(57)【要約】【課題】本発明は、細胞電気生理センサの生産性を高めることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するため本発明の細胞電気生理センサの製造方法では、実装基板１７に実装した貫通孔１５を有するセンサチップ１６もしくは、実装基板１７に実装前の貫通孔１５を有するセンサチップ１６に、光源１１からの光を照射し、前記センサチップ１６の貫通孔１５から透過してきた光学情報を光学情報取得手段１２によって取得する工程と、前記工程によって取得した光学情報を光学情報処理手段１３によって最小単位で個々に輝度値化処理を行う工程と、前記工程によって得た輝度値の規定値以上の最小単位のものにより構成される構成パターンによって前記貫通孔１５の形状の合否判定を大気中で行う工程とを備えた。これにより、細胞電気生理センサ１４の貫通孔１５の形状を簡易かつ高速に検査することができる。【選択図】図１
2011085579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板に実装した貫通孔を有するセンサチップもしくは、
実装基板に実装前の貫通孔を有するセンサチップに、
光源からの光を照射し、前記センサチップの貫通孔から透過してきた光学情報を光学情報取得手段によって取得する工程と、
前記工程によって取得した光学情報を光学情報処理手段によって最小単位で個々に輝度値化処理を行う工程と、
前記工程によって得た輝度値の規定値以上の最小単位のものにより構成される構成パターンによって前記貫通孔の形状の合否判定を大気中で行う工程とを備えた
細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項２】
前記構成パターンの面積によって前記貫通孔の形状の合否判定を行う
請求項１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項３】
前記構成パターンの最大水平長、最大垂直長によって前記貫通孔の形状の合否判定を行う請求項１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項４】
前記構成パターンの最外周に位置する前記最小単位により構成されるラインによって前記貫通孔の形状の合否判定を行う請求項１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項５】
前記構成パターンの最小径パターンのみを取り出し前記貫通孔の形状の合否判定を行う
請求項３〜４に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項６】
前記光学情報取得手段がモノクロモードに設定された状態のカメラである、
請求項１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項７】
前記光学情報取得手段において、オートフォーカスユニットを用いた請求項１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項８】
前記光学情報を光学情報取得手段によって取得する工程において、前記オートフォーカスユニットによって焦点を合わせる工程と、前記焦点を合わせた面から貫通孔の深さ方向側へ連続ステップ撮影する工程とを備えた請求項７に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項９】
光源と
前記光源からの光学情報を取得する光学情報取得手段と、
前記光学情報取得手段によって取得した光学情報を処理する光学情報処理手段とで構成され、
前記光源と前記光学情報取得手段の間に配した細胞電気生理センサは上面側と下面側を連通させる貫通孔を有し、
前記光学情報処理手段によって前記貫通孔から透過してきた光学情報を最小単位で個々に輝度値化処理を行い、
前記輝度値の規定値以上の最小単位のものにより構成される構成パターンによって前記貫通孔の形状の合否判定を行う細胞電気生理センサの形状検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞の薬理反応分析等に利用できる細胞電気生理センサの製造方法及びその製造方法に用いられる形状検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気生理学におけるパッチクランプ法は、細胞膜に存在するイオンチャンネルを測定する方法として知られており、このパッチクランプ法によってイオンチャンネルの様々な機能が解明されてきた。そして、イオンチャンネルの働きは細胞学において重要な関心事であり、これは薬剤の開発にも応用されている。
【０００３】
しかし、一方でパッチクランプ法は、その測定技術で微細なマイクロピペットを１個の細胞に高い精度で挿入するという極めて高い能力が必要となるため、熟練作業者が必要であり、高いスループットでの測定を必要とする場合には適切な方法でない。
【０００４】
このため、個々の細胞についてマイクロピペットの挿入を必要とせず、減圧を行うだけで自動的に細胞を保持し、測定を行うことができる自動化システムの開発が進んでいる。
【０００５】
図７に示す従来の細胞電気生理センサは、樹脂からなる実装基板１と、この実装基板１の連通孔２に挿入されたシリコンからなるセンサチップ３と、前記実装基板１の上方及び下方にそれぞれ配置された電極４、５とを備えている。また、前記センサチップ３は、貫通孔６を備えている。なお、前記貫通孔６の開口径は細胞を保持するために適した１μｍ〜３μｍである。そして、前記実装基板１の連通孔２内及び前記実装基板１の上側に配置された電解槽７と、前記実装基板１の下側に配置された電解槽８とは、共に電解液で満たされ、これらの電解槽７、８は前記実装基板１と前記センサチップ３とで仕切られている。
【０００６】
そして、前記電解槽７から細胞９を注入し、貫通孔６の上方から加圧、あるいは下方から吸引することで細胞９を貫通孔６の開口部に吸引し捕捉することができる。
【０００７】
そして、例えばこの細胞９の上から薬剤を投与し、前記電解槽７、８間の電位差を電極４、５で測定すれば、細胞９の薬理反応を判断することができる。
【０００８】
なお、上記従来に類似する例は下記の特許文献に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００２−５１８６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この細胞電気生理センサにおいて、細胞９を密着性高く保持し、長時間この状態を維持させるためには、貫通孔６の直径や孔のいびつさなどの孔形状が重要な要因となる。しかし、細胞電気生理センサの貫通孔６は非常に小さいため、貫通孔６の形状を正確に検査するためにはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を使用する必要があり、検査効率が悪いという課題があった。
【００１１】
その理由はＳＥＭで測定を行うためには真空装置の中にサンプルを出し入れする必要があり、準備や待ち時間等が長く、サンプルの全数観察を行うには非常に多くの時間がかかり、量産性に向いていないためである。
【００１２】
本発明は、細胞電気生理センサの生産性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために本発明の細胞電気生理センサの製造方法では、実装基板に実装した貫通孔を有するセンサチップもしくは、実装基板に実装前の貫通孔を有するセンサチップに、光源からの光を照射し、前記センサチップの貫通孔から透過してきた光学情報を光学情報取得手段によって取得する工程と、前記工程によって取得した光学情報を光学情報処理手段によって最小単位で個々に輝度値化処理を行う工程と、前記工程によって得た輝度値の規定値以上の最小単位のものにより構成される構成パターンによって前記貫通孔の形状の合否判定を大気中で行う工程とを備えた。
【発明の効果】
【００１４】
これにより本発明は、細胞電気生理センサの貫通孔の形状を簡易かつ高速に検査することができ、細胞電気生理センサの生産性を高めることができる。
【００１５】
その理由は、真空装置を使用することなく大気中においてさらに非破壊状態で光学的に、貫通孔の形状を検査することができるためである。従って、簡易かつ高速に貫通孔の形状検査が可能となり、その結果、測定精度の高い細胞電気生理センサを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１における細胞電気生理センサ用の形状検査装置の構成図
【図２】実施の形態１において取得した画像写真
【図３】実施の形態１における画像処理により輝度値化処理した後のイメージ図
【図４】実施の形態１における規定の輝度値以上の画素で構成されるパターン図
【図５】実施の形態２における細胞電気生理センサ用の形状検査装置の構成図
【図６】実施の形態３における細胞電気生理センサ用の形状検査装置を用いて取得した画像を示す図
【図７】細胞電気生理センサの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
本実施の形態における細胞電気生理センサの製造方法とその製造方法に用いられる形状検査装置とを説明する。なお各実施の形態において先行する実施の形態と同様の構成をなすものは同じ符号を付して説明し、詳細な説明を省略する場合がある。また本発明は以下の各実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
この形状検査装置は、図１に示すように光を発する光源１１と、この光源１１からの光学情報である画像を取得するための光学情報取得手段１２と、この光学情報取得手段１２で取得した画像を処理するための光学情報処理手段１３とを備えている。前記光学情報取得手段１２にはカメラを、前記光学情報処理手段１３には画像処理装置をそれぞれ用いている。
【００１９】
このような装置構成において、前記光源１１と前記光学情報取得手段１２の間に貫通孔１５を有した細胞電気生理センサ１４を配置し、この貫通孔１５から透過してきた光学画像を取得することによって細胞電気生理センサ１４にある貫通孔１５の形状検査を行う。ここで、細胞電気生理センサ１４とは、貫通孔１５を有するセンサチップ１６と、実装基板１７とを実装させることによって製造できる。センサチップ１６を実装基板１７に実装する方法は、実装基板１７自体に貫通孔１５を直接形成した場合と比較して、コストも下がり、歩留まりも向上し、さらにリペア性を有する。
【００２０】
ここで、形状検査は、この貫通孔１５を有するセンサチップ１６を実装基板１７に実装した状態で行う。
【００２１】
なお、前記光源１１と前記光学情報取得手段１２と前記実装基板１７に実装したセンサチップ１６の貫通孔１５とは一直線上に揃っていることが好ましい。
【００２２】
次に、前記光学情報取得手段１２によって取得した図２に示すような画像の個々の画素を、前記光学情報処理手段１３によって図３に示すように２５６階調で輝度値化処理を行う。なお、０が限りなく黒、２５５が限りなく白であり、その間の値は白と黒の間の輝度値である。ここで、画素は画像における最小単位のことを示す。またデジタル機器は通常８ビットであるので２５６階調での処理とした。
【００２３】
次に、図４に示すように前記光学情報処理手段１３によって処理した規定値以上の輝度値の画素によって構成されるパターン（塗りつぶした部分）を抽出する。ここで規定値以上の輝度値の画素の抽出を行った理由は、貫通孔１５を透過してきた光が貫通孔１５において貫通孔１５周辺に回り込み、光学情報取得手段１２で取得した画像がぼやけた画像になるため、そのままでは明瞭な貫通孔１５の形状を検査することができなくなるためである。特に貫通孔１５の孔径が小さい場合はこの光の回り込みの現象が顕著となる。
【００２４】
その後、前記光学情報処理手段１３によってパターンの面積つまり総画素数を算出することで、形状検査を行う。そして、事前に決定されている基準となるパターンと、この形状検査結果とを比較することにより、合否判定を行う。これは総画素数と貫通孔１５の孔径の相関があるためであり、総画素数は貫通孔１５が真円である場合は、おおよそ貫通孔１５の孔径の２乗に比例する。ここで規定値の設定は、ある程度の実験によって決定する必要がある。その理由は、貫通孔１５の孔径と総画素数の関係が理論的な値とずれてくるためである。このずれが発生してくるのは特に貫通孔１５の孔径が小さい領域で、光の回り込みが多くなっており、貫通孔１５の周りもぼんやりと全体的に明るくなっているためである。そのため輝度値の規定値はある程度高い値（２５５に近い値）に設定し、貫通孔１５の部分のみを検査できるようにすることが望ましい。
【００２５】
また、本実施の形態の変形例としては、光学情報処理手段１３によってパターンの最大水平長、最大垂直長の画素数を抽出することで貫通孔１５の孔径を検査することができる。また、最大水平長と最大垂直長の比を算出することによって、貫通孔１５のいびつさの検査を行うことができる。ここでいびつさとは真円に近い円ではなく楕円形状や貫通孔の一部に欠けや突出があることを言う。
【００２６】
なお、貫通孔１５のいびつさの検査において、貫通孔１５が正方形に近い形状となった場合、最大水平長と最大垂直長の比は１に限りなく近い値となり、貫通孔１５が真円であると誤判定した結果となる。この課題に対し、水平長、垂直長だけでなく、斜め４５度の対角長、斜め１３５度の対角長も測定し、この４つの直径の中で最大径と最小径を抽出する。そしてこの最大径と最小径の比（最大径／最小径）を算出し、判定することで誤判定の課題を低減することができる。
【００２７】
また、水平長、垂直長、斜め４５度の対角長、斜め１３５度の対角長の４分割だけでなく分割数を多くすることで、貫通孔１５のいびつさの検査精度をさらに高めることができる。
【００２８】
なお、光源１１は白色光に比較し、緑、青、紫外領域の光を使用することでより明瞭に貫通孔１５の形状検査を行うことができる。これは波長の短いものを使用することで、貫通孔１５においての光の回り込みを抑制することができるため、貫通孔１５の輪郭がよりはっきりとしてくるためである。
【００２９】
また、光源１１はハロゲン光に比較し、ＬＥＤによる光源１１がより好ましい。これは光源１１の光量の変化がＬＥＤの方が安定しており、寿命が長いためである。
【００３０】
また、光学情報取得手段１２としてのカメラは、モノクロモードに設定されたカメラを使用することが好ましい。モノクロモードを使用することで、カラーモードに比較し高速に画像処理を行うことができる。すなわち貫通孔１５の形状を観察するのみの用途であればカラー情報は必要ないため、その分の画像処理時間を短縮することができ、形状検査を高速にすることができるためである。
【００３１】
また、光学情報取得手段１２にカメラを用いる場合、少なくとも２０倍以上の光学ズーム機能を持たせる必要がある。すなわち、検査対象の貫通孔１５が非常に小さいため、拡大機構を備えていない限り形状まで認識させるのは困難なためであり、好ましくは５０倍程度が検査を行いやすい。
【００３２】
さらに、光学情報取得手段１２にカメラを用いる場合、少なくとも２００万画素以上の画素数を持たせるのが好ましい。すなわち、光学的に拡大した場合であっても貫通孔１５は画像上では点サイズのもので非常に小さく、これを十分な画素数で画像処理を行うためには高画素カメラが必要なためである。ここで例えばカメラが１００万画素であれば、孔径１〜３μｍでは数〜数十画素程度にしかならず、形状検査を行うのに十分でない。好ましくは５００万画素のカメラで十分な画素数が得られ、また画像処理速度も十分早いスピードで行うことができる。
【００３３】
以下、本実施の形態における効果を説明する。
【００３４】
本実施の形態では細胞電気生理センサの貫通孔の形状を高速に検査することができる。
【００３５】
すなわち細胞電気生理センサ１４の貫通孔１５は孔形状が重要であるため、従来はＳＥＭを使用して検査を行う必要があった。ここでＳＥＭを用いて検査を行うためには、真空装置へのサンプルの出し入れが必要である。そのため、準備時間や検査時間が長く必要であり、高速に検査を行うことができず量産性に課題があった。
【００３６】
またＳＥＭによる検査は、一般的に検査画像を明瞭にするために、評価サンプルに対して評価中のチャージアップを防止するために金属を蒸着する必要があり、この場合は破壊検査となってしまう課題があった。
【００３７】
これに対し本実施の形態における細胞電気生理センサの形状検査装置を用いれば、細胞電気生理センサ１４の貫通孔１５を簡易に、高速に、かつ非破壊で検査することができる。
【００３８】
その理由は、本実施の形態では大気中において光学的に貫通孔１５を検査することができるからである。
【００３９】
すなわち、本実施の形態における細胞電気生理センサの形状検査装置を用いれば、図１に示すように大気中において光源１１と光学情報処理手段１２と光学情報取得手段１３とを用いることで貫通孔１５の形状検査を行うことができる。ここで、光源１１と光学情報取得手段１２のみで構成される形状検査では、貫通孔１５の孔径やいびつさまでの形状は明瞭に判断することができない。その理由は、貫通孔１５において光が回りこみ、光学情報取得手段１２によって撮影した画像がぼやけた画像になり、貫通孔１５の形状が判断できないためである。しかし、前述した画像処理を行うことで、貫通孔１５の孔径やいびつさまでの形状を明瞭に判断することができる。
【００４０】
また、本実施の形態における細胞電気生理センサの形状検査装置を用いれば、貫通孔１５の孔形状だけでなく、貫通孔１５の中または上に付着しているゴミを検査することができる。ゴミが検出された場合は除去できるまで洗浄を行うことにより、ゴミが細胞保持の邪魔とならないため、より細胞を密着性高く保持することができるようになる。従って、良品の細胞電気生理センサを提供することができる。
【００４１】
なお、上述した光学情報を光学情報取得手段１２において取得する工程において、オートフォーカスユニット（図示せず）を用いることも可能である。ここでオートフォーカスユニットとは、観察したい面に自動で焦点を合わせることのできる機能を持つユニットのことを言い、細胞電気生理センサ１４のセンサチップ１６の光学情報取得手段１２側の貫通孔１５の開口部を有する（入口に相当する）面に焦点を合わせる工程を備えることによって、検査精度を向上させることができる。
【００４２】
その理由は、貫通孔１５の孔径が深さ方向に分布しており、細胞電気生理センサを用いた測定において細胞の貫通孔１５への高い密着性保持を達成させるためには、この貫通孔１５の最小径が重要となるため、この最小径部分を観察する必要があるからである。
【００４３】
ここで深さ方向とは貫通孔１５がセンサチップ１６を貫通している方向を言う。
【００４４】
一方、数μｍオーダーの貫通孔１５の径を観察するためには高倍率レンズ、例えば５０倍以上のレンズを選定する必要がある。高倍率レンズを選定した場合、焦点が合っている区間つまり焦点深度の値が０．１μｍオーダーとなり、貫通孔１５の一部分の深さのみにしか焦点が合わない状態となる。
【００４５】
この時にオートフォーカスユニットを使用し細胞電気生理センサ１４のセンサチップ１６の光学情報取得手段１２側の貫通孔１５の開口部を有する面に焦点を合わせ、貫通孔１５の深さ方向に一定距離オフセットさせることで、貫通孔１５の最小径部分を測定することができる。その結果、検査精度を向上させることができるのである。
【００４６】
また、このオートフォーカスユニットを使用し、細胞電気生理センサ１４のセンサチップ１６の光学情報取得手段１２側の貫通孔１５の開口部を有する面に焦点を合わせ、焦点を合わせた面から貫通孔１５の深さ方向側へ連続ステップ撮影する工程を備え、撮影したそれぞれの画像に対し輝度値化処理を行うことで、さらに高精度な検査を実現することができる。
【００４７】
その理由は、貫通孔１５の最小径がチップ毎に深さ方向に２〜３μｍばらついていることと、焦点深度が非常に浅いことが原因で、最小径の検査ミスが発生する可能性があるためである。そのため貫通孔１５の深さ方向への連続ステップ撮影を行い、複数のそれぞれの画像の輝度値化処理を行うことで、最小径の検査ミスをなくすことができる。
【００４８】
ここで連続ステップ撮影とは、例えば、輝度値の規定値以上の最小単位のものにより構成される構成パターンの水平長、垂直長をみる場合、複数の画像に対しての水平長、垂直長のデータを取得することができることとなる。そしてその中でも最小径となるものを抽出し、この数値によって検査を行うこととする。
【００４９】
また、連続ステップ撮影を行う時のステップ距離は焦点深度よりも小さい値とし、貫通孔の最小径の検査ミスを発生させないようにすることで、より高精度な検査を行うことができる。
【００５０】
（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、図５に示すように細胞電気生理センサ１４に用いられるセンサチップ１６を配置し、センサチップ１６にある貫通孔１５の孔形状を検査する点である。すなわち、細胞電気生理センサ１４製造時において、貫通孔１５が設けられたセンサチップ１６を実装基板１７に実装する前に、細胞電気生理センサ用のセンサチップ１６の貫通孔１５の形状検査を行うことができる。
【００５１】
そして、事前に決定されている基準となるパターンと、この形状検査結果とを比較することにより、合否判定を行う。従って、実装基板１７に実装前に貫通孔１５の良品と不良品とを形状検査から判断し、不良品のセンサチップ１６を除去することができる。その結果、貫通孔１５の形状が良品のセンサチップのみをプレートに実装することができる。すなわち、不良品の出荷を抑制することができる。また、製造の早い段階で不良品を取り除くことができ、不良品実装等の無駄な時間を削減することができる。
【００５２】
なお、前記光源１１と前記光学情報取得手段１２と実装基板１７に実装する前の前記センサチップ１６の貫通孔１５とは一直線上に揃っていることが好ましい。
【００５３】
なお、細胞電気生理センサの形状検査装置とセンサチップの実装装置とを連動させることで、さらに効率良く細胞電気生理センサ１４を製造することが可能となる。
【００５４】
また本実施の形態における細胞電気生理センサの製造方法で細胞電気生理センサの形状検査装置を用いれば、貫通孔１５の孔形状だけでなく、貫通孔１５の開口不良、貫通孔１５の中または上に付着しているゴミを検査することができる。その結果、不良品を製造の早い段階で取り除くことができ、不良品実装等の無駄な時間を削減することができる。従って、センサチップ１６の段階で検査しておくことでより効率良く生産することができる。
【００５５】
その他、実施の形態１と同様の構成及び効果については説明を省略する。
【００５６】
（実施の形態３）
本実施の形態と実施の形態１との主な違いは、検査方法であり、光学情報処理手段１３から規定値以上の輝度値の画素によって構成されるパターン（塗りつぶした部分）を抽出しパターンを作成した後、作成したパターンの中でも画像の中心を含む最小径パターンを取り出す点である。
【００５７】
ここで画像の中心を含む最小径パターンを取り出す理由は、光源１１の光量や孔形状によって、二重の円や三重の円のパターンになる場合があるためである。これは図６に示すように、貫通孔１５において光が回りこみ、貫通孔１５の部分が白となるだけでなく、貫通孔１５の周りにドーナツ状の明るい干渉縞１８のパターンが出現するためである。このような現象が発生した場合、実施の形態１の方法でそのまま形状検査を行うと、輝度値以上の画素に干渉縞１８の結果が含まれ、誤った検査結果となってしまうため、正確な合否判定ができない。このような現象は、特に貫通孔１５の孔径が小さい領域で発生し、光の回り込みが顕著となるためである。
【００５８】
従って、干渉縞１８のような余計なパターンは除外し、画像の中心を含む最小径部分を選択的に取り出す。そして、前記最小径部分の形状検査を行い、事前に決定されている基準となるパターンと、この形状検査結果とを比較することにより、合否判定を行う。
【００５９】
その結果、干渉縞１８をパターンと間違えることなく、正確な貫通孔１５の孔径やいびつさを効率良く検査することができる。
【００６０】
その他、実施の形態１と同様の構成及び効果については説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる細胞電気生理センサの製造方法及びその製造方法に用いられる形状検査装置は、細胞電気生理センサ用の貫通孔を簡易かつ高速に検査できるため、生産性に優れ、量産性に有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１１  光源
１２  光学情報取得手段
１３  光学情報処理手段
１４  細胞電気生理センサ
１５  貫通孔
１６  センサチップ
１７  実装基板
１８  干渉縞
【図３】
2011085579.tif 000003
【図６】
2011085579.tif 000004
【図７】
2011085579.tif 000005
【図１】
2011085579.tif 000006
【図２】
2011085579.tif 000007
【図４】
2011085579.tif 000008
【図５】
2011085579.tif 000009