(57)【要約】【課題】磁気駆動式マイクロピラー基板において、目標の鋳型孔のみに確実に磁性体を入れ、自由に磁気駆動できるようにする。【解決手段】複数の鋳型孔が形成された鋳型３の表面にマスク１を付けて、磁性体を入れる予定の鋳型孔以外をマスキングし、磁性体としての鉄粉５を含む鉄粉含有ＰＤＭＳ６をマスキングした鋳型３に注入して遠心処理し、マスクを外した後、鉄粉を含まないＰＤＭＳ８を鋳型３に注入する。この後、鋳型３の背面に永久磁石９をあてがいながら焼き固めて、磁気駆動式マイクロピラー基板１０を生成する。最後に、磁気駆動式マイクロピラー基板１０を鋳型３から剥離する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材部分から複数の突起が立設され、前記複数の突起に選択的に磁性体が埋め込まれた弾性体からなる微小構造体を製造する方法であって、
複数の鋳型孔が形成された鋳型の表面にマスクを付けて、磁性体を入れる予定の鋳型孔以外をマスキングする工程と、
磁性体を含有した弾性材料を前記マスキングした鋳型に注入し、前記マスクを外した後、磁性体を含まない弾性材料を前記鋳型に注入して、前記微小構造体を生成する工程と、
前記鋳型から前記生成された微小構造体を剥離する工程と、を有することを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項２】
前記微小構造体を生成する工程は、前記磁性体を含有した弾性材料を前記マスキングした鋳型に注入した後、遠心処理して前記磁性体を前記鋳型孔に沈ませる工程を有することを特徴とする請求項１に記載の微小構造体の製造方法。
【請求項３】
前記微小構造体を生成する工程は、前記磁性体を含有した弾性材料を前記マスキングした鋳型に注入した後、遠心処理して前記磁性体を前記鋳型孔に沈ませる工程と、前記鋳型の背面に磁石をあてがい磁力によって前記磁性体を前記鋳型孔の底に落とし込む工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の微小構造体の製造方法。
【請求項４】
前記剥離する工程では、剥離方向に磁力を働かせて、前記鋳型から前記微小構造体を剥離することを特徴とする請求項１ないし３のずれか１つに記載の微小構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材部分から複数の突起が立設され、複数の突起に選択的に磁性体が埋め込まれた弾性体からなる変形可能な微小構造体、例えば磁気駆動式マイクロピラー基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、血管や靱帯、骨などを構成する細胞が、力や変形（力学刺激）に反応して機能を変化させることが分かってきている。細胞は、コラーゲンなどの基質に張り付いており、基質の細胞との接着部位（大きさが数μｍの接着部位が点在している）で力学刺激をセンシングしていると考えられているが、そのメカニズムは明らかとなっていない。再生医療などの観点から、細胞と基質との接着部位に力や変形を加え、細胞の応答を詳しく調べることができる手法が求められている。
【０００３】
このような観点から、最近、シリコーンゴムなどで直径・高さが数μｍ程の柱が無数に並んだ「マイクロピラー」を作製し、これらに微小な磁性体（ニッケル製ナノワイヤ、鉄粉など）を埋め込んで、磁気によって動かす磁気駆動式マイクロピラー基板が開発された（非特許文献１、非特許文献２）。このピラー基板の上に細胞を接着させて培養し、顕微鏡ステージ上で細胞を観察しながら外部から磁場を印加してピラーを動かす。このようにして、細胞の接着部位に力や変形を加え、細胞の応答を詳しく調べる方法が提案され、その有効性が確認されている。
【０００４】
また、特許文献１には、外部磁場を加えて駆動するマイクロ・ナノ構造体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６４９５９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Sniadecki NJ, Anguelouch A, Yang MT, Lamb CM, Liu Z, Kirschner SB, Liu Y, Reich DH, Chen CS: Magnetic microposts as an approach to apply forces to living cells. Proc Natl Acad Sci U S A, Vol.104(37), PP.14553-8, 2007
【非特許文献２】浜田保弘, 長山和亮, 松本健郎：細胞焦点接着斑への力学刺激負荷を目指した磁性粒子埋込型マイクロピラーデバイス開発に関する基礎研究，第１９回バイオフロンティア講演会講演論文, pp.177-178, 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁気駆動式マイクロピラーの従来の作製方法では、まず、エタノールに微小磁性体（ナノワイヤや磁性粒子など）を混合し、マイクロピラー鋳型の孔に流し込み乾燥させる。その後、鋳型にシリコーンエラストマーを流し込んで、鋳型の背面に磁石をあてがい磁力によって磁性体を鋳型の孔の底に落とし込む。そしてシリコーンエラストマーを焼き固め、鋳型からシリコーン製ピラーを剥がし取る。
【０００８】
従来法では、市販レベルの磁性体（最小直径が１μｍ程度の磁性粒子）を、直径数μｍ程の鋳型孔に流し込むのは困難である。磁性粒子を大量に混入すると、鋳型の背面に磁石をあてがったときに、鋳型孔に入る前に媒質中で磁性体同士が連結してしまい、機能を果たさなくなる。そのため、微量の磁性体しか混入できず、磁性体が入る孔はランダムでありどこに入るか分からない。作製できた磁気駆動式マイクロピラーの歩留まり（全ピラー数に対する磁性体が入ったピラーの割合）も１％以下であった（非特許文献１、２）。そのため、できあがったピラー基板を用いた場合、細胞の特定の接着部位に力や変形を加えることができず、たまたま磁性体の入ったピラー上に付着した細胞を計測対象としなければならない、などの問題があった。
【０００９】
なお、特許文献１の実施例で示しているようにピラーの直径を５０μｍ程度までサイズを拡大すれば、前述の磁性体も鋳型孔に入りやすくなるが、このサイズでは細胞まるごと１個と同程度であり、もはや細胞と基質との個々の接着部位（大きさが数μｍ）に力や変形を加えることはできない。
【００１０】
つまり、従来技術では、大きさが数μｍ以下の磁気駆動式マイクロピラー基板の作製において、磁気駆動できるピラーの作製位置はランダムであり、作製の歩留まりが悪いという問題があった。
【００１１】
本発明は上記点に鑑みて、上記したような微小構造体において、目標の鋳型孔のみに確実に磁性体を入れることが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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、基材部分から複数の突起が立設され、複数の突起に選択的に磁性体が埋め込まれた弾性体からなる微小構造体を製造する方法であって、
複数の鋳型孔が形成された鋳型の表面にマスクを付けて、磁性体を入れる予定の鋳型孔以外をマスキングする工程と、
磁性体を含有した弾性材料をマスキングした鋳型に注入し、マスクを外した後、磁性体を含まない弾性材料を鋳型に注入して、微小構造体を生成する工程と、
鋳型から微小構造体を剥離する工程と、を有することを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、磁性体を入れる予定の鋳型孔以外をマスキングすることにより、目標の鋳型孔のみに確実に磁性体を入れることができ、磁気駆動式マイクロピラー基板とした場合、外部磁場によって弾性変形できる突起の位置を限定することができる。
【００１４】
この場合、磁性体を含有した弾性材料をマスキングした鋳型に注入した後、遠心処理して磁性体を鋳型孔に沈ませる工程および／または鋳型の背面に磁石をあてがい磁力によって磁性体を鋳型孔の底に落とし込む工程を有することにより、鋳型孔に磁性体を確実に落とし込むことができる。
【００１５】
また、剥離する工程において、剥離方向に磁力を働かせて、鋳型から微小構造体を剥離するようにすれば、微小構造体に損傷を与えずに剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】鋳型孔をマスキングする方法を示す図である。
【図２】マスキングした箇所以外の鋳型孔に磁性体を高濃度で入れる方法を示す図である。
【図３】磁性体を埋め込んだピラーに損傷を与えず鋳型から剥離する方法を示す図である。
【図４】マスクを使用して特定領域のみに作製した磁気駆動式マイクロピラーの写真である。
【図５】外部磁場の大きさと、磁気駆動式マイクロピラーの先端に生じる力の関係の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本実施形態に係る磁気駆動式微小構造体の製造方法について説明する。この実施形態は、シリコーンゴムなどの弾性体で作製した数μｍの大きさの微小な突起が並んだ構造体において、外部磁場を印加して弾性変形させて任意の位置の突起型構造体のみを動かすことができるデバイスを、歩留まり良く作製する方法である。
【００１８】
まず、図１に示すように、シリコーンゴム薄膜などで作製したマスク１を、マイクロマニピュレータ２を用いて、ステージ上に静置したマイクロピラー用鋳型３（フォトリソグラフィー法で作製）の表面に貼り付け、磁性体を入れる予定の鋳型孔４以外を予めマスキングする。あるいは逆にマスク１をステージ上に静置し、マイクロマニピュレータ２を用いて、マスクの所望の位置に鋳型３を貼り付けてマスキングしても良い。これらの作業は光学顕微鏡ステージ上などで観察しながら行う。
【００１９】
次に、図２に示すように、磁性体として鉄粉（ＢＡＳＦ（株）製ＨＱなど。平均直径約１μｍ）５を使用し、シリコーンエラストマ用硬化剤に対して比較的高濃度（１ｇ／ｍｌ程度）に混ぜる。この混合液と弾性材料としてのシリコーンエラストマ(Polydimethylsiloxane:ＰＤＭＳ、(Sylgard 184,Dow-corning など))を所定の体積比でさらに混合し、鉄粉含有ＰＤＭＳ６を作成する。鉄粉含有ＰＤＭＳ６を前述のマスキングした鋳型３に注ぎ、冷蔵庫内で静置し脱気する。その後、汎用の遠心分離器などを用いて鋳型３ごと４０００ｒｐｍで１０分間ほど遠心処理して鉄粉５を鋳型孔４に十分沈ませる。さらに鉄粉含有ＰＤＭＳ６を鋳型３に滴下し、微小なへら（ガラス管などで作製）７を用いて領域全体に行き渡るように薄く延ばす。再び鋳型３ごと４０００ｒｐｍで１０分間ほど遠心処理して鉄粉５を鋳型孔４に十分沈ませる。この操作を複数回繰り返す。
【００２０】
この後、マスク１を外して、鉄粉を含まないＰＤＭＳ（シリコンエラストマと硬化剤の混合液）８を鋳型３に注入し、冷蔵庫内で静置し脱気する。このようにしてピラー以外の基材部分には鉄粉５が含まれないようにする。
【００２１】
鋳型３の背面に永久磁石（市販のネオジム磁石などの強力なもの）９をあてがいながらオーブンを用いて１００℃で１時間焼き固める。
【００２２】
この図２に示す工程によって、微小構造体としての磁気駆動式マイクロピラー基板１０が生成される。
【００２３】
次に、鋳型３の背面の永久磁石９を剥がし、図３に示すように、焼き固まった磁気駆動式マイクロピラー基板１０の背面に永久磁石９を両面テープなどで接着した状態で、鋳型３を剥がす。このようにすることで、磁力によって磁性体が埋め込まれたピラー表面と鋳型孔４内面とが部分的に剥離し、ピラーが剥がし易くなり、剥離時にピラーがちぎれてしまうことを防ぐ（これを行わないと３割程度の磁気駆動式マイクロピラーがちぎれてしまう）。剥離に要する時間は数秒程度とする。
【００２４】
作製した磁気駆動式マイクロピラー基板（直径３μｍ、高さ９μｍ、中心間距離９μｍ、バネ定数２６ｎＮ／μｍ）の歩留まりは９５％以上であり、外部から磁場を加えると、鉄粉５が埋め込まれた所定のピラーのみを変形させることができる（図４参照。（Ａ）は磁場負荷前を示し、（Ｂ）は右側より０．３４Ｔの磁場を負荷したときを示している）。
【００２５】
また、本実施形態の方法を用いると、従来法で作製した同一直径のピラー（直径３μｍ、ピラー先端部での最大発生力＝２７ｎＮ：非特許文献１）に比べ、十分に大きな力（最大で１００ｎＮ以上）を発生できることを確認している（図５参照）。なお、図５は、外部磁場の大きさと、磁気駆動式マイクロピラー（直径３μｍ、高さ９μｍ、中心間距離９μｍ、バネ定数２６ｎＮ／μｍ）の先端に生じる力の関係の例を示している。
【００２６】
また、基材にＰＤＭＳを用いた場合は、磁性体が埋め込まれたピラー以外の部分は透明であり、生物観察用の倒立型顕微鏡を用いて基板の背面からピラーの変形を観察することができるため、ピラー上に培養した細胞の様子なども観察することができる。
【００２７】
以上述べたように、本実施形態によれば、大きさが数マイクロメートルの突起が並んだピラーデバイスを作製することができ、そのピラーデバイスによれば、外部磁場を用いて特定のピラーだけを自由に動かすことができる。
【００２８】
また、上記した実施形態によれば、以下の特徴を有する。
【００２９】
・表面に突起（突起型微小構造体）が複数配列されており、その中で特定位置のみの突起型微小構造体を外部磁場によって弾性変形できるようにしたデバイス。
【００３０】
・鋳型孔をマスキングして、外部磁場によって弾性変形できる微小構造体の位置を限定する方法。
【００３１】
・遠心力と磁力を併用して鋳型孔に磁性体を確実に落とし込む方法（鋳型孔の大きさと同程度の磁性体も使用できる。ナノ粒子など入手困難な磁性粒子を用いる必要がない）。
【００３２】
・鋳型から微小構造体を剥離する際に、剥離方向に磁力を働かせて、構造体に損傷を与えずに剥離する方法。
【００３３】
なお、本発明は、上記した実施形態に記載の具体的構成に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で種々の変形が可能である。例えば、磁性体としては鉄粉に限らず他のものであってもよい。また、弾性材料としてはＰＤＭＳに限らず他のものであってもよい。また、微小構造体を生成する工程において、遠心力と磁力を併用して鋳型孔に磁性体を落とし込むものを示したが、そのいずれか１つのみとしてもよい。また、微小構造体を剥離する工程において、磁気駆動式マイクロピラー基板１０の背面に磁石をあてがうことによって剥離方向に磁力を働かせるものを示したが、それ以外の方法で、剥離方向に磁力を働かせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１      マスク
２      マイクロマニピュレータ
３      マイクロピラー用鋳型
４      鋳型孔
５      磁性体としての鉄粉
６      鉄粉含有ＰＤＭＳ
７      へら
８      鉄粉を含まないＰＤＭＳ
９      永久磁石
１０    磁気駆動式マイクロピラー基板
【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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