JP6908009B2 - プレート - Google Patents

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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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