JP4834335B2 - 細胞電位測定用容器 - Google Patents

Description

本発明は、細胞電位測定用容器に関する。

電気生理学の初期のころから、ガラス電極を細胞に刺入して細胞の膜電位を測定することが行われ、細胞膜におけるイオンチャネルの存在が予見されていた。そして、細胞膜電位の測定は、パッチクランプ法の開発により、大きく進展した。パッチクランプ法は、１９７６年にＮｅｈｅｒ および Ｓａｋｍａｎｎによって開発され（非特許文献１）、これにより、実際にイオンチャンネルの存在を証明するという画期的成果を生み出した。さらに、１９８１年に、Ｈａｍｉｌｌ等によってホールセルクランプ（ｗｈｏｌｅ−ｃｅｌｌ−ｃｌａｍｐ）法が開発され、これにより細胞膜表面全体に存在するイオンチャネルの全電流の測定が可能となった。ホールセルパッチクランプ法は、医薬品開発において重要であるため、これを高速で実施可能にするための技術が開発されている。例えば、高速処理スクリーニングのために、平板デバイスに複数の貫通孔を設け、ここに接着した細胞の連続層を含み、電極で電位依存性のイオンチャネル活性を測定する技術がある（特許文献１）。しかし、複数の細胞を基板上に保持し、各細胞は隣接する細胞と堅く結合しなければならず、電気的なシール状態を実現することは、技術的に難しい。この問題を解決するために、電位差を利用した電気泳導によって測定対象となる細胞のポジショニングと電気的シールを密にする技術がある（特許文献２）。この他に、基板の上に複数のウェルを形成し、前記ウェルの底に細胞を保持するための窪みを形成し、前記窪みと吸引手段とが貫通孔で連結されている細胞外電位測定用デバイスがある（特許文献３）。この細胞外電位測定用デバイスにおいて、さらに細胞保持を確実にするために、ウェルの底部に、第１の開口、第２の開口および空洞部を形成し、前記第１の開口で測定対象の細胞が保持され、前記第１の開口と前記第２の開口とが前記空洞部を介して連結し、前記第１の開口の径が前記空洞部の径より小さく、前記第２の開口部の径よりも大きく、かつ測定対象の細胞の径より小さくするという技術がある（特許文献４）。また、細胞外電位測定用デバイスにおいて、細胞の電気的シールを密にするために、基板の一面側にダイアフラムを設け、このダイアフラムを構成するいずれかの面に少なくとも一つ以上の曲面からなる窪みを設け、この窪みの最深部より上部に貫通孔を設け、この貫通孔の前記窪みと反対側の開口部に検出電極を設けることにより、前記貫通孔内の培養液のイオン濃度を効率よく測定する技術がある（特許文献５）。同様に、細胞外電位測定用デバイスにおいて、細胞の電気的シールを密にするために、基板の一面側にダイアフラムを設け、このダイアフラムのいずれかの面に第一の窪みを設け、この第一の窪に貫通孔を設け、この貫通孔の前記第一の窪みと反対側の開口部に第二の窪みを設け、この第二の窪みの一部に検出電極を設けることにより、前記貫通孔内の培養液のイオン濃度を効率よく測定する技術がある（特許文献６）。

これらの技術によれば、複数の細胞の細胞膜電位を測定することができ、かつ電気的シールも密にすることができるため、高精度での測定が可能になる。しかしながら、測定対象の細胞数を増加させると、測定装置の構造が複雑になるという問題があった。
特表２００２−５１８６７８号公報 特許第３４８６１７１号公報 ＷＯ０２／０５５６５３Ａ１ 特開２００４−１２２１５号公報 特開２００４−２７１３３０号公報 特開２００４−２７１３３１号公報 Ｎｅｈｅｒ Ｅ ＆ Ｓａｋｍａｎｎ Ｂ （１９７６） Ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｒｅｃｏｒｄｅｄ ｆｒｏｍ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｆ ｄｅｎｅｒｖａｔｅｄ ｆｒｏｇ ｍｕｓｃｌｅ ｆｉｂｅｒｓ． Ｎａｔｕｒｅ ２６０ ： ７９９−８０２ Ｈａｍｉｌｌ ＯＰ， Ｍａｒｔｙ Ａ， Ｎｅｈｅｒ Ｅ， Ｓａｋｍａｎｎ Ｂ ＆ Ｓｉｇｗｏｒｔｈ ＦＪ （１９８１） Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐａｔｃｈ−ｃｌａｍｐ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｆｒｏｍ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｃｅｌｌ−ｆｒｅｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐａｔｃｈｅｓ． Ｐｆｌuｇｅｒｓ Ａｒｃｈ ３９１ ： ８５ − １００．

そこで、本発明は、測定対象の細胞数が増えた場合であっても、構造が複雑にならない細胞電位測定用容器の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の細胞電位測定用容器は、第１溶液溜め部、第２溶液溜め部、仕切り基板を備える複数の測定単位を有する細胞電位測定容器であって、
各前記測定単位において、前記第１溶液溜め部と前記第２溶液溜め部とは前記仕切り基板により仕切られ、
前記仕切り基板には、貫通孔が設けられ、
前記貫通孔の一端は前記第１溶液溜め部に向かって開口し、前記貫通孔の他端は、前記第２溶液溜め部に向かって開口し、
前記貫通孔の前記一端の開口部は細胞を保持可能であり、
前記細胞電位測定容器は、さらに第２溶液用流路を有し、前記第２溶液用流路と前記第２溶液溜め部とが連通し、前記第２溶液用流路の一端開口部は前記第２溶液の導入口であり、前記第２溶液用流路の他端開口部は前記第２溶液の排出口であるとともに、
前記第２溶液用流路は、プレート内部において、その長手方向に沿って延びるように複数本形成されるとともに、これらの各第２溶液用流路の上には、前記複数の測定単位が、前記プレートの長手方向に沿って直列して配置され、この列は、前記プレートの幅方向に沿って複数本並列しており、
第１電極と、前記第２溶液溜め部に導入される第２溶液に接触可能な第２電極とが配置され、前記第２電極が流路毎の共通電極として形成され、
前記第２溶液用流路の前記第２溶液溜め部に対応する位置に、
前記第２溶液を前記第２溶液溜め部に向かって流すための流方向制御手段が配置されている細胞電位測定用容器である。

このように、本発明の細胞電位測定用容器では、前記第２溶液用流路の上に複数の前記測定単位が配置されており、このため、測定対象の細胞数が増えた場合であっても容器の構造が複雑になることがない。また、本発明の細胞電位測定用容器では、前記第２溶液用流路を有するため、前記測定単位毎に第２溶液を供給することに代えて、複数の前記測定単位に対し一度で第２溶液を供給することが可能である。したがって、本発明の細胞電位測定用容器は、例えば、医薬品候補化合物等の高速スクリーニングに適している。

本発明の細胞電位測定用容器において、測定の対象となるのは、細胞膜を境界とする細胞内外の電位である。前記細胞電位は、例えば、受容体の活性化、細胞内信号伝達系の作用によって、細胞膜内に存在するイオンチャンネルを通して、例えば、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｃａ^２＋、Ｃｌ⁻などのイオンが細胞内外を移動することに伴って値が変化する信号である。また、本発明の細胞電位測定用容器において、測定対象となる細胞電位は、電圧および電流の少なくとも一方である。すなわち、本発明の細胞電位測定用容器では、例えば、電流を固定して電圧を測定してもよいし、電圧を固定して電流を測定してもよい。前述のように、細胞電位の変化は、イオンの移動の変化により生じるものであり、電流変化を測定しても、電圧変化を測定しても、前記イオンの移動の変化を測定することに変わりはない。

本発明の細胞電位測定用容器において、前記第２溶液用流路の前記第２溶液溜め部に対応する位置に、前記第２溶液を前記第２溶液溜め部に向かって流すための流方向制御手段が配置されていることが好ましい。前記流方向制御手段としては、特に制限されないが、前記第２溶液用流路内部に形成された突起部であることが好ましい。

本発明の細胞電位測定用容器において、前記第２溶液用流路を複数有し、複数の各前記第２溶液用流路に複数の前記測定単位が形成されていることが好ましい。前記測定単位が複数で多ければ、測定対象の細胞数を増加することが可能であり、医薬品候補化合物質等のさらなる高速スクリーニングが可能となるからである。

本発明の細胞電位測定用容器において、複数の前記測定単位における各前記第１電極および各前記第２電極のいずれか一方が、前記第１測定用端子および前記第２測定用端子の一方と、共通配線構造で接続していることが好ましい。このように、共通配線構造を採用すれば、配線構造を簡略化することが可能である。

本発明の細胞電位測定用容器において、前記第１溶液溜め部の下に、前記第２溶液溜め部が配置されているという構成が好ましい。

本発明の細胞電位測定用容器において、前記第１電極が、前記仕切り基板の第１溶液溜め部側表面に配置され、前記第２電極が、前記仕切り基板の第２溶液溜め部側表面に配置されているという構成が好ましい。

本発明の細胞電位測定用容器において、前記仕切り基板に、複数の前記貫通孔が設けられていることが好ましい。

本発明の細胞電位測定用容器において、さらにノイズを低減できるという理由から、電気信号増幅装置および電力供給用端子を有することが好ましい。前記電力供給用端子は、前記電気信号増幅装置と電気的に接続されている。前記電気信号増幅装置は、前記第１電極と前記第１測定用端子との接続の途中に配置してもよいし、前記第２電極と前記第２測定用端子との接続の途中に配置してもよい。前述のように、本発明の細胞電位測定用容器において、細胞の電圧信号を測定してもよいし、電流信号を測定してもよい。細胞の電圧変化を測定する場合は、前記電気信号増幅装置として電圧信号増幅装置を用い、前記第１測定用端子および前記第２測定用端子を用いて、前記電圧変化を測定し、細胞の電流変化を測定する場合は、前記電気信号増幅装置として電流信号増幅装置を用い、前記第１測定用端子および前記第２測定用端子を用いて、前記電流変化を測定すればよい。

本発明の細胞電位測定用容器において、前記電気信号増幅装置を有する場合、スイッチング装置によって、前記電気信号増幅装置に接続する複数の前記測定単位の切り替えを行ってもよい。この場合の容器の構成は、例えば、下記の２つがある。

まず、第１の構成は、本発明の細胞電位測定用容器において、さらに、スイッチング装置およびスイッチング信号入力用端子を有し、前記スイッチング装置と前記スイッチング信号入力用端子とが電気的に接続され、複数の前記測定単位、一つの前記第１測定用端子、一つの前記第２測定用端子、一つの前記電気信号増幅装置および一つの前記スイッチング装置から一つの測定グループが構成され、前記測定グループにおいて、複数の前記第２電極は、一つの前記第２測定用端子と共通配線構造で接続され、複数の前記第１電極のいずれかは、一つの前記電気信号増幅装置および一つの前記スイッチング装置を介して一つの前記第１測定用端子に電気的に接続され、前記スイッチング装置により、複数の前記第１電極の中から、前記電気信号増幅装置および前記第１測定用端子と電気的に接続される一つの前記第１電極が選択されるという構成である。

また、第２の構成は、本発明の細胞電位測定用容器において、さらに、スイッチング装置およびスイッチング信号入力用端子を有し、前記スイッチング装置と前記スイッチング信号入力用端子とが電気的に接続され、複数の前記測定単位、一つの前記第１測定用端子、一つの前記第２測定用端子、一つの前記電気信号増幅装置および一つの前記スイッチング装置から一つの測定グループが構成され、前記測定グループにおいて、複数の前記第１電極は、一つの前記第２測定用端子と共通配線構造で接続され、複数の前記第２電極のいずれかは、一つの前記電気信号増幅装置および一つの前記スイッチング装置を介して一つの前記第１測定用端子に電気的に接続され、前記スイッチング装置により、複数の前記第２電極の中から、前記電気信号増幅装置および前記第１測定用端子と電気的に接続される一つの前記第２電極が選択されるという構成である。

このように、前記スイッチング装置を用いれば、前記電気信号増幅装置の数を減らすことができ、これによって、前記測定単位が増加した場合であっても、本発明の細胞電位測定用容器の構造を単純化することが可能となる。前記スイッチング装置を有する場合、前記測定グループは、単数であってもよいし、複数であってもよい。

本発明の細胞電位測定用容器は、その形態は特に制限されない。例えば、本発明の細胞電位測定用容器は、容器本体プレート、樹脂部、仕切り基板、第１電極、第２電極、第１配線、第２配線、第１測定用端子、第２測定用端子を有し、前記容器本体プレートの表面に孔が形成され、前記孔を覆う状態で前記仕切り基板が前記容器本体プレート表面に配置され、前記仕切り基板には貫通孔が形成され、この貫通孔を囲む状態で前記容器本体プレート表面に前記樹脂部が配置され、前記樹脂部で囲まれた空間が第１溶液を溜めるための第１溶液溜め部であり、前記孔内部が第２溶液を溜めるための第２溶液溜め部であり、前記貫通孔の一端が前記第１溶液溜め部に向かって開口し、前記貫通孔の他端が前記第２溶液溜め部に向かって開口し、前記貫通孔の前記一端開口部が細胞を保持可能であり、前記仕切り基板の表面に前記第１電極が前記第１溶液に接触可能なように配置され、前記仕切り基板の裏面に前記第２電極が前記第２溶液と接触可能なように配置され、前記第１溶液溜め部、前記第２溶液溜め部、前記仕切り基板、前記第１電極および前記第２電極から測定単位が構成され、前記容器本体プレート内部に第２溶液用流路が形成され、前記第２溶液用流路と、前記第２溶液溜め部を形成する前記孔とが、連通しており、前記第２溶液用流路の一端は前記容器本体プレート表面で開口し、前記開口が前記樹脂部の貫通孔と連通して前記貫通孔の開口部が前記第２溶液導入口となっており、前記第２溶液用流路の他端は前記容器本体プレート表面で開口し、前記開口が前記樹脂部の貫通孔と連通して前記貫通孔の開口部が第２溶液排出口となっており、前記第２溶液用流路毎に複数の前記測定単位が形成され、前記第１配線、前記第２配線、前記第１測定用端子、前記第２測定用端子が前記容器本体プレート表面に配置され、前記第２電極は、前記第２配線により第２測定用端子と電気的に接続され、前記第１電極は、前記第１配線により、前記第１測定用端子に電気的に接続されているという形態であってもよい。

前記形態の本発明の細胞電位測定用容器において、複数の前記測定単位毎に前記樹脂部が形成されているという構成であってもよい。この他に、前記形態の本発明の細胞電位測定用容器において、前記樹脂部が、複数の孔が形成された樹脂プレートであり、複数の前記測定単位における前記孔が、複数の前記測定単位の前記第１溶液溜め部を形成するように前記樹脂プレートが前記容器本体プレート表面に配置されているという構成であってもよい。

前記形態の本発明の細胞電位測定用容器において、前記第１測定用端子および前記第２測定用端子が、前記容器本体プレートの端部表面に配置されているという構成であってもよい。

前記形態の本発明の細胞電位測定用容器において、前記第２溶液用流路の前記第２溶液溜め部に対応する位置に、前記第２溶液を前記第２溶液溜め部に向かって流すための流方向制御手段が配置されていることが好ましい。前記流方向制御手段は、特に制限されないが、前記第２溶液用流路内部に形成された突起部であることが好ましい。また、前記第２溶液用流路を複数有し、複数の各前記第２溶液用流路の上に複数の前記測定単位が形成されていることが好ましい。

前記形態の本発明の細胞電位測定用容器において、前記第１配線は、前記容器本体プレート表面上に形成された配線パターンと、導電ワイヤとから構成され、前記配線パターンと前記第１電極とが前記導電ワイヤにより電気的に接続されていることが好ましい。また、前記形態の本発明の細胞電位測定用容器において、第２配線は、前記容器本体プレート表面上に形成された配線パターンであり、前記配線パターンの端部の上に、前記仕切り基板の裏面の第２電極が配置されているという構成が好ましい。

前記形態の本発明の細胞電位測定用容器において、前記樹脂部により、前記第１配線および第２配線の一部若しくは全部が封止されていることが好ましく、前記導電ワイヤを有する場合は、少なくとも前記導電ワイヤが前記樹脂部で封止されていることが好ましい。また、前記形態の本発明の細胞電位測定用容器において、前記樹脂部により、前記仕切り基板の縁部が覆われているという構成が好ましい。

つぎに、本発明の実施例ついて説明する。ただし、本発明は、下記の実施例により制限されない。

図１、図２、図３および図４に、本発明の細胞電位測定用容器の一実施例を示す。図１は、細胞電位測定用容器の斜視図であり、図２は、その平面図であり、図３は、図１のＡ−Ａ方向に見た断面図であり、図４は、図３の断面図の部分拡大断面図であり、これらの図において、同一部分には同一符号を付している。

図示のように、本実施例の細胞電位測定用容器では、ボトムプレート１１ｂの上にトッププレート１１ａが配置されて容器本体プレート１１が構成されており、容器本体プレート１１の上に樹脂部１２が配置されている。容器本体プレート１１の形状は、長方形板状であり、樹脂部１２の形状は、容器本体プレート１１よりも長さが短い長方形板状であり、容器本体プレート１１の長手方向の両端部表面は露出している。容器本体プレート１１内部において、その長手方向に沿って延びる第２溶液用流路２０が４本形成され、各第２溶液用流路２０の上に、これと連通する孔が４個形成され、孔内部が第２溶液溜め部１５であり、これらの孔を覆う状態で、孔毎に、仕切り基板１８が容器本体プレート１１表面に配置されている。第２溶液用流路２０の第２溶液溜め部１５に対応する個所には、それぞれ三角状の突起部２２が設けられている。樹脂部１２には、各第２溶液溜め部１５に対応する位置と第２溶液用流路２０の両端に対応する位置に、孔が形成され、第２溶液溜め部１５に対応する孔の内部が第１溶液溜め部１４であり、第２溶液用流路２０の両端に対応する孔の内部が第２溶液導入口２１ａと第２溶液排出口２１ｂである。仕切り基板１８には、複数の貫通孔１９が形成されている。図４の断面図に示すように、仕切り基板１８の第１溶液溜め部１４側の表面には、第１溶液と接触可能な状態で第１電極２７ａが配置されており、仕切り基板１８の第２溶液溜め部１５側の表面（仕切り基板１８の裏面）には、第２溶液と接触可能な状態で第２電極２７ｂが配置されている。そして、第１溶液溜め部１４、第２溶液溜め部１５、仕切り基板１８、第１電極２７ａおよび第２電極２７ｂから、一つの測定単位が構成されている。本実施例の細胞電位測定用容器において、測定単位は、容器本体プレート１１の長手方向にそって４個直列しており、この列は、容器本体プレート１１の幅方向に沿って４本並列している。容器本体プレート１１の表面には、第１配線パターン２８ａおよび第２配線パターン２８ｂが形成されている。第１配線パターン２８ａは、その端部で導電ワイヤ２９の一端と接続し、導電ワイヤ２９の他端は第１電極２７ａと接続している。本実施例の細胞電位測定用容器において、第１配線パターン２８ａと導電ワイヤ２９とにより第１配線が構成されている。また、本実施例の細胞電位測定用容器において、第２配線パターン２８ｂが、第２配線であり、第２配線パターン２８ｂの上に第２電極２７ｂが位置して両者が電気的に接合されている。なお、第１配線パターン２８ａ、導電ワイヤ２９および第２配線パターン２８ｂは、樹脂部１２によって封止されている。本実施例の細胞電位測定用容器において、容器本体プレート１１の一方の端部（図１〜図３において上側若しくは右側）の表面には、４個の第２測定用端子１３ｂ（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２，ＣＯＭ３，ＣＯＭ４）が配置され、容器本体プレート１１の他方の端部（図１〜図３において下側若しくは左側）の表面には、４個の第１測定用端子１３ａ（Ａ１,Ａ２，Ａ３，Ａ４）、３個のスイッチング信号入力用端子２６（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）、一組の電力供給用端子２５（＋、−、ＧＮＤ）が配置されている。また、容器本体プレート１１の他方の端部表面において、前記の４種類の端子（１３ａ，２６，２５）と樹脂部１２との間に、４個の電気信号増幅装置１６（アンプ）および４個のスイッチング装置１７（マルチプレクサ）が配置されている。なお、２３は、電気信号増幅装置１６若しくはスイッチング装置１７を構成する抵抗器である。電気信号増幅装置１６、スイッチング装置１７および抵抗器２３は、封止樹脂２４によって封止されている。本実施例の細胞電位測定用容器において、直列状に配置された４個の測定単位と、一つの電気信号増幅装置１６と、一つのスイッチング装置１７と、一つの第１測定用端子１３ａと、一つの第２測定用端子１３ｂとで、一つの測定グループが構成されており、本実施例の細胞電位測定用容器は、全部で４個の測定グループを備える。なお、電気信号増幅装置１６は、細胞の電圧信号を測定する場合では、電圧信号増幅装置であり、細胞の電流信号を測定する場合では、電流信号増幅装置である。

容器本体プレート１１（トッププレート１１ａ，ボトムプレート１１ｂ）の形成材料は、特に制限されず、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ），シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）等の有機系樹脂材料に加え、ガラス、石英、セラミック等の無機系材料が使用可能である。また、容器本体プレート１１の大きさは、特に制限されないが、その形状が長方形板状の場合、例えば、縦８４〜８６ｍｍ×横１２７〜１２９ｍｍ×厚み１〜５ｍｍである。また、トッププレート１１ａの厚みは、例えば、０．５〜４．５ｍｍであり、ボトムプレート１１ｂの厚みは、例えば、５〜４．５ｍｍである。容器本体プレート１１の第２溶液溜め部１５および第２溶液用流路２０は、トッププレート１１ａの所定の位置に溝および孔を形成し、トッププレート１１ａと、ボトムプレート１１ｂを張り合わせることで形成できる。トッププレート１１ａおよびボトムプレート１１ｂの貼り合わせは、例えば、接着剤を使用することができ、接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、シリコン系接着剤など通常のものが使用できるが、使用中に溶液内へ溶け出し細胞の活性に影響を与えることのないよう配慮が必要である。プレート貼り合わせの別の方法として、トッププレート１１ａおよびボトムプレート１１ｂが熱可塑型樹脂（例えばポリスチレン）である場合、接着剤を使わずに接着面をレーザや超音波などの手段により溶融させて接合する溶着法によって強固に接合することが可能である。

樹脂部１２の形成材料は、特に制限されず、トッププレート、ボトムプレートと同様に例えば、ＰＳ、ＰＣ，ＰＥＴ、ＣＯＰ，ＣＯＣ等が使用できる。また、樹脂部１２の大きさは、特に制限されないが、その形状が長方形板状の場合、例えば、縦７０〜８６ｍｍ×横１１０〜１２９ｍｍ×厚み３〜１０ｍｍである。第１溶液溜め部１４は、樹脂部の所定位置に孔を設けることで形成できる。樹脂部１２は、例えば、トランスファーモールド等の樹脂形成工法により形成できる。

本実施例の細胞電位測定用容器において、測定単位は１６個であるが、本発明は、これに限定されず、例えば、２４〜数百個、好ましくは規格化されているマイクロタイタープレートのウエルの数と同じ数の、２４個、９６個、３８４個等にしてもよい。また、第１溶液としては、例えば、ＮａＣｌを主成分とする生理的塩類溶液で、一般には細胞外液と呼ばれるものを使用するが、測定対象の細胞種によって種種の変更が加えられる。第２溶液としては、例えば、ＫＣｌを主成分とする生理的塩類溶液で、一般には細胞内液と呼ばれ、細胞外液同様に細胞種によって様々な変更が加えられる。また、第２溶液は、細胞膜に孔を形成する物質を含んでいることが好ましく、このような物質としては、例えば、ナイスタチンが使用できる。

本実施例の細胞電位測定用容器の仕切り基板１８の一例を、図５の斜視図に示す。同図において、図１〜図４と同一部分には同一符号を付している。図示のように、仕切り基板１８は、正方形板状であり、その表面の中心部には、４個×４個の状態で正方形状に整列した１６個の貫通孔１９が形成されている。そして、貫通孔１９を取り囲む状態で、仕切り基板１８表面に第１電極２７ａが形成され、同様に、仕切り基板１８裏面に第２電極２７ｂが形成されている。貫通孔１９の第１溶液溜め部１４側の端部開口部は、図４および図６（Ａ）の断面図に示すように、略半球状であってもよい。このような形状であれば、図６（Ａ）に示すように、細胞３９を、しっかりと保持でき、電気的シール状態を密にすることができる。図６において、図１〜図５と同一部分には、同一符号を付している。なお、貫通孔１９の形状は、特に制限されず、例えば、図６（Ｂ）に示すように、貫通孔１９は、軸方向に沿って内径が一定であってもよいし、図６（Ｃ）に示すように、貫通孔１９の第１溶液溜め部１４側の開口部周辺を盛り上げた形状にしてもよい。

仕切り基板１８の形成材料は、特に制限されず、例えば、シリコン、石英、ガラスなどの無機系材料に加え、ＰＣ，ＰＥＴ，ポリイミド（ＰＩ），ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの有機系樹脂材料も使用できる。仕切り基板１８の大きさは、特に制限されないが、その形状が正方形板状の場合、例えば、縦０．３〜３．０ｍｍ×横０．３〜３．０ｍｍ×厚み０．００１〜１．０ｍｍである。貫通孔１９の数は、前述の１６個に制限されず、例えば、１〜１００個、好ましくは２〜５０個、より好ましくは３〜１０個である。貫通孔の内径は、測定対象の細胞の最大直径よりも小さければ、特に制限されず、例えば、０．５〜１０μｍである。

第１電極および第２電極の形成材料は、特に制限されず、例えば、銀−塩化銀、金、白金である。第１電極および第２電極の厚みは、例えば、０．１〜１００μｍである。第１電極および第２電極は、前述の材料を用いて、例えば、蒸着、スパッタリング等の通常の薄膜形成手段に加えて、印刷、メッキなどの電極形成手段により形成できる。

本実施例の細胞電位測定用容器において、第１電極および第２電極と第１配線および第２配線との接続の一例について、図７の部分断面斜視図および図９の斜視図を用いて説明する。図７および図９において、図１〜図６と同一部分には同一符号を付している。図示のように、本実施例の細胞電位測定用容器では、容器本体プレート１１の表面に、第１配線パターン２８ａおよび第２配線パターン２８ｂが形成されている。図７および図９において、一つの測定グループ毎に、第１配線パターン２８ａが４本形成され、それぞれの端部が、導電ワイヤ２９の一端と接続し、導電ワイヤ２９の他端は、第１電極２７ａと接続しており、第１配線パターン２８ａおよび導電ワイヤ２９で第１配線が構成され、第１配線は、スイッチング装置（図示せず）を介して、一つの第１測定用端子（図示せず）と接続している。一方、図示のように、第２配線パターン２８ｂは、一つの直線状配線パターンから４本の枝配線パターンが分岐しており、各枝配線パターンの端部が、ボンディングパッドに形成されているという構成であり、前記ボンディングパッドの上に第２電極（図示せず）が配置されて両者が接続されている。第２配線パターンが第２配線であり、第２配線は、共通配線構造をとって、第２測定用端子と接続している。つぎに、図７および図９に示す配線パターンと異なる配線パターンを図１０の部分断面図斜視図に示す。図示のように、第１配線パターン２８ａは、容器本体プレート１１の長手方向に沿って延びる直線状配線パターンと、直線状配線パターンから分岐した４個の端部から構成されている。そして、第１配線パターン２８ａの４個の前記端部は、導電ワイヤ２９の一端と接続し、導電ワイヤ２９の他端は、各第１電極２７ａと接続しており、第１配線パターン２８ａと導電ワイヤ２９とで本発明の第１配線が構成されている。この配線構造では、第１電極２７ａと接続する第１配線は、共通配線構造をとって、第２測定用端子と接続している。一方、前記第２配線パターン２８ｂは、ボンディングパッドと、前記ボンディングパッドから容器本体プレート１１の長手方向に沿って延びる直線状配線パターンとから構成されている。この配線構造において、第２配線パターン２８ｂが、本発明の第２配線であり、図示していないが第２配線と接続する第２電極２７ｂは、スイッチング装置によって切り替え可能となっており、スイッチング装置を介して、第１測定用端子と接続している。

第１配線パターンおよび第２配線パターンの形成材料は、特に制限されず、例えば、プリント回路基板の配線で用いられる銅もしくは銅合金などが使用できる。第１配線パターンおよび第２配線パターンは、前述の材料を用いて、プリント回路基板における公知の配線形成法である、フォトリソグラフィーや印刷などの方法により形成できる。導電ワイヤの形成材料には、例えば、金やアルミ系の金属が使用できる。導電ワイヤは、例えば、半導体パッケージの組立で使用されるワイヤボンディングにより第１配線パターン２８ａの端部と第１電極２７ａに接合される。なお、第１配線パターン２８ａの端部の表面ならびに第１電極２７ａの表面のワイヤが接合される表面には、例えば、ワイヤとの接合性をよくするためのめっき層（図示省略）が形成されている。

本実施例の細胞電位測定用容器における配線構成の一例を、図８の回路図に示す。図８において、図１〜図７と同一部分には同一符号を付している。図示のように、本実施例の細胞電位測定用容器では、第２溶液用流路毎に、４個の測定単位３０で一つの測定グループを形成している。そして、一つの測定グループ毎に、一つの第１測定用端子１３ａ、一つの第２測定用端子１３ｂ、一つの電気信号増幅装置１６および一つのスイッチング装置１７が配置されている。各測定グループにおいて、４個の測定単位３０における４個の第１電極２７ａは、一つのスイッチング装置１７を介して一つの電気信号増幅装置１６に接続され、電気信号増幅装置１６は一つの第１測定用端子１３ａ（Ａ１，Ａ２，Ａ３若しくはＡ４）に接続している。また、４個の測定単位における４個の第２電極２７ｂは、共通配線構造により一つの第２測定用端子１３ｂ（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２，ＣＯＭ３若しくはＣＯＭ４）に接続している。各測定グループにおけるスイッチング装置１７は、３個のスイッチング信号入力用端子２６（Ｃ１，Ｃ２およびＣ３）と接続され、スイッチング信号入力用端子２６から入力される信号により、測定対象となるいずれかの測定単位３０が選択され、選択された測定単位３０の第１電極２７ａと第１測定用端子１３ａとを接続する。

つぎに、本実施例の細胞電位測定用容器と共に用いる細胞電位測定装置の一例を説明する。図１１の機能ブロック図に、細胞電位測定装置の構成の一例を示す。図示のように、細胞電位測定装置は、測定装置本体３１と、表示部３７と、操作・入力部３８とから構成される。測定装置本体３１は、電気信号測定部３２、電力供給部３３、スイッチング信号出力部３４、記録処理部３５および記憶部３６を有する。電気信号測定部３２は、第１測定用端子（Ａ１，Ａ１，Ａ３およびＡ４）および第２測定用端子（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２，ＣＯＭ３およびＣＯＭ４）と接続可能であり、かつ、両測定用端子から入力された信号（電圧若しくは電流）を所定のサンプリング周期でデジタル変換して記録処理部３５に送信する。電力供給部３３は、電力供給用端子（＋、−、ＧＮＤ）と接続可能であり、電気信号増幅装置１６に電力を供給する。スイッチング信号出力部３４は、スイッチング信号入力用端子２６（Ｃ１，Ｃ２およびＣ３）と接続可能であり、スイッチング装置１７に信号を送信して測定対象となるいずれかの前記測定単位を選択する。また、スイッチング信号出力部３４は、選択した測定単位を特定可能な情報を記録処理部３５へ出力する。記録処理部３５は、スイッチング信号出力部３４から送られた情報、すなわち測定単位を特定する情報と電気信号測定部３２から送られてくるデジタル変換された信号とを関連付けして記憶部３６に記憶する。スイッチング信号の入力等の操作は、操作・入力部３８または予め設定した切り替えパターンで自動的に行われる。操作・入力部は、例えば、キーボードやマウス等の通常の操作・入力装置が使用される。また、測定結果は、記憶部３６に記憶される他、表示部３７において表示される。表示部３７は、例えば、通常用いられるディスプレィが使用される。

細胞電位測定装置は、細胞電位測定用容器の各端子と接続するための接続用プローブを備えている。次にこのプローブの構造について図１２の斜視図を参照して説明する。図１２において、図１〜１１と同一部分には同一符号を付している。図示のように、細胞電位測定装置は、プローブヘッド本体４０と、第１プローブ保持部４２と、第２プローブ保持部４１とを備える。第１プローブ保持部４２は、第１測定用端子１３ａと接続するためのプローブ４３と、電力供給用端子２５と接続するためのプローブ４５と、スイッチング信号入力用端子２６と接続するためのプローブ４４とを備え、第２プローブ保持部４１は、第２測定用端子と接続するためのプローブ４６を備える。プローブヘッド本体４０は、図示しない昇降機構により昇降動作を行う。従って、測定台４７の上に細胞電位測定用容器を載せた状態で、昇降機構を作動させてプローブヘッド本体４０を上から下降させることにより、各プローブ（４３、４４、４５、４６）を、細胞電位測定用容器の各端子（１３ａ，１３ｂ，２５，２６）に接続する。

つぎに、本実施例の細胞電位測定用容器を用いた細胞電位の測定方法の一例について説明する。まず、測定対象の細胞を準備し、これを第１溶液に分散させる。細胞が分散した第１溶液を、第１溶液溜め部１４に注入し、細胞を、貫通孔１９の一端開口部（第１溶液溜め部１４側の開口部）に保持する。この細胞の保持は、細胞を、貫通孔１９、第２溶液溜め部１５、第２溶液用流路２０および第２溶液導入口２１ａ（若しくは第２溶液排出口２１ｂ）を通じて、吸引ポンプ（図示せず）で吸引することにより実施できる。この際、電気的シールが密になるように細胞を保持する。一方、第２溶液導入口２１ａから、第２溶液を第２溶液用流路２０に導入し、さらに第２溶液溜め部１５にも導入する。この時、三角状の突起部２２により、第２溶液は、貫通孔１９に向かって流れる。そして、測定対象の細胞が、貫通孔１９の開口部に保持された状態で、細胞電位を測定する。細胞電位の測定は、別途準備した細胞電位測定装置を本実施例の細胞電位測定用容器に接続して実施する。

以上の手順により、細胞電位の測定準備が完了したら、以下のようにして細胞の電位を測定する。まず、細胞電位測定容器を細胞電位測定装置の測定台４７上に載せ、プローブヘッド本体４０を下降させてプローブ４３，４４，４５，４６を第１測定用端子１３ａ，スイッチング信号入力用端子２６，電力供給用端子２５，第２測定用端子１３ｂにそれぞれ接触させる。これにより、細胞電位測定装置と細胞電位測定容器が回路的に一体となり、電力供給部３３からの電力により電気信号増幅装置１６とスイッチング装置１７が作動可能な状態になる。

次に、細胞電位測定装置のスイッチング信号出力部３４からスイッチング装置１７にスイッチング信号を送信する。すると、スイッチング装置１７はスイッチング信号によって指示された測定単位を選択してこの測定単位の第１電極２７ａと第１測定用端子とを接続する。そして、選択された測定単位の第１電極および第２電極で検知された電気信号は、電気信号増幅装置により増幅されて測定装置の電気信号測定部３２で計測される。電気信号測定部３２で計測された電気信号は所定のサンプリング周期でデジタル変換され、記録処理部３５を介して記憶部３６に送信されて記録される。このようにして、スイッチング装置により測定対象の測定単位を次々に切り替えて細胞電位を測定する。測定対象の測定単位の切り替えは、キーボード等の操作・入力部３８を通じて手動で行ってもよいし、予め設定した切り替え順序（切り替えパターン）を記憶部３６に記憶させておき、これに基づき、自動的に実施してもよい。

測定装置と本実施例の細胞電位測定用容器との接続方法として、前述の接続用プローブを使用する方法の他に、図１３に示すようにコネクタを使用する方法がある。図１３において、図１〜図１２と同一部分には同一符号を付している。すなわち、本実施例の細胞電位測定用容器において、容器本体プレート１１の一端の表面に、コネクタ端子４９を設け、コネクタ端子４９内に、第１測定用端子、第２測定用端子、電力供給用端子およびスイッチング信号入力用端子を配置する。一方、細胞電位測定装置（図示せず）と、コネクタ端子４８とを配線で接続する。そして、両コネクタ端子４８，４９を接続させることで、細胞電位測定装置と本実施例の細胞電位測定用容器とが接続される。

本発明において、自然な状態の細胞の電位を測定する他、化学物質、医薬品候補物質の存在下で細胞の電位を測定してもよく、この他、光、熱、電磁波、圧力、機械的力の存在下で細胞の電位を測定してもよい。

以上のように、本発明の細胞電位測定用容器では、前記第２溶液用流路の上に複数の前記測定単位が配置されており、このため、測定対象の細胞数が増えた場合であっても容器の構造が複雑になることがない。したがって、本発明の細胞電位測定用容器は、細胞電位を測定する全ての分野に有用であり、例えば、細胞電気生理学の研究や医薬品の開発に有効である。

図１は、本発明の一実施例の細胞電位測定用容器の斜視図である。 図２は、前記実施例の細胞電位測定用容器の平面図である。 図３は、図１のＡ−Ａ方向に見た前記実施例の細胞電位測定用容器の断面図である。 図４は、前記図３の断面図の一部拡大断面図である。 図５は、前記実施例の細胞電位測定用容器の基板の斜視図である。 図６（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、前記実施例の細胞電位測定用容器の前記基板の貫通孔を示す断面図である。 図７は、前記実施例の細胞電位測定用容器の配線構造を示す一部断面斜視図である。 図８は、前記実施例の細胞電位測定用容器の配線回路を示す回路図である。 図９は、前記実施例の細胞電位測定用容器の配線構造を示す一部斜視図である。 図１０は、前記実施例のその他の配線構造を示す一部断面斜視図である。 図１１は、細胞電位測定装置の一例の構成を示す機能ブロック図である。 図１２は、前記実施例の細胞電位測定用容器と前記細胞電位測定装置との接続状態の一例を示す斜視図である。 図１３は、前記実施例の細胞電位測定用容器と前記細胞電位測定装置との接続状態のその他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１１ 容器本体プレート
１１ａ トッププレート
１１ｂ ボトムプレート
１２ 樹脂部
１３ａ 第１測定用端子
１３ｂ 第２測定用端子
１４ 第１溶液溜め部
１５ 第２溶液溜め部
１６ 電気信号増幅装置
１７ スイッチング装置
１８ 仕切り基板
１９ 貫通孔
２０ 第２溶液用流路
２１ａ 第２溶液導入口
２１ｂ 第２溶液排出口
２２ 突起部
２３ 抵抗器
２４ 封止樹脂
２５ 電力供給用端子
２６ スイッチング信号入力用端子
２７ａ 第１電極
２７ｂ 第２電極
２８ａ 第１配線パターン
２８ｂ 第２配線パターン
２９ 導電ワイヤ
３０ 測定単位
３１ 細胞電位測定装置本体
３２ 電気信号測定部
３３ 電力供給部
３４ スイッチング信号出力部
３５ 記録処理部
３６ 記憶部
３７ 操作・入力部
３８ 表示部
３９ 細胞
４０ プローブヘッド本体
４１ 第２プローブ保持部
４２ 第１プローブ保持部
４３、４４、４５、４６ プローブ
４７ 測定台
４８，４９ コネクタ端子

Claims (8)

1. 第１溶液溜め部、第２溶液溜め部、仕切り基板を備える複数の測定単位を有する細胞電位測定容器であって、
   各前記測定単位において、前記第１溶液溜め部と前記第２溶液溜め部とは前記仕切り基板により仕切られ、
   前記仕切り基板には、貫通孔が設けられ、
   前記貫通孔の一端は前記第１溶液溜め部に向かって開口し、前記貫通孔の他端は、前記第２溶液溜め部に向かって開口し、
   前記貫通孔の前記一端の開口部は細胞を保持可能であり、
   前記細胞電位測定容器は、さらに第２溶液用流路を有し、前記第２溶液用流路と前記第２溶液溜め部とが連通し、前記第２溶液用流路の一端開口部は前記第２溶液の導入口であり、前記第２溶液用流路の他端開口部は前記第２溶液の排出口であるとともに、
   前記第２溶液用流路は、プレート内部において、その長手方向に沿って延びるように複数本形成されるとともに、これらの各第２溶液用流路の上には、前記複数の測定単位が、前記プレートの長手方向に沿って直列して配置され、この列は、前記プレートの幅方向に沿って複数本並列しており、
   前記第１溶液溜め部に注入される第１溶液に接触可能な第１電極と、前記第２溶液溜め部に導入される第２溶液に接触可能な第２電極とが配置され、前記第２電極が流路毎の共通電極として形成され、
   前記第２溶液用流路の前記第２溶液溜め部に対応する位置に、
   前記第２溶液を前記第２溶液溜め部に向かって流すための流方向制御手段が配置されている細胞電位測定用容器。
2. 前記流方向制御手段が、前記第２溶液用流路内部に形成された突起部である請求項１に記載の細胞電位測定用容器。
3. 前記第２溶液用流路を複数有し、各前記第２溶液用流路毎に複数の前記測定単位が直列状に配置されている請求項１に記載の細胞電位測定用容器。
4. 前記第１溶液溜め部の下に、前記第２溶液溜め部が配置されている請求項１に記載の細胞電位測定用容器。
5. 前記仕切り基板に、複数の前記貫通孔が設けられている請求項１に記載の細胞電位測定用容器。
6. 前記第１電極が、前記仕切り基板の第１溶液溜め部側表面に配置され、前記第２電極が、前記仕切り基板の第２溶液溜め部側表面に配置されている請求項１に記載の細胞電位測定用容器。
7. さらに第１測定用端子および第２測定用端子とを有し、複数の前記測定単位における各前記第１電極および各前記第２電極のいずれか一方が、前記第１測定用端子および前記第２測定用端子の一方と、共通配線構造で接続している請求項１に記載の細胞電位測定用容器。
8. 複数の測定グループを備え、
   これらの測定グループは、それぞれ直列状に配置された複数の測定単位を有する請求項１〜７のいずれかに記載の細胞電位測定容器。

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