(57)【要約】【課題】造形の自由度が高く、汎用性があり、効率のよいハイドロゲルの電気化学的な作製方法を提供する。【解決手段】電解液中に設置された電極で電気化学的に生成された電極生成物が電解液内で誘起する反応によってハイドロゲルが形成される、ハイドロゲルの電解析出を利用したハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、電解液槽の内部に設置される対極とを有する装置を用意し、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液を電解液槽に収容し、複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加して選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液中に設置された電極で電気化学的に生成された電極生成物が前記電解液内で誘起する反応によってハイドロゲルが形成される、ハイドロゲルの電解析出を利用したハイドロゲルの電気化学的な作製方法であって、
底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有する装置を用意し、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液を前記電解液槽に収容し、前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加して前記選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成する工程を有することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項２】
請求項１に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記１つ以上の選択された作用極としての第１の作用極群に前記所定の電位としての第１の電位を印加して、２次元的に画成された第１のパターンを有するハイドロゲルを形成する第１の工程と、
前記１つ以上の選択された作用極としての第２の作用極群に前記所定の電位としての第２の電位を印加して、２次元的に画成された第２のパターンを有するハイドロゲルを形成する第２の工程とを有し、
前記第１の工程よりも後に前記第２の工程が行われ、
前記第１のパターンの前記底面側である下方に前記第２のパターンが重畳してなる２層を少なくとも含む３次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを形成することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項３】
請求項２に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記第１の工程と前記第２の工程の少なくとも何れか一方は、第１のサブ工程と第２のサブ工程とを含み、対応する前記第１の作用極群と前記第２の作用極群の何れか一方は、第１のサブ作用極群と第２のサブ作用極群とを含み、対応する前記第１の電位と前記第２の電位の何れか一方は、第１のサブ電位と第２のサブ電位とを含み、対応する前記第１のパターンと前記第２のパターンの何れか一方は、第１のサブパターンと第２のサブパターンとを含み、
前記第２のサブ作用極群は、前記第１のサブ作用極群に属しない前記作用極のみで構成され、
前記第１のサブ作用極群に前記第１のサブ電位を印加することで前記第１のサブパターンを有するハイドロゲルが形成され、前記第２のサブ作用極群に前記第２のサブ電位を印加することで前記第２のサブパターンを有するハイドロゲルが形成されることを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項４】
請求項３に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記第２のサブ工程では、所定の条件で溶解するハイドロゲルを形成し、
少なくとも前記第１のサブ工程及び前記第２のサブ工程よりも後に、前記第２のサブパターンを有するハイドロゲルに前記所定の条件を与えることで、前記第２のサブパターンを有するハイドロゲルを溶解させて選択的に除去するサブパターン除去工程を更に有することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記底面と平行に対向する貼着面を有するとともに前記底面に垂直なＺ方向に変位可能なＺステージを更に用意し、
前記第１の工程を、前記貼着面が前記底面から第１の距離だけ離間するように前記Ｚステージを前記電解液中に位置させて行い、前記Ｚ方向に垂直な２つの面のうち前記底面から遠い側である上面が前記貼着面に貼着した状態の前記第１のパターンを有するハイドロゲルを形成し、
その後、前記第１のパターンの上面が前記貼着面に貼着した前記Ｚステージを前記底面から離れる向きに変位させて、前記第１のパターンの前記Ｚ方向に垂直な２つの面のうち前記底面に近い側である下面を前記底面から第２の距離だけ離間させ、
前記第２の工程を、前記下面が前記底面から前記第２の距離だけ離間するように前記第１のパターンを前記電解液中に位置させて行い、前記第１のパターンの前記下面と接続した前記第２のパターンを有するハイドロゲルを形成することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項６】
請求項５に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記貼着面は、親水性とする処理が施されていることを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項７】
請求項２乃至６の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記第１の作用極群のすべては前記第２の作用極群に含まれ、
前記３次元的に画成されたパターンは、前記第１のパターンが前記第２のパターンによって前記下方から支持される構造をもつことを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項８】
請求項５または６に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記第２の作用極群のすべては前記第１の作用極群に含まれ、
前記３次元的に画成されたパターンは、前記第２のパターンが前記第１のパターンによって前記貼着面側である上方から懸下支持される構造をもつことを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記２次元的なアレイを構成する前記複数の作用極は、すべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの作用極の側面は、前記作用極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されていることを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記底面の前記作用極の表面以外の部位に、撥水処理が施されていることを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記選択された作用極に前記所定の電位を印加して前記選択された作用極の配置に対応する前記２次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成し、
その後、その形成された該ハイドロゲルが前記選択された作用極と接触した状態にある時に、前記選択された作用極に前記所定の電位とは異なるハイドロゲル剥離用電位を印加して該ハイドロゲルの前記選択された作用極との接触部位を溶解させ、該ハイドロゲルの前記選択された作用極からの剥離を促す工程を更に有することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項１２】
ハイドロゲルのスカフォールドに所定の細胞を播種してなる、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法であって、
請求項１乃至１１の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法を、前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液として、更に前記所定の細胞も含んだ懸濁液を用いて行うことで、前記所定の細胞が播種された状態のハイドロゲルを前記電解液槽の前記底面上に形成することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記所定の細胞には１種類以上の細胞が含まれ、
請求項２に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法を、前記第１の工程と前記第２の工程との何れか一方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う工程を有することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記第１の工程と前記第２の工程との他方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの前記１種類の細胞とは異なるもう１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う工程を有することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記所定の細胞には１種類以上の細胞が含まれ、
請求項３に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法を、前記第１のサブ工程と前記第２のサブ工程との何れか一方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行うことを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記第１のサブ工程と前記第２のサブ工程との他方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの前記１種類の細胞とは異なるもう１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行うことを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６の何れかに記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記懸濁液を前記電解液槽に収容した状態で、前記選択された作用極に前記所定の電位を印加してハイドロゲルを形成する工程の前に、前記選択された作用極に所定の周波数の交流電位を印加し、前記所定の細胞を誘電泳動によって前記選択された作用極の上に高密度に分布させる誘電泳動工程を有することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記誘電泳動工程においては、前記底面と平行に前記底面の前記複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた領域と対向する電極面を有する電極を用いることを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記誘電泳動工程においては、前記複数の作用極の２次元的なアレイのそれぞれのまわりに位置するように前記底面に設けられている電極を用いることを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項２０】
請求項１２乃至１６の何れかに記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記懸濁液を前記電解液槽に収容した状態で、前記選択された作用極に前記所定の電位を印加してハイドロゲルを形成する工程の前に、前記選択された作用極に所定の直流電位を印加し、前記所定の細胞を電気泳動によって前記選択された作用極の上に高密度に分布させる電気泳動工程を有することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項２１】
底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有し、前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加することができるハイドロゲル作製装置であって、
前記底面と平行に対向する貼着面を有するとともに前記底面に垂直なＺ方向に変位可能なＺステージを備えることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のハイドロゲル作製装置において、
前記貼着面は、親水性とする処理が施されていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２３】
底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有し、前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加することができるハイドロゲル作製装置であって、
前記２次元的なアレイを構成する前記複数の作用極は、すべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの作用極の側面は、前記作用極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２４】
請求項２１または２２に記載のハイドロゲル作製装置において、
前記２次元的なアレイを構成する前記複数の作用極は、すべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの作用極の側面は、前記作用極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２５】
請求項２１乃至２４の何れかに記載のハイドロゲル作製装置において、
前記底面の前記作用極の表面以外の部位に、撥水処理が施されていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２６】
請求項２１乃至２５の何れかに記載のハイドロゲル作製装置において、
前記選択された作用極に所定の周波数の交流電位を印加することができる発振器を備えていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載のハイドロゲル作製装置において、
前記電解液槽に装備されるかまたは装備可能な誘電泳動用電極を更に備え、
前記誘電泳動用電極は、その電極面が、前記底面と平行に前記底面の前記複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた領域と対向するように前記電解液槽に装備されるかまたは装備可能とされていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２８】
請求項２６に記載のハイドロゲル作製装置において、
前記電解液槽は誘電泳動用電極を更に備え、
前記誘電泳動用電極は、前記複数の作用極の２次元的なアレイのそれぞれのまわりに位置するように前記底面に設けられていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２９】
電解液と前記電解液中で電解析出されるハイドロゲルとを収容することができる電解液槽がＬＳＩチップ上に搭載されてなり、パターニングされたハイドロゲルの電気化学的な作製に用いるトランスデューサであって、
前記電解液槽の底面に画定された造形領域には、２次元的なアレイ状に配列されて、前記ＬＳＩチップに設けられている複数の第１の電極が位置しており、
前記電解液槽に装備可能とされる、貼着面を有するＺステージを具備し、
前記Ｚステージは、前記貼着面が前記底面の前記造形領域と平行に対向するように、前記底面に垂直なＺ方向に変位可能に前記電解液槽に装備することができるものとされていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のトランスデューサにおいて、
前記貼着面は、親水性とする処理が施されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３１】
電解液と前記電解液中で電解析出されるハイドロゲルとを収容することができる電解液槽がＬＳＩチップ上に搭載されてなり、パターニングされたハイドロゲルの電気化学的な作製に用いるトランスデューサであって、
前記電解液槽の底面に画定された造形領域には、２次元的なアレイ状に配列されて、前記ＬＳＩチップに設けられている複数の第１の電極が位置しており、
前記複数の第１の電極は、すべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの第１の電極の側面は、前記第１の電極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３２】
請求項２９乃至３１の何れかに記載のトランスデューサにおいて、
前記造形領域の前記第１の電極の表面以外の部位に、撥水処理が施されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３３】
請求項２９乃至３１の何れかに記載のトランスデューサにおいて、
前記造形領域には、前記複数の第１の電極のそれぞれのまわりに位置するように前記ＬＳＩチップに設けられている第２の電極が更に位置していることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３４】
請求項３３に記載のトランスデューサにおいて、
前記第２の電極は、前記第１の電極と導通することなく前記造形領域に全面形成されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３５】
請求項３３または３４に記載のトランスデューサにおいて、
前記造形領域の前記第１の電極の表面及び前記第２の電極の表面以外の部位に、撥水処理が施されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３６】
請求項２９乃至３２の何れかに記載のトランスデューサにおいて、
前記電解液槽に装備されるかまたは装備可能な第２の電極を更に具備し、
前記第２の電極は、その電極面が、前記底面の前記造形領域と平行に対向するように前記電解液槽に装備されるかまたは装備可能とされていることを特徴とするトランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はハイドロゲルの電解析出を利用した電気化学的なハイドロゲルの作製方法及び細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法に関し、さらにハイドロゲル作製装置及びトランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイドロゲルは例えば細胞を培養するスカフォールドとして用いられ、ハイドロゲルの電解析出を利用してハイドロゲルを電気化学的に形成する方法が知られている。
【０００３】
非特許文献１や非特許文献２には、パターニングしたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）電極上に、そのパターンに従うハイドロゲルを電解析出する方法が記載されている。また、非特許文献３や非特許文献４には、Ｐｔワイヤ等の電極を用い、あるいはそれを電解液中で走査させるなどしてハイドロゲルを電解析出する方法が記載されている。
【０００４】
さらに、非特許文献５や非特許文献６には、複数の電極の１次元的なアレイまたはただ２つの電極の並びにおいて、１つの電極に選択的に電位を印加し、その電極の上に選択的にハイドロゲル等を電解析出する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】F.Ozawa,et al.,“Cell Sheet Fabrication Using RGD Peptide-Coupled Alginate Hydrogels Fabricated by an Electrodeposition Method”,Chemistry Letters，Advance Publication on the web February 10,2017,doi:10.1246/cl.170003
【非特許文献２】F.Ozawa,et al.,“Alginate gel microwell arrays using electrodepotion for three-dimensional cell culture”，Lab Chip,2013,13,3128-3135
【非特許文献３】F.Ozawa,et al.,“Electrochemical Hydrogel Lithography of Calcium-Alginate Hydrogels for Cell Culture”,Materials，2016,9,744
【非特許文献４】F.Ozawa,et al.,“Electrodeposition of alginate gels for construction of vascular-like structures”,Journal of Bioscience and Bioengineering，2013,VOL.115,No.4,459-461
【非特許文献５】K.M.Gray,et al.,“Electrodeposition of a Biopolymeric Hydrogel:Potential for One-Step Protein Electroaddressing”,Biomacromolecules，2012,13,1181-1189
【非特許文献６】H.Yi,et al.,“Signal-Directed sequential Assembly of Biomolecules on Patterned surfaces”,Langmuir,2005,21,2104-2107
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、非特許文献１〜６にはハイドロゲルを電解析出する方法が記載されているが、例えば非特許文献１，２に記載されている方法は、２次元的なパターニングしかできないし、またパターン毎に電極を作製する必要があるもので、汎用性のない方法となっている。また、非特許文献３，４に記載されている方法は、３次元的なパターニングを達成してはいるが、チューブ等のごく特定の３次元形状しか作製できないか、あるいはワイヤの走査という極めて困難で非効率な手段を用いてパターンを形成する方法となっている。
【０００７】
一方、非特許文献５，６に記載されている技術は、１つの電極上に選択的にハイドロゲルを形成するものであって、造形的な目的はないものとなっている。
【０００８】
この発明の目的はこのような状況に鑑み、従来よりも造形の自由度が飛躍的に高く、汎用性があり、効率的に２次元、３次元的にパターニングが可能なハイドロゲルの電気化学的な作製方法を提供することにあり、さらに細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法を提供することにある。また、そのようなハイドロゲルの作製方法に用いて好適なハイドロゲル作製装置及びトランスデューサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明によれば、電解液中に設置された電極で電気化学的に生成された電極生成物が電解液内で誘起する反応によってハイドロゲルが形成される、ハイドロゲルの電解析出を利用したハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、電解液槽の内部に設置される対極とを有する装置を用意し、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液を電解液槽に収容し、複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加して選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成する工程を有する。
【００１０】
請求項２の発明では請求項１の発明において、前記１つ以上の選択された作用極としての第１の作用極群に前記所定の電位としての第１の電位を印加して２次元的に画成された第１のパターンを有するハイドロゲルを形成する第１の工程と、前記１つ以上の選択された作用極としての第２の作用極群に前記所定の電位としての第２の電位を印加して２次元的に画成された第２のパターンを有するハイドロゲルを形成する第２の工程とを有し、第１の工程よりも後に第２の工程が行われ、第１のパターンの前記底面側である下方に第２のパターンが重畳してなる２層を少なくとも含む３次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを形成する。
【００１１】
請求項３の発明では請求項２の発明において、第１の工程と第２の工程の少なくとも何れか一方は第１のサブ工程と第２のサブ工程とを含み、対応する第１の作用極群と第２の作用極群の何れか一方は第１のサブ作用極群と第２のサブ作用極群とを含み、対応する第１の電位と第２の電位の何れか一方は第１のサブ電位と第２のサブ電位とを含み、対応する第１のパターンと第２のパターンの何れか一方は第１のサブパターンと第２のサブパターンとを含み、第２のサブ作用極群は第１のサブ作用極群に属しない作用極のみで構成され、第１のサブ作用極群に第１のサブ電位を印加することで第１のサブパターンを有するハイドロゲルを形成し、第２のサブ作用極群に第２のサブ電位を印加することで第２のサブパターンを有するハイドロゲルを形成する。
【００１２】
請求項４の発明では請求項３の発明において、第２のサブ工程では所定の条件で溶解するハイドロゲルを形成し、少なくとも第１のサブ工程及び第２のサブ工程よりも後に第２のサブパターンを有するハイドロゲルに所定の条件を与えることで第２のサブパターンを有するハイドロゲルを溶解させて選択的に除去するサブパターン除去工程を更に有する。
【００１３】
請求項５の発明では請求項２乃至４の何れかの発明において、前記底面と平行に対向する貼着面を有するとともに前記底面に垂直なＺ方向に変位可能なＺステージを更に用意し、前記第１の工程を貼着面が前記底面から第１の距離だけ離間するようにＺステージを電解液中に位置させて行い、Ｚ方向に垂直な２つの面のうち前記底面から遠い側である上面が貼着面に貼着した状態の第１のパターンを有するハイドロゲルを形成し、その後、第１のパターンの上面が貼着面に貼着したＺステージを前記底面から離れる向きに変位させて第１のパターンのＺ方向に垂直な２つの面のうち前記底面に近い側である下面を前記底面から第２の距離だけ離間させ、第２の工程を前記下面が前記底面から第２の距離だけ離間するように第１のパターンを電解液中に位置させて行い、第１のパターンの前記下面と接続した第２のパターンを有するハイドロゲルを形成する。
【００１４】
請求項６の発明では請求項５の発明において、貼着面は親水性とする処理が施されているものとされる。
【００１５】
請求項７の発明では請求項２乃至６の何れかの発明において、第１の作用極群のすべては第２の作用極群に含まれ、前記３次元的に画成されたパターンは第１のパターンが第２のパターンによって前記下方から支持される構造をもつ。
【００１６】
請求項８の発明では請求項５または６の発明において、第２の作用極群のすべては第１の作用極群に含まれ、前記３次元的に画成されたパターンは第２のパターンが第１のパターンによって貼着面側である上方から懸下支持される構造をもつ。
【００１７】
請求項９の発明では請求項１乃至８の何れかの発明において、２次元的なアレイを構成する複数の作用極はすべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの作用極の側面は作用極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されている。
【００１８】
請求項１０の発明では請求項１乃至９の何れかの発明において、前記底面の作用極の表面以外の部位に撥水処理が施されている。
【００１９】
請求項１１の発明では請求項１乃至１０の何れかの発明において、選択された作用極に所定の電位を印加して選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成し、その後、その形成されたハイドロゲルが選択された作用極と接触した状態にある時に、選択された作用極に所定の電位とは異なるハイドロゲル剥離用電位を印加してハイドロゲルの選択された作用極との接触部位を溶解させ、ハイドロゲルの選択された作用極からの剥離を促す工程を更に有する。
【００２０】
請求項１２の発明によれば、ハイドロゲルのスカフォールドに所定の細胞を播種してなる、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、請求項１乃至１１の何れかの発明を、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液として、更に所定の細胞も含んだ懸濁液を用いて行うことで、所定の細胞が播種された状態のハイドロゲルを電解液槽の前記底面上に形成する。
【００２１】
請求項１３の発明では請求項１２の発明において、所定の細胞には１種類以上の細胞が含まれ、請求項２の発明を第１の工程と第２の工程との何れか一方において、電解液としてハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に所定の細胞のうちの１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う工程を有する。
【００２２】
請求項１４の発明では請求項１３の発明において、第１の工程と第２の工程との他方において、電解液としてハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に所定の細胞のうちの前記１種類の細胞とは異なるもう１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う工程を有する。
【００２３】
請求項１５の発明では請求項１２の発明において、所定の細胞には１種類以上の細胞が含まれ、請求項３の発明を第１のサブ工程と第２のサブ工程との何れか一方において、電解液としてハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に所定の細胞のうちの１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う。
【００２４】
請求項１６の発明では請求項１５の発明において、第１のサブ工程と第２のサブ工程との他方において、電解液としてハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に所定の細胞のうちの前記１種類の細胞とは異なるもう１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う。
【００２５】
請求項１７の発明では請求項１２乃至１６の何れかの発明において、懸濁液を電解液槽に収容した状態で選択された作用極に所定の電位を印加してハイドロゲルを形成する工程の前に、選択された作用極に所定の周波数の交流電位を印加し、所定の細胞を誘電泳動によって選択された作用極の上に高密度に分布させる誘電泳動工程を有する。
【００２６】
請求項１８の発明では請求項１７の発明において、誘電泳動工程においては前記底面と平行に前記底面の複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた領域と対向する電極面を有する電極を用いる。
【００２７】
請求項１９の発明では請求項１７の発明において、誘電泳動工程においては複数の作用極の２次元的なアレイのそれぞれのまわりに位置するように前記底面に設けられている電極を用いる。
【００２８】
請求項２０の発明では請求項１２乃至１６の何れかの発明において、懸濁液を電解液槽に収容した状態で選択された作用極に所定の電位を印加してハイドロゲルを形成する工程の前に、選択された作用極に所定の直流電位を印加し、所定の細胞を電気泳動によって選択された作用極の上に高密度に分布させる電気泳動工程を有する。
【００２９】
請求項２１の発明によれば、底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、電解液槽の内部に設置される対極とを有し、複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加することができるハイドロゲル作製装置において、前記底面と平行に対向する貼着面を有するとともに前記底面に垂直なＺ方向に変位可能なＺステージを備える。
【００３０】
請求項２２の発明では請求項２１の発明において、貼着面は親水性とする処理が施されている。
【００３１】
請求項２３の発明によれば、底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、電解液槽の内部に設置される対極とを有し、複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加することができるハイドロゲル作製装置において、２次元的なアレイを構成する複数の作用極はすべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの作用極の側面は作用極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されている。
【００３２】
請求項２４の発明では請求項２１または２２の発明において、２次元的なアレイを構成する複数の作用極はすべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの作用極の側面は作用極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されている。
【００３３】
請求項２５の発明では請求項２１乃至２４の何れかの発明において、前記底面の作用極の表面以外の部位に撥水処理が施されている。
【００３４】
請求項２６の発明では請求項２１乃至２５の何れかの発明において、選択された作用極に所定の周波数の交流電位を印加することができる発振器を備える。
【００３５】
請求項２７の発明では請求項２６の発明において、電解液槽に装備されるかまたは装備可能な誘電泳動用電極を更に備え、誘電泳動用電極は、その電極面が前記底面と平行に前記底面の複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた領域と対向するように電解液槽に装備されるかまたは装備可能とされる。
【００３６】
請求項２８の発明では請求項２６の発明において、電解液槽は誘電泳動用電極を更に備え、誘電泳動用電極は複数の作用極の２次元的なアレイのそれぞれのまわりに位置するように前記底面に設けられている。
【００３７】
請求項２９の発明によれば、電解液と電解液中で電解析出されるハイドロゲルとを収容することができる電解液槽がＬＳＩチップ上に搭載されてなり、パターニングされたハイドロゲルの電気化学的な作製に用いるトランスデューサにおいて、電解液槽の底面に画定された造形領域には、２次元的なアレイ状に配列されてＬＳＩチップに設けられている複数の第１の電極が位置しており、電解液槽に装備可能とされる、貼着面を有するＺステージを具備し、Ｚステージは貼着面が前記底面の造形領域と平行に対向するように、前記底面に垂直なＺ方向に変位可能に電解液槽に装備することができるものとされる。
【００３８】
請求項３０の発明では請求項２９の発明において、貼着面は親水性とする処理が施されている。
【００３９】
請求項３１の発明によれば、電解液と電解液中で電解析出されるハイドロゲルとを収容することができる電解液槽がＬＳＩチップ上に搭載されてなり、パターニングされたハイドロゲルの電気化学的な作製に用いるトランスデューサにおいて、電解液槽の底面に画定された造形領域には、２次元的なアレイ状に配列されてＬＳＩチップに設けられている複数の第１の電極が位置しており、複数の第１の電極はすべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの第１の電極の側面は第１の電極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されている。
【００４０】
請求項３２の発明では請求項２９乃至３１の何れかの発明において、造形領域の第１の電極の表面以外の部位に撥水処理が施されている。
【００４１】
請求項３３の発明では請求項２９乃至３１の何れかにの発明において、造形領域には複数の第１の電極のそれぞれのまわりに位置するようにＬＳＩチップに設けられている第２の電極が更に位置している。
【００４２】
請求項３４の発明では請求項３３の発明において、第２の電極は第１の電極と導通することなく造形領域に全面形成されている。
【００４３】
請求項３５の発明では請求項３３または３４の発明において、造形領域の第１の電極の表面及び第２の電極の表面以外の部位に撥水処理が施されている。
【００４４】
請求項３６の発明では請求項２９乃至３２の何れかの発明において、電解液槽に装備されるかまたは装備可能な第２の電極を更に具備し、第２の電極は、その電極面が前記底面の造形領域と平行に対向するように電解液槽に装備されるかまたは装備可能とされている。
【発明の効果】
【００４５】
この発明によるハイドロゲルの作製方法及び細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法は、従来に比し、造形の自由度が飛躍的に高く、汎用性があり、かつ効率が良いものとなっている。よって、任意の形状を有するハイドロゲル、細胞がパターニングされたハイドロゲルを精度良く、簡易かつ迅速に作製することができる。
【００４６】
また、この発明によるハイドロゲル作製装置及びトランスデューサは、そのようなハイドロゲル、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製に用いて好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明によるハイドロゲル作製装置の構成を説明するための図。
【図２】Ａはこの発明によるトランスデューサの構成を説明するための平面図、Ｂはその断面図、ＣはＡにおけるＬＳＩチップのセルの配列を示す図、Ｄは各セルに設けられている作用極を示す図。
【図３】電気化学的ハイドロゲルの作製を説明するための図。
【図４】この発明によるハイドロゲルの電気化学的な作製方法の第１の実施形態を説明するための図。
【図５】この発明によるハイドロゲルの電気化学的な作製方法によって実際に作製されたハイドロゲルを示す写真。
【図６】この発明によるハイドロゲルの電気化学的な作製方法の第２の実施形態を説明するための図。
【図７】Ａは電解液槽の底面から突出する作用極の形成方法を説明するための図、ＢはＡに示した構成の作用極を用いた場合のハイドロゲルの形成、剥離を説明するための図。
【図８】この発明によるハイドロゲルの電気化学的な作製方法の第３の実施形態を説明するための図。
【図９】この発明による細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法の一実施形態を説明するための図。
【図１０】細胞を集中させるための誘電泳動を説明するための図。
【図１１】Ａは電解液槽の底面に設ける誘電泳動用電極の一例を示す図、Ｂは電解液槽の底面に設ける誘電泳動用電極の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
この発明によるハイドロゲルの作製方法及び細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法は、電気化学的な方法を用いるものであって、ハイドロゲル作製装置として電気化学測定装置を利用することができる。
【００４９】
まず、初めに、電気化学測定装置を利用するこの発明によるハイドロゲル作製装置の構成について説明し、さらにその具体的な構成例としてトランスデューサの構成について説明する。
【００５０】
図１はハイドロゲル作製装置の構成を模式的に示したものである。ハイドロゲル作製装置は電解液１１と電解液１１中で電解析出されるハイドロゲルとを収容することができる電解液槽１０を備え、電解液槽１０にはこの例では作用極２０と対極３０と参照極４０とが設けられている。作用極２０は図１では簡略化して示しているが、電解液槽１０の底面１０ａに所定のピッチで２次元的なアレイを構成するように多数配列されている。
【００５１】
作用極２０、対極３０及び参照極４０はポテンショスタット５０に接続されている。ポテンショスタット５０は可変電源５１と電圧計５２と電流計５３とを含む等価回路で表される。作用極２０への電位印加はポテンショスタット５０により行われる。図１中、６０はスイッチを示し、７０は塩橋を示す。
【００５２】
このハイドロゲル作製装置はスイッチ６０の操作（ＯＮ／ＯＦＦ）により、作用極２０の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極２０に所定の電位を印加することができるものとなっている。なお、図１では詳細図示を省略しているが、ハイドロゲル作製装置はハイドロゲルの作製において有用な構成をさらに有するものとなっており、この点については後述する。
【００５３】
次に、トランスデューサの構成について図２を参照して説明する。
【００５４】
トランスデューサは電解液槽１０がＬＳＩチップ８０上に搭載された構成となっている。電解液槽１０の中央には穴１２が形成されており、ＬＳＩチップ８０はこの穴１２の下端に穴１２を塞ぐように配置されている。
【００５５】
ＬＳＩチップ８０及び電解液槽１０は基板９０上に搭載固定されており、基板９０にはＬＳＩチップ８０の制御を行う外部装置との接続用の多数の配線パターン９１が形成されている。図２Ｂ中、９２はＬＳＩチップ８０と配線パターン９１とを接続するボンディングワイヤを示す。
【００５６】
ＬＳＩチップ８０の上面にはパターニングされたハイドロゲルを作製する造形領域８１が構成されている。図２Ａでは造形領域８１をハッチングを付して示しており、電解液槽１０の底面の穴１２の位置に造形領域８１は電解液１１と面するように画定されている。造形領域８１は穴１２の位置において電解液槽１０の底面１０ａをなす。
【００５７】
造形領域８１には図２Ｃに示したようにセル８２が２次元的なアレイ状に配列形成されている。図２Ｃでは図示を省略しているが、各セル８２には図２Ｄに示したように作用極（第１の電極）２０が設けられている。セル８２はこの例では２５０μｍピッチで２０×２０＝４００個、２次元アレイ状に配列形成されており、即ちＬＳＩチップ８０は２０×２０＝４００個の２次元アレイ状に配列された作用極２０を有するものとなっている。
【００５８】
ＬＳＩチップ８０は各作用極２０への電位印加機能、スイッチング機能等を備えている。対極３０及び参照極４０は電解液１１中に図２Ｂに示したように設置される。なお、図２では詳細図示を省略しているが、トランスデューサは上述したハイドロゲル作製装置と同様、ハイドロゲルの作製において有用な構成をさらに有するものとなっており、この点については後述する。
【００５９】
ここで、電気化学的方法によるハイドロゲルの作製原理について説明する。
【００６０】
電気化学的ハイドロゲルの作製には、
１）分散質の架橋によるゲル化
２）荷電高分子の静電的相互作用による凝集
３）モノマーの重合による高分子化
のような類型がある。図３はこの３類型のうち架橋反応によってハイドロゲルが作製される様子をキトサンを例に示したものである。
【００６１】
キトサン及び塩素イオンが存在する水溶液中で作用極（電極）２０に電位を印加すると、図３Ｂに示したような電極反応によって次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が発生し、次亜塩素酸によってキトサンは図３Ａに示したように酸化される。続いて、キトサン同士の分子間架橋反応が生じ、これにより作用極２０上に溶媒に不溶なハイドロゲル１００が形成される。
【００６２】
このような架橋反応によるハイドロゲルの形成にはキトサン以外のものも用いることができ、例えばゼラチンやアルギン酸ナトリウムを用いることができる。キトサン及びゼラチンを用いる場合の水溶液の具体的な条件を下記に例示する。
【００６３】
・キトサン：１％（ｗ／ｖ）溶液（０．１５Ｍ  ＮａＣｌ，酢酸でｐＨ５．５に調整）
・ゼラチン：１０％（ｗ／ｖ）溶液（４Ｍ  ＮａＣｌ，ｐＨ５．６に調整した１０ｍＭ酢酸バッファー）
この発明によるハイドロゲルの作製方法は電極反応によって開始される、溶液中分子の架橋、静電的相互作用及び重合のうちの何れか一つの反応によってハイドロゲルを形成する過程を利用するものであり、つまり電解液中に設置された電極で電気化学的に生成された電極生成物が電解液内で誘起する反応によってハイドロゲルが生成されるハイドロゲルの電解析出を利用するものである。
【００６４】
そして、ハイドロゲルの具体的な作製方法として、図１を用いて説明したハイドロゲル作製装置や図２を用いて説明したトランスデューサのように、２次元的なアレイ状に配列された作用極を有し、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液を電解液槽に収容し、２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択した作用極に所定の電位を印加して選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成されたパターン、さらには３次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを形成することを特徴とする。
【００６５】
３次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルは、以下に示すような第１の工程と第２の工程とを有することによって形成することができる。
【００６６】
〈第１の工程〉
１つ以上の選択された作用極としての第１の作用極群に所定の電位としての第１の電位を印加して、２次元的に画成された第１のパターンを有するハイドロゲルを形成する。
【００６７】
〈第２の工程〉
１つ以上の選択された作用極としての第２の作用極群に所定の電位としての第２の電位を印加して、２次元的に画成された第２のパターンを有するハイドロゲルを形成する。
【００６８】
ここで、第１の工程よりも後に第２の工程を行うことにより、第１のパターンの、電解液槽の底面側である下方に第２のパターンが重畳してなる２層の３次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを形成することができる。
【００６９】
なお、第１の作用極群のすべてが第２の作用極群に含まれるようにすれば、３次元的に画成されたパターンは第１のパターンが第２のパターンによって下方から支持される構造をもつものとすることができる。
【００７０】
図４はこのように第１のパターンが第２のパターンによって下方から支持される構造をもつハイドロゲルの形成過程を模式的に示したものである。例えば、作用極２０２に電位を印加すれば、図４（２）に示したように作用極２０２上にハイドロゲル１０１が形成され、次に作用極２０１〜２０３に電位を印加すれば、図４（３）に示したように作用極２０１〜２０３上にハイドロゲル１０２が形成される。これにより、第１のパターンのハイドロゲル１０１が第２のパターンのハイドロゲル１０２によって下方から支持された構造となり、ハイドロゲル１０１，１０２よりなる３次元的に画成されたパターンのハイドロゲル１０３が形成される。
【００７１】
図５に示した写真は図２に示したトランスデューサの電解液槽１０に前述した条件のキトサン１％（ｗ／ｖ）溶液を満たし、選択した作用極２０に電位を印加して３次元的に画成されたパターンのハイドロゲルが実際に形成された状態を写したものである。電位の印加は、
Ｖ１モード：０Ｖ，２０ｓ→０．９５Ｖ，１０ｓ
Ｖ２モード：０．９５Ｖ，３０ｓ
の２つのモードとして２つのモードを同時に開始するものとし、図２Ｃ中のハッチングを付したセル８２の作用極２０に先行する２０秒間の０Ｖと後行する１０秒間の０．９５Ｖとに分かれた印加電位を適用するＶ１モードの電位を印加し、ドットを付したセル８２の作用極２０に３０秒間の定電位０．９５ＶであるＶ２モードの電位を印加した。換言すれば、先行する２０秒間は図２Ｃ中のドットを付したセル８２の作用極２０にのみ０．９５Ｖの電位が印加され、後行する１０秒間は図２Ｃ中のハッチング及びドットを付したセル８２の作用極２０に０．９５Ｖの電位が印加された。
【００７２】
写真より選択した作用極２０の配置及びＶ１モード，Ｖ２モードに対応して、３次元的に画成されたパターンのハイドロゲルが形成されているのがわかる。なお、このハイドロゲルの形成においてトランスデューサの作用極２０、対極３０及び参照極４０の構成材料は下記とした。
【００７３】
作用極２０：Ａｕ
対極３０：Ｐｔ
参照極４０：Ａｇ／ＡｇＣｌ
ところで、前述した２層構造のような層構造を採用して所望の形状を有するハイドロゲルの３次元的に画成されたパターンを良好に得るためには、電解液槽の底面と平行に対向する貼着面を有するとともに底面に垂直なＺ方向に変位可能なＺステージを用いてハイドロゲルを形成するのが好ましい。この発明によるハイドロゲル作製装置の第１の実施形態及びトランスデューサの第１の実施形態は図１及び図２にそれぞれ示した構成に加え、このようなＺステージを具備することを特徴とする。なお、図２に示したトランスデューサは電解液槽１０の底面１０ａに位置する造形領域８１と平行に対向するように装備可能なＺステージを例えば別部品として具備するものとする。
【００７４】
このようなＺステージを具備すれば、前記した第１の工程を、貼着面が電解液槽の底面から第１の距離だけ離間するようにＺステージを電解液中に位置させて行い、Ｚ方向に垂直な２つの面のうち底面から遠い側である上面がＺステージの貼着面に貼着した状態の第１のパターンを有するハイドロゲルを形成し、その後、Ｚステージを底面から離れる向きに変位させて、第１のパターンのＺ方向に垂直な２つの面のうち、底面に近い側である下面を底面から第２の距離だけ離間させ、その状態で前記した第２の工程を行えば、第１のパターンの下面と接続した第２のパターンを有するハイドロゲルを形成することができ、このような方法を採用すれば所望の形状を有するハイドロゲルの３次元的に画成されたパターンを良好に形成することができる。
【００７５】
Ｚステージの電解液に浸漬される部位は電気化学反応で劣化しないように、例えばガラス製とするのが好ましい。また、ガラスは親水性を有するものであるが、ハイドロゲルを貼着するＺステージの貼着面はさらに親水性を高める処理を施すのが好ましい。このような処理の例としては、例えばポリエチレングリコールの塗布が挙げられる。
【００７６】
図６は前述した図４と同様の過程（第１の工程、第２の工程）をＺステージを用いて行う場合を模式的に示したものである。
【００７７】
Ｚステージ１１０を、その貼着面１１０ａが電解液槽の底面１０ａから第１の距離Ｚ１だけ離間するように位置させ、作用極２０２に電位を印加する。これにより、作用極２０２上にハイドロゲル１０１が形成され、図６（２）に示したようにハイドロゲル１０１は貼着面１１０ａに貼着するように形成される。図６（３）はハイドロゲル１０１の作用極２０２からの剥離過程を示したものであり、この剥離過程については後で詳述する。
【００７８】
図６（４）に示したように、Ｚステージ１１０を変位させてハイドロゲル１０１の下面を電解液槽の底面１０ａから第２の距離Ｚ２だけ離間させ、作用極２０１〜２０３に電位を印加する。これにより、図６（５）に示したように作用極２０１〜２０３上にハイドロゲル１０２が形成され、ハイドロゲル１０１，１０２よりなる３次元的に画成されたパターンのハイドロゲル１０３が良好に形成される。
【００７９】
このようにＺステージを用いてハイドロゲルを形成する場合において、第２の工程で選択する第２の作用極群のすべてが第１の工程で選択する第１の作用極群に含まれるようにすれば、第２のパターンが第１のパターンによってＺステージ１１０の貼着面１１０ａ側である上方から懸下支持された構造をもつパターンを良好に形成することができ、つまり図６（５）に示したようなピラミッド型と反対の逆ピラミッド型のパターンを有するハイドロゲルを良好に形成することができる。
【００８０】
ここで、図６（３）のハイドロゲルの剥離工程について説明する。
【００８１】
剥離工程は選択した作用極に所定の電位を印加して選択した作用極の配置に対応したパターンを有するハイドロゲルを形成した後、その形成されたハイドロゲルが選択した作用極と接触した状態にある時に、所定の電位とは異なるハイドロゲル剥離電位を印加してハイドロゲルの選択された作用極との接触部位を溶解させ、ハイドロゲルの選択された作用極からの剥離を促す工程であって、このような剥離工程を有すれば、図６（４）の状態へのＺステージ１１０の変位の際に、ハイドロゲル１０１を良好に作用極２０２から剥離させることができる。
【００８２】
このような剥離工程は例えばハイドロゲルの形成にアルギン酸ナトリウム溶液を用いる場合に良好に実行できる。即ち、アルギン酸ナトリウムの場合、作用極に酸化反応を生起する電位を印加すれば、アルギン酸ハイドロゲルが析出し、作用極に還元反応を生起する電位を印加すればアルギン酸ハイドロゲルが溶解する。
【００８３】
一方、このような剥離工程を有することなく、作用極からのハイドロゲルの剥離を容易にすることもできる。一つの手法はハイドロゲルの接触面積を低減させることであり、即ち２次元的なアレイを構成する作用極を、すべて電解液槽の底面から突出させるようにする。この場合、突出した作用極の側面は作用極と共に電解液槽の底面から突出するように形成した絶縁層によって囲繞する。
【００８４】
図７Ａはこのような作用極及び絶縁層の形成方法の一例を模式的に示したものである。図７Ａ（２）に示したように作用極２０の上にまずフォトリソグラフィによりマイクロウェルを構成する絶縁層２５をフォトレジストにより形成する。そして、マイクロウェル内にメッキにより電極を充填形成すれば、図７Ａ（３）に示したように電解液槽の底面１０ａから突出した作用極２０’を絶縁層２５に囲繞された構成として形成することができる。
【００８５】
このような形状の作用極２０’とすれば、作用極２０’に電位を印加して形成されたハイドロゲル１０４は例えば図７Ｂ（２）に示したような形成状態となって、底面１０ａと接触せず、接触面積が大幅に低減するため、図７Ｂ（３）に示したＺステージ１１０の変位の際にハイドロゲル１０４の剥離が容易となる。この発明によるハイドロゲル作製装置の第２の実施形態及びトランスデューサの第２の実施形態は、図１及び図２にそれぞれ示した構成における作用極をこのように電解液槽１０の底面１０ａから突出し、絶縁層２５に囲繞された作用極２０’とすることを特徴とする。
【００８６】
さらに、作用極からのハイドロゲルの剥離を容易にするための手法として、作用極の表面が位置する電解液槽の底面の、作用極の表面以外の部位に撥水処理を施すことも有効である。撥水処理は例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のようなフッ素樹脂をコーティングすることにより行うことができる。
【００８７】
次に、層構造を有する３次元的に画成されたパターンのハイドロゲルの形成において、例えば同一層内に異なる種類のハイドロゲルを存在させるようなハイドロゲルの作製方法について説明する。
【００８８】
この場合、前述したハイドロゲル作製の第１の工程と第２の工程において、例えばその何れか一方は第１のサブ工程と第２のサブ工程とを含み、それに対応させて第１の作用極群と第２の作業極群の何れか一方は第１のサブ作用極群と第２のサブ作用極群とを含み、第１の電位と第２の電位の何れか一方は第１のサブ電位と第２のサブ電位とを含み、第１のパターンと第２のパターンの何れか一方は第１のサブパターンと第２のサブパターンとを含み、第２のサブ作用極群は第１のサブ作用極群に属しない作用極のみで構成するようにする。
【００８９】
このようにすれば、第１のサブ作用極群に第１のサブ電位を印加することで第１のサブパターンを有するハイドロゲルを形成することができ、第２のサブ作用極群に第２のサブ電位を印加することで第２のサブパターンを有するハイドロゲルを形成することができ、同一層内に異なる種類のハイドロゲルを存在させることができる。
【００９０】
このような第１のサブ工程と第２のサブ工程の実行は例えば第１のサブ工程の電極反応を酸化の電極反応とし、第２のサブ工程の電極反応を還元の電極反応とすることにより、良好に実行することができる。
【００９１】
アルギン酸ナトリウムの場合、酸化反応でハイドロゲルが形成される。キトサンの場合はｐＨ調整によって酸化反応でハイドロゲルが形成される場合と還元反応でハイドロゲルが形成される場合とがあるが、還元反応でハイドロゲルが形成される条件とすれば、第１のサブ工程と第２のサブ工程で形成される２種類のハイドロゲルをキトサンハイドロゲルとアルギン酸ハイドロゲルにすることができる。
【００９２】
図８は多層構造のハイドロゲルにおいてそれぞれの層が２種類のハイドロゲルよりなり、かつ層厚方向（Ｚ方向）においても２種類のハイドロゲルが交互に存在するようなハイドロゲルの形成を模式的に示したものであり、図８中、１０５はアルギン酸ハイドロゲルを示し、１０６はキトサンハイドロゲルを示す。
【００９３】
図８（２）は作用極２０２に電位を印加して最初のアルギン酸ハイドロゲル１０５が形成された状態を示し、図８（３）は作用極２０１，２０３に電位を印加して最初のキトサンハイドロゲル１０６が形成された状態を示す。作用極２０１〜２０３に印加する電位を順次、切り換えて行くことにより図８（４）に示したような構造を有するハイドロゲル１０７を形成することができる。なお、電解液槽１０に満たす溶液はアルギン酸ハイドロゲル１０５及びキトサンハイドロゲル１０６を形成する都度、つまり第１のサブ工程及び第２のサブ工程をそれぞれ実行する都度、入れ替える。
【００９４】
第１のサブ工程と第２のサブ工程は前述した第１の工程と第２の工程の双方が含むものとしてもよく、またいずれか一方が含むものとしてもよい。
【００９５】
さらに、例えば第２のサブ工程では所定の条件で溶解するハイドロゲルを形成し、第１のサブ工程及び第２のサブ工程よりも後に、第２のサブパターンを有するハイドロゲルに所定の条件を与えることで第２のサブパターンを有するハイドロゲルを溶解させて選択的に除去するサブパターン除去工程を有するものとしてもよい。
【００９６】
これは例えばアルギン酸ハイドロゲルがアルギン酸分解酵素の添加によって触媒的に分解することを利用し、第２のサブパターンを有するアルギン酸ハイドロゲルを形成してから電解液中にアルギン酸分解酵素を拡散し、第２のサブパターンを選択的に除去するといった方法で実施することができる。サブパターン除去工程はその他、光照射による架橋切断、ｐＨや温度の操作によるゲルの溶出化等を利用して行うこともできる。
【００９７】
次に、ハイドロゲルのスカフォールドに所定の細胞を播種してなる、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法について説明する。
【００９８】
このような細胞がパターニングされたハイドロゲルは、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液として、更に所定の細胞も含んだ懸濁液を用いて、ハイドロゲルを作製することで、所定の細胞が播種された状態のハイドロゲルを電解液槽の底面上に形成することができる。
【００９９】
ハイドロゲルの作製方法は前述したように、
１）第１の工程と第２の工程とによる方法
２）第１の工程と第２の工程の何れか一方が第１のサブ工程と第２のサブ工程とを含む方法
等があり、第１の工程と第２の工程との何れか一方において、電解液としてハイドロゲルの電解析出を生起する物質と共に所定の細胞のうちの１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いることで、第１のパターンを有するハイドロゲルと第２のパターンを有するハイドロゲルの何れか一方を所定の１種類の細胞が播種された状態とすることができる。
【０１００】
この場合、第１の工程と第２の工程の他方も電解液として上記所定の細胞のうちの１種類とは異なるもう１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いるようにしてもよい。これにより、第１のパターンを有するハイドロゲル及び第２のパターンを有するハイドロゲルを異なる種類の細胞が播種された状態とすることができる。
【０１０１】
また、第１のサブ工程と第２のサブ工程との何れか一方において、上記と同様にして細胞が播種された状態のハイドロゲルが作製されるようにしてもよく、第１のサブ工程と第２のサブ工程の双方において互いに異なる種類の細胞が播種された状態のハイドロゲルが作製されるようにしてもよい。
【０１０２】
図９は図８に示したようなアルギン酸ハイドロゲルとキトサンハイドロゲルの多層構造において、アルギン酸ハイドロゲルに細胞Ａを播種し、キトサンハイドロゲルに細胞Ｂを播種する過程を模式的に示したものである。
【０１０３】
電解液を細胞Ａを含む懸濁液として作用極２０２に電位を印加することにより、図９（２）に示したように作用極２０２上に細胞Ａが播種されたアルギン酸ハイドロゲル１０５’が形成される。図９（３）は懸濁液を除去した状態を示す。次に、電解液を細胞Ｂを含む懸濁液として作用極２０１，２０３に電位を印加する。これにより、図９（５）に示したように作用極２０１，２０３上に細胞Ｂが播種されたキトサンハイドロゲル１０６’が形成される。図９（６）は懸濁液を除去した状態を示す。以下、作用極２０１〜２０３に印加する電位を順次、切り替え、それに合わせて懸濁液を順次、交換することにより、図９（７）に示したような細胞播種構造を有するハイドロゲル１０７’を形成することができる。
【０１０４】
このように、この発明による細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法によれば、３次元的にデザインされた構造的な配置をもってハイドロゲルに細胞を播種することができ、所望の細胞培養構造を作製することができる。
【０１０５】
また、前述のサブパターン除去工程を細胞を播種した後に行ってもよい。
【０１０６】
播種する細胞は全ての哺乳動物の細胞が対象であり、具体的に言えば、ｉＰＳ細胞、ＥＳ細胞、間葉系幹細胞、肝臓細胞、血管内皮細胞、繊維芽細胞などである。血管細胞を例に挙げれば、ハイドロゲルの目的箇所に血管細胞を配置することにより、目的の形の血管を形成することができる。
【０１０７】
細胞がパターニングされたハイドロゲルを作製する際、細胞を効率良く使用できるようにするのが好ましい。このためには、例えば懸濁液を電解液槽に収容した状態で、選択した作用極に所定の電位を印加してハイドロゲルを形成する工程の前に、選択した作用極に所定の周波数の交流電位を印加し、細胞を誘電泳動によって選択した作用極の上に高密度に分布させる誘電泳動工程を実施するのが好ましい。
【０１０８】
図１０はこの誘電泳動の様子を模式的に示したものであり、この例では電解液槽１０の底面１０ａと平行に、底面１０ａの作用極２０の２次元的なアレイが設けられた領域と対向する電極面を有する電極１２０を用いて誘電泳動を行うものとなっている。図１０中、１３０は所定の周波数の交流電位を作用極２０に印加する発振器を示す。また、○印は細胞を示し、破線は電気力線を示す。
【０１０９】
誘電泳動工程を行う場合、この発明によるハイドロゲル作製装置はポテンショスタット５０に加え、このような発振器１３０を具備するものとする。また、誘電泳動工程を行う場合、誘電泳動用の電極１２０はこの発明によるハイドロゲル作製装置及びトランスデューサの電解液槽１０に装備されるか、または装備可能とされる。なお、ハイドロゲルの作製においてＺステージ１１０を使用しない場合は電極１２０がＺステージ１１０と干渉するといったことが生じないため、電極１２０を対極として使用することができ、この場合、図１及び図２における対極３０は不要となる。
【０１１０】
誘電泳動工程はこのような電解液１１中に作用極２０と対向して配置された電極１２０を用いる以外に、例えば作用極２０のまわりにそれぞれ位置するように底面１０ａに設けた電極を用いても行うことができる。
【０１１１】
図１１はこのように誘電泳動用の電極を設けた例を示したものであり、図１１Ａは誘電泳動用の電極１２１を作用極２０のまわりにリング状をなして設けた例を示している。また、図１１Ｂは作用極２０を囲んで誘電泳動用の電極１２２を全面形成した例を示したものである。この発明によるハイドロゲル作製装置及びトランスデューサは誘電泳動工程の実行を可能とすべく、前述した電極１２０に替えて、この図１１Ａ，Ｂに示したような電極１２１や１２２を具備するものとしてもよい。トランスデューサの場合、電極１２１あるいは１２２は第２の電極として、第１の電極としての作用極２０と同様、ＬＳＩチップ８０の造形領域８１に形成される。なお、造形領域８１の電極の表面以外の部位には前述したように撥水処理を施すのが好ましい。
【０１１２】
一方、細胞は一般に負に帯電しているため、選択した作用極上に細胞を集中させ、高密度に分布させるために誘電泳動に替えて電気泳動を用いることもできる。電気泳動は選択した作用極に所定の直流電位を印加することによって行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
この発明による細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法によって作製された細胞埋包ハイドロゲルは例えば動物実験に替わる薬剤評価や手術練習用、医療用材料として利用することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０    電解液槽                            １０ａ    底面
１１    電解液                              １２    穴
２０，２０１〜２０３，２０’    作用極        ２５    絶縁層
３０    対極                                ４０    参照極
５０    ポテンショスタット                  ５１    可変電源
５２    電圧計                              ５３    電流計
６０    スイッチ                            ７０    塩橋
８０    ＬＳＩチップ                        ８１    造形領域
８２    セル                                ９０    基板
９１    配線パターン                        ９２    ボンディングワイヤ
１００〜１０７，１０５’〜１０７’    ハイドロゲル
１１０    Ｚステージ                        １１０ａ    貼着面
１２０〜１２２    電極                      １３０    発振器
【図１】
2018149524.tif 000003
【図２】
2018149524.tif 000004
【図３】
2018149524.tif 000005
【図４】
2018149524.tif 000006
【図５】
2018149524.tif 000007
【図６】
2018149524.tif 000008
【図７】
2018149524.tif 000009
【図８】
2018149524.tif 000010
【図９】
2018149524.tif 000011
【図１０】
2018149524.tif 000012
【図１１】
2018149524.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月11日(2018.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明によるハイドロゲルの電気化学的な作製方法は、電解液中に設置された電極で電気化学的に生成された電極生成物が前記電解液内で誘起する反応によってハイドロゲルが形成される、ハイドロゲルの電解析出を利用したハイドロゲルの電気化学的な作製方法であって、底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有する装置を用意し、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液を前記電解液槽に収容する準備工程と、前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極としての第１の作用極群に所定の電位としての第１の電位を印加して、前記選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成された第１のパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成する第１の工程と、前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極としての第２の作用極群に所定の電位としての第２の電位を印加して、前記選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成された第２のパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成する第２の工程とを有し、前記第１の工程よりも後に前記第２の工程が行われ、前記第１のパターンの前記底面側である下方に前記第２のパターンが重畳してなる２層を少なくとも含む３次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを形成する。以下、この作製方法を第１の作製方法と呼称する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
あるいは、本発明によるハイドロゲルの電気化学的な作製方法は、電解液中に設置された電極で電気化学的に生成された電極生成物が前記電解液内で誘起する反応によってハイドロゲルが形成される、ハイドロゲルの電解析出を利用したハイドロゲルの電気化学的な作製方法であって、底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有する装置を用意し、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液を前記電解液槽に収容する準備工程と、前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加して前記選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成するハイドロゲル形成工程と、ハイドロゲル形成工程の後、その形成された該ハイドロゲルが前記選択された作用極と接触した状態にある時に、前記選択された作用極に前記所定の電位とは異なるハイドロゲル剥離用電位を印加して該ハイドロゲルの前記選択された作用極との接触部位を溶解させ、該ハイドロゲルの前記選択された作用極からの剥離を促す剥離促進工程とを有する。以下、この作製方法を第２の作製方法と呼称する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明による細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法は、ハイドロゲルのスカフォールドに所定の細胞を播種してなる、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法であって、例えば第１の作製方法または第２の作製方法を、前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液として、更に前記所定の細胞も含んだ懸濁液を用いて行うことで、前記所定の細胞が播種された状態のハイドロゲルを前記電解液槽の前記底面上に形成する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
あるいは、本発明による細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法は、ハイドロゲルのスカフォールドに所定の細胞を播種してなる、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法であって、前記所定の細胞には１種類以上の細胞が含まれ、例えば第１の作製方法を、前記第１の工程と前記第２の工程との何れか一方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う工程を有する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
本発明のハイドロゲル作製装置によれば、底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有し、前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加することができるハイドロゲル作製装置であって、前記底面と平行に対向する貼着面を有するとともに前記底面に垂直なＺ方向に変位可能なＺステージを備える。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
本発明のトランスデューサによれば、電解液と前記電解液中で電解析出されるハイドロゲルとを収容することができる電解液槽がＬＳＩチップ上に搭載されてなり、パターニングされたハイドロゲルの電気化学的な作製に用いるトランスデューサであって、前記電解液槽の底面に画定された造形領域には、２次元的なアレイ状に配列されて、前記ＬＳＩチップに設けられている複数の第１の電極が位置しており、前記電解液槽に装備可能とされる、貼着面を有するＺステージを具備し、前記Ｚステージは、前記貼着面が前記底面の前記造形領域と平行に対向するように、前記底面に垂直なＺ方向に変位可能に前記電解液槽に装備することができるものとされている。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３７】
【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】
電解液中に設置された電極で電気化学的に生成された電極生成物が前記電解液内で誘起する反応によってハイドロゲルが形成される、ハイドロゲルの電解析出を利用したハイドロゲルの電気化学的な作製方法であって、
底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有する装置を用意し、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液を前記電解液槽に収容する準備工程と、
前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極としての第１の作用極群に所定の電位としての第１の電位を印加して、前記選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成された第１のパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成する第１の工程と、
前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極としての第２の作用極群に所定の電位としての第２の電位を印加して、前記選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成された第２のパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成する第２の工程とを有し、
前記第１の工程よりも後に前記第２の工程が行われ、
前記第１のパターンの前記底面側である下方に前記第２のパターンが重畳してなる２層を少なくとも含む３次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを形成することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項２】
請求項１に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記第１の工程と前記第２の工程の少なくとも何れか一方は、第１のサブ工程と第２のサブ工程とを含み、対応する前記第１の作用極群と前記第２の作用極群の何れか一方は、第１のサブ作用極群と第２のサブ作用極群とを含み、対応する前記第１の電位と前記第２の電位の何れか一方は、第１のサブ電位と第２のサブ電位とを含み、対応する前記第１のパターンと前記第２のパターンの何れか一方は、第１のサブパターンと第２のサブパターンとを含み、
前記第２のサブ作用極群は、前記第１のサブ作用極群に属しない前記作用極のみで構成され、
前記第１のサブ作用極群に前記第１のサブ電位を印加することで前記第１のサブパターンを有するハイドロゲルが形成され、前記第２のサブ作用極群に前記第２のサブ電位を印加することで前記第２のサブパターンを有するハイドロゲルが形成されることを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項３】
請求項２に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記第２のサブ工程では、所定の条件で溶解するハイドロゲルを形成し、
少なくとも前記第１のサブ工程及び前記第２のサブ工程よりも後に、前記第２のサブパターンを有するハイドロゲルに前記所定の条件を与えることで、前記第２のサブパターンを有するハイドロゲルを溶解させて選択的に除去するサブパターン除去工程を更に有することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記底面と平行に対向する貼着面を有するとともに前記底面に垂直なＺ方向に変位可能なＺステージを更に用意し、
前記第１の工程を、前記貼着面が前記底面から第１の距離だけ離間するように前記Ｚステージを前記電解液中に位置させて行い、前記Ｚ方向に垂直な２つの面のうち前記底面から遠い側である上面が前記貼着面に貼着した状態の前記第１のパターンを有するハイドロゲルを形成し、
その後、前記第１のパターンの上面が前記貼着面に貼着した前記Ｚステージを前記底面から離れる向きに変位させて、前記第１のパターンの前記Ｚ方向に垂直な２つの面のうち前記底面に近い側である下面を前記底面から第２の距離だけ離間させ、
前記第２の工程を、前記下面が前記底面から前記第２の距離だけ離間するように前記第１のパターンを前記電解液中に位置させて行い、前記第１のパターンの前記下面と接続した前記第２のパターンを有するハイドロゲルを形成することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項５】
請求項４に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記貼着面は、親水性とする処理が施されていることを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記第１の作用極群のすべては前記第２の作用極群に含まれ、
前記３次元的に画成されたパターンは、前記第１のパターンが前記第２のパターンによって前記下方から支持される構造をもつことを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記第２の作用極群のすべては前記第１の作用極群に含まれ、
前記３次元的に画成されたパターンは、前記第２のパターンが前記第１のパターンによって前記貼着面側である上方から懸下支持される構造をもつことを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記２次元的なアレイを構成する前記複数の作用極は、すべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの作用極の側面は、前記作用極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されていることを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記底面の前記作用極の表面以外の部位に、撥水処理が施されていることを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項９の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法において、
前記選択された作用極に前記所定の電位を印加して前記選択された作用極の配置に対応する前記２次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成し、
その後、その形成された該ハイドロゲルが前記選択された作用極と接触した状態にある時に、前記選択された作用極に前記所定の電位とは異なるハイドロゲル剥離用電位を印加して該ハイドロゲルの前記選択された作用極との接触部位を溶解させ、該ハイドロゲルの前記選択された作用極からの剥離を促す工程を更に有することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項１１】
電解液中に設置された電極で電気化学的に生成された電極生成物が前記電解液内で誘起する反応によってハイドロゲルが形成される、ハイドロゲルの電解析出を利用したハイドロゲルの電気化学的な作製方法であって、
底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有する装置を用意し、ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液を前記電解液槽に収容する準備工程と、
前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加して前記選択された作用極の配置に対応する２次元的に画成されたパターンを有するハイドロゲルを前記底面上に形成するハイドロゲル形成工程と、
ハイドロゲル形成工程の後、その形成された該ハイドロゲルが前記選択された作用極と接触した状態にある時に、前記選択された作用極に前記所定の電位とは異なるハイドロゲル剥離用電位を印加して該ハイドロゲルの前記選択された作用極との接触部位を溶解させ、該ハイドロゲルの前記選択された作用極からの剥離を促す剥離促進工程と
を有することを特徴とするハイドロゲルの電気化学的な作製方法。
【請求項１２】
ハイドロゲルのスカフォールドに所定の細胞を播種してなる、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法であって、
請求項１から請求項１１の何れかに記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法を、前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質を含んだ電解液として、更に前記所定の細胞も含んだ懸濁液を用いて行うことで、前記所定の細胞が播種された状態のハイドロゲルを前記電解液槽の前記底面上に形成することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１３】
ハイドロゲルのスカフォールドに所定の細胞を播種してなる、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法であって、
前記所定の細胞には１種類以上の細胞が含まれ、
請求項１に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法を、前記第１の工程と前記第２の工程との何れか一方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う工程を有することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記第１の工程と前記第２の工程との他方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの前記１種類の細胞とは異なるもう１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行う工程を有することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１５】
ハイドロゲルのスカフォールドに所定の細胞を播種してなる、細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法であって、
前記所定の細胞には１種類以上の細胞が含まれ、
請求項２に記載のハイドロゲルの電気化学的な作製方法を、前記第１のサブ工程と前記第２のサブ工程との何れか一方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行うことを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記第１のサブ工程と前記第２のサブ工程との他方において、当該の前記電解液として当該の前記ハイドロゲルの電解析出を生起する溶質と共に前記所定の細胞のうちの前記１種類の細胞とは異なるもう１種類の細胞を含んだ懸濁液を用いて行うことを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１７】
請求項１２から請求項１６の何れかに記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記懸濁液を前記電解液槽に収容した状態で、前記選択された作用極に前記所定の電位を印加してハイドロゲルを形成する工程の前に、前記選択された作用極に所定の周波数の交流電位を印加し、前記所定の細胞を誘電泳動によって前記選択された作用極の上に高密度に分布させる誘電泳動工程を有することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記誘電泳動工程においては、前記底面と平行に前記底面の前記複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた領域と対向する電極面を有する電極を用いることを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記誘電泳動工程においては、前記複数の作用極の２次元的なアレイのそれぞれのまわりに位置するように前記底面に設けられている電極を用いることを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項２０】
請求項１２から請求項１６の何れかに記載の細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法において、
前記懸濁液を前記電解液槽に収容した状態で、前記選択された作用極に前記所定の電位を印加してハイドロゲルを形成する工程の前に、前記選択された作用極に所定の直流電位を印加し、前記所定の細胞を電気泳動によって前記選択された作用極の上に高密度に分布させる電気泳動工程を有することを特徴とする細胞がパターニングされたハイドロゲルの作製方法。
【請求項２１】
底面に複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた電解液槽と、前記電解液槽の内部に設置される対極とを有し、前記複数の作用極の２次元的なアレイのうちの１つ以上の選択された作用極に所定の電位を印加することができるハイドロゲル作製装置であって、
前記底面と平行に対向する貼着面を有するとともに前記底面に垂直なＺ方向に変位可能なＺステージを備えることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のハイドロゲル作製装置において、
前記貼着面は、親水性とする処理が施されていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２３】
請求項２１または請求項２２に記載のハイドロゲル作製装置において、
前記２次元的なアレイを構成する前記複数の作用極は、すべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの作用極の側面は、前記作用極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２４】
請求項２１から請求項２３の何れかに記載のハイドロゲル作製装置において、
前記底面の前記作用極の表面以外の部位に、撥水処理が施されていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２５】
請求項２１から請求項２４の何れかに記載のハイドロゲル作製装置において、
前記選択された作用極に所定の周波数の交流電位を印加することができる発振器を備えていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載のハイドロゲル作製装置において、
前記電解液槽に装備されるかまたは装備可能な誘電泳動用電極を更に備え、
前記誘電泳動用電極は、その電極面が、前記底面と平行に前記底面の前記複数の作用極の２次元的なアレイが設けられた領域と対向するように前記電解液槽に装備されるかまたは装備可能とされていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載のハイドロゲル作製装置において、
前記電解液槽は誘電泳動用電極を更に備え、
前記誘電泳動用電極は、前記複数の作用極の２次元的なアレイのそれぞれのまわりに位置するように前記底面に設けられていることを特徴とするハイドロゲル作製装置。
【請求項２８】
電解液と前記電解液中で電解析出されるハイドロゲルとを収容することができる電解液槽がＬＳＩチップ上に搭載されてなり、パターニングされたハイドロゲルの電気化学的な作製に用いるトランスデューサであって、
前記電解液槽の底面に画定された造形領域には、２次元的なアレイ状に配列されて、前記ＬＳＩチップに設けられている複数の第１の電極が位置しており、
前記電解液槽に装備可能とされる、貼着面を有するＺステージを具備し、
前記Ｚステージは、前記貼着面が前記底面の前記造形領域と平行に対向するように、前記底面に垂直なＺ方向に変位可能に前記電解液槽に装備することができるものとされていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項２９】
請求項２８に記載のトランスデューサにおいて、
前記貼着面は、親水性とする処理が施されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３０】
請求項２８または請求項２９に記載のトランスデューサにおいて、
前記複数の第１の電極は、すべて前記底面から突出しており、その突出したそれぞれの第１の電極の側面は、前記第１の電極と共に前記底面から突出するように形成された絶縁層に囲繞されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３１】
請求項２８から請求項３０の何れかに記載のトランスデューサにおいて、
前記造形領域の前記第１の電極の表面以外の部位に、撥水処理が施されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３２】
請求項２８から請求項３０の何れかに記載のトランスデューサにおいて、
前記造形領域には、前記複数の第１の電極のそれぞれのまわりに位置するように前記ＬＳＩチップに設けられている第２の電極が更に位置していることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３３】
請求項３２に記載のトランスデューサにおいて、
前記第２の電極は、前記第１の電極と導通することなく前記造形領域に全面形成されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３４】
請求項３２または請求項３３に記載のトランスデューサにおいて、
前記造形領域の前記第１の電極の表面及び前記第２の電極の表面以外の部位に、撥水処理が施されていることを特徴とするトランスデューサ。
【請求項３５】
請求項２８から請求項３１の何れかに記載のトランスデューサにおいて、
前記電解液槽に装備されるかまたは装備可能な第２の電極を更に具備し、
前記第２の電極は、その電極面が、前記底面の前記造形領域と平行に対向するように前記電解液槽に装備されるかまたは装備可能とされていることを特徴とするトランスデューサ。