JPS63129980A - 細胞保持装置 - Google Patents
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- JPS63129980A JPS63129980A JP61274031A JP27403186A JPS63129980A JP S63129980 A JPS63129980 A JP S63129980A JP 61274031 A JP61274031 A JP 61274031A JP 27403186 A JP27403186 A JP 27403186A JP S63129980 A JPS63129980 A JP S63129980A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N13/00—Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
- C12M23/20—Material Coatings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
- C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
-
- G01N15/149—
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。
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〕
本発明はバイオテクノロジーに係わり、特に。
細胞操作など微小粒子を取扱う機器に装着して使用する
微小粒子保持装置に関する。
微小粒子保持装置に関する。
細胞を１個ずつ配列せしめる従来の技術として特願昭５
９−１０８３６３のように、細胞を流体的手段で搬送し
、所望の位置に１個ずつ供給するという方法が知られて
いる。
９−１０８３６３のように、細胞を流体的手段で搬送し
、所望の位置に１個ずつ供給するという方法が知られて
いる。
上記従来技術では、細胞を１個ずつ供給して整列させ、
例えばマイクロインジェクション、細胞電気生理実験、
電子顕微鏡ｗ１察等を行う場合、１個の細胞を整列もし
くは固定せしめるのに、手技による方法にたよっている
ため１回の処理に長時間を要している。このため、個々
の細胞の履歴を均一化するのが困廻であるばかりでなく
、細胞の活性低下を生じていた。一方、ポリーＬ−リジ
ンによる細胞の固定方法もあるが、細胞に対する毒性が
懸念されている。細胞の活性低下の原因の一つは、細胞
の活性度を維持したまま安定して保持する好適な手段が
存在しなかったためである。
例えばマイクロインジェクション、細胞電気生理実験、
電子顕微鏡ｗ１察等を行う場合、１個の細胞を整列もし
くは固定せしめるのに、手技による方法にたよっている
ため１回の処理に長時間を要している。このため、個々
の細胞の履歴を均一化するのが困廻であるばかりでなく
、細胞の活性低下を生じていた。一方、ポリーＬ−リジ
ンによる細胞の固定方法もあるが、細胞に対する毒性が
懸念されている。細胞の活性低下の原因の一つは、細胞
の活性度を維持したまま安定して保持する好適な手段が
存在しなかったためである。
本発明の目的は、多量の細胞等の微小粒子を短時間に平
面上に配列せしめ、確実にその位置を安定させて保持す
る手段を与えることにある。
面上に配列せしめ、確実にその位置を安定させて保持す
る手段を与えることにある。
」二記目的は、Ｓｉ甲、結晶基板上に、リソグラフィを
利用して高精度な穴の配列パターンを形成し。
利用して高精度な穴の配列パターンを形成し。
次いで、化学エツチングにおける異方性エツチングや等
方性エツチング、又はドライエツチングを用いて多数の
凹部を形成することによって達成される。
方性エツチング、又はドライエツチングを用いて多数の
凹部を形成することによって達成される。
Ｓｉ甲、結晶基板は、リソグラフィの技術を利用するこ
とによって、微小粒子保持装置の規則的な配列の位置関
係の高精度化を可能とし、異方性エツチングによって、
３次元的な複雑形状の生体隔離用凹部の加工を容易にす
る。凹部が形成されたＳｉ基板は微小粒子を確実に隔離
する作用をする。
とによって、微小粒子保持装置の規則的な配列の位置関
係の高精度化を可能とし、異方性エツチングによって、
３次元的な複雑形状の生体隔離用凹部の加工を容易にす
る。凹部が形成されたＳｉ基板は微小粒子を確実に隔離
する作用をする。
以下１本発明について実施例を用いて説明する。
第１図は、発明に係る微小粒子保持装置を示す。
図において、１はＳ ｉ ｌｔ−結晶基板、２は基板上
に形成した、微小粒子を格納し保持するための凹部を示
す。基板上には、この凹部が２次元的に配列されており
、数多くの細胞等の微小粒子を個々に隔離し、保持した
状態で操作することが可能である。
に形成した、微小粒子を格納し保持するための凹部を示
す。基板上には、この凹部が２次元的に配列されており
、数多くの細胞等の微小粒子を個々に隔離し、保持した
状態で操作することが可能である。
次に、該凹部の形状の詳細について述べる。第２図は、
Ｓ ｉ ｔｐ、結晶基板の面方位が（１００）の場合
に得た凹部の形状を示す。凹部は四角錐台形であり、微
小粒子を挿入し易く、粒子を個々に隔離する壁３と、保
持するに充分な強度の底板４を有している。なお、底板
４は、第３図に示すようにスリット５を部分的に設けた
構造にすることによって流体の出入を可能とし、液中で
の細胞等の粒子の操作を行うことができる。また、底板
４は、第４図に示すように、酸化膜６で代用することも
できる。酸化膜（ＳｉＯ２）は透明体であり、このよう
な構造の凹部を用いれば挿入した細胞の様子を顕微鏡等
によりＲ察可能であり、 ＩＩ胞千手術マイクロインジ
ェクションの操作が可能となる。
Ｓ ｉ ｔｐ、結晶基板の面方位が（１００）の場合
に得た凹部の形状を示す。凹部は四角錐台形であり、微
小粒子を挿入し易く、粒子を個々に隔離する壁３と、保
持するに充分な強度の底板４を有している。なお、底板
４は、第３図に示すようにスリット５を部分的に設けた
構造にすることによって流体の出入を可能とし、液中で
の細胞等の粒子の操作を行うことができる。また、底板
４は、第４図に示すように、酸化膜６で代用することも
できる。酸化膜（ＳｉＯ２）は透明体であり、このよう
な構造の凹部を用いれば挿入した細胞の様子を顕微鏡等
によりＲ察可能であり、 ＩＩ胞千手術マイクロインジ
ェクションの操作が可能となる。
なお、５１０２底板に、第３図で示したようなスリット
を部分的に設けた構造も可能である。
を部分的に設けた構造も可能である。
次に（１１０）の面方位をもつＳｉ甲、結晶基板に形成
した凹部形状の詳細を第５図で示す。すなわち、第５図
（ａ）のように基板の一方に、微小粒子を挿入するため
の半球状の穴を有し、もう一方から、スリット状の深穴
８が、半球状穴に達する構造となっている。また、その
側断面図は第５図（ｂ）に示すように、半球状穴から広
がるように深穴８が形成されている。
した凹部形状の詳細を第５図で示す。すなわち、第５図
（ａ）のように基板の一方に、微小粒子を挿入するため
の半球状の穴を有し、もう一方から、スリット状の深穴
８が、半球状穴に達する構造となっている。また、その
側断面図は第５図（ｂ）に示すように、半球状穴から広
がるように深穴８が形成されている。
次に、上述の凹部形状に関する製造方法の詳細について
示す。第６図は、第２図および第４図で示した凹部の形
成方法を示す図である。まず、基板１の表面に酸化膜６
を形成する（第６図（ａ））。
示す。第６図は、第２図および第４図で示した凹部の形
成方法を示す図である。まず、基板１の表面に酸化膜６
を形成する（第６図（ａ））。
その後、片面にレジスト９を塗布する（第６図（ｂ））
。次いで、露光装置を用いた露光および現像によってホ
トレジスト９に四角形開ロバターン１０を形成する（第
６図（Ｃ））。次に、ホトレジスト９をマスクとして、
フッ化水素酸等で酸化膜６をエツチングして１Ｍｔ化膜
６に四角形の間ロバターン１１を形成する（第６図（ｄ
））。さらに、ホトレジスト９を除去した後、酸化膜６
をマスクとしてＫ ＯＨ等のアルカリ水溶液１文はヒド
ラジン等のアミン系水溶液を用いて適当な時間エツチン
グを行うことにより、に！ｉ仮１の表面と約５４．７”
の角度を有する（１１．１）系の面からなる側壁３と、
底板４が形成される（第６図（ｅ））。この状態で酸化
膜を除去することによって、第２図で示した構造の凹部
を得ることができる。第６図（ｅ）の状態からさらにエ
ツチングを行うと（第６図（ｆ））、第４図で示した底
板部が酸化膜から成る凹部を得ることができる。
。次いで、露光装置を用いた露光および現像によってホ
トレジスト９に四角形開ロバターン１０を形成する（第
６図（Ｃ））。次に、ホトレジスト９をマスクとして、
フッ化水素酸等で酸化膜６をエツチングして１Ｍｔ化膜
６に四角形の間ロバターン１１を形成する（第６図（ｄ
））。さらに、ホトレジスト９を除去した後、酸化膜６
をマスクとしてＫ ＯＨ等のアルカリ水溶液１文はヒド
ラジン等のアミン系水溶液を用いて適当な時間エツチン
グを行うことにより、に！ｉ仮１の表面と約５４．７”
の角度を有する（１１．１）系の面からなる側壁３と、
底板４が形成される（第６図（ｅ））。この状態で酸化
膜を除去することによって、第２図で示した構造の凹部
を得ることができる。第６図（ｅ）の状態からさらにエ
ツチングを行うと（第６図（ｆ））、第４図で示した底
板部が酸化膜から成る凹部を得ることができる。
次に、底板が１部分的に開口した構造の凹部の製造プロ
セスについて第７図、第８図を用いて説明する。
セスについて第７図、第８図を用いて説明する。
第７図は、底板が酸化膜から成る時の製造プロセスを示
す。基板の両面に酸化膜を形成し、第６図（ａ）〜（ｄ
）と同様のプロセスを経る（第７図（ａ））。次いで、
裏面にレジスト９を塗布する（第７図（ｂ））。さらに
１表面の四角形開ロバターン１１と位置関係がずれない
ように、裏面に部分的に開口したパターン１２を形成す
る。次にホトレジストをマスクとして酸化膜６をエッチ
ングし、パターン１３を形成する（第７図（ｄ））。最
後に、レジストを除去し、酸化膜６をマスクとして、Ｋ
○Ｈ水溶液によるエツチングを行い、所望の形状の凹部
を得る（第７図（ｅ））。
す。基板の両面に酸化膜を形成し、第６図（ａ）〜（ｄ
）と同様のプロセスを経る（第７図（ａ））。次いで、
裏面にレジスト９を塗布する（第７図（ｂ））。さらに
１表面の四角形開ロバターン１１と位置関係がずれない
ように、裏面に部分的に開口したパターン１２を形成す
る。次にホトレジストをマスクとして酸化膜６をエッチ
ングし、パターン１３を形成する（第７図（ｄ））。最
後に、レジストを除去し、酸化膜６をマスクとして、Ｋ
○Ｈ水溶液によるエツチングを行い、所望の形状の凹部
を得る（第７図（ｅ））。
次に、図３に示した底の部分がＳｉの場合のスリット付
底板の形成方法を第８図を用いて説明する。始めに、Ｓ
ｉ貼結晶基板１に酸化膜６を形成する（第８図（ａ））
。次いで、基板の一方にレジスト９を塗布する（第８図
（ｂ））。レジスト９に対して、第６図および第７図と
同様に、パターン１４を形成しく第８図（Ｃ））、次い
で酸化膜のパターン１５を形成する（第８図（ｄ））。
底板の形成方法を第８図を用いて説明する。始めに、Ｓ
ｉ貼結晶基板１に酸化膜６を形成する（第８図（ａ））
。次いで、基板の一方にレジスト９を塗布する（第８図
（ｂ））。レジスト９に対して、第６図および第７図と
同様に、パターン１４を形成しく第８図（Ｃ））、次い
で酸化膜のパターン１５を形成する（第８図（ｄ））。
レジスト９を除去して、ＫＯＨ水溶液により異方性エツ
チングを行うことにより、（１１１）面が生じ、第８図
（ｅ）に示すみぞが得られる。次いで、酸化膜を除去し
て（第８図（ｆ））。再度全表面に酸化膜を形成する（
第８図（ｇ））。さらに、みぞを形成した面の反対側に
同様の手順で酸化膜に四角形の開ロバターンを形成する
（第８図（ｊ））。レジスト除去後、適当な時間、異方
性エツチングを行うことにより、部分的に開口した底板
が形成される（第８図（ｋ））。最後に、酸化膜６を除
去して使用する（第８図（Ｑ））。なお、この後、再度
。
チングを行うことにより、（１１１）面が生じ、第８図
（ｅ）に示すみぞが得られる。次いで、酸化膜を除去し
て（第８図（ｆ））。再度全表面に酸化膜を形成する（
第８図（ｇ））。さらに、みぞを形成した面の反対側に
同様の手順で酸化膜に四角形の開ロバターンを形成する
（第８図（ｊ））。レジスト除去後、適当な時間、異方
性エツチングを行うことにより、部分的に開口した底板
が形成される（第８図（ｋ））。最後に、酸化膜６を除
去して使用する（第８図（Ｑ））。なお、この後、再度
。
全表面に酸化膜を形成して使用することも可能である。
次に、第５図で示した凹形４ｎ ｎの形成プロセスを第
９図を用いて説明する。これまでの実施例と同様に、
Ｓ ｉ Ｑ−結晶ウェハに、酸化膜６を形成する（第９
図（ａ））。次に、いずれか片側の面にクロムおよび金
の蒸着層を形成する（第９図（ｂ））。。
９図を用いて説明する。これまでの実施例と同様に、
Ｓ ｉ Ｑ−結晶ウェハに、酸化膜６を形成する（第９
図（ａ））。次に、いずれか片側の面にクロムおよび金
の蒸着層を形成する（第９図（ｂ））。。
レジスト９を塗布した後、露光装置による露光および、
現像を行って、円形の間ロバターン２０を形成する（第
９図（Ｃ））。次いで、レジストをマスクとして、金と
クロムのそれぞれ、ヨウ素ヨウ化アンモン水溶液および
、硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液で除去し、円形
パターン２１を形成する（第９図（ｄ））、次に、酸化
膜をエツチングし円形パターン２２を得る（第９図（ｅ
））。レジスト除去後、クロムおよび金の蒸着膜および
酸化膜をマスクとして、フッ酸および硝酸の混合液によ
り等方的にＳｉをエツチングし、半球状の凹部を得る（
第９図（ｆ））。次いで、クロムと金の蒸着膜および酸
化膜を除去し、新たに酸化膜を形成した後、レジスト９
を塗布する（第９図（ｇ））。
現像を行って、円形の間ロバターン２０を形成する（第
９図（Ｃ））。次いで、レジストをマスクとして、金と
クロムのそれぞれ、ヨウ素ヨウ化アンモン水溶液および
、硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液で除去し、円形
パターン２１を形成する（第９図（ｄ））、次に、酸化
膜をエツチングし円形パターン２２を得る（第９図（ｅ
））。レジスト除去後、クロムおよび金の蒸着膜および
酸化膜をマスクとして、フッ酸および硝酸の混合液によ
り等方的にＳｉをエツチングし、半球状の凹部を得る（
第９図（ｆ））。次いで、クロムと金の蒸着膜および酸
化膜を除去し、新たに酸化膜を形成した後、レジスト９
を塗布する（第９図（ｇ））。
凹部を形成した、反対側の面に、前記実施例と同様の手
順により酸化膜の開ロバターン２５を形成する（第９図
（ｈ）、（ｉ））、レジストを除去し、酸化膜をマスク
として、ＫＯＨ水溶液により、異方性エツチングを行う
（第９図（ｊ））。この場合、パターンの方向と、Ｓｉ
単結晶基板の結晶方位を適切に選択することによって、
パターン８の様な平行みぞを得ることができる。最後に
、酸化膜を除去して、水抜きスリットを有する半球形の
凹部を得る（第９図（ｋ））。なお、この後、再度酸化
膜を全表面に形成して使用することも可能である。
順により酸化膜の開ロバターン２５を形成する（第９図
（ｈ）、（ｉ））、レジストを除去し、酸化膜をマスク
として、ＫＯＨ水溶液により、異方性エツチングを行う
（第９図（ｊ））。この場合、パターンの方向と、Ｓｉ
単結晶基板の結晶方位を適切に選択することによって、
パターン８の様な平行みぞを得ることができる。最後に
、酸化膜を除去して、水抜きスリットを有する半球形の
凹部を得る（第９図（ｋ））。なお、この後、再度酸化
膜を全表面に形成して使用することも可能である。
上記実施例においては、一枚のＳｉ単結晶基板上に凹部
を形成したが、第１０図に示すように、上、下別々にみ
ぞを形成して、組合せた構造も本発明によれば容易に実
施できる。また、Ｓｉ単結晶基板に凹部を形成したもの
にガラス基板等の他の材料から成る基板をはり合せた構
造などの変形も容易である。さらに、上記実施例では１
前方位が（１，ＯＯ）、 （１１０） ２つのウェハに
ついてだけ述べたが、他の面方位をもつウェハについて
も適用可能である。
を形成したが、第１０図に示すように、上、下別々にみ
ぞを形成して、組合せた構造も本発明によれば容易に実
施できる。また、Ｓｉ単結晶基板に凹部を形成したもの
にガラス基板等の他の材料から成る基板をはり合せた構
造などの変形も容易である。さらに、上記実施例では１
前方位が（１，ＯＯ）、 （１１０） ２つのウェハに
ついてだけ述べたが、他の面方位をもつウェハについて
も適用可能である。
また、上記実施例では、エツチングの方法として、湿式
による等方エツチングと異方性エツチングを使用してい
るが、ドライエツチングによる加工でも細胞を格納する
凹部を形成できることは勿論である。
による等方エツチングと異方性エツチングを使用してい
るが、ドライエツチングによる加工でも細胞を格納する
凹部を形成できることは勿論である。
上記実施例では、微小粒子を機械的に隔離し保持する凹
部について述べたが１粒子を一層安定に配列せしめるた
めに、既に形成した凹部の底板に粒子を電気的に吸着す
るための電極を形成することも効果的である。
部について述べたが１粒子を一層安定に配列せしめるた
めに、既に形成した凹部の底板に粒子を電気的に吸着す
るための電極を形成することも効果的である。
以上の説明から明らかなように、この発明に係る微小粒
子保持装置においては、Ｓｉ単結晶基板を使用すること
により、異方性エツチングや等方性エツチングの手段で
複雑で微細な穴を加工でき、各粒子を個々に安定して隔
離し保持することが可能である。また、Ｓｉ単結晶であ
るため、機械的強度もすぐれてばらつきがなく、さらに
、リソグラフィの技術を用いて、正確な位置関係の下に
多数の凹部を配列できる。粒子を一層安定に配列せしめ
るために、既に形成した凹部の底板に粒子を吸引するた
めの電極を形成することも可能である。
子保持装置においては、Ｓｉ単結晶基板を使用すること
により、異方性エツチングや等方性エツチングの手段で
複雑で微細な穴を加工でき、各粒子を個々に安定して隔
離し保持することが可能である。また、Ｓｉ単結晶であ
るため、機械的強度もすぐれてばらつきがなく、さらに
、リソグラフィの技術を用いて、正確な位置関係の下に
多数の凹部を配列できる。粒子を一層安定に配列せしめ
るために、既に形成した凹部の底板に粒子を吸引するた
めの電極を形成することも可能である。
この結果、バイオ機器に装着して細胞の操作を入社に、
高速に、効率的に行うことができ、自動的に操作する上
でも効果がある。
高速に、効率的に行うことができ、自動的に操作する上
でも効果がある。
第１図は、Ｓｉ基板上に多数の凹部を形成した微小粒子
保持装置の正面図および側面図、第２図。 第３図、第４図は、（１００）ウェハ上に形成した凹部
の構造を示す上面図および、断面図、第５図は、（１１
，０）ウェハ上に形成した凹部の構造を示す断面図、第
６図は第２図、第４図に示した凹部の製造プロセスを示
す断面図、第７図は、第４図の凹部の底板に開口を形成
するときの製造プロセスを示す断面図、第８図は、第３
図で示した凹部のｖ５造プロセスを示す断面図、第９図
は、第５図で示した凹部の製造プロセスを示す断面図、
第１Ｏ図は、はり合せによる微小粒子保持装置を示す断
面図である。 １・・・５ｉｔＩｔ結晶基板 ２・・・微小生体を格納する凹部 ６・・・酸化膜 ・パ″−＼
保持装置の正面図および側面図、第２図。 第３図、第４図は、（１００）ウェハ上に形成した凹部
の構造を示す上面図および、断面図、第５図は、（１１
，０）ウェハ上に形成した凹部の構造を示す断面図、第
６図は第２図、第４図に示した凹部の製造プロセスを示
す断面図、第７図は、第４図の凹部の底板に開口を形成
するときの製造プロセスを示す断面図、第８図は、第３
図で示した凹部のｖ５造プロセスを示す断面図、第９図
は、第５図で示した凹部の製造プロセスを示す断面図、
第１Ｏ図は、はり合せによる微小粒子保持装置を示す断
面図である。 １・・・５ｉｔＩｔ結晶基板 ２・・・微小生体を格納する凹部 ６・・・酸化膜 ・パ″−＼
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、Ｓｉ単結晶基板上に、微小粒子を隔離するための凹
部を設けたことを特徴とする微小粒子保持装置。 ２、凹部において、Ｓｉから成る側壁と、光学的に透明
な物質からなる底板を設けたことを特徴とする特許請求
範囲第１項記載の微小粒子保持装置。 ３、凹部において、微細な開孔を有する底板を設けたこ
とを特徴とする特許請求範囲第１項、および第２項記載
の微小粒子保持装置。
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| JP61274031A JP2662215B2 (ja) | 1986-11-19 | 1986-11-19 | 細胞保持装置 |
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| JP2662215B2 JP2662215B2 (ja) | 1997-10-08 |
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|---|---|---|---|
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