WO2023119963A1

WO2023119963A1 - 流路デバイス

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Publication number: WO2023119963A1
Application number: PCT/JP2022/042504
Authority: WO
Inventors: 徳幸中谷
Original assignee: 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2022-11-16
Publication date: 2023-06-29
Also published as: JP2023095196A

Abstract

流路デバイスの組立精度によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる技術を提供する。第１蓋部材（２１）は、中間部材（１０）の測定室（１００）の上部の開口を塞ぐ。上側作用電極（６１）は、第１蓋部材（２１）の表面に配置されている。上側作用電極（６１）は、上側第１作用部（６１１）および上側第２作用部（６１２）を有している。上側第１作用部（６１１）の他端部（６１１Ｅ）から上側第２作用部（６１２）の一端部（６１２Ｅ）までの長さＬ１１は、測定室（１００）の横幅（Ｗ１）よりも大きい。また、幅方向における上側第１作用部（６１１）と上側第２作用部（６１２）の間隔（Ｌ１２）は、測定室（１００）の横幅（Ｗ１）よりも小さい。

Description

流路デバイス

　本発明は、細胞組織の電気抵抗測定に適用される流路デバイスに関する。

　膜構造を形成する細胞層のバリア機能を評価する手法として、経上皮電気抵抗（ＴＥＥＲ）測定が知られている。ＴＥＥＲ測定では、培養プレートの凹部内に、底面が多孔質膜で構成されている有底筒状のインサートが配置され、多孔質膜上に細胞が培養される。また、インサートの内外には、電流を印加するための作用電極が配置されるとともに、電位差を測定するための参照電極が配置される。そして、作用電極間に電流を印加しつつ、参照電極間に発生する電位差を測定することによって、細胞層の電気抵抗が算出される。

　例えば特許文献１には、培養挿入皿（２１）の内外に電極（１０Ａ、１０Ｂ）を一方側から挿入することによって、電気抵抗を測定することが記載されている。しかしながら、電極を一方側から挿入する場合、培養挿入皿（２１）の上部を開口させる必要がある。したがって、このような上部の開口を持たないデバイスには適用できない。

　一方、非特許文献１には、培養容器の上部の開口を塞ぐ蓋部に電極が配置された流路デバイスが記載されている。このように、蓋部に電極が配置されることによって、測定室内で培養されている細胞層の電気抵抗を測定できる。

特開２００５－１３７３０７号公報

Booth R, Kim H. Characterization of a microfluidic in vitro model of the blood-brain barrier (mu BBB) Lab Chip. 2012 Apr. 24;12(10):1784-92.

　非特許文献１のような流路デバイスを組み立てる際、測定室に対して蓋部がずれて取り付けられると、測定室に対する電極の位置がずれてしまう。また、電極の位置が測定室の端部付近にある場合、蓋部がずれることによって、測定室内の液体に接触する電極の面積（接触面積）が変動する場合があった。このように、電極の位置がずれたり、接触面積が変動したりすると、測定室内における電流密度分布が変動するため、電気抵抗の測定結果が変動するおそれがあった。

　本発明の目的は、流路デバイスの組立精度によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる技術を提供することにある。

　上記課題を解決するため、第１態様は、細胞組織の電気抵抗測定に適用される流路デバイスであって、第１方向に貫通する貫通孔によって構成される測定室を有する中間部材と、前記第１方向における前記中間部材の一方側の表面に位置し、前記第１方向における前記測定室の一端部の開口を塞ぐ第１蓋部材と、前記第１方向における前記中間部材の他方側の表面に位置し、前記第１方向における前記測定室の他端部の開口を塞ぐ第２蓋部材と、前記測定室内に位置し、前記第１方向において、前記測定室を一方側の第１室と他方側の第２室とに仕切っており、液体を通過させる多孔質膜と、前記第１方向における前記第１蓋部材の他方側の表面に位置し、前記第１方向において前記測定室と重なる、一方側作用電極及び一方側参照電極と、前記第１方向における前記第２蓋部材の一方側の表面に位置し、前記第１方向において前記測定室と重なる、他方側作用電極及び他方側参照電極と、を備え、前記一方側作用電極が、一方側第１作用部と、前記一方側第１作用部から前記第１方向と交差する第２方向の一方に離れて位置する一方側第２作用部と、を有し、前記第２方向における前記一方側第１作用部の他方側の端部から前記第２方向における前記一方側第２作用部の一方側の端部までの長さは、前記第２方向における前記測定室の幅よりも大きく、前記第２方向における前記一方側第１作用部と前記一方側第２作用部の間隔は、前記測定室の幅よりも小さい。

　第２態様は、第１態様の流路デバイスであって、前記一方側参照電極が、一方側第１参照部と、前記一方側第１参照部から前記第２方向の一方に離れて位置する一方側第２参照部と、を有し、前記一方側第１参照部及び前記一方側第２参照部が、前記第２方向において、前記一方側第１作用部と前記一方側第２作用部との間に位置する。

　第３態様は、第２態様の流路デバイスであって、前記一方側作用電極が、前記第２方向における前記一方側第１参照部と前記一方側第２参照部との間に位置する一方側第３作用部をさらに有する。

　第４態様は、第３態様の流路デバイスであって、前記第２方向における前記一方側第１作用部の幅は、前記第２方向における前記一方側第３作用部の幅よりも大きい。

　第５態様は、第３態様または第４態様の流路デバイスであって、前記一方側作用電極が、前記第２方向における前記一方側第１参照部と前記一方側第２参照部との間に位置し、かつ、前記一方側第３作用部から前記第２方向の一方に離れて位置する一方側第４作用部をさらに有する。

　第６態様は、第５態様の流路デバイスであって、前記他方側作用電極が、他方側第１作用部と、前記他方側第１作用部から前記第２方向の一方に離れて位置する他方側第２作用部と、を有し、前記第１方向において、前記他方側第１作用部が前記一方側第１作用部と対向し、前記第１方向において、前記他方側第２作用部が前記一方側第２作用部と対向し、前記第２方向における前記他方側第１作用部の他方側の端部から前記第２方向における前記他方側第２作用部の一方側の端部までの長さは、前記第２方向における前記測定室の幅よりも大きく、前記第２方向における前記他方側第１作用部と前記他方側第２作用部の間隔は、前記第２方向における前記測定室の幅よりも小さい。

　第７態様は、第６態様の流路デバイスであって、前記他方側参照電極が、他方側第１参照部と、前記他方側第１参照部から前記第２方向の一方に離れて位置する他方側第２参照部と、を有し、前記他方側第１参照部及び前記他方側第２参照部が、前記第２方向における前記他方側第１作用部と前記他方側第２作用部との間に位置する。

　第８態様は、第７態様の流路デバイスであって、前記他方側作用電極が、前記第２方向における前記他方側第１参照部と前記他方側第２参照部との間に位置する他方側第３作用部をさらに有する。

　第９態様は、第８態様の流路デバイスであって、前記他方側作用電極が、前記第２方向における前記他方側第１参照部と前記他方側第２参照部との間に位置し、かつ、前記他方側第３作用部から前記第２方向の一方に離れて位置する他方側第４作用部をさらに有する。

　第１０態様は、第１態様から第９態様のいずれか１つの流路デバイスであって、前記中間部材が、第１中間部材と、前記第１方向における前記第１中間部材の一方側に位置する第２中間部材と、を有し、前記第１中間部材が、前記第１室を有し、前記第２中間部材が、前記第２室を有し、前記多孔質膜が、前記第１方向における前記第１中間部材と前記第２中間部材との間に位置する。

　第１１態様は、第１態様から第１０態様のいずれか１つの流路デバイスであって、前記中間部材が、前記第１室に連通する第１流路と、前記第２室に連通する第２流路とを有する。

　第１２態様は、第１１態様の流路デバイスであって、前記第１蓋部材が、前記第１流路に連通する第１貫通孔と、前記第２流路に連通する第２貫通孔とを有する。

　第１３態様は、第１態様から第１２態様のいずれか１つの流路デバイスであって、前記測定室、前記一方側第１作用部及び前記一方側第２作用部が、前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に延びている。

　第１４態様は、第１３態様の流路デバイスであって、前記一方側第１作用部および前記一方側第２作用部が、前記測定室から前記第３方向の一方に離れた位置から、前記測定室から前記第３方向の他方に離れた位置まで延びている。

　第１態様から第１４態様の流路デバイスによれば、第１蓋部材が測定室に対して第２方向にずれた場合であっても、測定室内の第２方向における両端部に、一方側第１作用部及び一方側第２作用部を配置できる。したがって、第１蓋部材がずれた場合でも、測定室の両端部において電圧を印加できる。また、第１蓋部材がずれた場合でも、一方側作用電極が測定室内の液体に接触する接触面積が変動することを抑制できる。このため、第１蓋部材の組付精度によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる。

　第３態様の流路デバイスによれば、一方側第３作用部を設けることによって、測定室の第２方向の中央付近に電圧を良好に印加できる。

　第４態様の流路デバイスによれば、一方側第１作用部を大きくすることができるため、測定室に対する第１蓋部材のずれの許容範囲を大きくすることができる。

　第５態様の流路デバイスによれば、一方側第４作用部を設けることによって、測定室の第２方向の中央付近に電圧を良好に印加できる。

　第６態様の流路デバイスによれば、他方側電極を一方側電極と対向させることによって、電極間にある細胞組織に対して、均一に電圧を印加できる。

　第８態様の流路デバイスによれば、他方側第３作用部を設けることによって、測定室の第２方向の中央付近に電圧を良好に印加できる。

　第９態様の流路デバイスによれば、他方側第４作用部を設けることによって、測定室の第２方向の中央付近に電圧を良好に印加できる。

　第１１態様の流路デバイスによれば、第１室および第２室の液体を交換できる。

　第１２態様の流路デバイスによれば、第１蓋部材の第１貫通孔から測定室内に液体を供給できる。また、測定室内の液体を、第２貫通孔から排出できる。

　第１４態様の流路デバイスによれば、一方側第１作用部および一方側第２作用部が、測定室を第３方向に縦断しているため、第１蓋部材が測定室に対して第３方向にずれた場合でも、測定室に対して第３方向の全体に渡って電圧を印加できる。したがって、流路デバイスの組立精度によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる。

実施形態に係る流路デバイスの断面図である。実施形態に係る流路デバイスの断面分解図である。上側作用電極及び上側参照電極を上側からみた平面図である。実施形態に係る流路デバイスの断面図である。細胞組織の電気抵抗を測定する回路を示す図である。シミュレーションに用いた流路デバイスの断面構造を示す図である。電流密度分布のシミュレーション結果を示す図である。実施形態に係る流路デバイスと、比較例に係る流路デバイスの周波数特性を示す図である。

　以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。

　＜１．　実施形態＞
　図１は、施形態に係る流路デバイス１の断面図である。図２は、実施形態に係る流路デバイス１の断面分解図である。流路デバイス１は、内部空間である測定室１００が、微細な第１流路５１及び第２流路５３を除いて閉空間となる、いわゆるマイクロ流路デバイスである。流路デバイス１は、測定室１００内で培養された細胞組織９の電気抵抗（レジスタンス、インスタンス、またはインピーダンス）を４端子測定法で測定する装置に適用可能である。

　図１及び図２に示すように、流路デバイス１は、中間部材１０と、第１蓋部材２１と、第２蓋部材２２とを有している。中間部材１０、第１蓋部材２１、第２蓋部材２２は、平板状である。流路デバイス１において、中間部材１０は、第２蓋部材２２の上面２２０に配置されている。また、第１蓋部材２１は、中間部材１０の上面に配置されている。

　図１に示すように、中間部材１０は、内部に測定室１００を有している。測定室１００は、培養液などの液体を収容可能な空間を形成している。図１及び図２に示すように、中間部材１０は、第１中間部材１１と、第２中間部材１２とを有している。第２中間部材１２は、上部材１２１と、下部材１２２とを有している。上部材１２１は、下部材１２２の上面に配置されている。第１中間部材１１は、第２中間部材１２よりも上側に配置されている。

　中間部材１０は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で形成される。第１中間部材１１は、好ましくは透光性を有しており、より好ましくは無色透明である。図１に示すように、中間部材１０は、中間部材１０を上下に貫通する貫通孔１０Ｈを有している。貫通孔１０Ｈの内面は、測定室１００の内側面を構成している。

　第１蓋部材２１及び第２蓋部材２２は、例えば石英ガラスなどで形成された透明基板である。図１に示すように、第１蓋部材２１は、測定室１００の上部の開口を塞いでいる。すなわち、測定室１００の上部は、第１蓋部材２１によって塞がれている。第２蓋部材２２は、測定室１００の下部の開口を塞いでいる。すなわち、測定室１００の下部は、第２蓋部材２２によって塞がれている。

　図１及び図２に示すように、流路デバイス１は、多孔質膜３０を有している。多孔質膜３０は、液体を通過させることが可能なシート状の透過膜である。多孔質膜３０は、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、またはＰＥＴで形成される。多孔質膜３０は、好ましくは透光性を有する。多孔質膜３０は、上下方向において、第１中間部材１１と第２中間部材１２との間に配置されている。

　多孔質膜３０は、測定室１００（貫通孔１０Ｈ）を上側の第１室１０１と、下側の第２室１０２とに仕切っている。図１に示すように、細胞組織９は、測定室１００内の多孔質膜３０の上面に支持されることにより、測定室１００の第１室１０１内に配置される。多孔質膜３０のうち、測定室１００（貫通孔１０Ｈ）内に配置された部分の上面は、細胞接着因子（コラーゲンなど）でコーティングされていてもよい。

　図１に示すように、測定室１００の第１室１０１は、第１中間部材１１を上下に貫通する第１貫通孔１１Ｈの内面と、多孔質膜３０の上面と、第１蓋部材２１の下面２１０と、で構成されている。また、測定室１００の第２室１０２は、第２中間部材１２を上下に貫通する第２貫通孔１２Ｈの内面と、多孔質膜３０の下面と、第２蓋部材２２の上面２２０と、で構成されている。

　図１及び図２に示すように、流路デバイス１は、平板状のトップ部材４０を有している。トップ部材４０は、第１蓋部材２１の上面に配置されている。トップ部材４０は、例えばＰＥＴで形成される。トップ部材４０は、観察用開口４１を有している。観察用開口４１は、トップ部材４０を上下に貫通する貫通孔である。観察用開口４１は、測定室１００の直上に配置されている。すなわち、観察用開口４１は、測定室１００と上下に重なっている。

　図１に示すように、中間部材１０は、第１流路５１を有している。第１流路５１は、測定室１００の第１室１０１に連通している。「連通」とは、流体が流通できるように連結されている状態をいう。第１流路５１は、測定室１００の第１室１０１に培養液などの液体を供給するための流路である。第１流路５１は、第１中間部材１１を上下に貫通するとともに、幅方向（第２方向）に延びる貫通孔の内面と、第２中間部材１２の上部材１２１の上面と、第１蓋部材２１の下面２１０とで囲まれた管状である。幅方向は、上下方向と交差する方向であり、幅方向は、好ましくは、上下方向と直交する方向である。

　図１に示すように、中間部材１０は、第２流路５３を有している。第２流路５３は、測定室１００の第２室１０２に連通している。第２流路５３は、測定室１００の第２室１０２から液体を排出するための流路である。第２流路５３は、第２中間部材１２の上部材１２１を上下に貫通するとともに幅方向延びる貫通孔の内面と、第１中間部材１１の下面と、第２中間部材１２の下部材１２２の上面とで囲まれた管状である。

　図１に示すように、第１流路５１の上端の一部は、トップ部材４０及び第１蓋部材２１を上下に貫通する第１貫通孔４３に連通している。また、第２流路５３の上端の一部は、トップ部材４０及び第１蓋部材２１を上下に貫通する第２貫通孔４５に連通している。第１貫通孔４３から測定室１００内に液体を供給できる。また、測定室１００内の液体を、第２貫通孔４５から排出できる。

　＜電極＞
　図１及び図２に示すように、流路デバイス１は、上側作用電極６１と、下側作用電極６３と、上側参照電極７１と、下側参照電極７３とを備えている。上側作用電極６１及び上側参照電極７１は、第１蓋部材２１の下面２１０に配置されている。下側作用電極６３及び下側参照電極７３は、第２蓋部材２２の上面２２０に配置されている。各電極は、真空蒸着等で形成される。各電極のうち一部（例えば、測定室１００内に面する部分）は、シリコン酸化膜などの絶縁膜で覆われていてもよい。

　上側作用電極６１、下側作用電極６３、上側参照電極７１及び下側参照電極７３は、上下方向において測定室１００と重なる部分を有している。すなわち、上側作用電極６１、下側作用電極６３、上側参照電極７１及び下側参照電極７３は、上下方向において測定室１００と重なる部分を有している。

　＜上側作用電極６１＞
　図３は、上側作用電極６１及び上側参照電極７１を上側からみた平面図である。図３に示すように、上側作用電極６１は、上側第１作用部６１１と、上側第２作用部６１２と、上側第３作用部６１３と、上側第４作用部６１４とを有している。

　図３に示すように、測定室１００は、縦方向（第３方向）に沿って延びている。縦方向は、上下方向および幅方向と交差する方向であり、縦方向は、好ましくは、上下方向および幅方向と直交する方向である。また、上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３、及び上側第４作用部６１４も、縦方向に沿って直線状に延びている。

　上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４は、測定室１００と重なっている。また、図３に示すように、縦方向における、上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４の各長さは、縦方向における測定室１００の長さよりも大きい。また、上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４は、測定室１００から縦方向の一方に離れた位置から、測定室１００から縦方向に他方に離れた位置まで延びている。すなわち、上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４は、測定室１００を縦方向に縦断している。

　図１及び図３に示すように、上側作用電極６１は、配線部６１５と、パッド部６１６とを有している。配線部６１５は、測定室１００から縦方向の他方に離れて配置されている。配線部６１５は、幅方向に延びており、パッド部６１６に接続されている。縦方向における上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４の各他端部は、配線部６１５と接続されている。すなわち、上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４は、配線部６１５を介して、パッド部６１６と電気的に接続されている。

　図１及び図３に示すように、上側第２作用部６１２は、上側第１作用部６１１から幅方向の一方に離れて配置されている。上側第３作用部６１３は、上側第１作用部６１１から幅方向の一方に離れて配置されている。上側第４作用部６１４は、上側第２作用部６１２から幅方向の他方に離れて配置されている。上側第４作用部６１４は、上側第３作用部６１３から幅方向の一方に離れて配置されている。

　＜上側参照電極７１＞
　上側参照電極７１は、上側第１参照部７１１と、上側第２参照部７１２とを有している。上側第１参照部７１１及び上側第２参照部７１２は、縦方向に沿って直線状に延びている。

　図３に示すように、上側第１参照部７１１及び上側第２参照部７１２は、測定室１００から縦方向の一方に離れた位置から、測定室１００から縦方向の他方に離れた位置まで延びている。すなわち、上側第１参照部７１１及び上側第２参照部７１２は、測定室１００を縦方向に縦断している。

　図１及び図３に示すように、上側第２参照部７１２は、上側第１参照部７１１から幅方向の一方に離れて配置されている。上側第１参照部７１１は、上側第１作用部６１１から幅方向の一方に離れて配置されている。上側第２参照部７１２は、上側第２作用部６１２から幅方向の他方に離れて配置されている。

　上側第１参照部７１１は、幅方向における上側第１作用部６１１と上側第３作用部６１３との間に配置されている。上側第２参照部７１２は、幅方向において、上側第２作用部６１２と上側第４作用部６１４との間に配置されている。

　上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４は、幅方向において、上側第１参照部７１１と上側第２参照部７１２との間に配置されている。

　図３に示すように、上側参照電極７１は、配線部７１５とパッド部７１６とを有している。配線部７１５は、測定室１００から縦方向の一方に離れて配置されている。配線部７１５は、幅方向に延びており、パッド部７１６に接続されている。図３に示すように、縦方向における上側第１参照部７１１及び上側第２参照部７１２の各一端部は、配線部７１５と接続されている。縦方向における上側第１参照部７１１、上側第２参照部７１２の各一端部は、配線部７１５と接続されている。すなわち、上側第１参照部７１１及び上側第２参照部７１２は、配線部７１５を介してパッド部７１６と電気的に接続されている。

　＜下側作用電極６３＞
　図１に示すように、下側作用電極６３は、下側第１作用部６３１と、下側第２作用部６３２と、下側第３作用部６３３と、下側第４作用部６３４とを有している。

　下側第１作用部６３１、下側第２作用部６３２、下側第３作用部６３３及び下側第４作用部６３４は、それぞれ上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４と同じ大きさかつ同じ形状を有している。

　上側作用電極６１の上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４と、下側作用電極６３の下側第１作用部６３１、下側第２作用部６３２、下側第３作用部６３３及び下側第４作用部６３４とは、所定の平面に関して、上下方向と直交する平面に関して、面対称である。

　上下方向において、下側第１作用部６３１、下側第２作用部６３２、下側第３作用部６３３及び下側第４作用部６３４は、上側第１作用部６１１、上側第２作用部６１２、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４とそれぞれ対向している。このように、上側作用電極６１と下側作用電極６３と対向させることによって、電極間にある細胞組織９に対して、均一に電圧を印加できる。

　詳細な図示を省略するが、下側第１作用部６３１、下側第２作用部６３２、下側第３作用部６３３及び下側第４作用部６３４は、測定室１００を縦方向に縦断している。

　下側第２作用部６３２は、下側第１作用部６３１から幅方向の一方に離れて配置されている。下側第３作用部６３３は、下側第１作用部６３１から幅方向の一方に離れて配置されてる。下側第４作用部６３４は、下側第２作用部６３２から幅方向の他方に離れて配置されている。下側第４作用部６３４は、下側第３作用部６３３から幅方向の一方に離れて配置されている。

　図１に示すように、下側作用電極６３は、配線部６３５と第１パッド部６３６を有している。下側第１作用部６３１、下側第２作用部６３２、下側第３作用部６３３、下側第４作用部６３４は、配線部６３５と接続されている。配線部６３５は、第１パッド部６３６と接続されている。第２パッド部６３７は、第１蓋部材２１の下面２１０に設けられた導電性の膜である。図１に示すように、第１パッド部６３６と第２パッド部６３７とは、導電部材６３８を介して電気的に接続される。導電部材６３８は、第１中間部材１１、第２中間部材１２及び多孔質膜３０を貫通する貫通孔内に挿入されている。

　＜下側参照電極７３＞
　下側参照電極７３は、下側第１参照部７３１と、下側第２参照部７３２とを有している。下側第１参照部７３１及び下側第２参照部７３２は、縦方向に沿って直線状に延びている。詳細な図示を省略するが、下側第１参照部７３１及び下側第２参照部７３２は、測定室１００を縦方向に縦断している。

　下側第１参照部７３１及び下側第２参照部７３２は、それぞれ上側第１参照部７１１及び下側第２参照部７３２と同じ大きさかつ同じ形状を有している。上側第１参照部７１１及び上側第２参照部７１２と、下側第１参照部７３１及び下側第２参照部７３２とは、上下方向と直交する平面に関して面対称である。

　上下方向において、下側第１参照部７３１及び下側第２参照部７３２は、上側参照電極７１の上側第１参照部７１１及び上側第２参照部７１２とそれぞれ対向している。

　下側第２参照部７３２は、下側第１参照部７３１から幅方向の一方に離れて配置されている。下側第１参照部７３１及び下側第２参照部７３２は、幅方向において、下側作用電極６３の下側第１作用部６３１と下側第３作用部６３３との間に配置されている。

　下側第３作用部６３３および下側第４作用部６３４は、幅方向における下側第１参照部７３１と下側第２参照部７３２との間に配置されている。

　下側参照電極７３は、上側参照電極７１と同様に、配線部とパッド部とを有している。下側第１参照部７３１及び下側第２参照部７３２は、配線部及びパッド部を介して、測定室１００外の測定機器と電気的に接続可能である。

　図１に示すように、流路デバイス１は、導通孔８１，８２を有している。導通孔８１，８２は、中間部材１０、多孔質膜３０及び第２蓋部材２２を上下方向に貫通する貫通孔の内面と、当該貫通孔の上部を塞ぐ第１蓋部材２１の下面２１０とで構成されている。導通孔８１は、測定室１００から幅方向の他方に離れて配置されている。導通孔８２は、測定室１００から幅方向の一方に離れて配置されている。図１に示すように、導通孔８１，８２内には、導電性を有するプローブピン９０（外部電極）を挿入することが可能である。

　図１に示すように、導通孔８１には、上側作用電極６１のパッド部６１６が配置されている。また、導通孔８２には、第２パッド部６３７が配置されている。上側作用電極６１は、導通孔８１内のパッド部６１６を介して、プローブピン９０と導通される。下側作用電極６３は、導通孔８２内の第２パッド部６３７を介して、プローブピン９０と導通される。なお、図示を省略するが、流路デバイス１には、上側参照電極７１及び下側参照電極７３を、外部電極と導通させるための導通孔が、それぞれ設けられている。

　図４は、実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。図３及び図４に示すように、幅方向における上側第１作用部６１１の他端部６１１Ｅから幅方向における上側第２作用部６１２の一端部６１２Ｅまでの長さＬ１１は、幅方向における測定室１００の横幅Ｗ１よりも大きい（Ｌ１１＞Ｗ１）。また、幅方向における上側第１作用部６１１と上側第２作用部６１２の間隔Ｌ１２は、測定室１００の横幅Ｗ１よりも小さい（Ｌ１２＜Ｗ１）。

　Ｌ１１＞Ｗ１＞Ｌ１２を満たすことにより、上側第１作用部６１１および上側第２作用部６１２が、幅方向における測定室１００の各端部において、測定室１００の内側と外側に跨がって配置される。このため、第１蓋部材２１が測定室１００に対して幅方向にずれても、上側第１作用部６１１及び上側第２作用部６１２における、測定室１００内に配置される各部分の総面積の変動を抑制できる。すなわち、上側第１作用部６１１及び上側第２作用部６１２が測定室１００内の液体と接触する接触面積の変動を抑制できる。これにより、流路デバイス１の組立精度（第１蓋部材２１の取付精度）によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる。

　また、第１蓋部材２１が測定室１００に対して幅方向にずれたとしても、測定室１００の第１室１０１において、幅方向の両端部に上側第１作用部６１１及び上側第２作用部６１２を配置できる。このため、第１蓋部材２１がずれても、測定室１００において、幅方向の両端付近に良好に電圧を印加できる。したがって、流路デバイス１の組立精度によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる。

　上側作用電極６１の上側第１作用部６１１及び上側第２作用部６１２が測定室１００を縦方向に縦断するため、第１蓋部材２１が縦方向にずれたとしても、測定室１００の縦方向全体に電圧を印加できる。これにより、複数の流路デバイス１間における測定性能のばらつきを抑制できる。また、下側作用電極６３の下側第１作用部６３１及び下側第２作用部６３２が測定室１００を縦方向に縦断するため、第２蓋部材２２が縦方向にずれたとしても、測定室１００の縦方向の全体に電圧を印加できる。したがって、流路デバイス１の組立精度によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる。

　また、図４に示すように、幅方向における下側第１作用部６３１の他端部６３１Ｅから幅方向における下側第２作用部６３２の一端部６３２Ｅまでの長さＬ３１は、測定室１００の横幅Ｗ１よりも大きい（Ｌ３１＞Ｗ１）。また、幅方向における下側第１作用部６３１と下側第２作用部６３２の間隔Ｌ３２は、測定室１００の横幅Ｗ１よりも小さい（Ｌ３２＜Ｗ１）。

　Ｌ３１＞Ｗ１＞Ｌ３２を満たすことにより、第１蓋部材２１が測定室１００（貫通孔１０Ｈ）に対して幅方向にずれても、下側第１作用部６３１及び下側第２作用部６３２のうち、測定室１００内に配置される各部分の総面積が変動することを抑制できる。すなわち、下側第１作用部６３１及び下側第２作用部６３２が測定室１００内の液体と接触する接触面積の変動を低減できる。これにより、測定室１００内の液体に対する電圧の印加条件が変動することを抑制できる。したがって、流路デバイス１の組立精度（第２蓋部材２２の取付精度）によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる。

　また、第２蓋部材２２が測定室１００に対して幅方向にずれたとしても、測定室１００の第２室１０２において、幅方向の両端部に下側第１作用部６３１及び下側第２作用部６３２を配置できる。このため、測定室１００において、幅方向の両端付近に良好に電圧を印加できる。したがって、流路デバイス１の組立精度によって、電気抵抗の測定結果がばらつくことを低減できる。

　図４に示すように、幅方向における上側第１作用部６１１の横幅Ｗ１１は、好ましくは幅方向における上側第３作用部６１３の横幅Ｗ１２よりも大きい。横幅Ｗ１１及び横幅Ｗ１２は、好ましくは幅方向における上側第１参照部７１１の横幅Ｗ１３よりも大きい（Ｗ１１＞Ｗ１２＞Ｗ１３）。このように、上側第１作用部６１１の横幅Ｗ１１を大きくすることによって、第１蓋部材２１の測定室１００に対するずれの許容範囲を大きくすることができる。

　上側第２作用部６１２の横幅Ｗ２１は、好ましくは上側第１作用部６１１の横幅Ｗ１１と同じである。上側第４作用部６１４の横幅Ｗ２２は、好ましくは上側第３作用部６１３の横幅Ｗ１２と同じである。上側第２参照部７１２の横幅Ｗ２３は、好ましくは、上側第１参照部７１１の横幅Ｗ１３と同じである。

　幅方向における下側第１作用部６３１の横幅Ｗ３１は、横幅方向における下側第３作用部６３３の横幅Ｗ３２よりも大きい。また、横幅Ｗ３１及び横幅Ｗ３２は、好ましくは幅方向における下側第１参照部７３１の横幅Ｗ３３よりも大きい（Ｗ３１＞Ｗ３２＞Ｗ３３）。このように、下側第１作用部６３１の横幅Ｗ３１を大きくすることによって、第２蓋部材２２のずれの許容範囲を大きくすることができる。

　下側第２作用部６３２の横幅Ｗ４１は、好ましくは下側第１作用部６３１の横幅Ｗ３１と同じである。下側第４作用部６３４の横幅Ｗ４２は、好ましくは下側第３作用部６３３の横幅Ｗ３２と同じである。下側第２参照部７３２の横幅Ｗ４３は、好ましくは下側第１参照部７３１の横幅Ｗ３３と同じである。

　上側作用電極６１が上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４を有していることによって、測定室１００における第１室１０１の幅方向中央付近に対して電圧を良好に印加できる。また、下側作用電極６３が下側第３作用部６３３及び下側第４作用部６３４を有していることによって、測定室１００における第２室１０２の幅方向中央付近に対して電圧を良好に印加できる。

　＜電気抵抗測定＞
　図５は、細胞組織９の電気抵抗を測定する回路を示す図である。細胞組織９の電気抵抗を測定する場合、流路デバイス１に対して、電源装置９１及び電圧計９２が接続される。すなわち、電源装置９１の出力端子は、導線９４ａを介して、上側作用電極６１及び下側作用電極６３とそれぞれ電気的に接続される。また、電圧計９２の入力端子は、導線９４ｂを介して、上側参照電極７１及び下側参照電極７３とそれぞれ電気的に接続される。導線９４ａ，９４ｂは、プローブピン９０を介して各電極と接続される。

　測定室１００内における多孔質膜３０の上面には、細胞組織９が保持される。また、測定室１００内に液体（培養液など）を供給するため、トップ部材４０の第１貫通孔４３に供給用チューブが接続される。当該供給用チューブを介して第１流路５１及び測定室１００に液体が供給される。また、トップ部材４０の第２貫通孔４５に排出用チューブが接続される。当該排出用チューブを介して、測定室１００及び第２流路５３から、液体が排出される。これにより、測定室１００の第１室１０１及び第２室１０２において、液体の交換（または循環）が適宜行われる。

　図５において、抵抗Ｒｍは、測定室１００内の多孔質膜３０の部分、及び、多孔質膜３０に支持されている細胞組織９（以下、これらを「細胞部」と称する。）の電気抵抗に相当する。抵抗Ｒｗ１は、上側作用電極６１と細胞部との間にある液体（具体的には、測定室１００の第１室１０１内の液体）の電気抵抗に相当する。抵抗Ｒｗ２は、下側作用電極６３と細胞部との間にある液体（具体的には、第２室１０２内の液体）の電気抵抗に相当する。

　図５において、抵抗Ｒｒ１は、上側参照電極７１と細胞部との間にある液体（具体的には、測定室１００の第１室１０１内の液体）の電気抵抗に相当する。抵抗Ｒｒ２は、下側参照電極７３と細胞部との間にある液体（具体的には、測定室１００の第２室１０２内の液体）の電気抵抗に相当する。

　電源装置９１によって上側作用電極６１と下側作用電極６３の間に電圧が印加されるとともに、電圧計９２によって上側参照電極７１と下側参照電極７３の間の電圧が測定される。そして、測定された電圧値から、不図示のコンピュータによって、上側作用電極６１と下側作用電極６３の間の正確な電圧値が算出される。また、算出された電圧値から細胞部の抵抗Ｒｍが算出される。細胞部の抵抗Ｒｍから多孔質膜３０の抵抗値を差し引くことにより、細胞組織９の電気抵抗が求められる。なお、多孔質膜３０の抵抗値は、細胞組織９が無い状態での電気抵抗測定によって求められる。

　上側作用電極６１と下側作用電極６３の間に電圧を印加すると、上側作用電極６１及び下側作用電極６３の各表面において、液体の酸化反応及び還元反応が起き、電気二重層が形成される場合がある。電気二重層が形成されると、上側作用電極６１と下側作用電極６３の間に印加される電圧が、電源装置９１による出力電圧と異なるおそれがある。これに対して、測定室１００内には、上側作用電極６１及び下側作用電極６３の近傍に上側参照電極７１及び下側参照電極７３が配置されている。このため、上側参照電極７１と下側参照電極７３との間の電圧の測定値から、上側作用電極６１と下側作用電極６３の間の電圧を近似的に取得できる。これにより、細胞部の抵抗Ｒｍを精度良く測定できる。

　＜電流密度分布について＞
　次に、電流密度のシミュレーション結果について説明する。図６は、シミュレーションに用いた流路デバイス１，１ａの断面構造を示す図である。図６（ａ）は、実施形態に係る流路デバイス１の断面図であり、図６（ｂ）は、比較例に係る流路デバイス１ａの断面図である。図６には、各電極部のサイズ、あるいは、電極部間の間隔などを図示している。

　図６（ｂ）に示すように、比較例に係る流路デバイス１ａは、上側作用電極６１の上側第１作用部６１１および上側第２作用部６１２と、下側作用電極６３の下側第１作用部６３１および下側第２作用部６３２とが、測定室１００の幅方向の端部から測定室１００の内側にそれぞれ離れて配置されている。また、流路デバイス１ａでは、上側作用電極６１の上側第３作用部６１３および上側第４作用部６１４と、下側作用電極６３の下側第３作用部６３３および下側第４作用部６３４とが、それぞれ省略されている。

　図７は、電流密度分布のシミュレーション結果を示す図である。図７中、横軸は測定室１００の幅方向における位置を示しており、縦軸は電流密度分布を示している。また図７中、グラフＧ１１～Ｇ１３は、実施形態に係る流路デバイス１のシミュレーション結果を示しており、グラフＧ２１～Ｇ２３は、比較例に係る流路デバイス１のシミュレーション結果を示している。

　また、グラフＧ１１，Ｇ２１は、第１蓋部材２１および第２蓋部材２２が、測定室１００に対してずれなく取り付けられた場合のシミュレーション結果を示している。グラフＧ１２，Ｇ２２は、第１蓋部材２１及び第２蓋部材２２が測定室１００に対して幅方向の一方にずれて取り付けられた場合のシミュレーション結果を示している。グラフＧ１３，Ｇ２３は、第１蓋部材２１が測定室１００に対して幅方向の一方に、第２蓋部材２２が測定室１００に対して幅方向の他方にそれぞれずれて取り付けられた場合のシミュレーション結果を示している。

　比較例に係る流路デバイス１ａの場合、グラフＧ２１～Ｇ２３が示すように、第１蓋部材２１及び第２蓋部材２２が幅方向にずれることで、電流密度分布が大きく変動する。特に、グラフＧ２２に示すように、第１蓋部材２１及び第２蓋部材２２が同じ方向にずれると、測定室１００における幅方向の他端部（位置が「０」の部分）の電流密度と、幅方向一端部（位置が「２．０」の部分）の電流密度の差が比較的大きくなっている。これに対して、流路デバイス１の場合、グラフＧ１１～Ｇ１３が示すように、第１蓋部材２１及び第２蓋部材２２が幅方向にずれたときの電流密度分布の変動は、流路デバイス１ａに比べると、充分小さい。

　電流密度分布が不均一になると、細胞層のうち、電流密度が高い部分の電気的特性が、測定結果に強く影響するおそれがある。流路デバイス１によれば、第１蓋部材２１または第２蓋部材２２の位置がずれても、電流密度分布の変動が小さい。このため、組立精度によって、流路デバイス１の性能がばらつくことを抑制できる。

　また、流路デバイス１は、上側第３作用部６１３、上側第４作用部６１４、下側第３作用部６３３および下側第４作用部６３４を有するため、測定室１００に対して、幅方向に渡って均一に電圧を印加できる。このため、流路デバイス１の電流密度（グラフＧ１１～Ｇ１３）は、流路デバイス１ａの電流密度（グラフＧ２１～Ｇ２３）よりも均一になっている。このように、本実施形態の流路デバイス１によれば、電流密度を均一にできるため、細胞部の一部のみが測定結果に強く影響することを抑制できる。

　＜周波数特性について＞
　図８は、実施形態に係る流路デバイス１と、比較例に係る流路デバイス１ａの周波数特性を示す図である。図８中、横軸は周波数（Ｈｚ）を示しており、縦軸は抵抗（Ω）を示している。図８は、流路デバイス１または流路デバイス１ａの各測定室１００に、液体（培地）を導入し、印加電圧の周波数を掃引して抵抗を測定した結果を示している。また、図８には、４つの流路デバイス１についての測定結果Ｒ１１～Ｒ１４と、４つの流路デバイス１ａについての測定結果Ｒ２１～Ｒ２４を示している。

　図８に示すように、流路デバイス１の測定結果Ｒ１１～Ｒ１４は、比較例に係る流路デバイス１ａの測定結果Ｒ２１～Ｒ２４に比べて、各周波数領域におけるデバイス間の測定値のばらつきが小さい。特に、ＴＥＥＲ測定で使用される低周波領域（１０Ｈｚ前後）において、４つの流路デバイス１間における測定値のばらつきは、４つの流路デバイス１ａ間における測定値のばらつきよりも小さい。

　また、インピーダンス測定では、広範囲の周波数領域の測定結果から、細胞組織９の抵抗成分および容量成分の推定が行われる。流路デバイス１の場合、全周波数領域において、デバイス間の測定値のばらつきを抑えることができる。したがって、流路デバイス１を採用することにより、インピーダンス測定の測定精度を向上できる。

　＜２．　変形例＞
　以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

　例えば、上側作用電極６１、下側作用電極６３、上側参照電極７１及び下側参照電極７３が、測定室１００を縦断していることは必須ではない。

　上側作用電極６１が上側第３作用部６１３または上側第４作用部６１４を有していることは、必須ではない。また、下側作用電極６３が、下側第３作用部６３３及び下側第４作用部６３４を有していることは必須ではない。

　上側作用電極６１が、幅方向における上側第１作用部６１１と上側第２作用部６１２の間に、上側第３作用部６１３及び上側第４作用部６１４とは別の電極部をさらに有していてもよい。下側作用電極６３についても、幅方向における下側第１作用部６３１と下側第２作用部６３２の間に、さらに電極部を有していてもよい。

　この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

　１　流路デバイス
　１０　中間部材
　１００　測定室
　１０１　第１室
　１０２　第２室
　１０Ｈ　貫通孔
　１１　第１中間部材
　１１Ｈ　第１貫通孔
　１２　第２中間部材
　１２Ｈ　第２貫通孔
　１ａ　流路デバイス
　２１　第１蓋部材
　２２　第２蓋部材
　３０　多孔質膜
　４３　第１貫通孔
　４５　第２貫通孔
　５１　第１流路
　５３　第２流路
　６１　上側作用電極（一方側作用電極）
　６１１　上側第１作用部（一方側第１作用部）
　６１２　上側第２作用部（一方側第２作用部）
　６１３　上側第３作用部（一方側第３作用部）
　６１４　上側第４作用部（一方側第４作用部）
　６３　下側作用電極（他方側作用電極）
　６３１　下側第１作用部（他方側第１作用部）
　６３２　下側第２作用部（他方側第２作用部）
　６３３　下側第３作用部（他方側第３作用部）
　６３４　下側第４作用部（他方側第４作用部）
　７１　上側参照電極（一方側参照電極）
　７１１　上側第１参照部（一方側第１参照部）
　７１２　上側第２参照部（一方側第２参照部）
　７３　下側参照電極（他方側参照電極）
　７３１　下側第１参照部（他方側第１参照部）
　７３２　下側第２参照部（他方側第２参照部）
　９　細胞組織

Claims

　細胞組織の電気抵抗測定に適用される流路デバイスであって、
　第１方向に貫通する貫通孔によって構成される測定室を有する中間部材と、
　前記第１方向における前記中間部材の一方側の表面に位置し、前記第１方向における前記測定室の一端部の開口を塞ぐ第１蓋部材と、
　前記第１方向における前記中間部材の他方側の表面に位置し、前記第１方向における前記測定室の他端部の開口を塞ぐ第２蓋部材と、
　前記測定室内に位置し、前記第１方向において、前記測定室を一方側の第１室と他方側の第２室とに仕切っており、液体を通過させる多孔質膜と、
　前記第１方向における前記第１蓋部材の他方側の表面に位置し、前記第１方向において前記測定室と重なる、一方側作用電極及び一方側参照電極と、
　前記第１方向における前記第２蓋部材の一方側の表面に位置し、前記第１方向において前記測定室と重なる、他方側作用電極及び他方側参照電極と、
を備え、
　前記一方側作用電極が、
　　一方側第１作用部と、
　　前記一方側第１作用部から前記第１方向と交差する第２方向の一方に離れて位置する一方側第２作用部と、
を有し、
　前記第２方向における前記一方側第１作用部の他方側の端部から前記第２方向における前記一方側第２作用部の一方側の端部までの長さは、前記第２方向における前記測定室の幅よりも大きく、
　前記第２方向における前記一方側第１作用部と前記一方側第２作用部の間隔は、前記測定室の幅よりも小さい、流路デバイス。
　請求項１に記載の流路デバイスであって、
　前記一方側参照電極が、
　　一方側第１参照部と、
　　前記一方側第１参照部から前記第２方向の一方に離れて位置する一方側第２参照部と、
を有し、
　前記一方側第１参照部及び前記一方側第２参照部が、前記第２方向において、前記一方側第１作用部と前記一方側第２作用部との間に位置する、流路デバイス。
　請求項２に記載の流路デバイスであって、
　前記一方側作用電極が、前記第２方向における前記一方側第１参照部と前記一方側第２参照部との間に位置する一方側第３作用部、をさらに有する、流路デバイス。
　請求項３に記載の流路デバイスであって、
　前記第２方向における前記一方側第１作用部の幅は、前記第２方向における前記一方側第３作用部の幅よりも大きい、流路デバイス。
　請求項３または請求項４に記載の流路デバイスであって、
　前記一方側作用電極が、前記第２方向における前記一方側第１参照部と前記一方側第２参照部との間に位置し、かつ、前記一方側第３作用部から前記第２方向の一方に離れて位置する一方側第４作用部、をさらに有する、流路デバイス。
　請求項５に記載の流路デバイスであって、
　前記他方側作用電極が、
　　他方側第１作用部と、
　　前記他方側第１作用部から前記第２方向の一方に離れて位置する他方側第２作用部と、
を有し、
　前記第１方向において、前記他方側第１作用部が前記一方側第１作用部と対向し、
　前記第１方向において、前記他方側第２作用部が前記一方側第２作用部と対向し、
　前記第２方向における前記他方側第１作用部の他方側の端部から前記第２方向における前記他方側第２作用部の一方側の端部までの長さは、前記第２方向における前記測定室の幅よりも大きく、
　前記第２方向における前記他方側第１作用部と前記他方側第２作用部の間隔は、前記第２方向における前記測定室の幅よりも小さい、流路デバイス。
　請求項６に記載の流路デバイスであって、
　前記他方側参照電極が、
　　他方側第１参照部と、
　　前記他方側第１参照部から前記第２方向の一方に離れて位置する他方側第２参照部と、
を有し、
　前記他方側第１参照部及び前記他方側第２参照部が、前記第２方向における前記他方側第１作用部と前記他方側第２作用部との間に位置する、流路デバイス。
　請求項７に記載の流路デバイスであって、
　前記他方側作用電極が、
　　前記第２方向における前記他方側第１参照部と前記他方側第２参照部との間に位置する他方側第３作用部、をさらに有する、流路デバイス。
　請求項８に記載の流路デバイスであって、
　前記他方側作用電極が、
　前記第２方向における前記他方側第１参照部と前記他方側第２参照部との間に位置し、かつ、前記他方側第３作用部から前記第２方向の一方に離れて位置する他方側第４作用部、をさらに有する、流路デバイス。
　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の流路デバイスであって、
　前記中間部材が、
　　第１中間部材と、
　　前記第１方向における前記第１中間部材の一方側に位置する第２中間部材と、
を有し、
　前記第１中間部材が、前記第１室を有し、
　前記第２中間部材が、前記第２室を有し、
　前記多孔質膜が、前記第１方向における前記第１中間部材と前記第２中間部材との間に位置する、流路デバイス。
　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の流路デバイスであって、
　前記中間部材が、
　　前記第１室に連通する第１流路と、
　　前記第２室に連通する第２流路と、
を有する、流路デバイス。
　請求項１１に記載の流路デバイスであって、
　前記第１蓋部材が、
　　前記第１流路に連通する第１貫通孔と、
　　前記第２流路に連通する第２貫通孔と、
を有する、流路デバイス。
　請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の流路デバイスであって、
　前記測定室、前記一方側第１作用部及び前記一方側第２作用部が、前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に延びている、流路デバイス。
　請求項１３に記載の流路デバイスであって、
　前記一方側第１作用部および前記一方側第２作用部が、前記測定室から前記第３方向の一方に離れた位置から、前記測定室から前記第３方向の他方に離れた位置まで延びている、流路デバイス。