JP6908009B2 - プレート - Google Patents

Description

本発明は、内部にマイクロ流路を有するプレートに関し、更に詳しくは、マイクロ流路内において細胞や生体組織を培養しながら観察することができる培養容器として好適なプレートに関する。

細胞は、生体内の細胞外微小環境下においてその機能制御が行われている。ここで、細胞外微小環境は、成長因子、ビタミン、ガス分子等の可溶性因子、細胞外マトリックス等の不溶性因子、および細胞間相互作用などから構成されている。
従来、細胞や生体組織の培養においては、寒天等の培地を形成した培養ディッシュや培養プレートなどの培養容器が使用されている。このような培養容器を使用した細胞培養は、二次元（平面）の環境で行われるため、細胞外微小環境を再現することが困難である。このような事情から、三次元（立体）の環境で細胞培養が可能なマイクロ流路を有するプレート（バイオチップ、マイクロチップ）が提案されている（特許文献１参照）。

図１３は、従来のプレートの一例における構成を示す説明図である。このプレート８０は、液体試料が注入される注入口８２および液体試料が排出される排出口８３が形成された透明な第１の基板８１と、この第１の基板８１に積層された第２の基板８５とが一体に接合されて構成されている。プレート８０の内部には、注入口８２から排出口８３に向かって伸びるマイクロ流路８６が形成されている。
このプレート８０においては、注入口８２から注入された液体試料が、マイクロ流路８６を流通した後、排出口８３から排出される。そして、液体試料がマイクロ流路８６を流通する際に、当該液体試料中の細胞等の状態を、顕微鏡によって拡大して観察することができる。

しかしながら、このようなプレートが、複数のマイクロ流路を有するものである場合や、複数の分岐流路が形成されたマイクロ流路を有するものである場合には、以下のような問題がある。
マイクロ流路を流通する液体試料中の細胞等を、顕微鏡によって拡大して観察する最中に、現在観察している流路が、いずれのマイクロ流路であるか、或いはいずれの分岐流路であるかが判らなくなることがある。このようなときには、一旦、顕微鏡の倍率を下げてから、観察している流路がどの位置にある流路であるかを特定し、その後、顕微鏡の倍率を上げてから、再度、細胞等の観察を続行することが必要となる。
このような作業は、極めて煩雑であり、特に、数十〜数百本の微細なマイクロ流路が高密度で配列されている場合には、顕微鏡の倍率を下げたとしても、観察しているマイクロ流路を特定すること自体が困難となる。

特開２０１８−４７６１４号公報

本発明の目的は、複数のマイクロ流路や、複数の分岐流路が形成されたマイクロ流路を有するものであっても、マイクロ流路を流れる試料を顕微鏡によって観察しているときに、当該顕微鏡の倍率を下げることなしに、観察中のマイクロ流路または分岐流路がどの位置にあるものであるかを容易に特定することができるプレートを提供することにある。

本発明のプレートは、内部にマイクロ流路を有するプレートであって、
当該プレートの面方向における前記マイクロ流路の位置を識別する識別マークを有し、
前記マイクロ流路を形成するための流路形成用溝が形成された第１の基板と、この第１の基板に積層された第２の基板とが接合されてなり、前記第１の基板は、透明な合成樹脂よりなり、
前記第１の基板には、試料が注入される注入口および試料が排出される排出口が設けられ、且つ、射出成形によるウエルドラインであって、当該注入口および当該排出口の開口縁から第１の基板の周縁に伸びるウエルドラインが形成されており、当該ウエルドラインによって、前記識別マークが形成されていることを特徴とする。

本発明のプレートにおいては、互いに独立して形成された複数の前記マイクロ流路を有し、前記識別マークは、前記マイクロ流路毎に形成されていることが好ましい。

また、本発明のプレートにおいては、前記マイクロ流路は、試料が注入される注入口に連通する源流路と、この源流路に連通する複数の分岐流路とを有し、前記識別マークは、前記源流路および前記分岐流路毎に形成されていることが好ましい。

また、本発明のプレートにおいては、平面視したときに、前記識別マークが前記マイクロ流路の近傍部位または前記マイクロ流路と重なる部位に形成されていることが好ましい。

また、本発明のプレートにおいては、前記合成樹脂がシクロオレフィン樹脂であることが好ましい。

本発明のプレートによれば、面方向におけるマイクロ流路の位置を識別する識別マークが形成されているため、複数のマイクロ流路や、複数の分岐流路が形成されたマイクロ流路を有するものであっても、マイクロ流路を流れる試料を顕微鏡によって観察しているときに、当該顕微鏡の倍率を下げることなしに、観察中のマイクロ流路または分岐流路がどの位置にあるものであるかを容易に特定することができる。

本発明の第１の実施形態に係るプレートの構成を示す平面図である。 図１に示すプレートにおけるＡ−Ａ断面図である。 図１に示すプレートにおけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るプレートの構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るプレートの構成を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係るプレートの構成を示す平面図である。 図６に示すプレートにおける識別マークを拡大して示す説明図である。 本発明のプレートにおける変形例を示す平面図である。 図８に示すプレートにおけるＡ−Ａ断面図である。 図８に示すプレートにおけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明のプレートにおける他の変形例を示す平面図である。 本発明のプレートにおける更に他の変形例を示す平面図である。 従来のプレートの一例における構成を示す説明図である。

以下、本発明のプレートの実施の形態について説明する。
〈第１の実施形態〉
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプレートの構成を示す平面図である。図２は、図１に示すプレートにおけるＡ−Ａ断面図である。図３は、図１に示すプレートにおけるＢ−Ｂ断面図である。
このプレート１０は、透明な第１の基板１１と第２の基板１５とが積層されて一体的に接合された板状体によって構成されている。この例のプレート１０は、その内部に複数（図示の例では３つ）の直線状のマイクロ流路１６を有する。これらのマイクロ流路１６は、互いに連通することなく独立して形成され、かつ、平行に並ぶよう配列されている。

第１の基板１１には、第２の基板１５に接する側の面（図２において下面）に、流路形成用溝１２が形成されている。一方、第２の基板１５における第１の基板１１に接する側の表面（図２において上面）は、平坦面とされている。そして、第１の基板１１に形成された流路形成用溝１２によって、第１の基板１１と第２の基板１５との間にマイクロ流路１６が形成されている。

また、第１の基板１１には、各マイクロ流路１６に対応して、液体試料が注入される注入口１３および液体試料が排出される排出口１４が、当該第１の基板１１を厚み方向に貫通するよう形成されている。マイクロ流路１６の各々の一端は、対応する注入口１３に連通して接続され、マイクロ流路１６の各々の一端は、対応する排出口１４に連通して接続されている。

本発明のプレート１０は、当該プレート１０の面方向におけるマイクロ流路１６の位置を識別する識別マーク２０を有するものである。図示の例のプレート１０における識別マーク２０は、当該プレート１０を平面視したときに、各マイクロ流路１６毎に、第一の基板１１におけるマイクロ流路１６の近傍部位に形成されている。具体的には、識別マーク２０の各々は、第１の基板１１の表面における注入口１３の各々の周辺に設けられた凹所によって構成されている。これらの識別マーク２０は、注入口１３に対する凹所の相対的位置の相違によって、対応するマイクロ流路１６についてプレート１０の面方向における位置を識別するものである。

図１を参照しながら説明すると、向かって左側に位置するマイクロ流路１６に係る識別マーク２０は、図において注入口１３の開口の左側の位置に当該開口の半径方向に沿って形成されている。また、中央に位置するマイクロ流路１６に係る識別マーク２０は、図において注入口１３の開口の上側の位置に当該開口の半径方向に沿って形成されている。また、向かって右側に位置するマイクロ流路１６に係る識別マーク２０は、図において注入口１３の開口の右側の位置に当該開口の半径方向に沿って形成されている。このように、注入口１３の開口に対する識別マーク２０の位置の相違によって、当該識別マーク２０に係るマイクロ流路１６についてのプレート１０の面方向における位置が識別され、その結果、他の識別マーク２０に係るマイクロ流路１６と識別される。

第１の基板１１を構成する材料としては、透明な合成樹脂を用いることができる。かかる合成樹脂の具体例としては、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂、シクロオレフィン樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。これらの中では、射出成形性、透明性、強度、接合性などの観点から、シクロオレフィン樹脂を用いることが好ましい。
第２の基板１１を構成する材料としては、合成樹脂を用いることができ、その具体例としては、第１の基板１１を構成する合成樹脂と同様のものが挙げられる。
第１の基板１１および第２の基板１５の各々の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば０．５〜７ｍｍである。マイクロ流路１６の幅は、例えば０．１〜３ｍｍである。マイクロ流路１６の高さ（流路形成用溝１２の深さ）は、例えば０．０５〜１ｍｍである。

上記のプレート１０は、例えば以下のようにして製造することができる。
先ず、図３に示すように、それぞれ樹脂よりなる第１の基板１１および第２の基板１５を製造する。第１の基板１１には、その表面に流路形成用溝１２が形成されていると共に、流路形成用溝１２の両端位置に、当該第１の基板１１を厚み方向に貫通する注入口１３および排出口１４が形成されている。一方、第２の基板１５の表面は、平坦面とされている。
第１の基板１１および第２の基板１５を製造する方法としては、射出成形法、注型法などの樹脂成形法を、用いられる樹脂に応じて適宜選択することができる。
次いで、第１の基板１１および第２の基板１５の各々における接合面となる面に対して、表面活性化処理を行う。この表面活性化処理としては、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射する紫外線照射処理、大気圧プラズマ装置からの大気圧プラズマを接触させるプラズマ処理を利用することができる。

表面活性化処理として紫外線照射処理を利用する場合において、真空紫外線を放射する光源としては、波長１７２ｎｍに輝線を有するキセノンエキシマランプ等のエキシマランプ、中心波長１８５ｎｍの低圧水銀ランプ、波長１２０〜２００ｎｍの範囲に強い発光スペクトルを有する重水素ランプを好適に用いることができる。
第１の基板１１および第２の基板１５の各々の表面に照射される真空紫外線の照度は、例えば５〜５００ｍＷ／ｃｍ² である。
また、第１の基板１１および第２の基板１５の各々の表面に対する真空紫外線の照射時間は、第１の基板１１および第２の基板１５を構成する樹脂に応じて適宜設定されるが、例えば５〜６秒間である。

表面活性化処理としてプラズマ処理を利用する場合において、プラズマ生成用ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガスなどを主成分とし、酸素ガスが０．０１〜５体積％含有してなるものを用いることが好ましい。または、窒素ガスとクリーンドライエア（ＣＤＡ）との混合ガスを用いることも可能である。
プラズマ処理に用いられる大気圧プラズマ装置の動作条件としては、例えば周波数が２０〜７０ｋＨｚ、電圧が５〜１５ｋＶｐ−ｐ、電力値が０．５〜２ｋＷである。
また、大気圧プラズマによる処理時間は、例えば５〜１００秒間である。

このようにして表面活性化処理された第１の基板１１および第２の基板１５を、それぞれの表面が互いに接触するよう積層する。そして、第１の基板１１および第２の基板１５を、自重により若しくは外部から圧力を加えることにより厚み方向に加圧した状態で、必要に応じて加熱することによって接合する。
以上において、加圧および加熱の具体的な条件は、第１の基板１１および第２の基板１５を構成する材料に応じて適宜設定される。
具体的な条件を挙げると、加圧力が例えば０．１〜１０ＭＰａで、加熱温度が例えば４０〜１５０℃である。

以上において、第１の基板１１における識別マーク２０は、射出成形法、注型法などの樹脂成形法によって直接形成することができる。また、樹脂成形法によって、識別マーク２０が形成されていない第１の基板用成形体を作製した後、機械的加工によって、第１の基板１１の表面における注入口１３の各々の周辺に凹所を形成することにより、識別マーク２０を有する第１の基板１１を作製してもよい。

〈第２の実施形態〉
図４は、本発明の第２の実施形態に係るプレートの構成を示す平面図である。このプレート１０は、第１の実施形態に係るプレート１０と同様に、流路形成用溝１２、注入口１３および排出口１４が形成された、透明な第１の基板１１と、第２の基板１５（図２参照）とが積層されて一体的に接合された板状体によって構成されている。プレート１０の内部には、複数（図示の例では３つ）の直線状のマイクロ流路１６が、互いに連通することなく独立して形成され、かつ、平行に並ぶよう配列されている。

第１の基板１１には、射出成形によるウエルドラインが、当該第１の基板１１を平面視したときに、注入口１３および排出口１４の開口縁から第１の基板１１の周縁に伸びるよう形成されている。ここで、ウエルドラインは、第１の基板１１には厚み方向に貫通する注入口１３および排出口１４が形成されているため、熱可塑性の合成樹脂を射出成形することによって第１の基板１１を作製する場合には、得られる第１の基板１１に不可避的に生ずるものである。

そして、この例のプレート１０においては、第１の基板１１に形成されたウエルドラインによって、当該プレート１０の面方向におけるマイクロ流路１６の位置を識別する識別マーク２０が、マイクロ流路１６毎に形成されている。これらの識別マーク２０は、当該識別マーク２０を構成するウエルドラインの伸びる方向の相違によって、対応するマイクロ流路１６についてプレート１０の面方向における位置を識別するものである。ウエルドラインの伸びる方向は、射出成形において用いられる金型のゲートの位置などによって調整することができる。
第２の実施形態に係るプレート１０におけるその他の構成は、第１の実施形態に係るプレート１０と同様である。

〈第３の実施形態〉
図５は、本発明の第３の実施形態に係るプレートの構成を示す平面図である。このプレート１０は、第１の実施の形態に係るプレート１０と同様に、流路形成用溝１２、注入口１３および排出口１４が形成された、透明な第１の基板１１と、第２の基板１５（図２参照）とが積層されて一体的に接合された板状体によって構成されている。プレート１０の内部には、マイクロ流路１６が形成されている。

このプレート１０においては、マイクロ流路１６は、注入口１３に連通する源流路１７と、この源流路１７に連通する複数（図示の例では３つ）の分岐流路１８とを有する。分岐流路１８の各々は、当該分岐流路１８に対応して形成された排出口１４に連通して接続されている。

また、この例のプレート１０においては、平面視したときに、第１の基板１１における源流路１７および分岐流路１８の各々の近傍部位に、一次元コードまたは二次元コードよりなる識別マーク２０が形成されている。二次元コードとしては、ＱＲコード（登録商標）、ベリコード、データマトリックスなどを用いることができる。
識別マーク２０として一次元コードまたは二次元コードを用いる場合には、マイクロ流路１６（源流路１７および分岐流路１８）について、プレートの面方向における位置を識別するための情報の他に、流路長などの情報を記録することができる。
第３の実施形態に係るプレート１０におけるその他の構成は、第１の実施形態に係るプレート１０と同様である。

第１の基板１１に、一次元コードまたは二次元コードよりなる識別マーク２０を形成する方法としては、レーザー光によるマーキング、機械加工、ナノインプリント、露光などを利用することができる。

〈第４の実施形態〉
図６は、本発明の第４の実施形態に係るプレートの構成を示す平面図である。このプレート１０は、第１の実施形態に係るプレート１０と同様に、流路形成用溝１２、注入口１３および排出口１４が形成された、透明な第１の基板１１と、第２の基板１５（図２参照）とが積層されて一体的に接合された板状体によって構成されている。プレート１０の内部には、複数（図示の例では３つ）の直線状のマイクロ流路１６が、互いに連通することなく独立して形成され、かつ、平行に並ぶよう配列されている。

この例のプレート１０においては、平面視したときに、第１の基板１１におけるマイクロ流路１６と重なる部位の各々に、識別マーク２０が形成されている。識別マーク２０の各々は、図７に拡大して示すように、格子図形２３と、この格子図形２３における一つのマス目の領域に設けられた不透明化部位２４とによって構成されている。これらの識別マーク２０は、格子図形２３における不透明化部位２４の位置の相違によって、対応するマイクロ流路１６についてプレート１０の面方向における位置を識別するものである。格子図形２３におけるマス目の寸法（不透明化部位２４の表面の寸法）は、マイクロ流路１６の数やマイクロ流路１６の寸法に応じて適宜設定することができ、例えば１μｍ×１μｍである。
第１の基板１１に格子図形２３を形成する方法としては、レーザー光によるマーキング、機械加工、ナノインプリント、露光などを利用することができる。
また、不透明化部位２４を形成する方法としては、第１の基板１１の表面に梨地処理を施す方法などを用いることができる。梨地処理としては、ブラスト処理を用いることができる。

上記の第１の実施形態〜第４の実施形態に係るプレート１０によれば、面方向におけるマイクロ流路１６の位置を識別する識別マーク２０が形成されているため、プレート１０が複数のマイクロ流路１６や、複数の分岐流路１８が形成されたマイクロ流路１６を有するものであっても、マイクロ流路１６を流れる試料を顕微鏡によって観察しているときに、当該顕微鏡の倍率を下げることなしに、当該マイクロ流路１６または当該分岐流路１８がプレート１０中のどの位置にあるマイクロ流路１６であるかを容易に特定することができる。

本発明のプレートは、上記の実施の形態に限定されず、以下のように、種々の変更を加えることが可能である。
（１）本発明のプレートにおいて、識別マークは、視覚的または光学的に認識することが可能で、プレートの面方向におけるマイクロ流路の位置を識別し得るものであれば、第１の実施形態乃至第４の実施形態のものに限定されない。

例えば図８乃至図１０に示すように、第１の基板１１の表面における各注入口１３の周縁に沿って円弧状に形成された、第１の基板１１の外表面から突出する突出部２１と、この突出部２１に形成されたスリット２２とによって、識別マーク２０が形成されていてもよい。これらの識別マーク２０は、突出部２１に形成されたスリット２２の位置の相違によって、対応するマイクロ流路１６についてプレート１０の面方向における位置を識別するものである。
図８を参照しながら説明すると、向かって左側に位置するマイクロ流路１６に係る識別マーク２０においては、スリット２２が図において突出部２１における左側の位置に注入口１３の開口の半径方向に沿って形成されている。また、中央に位置するマイクロ流路１６に係る識別マーク２０においては、スリット２２が図において突出部２１における上側の位置に注入口１３の開口の半径方向に沿って形成されている。また、向かって右側に位置するマイクロ流路１６に係る識別マーク２０においては、スリット２２が図において突出部２１における右側の位置に注入口１３の開口の半径方向に沿って形成されている。このように、識別マーク２０における突出部２１に形成されたスリット２２の位置の相違によって、当該識別マーク２０に係るマイクロ流路１６についてのプレート１０の面方向における位置が識別され、その結果、他の識別マーク２０に係るマイクロ流路１６と識別される。

また、図１１および図１２に示すように、マイクロ流路１６に沿って平行に並ぶ複数の線分２５よりなる図形によって、識別マーク２０が形成されていてもよい。図１１に示す識別マーク２０は、一の線分２５が他の線分２５よりも長く、長い線分２５の位置の相違によって、対応するマイクロ流路１６についてプレート１０の面方向における位置を識別するものである。また、図１２に示す識別マーク２０は、一の線分２５が他の線分２５よりも太く、太い線分２５の位置の相違によって、対応するマイクロ流路１６についてプレート１０の面方向における位置を識別するものである。
また、識別マーク２０を複数の線分よりなる図形によって形成する場合には、長い線分または太い線分を１、その他の線分を０とする二進数によって、対応するマイクロ流路１６についてプレート１０の面方向における位置を識別することもできる。

（２）本発明のプレート１０において、第２の基板１５が透明なものであることは必須ではなく、半透明または不透明なものであってもよい。
（３）第１の実施形態および第３の実施形態において、識別マーク２０は、第１の基板１１の外表面に形成されているが、第１の基板１１における第２の基板１５と接合される面、第２の基板１５における第１の基板１１と接合される面、またはそれらの面の両方に、識別マーク２０が形成されていてもよい。

１０ プレート
１１ 第１の基板
１２ 流路形成用溝
１３ 注入口
１４ 排出口
１５ 第２の基板
１６ マイクロ流路
１７ 源流路
１８ 分岐流路
２０ 識別マーク
２１ 突出部
２２ スリット
２３ 格子図形
２４ 不透明化部位
２５ 線分
８０ プレート
８１ 第１の基板
８２ 注入口
８３ 排出口
８５ 第２の基板
８６ マイクロ流路

Claims (5)

1. 内部にマイクロ流路を有するプレートであって、
   当該プレートの面方向における前記マイクロ流路の位置を識別する識別マークを有し、
   前記マイクロ流路を形成するための流路形成用溝が形成された第１の基板と、この第１の基板に積層された第２の基板とが接合されてなり、前記第１の基板は、透明な合成樹脂よりなり、
   前記第１の基板には、試料が注入される注入口および試料が排出される排出口が設けられ、且つ、射出成形によるウエルドラインであって、当該注入口および当該排出口の開口縁から第１の基板の周縁に伸びるウエルドラインが形成されており、当該ウエルドラインによって、前記識別マークが形成されていることを特徴とするプレート。
2. 互いに独立して形成された複数の前記マイクロ流路を有し、前記識別マークは、前記マイクロ流路毎に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート。
3. 前記マイクロ流路は、試料が注入される注入口に連通する源流路と、この源流路に連通する複数の分岐流路とを有し、前記識別マークは、前記源流路および前記分岐流路毎に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート。
4. 平面視したときに、前記識別マークが前記マイクロ流路の近傍部位または前記マイクロ流路と重なる部位に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のプレート。
5. 前記合成樹脂がシクロオレフィン樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプレート。
   

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