(57)【要約】【課題】温度制御装置の性能を向上する。【解決手段】温度制御装置は、行列状に配置された複数のセルＣＬを備え、各セルＣＬは、第１端部と第２端部とを含み、第１端部を行電極ＲＥに接続されたｐ型半導体ＰＳと、第３端部と第４端部とを含み、第３端部を列電極ＣＥに接続されたｎ型半導体ＮＳと、第２端部と第４端部とを接続する共通電極ＣＯＭと、を有する。【選択図】図３
2020120035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置され、平面視において第１方向に延在する複数の第１電極と、
前記基板上に配置され、平面視において前記第１方向と直交する第２方向に延在する複数の第２電極と、
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極との交叉部に配置された複数のセルと、
を備え、
前記複数のセルの各々は、
第１端部と第２端部とを含み、前記第１端部を前記複数の第１電極の内の１本の第１電極に接続されたｐ型半導体と、
第３端部と第４端部とを含み、前記第３端部を前記複数の第２電極の内の１本の第２電極に接続されたｎ型半導体と、
前記第２端部と前記第４端部とを接続する第３電極と、
を有する、温度制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の温度制御装置において、
前記複数のセルの各々は、ペルチェ素子である、温度制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の温度制御装置において、
前記ｐ型半導体は、前記１本の第１電極上に配置されており、
前記ｎ型半導体は、前記１本の第２電極上に配置されている、温度制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の温度制御装置において、
前記複数の第１電極は、複数の第１銅配線からなり、
前記複数の第２電極は、複数の第２銅配線からなる、温度制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の温度制御装置において、
前記第３電極は、第３銅配線からなる、温度制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の温度制御装置において、
さらに、
前記基板上に配置され、前記複数の第１電極に電気的に接続された複数の第１端子と、
前記基板上に配置され、前記複数の第２電極に電気的に接続された複数の第２端子と、
を備えた、温度制御装置。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に配置され、平面視において第１方向に延在する複数の第１電極と、
前記基板上に配置され、平面視において前記第１方向と直交する第２方向に延在する複数の第２電極と、
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極との交叉部に配置された複数のセルと、
前記複数のセルの上部に配置され、細胞を含む培養液を保持する容器と、
を備え、
前記複数のセルの各々は、
第１端部と第２端部とを含み、前記第１端部を前記複数の第１電極の内の１本の第１電極に接続されたｐ型半導体と、
第３端部と第４端部とを含み、前記第３端部を前記複数の第２電極の内の１本の第２電極に接続されたｎ型半導体と、
前記第２端部と前記第４端部に接続された第３電極と、
を有し、
前記第３電極上には、温度応答性材料が設けられている、細胞培養装置。
【請求項８】
請求項７記載の細胞培養装置において、
さらに、
前記第３電極と前記温度応答性材料との間に配置された保護層、を有する、細胞培養装置。
【請求項９】
請求項８記載の細胞培養装置において、
前記保護層は、金または白金からなる、細胞培養装置。
【請求項１０】
請求項８記載の細胞培養装置において、
さらに、
前記保護層と前記温度応答性材料との間に配置された単分子膜、を有する、細胞培養装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の細胞培養装置において、
前記単分子膜は、チオール化合物からなる、細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御装置およびそれを用いた細胞培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
急速に伸展する再生医療分野における評価系として細胞アレイを用いる創薬や環境分析など応用研究が盛んに行われており、個々の細胞をきめ細かく操作・分析する手法へのニーズが高まっている。そのため、単純な細胞培養だけではなく、基板材料上の任意の場所に細胞を接着させてパターニングを行う技術が求められている。
【０００３】
特許文献１には、基板表面に親水性領域と疎水性領域のパターンを形成することによって、細胞の基板への接着強度に強弱をつけて細胞のパターニングを行うことが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、複数の熱電モジュールをマトリックス状に配置した加熱・冷却装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１０３８５７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／００９７８４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者の検討によれば、特許文献１の技術には、基板表面の任意の領域における細胞の時間的制御の観点で検討の余地が残されている。
【０００７】
また、特許文献２の技術には、効率的な加熱・冷却の観点で検討の余地が残されている。ＦＩＧ．３Ａ〜３Ｃに開示された熱電モジュールは、半導体ペレットを挟むパネル１２および１４と、パネル１２および１４に接触する導電体２０および２２とを含み、導電体２０および２２間に電圧を印加して半導体ペレットに電流を流し、その結果、例えば、パネル１２の温度を増加または減少させるものである。しかしながら、加熱・冷却の対象物と半導体ペレットとの間にパネル１２または１４、および、導電体２０または２２が介在する為、加熱・冷却の効率が低下してしまう。
【０００８】
つまり、温度制御装置およびこれを用いた細胞培養装置の性能の向上が望まれる。
【０００９】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施の形態による温度制御装置は、行列状に配置された複数のセルを備え、各セルは、第１端部と第２端部とを含み、第１端部を行電極に接続されたｐ型半導体と、第３端部と第４端部とを含み、第３端部を列電極に接続されたｎ型半導体と、第２端部と第４端部とを接続する共通電極と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
一実施の形態によれば、温度制御装置および細胞培養装置の性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施の形態に係る温度制御装置を示す平面図である。
【図２】一実施の形態に係る温度制御装置のセルアレイ領域を示す斜視図である。
【図３】一実施の形態に係る温度制御装置のセルを示す斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】一実施の形態に係る温度制御装置の製造工程中の断面図である。
【図６】図５に続く温度制御装置の製造工程中の断面図である。
【図７】図６に続く温度制御装置の製造工程中の断面図である。
【図８】図７に続く温度制御装置の製造工程中の断面図である。
【図９】図８に続く温度制御装置の製造工程中の断面図である。
【図１０】一実施の形態に係る細胞培養装置を示す平面図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１２】一実施の形態に係る細胞培養装置の要部断面図である。
【図１３】一実施の形態に係る細胞培養装置において、培養された細胞を示す平面模式図である。
【図１４】一実施の形態に係る細胞培養装置において、培養された細胞を示す平面模式図である。
【図１５】図１２の変形例１に係る細胞培養装置の要部断面図である。
【図１６】図１２の変形例２に係る細胞培養装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１４】
（実施の形態）
＜温度制御装置＞
以下、本実施の形態の温度制御装置について、図１〜図４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係る温度制御装置を示す平面図である。図１に示すように、本実施の形態の温度制御装置ＴＣＤは、基板ＳＢと、複数の端子ＴＡと、複数の配線ＷＲと、行列状に配置された複数のセルＣＬと、を有する。基板ＳＢは、四角形の主面ＳＢａを有し、複数の端子ＴＡは、主面ＳＢａ上において、各辺に沿って配列されている。基板ＳＢの主面ＳＢａの中央部には、セルアレイ領域ＣＬＡが配置されており、セルアレイ領域ＣＬＡは、その周囲を複数の端子ＴＡで囲まれている。
【００１６】
セルアレイ領域ＣＬＡには、行列状に配置された複数のセルＣＬが設けられている。複数の端子ＴＡの各々からセルアレイ領域ＣＬＡに向かって配線ＷＲが伸びており、各配線ＷＲは、端子ＴＡとセルアレイ領域ＣＬＡ内のセルＣＬとを接続している。
【００１７】
後述するが、各セルＣＬは、共通電極ＣＯＭを有する。そして、基板ＳＢの主面ＳＢａは、絶縁膜で覆われており、行列状に配置された複数の共通電極ＣＯＭ、および、各端子ＴＡの一部が、絶縁膜の表面から露出している。
【００１８】
図２は、本実施の形態に係る温度制御装置のセルアレイ領域ＣＬＡを示す斜視図である。なお、後述する絶縁膜ＩＦ１〜ＩＦ６は省略している。図２に示すように、基板ＳＢの主面ＳＢａ上には、Ｘ方向に延在する複数の行電極（第１電極）ＲＥと、Ｘ方向に直交するＹ方向に延在する複数の列電極(第２電極)ＣＥが配置されている。行電極（第１電極）ＲＥは、例えば、幅２μｍ、間隔１３μｍでＹ方向に配置され、列電極（第２電極）ＣＥは、例えば、幅２μｍ、間隔１０μｍでＸ方向に配置されている。そして、複数の行電極（第１電極）ＲＥと複数の列電極(第２電極)ＣＥの交叉部には、セルＣＬが配置されている。つまり、複数のセルＣＬは、Ｘ方向およびＸ方向に直交するＹ方向に行列状に配置されている。
【００１９】
図３は、本実施の形態に係る温度制御装置のセルＣＬを示す斜視図である。なお、後述する絶縁膜ＩＦ１〜ＩＦ６は省略している。セルＣＬは、ｎ型半導体ＮＳと、ｐ型半導体ＰＳと、共通電極ＣＯＭと、を有する。ｎ型半導体ＮＳは、例えば、Ｆｅ２ＴｉＶＳｉからなるｎ型の熱電変換材料で構成されており、四角柱または円柱の形状を有する。そして、ｎ型半導体ＮＳは、列電極ＣＥ上に搭載されており、その一端は、列電極ＣＥに接続しており、その他端は、共通電極ＣＯＭに接続している。ｐ型半導体ＰＳは、例えば、Ｆｅ２ＴｉＶＳｉＡｌからなるｐ型の熱電変換材料で構成されており、四角柱または円柱の形状を有する。そして、ｐ型半導体ＰＳは、行電極ＲＥ上に搭載されており、その一端は、行電極ＲＥに接続しており、その他端は、共通電極ＣＯＭに接続している。
【００２０】
つまり、セルＣＬは、π(パイ)型構造のペルチェ素子である。ｎ型半導体ＮＳおよびｐ型半導体ＰＳのサイズは、例えば、四角柱の場合の底面は２μｍ×２μｍの正方形であり、円柱の場合の底面は直径２μｍの円形である。そして、ｎ型半導体ＮＳおよびｐ型半導体ＰＳの離間距離は、１μｍである。従って、共通電極ＣＯＭは、２μｍ×５μｍの長方形またはレーストラック形状を有する。図１に示すように、この共通電極ＣＯＭが、Ｘ方向には間隔１０μｍで、Ｙ方向には間隔１０μｍで行列状に配置されている。ただし、共通電極ＣＯＭ、行電極ＲＥおよび列電極ＣＥのそれぞれの間隔は、変更可能であり、上記の例に限定されるものではない。
【００２１】
そして、図３に示すように、行電極ＲＥからセルＣＬを介して列電極ＣＥに電流Ｉａを流すと、共通電極ＣＯＭは冷却（吸熱）され、逆に、列電極ＣＥからセルＣＬを介して行電極ＲＥに電流Ｉｂを流すと、共通電極ＣＯＭは加熱（放熱）される。このように、行電極ＲＥおよび列電極ＣＥの一方から他方へ電流を流すことによって、セルＣＬの共通電極ＣＯＭの冷却または加熱を制御することができる。また、電流ＩａまたはＩｂの電流量を調整することで、冷却または加熱の程度を加減することができる。
【００２２】
なお、変形例として、ｎ型半導体ＮＳを行電極ＲＥ上に搭載して行電極ＲＥに接続し、ｐ型半導体ＰＳを列電極ＣＥ上に搭載して列電極ＣＥに接続してもよい。
【００２３】
図４は、図３のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、Ａ−Ａ線に沿う断面図をＡＡ領域、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図をＢＢ領域としている。Ａ−Ａ線は、列電極ＣＥに沿う方向であり、Ｂ−Ｂ線は、行電極ＲＥに沿う方向である。
【００２４】
図４に示すように、基板ＳＢ上に絶縁膜ＩＦ１を介して列電極ＣＥが形成されている。ＢＢ領域に示すように、列電極ＣＥは絶縁膜ＩＦ２に形成された開口ＯＰ１内に埋め込まれており、列電極ＣＥの側面は絶縁膜ＩＦ２で覆われている。列電極ＣＥおよび絶縁膜ＩＦ２の上には絶縁膜ＩＦ３が形成され、絶縁膜ＩＦ３上には行電極ＲＥが形成されている。つまり、列電極ＣＥと行電極ＲＥとは、絶縁膜ＩＦ３で電気的に分離されている。ＡＡ領域に示すように、行電極ＲＥは絶縁膜ＩＦ４に形成された開口ＯＰ２内に埋め込まれており、行電極ＲＥの側面は絶縁膜ＩＦ４で覆われている。さらに、行電極ＲＥおよび絶縁膜ＩＦ４の上には絶縁膜ＩＦ５が形成されている。
【００２５】
積層された絶縁膜ＩＦ３〜ＩＦ５には、列電極ＣＥの表面を露出する開口ＯＰ３が形成されており、開口ＯＰ３内にはｎ型半導体ＮＳが埋め込まれている。ｎ型半導体ＮＳの一端は列電極ＣＥに電気的に接続されている。絶縁膜ＩＦ５には、行電極ＲＥの表面を露出する開口ＯＰ４が形成されており、開口ＯＰ４内にはｐ型半導体ＰＳが埋め込まれている。ｐ型半導体ＰＳの一端は行電極ＲＥに電気的に接続されている。
【００２６】
絶縁膜ＩＦ５上には、開口ＯＰ５を有する絶縁膜ＩＦ６が形成されており、開口ＯＰ５内には共通電極ＣＯＭが埋め込まれている。共通電極ＣＯＭは、主面ＣＯＭａおよび裏面ＣＯＭｂを有し、裏面ＣＯＭｂは、ｎ型半導体ＮＳの他端およびｐ型半導体ＰＳの他端に電気的に接続されており、主面ＣＯＭａは、絶縁膜ＩＦ６の主面ＩＦ６ａから露出している。
【００２７】
基板ＳＢは、例えば、単結晶シリコン基板またはセラミック基板で構成されており、絶縁膜ＩＦ１〜ＩＦ６は、例えば、酸化シリコン膜等の無機絶縁膜で構成されている。また、行電極ＲＥ、列電極ＣＥおよび共通電極ＣＯＭは、電気伝導性および熱伝導性が良好な金属膜で構成するのが好ましく、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）またはクロム（Ｃｒ）を含む金属または合金で構成されている。ｎ型半導体ＮＳは、Ｆｅ２ＴｉＶＳｉで構成するが、その他のｎ型の熱電変換材料で構成してもよい。また、ｐ型半導体ＰＳは、Ｆｅ２ＴｉＶＳｉＡｌで構成するが、その他のｐ型の熱電変換材料で構成してもよい。例えば、熱電変換材料は、ビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）、セレン（Ｓｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）のうち少なくとも一種類の元素を含有しており、Ｂｉ‐Ｔｅ系合金、Ｐｂ‐Ｔｅ系合金、スクッテルダイト化合物、クラスレート化合物、カルコゲナイド化合物、シリサイド化合物、フルホイスラー化合物、ハーフホイスラー化合物や酸化物、硫化物、有機材料系の半導体を用いてもよい。
【００２８】
本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００２９】
セルアレイ領域ＣＬＡには複数の共通電極ＣＯＭが行列状に配置されており、ペルチェ素子により共通電極ＣＯＭを冷却または加熱できるため、セルアレイ領域ＣＬＡにおいて、微小領域の温度制御を選択的にすることができる。
【００３０】
また、ｎ型半導体ＮＳおよびｐ型半導体ＰＳの一端に列電極ＣＥおよび行電極ＲＥが接続され、ｎ型半導体ＮＳおよびｐ型半導体ＰＳの他端に共通電極ＣＯＭが接続されており、共通電極ＣＯＭを冷却または加熱できるため、冷却または加熱の効率を向上できる。
【００３１】
＜温度制御装置の製造方法＞
図４〜図９を用いて、本実施の形態の温度制御装置の製造方法を説明する。図５〜図９は、本実施の形態の温度制御装置の製造工程中の断面図である。前述のとおり、図４は、セルＣＬの断面図であり、図５〜図９もセルＣＬの製造工程中の断面図である。
【００３２】
図５に示すように、基板ＳＢを準備した後に、基板ＳＢ上に絶縁膜ＩＦ１を形成する。次に、絶縁膜ＩＦ１上に開口ＯＰ１を有する絶縁膜ＩＦ２を形成する。そして、開口ＯＰ１内および絶縁膜ＩＦ２上に、例えば、銅（Ｃｕ）からなる金属膜ＭＬを形成した後、金属膜ＭＬにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）等の研磨処理を施す。そして、図６に示すように、絶縁膜ＩＦ２上の金属膜ＭＬを除去し、開口ＯＰ１内に選択的に金属膜ＭＬを残し、列電極ＣＥを形成する。さらに、絶縁膜ＩＦ２および列電極ＣＥを覆うように絶縁膜ＩＦ３およびＩＦ４を順に形成する。
【００３３】
次に、図７に示すように、絶縁膜ＩＦ４に開口ＯＰ２を設け、開口ＯＰ２内に行電極ＲＥを形成する。行電極ＲＥは、前述の列電極ＣＥの製造方法と同様に、金属膜の堆積および研磨処理を用いて形成する。
【００３４】
次に、図８に示すように、ｎ型半導体ＮＳを形成する。先ず、絶縁膜ＩＦ４および行電極ＲＥを覆うように絶縁膜ＩＦ５を形成した後、絶縁膜ＩＦ３，ＩＦ４およびＩＦ５に、列電極ＣＥの表面を露出する開口ＯＰ３を形成する。そして、前述の列電極ＣＥの製造方法と同様に、開口ＯＰ３内および絶縁膜ＩＦ５上に、ｎ型の熱電変換材料を形成し、次に、ｎ型の熱電変換材料に研磨処理を施して絶縁膜ＩＦ５の主面ＩＦ５ａを露出する。こうして絶縁膜ＩＦ５上のｎ型の熱電変換材料を除去し、開口ＯＰ３内に選択的にｎ型の熱電変換材料を残してｎ型半導体ＮＳを形成する。
【００３５】
次に、ｎ型半導体ＮＳの製造方法と同様にして、図９に示すように、絶縁膜ＩＦ５に設けられた開口ＯＰ４内にｐ型半導体ＰＳを形成する。
【００３６】
さらに、図４に示すように、絶縁膜ＩＦ５上に開口ＯＰ５を有する絶縁膜ＩＦ６を形成し、開口ＯＰ５内に選択的に共通電極ＣＯＭを形成する。共通電極ＣＯＭは、前述の列電極ＣＥの製造方法と同様である。共通電極ＣＯＭは、ｎ型半導体ＮＳおよびｐ型半導体ＰＳに接続されており、その主面ＣＯＭａは絶縁膜ＩＦ６の主面ＩＦ６ａから露出している。
【００３７】
以上の工程を経て、本実施の形態に係る温度制御装置ＴＣＤのセルＣＬが形成される。図１に示す配線ＷＲおよび端子ＴＡは、適宜、行電極ＲＥ、列電極ＣＥおよび共通電極ＣＯＭを構成する金属膜で形成することができる。
【００３８】
＜細胞培養装置＞
以下、本実施の形態の温度制御装置ＴＣＤの適用例である細胞培養装置ＣＣＤについて図１０〜図１４を用いて説明する。図１０は、本実施の形態に係る細胞培養装置の平面図、図１１は、図１０のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図１２は、本実施の形態に係る細胞培養装置の要部断面図、図１３および図１４は、本実施の形態に係る細胞培養装置において、培養された細胞を示す平面模式図である。なお、図１２では、図４の絶縁膜ＩＦ１〜ＩＦ６を纏めて絶縁膜ＩＦとしている。
【００３９】
図１０および図１１に示すように、細胞培養装置ＣＣＤは、温度制御装置ＴＣＤと、温度制御装置ＴＣＤ上に配置された容器ＲＳと、容器ＲＳ内に配置された培養液ＣＦと、培養液ＣＦ内に載置された細胞ＣＥＬとにより構成されている。容器ＲＳは、セルアレイ領域ＣＬＡを覆うように、図４に示す絶縁膜ＩＦ６上に配置されている。そして、温度制御部であるセルＣＬの共通電極ＣＯＭは、容器ＲＳ内の培養液ＣＦおよび細胞ＣＥＬと直接接触するように構成されている。
【００４０】
図１２に示すように、細胞培養装置ＣＣＤの温度制御部である、セルＣＬの共通電極ＣＯＭの上面には、温度応答性材料ＴＲＭが形成されている。そして、セルＣＬで温度制御して、共通電極ＣＯＭを加熱または冷却することで、温度応答性材料ＴＲＭを疎水性または親水性にすることができる。
【００４１】
そして、細胞は疎水性表面に接着しやすく、親水性表面に接着しにくい。その結果、例えば、細胞培養装置ＣＣＤにおいて、いずれの共通電極ＣＯＭも加熱すると、全ての共通電極ＣＯＭ上の温度応答性材料ＴＲＭは疎水性となり、全ての共通電極ＣＯＭ上の温度応答性材料ＴＲＭに細胞ＣＥＬが接着し、図１３に示すようなパターンを形成することができる。
【００４２】
一方、一部の共通電極ＣＯＭのみ加熱すると、加熱された共通電極ＣＯＭ上の温度応答性材料ＴＲＭのみが疎水性となり、加熱されていない（または、冷却された）共通電極ＣＯＭ上の温度応答性材料ＴＲＭは親水性のままとなる。従って、一部の共通電極ＣＯＭ上の温度応答性材料ＴＲＭにのみ細胞ＣＥＬが接着し、それ以外の温度応答性材料ＴＲＭには細胞ＣＥＬが接着しない。その結果、図１４に示すようなパターンを形成することができる。
【００４３】
因みに、温度応答性材料ＴＲＭとしては、例えば温度変化により水に対する溶解度が劇的に変化する温度応答性高分子が挙げられる。温度応答性高分子には、例えば、低温で水に対して可溶であるのに対して、下限臨界溶液温度（lower critical solution temperature：ＬＣＳＴ）まで昇温すると不溶化して白濁・沈殿し、冷却すると再溶解するという可逆的な挙動を示す高分子がある。また、温度応答性高分子には、例えば、高温で水に対して可溶であるのに対して、上限臨界溶液温度（upper critical solution temperature：ＨＣＳＴ）以下では不溶化して白濁・沈殿するという挙動を示す高分子がある。ＬＣＳＴを示す温度応答性高分子の例としては、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ−アルキルアクリルアミド）、ポリ（Ｎ−ビニルアルキルエーテル）がある。特に、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）は、ＬＣＳＴが３２℃であり、室温近傍で性質変化を示すため、温度応答性材料として好ましい。
【００４４】
なお、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）は、ＬＣＳＴ以下の温度では、アミド結合部位と水との強い相互作用により高分子鎖は水和されて引き伸ばされランダムコイル状の立体配座をとる（親水性）。一方、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）は、ＬＣＳＴよりも高い温度では、脱水和が進行し、疎水性相互作用により高分子鎖が凝集したグロビュール状態となる（疎水性）。
【００４５】
このようにして、本実施の形態の細胞培養装置ＣＣＤでは、細胞ＣＥＬのパターニングが可能であり、さらには、加熱する共通電極ＣＯＭの位置および数を時間軸で変化させることによって、細胞ＣＥＬの接着パターンを変化させることができる。以上より、本実施の形態の細胞培養装置ＣＣＤでは、細胞ＣＥＬのパターニングを動的に変化させることができる。
【００４６】
また、図３で説明したように、ｎ型半導体ＮＳおよびｐ型半導体ＰＳの一端に列電極ＣＥおよび行電極ＲＥが接続され、他端に共通電極ＣＯＭが接続されている。共通電極ＣＯＭと温度応答性材料ＴＲＭとが接するため、冷却または加熱の効率を向上できる。
【００４７】
図１５は、図１２の変形例１に係る細胞培養装置の要部断面図である。図１５に示すように、共通電極ＣＯＭの表面は培養液ＣＦと反応しない保護層ＰＬにより被覆されており、保護膜ＰＬ上面に、温度応答性材料ＴＲＭが形成されている。保護層ＰＬは、共通電極ＣＯＭを培養液ＣＦから保護できるように化学的に耐性のある材料からなる。従って、保護層ＰＬは、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）からなることが好ましい。
【００４８】
図１６は、図１２の変形例２に係る細胞培養装置の要部断面図である。図１６に示すように、例えば、金（Ａｕ）からなる保護層ＰＬ表面に単分子膜ＭＦが形成されており、単分子膜ＭＦと温度応答性材料ＴＲＭとを反応させることで、温度応答性材料ＴＲＭの共通電極ＣＯＭに対する接着性を向上させることができる。
【００４９】
なお、温度応答性材料ＴＲＭ等の結晶構造は、Ｘ線回折（X-ray Diffraction：ＸＲＤ）によって容易に確認できる。また、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）により格子像を観察することや、電子線回折像においてスポット状パターンやリング状パターンから単結晶または多結晶の結晶構造および積層構造を確認することもできる。
【００５０】
また、温度応答性材料ＴＲＭ等の組成分布は、ＸＰＳ、電子線マイクロアナライザ（Electron Probe Micro Analyzer：ＥＰＭＡ）、エネルギー分散型Ｘ線分析（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：ＥＤＸ）、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）等を用いて確認することができる。また、磁性体部等の組成分布は、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）による発光分析や質量分析等の手法を用いても確認することができる。
【００５１】
また、ペルチェ素子の配列は、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）や光学顕微鏡等を用いて確認することができる。
【００５２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５３】
例えば、列電極ＣＥと行電極ＲＥとの間において、上記セルＣＬにトランジスタを、直列に接続して、このトランジスタのオン／オフで、セルＣＬに流す電流を制御してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
ＣＣＤ  細胞培養装置
ＣＥ  列電極（第２電極）
ＣＥＬ  細胞
ＣＦ  培養液
ＣＬ  セル
ＣＬＡ  セルアレイ領域
ＣＯＭ  共通電極（第３電極）
ＣＯＭａ  主面
ＣＯＭｂ  裏面
ＩＦ、ＩＦ１〜ＩＦ６  絶縁膜
ＩＦ５ａ、ＩＦ６ａ  主面
ＭＦ  単分子膜
ＭＬ  金属膜
ＮＳ  ｎ型半導体
ＯＰ１〜ＯＰ５  開口
ＰＬ  保護膜
ＰＳ  ｐ型半導体
ＲＥ  行電極（第１電極）
ＲＳ  容器
ＳＢ  基板
ＳＢａ  主面
ＴＡ  端子
ＴＣＤ  温度制御装置
ＴＲＭ  温度応答性材料
ＷＲ  配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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