JPH01295150A - 微環境センサー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微環境用センサー及びその使用に関する。

〔従来の技術〕

比較的大きな寸法（１０−’〜１０−７ｍより大きな寸
法）の多くの微環境センサーでは、それらが置かれる環
境を変化させるので微環境パラメーターをモニターする
ためのそれらの使用が妨げられる。

マイクロセンサーにおいてさえ、これらの装置の寸法が
環境の変更を絶対的に最小にするとしても、幾らかの環
境変化は生ずる。

〔本発明の説明〕

１つの観点において本発明は、基板（１）上に付着され
た導電性アレイを有するセンサー装置で−界面（５）二
次元アレイ（４）を含み、該表面及び該界面（５）の露
出部分は生物適合性であり、そして該露出部分は１　ｍ
ｍを越えない寸法を有することを特徴とするセンサー装
置を提供する。

他の観点において本発明は、生体外の生物学的材料の状
態を検知する方法であって、露出した生物適合性検知界
面手段を有する生物適合性表面上で生物材料を培養し、
そして該表面手段の電気的状態を検知する、ことを含ん
で成る方法を提供する。これは、生物材料をモニターす
ることを可能にする。

このセンサーは任意の所望の形状を有することができ、
例えば単一の検知界面又は複数の検知界面の所定の配列
を有する正方形、長方形又は円形の基板を有することが
できる。検知各界面は好ましくはミクロの寸法（１０ミ
クロン未満）を有することが好ましく、そして界面の位
置は用途に応じて定めることができ、そして各用途に特
異的であることができる。各界面からのデーターを集め
そして処理するためにシグナル処理回路部品が必要であ
り、そして各センサーは適切な回路部品と共に使用され
る。

標準的な半導体加工技術及び材料を用いて、微環境をモ
ニターするためにその中に導入することを必要としない
微小寸法の微環境トランスジューサーを作ることができ
る。細胞はアレイ上で増殖することができ、そしてセン
サーの周囲にそれらの微環境を形成し、アレイはセンサ
ーの導入を伴う欠点を有しない。

１個又は複数個の界面から成ることができるセンサーア
レイはガラス、ポリマー、プラスチック又はシリコン基
板上に適切に作られる。さらに、基板は硬質でも柔軟で
もよい。検知界面の幾何学的配置は正確な用途及び要求
に応じて変更しそして特殊化することができる。

センサーアレイは、センサーアレイ内でのセンサー界面
の寸法及び配置の高度な正確さ及び再現性を可能にする
標準的半導体技術、例えば写真平版法又は電子ビーム平
版印刷法を用いて適切に決定される。零発のセンサーは
、シグナル処理回路と組み合わせて使用されそして標準
的インターフェース法及び材料を用いてこのような装置
に容易にインターフェースされるように設計することが
できる。これにより、異る検知様式のセンサーがシグナ
ル処理回路部品と共に迅速に且つ容易に交換可能となる
。

この発明のセンサーは、生細胞の増殖、活性及び微環境
をモニターするために培養皿中で使用するために主とし
て設計されている。添加剤の効果を決定することができ
、そして装置はさらに材料、例えば細胞毒物、の生細胞
への効果を評価しそしてスクリーニングする迅速で効果
的な方法を提供′する。こうして、細胞の微環境の変化
の効果をモニターすることができる。腫瘍細胞の場合、
酸素濃度及び細胞内での他の遊離基停止剤の活性を用い
て癌細胞を照射する最適時間を決定することができる。

本発明のセンサーアレイは培養器の底に、別個の基板と
して、又は培養器の一体部分として導入することができ
、そして細胞は適切な培地中で検知アレイの上で培養さ
れる。こうして、培養器中の材料の微環境はセンサーに
よって撹乱されない。

微環境の多くのパラメーターが同時に、非侵略的に決定
され得るように、検知界面の形状及び機能（様式）は使
用に先立って選択することができる。

生体外でのヒト癌細胞のモニターにおけるセンサーの使
用を、例示的に、図面に言及しながら記載する。

センサーは、１４０００ミクロンＸ　１４０００ミクロ
ンの寸法の正方形を成すポリマー、ガラス、プラスチッ
ク又はシリコン基板から成る。この基板は９００ミクロ
ンの厚さを有することができる。示されているセンサー
アレイは二次元アレイに配置された５６個の検知部位を
有する。各部位は１個のセンサー界面５を有し、そして
これらのすべてのサブセットは金属性接続パッド２から
同時に形成することができ、このパッドは金属導電路３
により検知界面５（第２図）に連結され、この界面は培
養された細胞及び組織内又はその下で例えばｐｌ＋、酸
素、温度及び他のイオン検知するために配置することが
できる。

導電体の配置は第２図に示されており、ここでは各検知
界面が別々の且つ分離された導体３によりそれぞれのパ
ッド２に連結されている。

センサー界面及び絶縁体のために使用される材料は生物
適合性でなければならない。好ましい金属はタンタル、
チタン、金、白金、イリジウム及びロジウムである。

絶縁材料は例えば二酸化珪素、及び／又は窒化珪素又は
生物適合性ポリマーから成ることができる。

アレイは個々のアレイとして培養器（示してない）に導
入されてもよく、又は培養器の生地中又は生地上に一体
化されてもよい。

他の用途には、培養器中に添加された材料の効果及びそ
の内容物のモニターが含まれる。例えば、ヒト癌細胞の
生体外増殖の場合、細胞毒性剤、化学物質及び療法剤の
添加の培養材料への効果をモニターすることができる。

検知界面アレイの形は特定の用途及び検出されるべき化
学種に応じて定めることができる。

記載された具体例において、検知界面の露出された部分
の寸法は１０−２ｍｍを越えない。これらは典型的には
２〜６ミクロンであり、そして最も好ましくは４ミクロ
ンである。しかしながら、幾つかの場合には、検知界面
の露出された部分はこれを越える１又は複数の寸法を有
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、多センサーアレイの平面図である。 第２図は多検知界面を示すセンサーの中央部の拡大表面
図である。 ■・・・基板、　　　　　　２・・・パッド、３・・・
導電路、　　　　　４・・・二次元アレイ、５・・・セ
ンサー界面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に付着された導電性アレイを有するセンサー
   装置であって、該導電性アレイは該装置の表面上で露出
   された１個のセンサー界面又は複数のセンサー界面の二
   次元アレイを含み、該表面及び該界面の露出部分は生物
   適合性であり、そして該露出部分は１ｍｍを越えない寸
   法を有することを特徴とするセンサー装置。 ２、前記導電性アレイが各界面のための各金属製又は、
   他の適当な導電材料製導電路を構成し、そして各導電路
   は接続パッドで終っている、請求項１に記載のセンサー
   装置。 ３、前記センサー界面の少なくとも１つが温度、ｐＨ、
   酸素濃度又は陽イオン濃度測定用である、請求項１又は
   ２に記載のセンサー装置。 ４、前記表面が培養器の内面である、請求項１〜３のい
   ずれか１項に記載のセンサー装置。 ５、前記の寸法が１０＾−＾２ｍｍを越えないものであ
   る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 ６、前記寸法が、前記表面に接する細胞の寸法を越えな
   い、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサー装置
   。 ７、生体外の生物学的材料の状態を検知する方法であっ
   て、露出した生物適合性検知界面手段を有する生物適合
   性表面上で生物材料を培養し、そして該表面手段の電気
   的状態を検知する、ことを含んで成る方法。 ８、前記材料に細胞毒性薬を添加する追加段階を含んで
   成る方法。 ９、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサー装置
   を用いて行われる、請求項７又は８に記載の方法。