JP4844161B2 - 細胞電気生理センサとそれを用いた測定方法およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、細胞の細胞外電位あるいは細胞の活動に発生する物理化学的変化を測定するために用いられる細胞電気生理センサとそれを用いた測定方法およびその製造方法に関するものである。

従来の、細胞の電気的活動を指標にして細胞膜に存在するイオンチャネルの機能を解明したり、薬品をスクリーニング（検査）したりする方法として、パッチクランプ法が挙げられる。

このパッチクランプ法は、マイクロピペットの先端部分で細胞膜の微小部分（パッチという）を軽く吸引し、マイクロピペットに設けた微小電極プローブを用いて、パッチを横切る電流を、固定（クランプ）した膜電位のもとで測定するものである。そしてこれにより、パッチに存在する一個または少数個のイオンチャネルの開閉の様子を電気的に記録することができるものである。そしてこれは、細胞の生理機能をリアルタイムで調べることのできる数少ない方法の一つである。

しかし、パッチクランプ法はマイクロピペットの作成および操作に特殊な技術・技能を必要とし、一つの試料の測定に多くの時間を要することから、大量の薬品候補化合物を高速でスクリーニングする用途には適していない。

このため、近年微細加工技術を利用した平板型の微小電極プローブの開発がなされており、これは個々の細胞についてマイクロピペットの挿入を必要としない自動化システムに適している。

下記特許文献１では、細胞保持基板に複数の貫通孔を設け、この貫通孔の開口部に被験体細胞を接着させ、貫通孔の下方に配置した第２電極で、被験体細胞の電位依存性のイオンチャネル活性を測定する技術を開示している。

下記非特許文献１では、シリコン酸化物製の細胞保持基板（ｍｅｍｂｒａｎｅ）の内部に２．５μｍの貫通孔（ｈｏｌｅ）を形成し、この貫通孔にヒト培養細胞株の一種であるＨＥＫ２９３細胞を保持させて高い密着性を確保して高精度に細胞外電位を測定する技術を開示している。

図１３は、下記特許文献２で開示された細胞電気生理センサ１を示し、細胞保持基板２と、この細胞保持基板２上面に形成された凹部３と、この凹部３の下部から細胞保持基板２の下面まで貫通する貫通孔４と、細胞保持基板２の上方に配置された第１電極５と、前記貫通孔４の内部に配置された第２電極６とを備えている。

またこの第２電極６は、配線７を経て信号検出部に連結されている。そして上記細胞保持基板２は、ウエル８内部に配置されている。

上記細胞電気生理センサ１の動作方法について以下に説明する。

まず、ウエル８内に細胞および電解液１０が注入され、細胞が凹部３によってトラップ（捕捉）され、保持される。この凹部３に保持された細胞を以下被験体細胞９という。

そして、測定の際には被験体細胞９は貫通孔４の下方から吸引ポンプなどで吸引され、貫通孔４の開口部に密着した状態で保持される。すなわち、この貫通孔４がガラスピペットにおける先端穴と同様の役割を果たしている。そして被験体細胞９のイオンチャネルの機能性や薬理反応などは、第１電極５と第２電極６との間における反応前後の電圧、あるいは電流を測定し、細胞内外の電位差を求めることによって分析している。
特表２００２−５１８６７８号公報 国際公開第０２／０５５６５３号パンフレット Ｔ．Ｓｏｒｄｅｌ ｅｔ ａｌ， Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ２００４，Ｐ５２１〜５２２（２００４）

前述のように、従来の細胞電気生理センサ１は、細胞保持基板２の下面側からの吸引によって被験体細胞９を引き付け、凹部３にトラップし、保持するものである。そしてこの凹部３は、細胞保持基板２上面に、所定間隔をおいて複数個配置されているものである。

しかし、このような従来の細胞電気生理センサ１では、ウエル８内に大量の細胞を注入しておく必要があった。

それは、細胞保持基板２の上面において、隣接する凹部３と凹部３との間には平面が介在しており、多くの細胞は下方から吸引されると、この平面に着地し積層してしまい、少量の細胞では凹部３へのトラップ率が低いためである。

特に付着性の高い細胞を被験体として用いた場合、細胞は細胞保持基板２の平面部分に付着して離れず、凹部３にトラップされ難いことから、この問題は顕著であった。

そこで本発明は、凹部３における細胞のトラップ率を向上させ、少量の細胞で検査処理を可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、細胞保持基板と、この細胞保持基板の上方に配置した第１電極槽と、この第１電極槽の内部に配置した第１電極と、細胞保持基板の下方に配置した第２電極槽と、この第２電極槽の内部に配置した第２電極とを備えている。そして、細胞保持基板の上面には複数の凹部を形成し、これらの凹部から細胞保持基板の下面に向けて貫通孔を形成するとともに、隣接する凹部の内壁は互いに交差させて形成したものである。

これにより本発明では、細胞の凹部へのトラップ率を向上させ、少量の細胞で検査処理をすることができる。

それは、隣接する凹部の内壁は互いに交差しており、この交差部分は曲面で形成された突起形状をしているためである。そしてこの部分に細胞が着地しても、付着することなく、重力によりいずれかの凹部に傾き、その内壁に沿って凹部内部へと速やかに転がりトラップされるのである。

そしてその結果、凹部への細胞のトラップ率を向上させ、少量の細胞で検査処理ができるのである。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサ１１の細胞保持基板１２を示す斜視図であり、この細胞保持基板１２内部の実線部分は、後述の凹部１３と貫通孔１４の外観形状を表している。また図２は図１の破線Ａ−Ｂ断面における細胞電気生理センサ１１の断面図である。

以下に、図２を用いて本発明の細胞電気生理センサ１１の構成について説明する。

この細胞電気生理センサ１１は、細胞保持基板１２と、この細胞保持基板１２の上方に配置した第１電極槽１５と、この第１電極槽１５の内部に配置した第１電極１６と、細胞保持基板１２の下方に配置した第２電極槽１７と、この第２電極槽１７の内部に配置した第２電極１８とを備えている。そしてこの第２電極１８は、配線（図示せず）を経て信号検出部（図示せず）に連結されている。

また、細胞保持基板１２の上面には複数の凹部１３を形成し、これらの凹部１３から細胞保持基板１２の下面に向けての最深部から細胞保持基板１２の下面に向けて垂直方向に貫通孔１４を形成している。

そして隣接する凹部１３の内壁は互いに交差させて形成している。また、このような凹部１３は、細胞保持基板１２の上面の中央に、複数個配置している。そして、これらの凹部１３は、いずれも碗型をしている。

なお、本実施の形態では、図３の細胞保持基板１２の上面図のごとく、凹部１３は、上面から見ると正六角形状を示すように、１つの凹部１３を６つの凹部と均等な距離で隣接させている（細胞保持基板１２上において最外周の凹部１３は除く）。

なお、図３の点線部分は、隣接する凹部１３の内壁を交差させなかった場合の、凹部１３の開口部外周の形状を示した。図１、図１１、図１２においても同様である。

なお、第１電極１６は第１電極槽１５の内部に注入する電解液（図４の第１電解液２０）に、また第２電極１８は第２電極槽１７の内部に注入する電解液（図４の第２電解液２１）にそれぞれ浸漬させ、その電位差を測定できればよいため、第１電極１６は、細胞保持基板１２の上面に接合させてもよく、第２電極１８は貫通孔１４の下方に針状の微小電極プローブを配置してもよい。

また、本実施の形態において、細胞保持基板１２はシリコンで形成した。そして第２電極１８は、銅および銀を主成分として形成したが、その他金、白金、パラジウム等を用いてもよい。

さらに、貫通孔１４の開口部の直径は３μｍとした。細胞が５〜５０μｍ程度の大きさの場合、細胞と貫通孔１４とを高い密着性を持って保持するには、貫通孔１４の開口部の直径を３μｍ以下とすることが望ましいからである。その他、この貫通孔１４の開口部の最適な大きさは、測定する細胞の形状、性質によって決定する。

次に、本発明の細胞電気生理センサ１１の動作について説明する。

図４に示すように、まず第１電極槽１５に細胞１９と第１電解液２０を満たし、第２電極槽１７には第２電解液２１を満たしておく。

そして図５に示すように、細胞保持基板１２の下方を減圧するか、上方を加圧することにより、細胞１９と第１電解液２０を貫通孔１４に引き付ける。この時、細胞１９は凹部１３にトラップされ、貫通孔１４の開口部を塞ぐように保持される。以下、前述のように、凹部１３に保持された細胞１９を被験体細胞１９ａといい、凹部１３に保持されなかった細胞を未保持の細胞１９ｂとする。

その後、図６に示すように、減圧または加圧により被験体細胞１９を凹部１３に保持したまま、未保持の細胞（図５の１９ｂ）を生理食塩水で洗い流して取り除く。

なお、被験体細胞１９ａが哺乳類筋細胞の場合、第１電解液２０としては、例えばＫ⁺を１５５ｍＭ、Ｎａ⁺を１２ｍＭ、Ｃｌ^-を４．２ｍＭ添加した電解液を用い、第２電解液２１としては、Ｋ⁺を４ｍＭ、Ｎａ⁺を１４５ｍＭ、Ｃｌ^-を１２３ｍＭ添加した電解液を用いた。なお、第１電解液２０と第２電解液２１とは、本実施の形態のように異なる組成のものを用いてもよく、同じものを用いてもよい。

次に、細胞保持基板１２の下面から吸引するか、あるいはナイスタチンなどの薬剤を投入し、被験体細胞１９ａに微細小孔を形成する。

その後、この被験体細胞１９ａに化学的刺激、あるいは物理的刺激を付与する。この化学的刺激としては、化学薬品、毒物、物理的刺激としては機械的変異、光、熱、電気、電磁波などが挙げられる。

そして、被験体細胞１９ａがこれらの刺激に対して活発に反応する場合、被験体細胞１９ａはその細胞膜にあるイオンチャネルを通じて各種イオンを放出あるいは吸収する。

そうすると、被験体細胞１９ａを通るイオン電流が発生し、この被験体細胞１９ａ内外の電位勾配が変化するため、この変化を反応前後の第１電極１６と第２電極１８との間の電圧、あるいは電流を測定することによって検出する。

次に、図７〜図９を用いて、本実施の形態における細胞電気生理センサ１１の製造方法を説明する。

まず、図７に示すように、シリコンからなる細胞保持基板１２を用意し、細胞保持基板１２の上面側にマスク層２２を形成する。このとき、マスク層２２のエッチングホールの形状および位置は、必要とする貫通孔１４の形状および位置とほぼ同じになるように設計しておく。そして、貫通孔１４の中心点間距離は、本実施の形態で使用する被験体細胞１９ａの平均直径の１．５倍になるように統一した。なお、この被験体細胞１９ａの平均直径は、被験体細胞１９ａを生理食塩水に含浸させ、この被験体細胞１９ａ内外の浸透圧が平衡となった状態での測定値を基準にするものとする。また、複数の貫通孔１４の中心点間距離は、被験体細胞１９ａの平均直径の１．５倍に限定するものではないが、後述の通り、２倍より短く、かつ上記平均直径より長くなるように設けることが好ましい。

次に、図８のように、ドライエッチング法により、細胞保持基板１２に凹部１３を形成する。この時、隣接する凹部１３同士がそれぞれの内壁を互いに交差させるように、すなわち、隣接する凹部１３同士がそれぞれ一部で連結するように形成した。

また、細胞保持基板１２がシリコンである場合、エッチングを促進するエッチングガスとしてＳＦ₆、またはＣＦ₄、またはＮＦ₃、またはＸｅＦ₂、またはこれらの混合ガスのいずれかを用いることができる。これらはシリコンのエッチングを深さ方向だけでなく、水平方向へのエッチングも促進する作用があるため、細胞保持基板１２を半球形状の碗型にエッチングすることができる。

また、本実施の形態においては、エッチングを促進するＳＦ₆、ＣＦ₄、ＮＦ₃、ＸｅＦ₂またはこれらの混合ガスのいずれかのエッチングガスに、Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ₂などのキャリアガスを混合して用いた。

また、図８からも判るように、本実施の形態における細胞電気生理センサ１１の構成では、隣接する凹部１３の内壁が互いに交差する部分は、細胞保持基板１２の上面より下方にあることから、マスク層２２の中央部分の下方は空洞となっており、細胞保持基板１２で支えられていない。

よって、マスク層２２にはある程度の硬さを有し、外形を維持できる材料が好ましい。特に、エッチング進行中もエッチングホールの形状が不変である材料を用いる必要がある。

したがって、マスク層２２の材料としてはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ窒化物またはこれらの混合物を用いることが望ましい。これらで形成したマスク層２２は、エッチング加工時に撓まない程度の硬さを有し、さらにエッチング進行中のエッチングホール形状が不変であるとともに、シリコンを酸化処理、または窒化処理することにより容易に形成することができるためである。

そしてその後、図９で示すように前述のマスク層２２を配置した状態で、凹部１３の最深部から細胞保持基板１２の下面までを垂直方向に貫く貫通孔１４を形成する。

この貫通孔１４を形成する際には前述のエッチングを促進するエッチングガス（ＳＦ₆、ＣＦ₄、ＮＦ₃、ＸｅＦ₂の少なくともいずれか一つ）とエッチングを抑制するガスを交互に用いたドライエッチング加工を行う。このエッチングを抑制するガスとしてはＣＨＦ₃、Ｃ₄Ｆ₈などがある。このエッチングを抑制するガスを、エッチングされた壁面に吹き付けると、その表面にＣＦ₂のポリマーである保護膜を形成するため、貫通孔１４をマスク層２２の下方へ垂直に進行させることができるのである。

この仕組みについて、以下に詳述する。なお、これはエッチングガスとしてＳＦ₆、エッチングを抑制するガスとしてＣ₄Ｆ₈を用いたドライエッチング加工の実験結果に基づき考察したものである。

まず、エッチングガスＳＦ₆によるドライエッチングの際、細胞保持基板１２の上方では、外部コイルの誘導結合法によりプラズマを生成させている。したがって、このプラズマ中には、エッチングガスＳＦ₆に含まれるプラスイオン（ＳＦ₅ ⁺）が存在している。

次に細胞保持基板１２に高周波を印加すると、細胞保持基板１２には、マイナスのバイアス電圧が発生し、前述のプラスイオン（ＳＦ₅ ⁺）は細胞保持基板１２に向かって垂直に衝突する。

その結果、ドライエッチングは細胞保持基板１２の垂直方向（下方）に進むことになる。

一方、エッチングを抑制するガスＣ₄Ｆ₈を用いる際には、細胞保持基板１２に高周波を加えないでおく。そうすることによって、細胞保持基板１２にはバイアス電圧は全く発生しない。

したがって、エッチングを抑制するガスＣ₄Ｆ₈に含まれるＣＦ⁺は、偏向を受けることなく、細胞保持基板１２のドライエッチング穴の壁面に付着し、均一な膜を形成する。

そしてこのＣＦ⁺の膜は、保護膜となってエッチングを抑制する。そしてこの工程を繰り返すことによって、エッチングは垂直下方のみに進行する。

以上のように貫通孔１４を形成した後、マスク層２２を除去すれば、凹部１３および貫通孔１４を有する細胞保持基板１２が完成する。なお、本実施の形態においては、貫通孔１４は凹部１３の最深部から細胞保持基板１２の下面に向けて垂直に形成したが、この細胞保持基板１２を斜めに傾けた状態で前述のようなエッチング加工をすることにより、貫通孔１４の方向に傾斜をつけることができる。

そして上記のように貫通孔１４を形成した後、この細胞保持基板１２の下面に真空蒸着法またはスパッタ法を用いて、第２電極１８を形成した。

本実施の形態における効果を以下に説明する。

本実施の形態では、図２において、凹部１３への細胞１９のトラップ率を向上させ、少量の細胞１９で検査処理をすることができる。

それは、隣接する凹部１３の内壁は互いに交差しており、この交差部分は曲面で形成された突起形状をしているためである。そしてこの部分に細胞１９が着地しても、付着することなく、重力によりいずれかの凹部１３に傾き、その内壁に沿って凹部内部へと速やかに転がりトラップされるのである。

特に、平滑な平面で付着性の強い細胞を被験体として用いる場合、従来の構成では、その平面に細胞１９が付着してしまい、凹部１３にトラップされ難いという問題があった。しかし本実施の形態では、隣接する凹部１３の開口部間には平面が介在しておらず、突起形状の曲面で形成されていることから、上記のように細胞１９が隣接する凹部１３の開口部間に付着してしまうのを有効に防ぐことができるのである。

そしてその結果、凹部１３への細胞１９のトラップ率を向上させ、少量の細胞で検査処理ができるのである。

さらに、本実施の形態では、細胞電気生理センサ１１の信頼性を向上させることができる。その理由を以下に説明する。

すなわち、従来の構成では、凹部１３開口部の周辺の平面に付着した未保持の細胞１９ｂが、凹部１３に保持された被験体細胞１９ａと接触してしまい、寄生容量成分を発生させたり、被験体細胞１９ａのイオンチャネルを封鎖したりしてしまうことがあった。また、未保持の細胞１９ｂが被験体細胞１９ａと接近、あるいは接触していると、印加した物理化学的刺激の被験体細胞１９ａへの伝達を阻害することがあった。

特に細胞保持基板１２の表面は一般的に鏡面加工が施されていることが多く、付着性の高い細胞は、その平滑な平面で平たく広がるように付着してしまい、除去するのが非常に困難なことから、上記問題は顕著であった。

一方、本実施の形態では、隣接する凹部１３の開口部間には未保持の細胞１９ｂが付着できるような平面が介在していないため、被験体細胞１９ａに接触する未保持の細胞１９ｂを著しく低減することができる。また、流水で洗浄することによって、未保持の細胞１９ｂを容易に除去することができる。

よって、寄生容量成分の発生やイオンチャネルの封鎖を抑制し、また印加した物理化学的刺激の伝達の阻害を防ぎ、検出した電気信号の誤差を低減することができる。そしてその結果、細胞電気生理センサ１１の信頼性を向上させることができるのである。

また、本実施の形態では、隣接する貫通孔１４の中心点間距離を、被験体細胞１９ａの平均直径の１．５倍とすることにより、一つの凹部１３に対し、一つの被験体細胞１９ａを適切にトラップすることができる。

すなわち、例えば隣接する貫通孔１４の中心点間距離を、被験体細胞１９ａの平均直径の２倍以上とした場合、一つの凹部１３の中に複数の細胞１９がトラップされてしまい、細胞１９同士が押し合って被験体細胞１９ａが貫通孔１４に的確に密着せず、測定誤差が大きくなる場合があった。また、隣接する貫通孔１４の中心点間距離を、被験体細胞１９ａの平均直径以下とした場合、凹部１３に細胞１９が入るスペースがなくなってしまい、測定が不可能であった。

一方、本実施の形態１では、一つの凹部１３に一つの被験体細胞１９ａが収容され、貫通孔１４と的確に接触し、細胞電気生理センサ１１の信頼性を向上させることができる。

さらに、本実施の形態では、図１０に示すように、隣接する凹部１３の内壁が互いに交差する部分には、上方に突出する丸みを帯びた湾曲部２３が形成されている。この湾曲部２３は、本実施の形態においては、細胞保持基板１２上面から、貫通孔１４に対向する部分を中心に、放射状にエッチング加工することによって、隣接する凹部１３の内壁の交差する部分が重複してエッチング加工された結果生じたものである。

そして、この湾曲部２３の上部は、丸みを帯びた曲面で形成されているため、未保持の細胞１９ｂがこの湾曲部２３に着地した場合も、重力に従いいずれかの凹部に速やかに転がってトラップされる。よって、細胞の凹部１３へのトラップ率をより向上させることができる。

また、丸みを帯びた湾曲部２３では、この部分に着地した細胞１９を損傷させたり、この突起部分が欠落したりするのを抑制することができ、細胞電気生理センサ１１の信頼性向上に寄与する。

なお、このような湾曲部２３は、本実施の形態のように、凹部１３のエッチング加工により必然的に形成される場合もあるが、任意に設けてもよい。

また、本実施の形態では、図１０からも判るように、隣接する複数の凹部１３の内壁を互いに交差することによって、この交差している部分より上方に細胞保持基板１２の上面を配置している。そしてこれにより、細胞電気生理センサ１１の信頼性を向上させることができる。

すなわち、この細胞保持基板１２の上面は平滑な平面であるから、未保持の細胞１９ｂが付着しやすいが、上記構成により凹部１３に保持された被験体細胞１９ａとの距離が広がり、接触を回避することができるからである。

また、未保持の細胞１９ｂが細胞保持基板１２の上面に積層した場合も、その下方の凹部１３との距離が広がっていることから、この凹部１３の開口部は過剰に狭小となることは無く、細胞１９はこの積層した未保持の細胞１９ｂに阻害されずに凹部１３にトラップされることができる。

また、本実施の形態では、複数の凹部１３が互いの内壁が交差するように連続的に配置したため、細胞保持基板１２における凹部１３の密度を大きくすることができる。したがって、一つの細胞保持基板１２で処理できる試験数を増大することができる。

さらに、本実施の形態では、凹部１３の形状を碗型とすることにより、球体の被験体細胞１９ａの形状が大きく変形することが無く、被験体細胞１９ａを安定に保持することができる。さらに、貫通孔１４の開口部が凹部１３の最深部となるため、この凹部１３の最深部で被験体細胞１９ａは安定して存在し、この被験体細胞１９ａと貫通孔１４との密着性が向上する。その結果、測定誤差を低減し、細胞電気生理センサ１１の信頼性を向上させることができる。

なお、細胞保持基板１２としてシリコンを用いたが、シリコンの中に酸化シリコン層が埋め込まれた基板を用いることもできる。このような基板はＳＯＩ基板と呼ばれ、これにより、貫通孔１４をドライエッチングによって形成する際、酸化シリコン層がエッチングストップ層となるのでより簡単な製造方法とすることができる。

また、本実施の形態では、隣接する凹部１３間に介在する平面を無くすように凹部１３を配置したが、本発明は、上記のように平面を完全に除去する構造に限定するものではない。

（実施の形態２）
本実施の形態２と実施の形態１との違いは、図１１の細胞保持基板１２の上面図から判るように、一つの凹部１３の内壁を、隣接する４つの凹部１３の内壁とそれぞれ交差させ、凹部１３の開口部の形状を、上面から見ると正方形状を示すように形成したことである（最外周の凹部１３を除く）。

本実施の形態２は実施の形態１よりも、隣接する複数の凹部１３の内壁が交差する部分が大きくなるため、細胞保持基板１２における凹部１３の密度がより増大し、一度に処理できる試験数を更に増やすことができる。

その他の構成、動作、製造方法および効果等は実施の形態１と同様であるため省略する。

（実施の形態３）
本実施の形態３と実施の形態１との違いは、図１２の細胞保持基板１２の上面図で示すように、細胞保持基板１２の上面の全面に凹部１３を形成したことである。

このような構成とすることによって、細胞１９の凹部１３へのトラップ率を著しく向上させることができる。

また細胞保持基板１２の上面から平面がほぼ完全に排除されることから、未保持の細胞１９ｂと被験体細胞１９ａとの接触を著しく低減することができる。したがって、寄生容量成分の発生やイオンチャネルの封鎖、および印加した物理化学的信号の伝達の阻害による測定誤差を低減し、細胞電気生理センサ１１の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態３では、複数の凹部１３のうち、最外周の凹部１３は形状が不完全であるから、この凹部１３にトラップされた被験体細胞１９ａは測定の対象から除外している。また、細胞保持基板１２や第２電極槽１７の形状により、貫通孔１４が形成しにくい凹部１３には貫通孔１４を形成せず、測定の対象から除外している。

その他の構成、動作方法、製造方法および効果については実施の形態１と同様であるため省略する。

本発明の細胞電気生理センサおよびその製造方法は、細胞の凹部へのトラップ率を向上させることができる。

よって、少量の細胞で迅速な処理が可能となり、医療分野等における細胞電気生理センサとして、大いに利用可能性を有するものである。

本実施の形態１における細胞電気生理センサの斜視図 本実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図（図１のＡＢ断面） 本実施の形態１における細胞保持基板の上面図 本実施の形態１における細胞電気生理センサの動作説明図 本実施の形態１における細胞電気生理センサの動作説明図 本実施の形態１における細胞電気生理センサの動作説明図 本実施の形態１における細胞電気生理センサの製造工程図 本実施の形態１における細胞電気生理センサの製造工程図 本実施の形態１における細胞電気生理センサの製造工程図 本実施の形態１における細胞保持基板の断面図 本実施の形態２における細胞保持基板の上面図 本実施の形態３における細胞保持基板の上面図 従来の細胞電気生理センサの断面図

符号の説明

１１ 細胞電気生理センサ
１２ 細胞保持基板
１３ 凹部
１４ 貫通孔
１５ 第１電極槽
１６ 第１電極
１７ 第２電極槽
１８ 第２電極
１９ 細胞
１９ａ 被験体細胞
１９ｂ 未保持の細胞
２０ 第１電解液
２１ 第２電解液
２２ マスク層
２３ 湾曲部

Claims (12)

1. 細胞保持基板と、この細胞保持基板の上方に配置した第１電極槽と、この第１電極槽の内部に配置した第１電極と、前記細胞保持基板の下方に配置した第２電極槽と、この第２電極槽の内部に配置した第２電極とを備え、前記細胞保持基板の上面には複数の凹部を形成し、それぞれの凹部の下方から前記細胞保持基板の下面に向けて貫通した、一つの貫通孔を形成するとともに、隣接する凹部の内壁は互いに交差させて形成した細胞電気生理センサ。
2. 前記細胞保持基板の上面は、隣接する凹部の内壁が交差している部分より上方に設けた請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
3. 細胞保持基板と、この細胞保持基板の上方に配置した第１電極槽と、この第１電極槽の内部に配置した第１電極と、前記細胞保持基板の下方に配置した第２電極槽と、この第２電極槽の内部に配置した第２電極とを備え、前記細胞保持基板の上面には複数の凹部を形成し、それぞれの凹部の下方から前記細胞保持基板の下面に向けて貫通した、一つの貫通孔を形成するとともに、隣接する凹部の開口部間は、上方に突出する湾曲部とした細胞電気生理センサ。
4. 前記細胞保持基板の上面は、前記湾曲部より上方に設けた請求項３に記載の細胞電気生理センサ。
5. 隣接する前記貫通孔の中心点間距離が、被験体細胞の平均直径の２倍より短く、かつこの被験体細胞の平均直径より長いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサ。
6. 前記凹部を、前記細胞保持基板の上面の略全面に形成した請求項１または３または５のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサ。
7. 第１電極槽に第１電解液と細胞を注入し、第２電極槽に第２電解液を注入し、細胞保持基板の上面に配置した凹部に細胞を保持し、この細胞を前記凹部に設けた貫通孔の開口部に密着させ、この密着させた細胞を保持した状態で、前記凹部に保持されていない細胞を除去した後、前記凹部に保持された細胞の電気生理現象を測定する細胞電気生理センサを用いた測定方法。
8. 細胞保持基板の上に、所定間隔にエッチングホールを設けたマスク層を配置し、次にエッチングガスを用いたドライエッチング加工で、前記細胞保持基板の上面に複数の凹部を隣接する凹部の内壁が交差するように形成し、その後前記エッチングガスとエッチングを抑制するガスとを交互に用いたドライエッチング加工で前記凹部から前記細胞保持基板の下面まで貫通する一つの貫通孔を形成する細胞電気生理センサの製造方法。
9. 前記マスク層はシリコン酸化物、またはシリコン窒化物、またはシリコンオキシ窒化物の少なくともいずれか一つからなる請求項８に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
10. 前記エッチングガスは、ＣＦ₄、またはＳＦ₆、またはＮＦ₃、またはＸｅＦ₂の少なくともいずれか一つとした請求項８または９に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
11. 前記エッチングを抑制するガスは、ＣＨＦ₃、またはＣ₄Ｆ₈の少なくとも一方とした請求項８から１０のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサの製造方法。
12. 前記凹部をドライエッチング加工で形成する際、キャリアガスとしてＮ₂、またはＡｒ、またはＨｅ、またはＨ₂の少なくともいずれか一つを用いた請求項８から１１のいずれか一つに記載の細胞電気生理センサの製造方法。

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