JPWO2006104048A1 - How to arrange fine particles - Google Patents

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宏 増原
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陽一郎 細川
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祐司 開
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知佐 宿南
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Abstract

微小粒子の配置技術であって、液中で多種類の微小粒子を高精度、高密度、高速に配置することが可能な配置技術の提供。本発明の配置方法は、微小粒子固定面を有し、これに前記微小粒子3が固定化されたソース基板1、及び前記微小粒子3の配置対象となる微小粒子配置面を有するターゲット基板2の2つの基板を準備する基板準備工程と、前記ソース基板1と前記ターゲット基板2とを、前記微小粒子固定面と前記微小粒子配置面とが対面する状態で液層4を介して対置する基板配置工程と、前記微小粒子3を前記微小粒子固定面から分離させる微小粒子分離工程と、微小粒子3にかかるソース基板からターゲット基板方向への力により、分離した前記微小粒子3を前記微小粒子配置面に配置する微小粒子配置工程とを含み、前記微小粒子分離工程において、微小粒子3の固定面からの分離が、レーザー照射5で誘起される物理的な力6や化学的な力により行われる。Providing an arrangement technology that can arrange various types of fine particles in a liquid with high precision, high density, and high speed. The arrangement method of the present invention includes a source substrate 1 having a fine particle fixing surface on which the fine particles 3 are immobilized, and a target substrate 2 having a fine particle arrangement surface on which the fine particles 3 are to be arranged. A substrate preparation step of preparing two substrates, and a substrate arrangement in which the source substrate 1 and the target substrate 2 are opposed to each other through the liquid layer 4 with the fine particle fixing surface and the fine particle arrangement surface facing each other. A microparticle separation step for separating the microparticles 3 from the microparticle fixing surface, and a microparticle placement surface for separating the microparticles 3 by a force from the source substrate toward the target substrate applied to the microparticles 3. In the fine particle separation step, separation of the fine particles 3 from the fixed surface is caused by a physical force 6 or chemical force induced by the laser irradiation 5. Divide.

Description

本発明は、微小粒子の配置方法に関する。  The present invention relates to a method for arranging fine particles.

近年、バイオテクノロジーと他の分野の技術との融合により、生体機能を部分的に模した生体デバイス(バイオデバイス、バイオチップともいう)が注目されつつある。DNA、タンパク質、糖鎖などの生体分子(バイオ分子ともいう)あるいは細胞を支持体(基板)上に固定化した生体デバイスは、固定化された前記生体分子とその他の生体分子あるいはそれ以外の化合物との特異的な相互作用の検出を大量かつ同時並行的に行うことを可能とする。例えば、基板上に任意の抗原タンパク質を配置したプロテインチップは、病気やアレルギーの早期発見のための新しいツールとなりうる。また、細胞を制御する生理活性タンパク質が基板上に配置された生体デバイスは、細胞培養基板として使用することができ(例えば、特許文献1参照)、例えば、再生医療分野の細胞培養技術への応用が期待されている。  In recent years, biodevices (also referred to as biodevices or biochips) that partially mimic biofunctions have been attracting attention through the fusion of biotechnology and technologies in other fields. Biomolecules (also referred to as biomolecules) such as DNA, proteins, sugar chains, or biodevices in which cells are immobilized on a support (substrate) include the immobilized biomolecules and other biomolecules or other compounds. It is possible to detect a specific interaction with a large amount simultaneously. For example, a protein chip in which an arbitrary antigen protein is arranged on a substrate can be a new tool for early detection of diseases and allergies. In addition, a biological device in which a physiologically active protein that controls cells is arranged on a substrate can be used as a cell culture substrate (see, for example, Patent Document 1), and for example, applied to cell culture technology in the field of regenerative medicine. Is expected.

これらの生体デバイスの製造のために前述のような生体分子を基板上に配置する方法としては、光リソグラフィー(非特許文献1)、インクジェットプリンティング(特許文献1、非特許文献2及び3)、マイクロコンタクトプリンティング(非特許文献4)、レーザーダイレクトライティング(非特許文献5)、レーザートラッピング(特許文献2、非特許文献6)などの技術が提案されている。  For the production of these biodevices, biomolecules such as those described above may be arranged on a substrate by photolithography (Non-patent Document 1), inkjet printing (Patent Document 1, Non-patent Documents 2 and 3), micro Techniques such as contact printing (Non-Patent Document 4), laser direct writing (Non-Patent Document 5), and laser trapping (Patent Document 2, Non-Patent Document 6) have been proposed.

光リソグラフィーを応用したタンパク質及び細胞の配置方法は、1μmという高精度でタンパク質をパターニングできる方法である(非特許文献1)。インクジェットプリンティングを利用したタンパク質の配置方法は、例えば、図13Aに示すとおり、インクジェットノズル131からタンパク質溶液の微小液滴132を基板133に塗布してパターニングを行う方法である。この方法では、一般に、複数種類のタンパク質を数100μmの精度でパターニングできる(特許文献1、非特許文献2及び3)。マイクロコンタクトプリンティングを利用したタンパク質の配置方法は、例えば、図13Bに示すとおり、針先や微細構造物(マイクロスタンプ)134にタンパク質溶液の微小液滴132を付着させてそれを基板133に転写する方法である(非特許文献4)。レーザーダイレクトライティングを利用したタンパク質の配置方法は、例えば、図13Cに示すとおり、タンパク質試料135に直接レーザー136を照射してタンパク質溶液132を基板133に転写する方法である。この方法では、複数種類のタンパク質を50μm程度の精度でパンターニングできる(非特許文献5)。レーザートラッピングを利用したタンパク質の配置方法は、例えば、タンパク質が結晶状態で含まれる昆虫ウイルス由来の多角体をレーザートラッピング技術により配置する方法である(特許文献2、非特許文献6)。
特開2002−355026号公報 特開2003−155300号公報 A.S.Blawas and W.M.Reichert,″Protein patterning.″Biomaterials 19,595−609(1998) A.Roda et al.,″Protein microdeposition using a conventional ink−jet printer″BioTechniques 28,492−496(2000) B.T.Houseman et al.,″Peptide chips for the quantitative evaluation of protein kinase activity″Nat.Biotechnol.20,270(2002) A.Bernard et al.,″Microcontact printing of proteins″Adv.Mater.121067−1070(2000) P.Serra et al.,″Laser direct writing of biomolecule microarrays,″Appl.Phys.A 79,949−952(2004) Y.Hosokawa et al.″Protein Microarrays by Laser Patterning and Fixation of Single Protein Microcrystals:Implication for Highly Integrated Protein Chip″J.Appl.Phys.96,2945−2948(2004)
A protein and cell arrangement method using optical lithography is a method capable of patterning a protein with a high accuracy of 1 μm (Non-patent Document 1). For example, as shown in FIG. 13A, the protein arrangement method using inkjet printing is a method of applying a pattern by applying fine droplets 132 of a protein solution from an inkjet nozzle 131 onto a substrate 133. In this method, generally, a plurality of types of proteins can be patterned with an accuracy of several hundred μm (Patent Document 1, Non-Patent Documents 2 and 3). For example, as shown in FIG. 13B, a protein placement method using microcontact printing attaches a microdroplet 132 of a protein solution to a needle tip or a fine structure (microstamp) 134 and transfers it to a substrate 133. It is a method (nonpatent literature 4). The protein arrangement method using laser direct writing is, for example, a method of transferring the protein solution 132 to the substrate 133 by directly irradiating the protein sample 135 with the laser 136 as shown in FIG. 13C. In this method, multiple types of proteins can be panned with an accuracy of about 50 μm (Non-Patent Document 5). The protein arrangement method using laser trapping is, for example, a method of arranging an insect virus-derived polyhedron containing a protein in a crystalline state by a laser trapping technique (Patent Document 2, Non-Patent Document 6).
JP 2002-355026 A JP 2003-155300 A A. S. Brawas and W.M. M.M. Reichert, “Protein patterning.” Biomaterials 19, 595-609 (1998). A. Roda et al. , "Protein microdeposition using a conventional ink-jet printer" BioTechniques 28, 492-496 (2000) B. T. T. Houseman et al. , "Peptide chips for the quantitative evaluation of protein kinase activity" Nat. Biotechnol. 20,270 (2002) A. Bernard et al. , “Microcontact printing of proteins” Adv. Mater. 121067-1070 (2000) P. Serra et al. "Laser direct writing of biomolecular microarrays," Appl. Phys. A 79,949-952 (2004) Y. Hosokawa et al. "Protein Microarrays by Laser Patterning and Fixation of Single Protein Microcrystals: Implication for Highly Integrated Protein Chip" J. Appl. Phys. 96, 2945-2948 (2004)

しかしながら、上記技術はいずれも、多種類の生体分子を高精度、高密度、高速で配置するには不利な点がある。光リソグラフィーを利用した方法では、多くの種類の生体分子を配置することは難しい。インクジェットプリンティング、マイクロコンタクトプリンティング、レーザーダイレクトライティングなどの技術を利用した方法では、多種類の生体分子を配置できるが、生体分子を含む微量な液滴132が空気中に射出された際、及び基板133に転写された際に、前記液滴132に含まれる生体分子が乾燥により失活してしまうおそれがある。  However, any of the above techniques has a disadvantage in arranging many types of biomolecules with high accuracy, high density, and high speed. It is difficult to arrange many kinds of biomolecules by a method using optical lithography. In a method using techniques such as ink jet printing, micro contact printing, and laser direct writing, many types of biomolecules can be arranged. However, when a minute amount of droplet 132 containing the biomolecule is ejected into the air, and the substrate 133. The biomolecules contained in the droplet 132 may be deactivated due to drying.

さらに、上記技術はまた、生体微小粒子(生体分子の微小粒子)を基板上に配置して生体デバイスを製造する場合にも不利な点がある。例えば、生体分子が固定化された担体、生体分子の結晶、生体分子の集合体、ウイルス粒子、細胞などの生体微小粒子は、生体分子の機能を集積した素子としてみなすことができ、このような生体微小粒子が基板上に非破壊的に高精度、高密度、高速で配置・配列された生体デバイスを製造する技術の確立が望まれている。しかしながら、例えば、インクジェットプリンティング技術を微小粒子に適用した場合、高精度に配置しようとするとインクジェットのノズルに微小粒子が詰まるおそれがある。また、マイクロコンタクトプリンティング技術を微小粒子の配置に適用することは、マイクロスタンプ及び基板と微小粒子との吸着特性の高度な制御が必要となるため極めて困難である。一方、前記レーザートラッピング技術を用いると、微小粒子の高精度な配置が可能である。しかしながら、配置速度が極めて遅く、高集積度の生体デバイスを製造するには不利である。  Furthermore, the above technique also has a disadvantage when a biological device is manufactured by arranging biological microparticles (biomolecular microparticles) on a substrate. For example, biomolecule-immobilized carriers, biomolecule crystals, biomolecule aggregates, viral particles, cells, and other biological microparticles can be regarded as devices that integrate biomolecule functions. Establishment of a technique for manufacturing a biological device in which biological microparticles are arranged and arranged on a substrate in a nondestructive manner with high accuracy, high density, and high speed is desired. However, for example, when the inkjet printing technique is applied to fine particles, there is a possibility that the fine particles are clogged in the ink jet nozzle when trying to arrange with high accuracy. In addition, it is extremely difficult to apply the micro contact printing technique to the arrangement of the fine particles because high control of the micro stamp and the adsorption characteristics of the substrate and the fine particles is required. On the other hand, if the laser trapping technique is used, it is possible to arrange fine particles with high accuracy. However, the arrangement speed is extremely slow, which is disadvantageous for manufacturing highly integrated biological devices.

そこで、本発明は、微小粒子の配置技術であって、高精度、高密度、高速の配置が可能な微小粒子の配置技術の提供を目的とする。  Accordingly, an object of the present invention is to provide a technology for arranging microparticles, which is a technology for arranging microparticles, which enables high-precision, high-density, and high-speed placement.

前記目的を達成するために、本発明の微小粒子の配置方法は、微小粒子固定面を有するソース基板であって前記微小粒子固定面に前記微小粒子が固定化されたソース基板及び前記微小粒子の配置対象となる微小粒子配置面を有するターゲット基板の2つの基板を準備する基板準備工程と、前記ソース基板と前記ターゲット基板とを前記微小粒子固定面と前記微小粒子配置面とが対面する状態で液層を介して対置する基板配置工程と、前記微小粒子を前記微小粒子固定面から分離させる微小粒子分離工程と、微小粒子にかかるソース基板からターゲット基板方向への力により分離した前記微小粒子を前記微小粒子配置面に配置する微小粒子配置工程とを含み、前記微小粒子分離工程において、微小粒子の固定面からの分離が、レーザー照射で誘起される物理的な力及び化学的な力の少なくとも一方により行われる微小粒子の配置方法である。  In order to achieve the above object, the method for arranging microparticles according to the present invention includes a source substrate having a microparticle fixing surface, the source substrate having the microparticles fixed on the microparticle fixing surface, and the microparticles. A substrate preparing step of preparing two target substrates having a fine particle arrangement surface to be arranged, and the source substrate and the target substrate in a state where the fine particle fixing surface and the fine particle arrangement surface face each other. Substrate placement step facing the liquid layer, microparticle separation step of separating the microparticles from the microparticle fixing surface, and the microparticles separated by the force from the source substrate toward the target substrate on the microparticles. A microparticle placement step of placing the microparticles on the microparticle placement surface, wherein the separation of the microparticles from the fixed surface is induced by laser irradiation in the microparticle separation step. A physical force and chemical least one by arranging method microparticles made of force.

本発明者らは、タンパク質の固定化担体などの微小粒子の配置技術について鋭意研究を重ね、レーザー照射により誘起される物理的な力や化学的な力を利用すれば、微小粒子が固定化された基板から前記担体に大きな光化学的・光熱的なダメージを与えることなく分離できること、さらに、分離された微小粒子をそのまま他の基板に配置できれば、例えば、数10μm以下の単一細胞スケールで前記微小粒子のパターニングが可能であることを見出し本発明に到達した。  The present inventors have conducted extensive research on the arrangement technology of microparticles such as protein immobilization carriers, and the microparticles are immobilized by using physical and chemical forces induced by laser irradiation. If the substrate can be separated without causing significant photochemical and photothermal damage to the carrier, and if the separated microparticles can be directly placed on another substrate, for example, the microparticles can be obtained on a single cell scale of several tens of μm or less. The inventors have found that patterning of particles is possible, and have reached the present invention.

本発明の微小粒子の配置方法によれば、例えば、使用するレーザーの集光部の位置や大きさを調節することで、微小粒子の高密度、高精度、高速の配列が可能となる。また、レーザー照射により誘起される物理的な力や化学的な力を利用した分離は、ダメージが少ないため、例えば、微小粒子を非破壊的に配置することができる。さらに、例えば、配置する微小粒子が生体微小粒子である場合、本発明の微小粒子の配置方法によれば、例えば、水溶液中で配置できるから、タンパク質など生体分子の生理活性の維持が可能である。  According to the arrangement method of the microparticles of the present invention, for example, by adjusting the position and size of the condensing part of the laser to be used, it is possible to arrange the microparticles with high density, high accuracy, and high speed. In addition, separation using a physical force or a chemical force induced by laser irradiation has little damage, so that, for example, fine particles can be arranged non-destructively. Furthermore, for example, when the microparticles to be arranged are biological microparticles, according to the method for arranging microparticles of the present invention, for example, the microparticles can be arranged in an aqueous solution, so that physiological activity of biomolecules such as proteins can be maintained. .

さらにまた、本発明の微小粒子の配置方法により、例えば、増殖、分化、死などの細胞機能を制御する複数種類を因子含む微小粒子を単一細胞レベルの精度で配置することで、培養する各細胞へのシグナル伝達が可能な細胞培養基板を製造できる。このような細胞培養基板を用いれば、組織形成の基礎をなす細胞配列の最低ユニットを再現し、組織誘導を図ることも可能となると考えられる。その他、本発明の微小粒子の配置方法により製造される微小粒子配置基板は、例えば、プロテインチップ、バイオリアクター、バイオセンサー及びバイオアッセイ用試験片などの用途に使用できる。  Furthermore, according to the method for arranging microparticles of the present invention, for example, each of the microparticles containing a plurality of factors that control cell functions such as proliferation, differentiation, and death is arranged with a single cell level accuracy. A cell culture substrate capable of signal transmission to cells can be produced. If such a cell culture substrate is used, it is considered that the minimum unit of the cell arrangement that forms the basis of tissue formation can be reproduced and tissue induction can be achieved. In addition, the microparticle-arranged substrate produced by the method for arranging microparticles of the present invention can be used for, for example, protein chips, bioreactors, biosensors, bioassay test pieces, and the like.

図1A〜Cは、本発明の微小粒子の配置方法の一例を示す模式図である。1A to 1C are schematic views showing an example of a method for arranging fine particles according to the present invention. 図2A〜Eは、本発明のソース基板の作製例を示す模式図である。2A to 2E are schematic views illustrating examples of manufacturing the source substrate of the present invention. 図3は、本発明におけるソース基板及びターゲット基板の配置の構成例を示す模試図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of the arrangement of the source substrate and the target substrate in the present invention. 図4は、本発明における配置装置の構成例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the arrangement device according to the present invention. 図5は、本発明における電動ステージの構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the electric stage in the present invention. 図6A〜Eは、本発明の配置方法のその他の例を示す模式図である。6A to 6E are schematic views showing other examples of the arrangement method of the present invention. 図7A及びBは、本発明の微小粒子の配置方法により基板上に配列された多角体の顕微鏡写真の一例である(実施例1)。7A and 7B are examples of micrographs of polygons arranged on a substrate by the method for arranging fine particles of the present invention (Example 1). 図8A及びBは、本発明の微小粒子の配置方法により基板上に配列された多角体の顕微鏡写真のその他の例である(実施例2)。8A and 8B are other examples of micrographs of polygons arranged on a substrate by the method for arranging microparticles of the present invention (Example 2). 図9A〜Cは、本発明の細胞培養基板上で培養された細胞の顕微鏡写真の一例である(実施例3)。9A to 9C are examples of micrographs of cells cultured on the cell culture substrate of the present invention (Example 3). 図10は、本発明の微小粒子の配置方法により基板上に配列された多角体の顕微鏡写真のさらにその他の例である(実施例4)。FIG. 10 shows still another example of micrographs of polygons arranged on a substrate by the method for arranging fine particles of the present invention (Example 4). 図11は、パルスレーザーを水中で集光させた場合のレーザーアブレーションに基づく力学的な力の一例の模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of an example of a mechanical force based on laser ablation when a pulsed laser is focused in water. 図12Aは、本発明の微小粒子の配置方法により配置される2種類の多角体の配置の模式図であり、図12Bは、本発明の微小粒子の配置方法により配置された2種類の多角体の顕微鏡写真の透過像の一例であり、図12Cは、その蛍光像の一例である。FIG. 12A is a schematic diagram of the arrangement of two types of polygons arranged by the method for arranging microparticles of the present invention, and FIG. 12B shows the two types of polygons arranged by the method for arranging microparticles of the present invention. FIG. 12C is an example of the fluorescence image. 図13A〜Cは、従来の技術を説明する模式図である。図13Aは、インクジェットプリンティング技術の模式図、図13Bは、マイクロコンタクトプリンティング技術の模式図、図13Cは、レーザーダイレクトライティング技術の模式図である。13A to 13C are schematic diagrams for explaining a conventional technique. FIG. 13A is a schematic diagram of an ink jet printing technique, FIG. 13B is a schematic diagram of a microcontact printing technique, and FIG. 13C is a schematic diagram of a laser direct writing technique.

符号の説明Explanation of symbols

1 ソース基板
2 ターゲット基板
3 微小粒子
4 液層
5 パルスレーザー
6 レーザーアブレーションに基づく力学的な力
7 分散液
8 マイクロピペット
9 ソース基板
10〜10’’’ 多角体
11 弱アルカリ液
12 ターゲット基板
13 ガラス基板
14 シリコンゴム基板
15 スペーサー
16 液層
20 ソース基板及びターゲット基板の配置形態
21 正立顕微鏡
22 ステージ
23 コンデンサーレンズ
24 対物レンズ
25 光源ランプ
26 CCDカメラ
27 パルスレーザー照射装置
28 λ/2板
29 偏光板
30 コリーメーターレンズ
31 ダイクロイックミラー
32 パルスレーザー
40 配置装置
41、42 電動ステージ
43 ソース基板固定用支持具
44 ソース基板
45 ターゲット基板
46、47 配置領域
48、49 多角体
50 ソース基板及びターゲット基板の配置形態
51 液層
60 対物レンズ法線
100 パルスレーザー
101 集光部
103 基板
131 インクジェット
132 タンパク質溶液の液滴
133 基板
134 マイクロスタンプ
135 タンパク質試料
136 レーザー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Source substrate 2 Target substrate 3 Fine particle 4 Liquid layer 5 Pulse laser 6 Mechanical force based on laser ablation 7 Dispersion liquid 8 Micropipette 9 Source substrate 10-10 '''Polyhedron 11 Weak alkaline liquid 12 Target substrate 13 Glass Substrate 14 Silicon rubber substrate 15 Spacer 16 Liquid layer 20 Arrangement form 21 of source substrate and target substrate Erecting microscope 22 Stage 23 Condenser lens 24 Objective lens 25 Light source lamp 26 CCD camera 27 Pulse laser irradiation device 28 λ / 2 plate 29 Polarizing plate 30 Collimator lens 31 Dichroic mirror 32 Pulse laser 40 Arrangement device 41, 42 Electric stage 43 Source substrate fixing support 44 Source substrate 45 Target substrate 46, 47 Arrangement region 48, 49 Polyhedron 50 Source substrate Droplet 133 substrate 134 micro stamp 135 protein samples 136 laser arrangement form 51 fluid layer 60 objective lens normal to 100 pulses laser 101 condensing unit 103 substrate 131 jet 132 protein solution fine target substrate

本発明の微小粒子の配置方法の前記微小粒子分離工程において、レーザー照射で誘起される物理的な力又は化学的な力は、レンズを含む光学システムによるレーザーの集光により誘起される物理的な力又は化学的な力であることが好ましい。前記レーザーの集光部の位置は、分離させる微小粒子、又は、分離させる微小粒子近傍の前記液層若しくは前記ソース基板であることが好ましい。  In the fine particle separation step of the fine particle arrangement method of the present invention, a physical force or a chemical force induced by laser irradiation is a physical force induced by laser focusing by an optical system including a lens. Force or chemical force is preferred. The position of the condensing part of the laser is preferably the fine particles to be separated, or the liquid layer or the source substrate in the vicinity of the fine particles to be separated.

本発明の微小粒子の配置方法の前記微小粒子分離工程において、レーザーの集光により誘起される物理的な力は、レーザーアブレーションに基づく力学的な力であることが好ましい。前記レーザーアブレーションに基づく力学的な力を微小粒子に接触させることで、ソース基板から前記微小粒子を分離させるのである。また、前記レーザーアブレーションは、衝撃波、気泡、及び、対流の少なくとも1つの発生を含むものであることが好ましい。  In the fine particle separation step of the fine particle arrangement method of the present invention, the physical force induced by laser focusing is preferably a mechanical force based on laser ablation. The microparticles are separated from the source substrate by bringing the mechanical force based on the laser ablation into contact with the microparticles. The laser ablation preferably includes generation of at least one of shock waves, bubbles, and convection.

本発明の微小粒子の配置方法の前記微小粒子分離工程において、レーザー照射で誘起される化学的な力は、ソース基板の改質及び/又はソース基板に接した微小粒子の部分の改質であることが好ましい。レーザー照射によるソース基板及び/又は微小粒子の一部の改質によってソース基板に微小粒子を固定化する力を弱め又は無くすことで、ソース基板から前記微小粒子を分離させるのである。  In the fine particle separation step of the fine particle arrangement method of the present invention, the chemical force induced by laser irradiation is modification of the source substrate and / or modification of the portion of the fine particles in contact with the source substrate. It is preferable. The microparticles are separated from the source substrate by weakening or eliminating the force of fixing the microparticles to the source substrate by modifying the source substrate and / or the microparticles by laser irradiation.

本発明の微小粒子の配置方法は、前記微小粒子分離工程及び前記微小粒子配置工程を繰り返すことで、任意の点及び線の少なくとも一方として、前記配置面に微小粒子を配列することができる。また、本発明の配置方法の前記基板準備工程において、異なる種類の微小粒子が固定化されたソース基板を準備することで、同一の微小粒子配置面に、異なる種類の微小粒子を配置することができる。  In the method for arranging microparticles according to the present invention, the microparticles can be arranged on the arrangement surface as at least one of arbitrary points and lines by repeating the microparticle separation step and the microparticle arrangement step. Further, in the substrate preparation step of the arrangement method of the present invention, by preparing source substrates on which different types of microparticles are immobilized, different types of microparticles can be arranged on the same microparticle arrangement surface. it can.

本発明の微小粒子の配置方法の前記微小粒子配置工程において、微小粒子にかかる力が、重力、磁力、静電力、光力及び浮力からなる群から選択される力であることが好ましい。  In the fine particle arrangement step of the fine particle arrangement method of the present invention, the force applied to the fine particles is preferably a force selected from the group consisting of gravity, magnetic force, electrostatic force, light force, and buoyancy.

本発明の微小粒子の配置方法は、前記基板配置工程において、前記ソース基板が、前記ターゲット基板の上に位置するように配置することで、前記微小粒子配置工程において、前記微小粒子を、重力により前記微小粒子配置面に配置することが好ましい。  In the method for arranging microparticles according to the present invention, in the substrate arranging step, the source substrate is arranged so as to be positioned on the target substrate. It is preferable to arrange on the fine particle arrangement surface.

本発明において、前記レーザーの光は、赤外光、可視光及び紫外光からなる群から選択される光であることが好ましい。また、前記レーザーは、ナノ秒レーザー、ピコ秒レーザー及びフェムト秒レーザーからなる群から選択されるパルスレーザー、又は、連続発振レーザーであることが好ましい。  In the present invention, the laser light is preferably light selected from the group consisting of infrared light, visible light and ultraviolet light. The laser is preferably a pulse laser selected from the group consisting of a nanosecond laser, a picosecond laser, and a femtosecond laser, or a continuous wave laser.

本発明において、前記微小粒子は、生体分子が固定化された担体、生体分子の結晶、生体分子の集合体、ウイルス粒子及び細胞からなる群から選択されることが好ましい。前記生体分子が固定化された担体の担体は、昆虫ウイルス由来の多角体であってもよく、また、高分子、金属、半導体、生体分子の集合体、これらの結晶及びこれらの組合せからなる群から選択される微粒子であってもよい。  In the present invention, the microparticle is preferably selected from the group consisting of a carrier on which a biomolecule is immobilized, a crystal of biomolecule, an aggregate of biomolecules, virus particles, and cells. The carrier on which the biomolecule is immobilized may be an insect virus-derived polyhedron, or a group consisting of a polymer, a metal, a semiconductor, an aggregate of biomolecules, a crystal thereof, and a combination thereof. Fine particles selected from:

本発明の微小粒子配置基板の製造方法は、本発明の微小粒子の配置方法により、微小粒子を基板に配置する工程を含む製造方法である。  The manufacturing method of the microparticle arrangement | positioning board | substrate of this invention is a manufacturing method including the process of arrange | positioning microparticles | fine-particles on a board | substrate with the arrangement | positioning method of microparticles of this invention.

本発明の微小粒子の配置装置は、本発明の微小粒子の配置方法又は本発明の製造方法に用いる微小粒子の配置装置であって、前記ソース基板の設置部と、前記ターゲット基板の設置部と、レーザー照射手段と、レーザー集光手段とを含む微小粒子の配置装置である。  The fine particle arrangement device of the present invention is a fine particle arrangement device used in the fine particle arrangement method of the present invention or the manufacturing method of the present invention, wherein the source substrate installation unit, the target substrate installation unit, A device for arranging fine particles including a laser irradiation means and a laser focusing means.

本発明の細胞又は組織の培養方法は、生理活性を示す生体分子を含む微小粒子を本発明の微小粒子の配置方法で配置して製造される細胞培養基板上で、細胞又は組織を培養することを含む培養方法である。本発明の培養方法は、前記細胞培養基板に配置された前記微小粒子上で細胞を培養することを含み、前記生理活性を示す生体分子が、増殖、分化、移動及び死からなる群から選択されるシグナルを前記細胞に伝達する培養方法であることが好ましい。また、本発明の細胞又は組織の製造方法は、本発明の培養方法により、細胞又は組織を培養することを含む製造方法である。  The cell or tissue culturing method of the present invention comprises culturing a cell or tissue on a cell culture substrate produced by arranging microparticles containing a biomolecule exhibiting physiological activity by the microparticle arrangement method of the present invention. A culture method comprising The culture method of the present invention includes culturing cells on the microparticles arranged on the cell culture substrate, wherein the biomolecule exhibiting physiological activity is selected from the group consisting of proliferation, differentiation, migration and death. It is preferable that the culture method transmits a signal to the cells. Moreover, the manufacturing method of the cell or tissue of this invention is a manufacturing method including culture | cultivating a cell or tissue by the culture method of this invention.

次に、本発明の微小粒子の配置方法について説明する。  Next, the method for arranging fine particles of the present invention will be described.

本発明の微小粒子の配置方法において、微小粒子の配置とは、微小粒子の配列を含む。例えば、レーザー照射による微小粒子の1ドットの配置を連続することで、微小粒子を配列できる。  In the method for arranging microparticles of the present invention, the arrangement of microparticles includes an arrangement of microparticles. For example, the microparticles can be arranged by continuously arranging one dot of the microparticles by laser irradiation.

本発明の微小粒子の配置方法で配置される微小粒子は、基板に固定化でき、レーザー照射で誘起される物理的な力や化学的な力により分離できるものであれば、特に制限されないが、例えば、生体分子が固定化された担体、生体分子の結晶、生体分子の集合体、ウイルス粒子、及び細胞などが挙げられる。また、前記生体分子は、特に制限されず、例えば、タンパク質、ペプチド、DNA、RNA、糖、脂質、有機化合物、これらの複合体及びこれらの誘導体などが挙げられる。生体分子の集合体とは、例えば、タンパク質やDNAを化学的に凝集させたものをいう。本発明の配置方法により製造される本発明の微小粒子配置基板の用途に応じて適宜1種又は2種類以上の微小粒子を選択できる。  The fine particles arranged by the fine particle arrangement method of the present invention are not particularly limited as long as they can be immobilized on a substrate and can be separated by a physical force or a chemical force induced by laser irradiation, Examples thereof include a carrier on which a biomolecule is immobilized, a crystal of biomolecule, an aggregate of biomolecules, a virus particle, and a cell. The biomolecule is not particularly limited, and examples thereof include proteins, peptides, DNA, RNA, sugars, lipids, organic compounds, complexes thereof, and derivatives thereof. The aggregate of biomolecules refers to, for example, a protein or DNA that is chemically aggregated. According to the use of the fine particle arrangement substrate of the present invention produced by the arrangement method of the present invention, one or more kinds of fine particles can be appropriately selected.

本発明の微小粒子の配置方法において、前記微小粒子の大きさは、特に制限されず、また、その大きさは、例えば、球形の場合、直径が、10nm〜100μmであって、好ましくは、100nm〜10μmであり、より好ましくは、100nm〜1μmである。また、前記微小粒子の形状は、特に制限されない。  In the method for arranging microparticles of the present invention, the size of the microparticles is not particularly limited, and for example, in the case of a spherical shape, the diameter is 10 nm to 100 μm, preferably 100 nm. It is 10-10 micrometers, More preferably, it is 100 nm-1 micrometer. Further, the shape of the fine particles is not particularly limited.

前記微小粒子が、生体分子が固定化される担体である場合、前記担体は、特に制限されないが、前記生体分子を固定化でき、基板に固定化できるものが好ましい。前記担体としては、固定化する生体分子に応じて従来公知の担体を使用でき、例えば、昆虫ウイルス由来の多角体、高分子、金属、半導体、生体分子の集合体、これらの結晶及びこれらの組合せからなる群から選択される微粒子などが挙げられる。これらの中でも、タンパク質を固定化する担体としては、後述する従来公知の昆虫ウイルス由来の多角体が好ましい。前記多角体は、タンパク質の生理活性を維持する効果を有するからである。本発明において、多角体とは、本来の意味である昆虫ウイルスが感染細胞内で形成する1辺が100nm〜10μmの多面体構造物であって、ポリヘドリンが結晶状に会合してできた結晶構造物のほか、公知の遺伝子工学技術を用いて任意のタンパク質をその生体機能を維持したまま前記多角体に取り込ませた、いわゆる結晶性タンパク質封入体を含む(例えば、特許文献2、特開2003−319778号公報、WO2002/036785号パンプレット参照)。  When the microparticle is a carrier on which a biomolecule is immobilized, the carrier is not particularly limited, but it is preferable that the biomolecule can be immobilized and immobilized on a substrate. As the carrier, a conventionally known carrier can be used according to the biomolecule to be immobilized. For example, polymorphs derived from insect viruses, polymers, metals, semiconductors, aggregates of biomolecules, crystals thereof, and combinations thereof Fine particles selected from the group consisting of Among these, a polyhedron derived from a conventionally known insect virus described later is preferable as a carrier for immobilizing a protein. This is because the polyhedron has an effect of maintaining the physiological activity of the protein. In the present invention, a polyhedron is a polyhedron structure having a side of 100 nm to 10 μm formed in an infected cell by an insect virus, which is the original meaning, and is a crystal structure formed by associating polyhedrin in a crystalline form. In addition, a so-called crystalline protein inclusion body in which an arbitrary protein is incorporated into the polyhedron while maintaining its biological function using a known genetic engineering technique is included (for example, Patent Document 2, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-319778). No. publication, WO2002 / 036785 brochure).

本発明の微小粒子の配置方法において、レーザー照射で誘起される物理的な力は、例えば、レンズを含む光学システムによるレーザーの集光により誘起される物理的な力を含み、特に限定されないが、好ましくは、レーザーアブレーションに基づく力学的な力である。前記レーザーアブレーションとは、高強度のレーザーを物質に照射して集光させた時に見られる爆発的な侵食現象をいい、例えば、水中にパルスレーザーを集光させたとき、集光部における水の多光子吸収により衝撃波、気泡、対流などが発生する現象をいい、前記気泡の発生には、いわゆる空泡(キャビテーションバブル)の発生が含まれる。本発明において、レーザーアブレーションに基づく力学的な力とは、例えば、前記衝撃波、気泡、対流などの発生による力学的な力を含むが、これらに限定されず、前記爆発的な侵食現象一般に基づく力学的な力を含む。また、前記衝撃波とは、パルスレーザーの集光部で発生する圧力波のことである。図11に、パルスレーザーを水中で集光させた場合のレーザーアブレーションに基づく力学的な力の一例の模式図を示す。同図に記載のように、例えば、フェムト秒パルスレーザー100を基板103に向けて照射して集光すると、その集光部101で水の多光子吸収及びレーザーアブレーションが起こり、それにより矢印方向に衝撃波、気泡、対流などの発生による力学的な力が伝搬し、点線102の範囲まで前記力学的な力が及ぶ。また、レーザーアブレーションは、前記水の多光子吸収を利用する他、可視光や紫外光で一光子吸収を有する分子を利用してもよい。例えば、基板中に、可視光や紫外光で一光子吸収を有する分子を添加しておき、可視光や紫外光を発するレーザーを照射して前記基板でレーザーアブレーションを誘起することもできる。  In the method for arranging microparticles according to the present invention, the physical force induced by laser irradiation includes, for example, a physical force induced by laser focusing by an optical system including a lens, and is not particularly limited. Preferably, it is a mechanical force based on laser ablation. The laser ablation is an explosive erosion phenomenon that is observed when a substance is irradiated with a high-intensity laser and condensed. For example, when a pulse laser is condensed in water, This refers to a phenomenon in which shock waves, bubbles, convection, etc. are generated by multiphoton absorption, and the generation of the bubbles includes the generation of so-called air bubbles (cavitation bubbles). In the present invention, the mechanical force based on laser ablation includes, for example, the mechanical force due to the generation of the shock wave, bubble, convection, etc., but is not limited thereto, and the dynamic based on the explosive erosion phenomenon in general. Inclusive power. Moreover, the said shock wave is a pressure wave generate | occur | produced in the condensing part of a pulse laser. FIG. 11 shows a schematic diagram of an example of a mechanical force based on laser ablation when a pulsed laser is focused in water. As shown in the figure, for example, when the femtosecond pulse laser 100 is irradiated toward the substrate 103 and condensed, multi-photon absorption of water and laser ablation occur in the condensing unit 101, and thereby, in the direction of the arrow. A mechanical force due to the generation of a shock wave, a bubble, convection, etc. propagates and reaches the range of the dotted line 102. Laser ablation may use a molecule having one-photon absorption in visible light or ultraviolet light, in addition to using the multiphoton absorption of water. For example, laser ablation can be induced on the substrate by adding a molecule having one-photon absorption by visible light or ultraviolet light to the substrate and irradiating a laser emitting visible light or ultraviolet light.

本発明の微小粒子の配置方法において、レーザー照射で誘起される化学的な力は、例えば、ソース基板の改質及び/又はソース基板に接した微小粒子の部分の改質を含む。前記ソース基板及び/又は微小粒子の一部の改質とは、レーザーをソース基板に照射した時に見られるソース基板及び/又は微小粒子の一部の化学的状態の変化であって、例えば、ソース基板及び/又は微小粒子の一部の材質や修飾物が光反応性や光分解性の分子を含み、レーザー照射により前記分子の化学的状態が変化することを含む。このような化学的な力は、レンズを含む光学システムによるレーザーの集光により誘起されるものであることが好ましい。  In the method for arranging microparticles of the present invention, the chemical force induced by laser irradiation includes, for example, modification of the source substrate and / or modification of a portion of the microparticles in contact with the source substrate. The modification of a part of the source substrate and / or microparticles is a change in the chemical state of a part of the source substrate and / or microparticles that is observed when the source substrate is irradiated with a laser. This includes that the material and modification of a part of the substrate and / or microparticles include photoreactive or photodegradable molecules, and the chemical state of the molecules changes by laser irradiation. Such chemical forces are preferably induced by the focusing of the laser by an optical system including a lens.

したがって、本発明の微小粒子の配置方法で使用するレーザーは、前記物理的な力や化学的な力を誘起できるものであれば特に制限されず、レーザーの光は、例えば、赤外光、可視光又は紫外光を使用できる。また、使用するレーザーは、例えば、連続発振レーザーやパルスレーザーが使用でき、前記パルスレーザーとしては、例えば、ナノ秒レーザー、ピコ秒レーザー及びフェムト秒レーザーなどの従来公知のレーザーが使用できる。具体例としては、フェムト秒チタンサファイアレーザー、フェムト秒ファイバーレーザー、フェムト秒イットリビウムレーザー、フェムト秒エキシマレーザー、ピコ秒YAGレーザーなどが挙げられる。  Therefore, the laser used in the method for arranging microparticles of the present invention is not particularly limited as long as it can induce the physical force and chemical force, and the laser light can be, for example, infrared light or visible light. Light or ultraviolet light can be used. As the laser to be used, for example, a continuous wave laser or a pulse laser can be used. As the pulse laser, for example, a conventionally known laser such as a nanosecond laser, a picosecond laser, and a femtosecond laser can be used. Specific examples include a femtosecond titanium sapphire laser, a femtosecond fiber laser, a femtosecond yttrium laser, a femtosecond excimer laser, and a picosecond YAG laser.

本発明の微小粒子の配置方法は、基板準備工程と、基板配置工程と、微小粒子分離工程と、微小粒子配置工程とを含む。次に、各工程について説明する。  The fine particle arrangement method of the present invention includes a substrate preparation step, a substrate arrangement step, a fine particle separation step, and a fine particle arrangement step. Next, each step will be described.

(基板準備工程)
ソース基板は、微小粒子固定面を有し、ここに、微小粒子が固定化されたものである。固定化される微小粒子は、前述のとおりである。また、前記微小粒子固定面は、ソース基板の片面であっても両面であってもよい。ソース基板の材質は、特に制限されず、ガラス、プラスチック、ゴムなどを使用でき、固定化する微小粒子に応じて適宜選択できる。また、ソース基板は、2つ以上の層を含む積層物であってもよく、例えば、前記微小粒子固定面として、微小粒子の固定に適した層を積層してもよい。また、ソース基板の微小粒子固定面は、微小粒子を固定するための修飾が施されても良い。前記修飾としては、例えば、アビジン修飾などの抗原抗体反応を利用した修飾、アルカンチオール修飾などの化学反応を利用した修飾が挙げられる。また、修飾基に光反応性もしくは光分解性の分子を導入することにより、化学的な力を利用する微小粒子配置面とすることができる。ソース基板の厚み、大きさは、特に制限されない。前記ソース基板は、ソース基板を通して微小粒子を視認する必要がある場合、光学的に透明であることが好ましい。また、ソース基板にレーザーを集光させてアブレーションを誘起する場合には、前述のとおり、照射するレーザー光で一光子吸収を有する分子を含ませてもよい。
(Board preparation process)
The source substrate has a fine particle fixing surface on which fine particles are fixed. The microparticles to be immobilized are as described above. The fine particle fixing surface may be one side or both sides of the source substrate. The material of the source substrate is not particularly limited, and glass, plastic, rubber, or the like can be used, and can be appropriately selected according to the fine particles to be immobilized. The source substrate may be a laminate including two or more layers. For example, a layer suitable for fixing microparticles may be stacked as the microparticle fixing surface. The fine particle fixing surface of the source substrate may be modified to fix the fine particles. Examples of the modification include modification using an antigen-antibody reaction such as avidin modification, and modification using a chemical reaction such as alkanethiol modification. Further, by introducing a photoreactive or photodegradable molecule into the modifying group, it is possible to obtain a fine particle arrangement surface utilizing chemical force. The thickness and size of the source substrate are not particularly limited. The source substrate is preferably optically transparent when it is necessary to view fine particles through the source substrate. In addition, when the laser is focused on the source substrate to induce ablation, as described above, a molecule having one-photon absorption may be included in the irradiated laser light.

微小粒子とソース基板との固定化は、化学結合を用いる方法や、物理吸着を用いる方法などの従来公知技術から適宜選択できる。ソース基板と微小粒子との分離が物理的な力により行われる場合には、レーザーアブレーションに基づく力学的な力の物理的衝撃によりその結合が解かれる固定化方法であることが好ましい。ソース基板と微小粒子との分離が化学的な力により行われる場合には、例えば、ソース基板と微小粒子とが、光反応性や光分解性の分子を介して固定化され、レーザー照射によるソース基板の改質及び/又はソース基板に接した微小粒子の部分の改質によりその結合が解かれる固定化方法であることが好ましい。また、後述するように、1つのターゲット基板に複数の微小粒子を配置する場合には、ソース基板に複数の微小粒子を、区分して固定化してもよい。  Immobilization of the fine particles and the source substrate can be appropriately selected from conventionally known techniques such as a method using chemical bonds and a method using physical adsorption. In the case where the source substrate and the fine particles are separated by physical force, an immobilization method in which the coupling is released by physical impact of mechanical force based on laser ablation is preferable. When the separation of the source substrate and the microparticles is performed by chemical force, for example, the source substrate and the microparticles are immobilized via photoreactive or photodegradable molecules, and the source by laser irradiation is used. The immobilization method is preferably such that the bonding is released by modification of the substrate and / or modification of the part of the fine particles in contact with the source substrate. As will be described later, when a plurality of microparticles are arranged on one target substrate, the plurality of microparticles may be divided and fixed on the source substrate.

ターゲット基板は、微小粒子の配置対象となる微小粒子配置面を有するものである。ターゲット基板の材質は、特に制限されず、ガラス、プラスチック、ゴムなどを使用でき、配置・固定化する微小粒子に応じて適宜選択できる。また、ターゲット基板は、2つ以上の層を含む積層物であってもよく、例えば、ターゲット基板と微小粒子との固定化が必要な場合は、前記微小粒子配置面として、微小粒子の固定に適した層を積層してもよい。また、ターゲット基板の微小粒子配置面は、微小粒子を固定するための修飾が施されても良い。ターゲット基板の厚み、大きさは、特に制限されない。前記ターゲット基板は、ターゲット基板を通してターゲット基板上の微小粒子などを視認する必要がある場合、光学的に透明であることが好ましい。ターゲット基板は、例えば、微小粒子として多角体を用いる場合には、ガラス基材がポリジメチルシロキサン(PDMS)でコートされたものを使用できる。PDMSによるコーティングは、ジメルチルシロキサン(DMS)をコートし、適当な加熱(例えば、約80℃、1分間)により重合させるなどして行うことができる。  The target substrate has a fine particle arrangement surface that is a fine particle arrangement target. The material of the target substrate is not particularly limited, and glass, plastic, rubber and the like can be used, and can be appropriately selected according to the fine particles to be arranged and fixed. Further, the target substrate may be a laminate including two or more layers. For example, when the target substrate and the microparticles need to be immobilized, the microparticle placement surface is used to fix the microparticles. A suitable layer may be laminated. Further, the fine particle arrangement surface of the target substrate may be modified to fix the fine particles. The thickness and size of the target substrate are not particularly limited. The target substrate is preferably optically transparent when it is necessary to visually recognize fine particles on the target substrate through the target substrate. As the target substrate, for example, when a polygon is used as the fine particles, a glass substrate coated with polydimethylsiloxane (PDMS) can be used. The coating by PDMS can be performed by coating with dimertylsiloxane (DMS) and polymerizing by appropriate heating (for example, about 80 ° C. for 1 minute).

(基板配置工程)
本発明の微小粒子の配置方法のおける基板配置工程は、ソース基板及びターゲット基板を、前記ソース基板の微小粒子固定面と前記ターゲット基板の微小粒子配置面とが対面する状態で液層を介して配置する工程である。ソース基板とターゲット基板との距離は、特に制限されないが、ソース基板で分離した微小粒子をターゲット基板上へ精度よく配置できる距離であることが好ましい。その距離は、例えば、100nm〜1mmであって、100nm〜100μmであることが好ましく、より好ましくは100nm〜10μmである。
(Substrate placement process)
The substrate placement step in the method for placing microparticles according to the present invention includes the step of placing the source substrate and the target substrate through a liquid layer in a state where the microparticle fixed surface of the source substrate and the microparticle placement surface of the target substrate face each other It is a process of arranging. The distance between the source substrate and the target substrate is not particularly limited, but is preferably a distance that allows fine particles separated by the source substrate to be accurately arranged on the target substrate. The distance is, for example, 100 nm to 1 mm, preferably 100 nm to 100 μm, and more preferably 100 nm to 10 μm.

前記ソース基板と前記ターゲット基板との間には、液層が配置される。これにより、液体のレーザーアブレーションを利用できる。前記液層としては、例えば、水溶液層が挙げられる。前記水溶液は、特に制限されず、例えば、水、生理食塩水、各種バッファーなどを適宜使用できる。上述したとおり、生体デバイスにおいて、配置される微小粒子がタンパク質や細胞といった生体分子である場合、これらの生体分子が生体機能を維持したまま配置されることが好ましい。しかしながら、従来のインクジェットプリンティング、マイクロコンタクトプリンティング、レーザーダイレクトライティングなどの技術(図13参照)では生体分子を射出して固定する際に、生体分子が乾燥する可能性があり、この乾燥により生体機能が失われると考えられる。したがって、乾燥に弱い生体分子の微小粒子を水溶液層中で乾燥させることなる配置できるという本発明のメリットは、非常に大きい。なお、前記液層の液体は、水溶液に制限されず、例えば、有機溶媒や油などであってもよい。  A liquid layer is disposed between the source substrate and the target substrate. Thereby, liquid laser ablation can be utilized. Examples of the liquid layer include an aqueous solution layer. The aqueous solution is not particularly limited, and for example, water, physiological saline, various buffers, and the like can be used as appropriate. As described above, in the biodevice, when the arranged microparticles are biomolecules such as proteins and cells, it is preferable that these biomolecules are arranged while maintaining the biofunction. However, in conventional techniques such as ink jet printing, micro contact printing, and laser direct writing (see FIG. 13), when biomolecules are injected and fixed, the biomolecules may dry. It is thought to be lost. Therefore, the merit of the present invention is that the microparticles of biomolecules that are vulnerable to drying can be arranged to be dried in the aqueous solution layer. The liquid in the liquid layer is not limited to an aqueous solution, and may be, for example, an organic solvent or oil.

(微小粒子分離工程)
本発明の微小粒子の配置方法における微小粒子分離工程の第1の態様として、レーザー照射で誘起される物理的な力により、前記微小粒子固定面から微小粒子を分離させる工程が挙げられる。前記物理的な力には、前述のとおり、例えば、レーザーアブレーションに基づく力学的な力が含まれる。レーザーアブレーションは、ソース基板への集光により誘起してもよいが、前記ソース基板と前記ターゲット基板との間に配置された液層のレーザーアブレーションを利用することが好ましい。レーザーの集光部は、レーザーアブレーションに基づく力学的な力により目的とする微小粒子が分離できる位置であれば、特に制限されず、例えば、直接微小粒子に集光させても良い。しかしながら、前記微小粒子の劣化などを防ぐ点からは集光部を、前記微小粒子に接触させないことが好ましい。すなわち、集光部で生じる衝撃波、気泡、対流などの力学的な力のみを接触させて前記微小粒子を分離することで、与える損傷をより低減できる。また、レーザーアブレーションによって生じる衝撃波などは、パルスとして伝搬するが、集光部からの距離が離れるほど衝撃波のパルス形状は緩和するので、衝撃波などの力は、集光部からの距離の2乗以上の関数に比例して減少する。したがって、レーザーアブレーションに基づく力学的な力影響は、集光部から遠ざかるに従い急速に低下するから、例えば、パルスレーザーの集光部の大きさ、集光位置、レーザー強度及びレーザーの光密度などを適宜選択すれば、一定範囲の微小粒子を、高精度に分離できる。例えば、集光部の大きさが1μmの場合、その周囲の数10μmの範囲にある微小粒子とソース基板との結合を、衝撃波、気泡や対流の衝突などによる力学的な摂動により解くことができる(図11参照)。
(Microparticle separation process)
As a first aspect of the fine particle separation step in the fine particle arrangement method of the present invention, there is a step of separating the fine particles from the fine particle fixing surface by a physical force induced by laser irradiation. As described above, the physical force includes, for example, a mechanical force based on laser ablation. Laser ablation may be induced by focusing on a source substrate, but it is preferable to use laser ablation of a liquid layer disposed between the source substrate and the target substrate. The condensing part of the laser is not particularly limited as long as the target fine particles can be separated by a mechanical force based on laser ablation. For example, the laser condensing part may be directly condensed on the fine particles. However, from the viewpoint of preventing the deterioration of the fine particles and the like, it is preferable that the condensing part is not brought into contact with the fine particles. That is, damage caused by separating the microparticles by contacting only mechanical forces such as shock waves, bubbles, and convection generated in the light collecting portion can be further reduced. In addition, the shock wave generated by laser ablation propagates as a pulse, but the pulse shape of the shock wave relaxes as the distance from the condensing part increases, so the force such as the shock wave is more than the square of the distance from the condensing part. Decreases in proportion to the function of. Therefore, since the mechanical force effect based on laser ablation decreases rapidly as the distance from the condensing part increases, for example, the size of the condensing part of the pulse laser, the condensing position, the laser intensity, the laser light density, etc. If selected appropriately, a certain range of fine particles can be separated with high accuracy. For example, when the size of the light condensing part is 1 μm, the coupling between the surrounding fine particles in the range of several tens of μm and the source substrate can be solved by mechanical perturbation due to shock waves, collision of bubbles or convection. (See FIG. 11).

本発明の微小粒子の配置方法における微小粒子分離工程の第2の態様として、レーザー照射で誘起される化学的な力、例えば、ソース基板の化学的な改質及び/又はソース基板に接した微小粒子の部分の改質より、前記微小粒子固定面から微小粒子を分離させる工程が挙げられる。前記ソース基板及び/又は微小粒子の一部の改質は、微小粒子が光反応性や光分解性の分子を介してソース基板に固定化されている場合に、レーザー照射により、前記分子の化学的状態を変化させ、固定する力を弱める又は無力化することを含む。前記ソース基板及び/又は微小粒子の一部の改質は、例えば、レーザーをソース基板と微小粒子との境界面に集光することで誘起できる。レーザーの集光部は、ソース基板の改質及び/又は微小粒子の一部により目的とする微小粒子が分離できる位置であれば、特に制限されず、例えば、直接微小粒子に集光させても良いし、分離させる微小粒子の近傍のソース基板であってもよい。前記微小粒子の劣化などを防ぐ点からは集光部を、前記微小粒子に接触させないことが好ましい。  As a second aspect of the fine particle separation step in the fine particle arrangement method of the present invention, chemical force induced by laser irradiation, for example, chemical modification of the source substrate and / or fine contact with the source substrate. A step of separating the fine particles from the fine particle fixing surface may be mentioned by modifying the particle portion. The modification of the source substrate and / or a part of the microparticle is performed by irradiating the molecule with a laser when the microparticle is immobilized on the source substrate via a photoreactive or photodegradable molecule. Including changing the target state and weakening or neutralizing the fixing force. The modification of the source substrate and / or part of the microparticles can be induced, for example, by focusing a laser on the interface between the source substrate and the microparticles. The condensing part of the laser is not particularly limited as long as the target fine particles can be separated by modification of the source substrate and / or a part of the fine particles. It may be a source substrate near the fine particles to be separated. From the viewpoint of preventing deterioration of the fine particles, it is preferable not to bring the light condensing part into contact with the fine particles.

なお、本発明の微小粒子の配置方法における微小粒子分離工程は、第3の態様として、レーザー照射で誘起される物理的な力と化学的な力とを共に利用して、前記微小粒子固定面から微小粒子を分離させる工程であってもよい。  The fine particle separation step in the fine particle arrangement method of the present invention, as a third aspect, uses both a physical force and a chemical force induced by laser irradiation, and the fine particle fixing surface. It may be a step of separating the fine particles from.

前記微小粒子分離工程において、分離させる微小粒子のソース基板における位置は、対面するターゲット基板の前記微小粒子が配置される位置に相当する。すなわち、ターゲット基板の微小粒子配置面の任意の特定位置に微小粒子を配置する場合、前記配置面の特定位置に対向するソース基板の固定化面の位置に固定化された微小粒子をレーザー照射により分離させればよい。したがって、ソース基板とターゲット基板との相対位置が固定されている場合、前記ソース基板へのレーザー照射のパターニングを、そのまま、微小粒子の配置としてターゲット基板へ転写することができる。  In the fine particle separation step, the position of the fine particles to be separated on the source substrate corresponds to the position on the target substrate where the fine particles are arranged. That is, when the microparticles are arranged at an arbitrary specific position on the microparticle arrangement surface of the target substrate, the microparticles immobilized at the position of the immobilization surface of the source substrate facing the specific position of the arrangement surface are irradiated by laser irradiation. What is necessary is just to separate. Therefore, when the relative position of the source substrate and the target substrate is fixed, the patterning of laser irradiation to the source substrate can be transferred to the target substrate as it is as an arrangement of fine particles.

前記微小粒子分離工程において、レーザーの集光、集光部の大きさの調整、及び、集光位置の調整する手段としては、特に制限されないが、例えば、レンズや絞りなどの光学系のシステムで調整可能であり、好ましくは、顕微鏡を利用できる。パルスレーザーの集光部は、点状、一定の面積をもった円形又は一定の体積を持った球形などの形状であってよく、前記集光部が円形若しくは球形の場合、その半径は、例えば、0を越え100μm以下であり、好ましくは、0を越え10μm以下であり、より好ましくは、0を越え1μm以下である。  In the fine particle separation step, the laser condensing, the adjustment of the size of the condensing part, and the means for adjusting the condensing position are not particularly limited, but for example, in an optical system such as a lens or a diaphragm. It is adjustable and preferably a microscope can be used. The condensing part of the pulse laser may be in the form of a dot, a circle having a certain area, or a sphere having a certain volume, and when the condensing part is circular or spherical, the radius is, for example, , More than 0 and not more than 100 μm, preferably more than 0 and not more than 10 μm, more preferably more than 0 and not more than 1 μm.

前記微小粒子分離工程において、パルスレーザーを集光させる集光位置は、前述のとおり、分離させる微小粒子の近傍のソース基板又は液体が好ましく、分離させる微小粒子の範囲に応じて適宜調整できる。パルスレーザーの集光位置と微小粒子との距離としては、例えば、0を超え1mm以下であって、0を超え100μm以下が好ましく、より好ましくは、0を超え1μm以下である。  In the fine particle separation step, the condensing position for condensing the pulsed laser is preferably the source substrate or the liquid in the vicinity of the fine particles to be separated as described above, and can be appropriately adjusted according to the range of the fine particles to be separated. The distance between the condensing position of the pulse laser and the fine particles is, for example, more than 0 and 1 mm or less, preferably more than 0 and 100 μm or less, more preferably more than 0 and 1 μm or less.

前記微小粒子分離工程の第1の態様において、レーザーアブレーションにより50μm以内の半径領域の微小粒子の配置に使用する場合のパルスレーザーの光密度(光子流量:photon flux)は、例えば、5×10〜1×1012(watt)であり、好ましくは、5×10〜1×10(watt)であり、より好ましくは5×10〜1×10(watt)である。In the first aspect of the fine particle separation step, the light density (photon flux: photon flux) of the pulse laser when used for arranging fine particles in a radius region within 50 μm by laser ablation is, for example, 5 × 10 5. ˜1 × 10 12 (watt), preferably 5 × 10 5 to 1 × 10 9 (watt), more preferably 5 × 10 5 to 1 × 10 7 (watt).

ここで、50μm以内の半径領域の微小粒子の配置についての光密度を示したが、パルスレーザーが影響を及ぼす領域は領域半径の2乗に比例するため、たとえば10μm以内の半径領域の微小粒子を配置したい場合のパルスレーザーの光密度は上記の場合の25分の1、100μm以内の半径領域の微小粒子を配置したい場合のパルスレーザーの光密度は上記の場合の400倍となる。また、パルスレーザーのパルス幅をΔtとした場合、パルスレーザーの強度(I)とパルスレーザーに光密度(D)の関係は、下記式で表される。
I=D×Δt
このように使用するパルスレーザーの強度は、微小粒子と集光位置との距離、分離させる微小粒子の範囲などに応じて適宜調整できるが、汎用のフェムト秒レーザー(Δt=100fs)を用いた場合の例を、下記表1に示す。
Here, the optical density for the arrangement of microparticles in a radius region within 50 μm is shown. However, since the region affected by the pulse laser is proportional to the square of the radius of the region, for example, microparticles in a radius region within 10 μm are used. The optical density of the pulse laser when it is desired to be arranged is 1/25 of the above case, and the optical density of the pulse laser when it is desired to arrange fine particles in a radius region within 100 μm is 400 times that of the above case. When the pulse width of the pulse laser is Δt, the relationship between the intensity (I) of the pulse laser and the light density (D) of the pulse laser is expressed by the following equation.
I = D × Δt
The intensity of the pulse laser used in this way can be appropriately adjusted according to the distance between the microparticles and the condensing position, the range of the microparticles to be separated, etc., but when a general-purpose femtosecond laser (Δt = 100 fs) is used Examples are shown in Table 1 below.

Figure 2006104048
Figure 2006104048

前記微小粒子分離工程の第2の態様において、ソース基板の化学的改質により微小粒子を分離させる場合のパルスレーザーの強度は、例えば、1×10−9〜10(J/pulse)であり、好ましくは、1×10−6〜1(J/pulse)であり、より好ましくは、1×10−6〜1×10−3(J/pulse)である。また、連続発振レーザーを使用する場合、そのレーザー強度は、例えば、1×10−6〜10(watt)であり、好ましくは、1×10−4〜1(watt)であり、より好ましくは、1×10−4〜1×10−2(watt)である。In the second aspect of the fine particle separation step, the intensity of the pulse laser when fine particles are separated by chemical modification of the source substrate is, for example, 1 × 10 −9 to 10 (J / pulse), Preferably, it is 1 × 10 −6 to 1 (J / pulse), more preferably 1 × 10 −6 to 1 × 10 −3 (J / pulse). Moreover, when using a continuous wave laser, the laser intensity is 1 * 10 < -6 > -10 (watt), for example, Preferably, it is 1 * 10 < -4 > -1 (watt), More preferably, 1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 (watt).

本発明において、パルスレーザーの波長は、例えば、190nm〜20μmのレーザーが使用でき、その中でも、例えば、液層で集光させる場合、直接的に強い吸収のある紫外線よりも、赤外光のほうが使用する基板などの材料に関係なくレーザーの集光部で衝撃波を発生できることより、前記波長は、400nm〜1100nmが好ましく、より好ましくは、600nm〜1100nmである。  In the present invention, the wavelength of the pulse laser can be, for example, a laser having a wavelength of 190 nm to 20 μm. Among them, for example, when condensing in a liquid layer, infrared light is more directly than ultraviolet light having strong absorption. The wavelength is preferably 400 nm to 1100 nm, more preferably 600 nm to 1100 nm, since a shock wave can be generated at the laser condensing part regardless of the material such as the substrate to be used.

1ドットの微小粒子を前記固定化面から分離させるためのパルスレーザーの照射回数は、特に制限されず、例えば、1発(単発)から1000万発であり、好ましくは単発から1000発、より好ましくは単発から10発であり、さらに好ましくは単発である。ここで、本発明において、1ドットとは、単一集光点へのレーザー照射により、ソース基板の固定面から分離され、ターゲット基板の配置面に配置される微小粒子の領域をいう。また、繰り返し照射する場合のレーザーの繰り返し周波数は、例えば、1Hz〜100MHzであり、好ましくは、1Hz〜1MHzであり、より好ましくは、1Hz〜1kHzであり、さらにより好ましくは、1Hz〜20Hzである。  The number of times of irradiation with a pulse laser for separating fine particles of 1 dot from the immobilization surface is not particularly limited, and is, for example, from 1 shot (single shot) to 10 million shots, preferably from one shot to 1000 shots, more preferably Is a single shot to 10 shots, more preferably a single shot. Here, in the present invention, one dot refers to a region of fine particles that are separated from the fixed surface of the source substrate by laser irradiation to a single condensing point and are disposed on the surface of the target substrate. Moreover, the repetition frequency of the laser in the case of repeated irradiation is, for example, 1 Hz to 100 MHz, preferably 1 Hz to 1 MHz, more preferably 1 Hz to 1 kHz, and still more preferably 1 Hz to 20 Hz. .

(微小粒子配置工程)
本発明の微小粒子の配置方法における微小粒子配置工程は、微小粒子にかかるソース基板からターゲット基板方向への力により、前記分離工程により分離された微小粒子を、ターゲット基板の配置面に配置する工程である。微小粒子をソース基板からターゲット基板へ移動させる力としては、例えば、重力、磁力、静電力、浮力などが挙げられる。その他の態様として、前記分離工程により分離された微小粒子を、レーザーによる光力(光の放射圧)を利用したレーザートラッピング法を用いて捕捉し、ターゲット基板へ移動させる工程が挙げられる。
(Microparticle placement process)
The fine particle arrangement step in the fine particle arrangement method of the present invention is a step of arranging the fine particles separated in the separation step by the force in the direction of the target substrate from the source substrate applied to the fine particles on the arrangement surface of the target substrate. It is. Examples of the force that moves the microparticles from the source substrate to the target substrate include gravity, magnetic force, electrostatic force, and buoyancy. As another embodiment, there may be mentioned a step of capturing the fine particles separated in the separation step using a laser trapping method using light force (radiation pressure of light) by a laser and moving the particles to a target substrate.

この工程の好ましい態様としては、微小粒子を、重力により、ソース基板からターゲット基板上へ落下させることがあげられる。この態様の一例を、図1A〜Cを用いて具体的に説明する。なお、図1A〜Cにおいて、同一箇所には同一の符号を付している。まず、図1Aの模式図のように、微小粒子3が固定化されたソース基板1を、液層4を介してターゲット基板2上に配置する。次に、図1Bの模式図のように、レーザー5を集光させることによりレーザーアブレーションを誘起し、レーザーアブレーションに基づく力学的な力6を生じさせ、それにより、微小粒子3をソース基板1から分離させる。そして、図1Cの模式図のように、分離した微小粒子3が、落下してターゲット基板2上に配置される。このように、本発明の配置方法によれば、ソース基板へのレーザー照射のパターニングを、そのまま、ターゲット基板上の前記微小粒子の配列として転写することができる。  As a preferred embodiment of this step, it is possible to drop fine particles from the source substrate onto the target substrate by gravity. An example of this aspect will be specifically described with reference to FIGS. 1A to 1C, the same portions are denoted by the same reference numerals. First, as shown in the schematic diagram of FIG. 1A, the source substrate 1 on which the microparticles 3 are immobilized is disposed on the target substrate 2 via the liquid layer 4. Next, as shown in the schematic diagram of FIG. 1B, laser ablation is induced by focusing the laser 5 to generate a mechanical force 6 based on the laser ablation, whereby the microparticles 3 are separated from the source substrate 1. Separate. Then, as shown in the schematic diagram of FIG. 1C, the separated microparticles 3 fall and are arranged on the target substrate 2. Thus, according to the arrangement method of the present invention, the patterning of the laser irradiation on the source substrate can be transferred as it is as the array of the fine particles on the target substrate.

また、微小粒子の移動させる力のその他の態様として、微小粒子に、例えば、磁性や電荷を持たせることで、ソース基板からターゲット基板へ移動させる方法が挙げられる。さらにその他の態様として、例えば、ソース基板をターゲット基板の下に液層を介して配置し、前記液中における微小粒子の浮力を利用する方法も挙げられる。これらの態様の移動方法は、従来公知の技術により、適宜実施可能である。  In addition, as another aspect of the force for moving the microparticles, there is a method of moving the microparticles from the source substrate to the target substrate by, for example, giving magnetism or electric charge. Furthermore, as another aspect, for example, a method in which a source substrate is disposed under a target substrate via a liquid layer and the buoyancy of fine particles in the liquid is used. The movement method of these aspects can be appropriately implemented by a conventionally known technique.

配置された微小粒子のターゲット基板への固定化は、特に制限されず、必要に応じて、従来公知の化学結合を用いる方法や、物理吸着を用いる方法などを利用して実施できる。また、PDMSコーティングされたターゲット基板を使用してこれに多角体を固定化する場合には、そのままでも多角体は固定化されるが、多角体を配置した後に、例えば、37℃で6時間加熱することでより硬化させることができる。  The immobilization of the arranged microparticles on the target substrate is not particularly limited, and can be performed using a conventionally known method using chemical bonding, a method using physical adsorption, or the like, if necessary. Further, when a polygon is fixed to a target substrate coated with PDMS, the polygon is fixed as it is, but after placing the polygon, for example, heated at 37 ° C. for 6 hours. It can be hardened more by doing.

以上の本発明の微小粒子の配置方法において、前記微小粒子分離工程及び前記微小粒子配置工程を繰り返すことで、前記配置面に、任意の点及び/又は線として、前記微小粒子を配列することができる。また、異なる種類の微小粒子が固定化されたソース基板を利用すれば、後述の例で説明するように、同一ターゲット基板に複数種類の微小粒子配置することができる。  In the fine particle arrangement method of the present invention described above, the fine particles can be arranged as arbitrary points and / or lines on the arrangement surface by repeating the fine particle separation step and the fine particle arrangement step. it can. If a source substrate on which different types of microparticles are immobilized is used, a plurality of types of microparticles can be arranged on the same target substrate, as will be described in the following example.

次に、微小粒子の例として昆虫ウイルス由来の多角体を用いた本発明の多角体の配置方法を具体的に説明する。ここで、昆虫ウイルス由来の多角体は、上述のとおり、ポリヘドリンというウイルスの外殻タンパク質が形成する結晶性の物質であって、任意のタンパク質をその内部に活性を維持したまま取り込ませ、タンパク質の担体として利用可能な物質である(例えば、特許文献1、特開2003−319778号公報、WO2002/036785号パンプレット参照)。ただし、本発明の微小粒子は、前記多角体に限定されない。  Next, the method for arranging a polyhedron of the present invention using an insect virus-derived polyhedron as an example of a microparticle will be specifically described. Here, as described above, the polyhedron derived from insect virus is a crystalline substance formed by the outer shell protein of polyhedrin, which allows any protein to be taken in while maintaining its activity. It is a substance that can be used as a carrier (see, for example, Patent Document 1, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-319778, and WO 2002/036785). However, the fine particles of the present invention are not limited to the polygon.

(ソース基板の準備)
本発明の多角体の配置方法におけるソース基板の準備工程の一例を、図2A〜Dを用いて説明する。なお、同図において、同一箇所には同一の符号を付している。まず、図2Aの模式図のように、水、生理食塩水、もしくは各種バッファーに多角体を分散させた多角体分散液7を、マイクロピペット8を用いて、ガラス基板9の微小粒子固定面に滴下し、数時間、室温で放置する。すると、図2Bの模式図のように、自然乾燥することにより、前記多角体10が、ガラス基板9の固定化面に吸着する。このように、自然乾燥することにより、多角体10と基板9とは、静電力により接着し、その後、水などを滴下しても剥離しない。次に、図2Cの模式図のように、ガラス基板9の固定化面に吸着させた多角体10上に、マイクロピペットを用いて弱アルカリ水溶液11を滴下して数分程度放置して、アルカリ処理する。ポリヘドリンの結晶性多角体は、アルカリ溶液により溶解することがしられており、この処理により、前記乾燥で活性を失った多角体表面のタンパク質を活性化する。最後に、前記弱アルカリ水溶液をマイクロピペットで除去し、図2Dの模式図のように、多角体10が基板9の固定化面に固定化されたソース基板が準備される。前記弱アルカリ水溶液としては、例えば、pH10.3のカルボネートバッファーなどがあげられる。なお、前記多角体表面のアルカリ処理による活性化は、例えば、抗原抗体反応、多角体表面からの緑色蛍光タンパク質の発光により判断できる。固定化される領域の大きさは、特に制限されず、例えば、その直径が、1mm以下である。この場合、基板上に滴下する液滴の数は特に制限されず、例えば、図2Eのように、ガラス基板9の固定化面に、複数種類の多角体10〜10’’’を固定化してもよい。したがって、例えば、1cm角の基板を用い、1つの固定化領域の大きさを直径1mm程度とした場合、1枚の基板上に、約100種類の異なるタンパク質を含む多角体を配置することができることとなる。
(Preparation of source substrate)
An example of the source substrate preparation process in the polygon arrangement method of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same portions are denoted by the same reference numerals. First, as shown in the schematic diagram of FIG. 2A, a polyhedron dispersion liquid 7 in which a polyhedron is dispersed in water, physiological saline, or various buffers is applied to the fine particle fixing surface of the glass substrate 9 using a micropipette 8. Drop and leave at room temperature for several hours. Then, as shown in the schematic diagram of FIG. 2B, the polygon 10 is adsorbed on the immobilization surface of the glass substrate 9 by natural drying. Thus, by natural drying, the polygon 10 and the substrate 9 are bonded by electrostatic force, and then do not peel even when water or the like is dropped. Next, as shown in the schematic diagram of FIG. 2C, a weak alkaline aqueous solution 11 is dropped using a micropipette on the polygon 10 adsorbed on the immobilization surface of the glass substrate 9, and left for about several minutes. To process. The polyhedrin crystalline polyhedron is dissolved in an alkaline solution, and this treatment activates the protein on the polyhedron surface that has lost its activity upon drying. Finally, the weak alkaline aqueous solution is removed with a micropipette, and a source substrate in which the polygon 10 is fixed to the fixing surface of the substrate 9 as shown in the schematic diagram of FIG. 2D is prepared. Examples of the weak alkaline aqueous solution include a carbonate buffer having a pH of 10.3. The activation of the polyhedron surface by alkali treatment can be determined by, for example, antigen-antibody reaction or light emission of green fluorescent protein from the polyhedron surface. The size of the region to be fixed is not particularly limited, and for example, the diameter is 1 mm or less. In this case, the number of droplets dropped on the substrate is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 2E, a plurality of types of polygons 10 to 10 ′ ″ are fixed to the fixing surface of the glass substrate 9. Also good. Therefore, for example, when a 1 cm square substrate is used and the size of one immobilization region is about 1 mm in diameter, a polyhedron containing about 100 different proteins can be arranged on one substrate. It becomes.

(ソース基板及びターゲット基板の配置)
次に、ソース基板及びターゲット基板が、ソース基板の微小粒子固定面とターゲット基板の微小粒子配置面とが対面する状態で液層を介して配置される形態を構築する。図3に、配置形態の一例の模式図を示す。同図のように、ソース基板及びターゲット基板の配置形態20は、ターゲット基板12上に、スペーサー15によって形成される液層16を介して、前記準備工程で準備した多角体10が固定化されたソース基板9が配置された構成である。なお、図3に示すターゲット基板12は、ガラス基板13に、微小粒子配置面として、シリコンゴムシート14が積層されたターゲット基板の一例である。後述するように、シリコンゴムシート14により、分離後に配置された多角体10のターゲット基板12への固定化作業を省略できるため、好ましい。前記スペーサー15の材質は、特に制限されず、例えば、シリコンゴム、プラスチックシート、金属薄板などを使用でき、その厚みは、特に制限されず、例えば、100μmである。前記シリコンゴムシート14の厚みも、特に制限されず、例えば、100μmである。
(Arrangement of source substrate and target substrate)
Next, a configuration is constructed in which the source substrate and the target substrate are arranged via the liquid layer in a state where the fine particle fixing surface of the source substrate and the fine particle arrangement surface of the target substrate face each other. In FIG. 3, the schematic diagram of an example of an arrangement | positioning form is shown. As shown in the figure, in the arrangement form 20 of the source substrate and the target substrate, the polygon 10 prepared in the preparation step is fixed on the target substrate 12 via the liquid layer 16 formed by the spacer 15. In this configuration, the source substrate 9 is arranged. Note that the target substrate 12 shown in FIG. 3 is an example of a target substrate in which a silicon rubber sheet 14 is laminated on a glass substrate 13 as a fine particle arrangement surface. As will be described later, the silicon rubber sheet 14 is preferable because the fixing operation of the polygon 10 placed after the separation to the target substrate 12 can be omitted. The material of the spacer 15 is not particularly limited, and for example, silicon rubber, a plastic sheet, a metal thin plate, or the like can be used, and the thickness is not particularly limited, and is, for example, 100 μm. The thickness of the silicon rubber sheet 14 is not particularly limited, and is 100 μm, for example.

(多角体の分離及び配置工程)
多角体の分離工程及び配置工程は、例えば、顕微鏡を利用した本発明の配置装置を用い、前記配置形態20のように構成されたソース基板及びターゲット基板に対してレーザー照射することにより実施できる。図4に、本発明の多角体の配置方法に使用できる本発明の配置装置の一例を示す。同図のとおり、本発明の配置装置40は、正立顕微鏡21及びパルスレーザー照射装置27を主要構成要素としている。正立顕微鏡21は、ステージ22と、コンデンサーレンズ23と、対物レンズ24と、光源ランプ25と、CCDカメラ26と、ダイクロックミラー31とを備えている。前記ステージ22上には、配置形態20のようにソース基板及びターゲット基板が配置される。正立顕微鏡21のステージ22の下方には、コンデンサーレンズ23が配置され、その下には、光源ランプ25が配置され、この光を検出するCCDカメラ26が顕微鏡21上部に配置されている。正立顕微鏡21の外部に、パルスレーザー照射装置27が配置されており、正立顕微鏡21及びパルスレーザー照射装置27との間には、光学システムが配置されている。前記光学システムは、λ/2板28、偏光子29及びコリーメーターレンズ30からなり、この順序で、発射されたパルスレーザー32が通過する。正立顕微鏡21内に導入されたパルスレーザー32は、ダイクロイックミラー31で反射され、対物レンズ24を通して、配置形態20のように構成されたソース基板及びターゲット基板に照射される。この装置では、前記λ/2板28及び偏光子29により、パルスレーザー32の強度を調節でき、また、前記コリーメーターレンズ30により、パルスレーザー32を顕微鏡の結像面に集光するように調節でき、ステージ22により、パルスレーザー32の集光位置を調節できる。なお、この例では、正立顕微鏡を用いて、ソース基板の上方からレーザーを照射する装置の例を取り上げたが、倒立顕微鏡を用いて、ターゲット基板の下方からレーザーを照射してもよい。
(Polygon separation and placement process)
The polygon separation process and the arrangement process can be performed, for example, by irradiating the source substrate and the target substrate configured as in the arrangement form 20 with a laser using the arrangement apparatus of the present invention using a microscope. FIG. 4 shows an example of an arrangement device of the present invention that can be used in the polygon arrangement method of the present invention. As shown in the figure, the arrangement device 40 of the present invention includes an upright microscope 21 and a pulse laser irradiation device 27 as main components. The upright microscope 21 includes a stage 22, a condenser lens 23, an objective lens 24, a light source lamp 25, a CCD camera 26, and a dichroic mirror 31. A source substrate and a target substrate are arranged on the stage 22 as in the arrangement form 20. A condenser lens 23 is disposed below the stage 22 of the upright microscope 21, a light source lamp 25 is disposed below the condenser lens 23, and a CCD camera 26 that detects this light is disposed above the microscope 21. A pulse laser irradiation device 27 is arranged outside the upright microscope 21, and an optical system is arranged between the upright microscope 21 and the pulse laser irradiation device 27. The optical system includes a λ / 2 plate 28, a polarizer 29, and a collimator lens 30, and the emitted pulsed laser 32 passes in this order. The pulse laser 32 introduced into the upright microscope 21 is reflected by the dichroic mirror 31 and is irradiated to the source substrate and the target substrate configured as in the arrangement form 20 through the objective lens 24. In this apparatus, the intensity of the pulse laser 32 can be adjusted by the λ / 2 plate 28 and the polarizer 29, and the pulse laser 32 can be adjusted by the collimator lens 30 so as to be condensed on the image plane of the microscope. In addition, the focusing position of the pulse laser 32 can be adjusted by the stage 22. In this example, an example of an apparatus that irradiates a laser from above a source substrate using an upright microscope is taken up, but a laser may be irradiated from below a target substrate using an inverted microscope.

この装置40を使用した多角体の分離及び配置は、例えば、次のようにして行う。まず、正立顕微鏡21のステージ22にソース基板とターゲット基板とを図3に示すような配置形態20のように配置する。そして、CCDカメラ26で、前記ソース基板及びターゲット基板の様子を観察し、分離させる多角体を決定する。そして、パルスレーザーの集光位置が適当な位置になるように、ステージ22で調整する。ついで、パルスレーザー照射装置27によりパルスレーザー32を照射し、前記光学システムで強度などを調整して前記ソース基板及びターゲット基板にレーザーを照射する。パルスレーザーの集光部では、レーザーアブレーションが誘起される。この状態を、前述した図1Bを用いて説明する。同図のように、ソース基板1とターゲット基板3との間の液層4中にパルスレーザー5が集光し、レーザーアブレーションが誘起され、レーザーアブレーションに基づく力学的な力6が生じると、それにより、集光部近傍の微小粒子(多角体)3が、ソース基板1より分離し、重力によりターゲット基板2に落下する。そして、落下した前記微小粒子(多角体)3は、図1Cのように、ターゲット基板2上に着地し、配置されるのである。ここで、前述のように、ターゲット基板2に、微小粒子配置面としてシリコンゴムを使用すると、着地した多角体とシリコンゴムとが静電力によって接着し、その後の固定化作業を省くことができるため、好ましい。  Separation and arrangement of polygons using this device 40 are performed as follows, for example. First, the source substrate and the target substrate are arranged on the stage 22 of the upright microscope 21 as in the arrangement form 20 shown in FIG. Then, the CCD camera 26 observes the state of the source substrate and the target substrate, and determines a polygon to be separated. Then, the stage 22 is adjusted so that the condensing position of the pulse laser becomes an appropriate position. Next, the pulse laser 32 is irradiated by the pulse laser irradiation device 27, the intensity is adjusted by the optical system, and the source substrate and the target substrate are irradiated with the laser. Laser ablation is induced in the condensing part of the pulse laser. This state will be described with reference to FIG. 1B described above. As shown in the figure, when the pulse laser 5 is condensed in the liquid layer 4 between the source substrate 1 and the target substrate 3 and laser ablation is induced, and a mechanical force 6 based on laser ablation is generated, As a result, fine particles (polyhedrons) 3 in the vicinity of the condensing part are separated from the source substrate 1 and fall onto the target substrate 2 by gravity. The fine particles (polyhedrons) 3 that have fallen land on the target substrate 2 and are arranged as shown in FIG. 1C. Here, as described above, when silicon rubber is used for the target substrate 2 as the fine particle arrangement surface, the landed polygon and silicon rubber are bonded by electrostatic force, and subsequent fixing work can be omitted. ,preferable.

本発明の配置装置を用いて、ステージを移動させながらパルスレーザーを連続照射することで、ターゲット基板へ任意の形状に多角体配列を書き込むことが可能となる。書き込む線の幅は、特に制限されず、前述のとおり、パルスレーザーの強度などで調整可能であるが、例えば、1μm〜50cmの範囲であり、好ましくは、1μm〜1cmの範囲であり、より好ましくは、10μm〜1mmの範囲とすることができる。また、書き込みスピードは、特に制限されないが、例えば、1μm/sec〜10cm/secの範囲であり、好ましくは、1μm/sec〜1mm/secの範囲であり、より好ましくは、10μm/sec〜100μm/secの範囲とすることができる。このように、本発明の配置装置を用いた本発明の微小粒子の配置方法によれば、高精度、高密度、高速な微小粒子の配置が可能となる。なお、本発明の配置装置は、ソース基板の設置部と、ターゲット基板の設置部と、レーザー照射手段と、レーザー集光手段とを含む装置であれば、上記の例に制限されない。  By using the placement apparatus of the present invention and continuously irradiating a pulse laser while moving the stage, it is possible to write a polygonal array in an arbitrary shape on the target substrate. The width of the line to be written is not particularly limited, and can be adjusted by the intensity of the pulse laser as described above. For example, the width is 1 μm to 50 cm, preferably 1 μm to 1 cm, and more preferably. Can be in the range of 10 μm to 1 mm. The writing speed is not particularly limited, but is, for example, in the range of 1 μm / sec to 10 cm / sec, preferably in the range of 1 μm / sec to 1 mm / sec, and more preferably in the range of 10 μm / sec to 100 μm / sec. It can be in the range of sec. As described above, according to the fine particle arrangement method of the present invention using the arrangement device of the present invention, it is possible to arrange the fine particles with high accuracy, high density, and high speed. Note that the placement device of the present invention is not limited to the above example as long as it includes a source substrate placement portion, a target substrate placement portion, laser irradiation means, and laser focusing means.

前述のとおり、多角体には、従来公知の遺伝子操作により、様々なタンパク質を担持させることができる。そこで、前述の図2Eのような、異なる種類のタンパク質を担持した多角体10〜10’’’が配置されたソース基板を使用して、ターゲット基板上に複数種類の多角体を任意に配列する本発明の配置方法について説明する。この配置方法は、例えば、図5の展開模式図で示すソース基板及びターゲット基板の配置形態50を利用することで実施できる。同図において、配置形態50は、2つの電動ステージ41と42とを主要構成要素としており、ターゲット基板45を固定できる電動ステージ41上に、固定支持具43を介してソース基板44を固定できる電動ステージ42が配置される。配置形態50において、電動ステージ41を移動する時は、電動ステージ42もその相対位置を変化することなく移動し、電動ステージ42を移動するときは、電動ステージ42のみが移動するように設定する。  As described above, the polyhedron can carry various proteins by a conventionally known genetic manipulation. Therefore, a plurality of types of polygons are arbitrarily arranged on the target substrate using a source substrate on which polygons 10 to 10 ′ ″ carrying different types of proteins are arranged as shown in FIG. 2E. The arrangement method of the present invention will be described. This arrangement method can be implemented, for example, by using the arrangement form 50 of the source substrate and the target substrate shown in the developed schematic diagram of FIG. In the drawing, the arrangement form 50 has two electric stages 41 and 42 as main components, and an electric motor that can fix the source substrate 44 via the fixing support 43 on the electric stage 41 that can fix the target substrate 45. A stage 42 is arranged. In the arrangement form 50, when the electric stage 41 is moved, the electric stage 42 is also moved without changing its relative position, and when the electric stage 42 is moved, only the electric stage 42 is moved.

前記配置形態50のように配置されるソース基板及びターゲット基板を用いた多角体の分離及び配置は、例えば、図6A〜Eのようにして行う。なお、電動ステージが設置される配置装置は、例えば、図4のような正立顕微鏡でも、倒立顕微鏡でもよく、適宜選択できる。なお、図6において、図5と同一箇所には、同一符号を付す。図6A〜Eは、ターゲット基板45の領域46に、多角体48を、領域47に、多角体49を、それぞれ、液層51中で配置する工程を示した模式図である。図示しないが、ターゲット基板45は、図5の電動ステージ41に固定され、ソース基板44及び固定支持具43は、図5の電動ステージ42に固定されている。なお、破線60は、レーザーの照射位置、すなわち、配置装置である顕微鏡の対物レンズの法線を示す。まず、図6Aのように、領域46に多角体48を配置すべく、ターゲット基板45及びソース基板44を、それぞれ、レーザー照射位置の破線60上に移動させ、図6Bのように、レーザー照射により、ターゲット基板45の領域46上に多角体48を配置する。次に、図6Cのように、ターゲット基板45が固定された電動ステージ41(図5参照)を移動し、領域47を破線60上に位置させる。しかし、この状態では、破線60上のソース基板44の領域には、多角体49がない。そこで、図6Dのように、電動ステージ42(図5参照)でソース基板44のみを移動し、多角体49を破線60上に位置させる。これにより、図6Eのように、ターゲット基板45の領域46及び47上に、異なる種類の多角体48及び49をそれぞれ配置できる。ここで、前記液層51は、図3のように密閉しても良いが、密閉することなく表面張力によりソース基板44とターゲット基板45との間に保持することができる。また、ソース基板44やターゲット基板45が移動した際でも前記液層51により常に試料部が覆われるように維持することが可能である。  Separation and arrangement of the polygons using the source substrate and the target substrate arranged as in the arrangement form 50 are performed, for example, as shown in FIGS. The placement device on which the electric stage is installed may be an upright microscope as shown in FIG. 4 or an inverted microscope, for example, and can be selected as appropriate. In FIG. 6, the same portions as those in FIG. 6A to 6E are schematic views showing a process of arranging a polygon 48 in a region 46 of the target substrate 45, a polygon 49 in a region 47, and a polygon 49 in the liquid layer 51, respectively. Although not shown, the target substrate 45 is fixed to the electric stage 41 in FIG. 5, and the source substrate 44 and the fixing support 43 are fixed to the electric stage 42 in FIG. The broken line 60 indicates the laser irradiation position, that is, the normal line of the objective lens of the microscope that is the placement device. First, as shown in FIG. 6A, the target substrate 45 and the source substrate 44 are respectively moved on the broken line 60 of the laser irradiation position in order to arrange the polygon 48 in the region 46, and laser irradiation is performed as shown in FIG. 6B. A polygon 48 is arranged on the region 46 of the target substrate 45. Next, as shown in FIG. 6C, the electric stage 41 (see FIG. 5) to which the target substrate 45 is fixed is moved, and the region 47 is positioned on the broken line 60. However, in this state, there is no polygon 49 in the region of the source substrate 44 on the broken line 60. Therefore, as shown in FIG. 6D, only the source substrate 44 is moved by the electric stage 42 (see FIG. 5), and the polygonal body 49 is positioned on the broken line 60. Thereby, as shown in FIG. 6E, different types of polygons 48 and 49 can be arranged on the regions 46 and 47 of the target substrate 45, respectively. Here, the liquid layer 51 may be sealed as shown in FIG. 3, but can be held between the source substrate 44 and the target substrate 45 by surface tension without sealing. Further, even when the source substrate 44 and the target substrate 45 are moved, it is possible to keep the sample portion always covered with the liquid layer 51.

図6のソース基板44において、各種類の多角体の固定化領域が1mm弱であれば、ソース基板44の1cmの領域に、約100種類のタンパク質が担持された多角体を固定化することができる。また、電動ステージは、数μmの精度で制御可能である。このように、本発明の多角体の配置方法によれば、異なるタンパク質を担持した多角体を、同一ターゲット基板上に、任意の位置に、高精度、高密度、高速で配置することが可能である。In the source substrate 44 of FIG. 6, if the immobilization region of each type of polygon is less than 1 mm, the polyhedron carrying about 100 types of proteins is immobilized on the 1 cm 2 region of the source substrate 44. Can do. Further, the electric stage can be controlled with an accuracy of several μm. As described above, according to the polygon arrangement method of the present invention, it is possible to arrange polygons carrying different proteins on the same target substrate at any position with high accuracy, high density, and high speed. is there.

以上、本発明の多角体の配置方法の一例を説明したが、この例における本発明のソース基板及びターゲット基板の配置形態、配置装置、配置方法は、多角体に限定されず、他の微小粒子についての本発明の微小粒子の配置方法にも使用できる。  As mentioned above, although the example of the arrangement | positioning method of the polygon of this invention was demonstrated, the arrangement | positioning form, arrangement | positioning apparatus, and arrangement method of the source substrate and target substrate of this invention in this example are not limited to a polygon, Other microparticles Can also be used in the method for arranging microparticles of the present invention.

次に、本発明の微小粒子配置基板について説明する。本発明の微小粒子配置基板は、微小粒子が、本発明の微小粒子の配置方法を用いて基板上に配列されたものであり、その製造方法は、本発明の微小粒子の配置方法を用いる他は、特に制限されない。本発明の微小粒子配置基板は、固定化する微小粒子を、タンパク質、ペプチド、DNA、RNA、糖、脂質、有機化合物などとすることで、例えば、細胞培養基板、プロテインチップ、DNAチップ、バイオリアクター、バイオセンサー、バイオアッセイ用試験片など、従来公知の様々な用途に、特に制限されることなく、使用できる。  Next, the fine particle arrangement substrate of the present invention will be described. The microparticle-arranged substrate of the present invention is such that microparticles are arranged on the substrate using the method of arranging microparticles of the present invention, and the manufacturing method thereof is other than the method of arranging microparticles of the present invention. Is not particularly limited. The microparticle-arranged substrate of the present invention uses, as a microparticle to be immobilized, a protein, peptide, DNA, RNA, sugar, lipid, organic compound, etc., for example, cell culture substrate, protein chip, DNA chip, bioreactor , Biosensors, test specimens for bioassays, and the like, and can be used without particular limitation for various known applications.

これらの中でも、本発明の細胞培養基板について説明する。本発明の細胞培養基板は、生理活性物質が基板上に配列された細胞培養基板であって、本発明の配置方法により生理活性物質又は生理活性物質固定化担体を含む微小粒子が基板に配列されて製造されたものである。前記生理活性物質としては、例えば、増殖、分化、死などの機能を制御する従来公知のタンパク質などが挙げられる。これらを複数種類配列することにより、様々なタンパク質性細胞間シグナル伝達物質を、個々の細胞レベルで作用させることができる。このように、本発明の細胞培養基板の配置された微小粒子上で細胞を培養することで、細胞ごとに増殖・分化などのコントロールが可能になる。前記生理活性物質の具体例としては、サイトカイン、ホルモン、増殖因子などが挙げられるが、これらに限定されない。なお、本発明の細胞培養基板には、加えて、生理活性を有さない微小粒子が配列されてもよい。  Among these, the cell culture substrate of the present invention will be described. The cell culture substrate of the present invention is a cell culture substrate in which physiologically active substances are arranged on the substrate, and microparticles containing a physiologically active substance or a physiologically active substance-immobilized carrier are arranged on the substrate by the arrangement method of the present invention. Is manufactured. Examples of the physiologically active substance include conventionally known proteins that control functions such as proliferation, differentiation, and death. By arranging a plurality of these, various proteinaceous intercellular signaling substances can act at the individual cell level. As described above, by culturing the cells on the microparticles on which the cell culture substrate of the present invention is arranged, it becomes possible to control proliferation and differentiation for each cell. Specific examples of the physiologically active substance include, but are not limited to, cytokines, hormones, growth factors, and the like. In addition, in addition to the cell culture substrate of the present invention, fine particles having no physiological activity may be arranged.

本発明の細胞又は組織の培養方法は、本発明の細胞培養基板を用いて細胞や組織を培養する方法あり、本発明の細胞又は組織の製造方法は、本発明の細胞又は組織の培養方法よって培養して細胞又は組織を得る方法である。本発明の細胞又は組織の培養・製造方法において培養する細胞は、特に制限されない。本発明の細胞又は組織の培養・製造方法によれば、従来方法では困難であった、組織化を誘導する高度な細胞の配列と制御が可能となり、組織形成の基礎をなす細胞配列の最低ユニットの再現が可能となる。  The cell or tissue culture method of the present invention is a method of culturing a cell or tissue using the cell culture substrate of the present invention, and the cell or tissue production method of the present invention is based on the cell or tissue culture method of the present invention. It is a method of obtaining cells or tissues by culturing. The cells to be cultured in the cell or tissue culturing / manufacturing method of the present invention are not particularly limited. According to the method for culturing / manufacturing cells or tissues of the present invention, it is possible to control and control advanced cells that induce organization, which is difficult with conventional methods, and is the minimum unit of cell arrays that forms the basis of tissue formation. Can be reproduced.

以下に、実施例を用いて本発明をさらに説明する。  The present invention will be further described below with reference to examples.

(多角体の調製)
昆虫ウイルス由来のタンパク質(ポリヘドリン)が形成する結晶性媒体である多角体のみからなるタンパク質固定化担体を、以下のようにして作製した。まず、カイコ細胞質多角体病ウイルス(BmCPV)の立方体の多角体を形成するために、昆虫ウイルスベクターAcNPVにポリヘドリン遺伝子を組み込んだ組換えウイルスベクターAcCP−H(Mori et al.(1993)J.Gen.Virol.74,99−102)を、Spodoptera Frugiperda由来のIPLB−Sf21−AE(Sf21)細胞に感染させた。次に、4日目の感染細胞から立方体の多角体を回収し、PBS(20mM NaHPO、20mM NaHPO、150mM NaCl、pH7.2)で洗浄した後、ホモジナイザーを用いて氷中で磨砕した。前記磨砕液を1%のTween20で洗浄した後、遠心により多角体を回収し、さらに1.5M〜2.2Mのショ糖密度勾配で50,000×Gで45分間遠心し、多角体の分画を抽出した。そして、抽出したサンプルをPBSで洗浄した後、15,000×Gで10分間遠心することにより、結晶性ポリヘドリン封入体のみからなる多角体を回収した。
(Preparation of polyhedron)
A protein-immobilized carrier consisting only of a polyhedron, which is a crystalline medium formed by an insect virus-derived protein (polyhedrin), was prepared as follows. First, in order to form a cubic polyhedron of silkworm cytoplasmic polyhedrosis virus (BmCPV), a recombinant viral vector AcCP-H (Mori et al. (1993) J. Gen.) in which a polyhedrin gene is incorporated into an insect viral vector AcNPV. Virol.74, 99-102) were infected into IPLB-Sf21-AE (Sf21) cells from Spodoptera Frugiperda. Next, cubic polyhedra were collected from the infected cells on the 4th day, washed with PBS (20 mM NaH 2 PO 4 , 20 mM Na 2 HPO 4 , 150 mM NaCl, pH 7.2), and then in ice using a homogenizer. Triturated with. After washing the grinding solution with 1% Tween 20, the polyhedron is recovered by centrifugation, and further centrifuged at 50,000 × G for 45 minutes at a sucrose density gradient of 1.5M to 2.2M to separate the polyhedron. The drawing was extracted. The extracted sample was washed with PBS, and then centrifuged at 15,000 × G for 10 minutes to recover a polyhedron consisting only of crystalline polyhedrin inclusion bodies.

(ソース基板の作製)
多角体を水に分散させ、1mm程度の液滴となるように、マイクロピペットを用いてガラス基板(厚み100μm)上に滴下し、24℃で、数時間放置し、自然乾燥させた。その後、弱アルカリ性水溶液(pH10.3)を多角体表面に滴下して数分程度放置し、多角体表面を溶解し、前記アルカリ水溶液を、ピペットを用いて除去することにより、ソース基板を作製した。
(Production of source substrate)
The polyhedron was dispersed in water, dropped onto a glass substrate (thickness: 100 μm) using a micropipette so as to form a droplet of about 1 mm, left at 24 ° C. for several hours, and naturally dried. Thereafter, a weak alkaline aqueous solution (pH 10.3) was dropped on the surface of the polyhedron and allowed to stand for about several minutes, the polyhedron surface was dissolved, and the alkaline aqueous solution was removed using a pipette to prepare a source substrate. .

(多角体の配列)
ターゲット基板としてガラス基板上にシリコンゴムシート(厚み100μm)を積層したものを用いた。ターゲット基板上に、シリコンゴムシート(厚み100μm)をくり抜いた作製したスペーサーを配置し、そのくり抜いた部分に水を充填し、さらにその上に、多角体を接着させた面が下方となるように前記ソース基板を配置し、密閉し、配列用プレートを作製した。これを、図4に示すような正立顕微鏡21のステージ22に配置し、多角体の配列過程および配列後の様子を、CCDカメラ26により観察した。なお、レーザー照射装置27として、高出力フェムト秒レーザー照射装置(120fs、800nm、20Hz、10mW)を使用した。
(Polygon array)
A target substrate in which a silicon rubber sheet (thickness: 100 μm) was laminated on a glass substrate was used. On the target substrate, a spacer prepared by hollowing out a silicon rubber sheet (thickness: 100 μm) is placed, and the hollowed portion is filled with water, and further, the surface on which the polygonal body is bonded is positioned below. The source substrate was placed and sealed to produce an array plate. This was placed on a stage 22 of an upright microscope 21 as shown in FIG. 4, and the process of arranging the polygons and the state after the arrangement were observed with a CCD camera 26. In addition, as the laser irradiation apparatus 27, the high output femtosecond laser irradiation apparatus (120fs, 800nm, 20Hz, 10mW) was used.

配列用プレートの上部から、強度150nJ/pulseでフェムト秒レーザー照射し、集光部の大きさを約1μmとして、水層で集光させ(ソース基板表面から5μm付近)、多角体をターゲット基板上に配列した。その結果、速度約1μm/secで、多角体を配列できた。配列した多角体は、その後、ソース基板および水層を取り除いても、ターゲット基板上から剥離しなかった。  Femtosecond laser irradiation with an intensity of 150 nJ / pulse from the top of the array plate, the size of the condensing part is about 1 μm, and the light is condensed in the water layer (around 5 μm from the source substrate surface), and the polygon is placed on the target substrate Arranged. As a result, polygons could be arranged at a speed of about 1 μm / sec. The arranged polygons were not peeled off from the target substrate even after the source substrate and the aqueous layer were removed.

多角体を配列した結果の一例を、図7に示す。図7AおよびBは、多角体を配列したターゲット基板の顕微鏡写真であり、図7Bは、図7Aの四角で囲った部分を拡大したものである。図7Aにおいて、線状に見えている部分が配列した多角体であり、図7Bにおいて、四角に見える各々が多角体である。この結果により、本発明の方法によれば、極めて速い速度で、多角体1つの大きさに相当する線幅で配列できるといえる。  An example of the result of arranging the polygons is shown in FIG. 7A and 7B are photomicrographs of a target substrate on which polygons are arranged, and FIG. 7B is an enlarged view of a portion surrounded by a square in FIG. 7A. In FIG. 7A, the portions that appear linear are polygons that are arranged, and in FIG. 7B, each that appears as a square is a polygon. As a result, according to the method of the present invention, it can be said that the line width corresponding to the size of one polygon can be arranged at an extremely high speed.

フェムト秒レーザーの強度を、300nJ/pulseとした以外は、実施例1と同様にして、多角体を配列した。その結果を図8AおよびBに示す。図8AおよびBは、多角体を配列したターゲット基板の顕微鏡写真であり、図8Bは、図8Aの四角で囲った部分を拡大したものである。この「JST」の3文字の配列に要した時間は、約1分であり、速度約10μm/secで、多角体を配列できた。また、この線幅は動物細胞の大きさとほぼ同じである。したがって、この多角体の配列上に動物細胞を培養することにより、特定の個々の細胞に対して多角体を作用させることができるといえる。  Polyhedrons were arranged in the same manner as in Example 1 except that the intensity of the femtosecond laser was 300 nJ / pulse. The results are shown in FIGS. 8A and 8B. 8A and 8B are photomicrographs of a target substrate on which polygons are arranged, and FIG. 8B is an enlarged view of a portion surrounded by a square in FIG. 8A. The time required for arranging the three characters “JST” was about 1 minute, and the polygons could be arranged at a speed of about 10 μm / sec. The line width is almost the same as the size of animal cells. Therefore, by culturing animal cells on this polyhedron arrangement, it can be said that the polyhedron can act on specific individual cells.

実施例2で作製した細胞培養基板を培養液(培地:Dulbecc’s modification of Eagle’s medium(DMEM)containing 5% fetal bovine serum)に浸漬し、そこにNIH3T3株を添加した。数分後、添加した細胞は細胞培養基板上に着床し、COインキュベーター中で細胞を24時間培養した。その結果を、図9A〜Cに示す。図9A〜Cは、細胞培養基板の顕微鏡写真であり、図9Bは、図9Aにおいて下方の四角で囲った部分を拡大したものであり、図9Cは、同図において上方の四角で囲った部分を拡大したものである。これら図において、液滴状の模様が増殖した細胞であり、細胞培養基板上と比較して多角体上において、細胞が顕著に増殖した。これは、細胞培養基板(ターゲット基板)上よりも、タンパク質で構成されている多角体上の方が、細胞にとって増殖しやすい環境であるためと考えられる。このように、本発明によれば、細胞の増殖を制御できるといえる。The cell culture substrate prepared in Example 2 was immersed in a culture solution (medium: Dulbec's modification of Eagle's medium (DMEM) containing 5% fetal bovine serum), and NIH3T3 strain was added thereto. After several minutes, the added cells were implanted on the cell culture substrate, and the cells were cultured for 24 hours in a CO 2 incubator. The results are shown in FIGS. 9A to C are photomicrographs of the cell culture substrate, FIG. 9B is an enlarged view of the portion enclosed by the lower square in FIG. 9A, and FIG. 9C is the portion enclosed by the upper square in FIG. Is an enlarged version. In these figures, the droplet-like pattern is a proliferated cell, and the cell proliferated remarkably on the polyhedron as compared with the cell culture substrate. This is considered to be because the environment on the polyhedron composed of proteins is easier for the cells to proliferate than on the cell culture substrate (target substrate). Thus, according to the present invention, it can be said that cell proliferation can be controlled.

(EGFPが固定化された多角体の調製)
BmCPVの外殻タンパク質の1つであるVP3タンパク質とEGFP(enhanced green fluorescent protein)タンパク質との融合タンパク質を発現可能な組換えウイルスベクターAcVP3/EGFPと、実施例1用いた多角体タンパク質を発現する組換えウイルスベクターAcCP−Hとを、Sf21細胞にダブル感染させた他は、実施例1と同様にして、EGFPタンパク質が包埋された結晶性ポリヘドリン封入体を回収した。
(Preparation of polyhedron with immobilized EGFP)
A recombinant virus vector AcVP3 / EGFP capable of expressing a fusion protein of VP3 protein, which is one of the outer proteins of BmCPV, and EGFP (enhanced green fluorescein protein) protein, and a set that expresses the polyhedron protein used in Example 1 The crystalline polyhedrin inclusion body in which the EGFP protein was embedded was recovered in the same manner as in Example 1 except that Sf21 cells were double-infected with the recombinant virus vector AcCP-H.

(ソース基板の準備)
ポリヘドリンのみからなる多角体と、EGFPタンパク質が固定化された多角体とが同一の微小粒子固定面に固定化されたソース基板(図2E参照)を、実施例1と同様にして準備した。
(Preparation of source substrate)
A source substrate (see FIG. 2E) in which a polyhedron composed solely of polyhedrin and a polyhedron on which an EGFP protein was immobilized was immobilized on the same microparticle immobilization surface was prepared in the same manner as in Example 1.

(2種類の多角体の配列)
前記ソース基板と、実施例1と同様のターゲット基板を、図5の配置形態50のように配置されるソース基板及びターゲット基板を備えた本発明の配置装置で、図6のようにして、EGFP固定化多角体及びポリヘドリンのみの多角体の2種類の多角体をターゲット基板上に配置した。その結果を図10に示す。同図は、ターゲット基板の蛍光顕微鏡写真であり、同図において、円で囲った部分が、EGFPを導入させた多角体を配置した箇所であり、四角で囲った部分が、EGFPを導入させなかった多角体を配置した箇所である。EGFPを導入させた多角体から、EGFPに起因する発光が観察されたことから、本発明の配置方法によれば、タンパク質の活性を維持したままタンパク質固定化担体を配置できることが示された。
(An array of two types of polygons)
In the placement apparatus of the present invention, the source substrate and the target substrate similar to those of the first embodiment are arranged as shown in the arrangement form 50 of FIG. Two types of polygons, an immobilized polygon and a polyhedrin-only polygon, were arranged on the target substrate. The result is shown in FIG. This figure is a fluorescent micrograph of the target substrate. In the figure, the part surrounded by a circle is a place where a polygon into which EGFP is introduced is arranged, and the part enclosed by a square is not introduced with EGFP. This is the place where the polygon is placed. Since luminescence caused by EGFP was observed from the polyhedron into which EGFP was introduced, it was shown that according to the arrangement method of the present invention, the protein-immobilized carrier can be arranged while maintaining the activity of the protein.

(ソース基板及びターゲット基板の準備)
実施例4と同様にして、EGFPを含む多角体とEGFPを含まない多角体とが同一の微小粒子固定面に固定化されたソース基板を準備した。また、ガラス基板にジメルチルシロキサン(DMS)をコートし、その後80℃で1分間加熱して厚さ約20μmのポリジメチルシロキサン(PDMS)コートを形成させることによりターゲット基板を準備した。
(Preparation of source substrate and target substrate)
In the same manner as in Example 4, a source substrate in which a polygon including EGFP and a polygon not including EGFP were immobilized on the same fine particle fixing surface was prepared. Further, a target substrate was prepared by coating a glass substrate with dimertylsiloxane (DMS) and then heating at 80 ° C. for 1 minute to form a polydimethylsiloxane (PDMS) coat having a thickness of about 20 μm.

(2種類の多角体の市松模様のパターニング)
レーザー周波数を1kHz、強度を31nJ/pulse、集光部をソース基板表面から約2μm、及び、配置速度を90μm/secとした以外は、実施例4と同様にして本発明の配置装置により市松模様のパターニングをした。すなわち、40μm×40μmのブロックを、EGPF含有多角体及びEGFP非含有多角体を交互に使用して配置した。各ブロックは、5μmの間隔の直線でレーザー走査することにより配置した。各ブロックの間隔は、5μmとした。この配置の模式図を図12Aに示し、実際に配置したターゲット基板の透過像の一例を図12Bに示す。図12Bに示すような配置は、約30分で行うことができた。このターゲット基板を蛍光顕微鏡観察したところ、図12Cに示すとおり、市松模様の蛍光像を得ることができた。
(Pattern pattern of two types of polygons)
A checkerboard pattern is formed by the placement device of the present invention in the same manner as in Example 4 except that the laser frequency is 1 kHz, the intensity is 31 nJ / pulse, the light collecting portion is about 2 μm from the source substrate surface, and the placement speed is 90 μm / sec. Patterning. That is, 40 μm × 40 μm blocks were arranged by alternately using EGPF-containing polyhedra and non-EGFP-containing polyhedra. Each block was placed by laser scanning with straight lines with a spacing of 5 μm. The interval between the blocks was 5 μm. A schematic diagram of this arrangement is shown in FIG. 12A, and an example of a transmission image of a target substrate actually arranged is shown in FIG. 12B. The arrangement as shown in FIG. 12B could be performed in about 30 minutes. When this target substrate was observed with a fluorescence microscope, a checkered fluorescent image could be obtained as shown in FIG. 12C.

以上説明したように、本発明の微小粒子の配置方法は、レーザーアブレーションを利用する配置方法である。本発明によれば、例えば、生理活性因子が固定化した担体を、高精度、高密度、高速で、さらに、配列するタンパク質などの生理活性の維持も可能な配列技術が提供できるから、様々なバイオチップを利用する分野で有用である。その中でも、本発明は、例えば、再生医療分野で有用である。すなわち、本発明の配置方法により作製される細胞培養基板を用いれば、固定化された様々な細胞シグナル伝達因子を、単一細胞レベルで作用させることが可能となり、組織化と誘導するような高度な細胞の配列や制御が可能となる。このように、本発明は、組織形成の基礎をなす細胞配列の最低ユニットを再現し、組織誘導を図ることにより、組織や臓器の再生技術に寄与しようとするものである。  As described above, the fine particle arrangement method of the present invention is an arrangement method using laser ablation. According to the present invention, for example, a carrier on which a physiologically active factor is immobilized can be provided with an alignment technique capable of maintaining physiological activity such as a protein to be arranged at high accuracy, high density, and high speed. This is useful in the field of using biochips. Among these, the present invention is useful, for example, in the field of regenerative medicine. That is, if the cell culture substrate produced by the arrangement method of the present invention is used, various immobilized cell signal transduction factors can be made to act at the single cell level, which is an advanced level that induces organization and induction. Cell arrangement and control. As described above, the present invention intends to contribute to tissue and organ regeneration technology by reproducing the minimum unit of the cell arrangement that forms the basis of tissue formation and attempting tissue induction.

Claims (20)

微小粒子の配置方法であって、
微小粒子固定面を有するソース基板であって前記微小粒子固定面に前記微小粒子が固定化されたソース基板、及び、前記微小粒子の配置対象となる微小粒子配置面を有するターゲット基板の2つの基板を準備する基板準備工程と、
前記ソース基板と前記ターゲット基板とを前記微小粒子固定面と前記微小粒子配置面とが対面する状態で液層を介して対置する基板配置工程と、
前記微小粒子を前記微小粒子固定面から分離させる微小粒子分離工程と、
微小粒子にかかるソース基板からターゲット基板方向への力により分離した前記微小粒子を前記微小粒子配置面に配置する微小粒子配置工程とを含み、
前記微小粒子分離工程において、微小粒子の固定面からの分離が、レーザー照射で誘起される物理的な力及び化学的な力の少なくとも一方により行われる微小粒子の配置方法。
A method for arranging fine particles,
Two substrates, a source substrate having a fine particle fixing surface, the source substrate having the fine particles fixed on the fine particle fixing surface, and a target substrate having a fine particle arrangement surface on which the fine particles are to be arranged A substrate preparation step to prepare
A substrate disposing step of facing the source substrate and the target substrate through a liquid layer in a state where the fine particle fixing surface and the fine particle disposition surface face each other;
A microparticle separation step of separating the microparticles from the microparticle fixing surface;
A microparticle arrangement step of arranging the microparticles separated by a force in the direction of the target substrate from the source substrate applied to the microparticles on the microparticle arrangement surface,
In the fine particle separation step, the fine particles are separated from the fixed surface by a method of arranging the fine particles by at least one of a physical force and a chemical force induced by laser irradiation.
前記微小粒子分離工程において、レーザー照射で誘起される物理的な力又は化学的な力が、レンズを含む光学システムによるレーザーの集光により誘起される物理的な力又は化学的な力である請求項1記載の微小粒子の配置方法。  In the fine particle separation step, the physical force or chemical force induced by laser irradiation is a physical force or chemical force induced by laser focusing by an optical system including a lens. Item 2. A method for arranging fine particles according to Item 1. 前記微小粒子分離工程において、前記レーザーの集光部の位置が、分離させる微小粒子、又は、分離させる微小粒子近傍の前記液層若しくは前記ソース基板である請求項2記載の微小粒子の配置方法。  The method for arranging microparticles according to claim 2, wherein, in the microparticle separation step, the position of the condensing part of the laser is the microparticles to be separated, or the liquid layer or the source substrate in the vicinity of the microparticles to be separated. 前記微小粒子分離工程において、レーザーの集光により誘起される物理的な力が、レーザーアブレーションに基づく力学的な力であり、前記力学的な力を微小粒子に接触させることで、ソース基板から前記微小粒子を分離させる請求項2記載の微小粒子の配置方法。  In the fine particle separation step, a physical force induced by laser focusing is a mechanical force based on laser ablation, and the mechanical force is brought into contact with the fine particle to bring the mechanical force into contact with the fine particle. The method for arranging fine particles according to claim 2, wherein the fine particles are separated. 前記レーザーアブレーションが、衝撃波、気泡、及び、対流の少なくとも1つの発生を含む請求項4記載の微小粒子の配置方法。  The method for arranging microparticles according to claim 4, wherein the laser ablation includes generation of at least one of shock waves, bubbles, and convection. 前記微小粒子分離工程において、レーザー照射で誘起される化学的な力がソース基板の改質及び/又はソース基板に接した微小粒子の部分の改質であり、レーザー照射による前記改質によってソース基板に微小粒子を固定化する力を弱め又は無くすことでソース基板から前記微小粒子を分離させる請求項2記載の微小粒子の配置方法。  In the fine particle separation step, the chemical force induced by the laser irradiation is modification of the source substrate and / or modification of the portion of the fine particles in contact with the source substrate, and the source substrate is modified by the modification by laser irradiation. The method for arranging microparticles according to claim 2, wherein the microparticles are separated from the source substrate by weakening or eliminating the force for immobilizing the microparticles. 前記微小粒子分離工程において、分離させる微小粒子が、前記配置面の所望の微小粒子配置位置に対向する前記固定化面の位置に固定化された微小粒子である請求項1記載の微小粒子の配置方法。  The arrangement of microparticles according to claim 1, wherein the microparticles to be separated in the microparticle separation step are microparticles fixed at the position of the immobilization surface opposite to a desired microparticle arrangement position of the arrangement surface. Method. 前記微小粒子分離工程及び前記微小粒子配置工程を繰り返し、前記配置面に、任意の点及び線の少なくとも一方として、前記微小粒子を配列する請求項1記載の微小粒子の配置方法。  The method for arranging microparticles according to claim 1, wherein the microparticle separation step and the microparticle arrangement step are repeated to arrange the microparticles as at least one of arbitrary points and lines on the arrangement surface. 前記基板準備工程において、異なる種類の微小粒子が固定化されたソース基板を準備し、同一の微小粒子配置面に、異なる種類の微小粒子を配置する請求項1記載の微小粒子の配置方法。  The method for arranging microparticles according to claim 1, wherein in the substrate preparing step, source substrates on which different types of microparticles are immobilized are prepared, and different types of microparticles are arranged on the same microparticle arrangement surface. 前記微小粒子配置工程において、微小粒子にかかる力が、重力、磁力、静電力、光力及び浮力からなる群から選択される力である請求項1記載の微小粒子の配置方法。  2. The method for arranging microparticles according to claim 1, wherein the force applied to the microparticles in the microparticle arranging step is a force selected from the group consisting of gravity, magnetic force, electrostatic force, light force and buoyancy. 前記レーザーの光が、赤外光、可視光及び紫外光からなる群から選択される光である請求項1記載の微小粒子の配置方法。  The method for arranging fine particles according to claim 1, wherein the laser light is light selected from the group consisting of infrared light, visible light, and ultraviolet light. 前記レーザーが、ナノ秒レーザー、ピコ秒レーザー及びフェムト秒レーザーからなる群から選択されるパルスレーザー、又は、連続発振レーザーである請求項1記載の微小粒子の配置方法。  The method for arranging fine particles according to claim 1, wherein the laser is a pulse laser selected from the group consisting of a nanosecond laser, a picosecond laser, and a femtosecond laser, or a continuous wave laser. 前記微小粒子が、生体分子が固定化された担体、生体分子の結晶、生体分子の集合体、ウイルス粒子、及び細胞からなる群から選択される請求項1記載の微小粒子の配置方法。  2. The method for arranging microparticles according to claim 1, wherein the microparticles are selected from the group consisting of a carrier on which biomolecules are immobilized, biomolecule crystals, biomolecule aggregates, virus particles, and cells. 前記生体分子が固定化された担体の担体が、昆虫ウイルス由来の多角体である請求項13記載の微小粒子の配置方法。  14. The method for arranging microparticles according to claim 13, wherein the carrier on which the biomolecule is immobilized is a polyhedron derived from an insect virus. 前記生体分子が固定化された担体の担体が、高分子、金属、半導体、生体分子の集合体、これらの結晶及びこれらの組合せからなる群から選択される微粒子である請求項13に記載の微小粒子の配置方法。  The microcarrier according to claim 13, wherein the carrier on which the biomolecule is immobilized is a microparticle selected from the group consisting of a polymer, a metal, a semiconductor, an aggregate of biomolecules, a crystal thereof, and a combination thereof. Particle placement method. 微小粒子配置基板の製造方法であって、請求項1に記載の微小粒子の配置方法により、微小粒子を基板に配置する工程を含む微小粒子配置基板の製造方法。  A method for producing a microparticle-arranged substrate, comprising the step of arranging microparticles on a substrate by the method for arranging microparticles according to claim 1. 請求項1記載の微小粒子の配置方法に用いる微小粒子の配置装置であって、前記ソース基板の設置部と、前記ターゲット基板の設置部と、レーザー照射手段と、レーザー集光手段とを含む微小粒子の配置装置。  2. A fine particle placement apparatus for use in the fine particle placement method according to claim 1, wherein the fine particle placement device includes a source substrate placement portion, a target substrate placement portion, a laser irradiation means, and a laser focusing means. Particle placement device. 細胞又は組織の培養方法であって、生理活性を示す生体分子を含む微小粒子を請求項1記載の微小粒子の配置方法で配置して製造される細胞培養基板上で、細胞又は組織を培養することを含む培養方法。  A method for culturing cells or tissues, wherein cells or tissues are cultured on a cell culture substrate produced by arranging microparticles containing biomolecules exhibiting physiological activity according to the microparticle arrangement method according to claim 1. A culture method comprising: 請求項18記載の細胞又は組織の培養方法であって、前記細胞培養基板に配置された前記微小粒子上で細胞を培養することを含み、前記生理活性を示す生体分子が、増殖、分化、移動及び死からなる群から選択されるシグナルを前記細胞に伝達する培養方法。  19. The method for culturing cells or tissues according to claim 18, comprising culturing cells on the microparticles arranged on the cell culture substrate, wherein the biomolecule exhibiting physiological activity is proliferated, differentiated, and migrated. And a culture method for transmitting a signal selected from the group consisting of death to the cells. 細胞又は組織の製造方法であって、請求項18記載の培養方法により、細胞又は組織を培養することを含む製造方法。  A method for producing a cell or tissue, comprising culturing the cell or tissue by the culture method according to claim 18.
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