JPH02245181A

JPH02245181A - 静電荷パターンによる細胞培養方法

Info

Publication number: JPH02245181A
Application number: JP1066794A
Authority: JP
Inventors: Makoto Matsuo; 誠松尾; Minoru Uchiumi; 内海　実
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1989-03-18
Filing date: 1989-03-18
Publication date: 1990-09-28

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〕本発明は静電荷パターンを形成した電荷保持媒体上に生
体組織を付着させ、組織のイオン性相互作用を利用して
細胞培養を行うようにした静電荷パターンによる細胞培
養方法に関するものである。

〔従来の技術〕

般に単離した組繊細胞を培養する場合、多くは人工基質
に接着しないと増殖できない。細胞が増殖するためには
さまざまな環境要因が影響するので、基質との接着はそ
の一つの要因にしかすぎないが、少なくとも細胞の基質
への粘着、偽足の形成、伸長といった一連の挙動に対し
て基質の役割は無視しえないと言われている。

ところで、細胞は、細胞膜上のムコ多糖タンパク質複合
体、或いは糖鎖末端のシアル酸などにもとづき、全体と
して負電荷、上皮細胞系で−３０〜−４（］ｍＶを有す
ることが知られており、基質の荷電状態がその接着と増
殖に影響を及ぼすと言われている。例えば、Ｒｅｍｂａ
ｕｍらは代表的な正電荷（第４級アンモニウム塩）ポリ
マーであるポリイオネンに対する細胞の接着速度はガラ
スより犬きいことを示した。またポリ）ＩＩＥＭＡには
、細胞接着量は少ないが、２０％のメタクリル酸ジエチ
ルアミノエチルを共重合することにより細胞接着性が向
上することが報告されている。またＭａｃｉｅｉｒ＋ａ
−Ｃｏｅｌｈｏらはグルタルアルデヒドで固定した仔牛
血清アルブミンにイオン性のポリアミノ酸を吸着させた
基質上でのマウスＬあるいはＢＨＫ細胞の増殖を調べ、
ポリグルタミン酸、ポリフェニルアラニンのような酸性
あるいは中性のポリアミノ酸を吸着した表面では細胞は
凝集するのみで増殖しないのに対し、ポリジン、ポリオ
ルニチン、ヒストンなど塩基性のポリアミノ酸あるいは
タンパク質を吸着した表面では細胞は単離して増殖する
ことを示した。

このように基材の荷電は、培養細胞の接着、増殖に大き
な影響を持ち、定性的には培地中で正電荷を有するよう
な基材表面上では細胞の吸着速度は増大し、負電荷の基
材は逆の効果を示す例が多い。一方、正電荷があまり強
すぎると、細胞に変性をもたらし増殖を阻害することも
知られており、全面均一電荷の状態では増殖せず、−船
釣には、アイランド状に電荷を分布させ、かつ電荷の大
きさや間隔を細胞によって異ならせることが増殖の条件
として必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、細胞のイオン性相互作用を利用してシャーレ
等で細胞培養を行う場合、目的の細胞により電荷パター
ンや強さを変える必要があるが、従来、電荷パターンを
自由に設定できる媒体がなく、そのため細胞培養に最適
な電荷パターンはどのようなものか等十分解明すること
ができず、研究の進展の上で障害の一つとなっていた。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、細胞培養
のための電荷パターンを、その強度、間隔等を簡単に自
由に設定することができ、細胞培養技術の発展への貢献
度が極めて大きい静電荷パターンによる細胞培養方法を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、導電性層を介在させて支持体上に
光導電性層を形成した感光体と、導電性層を介在させて
支持体上に絶縁層を形成した電荷保持媒体とを対向配置
し、感光体および電荷保持媒体の導電性層間に電圧を印
加しながら感光体側から画像露光を行って表面に画像状
に電荷を蓄積させた電荷保持媒体上で細胞培養を行うこ
とを特徴とする。

〔作用〕

本発明は感光体と電荷保持媒体とを使用し、感光体を通
して画像露光することにより、電荷保持媒体上に静電荷
パターンを形成し、この上で細胞培養を行うものであり
、静電荷パターンは露光パターンを変えることにより任
意に自由に変えることができるので、目的の細胞に適し
たパターンで細胞培養を行うことが可能となる。さらに
、電荷パターンを回路状に形成し、例えば回路状に神経
細胞を増殖させてニューロコンピュータを実現させるこ
とも可能である。

〔実施例〕

以下、実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の静電荷パターンによる細胞培養方法に
使用するシャーレの斜視図、第２図は第１図のシャーレ
の底面に形成した静電荷パターンを示す図、第３図は本
発明の静電荷パターン形成方法を説明するための図であ
る。図中、１０１はシャーレ、１０３は試料、１０４は
感光体、１０４ａは支持体、１０４ｂは感光体電極、１
０４Ｃは光導電層、１０５は電荷保持媒体、１０５ａは
絶縁層、１０５ｂは電極、１０５Ｃは支持体、１０７．
１１１は電荷パターン、１０９．１１３は増殖細胞、１
２０は保護層、１２１は微粒子である。

本発明における培養方法は、第１図に示すように、シャ
ーレ１０１の底面に電荷保持媒体１０５を使用し、この
電荷保持媒体上に任意の静電荷パターンを形成し、この
シャーレの中に血液、体液等の単離した生体組織を入れ
て培養するものである。

先ず、第３図により電荷保持媒体への静電荷パターンの
形成方法について説明する。

第３図（ａ）において、１　ｍｍ厚のガラスからなる光
導電層支持体１０４ａ上に１０００人厚の１ＴＯからな
る透明な感光体電極１０４ｂを形成し、この上に１０μ
ｍ程度の光導電層１０４ｃを形成して感光体１０４を構
成する。この感光体１０４に対して、１０μｍ程度の空
隙を介して電荷保持媒体１０５を配置する。電荷保持媒
体１０５は１ｍｍ厚のガラスからなる絶縁層支持体１０
５ｃ上に１０００人厚の１Ｔ２電極１０５ｂを蒸着によ
り形成し、この電極１０５ｂ上に１０μｍ厚の絶縁層１
０５ａを形成する。そして、電源Ｅにより電極１０４ｂ
、１０５ｂ間に電圧を印加する。暗所であれば光導電層
１０４ｃは高抵抗体であるため、電極間には何の変化も
生じない。感光体１０４側より光を入射すると、光が入
射した部分の光導電層１０４ｃは導電性を示し、絶縁層
１０５ａとの間に放電が生じ、絶縁層上に電荷が蓄積さ
れる。

この場合、感光体への入射光量、入射光パターンを変え
ることにより、絶縁層上に形成される電荷量、電荷パタ
ーンを任意に変えることができる。

次ぎに、電荷保持媒体材料、および電荷保持媒体の作製
方法について説明する。

絶縁層１０５ａは、その表面、もしくはその内部に情報
を静電荷の分布として記録するものであるから、電荷の
移動を抑えるため高絶縁性が必要であり、比抵抗で１０
目Ω・ｃｍ以上の絶縁性を有することが要求される。こ
のような絶縁層は、樹脂、ゴム類を溶剤に溶解させ、コ
ーティング、ディッピングするか、または蒸着、スパッ
タリング法により層形成させることができる。

樹脂、ゴムとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピ
レン、ビニル樹脂、スチロール樹脂、アクリル樹脂、ナ
イロン６６、ナイロン６、ポリカーボネート、アセター
ルホモポリマー、弗素樹脂。

セルロース樹脂、フェノールＭ脂、ユリア樹脂。

ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂
、メラミン樹脂、シリコン樹脂、フェノオキシ樹脂、芳
香族ポリイミド、ＰＰＯ，ポリスルホン等、またポリイ
ソプレン、ポリブタジェン。

ポリクロロプレン、イソブチレン、極高ニトリル。

ポリアクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エ
チレン・プロピレンラバー、弗素ゴム、シリコンラバー
、多硫化系合成ゴム、ウレタンゴム等のゴムの単体、あ
るいは混合物が使用される。

またシリコンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリイ
ミドフィルム、含弗素フィルム、ポリエチレンフィルム
、ポリプロピレンフィルム、ポリパラバン酸フィルム、
ポリカーボネートフィルム、ポリアミドフィルム等を電
荷保持媒体電極１０５ｂ上に接着剤等を介して貼着する
ことにより層形成させるか、あるいは熱可塑性樹脂、熱
硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、ゴ
ム等に必要な硬化剤、溶剤等を添加してコーティング、
ディッピングすることにより層形成してもよい。

また絶縁層として、ラングミュア−・プロシェド法によ
り形成される単分子膜、または単分子累積膜も使用する
ことができる。

またこれら絶縁層には、電極面との間、または絶縁層上
に強電界（１０’Ｖ／ｃｍ以上）が印加された時には電
荷が注入するが、低電界（１０４Ｖ／ｃｍ以下）では電
荷が注入しない電荷保持強化層を設けることができ、例
えば５ｉｎ２、Ａ１□０３、ＳｉＣ、ＳｉＮ等が使用で
き、有機系物質としては例えばポリエチレン蒸着膜、ポ
リパラキシレン蒸着膜が使用できる。

また静電荷をより安定に保持させるために、絶縁層に、
電子供与性を有する物質（ドナー材料）、あるいは電子
受容性を有する物質（アクセプター材料）を添加すると
よい。ドナー材料としてはスチレン系、ピレン系、ナフ
タレン系、アントラセン系、ピリジン系、アジン系化合
物があり、具体的にはテトラチオフルバレン（ＴＴＦ）
、ポリビニルピリジン、ポリビニルナフタレン、ポリビ
ニルアントラセン、ポリアジン、ポリビニルピレン、ポ
リスチレン等が使用され、一種、または混合して用いら
れる。またアクセプター材料としてはハロゲン化合物、
シアン化合物、ニトロ化合物等があり、具体的にはテト
ラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ））リニトロフルオレ
ノン（ＴＮＦ）等が使用され、一種、または混合して使
用される。ドナー材料、アクセプター材料は、樹脂等に
対して０．００１〜１０％程度添加して使用される。

さらに電荷を安定に保持させるために、電荷保持媒体中
に元素単体微粒子を添加することができる。元素単体と
しては周期律表第１Ａ族（アルカリ金属）、同ＩＢ族（
銅族）、同ＩＩＡ族（アルカリ土類金属）、同ＩＩＢ族
（亜鉛族）、同ＩＩＩＡ族（アルミニウム族）、同ＩＩ
ＩＢ族（希土類）、同■Ｂ族（チタン族）、同ＶＢ族（
バナジウム族）、同ＶＩＢ族（クロム族）、同■Ｂ族（
マンガン族）、同■族（鉄族、白金族）、また同ＩＶＡ
族（炭素族）としては珪素、ゲルマニウム、錫、鉛、同
ＶＡ族（窒素族）としてはアンチモン、ビスマス、同Ｖ
ＩＡ族（酸素族）としては硫黄、セレン、テルルが微細
粉状で使用される。また上記元素単体のうち金属類は金
属イオン、微細粉状の合金、有機金属、錯体の形態とし
ても使用することができる。

更に上記元素単体は酸化物、燐酸化物、硫酸化物、ハロ
ゲン化物の形態で使用することができる。これらの添加
物は、上述した樹脂、ゴム等の電荷保持媒体にごく僅か
添加すればよく、添加量は電荷保持媒体に対して０．０
１〜１０重量％程度でよい。また絶縁層は、絶縁性の点
からは少なくても１０００人（０，１μｍ）以上の厚み
が必要であり、フレキシビル性の点からは１００μｍ以
下が好ましい。

ところで本発明においては、電荷保持媒体は血液等の導
電性のものに触れて使用される。電荷保持媒体上の電荷
は絶縁層上にある限り長期間保存されるが、導電性液体
等に触れるとリークしてしまう。そこで、第３図（ｂ）
に示すように絶縁性の保護膜１２０で覆うようにする。

この上に生体組織を付着させるようにすれば電荷パター
ンを保存することができるので、細胞培養を行うことが
可能である。

保護膜としては粘着性を有するシリコンゴム等のゴム類
、ポリテルペン樹脂等の樹脂類をフィルム状にし、絶縁
層の表面に貼着するか、またプラスチックフィルムをシ
リコンオイル等の密着剤を使用して貼着するとよく、比
抵抗１０１４Ω・Ｃｍ以上のものであればよく、膜厚は
０．５〜３０μｍ程度であればよい。

また、第３図（ｃ）（ｄ）に示すものは、絶縁層１０５
ａの表面近傍に光導電性または導電性微粒子層１２１を
埋め込んでおき、第３図（ａ）に示したと同様に表面電
荷を形成した後、第３図（ｃ）に示すように全面均一露
光する。表面電荷の形成により、電荷保持媒体の電極１
０５ｂにも逆極性の電荷誘起され、その結果、微粒子内
には表面電荷と電極に誘起した電荷に起因する電界が生
じているので、電荷が形成された部分においては光の入
射により微粒子内にキャリアが発生し、（−）電荷は表
面電荷と中和し、第３図（ｄ）に示すように微粒子内に
（＋）の電荷が残り、結果的に表面電荷が注入されたこ
とになる。こうすることにより、血液等に触れても電荷
のリークが生ずることはない。

なお、電荷を蓄える微粒子としては光導電性材料、導電
性材料から形成される。

光導電性微粒子材料としてはアモルファスシリコン、結
晶シリコン、アモルファスセレン、結晶セレン、硫化カ
ドミウム、酸化亜鉛等の無機系光導電材料、またポリビ
ニルカルバゾール、フタロシアニン、アゾ系顔料等の有
機系光導電材料が使用される。

また導電性材料としては、周期律表第１Ａ族（アルカリ
金属）、同ＩＢ族（銅族）、同ＩＩＡ族（アルカリ土類
金属）、同ｎＢ族（亜鉛族）、同ＩＡ族（アルミニウム
族）、同！ＩＩＢ族（希土類）、同ＩＶＢ族（チタン族
）、同ＶＢ族（バナジウム族）、同ＶＩＢ族（クロム族
）、同■Ｂ族（マンガン族）、同■族（鉄族、白金族）
、また同ＩＶＡ族（炭素族）としては炭素、珪素、ゲル
マニウム、錫、鉛、同ＶＡ族（窒素族）としてはアンチ
モン、ビスマス、同ＶＩＡ族（酸素族）としては硫黄、
セレン、テルルが微細粉状で使用される。また上記元素
単体のうち金属類は金属イオン、微細粉状の合金、有機
金属、錯体の形態としても使用することができる。更に
上記元素単体は酸化物、燐酸化物、硫酸化物、ハロゲン
化物の形態で使用することができる。特に炭素、金、銅
、アルミニウム等が好ましく使用される。

この微粒子層の形成方法は、微粒子層を樹脂層表面内近
傍に単層状、或いは複数層状に積層したものは、低圧蒸
着装置を使用し、粒子層形成材料を、支持体上に積層し
た、未硬化、溶融、或いは軟化した状態の樹脂層上に蒸
着させることにより形成される。粒子層形成材料は、１
０Ｔｏｒｒ〜１Ｏ−３Ｔ。

ｒｒ程度の低圧下で蒸発させると凝集し、１０〜０．１
μｍ径程鹿の超微粒子状態となり、蒸着の際に樹脂層を
加熱により軟化した状態としておくと、微粒子は樹脂層
表面の内部近傍に、単層状、或いは複数層状に整列した
状態で積層されるものである。

樹脂層が熱可塑性樹脂であれば樹脂層を電極層を抵抗加
熱することにより軟化させるか、又はヒター等で基板を
直接加熱し、樹脂層を軟化させ、また樹脂層が熱硬化性
樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂であれば、
未硬化の状態で粒子層形成材料を蒸着させ、粒子層形成
後に適宜の硬化手段で硬化させるものである。

また樹脂層表面内近傍に微粒子層を形成する別の手段と
して、予め電極基板上に該樹脂層を形成硬化ならしめた
支持体上に同様の方法で粒子層を単層、或いは複数層状
に蒸着させる。この場合、粒子層は樹脂層表面に形成さ
れる。しかる後、該樹脂層形成に用いた同一樹脂、或い
は異なる絶縁性樹脂を０．１μｍ〜３０μｍの範囲で積
層させるものであり、積層方法としては、ドライ方式と
しては真空蒸着、スパッタリング法等で樹脂層を直接形
成させるか、ウェット方式としては溶剤により樹脂を溶
解させた溶液を使用し、スピンナーコーティング、ディ
ッピング、ブレードコーティング法等により膜形成した
後、溶剤を乾燥させればよい。また粒子層の形成時に粒
子サイズを均一にならしめるために、樹脂層が溶融しな
い程度の温度を基板上に加えてもよい。

この他にも図示は省略するが、絶縁層の上にさらに１０
００八以下の薄い絶縁膜を積層してこの上に電荷を形成
すると、この電荷と逆極性の電荷が電極上に形成され、
その電荷との間で生ずる内部電界により、表面電荷がト
ンネル効果で薄い絶縁層を通って内部に入るので、この
場合も血液等の導電性のものを表面に接触させても内部
電界がリークしてしまうのを防ぐことができる。

第２図は第３図に示した方法で電荷パターンが形成され
た電荷保持媒体を示し、第２図（ａ）の場合は、比較的
小さな電荷パターンを形成した場合で、その周りに増殖
細胞１０９が形成されている。

第２図（ｂ）は比較的大きな電荷パターンを形成した場
合で、その周りに別の増殖細胞１０９が形成されている
。

第２図は左半分と右半分とで電荷の大きさを変えたもの
であり、異なる成分を増殖させたり、成分の分離を行わ
せることができる。なお、電荷パターンを回路状に形成
し、例えば回路状に神経細胞を増殖させてニューロコン
ピュータを実現させることも可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、感光体を通して画像露光
することにより電荷保持媒体上に任意の電荷パターンを
形成し、この上で細胞培養を行うようにしたので、様々
な電荷パターンに対応した細胞培養を行うことが可能で
あり、回路状に神経細胞を増殖させればニューロコンピ
ュータを実現させることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静電荷パターンによる細胞培養方法に
使用するシャーレの斜視図、第２図は第１図のシャーレ
の底に形成した静電荷パターンを示す図、第３図は本発
明の静電荷パターン形成方法を示す図である。１０１・・・シャーレ、１０３・・・試料、１０４・・
・感光体、１０４ａ・・・支持体、１０４ｂ・・・感光
体電極、１０４Ｃ・・・光導電層、１０５・・・電荷保
持媒体、１０５ａ・・・絶縁層、１０５ｂ・・・電極、
１０５Ｃ・・・支持体、１０７．１１１・・・電荷パタ
ーン、１０９．１１３・・・増殖細胞、１２０・・・保
護層、１２１・・・微粒子。卑３１￥ＩＩＣへ）（−’ｂ）（ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電性層を介在させて支持体上に光導電性層を形
成した感光体と、導電性層を介在させて支持体上に絶縁
層を形成した電荷保持媒体とを対向配置し、感光体およ
び電荷保持媒体の導電性層間に電圧を印加しながら感光
体側から画像露光を行って表面に画像状に電荷を蓄積さ
せた電荷保持媒体上で細胞培養を行うことを特徴とする
静電荷パターンによる細胞培養方法。
（２）前記電荷保持媒体は表面に保護膜を形成した請求
項１記載の静電荷パターンによる細胞培養方法。
（３）前記電荷保持媒体は内部電荷保持型である請求項
１記載の静電荷パターンによる細胞培養方法。