JPH04262780A - 神経線維の成長方向を制御する素子及びその製造法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂製の神経線維
の成長方向を制御する素子及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】神経細胞を人工環境下で培養し、その成
長を人為的に制御することは、脳・神経系の機能を解明
する上にも、また神経細胞をコンピュータなどの情報処
理素子として利用する上にも重要なことである。神経細
胞は、胎生期などの一時期を除いて増殖しないこと、長
い軸索や複雑な樹状突起をもつ形態のため生体からとり
出す際に損傷を受けやすいこと、また生存あるいは神経
線維の成長に微量の成長因子が必要なこと、などの理由
により試験管内で培養することが困難な細胞であった。 しかし、近年の解剖学や組織培養学の進歩と神経成長因
子（ＮＧＦ）の発見及び利用によって、神経細胞の培養
も次第に容易になってきた。更に最近では培養した神経
細胞の成長を制御すること、例えば神経線維の成長方向
を制御することも可能となってきた。

【０００３】神経線維の成長方向を制御する方法として
は、従来、フィブロネクチン、ラミニン、及びコラーゲ
ン等のタンパク質やポリオルニチン及びポリリジン等の
ポリペプチドをシャーレ上に帯状にプリントし、それに
沿って神経線維を成長させる方法〔エキスペリメンタル
・セル・リサーチ（Ｅｘｐｔｌ．ＣｅｌｌＲｅｓ．）９
８巻，１５９−１６９頁，１９７６年〕，ＮＧＦの濃度
勾配の方向に神経線維を成長させる方法〔ジャーナル・
オブ・セル・バイオロジー（Ｊ．　　ＣｅｌｌＢｉｏｌ
．）８７巻，５４６−５５４頁，１９８０年〕，微弱電
流の方向に成長方向を変える方法〔ジャーナル・オブ・
ニューロサイエンス・リサーチ（Ｊ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ
．Ｒｅｓ．），１３巻，２４５−２５６頁，１９８５年
〕などがあった。

【０００４】またリソグラフィー法とイオンエッチング
法を組み合わせた方法で、石英ガラスの表面に規則的な
溝構造を形成した素子をつくり、この溝の方向に沿って
神経線維を伸ばす方法も、ブレイン・リサーチ（Ｂｒａ
ｉｎ　　Ｒｅｓ．）４４６巻，１８９−１９４頁，１９
８８年、及び特開昭６３−１１９７５４号公報で提案さ
れている。更にまた、本発明者らは、表面に多数の微細
起状を刻設したスタンパーを作製し、これを用いて合成
樹脂で成形された神経線維の成長を制御する素子及びそ
の製造法（特開平２−２６５４７７号公報）を提案して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、タンパク質や
ポリペプチドのプリントに沿って神経線維を成長させる
方法は変性しやすい高分子を用いるため保存性に問題が
あり、ＮＧＦの濃度勾配による方法は極めて高度なテク
ニックが必要で再現性に問題があり、微弱電流による方
法は細胞への電場の影響が充分に解明されていない問題
がある。また、特開昭６３−１１９７５４号公報に開示
されている、表面に溝構造を有する石英ガラスの素子上
に神経線維を成長させる方法や、特開平２−２６５４７
７号公報に開示されている合成樹脂製の素子上に神経線
維を成長させる方法は、神経線維の伸長方向がおおよそ
溝方向に沿ってはいるものの、溝を横切って伸長する神
経線維も観察され、伸長方向の厳密性は未だ満足できる
ものではない。本発明は、神経線維の成長方向を更に厳
密に制御する素子及びその製造法を提供するものである
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、合成樹脂から
成り、多数の微細起状を刻設した表面を有する素子にお
いて、微細起状の溝の部分を酸素反応性イオンエッチン
グ又は酸素プラズマ処理等のエッチングにより表面の親
水性を上げ、溝と山の部分の親水性（疎水性）の差の大
きな素子とすれば神経線維は更に厳密に細条溝の方向に
沿って成長することを見出したことに基づく。本発明の
素子は図１に示すように、生体組織ないし細胞と接する
部分に多数の微細起伏を刻設した表面を具えてなるもの
である。図１に示す素子は、微細起伏が細条溝で、細条
溝が幅０．１〜１０００μｍ，深さ０．１〜１０００μ
ｍの寸法を有し、細条溝が互いに平行に構成されている
。素子の全体形状は、図１に示すような板状のみでなく
、皿状、球状、繊維状、筒状、粒子状でも良い。微細起
伏は細条溝ばかりでなく敷石状のものであっても良い。 細条溝は直線状、曲線、波状であっても良く、それらは
平行だけでなく、複雑な形状であっても良い。細条溝の
断面形状もＵ字形、Ｖ字形、ばち形等任意のもので良い
。

【０００７】この素子は、神経線維を細条溝等に沿って
配向成長させることができる。本発明で用いられる合成
樹脂は、神経線維が成長できるもので、かつ酸素反応性
イオンエッチングもしくは酸素プラズマ処理等の方法で
エッチングできる樹脂がよい。そのような合成樹脂とし
ては例えば、ポリアクリレ−ト樹脂、ポリメタクリレ−
ト樹脂、ポリスチレン樹脂等が挙げられる。本発明の素
子の製造法を図２により説明する。合成樹脂板１にスパ
ッタ蒸着，真空蒸着等により金属を蒸着する（図２（ａ
））。蒸着した金属膜２の上にフォトレジスト３をスピ
ンコートで塗布し（図２（ｂ））、望みのパターンを描
いたフォトマスク４をかぶせて露光する（図２（ｃ））
。現像液でレジストの露光部を洗い流してレジストパタ
ーン５を形成し（図２（ｄ））、金属膜２を腐食液でエ
ッチングする（図２（ｅ））。金属膜の上に残ったレジ
ストパターン５を溶剤で洗い流す。これでフォトマスク
のパターンを写しとった金属膜のパタ−ンをもつ合成樹
脂板１（図２（ｆ））ができる。この金属膜のパタ−ン
をもつ合成樹脂板を酸素反応性イオンエッチングもしく
は酸素プラズマ処理等でエッチングし（図２（ｇ））、
腐食液で金属膜６を除去するとフォトマスク４のパター
ンを転写した合成樹脂からなる素子７（図２（ｈ））が
完成する。

【０００８】合成樹脂板に蒸着する金属は、合成樹脂面
との接着性が良く、エッチングが容易なものがいい。ア
ルミニウム、銅、クロム、ニッケル等が使用できるが、
アルミニウムが特に好ましい。フォトマスクに描かれる
パターンは、例えば１〜１０００μｍの適当な間隔（顕
微鏡で観察可能であればよい）、好ましくは５〜５０μ
ｍの間隔に配置した平行直線、波形曲線、同心円又は格
子状絞様、長方形又は円等を平行直線で結んだ回路状絞
様等、単純なものから複雑なものまで任意のパターンが
可能である。

【０００９】

【作用】合成樹脂板上での神経線維の成長を促進する重
要な因子として、合成樹脂表面の親水性・疎水性があり
、この親水性・疎水性は合成樹脂板に落した水滴の接触
角で表すことができる。いっぽう、合成樹脂は酸素反応
性イオンエッチング法又は酸素プラズマ法で処理される
と、その表面に酸素が導入され親水性が増加することが
知られている。そこで、何も処理しないときに神経線維
の成長にとっては最適な疎水性をもつ合成樹脂板を用い
て、これを上記の酸素反応性イオンエッチング法又は酸
素プラズマ法により微細起状の溝の部分だけをエッチン
グすれば、神経線維の成長に最適な疎水性の山部と、そ
の成長に不適当な親水性の溝部をもつ、神経線維の成長
を制御できる素子が得られるわけである。なお、後述の
実施例で用いたトリシクロデカニルジメチルジアクリレ
−ト樹脂板の接触角は酸素反応性イオンエッチング処理
により６８°から２３°に減少することがあらかじめわ
かっていたものである。

【００１０】

【実施例】縦２ｃｍ、横２ｃｍ、厚さ０．５ｍｍのトリ
シクロデカニルジメチルジアクリレ−トの樹脂板にアル
ミニウムを膜厚が約０．１μｍとなるように真空蒸着し
た。このときの真空蒸着の条件は、圧力２×１０−５Ｔ
ｏｒｒ、蒸着金属量は５Å／ｓｅｃで、抵抗加熱により
行った。これに、フォトレジストＡＺ１３５０Ｊ（ヘキ
スト社製商品名）をスピンコートした。次いで、１０μ
ｍの等間隔平行直線のスリットを有すフォトマスクをか
ぶせ、光量３５ｍＪ／ｃｍ２　で露光した後、現像液Ａ
Ｚデベロッパー（ヘキスト社製商品名）で洗浄してレジ
ストパターンを形成させた。露出したアルミニウムをリ
ン酸で、液温４０℃で処理して除去したのち、レジスト
剥離液ＡＺリムーバー１００（ヘキスト社製商品名）で
レジストパターンを除去し、１０μｍの等間隔のアルミ
ニウム膜のパタ−ンをもつ樹脂板を作製した。このよう
にして得られたアルミニウム膜のパタ−ンをもつ樹脂板
を酸素反応性イオンエッチング法でエッチングし（反応
条件は電力２００Ｗ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、処理時間３
ｍｉｎ）、そののち、アルミ膜をリン酸で除去して、溝
幅１０μｍ，間隔１０μｍ、深さ１μｍの微細溝構造を
もつ素子を作製した。

【００１１】この素子を用いて、成熟マウスから採取し
た脊随後根神経節細胞を培養した。培養液は、ハム（Ｈ
ａｍ）Ｆ−１２培地とダルベッコ（Ｄｕｌｂｅｃｃｏ）
ＭＥＭ培地との１：１混合液にプロゲステロン（３０ｍ
Ｍ）、インシュリン（５ｍｇ／ｌ　）、トランスフェリ
ン（１００ｍｇ／ｌ　）及びＮＧＦ（７Ｓ−ＮＧＦ２０
０μｇ／ｌ　）を添加したものを使用し、５％ＣＯ２　
雰囲気下、３７℃で４８時間培養した後、顕微鏡で神経
線維の成長を観察した。その結果、神経線維は細条溝の
山の部分上に、微細溝の方向に沿って成長しているのが
観察された。神経線維をよく伸ばしている１０個の細胞
を平均すると、神経線維の山の部分上の分布率は９５％
で、神経線維が溝方向へ伸びている長さと溝方向と垂直
方向へ伸びている長さの比は１５．１であった。

【００１２】

【発明の効果】本発明の素子は、神経線維の成長方向を
従来よりも更に厳密に制御できる。また石英ガラスと異
なり加工しやすいので、神経修復材料等の医療用具に応
用できる。また、本発明の素子の製造法は、リソグラフ
ィ−法、反応性イオンエッチング法等の微細加工技術を
応用したもので、同様の構造・形状の素子を何個でも安
定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の素子の斜視図を示す。図２は本発明の素
子の製造法を示す断面図である。 符号の説明 １…合成樹脂板 ２…金属膜 ３…フォトレジスト ４…フォトマスク ５…レジストのパターン ６…レジストのパターンを写しとった金属膜７…微細溝
構造を有す素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】合成樹脂から成り、多数の微細起状を刻設
   した表面を有する素子であって、微細起状の表面の親水
   性が山部よりも溝部で高いものである神経線維の成長方
   向を制御する素子。
2. 【請求項２】合成樹脂板に金属蒸着膜を形成し、その上
   にレジストのパターンを形成し、そのレジストのパター
   ンをマスクとして金属蒸着膜をエッチングし、次いでレ
   ジストを除去して得られた金属蒸着膜のパタ−ンをマス
   クとして、合成樹脂をエッチングすることを特徴とする
   、請求項１記載の神経線維の成長方向を制御する素子の
   製造法。