JPS63181992A

JPS63181992A - 細胞融合装置

Info

Publication number: JPS63181992A
Application number: JP62013322A
Authority: JP
Inventors: Senichi Masuda; 増田　閃一; Masao Washizu; 正夫鷲津; Toshiyuki Nanba; 利行難波
Original assignee: Advance Co Ltd
Current assignee: Advance Co Ltd
Priority date: 1987-01-24
Filing date: 1987-01-24
Publication date: 1988-07-27
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH074218B2

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】本発明は、電気的に微粒子を操作する装置に関する。

近時、微粒子操作技術の１つである細胞融合は、融合剤
を使用する細胞融合方法に比べ、細胞に対する毒性を考
えることなく、しかも細胞の選択性、生存率が極めて高
くなり得る電気的な方法が盛んになりつつあるが、下記
諸問題が提起される為にその実用性は低いと言わざるを
得ない。即ち、細胞の１対１の融合を顕微鏡を見ながら
マイクロマニピュレーターで細胞を拾い集めてはパルス
を印加するという微小電極法は、極めて確実ではあるが
手間のかかる方法であり、その操作は熟練を要する。又
、誘電泳動により複数の細胞をじ１〉ず玉状に配列形成
さＵ・た後、パルス電圧を印加することによって融合さ
せる平行電極法は、その取り扱いは簡単であるが、細胞
膜の可逆的破壊か細胞同士の接点（第７図ａ）のみなら
ず、電極との接触点（第７図ｂ）でも起こり、その結果
、細胞が電極にくっついてしまうことがある。

又、平行電極法では、第７図Ｃの部分でも膜の破壊が生
じ、条件によってはこれが細胞膜全体に広がって融合失
敗となることもある。

更に、平行電極法によると、パルス印加時に細胞の接触
点ａにかかる電圧は細胞の大きさに比例する。この電圧
が高過ぎると細胞の全破壊が生じ、電圧が低過ぎると融
合が起こらないので、一定のパルス電圧を印加した場合
、融合か成功するのはある狭い範囲の大きさを持った細
胞に限られてしまった。

本発明の目的は上記に鑑みなされたものであって、個々
の細胞に着目したハンドリングを可能にし、且つ融合効
率の高い微粒子操作装置を提供することにある。

本発明の特徴は、電気エネルギイを出力する少なくとも
２つのｉ極を細胞懸濁液内に介在せしめた融合槽、操作
槽等の操作領域内に、この電極方向に微細孔を有する隔
壁を設けたことである。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示す断面図である。

第１図に於いてＩは、例えば樹脂材からなる基板Ｂｌ上
に凹状に構成された操作槽である。

操作＋！［の両側には、白金等の導電部材からなる電極
（Ｉ　ａ）（１，ｂ）が操作１（ｙＩに埋入配置され、
これら電極（ｌａ）（Ｉｂ）は導電線Ｋを介して外部に
設けられた電源■と接続されている。外部に設けられた
電源■は電界の強さが約４００Ｖ／ｃｍ〜７００Ｖ／ｃ
ｍ、周波数ＩＭＨｚ程度の高周波交流乃至脈流電圧を出
力する電気出力装置■と、約７　ｋＶ／ｃｍ、パルス幅
５０μｓｅｃ程度のパルス電圧を出力する電気出力装置
ＭＶＩと、電極（ｌａ）（ｌｂ）と電気出力装置■、又
は電気出力装置■の電気的接続を切り換える為のスイッ
チ■とから構成されている。

操作槽Ｉ内には、電気的に絶縁な材料、例えばシリコー
ン樹脂からなる隔壁２により２つの空間に区分けされて
いる。隔壁２は、その縁が基板に接着剤等で接着固定さ
れている。但し、ここで細胞Ａ及び細胞Ｂはそれぞれ懸
濁液内におかれている。

隔壁２には、最小口径が１μｍ〜数十μｍの微細孔（２
ａ）か設けられている。

次に、第１図に示した本発明微粒子操作装置の動作を第
２図を用いて説明する。

最初に、Ｔｒｉ源■の切り換えスイッチ■を電界の強さ
が約４００Ｖ／ｃｍ　〜７００Ｖ／ｃｍ、周波数ＩＭＨ
２の高周波電圧を出力する電気出力装置■に接続させる
。

この状態に於いて電気力ｖＡＤは、第２図（ａ）に示す
ように微細孔（２ａ）に集中する。細胞Ａ及びＢは、こ
こに集中する電気力線りのため誘電泳動力を受け、第２
図（ｂ）に示すように微細孔の中心付近にトラップされ
る。ここで細胞Ａ及びＢは出会い、隣接した状態となる
。

次に、電源■の切り換えスイッチ〜１を電気出力装置■
に切り換えろ。

第２図（ｂ）に示した状態におかれた細胞Ａ及びＢは、
出力パルス電圧により細胞Ａ、Ｈの接触点で細胞膜の可
逆的破壊が起こり、第２図（ｃ）に示すように融合が生
ずる。

このパルス電圧は、電気力線りが微細孔（２ａ）に集中
することから、微細孔の孔径等に依存する縮流抵抗Ｒと
電流■の積ＩＸＲで細胞Ａ、　Ｂの接触点にかかる電圧
が決まる。従って、細胞の直径には依存することなく、
印加電圧を一定に定めることか可能となる。又、微細孔
によって電気力線が集中する為、集中した部分、即ち細
胞Ａ、Ｂがトラップされた時の、その接触部分にのみ膜
の可逆的破壊を生ぜしめることが可能となる。

又、本発明に於いては、第３図に示すように電極（ｌａ
）及び（１ｂ）の面積を広くし、隔壁２に複数の微細孔
（２ｄ）を設けることにより、１度に複数の細胞をトラ
ップ及び融合等の操作を行うことも可能である。

隔壁の厚さは、融合槽の大きさ等に応じて適当な厚さに
設定すればよく、隔壁によって区切られる融合槽の各々
の大きさの比率も使用する際の都合に応じて変更可能で
ある。又、材料も絶縁材であればよく、ガラス、高分子
樹脂等が適宜選択されるものである。

更に本発明に於いては、隔壁に設ける微細孔の孔径を細
胞の直径より小さくすることにより、細胞を微細孔上に
トラップし固定することか可能となる。これは、例えば
マイクロインジェクション等に利用することで、固定針
の代わりを果たすことや、細胞に限らず遺伝子等の微粒
子を任意の位置へトラップ固定することができることか
ら、その用途は限られるものではない。

以上述べた本発明をより現実的な形態として第４図に示
し、詳細に説明する。

基板Ｂｌはシリコーン樹脂等からなり、ポンプＡ　（５
２ａ）、ポンプＢ　（５２ｂ）、チャネル（５３ａ）（
５３ｂ）等の各構成要件は基板Ｂｌ上に凹部を形成して
なる。ポンプＡ　（５２ａ）、ポンプＢ　（５２ｂ）は
それぞれ操作を対称とする細胞Ａ、Ｂを懸濁液と共に入
力する部分としても兼ねている。その移動装置を第５図
に示した。

第５図は、第４図に示しｆこポンプＡ　（５２ａ）又は
ポンプＢ　（５２ｂ）をＥ−Ｅ’間で切断した時の断面
図である。

第５図に示すポンプＡの構成及び動作を説明する。

微粒子Ｆ乃至微粒子懸濁液を抽入する入口（６４）は、
仙人後コック等で栓（６６）がしめられるようになって
いる。微粒子懸濁液は貯蓄槽（６３）に１度貯蓄される
。貯蓄槽（６３）上部にはＰＺＴ等のピエゾ素子（６１
）が設置され、ピエゾ素子（６１）と貯蓄槽（６３）の
間にはピエゾ素子（６１）の振動を貯蓄槽（６３）に伝
達する為の伝達体（６５）が介在している。ピエゾ素子
は外部電源と接続されている。この伝達体（６５）は、
弾力性部材、例えばシリコーン樹脂からなる比較的薄い
膜で基板Ｂ上面にその縁部が接着剤等で接着固定されて
いる。（６２）は出口である。入口（６４）と同様、外
部動作により開閉する栓（６７）が設けられている。

ピエゾ素子（６１）は、電気力の変化によってたわみ振
動を起こし、この振動圧により微粒子Ｆは出口（６２）
に押し出されるものである。押し出される際、栓（６６
）は閉じ、栓（６７）は開いている。

第４図に於いて、（５３ａ）（５３ｂ）はチャネルであ
り、ポンプＡ　（５２ａ）及びポンプＢ　（５２ｂ）と
、操作部（５４）とも連結し、懸濁液と共に微粒子Ｆが
移動する通路である。

チャネル（５３ａ）（５３ｂ）は操作領域（５４）に接
続されている。操作領域（５４）には隔壁（５９）が配
置され、隔壁（５９）に微細孔（５８）が設けられてい
る。

又、操作領域（５４）の両側にはそれぞれ導電部材より
成る電極（５５ａ）　（５５ｂ）が埋入配置されている
。

更に操作領域（５４）は、微粒子取り出し口（５６）に
つながっており、この取り出し口（６４）には、開閉を
行う栓体が設けである。

電極（５５ａ）（５５ｂ）には、第１図に示した電源■
と同じ装置が導電線Ｋを介して接続されている。

第４図で示した微粒子操作装置の基板Ｂｌは、前述した
如くシリコーン樹脂、天然ゴム、エポキシ等の高分子材
料等を用いて形成されるが、化学的に不活性な材料が好
適に使用されるものであるから、高分子材料に限らず、
ガラスあるいは炭素系セラミックス、アルミナ、アパタ
イト、ジルコニア等のセラミックス材を使用してもよい
。

又、上記実施例に示すように、一体成型を施さなくとし
各々を分離構成し、チャネルをチューブにおきかえ、各
々をこのチューブで連結しても本発明の実施は容易に可
能である。

次に、第４図で示した本発明微粒子操作装置の動作を第
６図を用いて説明する。

第４図に於いて、それぞれの入口（５１ａ）（５１ｂ）
から、ポンプＡ　（５２ａ）に細胞Ａの、ポンプＢ（５
２ｂ）に細胞Ｂの、薄い懸濁液を入れ、まずポンプＡ　
（５２ａ）のピエゾ素子に電圧を印加する。ピエゾ素子
のたわみ振動により、細胞Ａを操作槽（５４）に導入す
る。第４図に於いて、電源■の切り換えスイッチ■を電
気出力装置■に設定する。

細胞が微細孔（５８）に近づくと、ここに集中する電気
力線のため誘電泳動を受け、第６図（ａ）に示すように
微細孔（５８）の中心付近にトラップされる。

この状態でポンプＡ　（５２ａ）を止め、今度はポンプ
Ｂ　（５２ｂ）により細胞Ｂを送ると、この場合ら同様
に微細孔（５８）に向かう力を受け、最終的に第６図（
ｂ）に示すような細胞Ａと細胞Ｂのｌ対ｌの対が形成さ
れる。

この状態で電源■の切り換えスイッチ■を電気出力装置
■に切り換え、第４図に示す電極（５５ａ）（５５ｂ）
間にパルス電圧を印加すると、細胞Ａと細胞Ｂの接触点
で細胞膜の可逆的破壊が起こり、細胞融合が生じる。

以上詳述の如く本発明は微粒子操作を安定且つ確実に行
うことができる等、効果は絶大である。

【図面の簡単な説明】

茅１図、第３図は本発明の実施例を示す断面図、第２図
は第１図の動作説明図、第４図は本発明の具体的一実施
態様を示す断面図、第５図は第４図に於けるＥ−Ｅ’の
断面図、第６図は第４図の動作説明図、第７図は従来例
を示す図である。（１ａ）、（１ｂ）・・・電極、　■・・・電源、２・
・・隔壁、　　　　　　■、ＶＩ・・・電気出力装置、
（２ａ）・・・微細孔、　　　■・・・切り換えスイッ
チ、Ｂ１・・・基板、　　　　　Ｋ・・・導電線、Ｉ・
・・操作槽、　　　　　Ａ、Ｂ・・・微粒子又は細胞。特許出願人　株式会社アドバンス第１図翼第５図第６図（ａ−）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）微粒子を操作する操作領域内に対向するように配
置された導電部材よりなる１対の電極と、前記１対の電
極に高周波電圧を印加するための電源と、前記１対の電
極間に介在し、且つ前記１対の電極方向に貫通した微細
孔を有する隔壁とよりなることを特徴とする微粒子操作
装置。
（２）微粒子を操作する操作領域内に対向するように配
置された導電部材よりなる１対の電極と前記１対の電極
にパルス電圧を印加するための電源と、前記１対の電極
間に介在し、且つ前記１対の電極方向に貫通した微細孔
を有する隔壁とよりなることを特徴とする微粒子操作装
置。