(57)【要約】【課題】より一般的な培養環境において、細胞を特定の位置に配列あるいは集積できるようにすること。【解決手段】細胞パターニング装置１は、細胞の培養ディッシュＤが載置され、培養ディッシュＤに音響放射圧を伝達する伝達媒体１４と、伝達媒体１４に付与される音響放射圧を発生する振動部材１３とを備える。振動部材１３は、各種振動モードで固有振動を発生し、細胞の培地が形成された培養ディッシュＤに音響放射圧を付与する。【選択図】図１
2018042534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞の培養基材が載置され、前記培養基材に音響放射圧を伝達する伝達媒体と、
前記伝達媒体に付与される音響放射圧を発生する音響放射圧発生手段と、
を備えることを特徴とする細胞パターニング装置。
【請求項２】
前記音響放射圧発生手段は、定在波に基づく前記音響放射圧を発生することを特徴とする請求項１に記載の細胞パターニング装置。
【請求項３】
前記伝達媒体は、前記培養基材の音響インピーダンスから設定された範囲以内の音響インピーダンスを有する素材によって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の細胞パターニング装置。
【請求項４】
前記伝達媒体と前記培養基材との間に、液体またはゲル状物質からなる層を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の細胞パターニング装置。
【請求項５】
前記伝達媒体は、上面視において他の部分より音響インピーダンスが低下された部分を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の細胞パターニング装置。
【請求項６】
前記音響放射圧発生手段は、前記培養基材に対して、音響放射圧の分布によって培地内の細胞を移動させる作用よりも、音響流によって培地内の細胞を移動させる作用の方が優位となる音響放射圧を発生することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の細胞パターニング装置。
【請求項７】
細胞の培養基材における細胞をパターニングする細胞パターニング装置であって、
前記培養基材に対して、音響放射圧の分布によって培地内の細胞を移動させる作用よりも、音響流によって培地内の細胞を移動させる作用の方が優位となる音響放射圧を発生する音響放射圧発生手段を備えることを特徴とする細胞パターニング装置。
【請求項８】
細胞の培養基材に音響放射圧を伝達する伝達媒体に前記培養基材を載置し、前記伝達媒体に音響放射圧を付与することにより、前記培養基材内の細胞を音響放射圧の作用によって集積させることを特徴とする細胞パターニング方法。
【請求項９】
細胞の培養基材における細胞をパターニングする細胞パターニング方法であって、
前記培養基材に対して、音響放射圧の分布によって培地内の細胞を移動させる作用よりも、音響流によって培地内の細胞を移動させる作用の方が優位となる音響放射圧を発生させて、前記培養基材内の細胞を集積させることを特徴とする細胞パターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞パターニング装置及び細胞パターニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、細胞工学の分野においては、様々な技術を用いて細胞マニピュレーション技術が開発されている。特に、培養ディッシュ上に細胞を配列あるいは集積する技術は、医学的な応用先の豊富さから、高く注目されている．
ここで、特許文献１には、細胞を配列あるいは集積する技術として、細胞培養面にＰＥＧ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｇｌｙｃｏｌ）末端等を修飾することにより、親水性領域と疎水性領域のパターンを形成し、細胞が親水性領域に集約する性質を利用して、細胞を配列あるいは集積する技術が開示されている。
また、非特許文献１には、培養空間（培養液）に定在波を発生させ、培養空間内に音響放射圧の大きい領域と小さい領域を形成する技術が開示されている。非特許文献１に記載の技術では、音響放射圧の違いにより、細胞を特定の位置に配列あるいは集積するものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８７０７２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Gesellchen F, Bernassau L, Dejardin T, Cumming DRS, Riehle MO, “Cell patterning with a heptagon acoustic tweezer - application in neurite guidance”, Lab Chip. 14, pp.2266 - 2275, 2014.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術においては、特殊な培養環境で細胞を特定の位置に配列あるいは集積することはできるものの、一般に用いられる培養ディッシュ上に細胞を配列あるいは集積することが困難であった。
即ち、特許文献１に記載の技術では、培養面に特殊な加工が施された培養ディッシュにおいて細胞を培養することが必要であり、非特許文献１に記載の技術では、培養空間に定在波を発生できる特別な培養器において細胞を培養することが必要である。
一方、再生医療や創薬研究等の実際の臨床現場では、安全性の観点から細胞の培養にディスポーザブルの培養ディッシュを用いることが一般的である。そのため、このような培養ディッシュ上の一般的な培養環境において細胞を配列あるいは集積することが望まれる。
【０００６】
本発明は、より一般的な培養環境において、細胞を特定の位置に配列あるいは集積できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の細胞パターニング装置は、
細胞の培養基材が載置され、前記培養基材に音響放射圧を伝達する伝達媒体と、
前記伝達媒体に付与される音響放射圧を発生する音響放射圧発生手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、より一般的な培養環境において、細胞を特定の位置に配列あるいは集積することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る細胞パターニング装置１の全体構成を示す模式図である。
【図２】振動部材１３の構成を示す模式図である。
【図３】培地の中央に１つの腹が形成され、腹を囲む円形に節が形成された振動モードにおける音響放射圧と細胞の配列・集積状態を示す図であり、図３（Ａ）は培養ディッシュを上面視した模式図、図３（Ｂ）は培養ディッシュＤの直径方向に沿った断面（図３（Ａ）のＸ−Ｘ’断面）を示す模式図である。
【図４】図３（Ａ）における培地（振動面）の中心から半径方向の各位置における細胞密度と振幅との関係を示すグラフである。
【図５】第２実施形態における細胞パターニング装置１の要部の構成を示す模式図である。
【図６】第３実施形態における細胞パターニング装置１の要部の構成を示す模式図である。
【図７】本実施形態における細胞パターニング装置１によって構成した細胞塊の一例を示す図である。
【図８】培養ディッシュＤの外底面に直接振動を発生させる場合の細胞パターニング装置１の要部の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
［本発明の基本的概念］
本発明は、一般的に用いられているディスポーザブルの培養ディッシュに細胞の培地を形成し、培養ディッシュの外底面（裏面）から振動子によって音響放射圧を発生させる。
このとき、音響インピーダンスが培養ディッシュに近い媒体（水、シリコーンゴム等）を介して振動子を配置すると、固有振動を励振することができ、振動子の振幅分布に応じて分布した音響放射圧を培養ディッシュに伝播することで、細胞を音響放射圧の節の形状に配列あるいは集積（即ち、細胞パターニング）することができる。また、配列あるいは集積後も振動を付与することで、細胞の増殖方向を制御することができる。
また、音響インピーダンスが培養ディッシュに近い媒体を介することなく、培養ディッシュの外底面（裏面）に振動子を直接設置した場合等においても、培養ディッシュ底面が発する音響放射圧に分布を発生することができる、あるいは音響放射圧による音響流を培地に発生させることができ、振動の節あるいは音響流によって形成されるよどみ点に細胞を配列あるいは集積することができる。
このとき音響放射圧を発生させる装置は、超音波モータ等に適用される既存の構成のものを用いることができる。
したがって、本発明によれば、より一般的な培養環境において、細胞を特定の位置に配列あるいは集積することが可能となる。
以下、具体的な実施形態について説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
［構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る細胞パターニング装置１の全体構成を示す模式図である。
図１に示すように、細胞パターニング装置１は、加振ユニット１０と、発信器２０と、位相シフタ３０と、アンプ４０ａ，４０ｂとを備えている。
【００１２】
加振ユニット１０は、下側アクリル板１１と、下側シリコーンラバー部材１２と、振動部材１３と、伝達媒体１４と、上側シリコーンラバー部材１５と、上側アクリル板１６と、ボルト１７及びナット１８とを備えている。なお、図１において、加振ユニット１０は、説明の便宜のため、分解図として示されている。
【００１３】
下側アクリル板１１は、方形のアクリル樹脂によって構成され、細胞パターニング装置１の各部材が設置されるベース部材となる。
下側シリコーンラバー部材１２は、円環形状のシリコーン樹脂によって構成され、下側アクリル板１１の上に設置される。また、下側シリコーンラバー部材１２は、その上に設置される振動部材１３を下側から支持する。
振動部材１３は、圧電素子からなる超音波振動子等を備えて構成され、本実施形態においては、円形の部材として構成されている。また、振動部材１３は、下面を下側シリコーンラバー部材１２に支持されている。本実施形態において、振動部材１３は、後述するように、複数に分割された領域毎に、それぞれ振動子を備える構成となっており、これら複数の振動子に印加する交流電圧の位相を制御することにより、振動部材１３に各種振動モードで固有振動が発生し、細胞の培地が形成された培養ディッシュＤに音響放射圧を付与することができる。
【００１４】
伝達媒体１４は、振動部材１３の上に設置され、樹脂製の培養ディッシュＤ（細胞の培養基材）を載置するためのステージとなる円形の部材によって構成される。また、伝達媒体１４は、培養ディッシュＤの素材と近い音響放射圧の伝達率を有する部材によって構成され、本実施形態においては、シリコーン樹脂によって構成されている。伝達媒体１４を培養ディッシュＤの素材と近い音響放射圧の伝達率を有する部材で構成する理由は、音響放射圧の伝達率が大きく異なると、その境界において、音波が大きく減衰し、効率的に固有振動を発生させることができないためである。なお、ディスポーザブルの培養ディッシュＤを構成する素材は、一般にガラスではなくポリスチレン等の樹脂によって構成されている。
【００１５】
ここで、伝達媒体１４と培養ディッシュＤとの間に、水等の液体やグリセロール等のゲル状物質を介在させることとしてもよい。これら液体あるいはゲル状物質の層が形成されることにより、伝達媒体１４と培養ディッシュＤの外底面（裏面）との間に空気層が生じることを防ぐことができる。なお、これら液体あるいはゲル状物質は、音響放射圧の伝達率が培養ディッシュＤの素材と近いものであるため、音波の減衰を抑制できる。また、伝達媒体１４自体を、これら液体あるいはゲル状物質によって構成することとしてもよい。
【００１６】
上側シリコーンラバー部材１５は、方形のシリコーン樹脂によって構成され、伝達媒体１４の上に設置される。また、上側シリコーンラバー部材１５は、中央に培養ディッシュＤを収容する貫通穴を有すると共に、伝達媒体１４の周縁を上側から支持する。
上側アクリル板１６は、方形のアクリル樹脂によって構成され、上側シリコーンラバー部材１５の上に設置される。また、上側アクリル板１６は、上側シリコーンラバー部材１５と同様に、中央に培養ディッシュＤを収容する貫通穴を有すると共に、上側シリコーンラバー部材１５を上側から支持する。上側アクリル板１６の貫通穴の部分は、適宜、アクリル板等のカバー１６ａによって封止される。
【００１７】
このように、加振ユニット１０においては、下側アクリル板１１、下側シリコーンラバー部材１２、振動部材１３、伝達媒体１４、上側シリコーンラバー部材１５及び上側アクリル板１６が積層して配置されると共に、方形の下側アクリル板１１、下側シリコーンラバー部材１２、上側シリコーンラバー部材１５及び上側アクリル板１６の四隅には、ボルト１７を挿通する貫通穴が形成されている。そして、これらの貫通穴を加振ユニット１０の上側からボルト１７が挿通し、最下部に位置する下側アクリル板１１の下側からナット１８で締め付けることにより、下側アクリル板１１と上側アクリル板１６との間において、各部材が挟み込んで支持される。
【００１８】
発信器２０は、設定された周波数で交流電圧の信号（交流信号）を発生させる。
位相シフタ３０は、発信器２０によって発生された交流信号の位相を１８０度シフトして出力する。
アンプ４０ａは、発信器２０によって発生された交流信号を目的とするレベルに増幅する。
アンプ４０ｂは、位相シフタ３０によって出力された交流信号をアンプ４０ａの出力と同レベルに増幅する。
なお、アンプ４０ａ及びアンプ４０ｂの出力は、振動部材１３における所定領域の振動子にそれぞれ入力され、同位相または１８０度ずれた位相の電圧が振動子に印加される。
【００１９】
［振動部材１３の構成］
図２は、振動部材１３の構成を示す模式図である。
なお、図２は、振動部材１３を裏面から見た状態を示している。
図２に示すように、本実施形態における振動部材１３は、円形の中心から９０度毎に４つの領域に分割され、それぞれの領域に振動子１３ａ〜１３ｄが設置されている。
これら振動子１３ａ〜１３ｄには、アンプ４０ａ，４０ｂのいずれかから出力された交流信号が印加される。
本実施形態においては、振動子１３ａ，１３ｃには、アンプ４０ａから出力された交流信号が印加され、振動子１３ｂ，１３ｄには、アンプ４０ｂから出力された交流信号が印加されている。
【００２０】
［音響放射圧の伝達特性］
伝達媒体１４の音響放射圧の伝達特性に関しては、「音響インピーダンスＺ」と呼ばれる物理量によって規定することができる。
具体的には、伝達媒体１４の音響インピーダンスＺは、
Ｚ＝（伝達媒体の密度）×（伝達媒体内での音速）
で定義される。
【００２１】
また、２つの物質の境界に音波が到達した時、音波の透過率は、
透過率＝（４×Ｚ１×Ｚ２）／（Ｚ１＋Ｚ２）２
で定まる。なお、Ｚ１，Ｚ２は、音波を伝達する１つ目及び２つ目の物質の音響インピーダンスである。
例えば、水と空気とにおける透過率は、
水の音響インピーダンスＺ１＝１．５×１０６［ｋｇ／ｍ２／ｓ］
空気の音響インピーダンスＺ２＝４．０８×１０２［ｋｇ／ｍ２／ｓ］
であるため、上述の透過率の式に代入するとほぼゼロとなる。
即ち、水と空気との間では、音波の透過率はほぼゼロであり、全反射することとなる。
【００２２】
本実施形態における伝達媒体１４は、このような音響インピーダンスの関係を考慮し、培養ディッシュＤの素材の音響インピーダンスから設定された範囲以内の音響インピーダンスを有する素材を選択して構成される。
【００２３】
［動作］
次に、細胞パターニング装置１の動作を説明する。
細胞パターニング装置１の駆動に先立ち、ディスポーザブルな培養ディッシュＤの内底面に培地を形成し、この培地に均一に細胞を分散させる。
そして、この培養ディッシュＤを細胞パターニング装置１のステージ（伝達媒体１４）上に載置する。
この状態において、細胞パターニング装置１の発信器２０が設定された周波数で交流信号を発生させる。
【００２４】
すると、発信器２０によって発生された交流信号が位相シフタ３０によって同位相とされ、あるいは１８０度位相をシフトされ、発信器２０によって発生された交流信号及び位相シフタ３０によって発生された交流信号がそれぞれアンプ４０ａ，４０ｂによって増幅されて、振動部材１３の振動子３０ａ〜３０ｄに印加される。
本実施形態においては、図２に示すように、振動子１３ａ，１３ｃには、アンプ４０ａから出力された交流信号が印加され、振動子１３ｂ，１３ｄには、アンプ４０ｂから出力された交流信号が印加されている。
【００２５】
このとき、印加された交流信号の位相に応じて、振動子１３ａ〜１３ｄが振動を行うことにより、振動部材１３から所定の振動モードに基づく音響放射圧が発生される。
例えば、図２に示す例において、振動子１３ａ，１３ｃに同位相の交流信号が印加され、振動子１３ｂ，１３ｄに位相が１８０度シフトされた交流信号が印加された場合、振動部材１３には、振動子１３ａ〜１３ｄが設置された扇形の領域の境界を節とし、扇形の中心を腹とする定在波が発生する。
すると、この定在波による音響放射圧によって、培養ディッシュＤの培地内の細胞が節に配列あるいは集積されることとなる。
即ち、この場合には、節に対応する十字型の領域に細胞が配列あるいは集積される。
なお、図２に示す例において、例えば、振動子１３ａ，１３ｂに同位相の交流信号が印加され、振動子１３ｃ，１３ｄに位相が１８０度シフトされた交流信号が印加された場合、振動部材１３には、振動子１３ａ，１３ｂが設置された半円状の領域、及び、振動子１３ｃ，１３ｄが設置された半円状の領域の境界を節とし、それぞれの半円状の領域の中心を腹とする定在波が発生する。
この場合には、定在波による音響放射圧によって、節に対応する直線状の領域に細胞が配列あるいは集積される。
【００２６】
このような処理を行うことにより、初期段階（例えば開始から数分〜数十分程度）において、音響放射圧の分布が節となっている部分に細胞が平面的に配列あるいは集積した状態を形成することができる。
この状態においては、配列あるいは集積した細胞間に一定の空間（距離）が存在するため細胞間は主として接着していない状態にあり、細胞の増殖が停止することなく、細胞は周囲の培養液から栄養を吸収して増殖する。
【００２７】
そして、一定時間（例えば２時間）、同様に音響放射圧を継続あるいは断続して発生させながら細胞を培養すると、細胞間及び細胞と培養ディッシュＤの内底面が接着する。このとき、初期段階で形成された細胞の状態が培養ディッシュＤの内底面に沿った平面的な状態となっていることから、各部の細胞に培養液が接触し、引き続き細胞が増殖可能である。即ち、単に球状に凝集された細胞塊の中央等においては、細胞が死滅（細胞死）する場合があるが、本実施形態に係る細胞パターニング装置１においては、このような事態の発生が抑制される。
その結果、音響放射圧によって制御された形状に従って、より健全な細胞をパターニングすることが可能となる。
【００２８】
なお、図２に示す振動部材１３の構成において、振動子１３ａ〜１３ｄに印加される交流信号の位相の組み合わせを適宜選択することにより、培地に発生させる音響放射圧の分布は、種々異ならせることができる。
また、振動部材１３に備えられる振動子は、目的に応じて、２つ以上の任意の数を任意の配置で設置することができ、これらの振動子に位相を選択して交流信号を印加することができる。
これにより、例えば、図２における振動子１３ａ〜１３ｄの全てに同位相の交流信号を印加した場合には、振動部材１３の中央を腹とし、腹を囲む円形の領域を節とする定在波の音響放射圧を発生させることができる。また、振動部材１３に備える振動子の数及びこれらに印加する交流信号の位相を種々変化させることで、より複雑な各種定在波の音響放射圧を発生させることができる。
【００２９】
［実施例］
上述のように、振動部材１３から所定の振動モードに基づく音響放射圧が培養ディッシュＤに伝達されると、培地内の細胞が音響放射圧の分布が節となっている部分に配列あるいは集積される。
例えば、図２における振動子１３ａ〜１３ｄの全てに同位相の交流信号を印加した場合、培地の中央に１つの腹が形成され、腹を囲む円形に節が形成された振動モードとなる。
図３は、培地の中央に１つの腹が形成され、腹を囲む円形に節が形成された振動モードにおける音響放射圧と細胞の配列・集積状態を示す図であり、図３（Ａ）は培養ディッシュを上面視した模式図、図３（Ｂ）は培養ディッシュＤの直径方向に沿った断面（図３（Ａ）のＸ−Ｘ’断面）を示す模式図である。なお、図３（Ａ）は、細胞パターニング装置１によって振動を与えながら細胞を１日培養した後、振動を与えない状態で細胞を３日間培養した結果を表しており、図３（Ｂ）は、細胞パターニング装置１によって振動を与えながら細胞を１日培養した時点での培養ディッシュＤの状態を示している。
【００３０】
図３（Ｂ）に示すように、培地の中央は振動の腹となっていることから細胞が配列あるいは集積されず、培地の中央を囲む円形の節の部分に細胞が配列あるいは集積されている。このような状態が周方向に連続して形成されることにより、図３（Ａ）に示すように、細胞は円環状の領域にパターニングされる。
【００３１】
図４は、図３（Ａ）における培地（振動面）の中心から半径方向の各位置における細胞密度と振幅との関係を示すグラフである。
なお、図４における振幅及び細胞密度は、それぞれの最大値に基づいて正規化した値を示している。
図４に示すように、培地内の振幅が最大の位置（即ち、腹の位置）では、細胞密度がほぼゼロとなっており、培地内の振幅がゼロの位置（即ち、節の位置）では細胞密度が最大となっている。
即ち、培地内において、細胞が音響放射圧の節の形状に配列あるいは集積され、細胞パターニングが実現されていることがわかる。
【００３２】
このように、本実施形態に係る細胞パターニング装置１によれば、より一般的な培養環境において、細胞を特定の位置に配列あるいは集積することが可能となる。
即ち、本実施形態に係る細胞パターニング装置１によれば、音響放射圧を用いて培養ディッシュ上で細胞を非接触・非侵襲で集積することにより、無菌状態の維持が容易となり、振動を付与した状態で長期培養して、細胞の増殖方向を制御できる。また、特別な培養器を用いることなく、一般的な培養ディッシュを使用できるため、従来の細胞操作と同様に作業することができる。さらに、固有振動を用いることにより、これまでの振動を用いた細胞操作技術では困難であった円環形状等にも細胞を配列あるいは集積することができる。
【００３３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態において用いられる細胞パターニング装置１の構成は、第１実施形態における図１に示す構成とほぼ同様である。
ただし、本実施形態においては、伝達媒体１４の構成が第１実施形態と異なっており、伝達媒体１４を所定の形状とすることにより、音響放射圧の伝達を制御する構成となっている。
【００３４】
図５は、第２実施形態における細胞パターニング装置１の要部の構成を示す模式図である。
図５において、伝達媒体１４は、振動部材１３の上に設置され、樹脂製の培養ディッシュＤ（細胞の培養基材）を載置するためのステージとなる円形の部材によって構成される。また、伝達媒体１４は、培養ディッシュＤの素材と近い音響放射圧の伝達率を有する部材によって構成され、本実施形態においては、シリコーン樹脂によって構成されている。さらに、本実施形態において、伝達媒体１４は、目的とする細胞パターニングの形状に応じて、上面視において表裏を貫通する貫通部１４ａを有している。
【００３５】
伝達媒体１４の貫通部１４ａには、培養ディッシュＤの素材と音響放射圧の伝達率が大きく異なる空気層が形成されるため、振動部材１３から振動を印加した場合に、貫通部１４ａの部分は音響放射圧が減衰し、貫通部１４ａの位置に対応する培地には音響放射圧がほぼ伝達されない。
このとき、貫通部１４ａの位置に対応する培地は、音響放射圧が低くなり、定在波の節と同様に、細胞が配列あるいは集積される。
したがって、伝達媒体１４に目的とする形状の貫通部１４ａを形成することで、目的とする細胞パターニングを実現することができる。
【００３６】
なお、本実施形態において振動部材１３が発生する振動は、必ずしも定在波である必要はない。ただし、振動部材１３が発生する振動を定在波とした場合、第１実施形態と同様に、音響放射圧の節に対応する部分にも細胞を配列あるいは集積することができる。
また、本実施形態における振動部材１３としては、第１実施形態における構成と同様のものや、ランジュバン型振動子等を用いることができる。
このように、本実施形態に係る細胞パターニング装置１によれば、より一般的な培養環境において、細胞を特定の位置に配列あるいは集積することが可能となる。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態において用いられる細胞パターニング装置１の構成は、第１実施形態における図１に示す構成とほぼ同様である。
ただし、本実施形態における振動部材１３が発生する振動は、その音響放射圧によって培地内に発生させた音響流の作用によって細胞を集積させる点が第１実施形態と異なっている。
【００３８】
即ち、振動部材１３によって発生された振動による音響放射圧が培養ディッシュＤに付与された場合、培地には振動の振幅に応じた音響流が発生すると共に、音響放射圧の振動の分布が培地に表れる。
このとき、音響流によって細胞を移動させる作用と、音響放射圧の分布によって細胞を移動させる作用とが発生するが、振動の振幅が所定値以下の場合、音響放射圧の分布によって細胞を移動させる作用が優位となり、振動の振幅が所定値を超える場合、音響流によって細胞を移動させる作用が優位となる。例えば、本実施形態における細胞パターニング装置１では、振動の振幅が約１．０［μｍ］までは、音響放射圧の分布によって細胞を移動させる作用が優位となり、振動の振幅が約１．０［μｍ］を超えると、音響流によって細胞を移動させる作用が優位となる。
そこで、本実施形態では、音響放射圧の分布によって培地内の細胞を移動させる作用よりも、音響流によって培地内の細胞を移動させる作用の方が優位となる振幅の音響放射圧を発生させて、培養ディッシュＤ内の細胞を集積させる。
【００３９】
図６は、第３実施形態における細胞パターニング装置１の要部の構成を示す模式図である。
図６において、振動部材１３は、培養ディッシュＤの外底面において、例えば、中心の振幅が周縁部に比べて相対的に大きい振動の音響放射圧を発生させる。
このとき、図６に示すように、培養ディッシュＤの培地において、中心部では内底面から上昇し、周縁部では内底面に向けて下降する音響流が発生する。
すると、培養ディッシュＤの底面中央付近には、培地の流れのよどみが発生し、細胞はこのよどみ付近に集積することとなる。
このように細胞を集積させることで、短時間で比較的大きい細胞塊を構成することができる。
【００４０】
図７は、本実施形態における細胞パターニング装置１によって構成した細胞塊の一例を示す図である。
図７に示すように、本実施形態における細胞パターニング装置１では、直径約７ｍｍの細胞塊が構成され、このような細胞塊を短時間（１０分程度）で構成することが可能である。
なお、図６においては、伝達媒体１４を介して培養ディッシュＤに音響放射圧を伝達する構成としたが、培養ディッシュＤの外底面に直接振動を発生させることとしてもよい。
【００４１】
図８は、培養ディッシュＤの外底面に直接振動を発生させる場合の細胞パターニング装置１の要部の構成を示す模式図である。
図８に示すように、培養ディッシュＤの外底面に直接振動部材１３を設置すること等により、培養ディッシュＤの外底面に振動（固有振動等）を発生させることができる。
この場合にも、図６の場合と同様に、培養ディッシュＤの底面中央付近に、培地の流れのよどみを発生させ、細胞をこのよどみ付近に集積させることができる。
このように、本実施形態に係る細胞パターニング装置１によれば、より一般的な培養環境において、細胞を特定の位置に配列あるいは集積することが可能となる。
【００４２】
なお、本発明は、本発明の効果を奏する範囲で変形、改良等を適宜行うことができ、上述の実施形態に限定されない。
例えば、上述の実施形態において用いられる培養ディッシュＤとしては、温度応答性ポリマーを内底面に有する培養ディッシュ等を含め、ディスポーザブルな各種培養ディッシュを用いることができる。
【００４３】
また、第２実施形態において、伝達媒体１４に備えられる貫通部１４ａは、上面視において表裏を貫通するものとして説明したが、これに限られない。即ち、貫通部１４ａに代えて、他の部分よりも伝達媒体１４の厚みが薄い薄肉部としたり、他の部分よりも伝達媒体の密度が小さい小密度部とする等、他の部分よりも音響インピーダンスが低下された構成とすることができる。
【００４４】
また、第３実施形態において、培養ディッシュＤの培地の中心部では内底面から上昇し、周縁部では内底面に向けて下降する音響流によって、培地の流れのよどみを発生させるものとして説明したが、これに限られない。即ち、培地によどみを発生させることができれば、音響流によって、培養ディッシュＤの内周面に沿って進行する旋回流を発生させることとしてもよい。
【００４５】
また、上述の各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせて、本発明を実施することが可能である。
上述の実施形態における制御のための処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
即ち、上述の処理を実行できる機能が細胞パターニング装置１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
【００４６】
なお、上記実施形態は、本発明を適用した一例を示しており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。即ち、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができ、上記実施形態以外の各種実施形態を取ることが可能である。本発明が取ることができる各種実施形態及びその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４７】
以上のように構成される細胞パターニング装置１は、伝達媒体１４と、振動部材１３とを備えている。
伝達媒体１４は、細胞の培養ディッシュＤが載置され、培養ディッシュＤに音響放射圧を伝達する。
振動部材１３は、伝達媒体１４に付与される音響放射圧を発生する。
これにより、伝達媒体１４を介して培養ディッシュＤに伝達される音響放射圧の作用によって、細胞を集積させることができる。
したがって、より一般的な培養環境において、細胞を特定の位置に配列あるいは集積することが可能となる。
【００４８】
振動部材１３は、定在波に基づく音響放射圧を発生する。
これにより、振動の分布における節の部分に細胞を配列あるいは集積することが可能となる。
【００４９】
伝達媒体１４は、培養ディッシュＤの音響インピーダンスから設定された範囲以内の音響インピーダンスを有する素材によって構成されている。
これにより、音波の減衰を抑制し、音波による細胞の移動をより効率的に行うことができる。
【００５０】
伝達媒体１４と培養ディッシュＤとの間に、液体またはゲル状物質からなる層を有する。
これにより、伝達媒体１４と培養ディッシュＤとの間に空気層が生じることを防ぐことができる。
【００５１】
伝達媒体１４は、上面視において他の部分より音響インピーダンスが低下された部分を有する。
これにより、任意に音響放射圧が低い場所を形成して、この部分に細胞を配列あるいは集積することが可能となる。
【００５２】
振動部材１３は、培養ディッシュＤに対して、音響放射圧の分布によって培地内の細胞を移動させる作用よりも、音響流によって培地内の細胞を移動させる作用の方が優位となる音響放射圧を発生する。
これにより、培地の流れのよどみを発生させ、細胞をよどみ付近に集積させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  細胞パターニング装置、１０  加振ユニット、１１  下側アクリル板、１２  下側シリコーンラバー部材、１３  振動部材、１３ａ〜１３ｄ  振動子、１４  伝達媒体、１４ａ  貫通部、１５  上側シリコーンラバー部材、１６  上側アクリル板、１６ａ  カバー、１７  ボルト、１８  ナット、２０  発信器、３０  位相シフタ、４０ａ，４０ｂ  アンプ、Ｄ  培養ディッシュ
【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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