the structure 11 are integrally formed by injection molding or the like. May be. Thereby, the interface between the structure 11 portion and the cylindrical part 8 portion is eliminated, and the generation of bubbles can be further reduced.

また筒部品8および構造体11双方を紫外線透過性の高い樹脂を用いて別々に形成し、紫外線硬化樹脂からなる接着剤で接合してもよい。   Alternatively, both the cylindrical part 8 and the structure 11 may be formed separately using a resin having high ultraviolet transparency and bonded with an adhesive made of an ultraviolet curable resin.

さらには筒部品8および構造体11のいずれもが熱可塑性樹脂からなる場合は、別々に成形した後、熱溶着してもよい。   Furthermore, when both the cylindrical part 8 and the structure 11 are made of a thermoplastic resin, they may be molded separately and then thermally welded.

また、本実施形態では、筒部品8は円柱形状であるため、図8に示すように筒部品8を市販のパッチクランプ用電極ホルダー26に挿入することも可能である。パッチクランプ用電極ホルダー26は筒部品8を保持する挿入口27と吸引口28とを備え、電極20が電極端子29に繋がっている。そして筒部品8をパッチクランプ用電極ホルダー26に挿入するとリングシール30によって筒部品8の下部が密閉され、吸引口28を通して下部の圧力を容易に変更することができる。   In this embodiment, since the cylindrical part 8 has a cylindrical shape, the cylindrical part 8 can be inserted into a commercially available patch clamp electrode holder 26 as shown in FIG. The patch clamp electrode holder 26 includes an insertion port 27 for holding the tubular part 8 and a suction port 28, and the electrode 20 is connected to the electrode terminal 29. When the cylindrical part 8 is inserted into the patch clamp electrode holder 26, the lower part of the cylindrical part 8 is sealed by the ring seal 30, and the lower pressure can be easily changed through the suction port 28.

なお、本実施の形態では図2に示すように、筒部品8の内壁の湾曲面17は、構造体11との接合面からセンサチップ10の薄板12表面12A(構造体11との対向面)に向けて形成されているが、筒部品8の内径がセンサチップ10の外径よりも大きい場合、図9に示すようにセンサチップ10側面10Aに向けて湾曲面17を形成してもよい。このような湾曲面17は、センサチップ10側面10Aと筒部品8との接合部分を局所的に加熱することによって形成することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the curved surface 17 of the inner wall of the cylindrical part 8 has a surface 12 </ b> A of the thin plate 12 of the sensor chip 10 (surface facing the structure 11) from the joint surface with the structure 11. However, when the inner diameter of the cylindrical part 8 is larger than the outer diameter of the sensor chip 10, the curved surface 17 may be formed toward the side surface 10A of the sensor chip 10 as shown in FIG. Such a curved surface 17 can be formed by locally heating the joint portion between the side surface 10 </ b> A of the sensor chip 10 and the tubular part 8.

またこの場合は、薄板12表面12Aがガラス成分で汚れにくくなるため、薄板12表面12Aの凹凸を抑制し、気泡の発生を抑制することができる。   Further, in this case, since the surface 12A of the thin plate 12 is not easily contaminated with the glass component, the unevenness of the surface 12A of the thin plate 12 can be suppressed, and the generation of bubbles can be suppressed.

なお、本実施の形態では、構造体11は平板状としたが、この形状に限らず、例えば三又形状であってもよい。   In addition, in this Embodiment, although the structure 11 was made into flat form, it is not restricted to this shape, For example, a three-pronged shape may be sufficient.

本発明は、導通孔近傍の気泡を低減することができ、細胞電気生理センサの測定精度を向上させるのに有効である。   The present invention can reduce bubbles near the conduction hole and is effective in improving the measurement accuracy of the cell electrophysiological sensor.

(a)本発明の一実施形態における細胞電気生理デバイスの垂直断面図、(b)同水平断面図(図1(a)のXX断面)(A) Vertical sectional view of a cellular electrophysiological device according to an embodiment of the present invention, (b) Horizontal sectional view (XX section of FIG. 1 (a)) 本発明の一実施形態における細胞電気生理デバイスの要部拡大垂直断面図The principal part expansion vertical sectional view of the cellular electrophysiology device in one embodiment of the present invention 本発明の一実施形態における細胞電気生理デバイスの動作工程を示す垂直断面図The vertical sectional view showing the operation process of the cellular electrophysiology device in one embodiment of the present invention 同垂直断面図Vertical sectional view 同垂直断面図Vertical sectional view 同要部拡大垂直断面図Expanded vertical sectional view of the main part 本発明の一実施の形態における細胞電気生理センサ用デバイスの垂直断面図1 is a vertical sectional view of a cell electrophysiological sensor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態における細胞電気生理センサの垂直断面図1 is a vertical sectional view of a cell electrophysiological sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態における細胞電気生理センサの要部拡大垂直断面図The principal part expansion vertical sectional view of the cellular electrophysiological sensor in one embodiment of the present invention 従来の細胞電気生理センサの垂直断面図Vertical sectional view of a conventional cellular electrophysiological sensor

符号の説明Explanation of symbols

8 筒部品
8A 下端部
9 空洞(電解槽)
9A 空洞(電解槽)
10 センサチップ
10A 側面
11 構造体
11A 下端部
12 薄板
12A 表面
13 枠体
14 凹部
15 導通孔
15A 出口
15B 入口
16 貫通孔
16A 出口
16B 入口
17 湾曲面
18 接着剤
19 電極
20 電極
21 ピークチューブ
22 細胞内液
23 細胞外液
24 計測器
25 被検体細胞
26 パッチクランプ用電極ホルダー
27 挿入口
28 吸引口
29 電極端子
30 リングシール
8 Cylinder parts 8A Lower end 9 Cavity (electrolyzer)
9A cavity (electrolyzer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor chip 10A Side surface 11 Structure 11A Lower end part 12 Thin plate 12A Surface 13 Frame 14 Recessed part 15 Conductive hole 15A Outlet 15B Inlet 16 Through-hole 16A Outlet 16B Inlet 17 Curved surface 18 Adhesive 19 Electrode 20 Electrode 21 Peak tube 22 Liquid 23 Extracellular fluid 24 Measuring instrument 25 Sample cell 26 Electrode holder for patch clamp 27 Insertion port 28 Suction port 29 Electrode terminal 30 Ring seal

Claims (8)

筒部品と、
この筒部品の空洞内に挿入され、筒部品の軸方向に貫通する導通孔を有したセンサチップと、
このセンサチップと所定間隔を置いて前記筒部品の空洞を軸方向に仕切るように配置され、前記筒部品の内壁と接合または一体化された構造体とを備え
記構造体は、前記筒部品の軸方向に貫通し、前記センサチップ側の開口部を出口とする貫通孔を有し、
この貫通孔の前記出口と前記センサチップの前記導通孔とは対向しているとともに、
前記貫通孔の前記出口外周には、前記貫通孔とは隔てられ、前記構造体と前記筒部品内壁との間で形成される空間を有する細胞電気生理センサ用デバイス。
Cylinder parts,
A sensor chip having a conduction hole inserted into the hollow of the cylindrical part and penetrating in the axial direction of the cylindrical part ;
The sensor chip is arranged so as to partition the cavity of the cylindrical part in the axial direction at a predetermined interval, and includes a structure joined or integrated with the inner wall of the cylindrical part ,
Before Symbol structure penetrating in the axial direction of the tubular part has a through-hole to the outlet opening of the sensor chip side,
The outlet of the through hole and the conduction hole of the sensor chip are opposed to each other,
A device for a cell electrophysiological sensor having a space formed between the structure and the inner wall of the cylindrical part on the outer periphery of the outlet of the through hole .
前記センサチップの前記構造体との対向面には、
半球形状の凹部が形成され、
この凹部の最深部から前記センサチップを前記筒部品の軸方向に貫通する前記導通孔が形成されている請求項1に記載の細胞電気生理センサ用デバイス。
On the surface of the sensor chip facing the structure,
A hemispherical recess is formed,
The device for a cell electrophysiological sensor according to claim 1, wherein the conduction hole penetrating the sensor chip in the axial direction of the cylindrical part is formed from the deepest portion of the recess.
前記筒部品内壁と前記センサチップ側面とは、熱溶着されている請求項1または2に記載の細胞電気生理センサ用デバイス。 The device for cell electrophysiological sensors according to claim 1 or 2, wherein the inner wall of the cylindrical part and the side surface of the sensor chip are heat-welded. 前記筒部品はガラスからなる請求項1から3のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサ用デバイス。 The cell electrophysiological sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the cylindrical part is made of glass. 前記筒部品の内壁は、
前記構造体との接合面から前記センサチップに向けて湾曲する湾曲面を有し、
この湾曲面において前記筒部品の内径は、前記構造体側から前記センサチップ側に向けて徐々に小さくなっている請求項1から4のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサ用デバイス。
The inner wall of the cylindrical part is
Having a curved surface that curves from the joint surface with the structure toward the sensor chip;
The cell electrophysiological sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein an inner diameter of the cylindrical part is gradually reduced from the structure side toward the sensor chip side on the curved surface.
前記筒部品と前記構造体とは紫外線硬化樹脂からなる接着剤にて接合された請求項1から5のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサ用デバイスThe device for cell electrophysiology sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the cylindrical part and the structure are joined together with an adhesive made of an ultraviolet curable resin. 前記構造体は板状体であって、
その両側面は前記筒部品内壁と接合されている請求項1から6のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサ用デバイス。
The structure is a plate-like body,
The device for cell electrophysiological sensors according to any one of claims 1 to 6, wherein both side surfaces are joined to the inner wall of the cylindrical part.
請求項1から7のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサ用デバイスと、
この細胞電気生理センサ用デバイスのセンサチップ上方および下方に配置された電解槽と、これらの電解槽に注入される電解液とそれぞれ電気的に接続される電極とを備えた細胞電気生理センサ。
A device for a cellular electrophysiological sensor according to any one of claims 1 to 7;
A cell electrophysiological sensor comprising an electrolytic cell disposed above and below a sensor chip of the cell electrophysiological sensor device, and an electrode electrically connected to an electrolyte solution injected into the electrolytic cell.
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