(57)【要約】  本発明は、培養液浸漬電極を用いることなく培養液中の細胞に電気刺激を与える装置を提供する。  培養液２中の細胞に電気刺激を与える電気刺激装置Ａである。培養液容器３は培養液２を収納するためのリング状凹部７と該リング状凹部７の内側に貫通孔６を備えている。磁気コア１は磁性体を材料とし、培養液容器３の貫通孔６を貫通するように配置されている。励磁コイル５は磁気コア１に巻設されている。コイル用電源８は励磁コイル５に変動電流を供給する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液を収納するためのリング状凹部と該リング状凹部の内側に貫通孔を備えた培養液容器と、
強磁性体を材料とし、該培養液容器の貫通孔を貫通するように配置された磁気コアと、
該磁気コアに巻設された励磁コイルと、
該励磁コイルに変動電流を供給するコイル用電源とで構成されていることを特徴とする培養液中の細胞の非接触電気刺激装置。
【請求項２】
上記磁気コアが閉磁路を構成することを特徴とする請求項１に記載の培養液中の細胞の非接触電気刺激装置。
【請求項３】
上記培養液容器のリング状凹部の一部が隘路となっており、培養液中に誘導される渦電流の通電路となる該隘路部分の通電断面積が、リング状凹部の隘路以外の部分の通電断面積に比較して小に形成されていることを特徴とする培養液中の細胞の非接触電気刺激装置。
【請求項４】
上記磁気コアが、該磁気コアに発生する磁束の方向に対して垂直な方向に積層された電磁鋼板により構成されていることを特徴とする培養液中の細胞の非接触電気刺激装置。
【請求項５】
請求項１に記載の非接触電気刺激装置による培養対象細胞の電気刺激方法であって、
培養液容器に形成されたリング状凹部に培養対象の細胞を含む培養液を収納し、
培養液容器の該リング状凹部の内側に形成された貫通孔に、強磁性体を材料とした磁気コアを貫通するように配置し、
該磁気コアに巻設された励磁コイルに通電することで磁気コア内に磁束を発生させ、この磁束により培養液容器に蓄えられた培養液中に変動する渦電流及び電界を誘導し、この渦電流及び電界を以って前記リング状凹部内の培養液に含まれている培養対象細胞に電気刺激を与えることを特徴とする培養液中の細胞の非接触電気刺激方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培養液に電極を浸漬することなく非接触で培養液中の細胞に電気刺激を与える装置と該装置を用いた電気刺激方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、培養液中の細胞へ電気的刺激を加えることにより、様々な細胞機能の制御が可能であることが分かってきている。現在までに報告されている効果として、「（１）特定遺伝子の発現やタンパク質産生」、「（２）細胞の分化誘導」、「（３）細胞の形態変化」、「（４）膜流動性の減少効果」、「（５）細胞増殖の遅延効果」などが発見されている。【０００３】
「（１）特定遺伝子の発現やたんぱく質の産生」の一例として、筋芽細胞の培養過程において培養液中に間歇的な電圧変化を加えることで、筋細胞の分化を促進するタンパク質（Ｃｘ４３）の発現が確認されている（非特許文献１）。【０００４】
また、一定方向の電気刺激下にて筋芽細胞を培養することにより、培養された細胞に収縮能を獲得させることができることも確認されている（非特許文献２）。【０００５】
電気刺激による「（２）細胞の分化誘導」の一例として、ラット副腎髄質の好クロム性細胞腫ＰＣ１２に対する細胞分化誘導があげられる。このＰＣ１２細胞は、神経成長因子(ＮＧＦ)の存在下で培養すると神経様細胞に分化し、神経突起をＮＧＦの分布する方向へ伸長させる。最近の研究では、ＮＧＦなしでも、矩形変動電圧を加えながら９６時間培養することによって、ＰＣ１２は神経様細胞に分化することが発見された(非特許文献３）。【０００６】
上記のような電気刺激を用いた細胞培養方法については、特許出願もされており、特許文献１、２においては、電極を用いて細胞に所定時間以上の電気刺激を与えることにより、細胞の分化を誘導する細胞分化誘導法が示されている。【０００７】
一方、電気ではなく、磁場を用いて細胞機能制御を行う技術についても特許出願がなされている。特許文献３では、高周波交番磁界を印可することにより、細胞内のカルシウムイオン濃度を上昇させ、神経栄養因子群の合成及び細胞外への放出を促進させる装置について公開されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】河原裕美，梅田知佳，吉元玲子，佐々木輝，呉樹亮，弓削類著「筋芽細胞への電気刺激効果」ＪＡＰＡＮＥＳＥ  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＴＨＥＲＡＰＹ  ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ,２００５（０）、２００６年、Ａ０６１７−Ａ０６１７
【非特許文献２】Ｈｉｄｅａｋｉ  Ｆｕｊｉｔａ,Ｔａｋｕ  Ｎｅｄａｃｈｉ,Ｍａｋｏｔｏ  Ｋａｎｚａｋｉ著「Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ  ｄｅｎｏｖｏ  ｓａｒｃｏｍｅｒｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｕｌｓｅ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｃ２Ｃ１２ｍｙｏ  ｔｕｂｅｓ」ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬ  ＣＥＬＬ  ＲＥＳＥＡＲＣＨ  ３１３，２００７年、ｐ.１８５３−１８６５
【非特許文献３】小山純弘，相澤益男著「電気刺激による細胞機能の制御」化学と生物Ｖｏｌ.３８，Ｎｏ.８、２０００年、ｐ.５０３−５０７
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１２９６０３号公報
【特許文献２】特開２００５−０２７５０１号公報
【特許文献３】再表２００８−０５６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記に示したように、電気刺激を用いた細胞制御方法は、今後様々な医療分野への応用が期待されているが、いくつかの問題を抱えている。特に大きな問題は電極の問題である。培養液中に電気刺激を加えるためには、電極を培養液に接する（浸漬）状態とし、その上で電圧を加えることになる。【００１１】
その際、培養液と電極の間では電子の授受が行われるが、その結果として、電極の金属はイオン化して培養液に溶出し、培養液中のイオンは電子を受け取り電極上に析出する。【００１２】
培養液の主体である水（Ｈ２Ｏ）は電気分解されて水素と酸素となり、培養液中に放出される。その結果、培養液中のｐＨは変動し、加えて特定のイオンの濃度が変化してしまい、一定の培養環境を保持し続けることは難しい。そのため、培養液の化学的環境の定期的な調整が必要となってしまうという問題がある。培養液の化学的環境の変化は細胞の培養条件を固定できていないことを意味しており、研究の信頼性に関わる課題である。【００１３】
また、特に臨床応用を目的として行われる細胞培養は、その過程において無菌状態を維持することが極めて重要である。細胞培養容器自体は滅菌状態にて納品されるため、再利用しない限りは滅菌の手間暇が必要ではないが、電極は基本的に再利用が前提となるため、実験のたびに滅菌処理を行う必要があり、無菌状態の維持に困難さを伴う。その滅菌作業を必要とせず電気刺激を行うことが可能な装置があれば医療研究者の負担が大幅に軽減される。【００１４】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、主たる課題としては、培養液浸漬電極を用いることなく培養液中の細胞に電気刺激を与える装置と該装置を利用した非接触電気刺激方法を提供することにあり、従たる課題としては、上記方法及びその装置において、培養液中を流れる電流密度を部分的に簡単に変えることができ、培養液中の細胞に異なる電気刺激を与えられるようにする、或いは少量の細胞に低電力の電気刺激を与えられるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題に鑑み、本発明は、以下の技術を用いて上記の課題を解決した。請求項１に記載の発明（図１）は、培養液２中の細胞に電気刺激を与える電気刺激装置Ａであって、
培養液２を収納するためのリング状凹部７と該リング状凹部７の内側に貫通孔６を備えた培養液容器３と、
強磁性体を材料とし、該培養液容器３の貫通孔６を貫通するように配置された磁気コア１と、
該磁気コア１に巻設された励磁コイル５と、
該励磁コイル５に変動電流を供給するコイル用電源８とで構成されていることを特徴とする。【００１６】
請求項１の発明によれば、励磁コイル５に変動電流を通電することにより磁気コア１内に変動する磁束を発生させ、この変動する磁束により培養液容器３に蓄えられた培養液２中に変動する渦電流Ｕ（及び電界）を誘導し、この渦電流Ｕ（及び電界）を以って、換言すれば、培養液浸漬電極を用いることなく培養液２に対して非接触にて培養液容器３内の細胞に電気刺激を与えることが可能となる。【００１７】
請求項２に記載の発明は、上記磁気コア１が閉磁路を構成することを特徴とする電気刺激装置Ａである。【００１８】
請求項２の発明によれば、磁気コア１内の反磁界がほぼゼロとなり、効率的に磁気コア１内に磁束を発生させることが可能となる。【００１９】
請求項３に記載の発明は、上記培養液容器３のリング状凹部７の一部が隘路７ａとなっており、培養液２中に誘導される渦電流Ｕの通電路となる該隘路７ａ部分の断面積すなわち通電断面積Ｓ１が、リング状凹部７の隘路７ａ以外の部分の通電断面積Ｓ２に比較して小に形成されていることを特徴とする電気刺激装置Ａである。【００２０】
請求項３の発明によれば、リング状凹部７の隘路７ａ部分は、隘路７ａ以外の部分と比較して高い電流密度（及び電界）を得ることが可能となり、培養液２中の細胞の一部（即ち、隘路７ａ部分に居る細胞）のみ選択して刺激を行いたい場合や、隘路７ａ部分に滴下された少量の細胞を低電力にて刺激を行いたい場合に有用である。【００２１】
請求項４に記載の発明は、上記磁気コア１が、該磁気コア１に発生する磁束の方向ｇに対して垂直な方向に積層された（換言すれば、積層面がその磁束方向ｇに対して平行な方向に積層された）電磁鋼板９により構成されていることを特徴とする電気刺激装置Ａである。【００２２】
請求項４の発明によれば、磁気コア１内の渦電流損を最小限にすることが可能であり、磁気コア１の発熱の抑制が可能であるとともに、装置の省電力化が実現可能である。【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の電気刺激装置Ａによる培養対象細胞の電気刺激方法であって、
培養液容器３に形成されたリング状凹部７に培養対象の細胞を含む培養液２を収納し、
培養液容器３の該リング状凹部７の内側に形成された貫通孔６に、強磁性体を材料とした磁気コア１を貫通するように配置し、
該磁気コア１に巻設された励磁コイル５に通電することで磁気コア１内に磁束を発生させ、この磁束により培養液容器３に蓄えられた培養液２中に変動する渦電流Ｕ（及び電界）を誘導し、この渦電流Ｕ（及び電界）を以って前記リング状凹部７内の培養液２に含まれている培養対象細胞に電気刺激を与える電気刺激方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の電気刺激装置を用いることにより、上記のように培養液浸漬電極を用いずに培養液に対して非接触で細胞へ電気刺激をすることが可能となる。このことにより、培養液中の化学的環境の維持が可能となり、培養液管理のためのメンテナンス周期を抑えることができると共に、培養液中の成分変化の原因を、細胞の生活動を起因とする変化に絞ることが可能となるため、より信頼性の高い研究を行うことが可能となる。また、培養液に浸漬させる電極を用いないため、滅菌作業が不要となり、これまでにないクリーンかつ使い勝手のよい電気刺激装置を最新医療研究の現場に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態の通電状態の斜視図である。
【図２】図１における培養容器の設置時又は交換時の斜視図である。
【図３】図１の正断面図である。
【図４】図１の平面図である。
【図５】本発明に使用される培養液容器の第1実施例の斜視図である。
【図６】図５の正断面図である。
【図７】本発明に使用される培養液容器の第２実施例の斜視図である。
【図８】図７の正断面図である。
【図９】図７の他の実施例の正断面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）本発明の磁気コアの斜視図である。
【図１１】本発明に使用される培養液容器の第３実施例の斜視図である。
【図１２】本発明におけるコイル電流、コア内磁束密度及び誘導磁界の関係を示すタイムチャートグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、従来装置では必須であった培養液内浸漬電極を用いず、培養液２内に変動する渦電流Ｕ（及び電界）を発生させる（換言すれば、変動する磁界によって培養液２に電界を及ぼし、これによって培養液２中に誘導電流「変動する渦電流Ｕ」を発生させる）ことを目的とし、本発明者らは鋭意研究を行った。
【００２７】
その結果、第１に磁気コア１を用いて集中し且つ急激に変化する磁束をリング状の培養液容器３の貫通孔６中に貫通させることにより、培養液２中の細胞の刺激に十分な渦電流Ｕなどを誘導することが可能となった。
【００２８】
第２に培養液２中の電流径路の一部（隘路７ａ）の通電断面積Ｓ１を他の電流径路の通電断面積Ｓ２より小さくすることにより、部分的に隘路７ａの電流密度を高め、当該部分７ａに居る細胞に、より強力な電気刺激を行うことが可能となった。
【００２９】
第３に磁気コア１を閉磁路構造とすることにより、より効率よく渦電流Ｕを誘導することが可能となった。
【００３０】
第４に磁気コア１の材料として、積層ケイ素鋼板（或いは、フェライト、積層パーマロイ、積層アモルファス）を使用することにより、渦電流Ｕの影響を最小限にし、強力な誘導電界を発生することが可能となった。
【００３１】
以下、本発明を図に従って説明する。図１に示す通り、本装置Ａは、大きくわけて培養液容器３、磁気コア１、励磁コイル５、該励磁コイル５に変動電流（パルス電流又は交流電流）を供給するコイル用電源８より構成される。
【００３２】
培養液容器３は、平面視円形のリング状または四角形を含む多角形のリング状の容器で、中央に円形または四角形を含む多角形の貫通孔６が穿設されており、貫通孔６の周囲に上面開放の平面視円形のリング状または四角形を含む多角形のリング状の凹部７が凹設され、その内部に培養液２を蓄えることができる構造となっている。
【００３３】
図６に示す培養液容器３は、図６の貫通孔６の中心を通る縦断面で、リング状凹部７内に形成される通電断面積Ｓ２（即ち、培養液２の縦断面断面積）は全周に亘って等しく形成されている。
【００３４】
これに対して、図７〜図９の培養液容器３は、図６に示す培養液容器３の変形例で、リング状凹部７の一部に隘路７ａが形成されており、貫通孔６の中心を通る隘路７ａ部分の縦断面である通電断面積Ｓ１は、リング状凹部７の他の部分の通電断面積Ｓ２より小さく形成されている。なお、隘路７ａ部分は図８のように、隘路７ａ部分の底が他の部分の底より高く形成されている例であり、図９は平面視でその溝幅が他の部分より狭く形成されている例である。
【００３５】
電気刺激時はこのリング状凹部７を通電路として渦電流Ｕが発生する。培養液容器３のリング状凹部７の内部には上記のように貫通孔６が設けられており、その貫通孔６を強磁性体よりなる磁気コア１が貫通している。磁気コア１には励磁コイル５として導体が巻設されており、この励磁コイル５には、変動電流を供給するコイル用電源８がケーブル（図示されていない）にて接続されている。
【００３６】
磁気コア１は、積層ケイ素鋼板その他上記素材で形成され、ケイ素鋼板を用いた電磁鋼板９（或いはその他上記積層材料）により構成される場合は、磁気コア１の磁束方向ｇに対して垂直な方向（換言すれば、積層面がその磁束方向ｇに対して平行な方向）に積層されることになる。
【００３７】
磁気コア１の形状は、培養液容器３の貫通孔６に挿通できれば足り、その形状は、例えば、棒状、コ字状（或いは馬蹄形）、閉磁路を構成するロ字状（図１〜４，１０）などがある。ロ字状の磁気コア１は、上記のように貫通孔６を貫通するように配設する必要があるため、上下２分割され、コ字型の上部コア１ａと下部コア１ｂとに分かれる。
【００３８】
磁気コア１の横断面形状は、図１，２に示すように円形、図１０に示すように四角形（更には、四角形を含む多角形）のものがある。
【００３９】
横断面円形の磁気コア１は、幅が広い電磁鋼板９（或いはその他上記積層材料）の両側に幅を漸減させた電磁鋼板９を重ねて行き、横断面円形としたもので、四角形の磁気コア１は、コ字状又は逆コ字状の電磁鋼板９を重ねて行き、横断面四角としたもの（図１０（ａ））、或いは、角柱に電磁鋼板帯を多数層巻き付け、中央で切断して形成したもの（図１０（ｂ））が挙げられる。
【００４０】
次に、本発明の動作原理について説明する。コイル用電源８よりケーブルを通して急峻に変化する励磁電流（即ち、変動電流でパルス励磁電流又は交流励磁電流が含まれる。）が励磁コイル５に供給されると、この励磁コイル５により発生した起磁力により磁気コア１が励磁され、その内部に変動する磁束が発生する。
【００４１】
磁気コア１は強磁性体であるため、その磁束密度はかなり高密度となる。例えば、閉磁路の磁気コア１（図１）で、ケイ素鋼板を使用すれば最大２．０Ｔ（テスラ）程度、鉄系アモルファス材料を使用すれば１．５Ｔ程度の磁束密度を発生させることが可能である。
【００４２】
磁気コア内磁束は、励磁電流の急峻な変化と同期して急峻に変動する。この磁気コア１は培養液容器３の貫通孔６を貫通して配設されているため、培養液容器３のリング状凹部７をこの高密度な変動磁束が貫通することとなる。その結果、電磁誘導により、この変動磁束を打ち消そうとする電界及び渦電流Ｕが培養液２内に発生し、培養液２内の細胞が刺激されることとなる。
【００４３】
誘導電界パルスを発生させる場合の励磁コイル５の電流波形、コア内磁束波形、培養液２中に誘導される誘導電界の一例を図１２に示す。誘導電界の大きさは、磁束の変化率に比例するため、一定の誘導電界を維持するためには、磁気コア１内の磁束は一定に変化させ続けることが望ましい。一定の変化を与えるためには、磁気コア１内の磁束密度が飽和するに従って、電流変化を大きくする必要がある。
【００４４】
図５〜図１０は、既に述べた培養液容器３の一例である。図５に示す円形容器３は全周にわたってほぼ均一な電界が発生可能な点に特徴がある。一方、図１１に示す角型容器３は４隅の部分と４辺の部分でそれぞれ発生する電界及び渦電流密度が異なる点に特徴があ
る。材質的には、電気刺激時に培養液容器３に渦電流Ｕが流れない様にするため、培養液容器３はガラスのように、非磁性、非電気伝導性である必要がある。
【００４５】
なお、既述したように、図１に示す磁気コア１は丸い断面を持つものであり、図４のタイプの培養液容器３に適している。図１０に示す磁気コア１は角型の断面を持った磁気コアであり、図１１のタイプの培養液容器３に適している。
【００４６】
磁気コア１は、いずれにしても絶縁された薄い磁性体をコア内磁束と直交する方向に積層して形成することで渦電流損の小さい磁気コア１を製作することができる。磁気コア１の材料としては、飽和磁化の大きいケイ素鋼板を使用することが適している。磁気コア１の形状は図１、図１０に示すように、ループの閉じた閉磁路とすると、磁気コア１内の反磁界が小さくなり、所要の磁束を磁気コア１内に生じるために必要な励磁電流を小さくできるため、できるだけ閉磁路とすることが望ましい。逆に閉磁路としなくても十分大きな電流さえ流せば、細胞に有用な電気刺激が得られる。また、開磁路でも磁路長を断面積に比較して大幅に大きくすること（例えば、長い棒状コア）で反磁界を小さくすることが可能である。
【００４７】
磁気コア１には培養液容器３を乗せるステージ４が備わっていることが望ましい。ステージ４も培養液容器３と同様、非磁性、非電気伝導性の材料で作成する必要がある。ステージ４には、貫通孔６に合致する位置に通孔４ａが形成されている。
【００４８】
磁気コア１を閉磁路で製作した場合は、培養液容器３をステージ４にセットできるようにするため、既述のように、磁気コア１を途中で分割できる構造とする必要がある（図１、図１０）。
【００４９】
図２に示すように分割した磁気コア１の上部コア１ａを回転させて開き、培養液容器３の貫通孔６に下部コア１ｂのステージ４から突出している部分を挿通してセットし、再度、閉じると電気刺激を行うことができる状態となる。この場合、従来の浸漬電極と異なり、磁気コア１は培養液２に非接触であるため、従来の浸漬電極のように滅菌作業を行うことなく、培養液容器３の交換だけで次の電気刺激を行うことが可能であることは本装置の大きなメリットである。
【００５０】
励磁コイル５は、一般に銅線を数回〜数十回程度巻きまわして製作する。巻き数が多いとインダクタンスが高くなるため、コイル電源８に要求される出力電圧が高くなる。逆に巻数が少ないとコイル電源８には高い出力電流が要求される。コイル電源８としては、大容量の高速バイポーラ電源か、パルス発生に特化したパルス電源を使用することが好ましい。なお、コイル電源８としては、交流電源の使用も可能である。
【００５１】
強い電気刺激が求められる場合には、励磁コイル５は磁気コア１の培養液容器３近くの位置に巻設することが好ましい。
【００５２】
閉磁路の磁気コア１であっても、その表面からは僅かながら磁束が漏れ出しているため、励磁コイル５と培養液容器３との距離が離れると、励磁コイル５付近で発生した磁束の一部が培養液容器３を貫通する前に磁気コア１の外に漏れだし、培養液容器３を貫通する磁束が低下してしまうためである。
【００５３】
培養液容器３の変形例として、既述したように図７〜図９にリング状凹部７の一部を隘路７ａとし、渦電流Ｕの通電路の一部の断面積を狭くした形状の培養液容器３を示す。
【００５４】
図８はリング状凹部７の深さの一部（隘路７ａ部分）を浅くすることにより、通電断面積Ｓ１をその他の部分の通電断面積Ｓ２より狭くするタイプの培養液容器であり、図９はリング状凹部７の幅の一部（隘路７ａ部分）を狭くすることにより、同様に通電断面積Ｓ１を狭くするタイプの培養液容器である。
【００５５】
同様にリング状凹部の一部の深さを浅くしかつ幅を狭くしてもよい。このように通電路の一部（隘路７ａ部分）の断面積を狭めることにより、その部分を流れる渦電流密度の高密度化、ひいては電界強度の強化を図ることができる。その結果、培養液２内の一部（隘路７ａ部分）において高い電流密度（及び電界）を得ることが可能となり、培養液中の細胞の一部のみ選択して強く刺激することが可能となる。また、電気的またサイズ的な制約により、通常の培養液容器では十分な電流密度が得られなかった場合、この方法を用いれば電流密度を凝縮することにより目的とする電流密度を得ることが可能となる。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明の詳細を実施例に基づいて説明する。なお、この実施例は当業者の理解を容易にするためのものである。すなわち、本発明は明細書の全体に記載される技術思想によってのみ限定されるものであり、本実施例によってのみ限定されるものでないことは理解されるべきことである。【００５７】
（実施例１）幅９０ｍｍ厚み０．２７ｍｍのケイ素鋼板を１００ｍｍ×８０ｍｍの巻き芯に２３０回程度巻回し、磁路断面積９０ｍｍ×６５ｍｍ、磁路長５６０ｍｍの巻コアを作成し、これを２分割して磁気コアとした。また、幅１６ｍｍ×深さ１８ｍｍリング長４００ｍｍのリング状凹部を持つ培養液容器をガラスにて製作した。ガラスの厚みは２ｍｍ、容器の大きさは、幅１０８ｍｍ×奥行１３４ｍｍ×高さ２０ｍｍであり、その中心にはリング状凹部の内部に６８ｍｍ×９４ｍｍの貫通孔を設けた。また、１×１１ｍｍの平角線を磁気コアに４回巻まわし、これを励磁コイルとした。コイル電源としてはパルス電源を用いて、励磁コイルとコイル電源を８ｍｍｓｑのケーブルで接続した。またコアのガラスエポキシの板を接着しステージとした。製作した磁気コアがこの貫通孔を貫通するようにステージ上に培養液容器を配置した。その後培養液容器に０．９％食塩水を深さ１５ｍｍまで注いだ。その結果、図１と同様の構成が完成した。【００５８】
図１と同様の構成が完成したところで、コイル電源から６００Ｖのパルス電圧を発生させた。その結果１１００Ａ程度のパルス電流が励磁コイルを通電した。パルス電流のパルス幅は１００μｓ程度であった。培養液容器のリング状凹部の一部を隔壁にて隔て、渦電流が流れない状態にて隔壁の両面の電位差を測定したところ１１５Ｖの電位差が励磁コイルのパルス電流と同時に発生していることがわかった。よって、現在の構成では１１５Ｖ／４００ｍｍ＝２８７．５Ｖ／ｍ程度の電界が発生できていると考えられる。【００５９】
次に、隔壁を外した状態にて、培養液内に長さ１０ｍｍ程度の三次元培養筋を投入した。この三次元培養筋は筋細胞の集合体であり、間隔５０ｍｍの電極にて電圧４０Ｖ、パルス幅１ｍｓの電圧を加えることにより収縮を行うことで知られている。この状態で先程と同様６００Ｖのパルス電圧を発生させたところ、１１００Ａ程度のパルス電流が励磁コイルを通電した。パルス電流のパルス幅は１００μｓ程度であった。この条件では、三次元培養筋の収縮は観測できなかった。【００６０】
次に、培養液容器の底面に、厚み０．５ｍｍの１５ｍｍ×１５ｍｍのガラスエポキシの板を何枚か積み重ね、培養液中の通電路の一部（長さ１５ｍｍ）の断面積を６分の１にまで狭めた。この状態で先程と同様６００Ｖのパルス電圧を発生させたところ、１１００Ａ程度のパルス電流が励磁コイルを通電した。パルス電流のパルス幅は１００μｓ程度であった。この条件では、電気刺激により三次元培養筋の収縮がパルス電圧の発生と同期して収縮する様子が観測できた。このことは、電極を用いずに、三次元培養筋の収縮を誘発で
きる程度に大きな電流密度を三次元培養筋の周囲に発生させることができていることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
ｉＰＳ細胞、ＥＳ細胞等の多能性幹細胞の研究をはじめ、各種細胞制御の研究及び細胞を用いた製品の製造において、本発明による機器は非常に重要な機器となりうると考える。
【符号の説明】
【００６２】
Ａ：電気刺激装置、Ｓ１・Ｓ２：通電断面積、Ｕ：渦電流、ｇ：磁束方向，１：磁気コア、１ａ：上部コア、１ｂ：下部コア、２：培養液、３：培養液容器、４：ステージ、４ａ：通孔、５：励磁コイル、６：貫通孔、７：リング状凹部、７ａ：隘路、８：コイル用電源、９：電磁鋼板
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月30日(2017.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液を収納するためのリング状凹部と該リング状凹部の内側に貫通孔を備えた培養液容器と、
強磁性体を材料とし、該培養液容器の貫通孔を貫通するように配置された磁気コアと、
該磁気コアに巻設された励磁コイルと、
該励磁コイルに変動電流を供給するコイル用電源とで構成されていることを特徴とする培養液中の細胞の非接触電気刺激装置。
【請求項２】
上記磁気コアが閉磁路を構成することを特徴とする請求項１に記載の培養液中の細胞の非接触電気刺激装置。
【請求項３】
上記培養液容器のリング状凹部の一部が隘路となっており、培養液中に誘導される渦電流の通電路となる該隘路部分の通電断面積が、リング状凹部の隘路以外の部分の通電断面積に比較して小に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の培養液中の細胞の非接触電気刺激装置。
【請求項４】
上記磁気コアが、該磁気コアに発生する磁束の方向に対して垂直な方向に積層された電磁鋼板により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の培養液中の細胞の非接触電気刺激装置。
【請求項５】
請求項１に記載の非接触電気刺激装置による培養対象細胞の電気刺激方法であって、
培養液容器に形成されたリング状凹部に培養対象の細胞を含む培養液を収納し、
培養液容器の該リング状凹部の内側に形成された貫通孔に、強磁性体を材料とした磁気コアを貫通するように配置し、
該磁気コアに巻設された励磁コイルに通電することで磁気コア内に磁束を発生させ、この磁束により培養液容器に蓄えられた培養液中に変動する渦電流及び電界を誘導し、この渦電流及び電界を以って前記リング状凹部内の培養液に含まれている培養対象細胞に電気刺激を与えることを特徴とする培養液中の細胞の非接触電気刺激方法。
【国際調査報告】
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