(57)【要約】【課題】微小セル内への動物培養細胞等、試料導入が容易で、微小セルのさらなる微細化・高集積化、ひいては薬効スクリーニング実験の高効率化が図れるマイクロリアクタに係る技術を提供する。【解決手段】細胞等の試料６に対し、マイクロリアクタ１の内部３が親水性等の親和性、マイクロリアクタ１の周辺部４が撥水性等の非親和性を発現する処理を施された構成を有することを特徴とする。また、加振器等でマイクロリアクタないしその周辺部分に機械的振動９を加えることを特徴とする。この結果、マイクロリアクタ周辺部に滴下された細胞等の試料６は、その部分に付着することなく、移動することが可能となる。また、一旦、マイクロリアクタに導入された細胞等の試料６は、マイクロリアクタ１の内部３に捕捉され、再び外部に出ることがなくなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が導入される凹面を有する複数の凹部が基板上に形成されたマイクロリアクタにおいて、前記凹部の凹面の、導入される前記試料に対する親和性は、前記基板表面の親和性よりも大きいことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項２】
基板上に配設された凹部内に試料を導入し、所定の化学反応を行うマイクロリアクタにおいて、前記凹部の内面が前記試料に対して親和性を有し、前記凹部の開口周辺部分が前記試料に対して非親和性を有することを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項３】
請求項１に記載のマイクロリアクタにおいて、前記凹部は、親水性処理ないし細胞・タンパク質に対する付着性処理が施された凹面を具備することを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項４】
請求項１に記載のマイクロリアクタにおいて、前記凹部の開口周辺部分の前記基板は、撥水性処理ないし細胞・タンパク質に対する非付着性処理が施された表面を備えることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項５】
請求項３に記載のマイクロリアクタにおいて、前記親水性ないしタンパク質に対する付着性処理が施された凹面として、ＣｘＦｙで記述されるフロロカーボン系ガス、ＣｘＨｙＦｚで記述されるハイドロフロロカーボン系ガス、または前記ＣｘＦｙないしＣｘＨｙＦｚと希ガスとの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのガスを用いてプラズマ処理されたガラス基板表面ないしシリコン基板表面を備えたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項６】
請求項４に記載のマイクロリアクタにおいて、前記撥水性処理ないしタンパク質に対する非付着性処理が施された表面として、ガラス基板またはシリコン基板上に設けられたフロロカーボン膜、フッ素系ワニス膜ないしフッ素系樹脂と酸化チタン微粒子の混合物からなる群から選択される少なくとも１つの膜を備えたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項７】
請求項４に記載のマイクロリアクタにおいて、前記撥水性処理ないしタンパク質に対する非付着性処理が施された表面として、ポリ・ジメチル・シロキサンポリマ、ポリエチレン・テレフタレートまたはポリメチル・メタクリレート膜からなる群から選択される少なくとも１つの材料により形成された層を有することを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のマイクロリアクタにおいて、前記凹部が、前記基板上にマトリクス状に配置されていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項９】
請求項１に記載のマイクロリアクタにおいて、前記複数の凹部の各凹面内に電極を備えたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１０】
請求項９に記載のマイクロリアクタにおいて、前記電極が突起状に形成されていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１１】
請求項９に記載のマイクロリアクタにおいて、前記電極に電流を供給するコネクタと、前記コネクタと前記電極とを接続する配線を備えたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のマイクロリアクタにおいて、前記配線が前記基板内部に形成されていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１３】
請求項１に記載のマイクロリアクタにおいて、前記基板内部に形成されたヒータと温度センサを備えたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のマイクロリアクタにおいて、前記ヒータと温度センサに電流を供給する電流端子を備えたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１５】
請求項１に記載のマイクロリアクタにおいて、前記試料の、隣接する前記凹部間の移動を防止するためのグリッドを前記基板上に設けたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１６】
基板上に形成され、試料を導入するための凹面を有する複数の凹部と、前記凹部の凹面内に形成された電極と、前記基板内に形成されたヒータと、前記ヒータを温度調節するための手段と、前記電極に流れる電流を測定するための複数の第１の電流端子と、前記ヒータに電流を供給する第２の電流端子と、前記第１の電流端子と第２の電流端子を含むコネクタとを有し、かつ、前記複数の凹部の各凹面の、導入される前記試料に対する親和性は、基板表面の親和性よりも大きいことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のマイクロリアクタにおいて、前記試料を前記複数の凹部の各凹面内に導入する流路と、前記流路の先端に形成された試料注入口とを備えたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項１８】
第１の試料が導入される複数の凹部が基板上に形成されたマイクロリアクタと、前記マイクロリアクタに第２の試料を導入する手段と、前記マイクロリアクタに導入された前記第１の試料のイオン電流ないし蛍光特性を測定する手段と、前記マイクロリアクタに振動を与える加振器とを備え、かつ、前記複数の凹部の各凹面の、導入される前記第１の試料に対する親和性は、前記基板表面の親和性よりも大きいことを特徴とする試料スクリーニング装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の試料スクリーニング装置において、前記マイクロリアクタに前記第２の試料を導入する手段として、前記複数の凹部の各凹面内に前記第２の試料を注入する手段を備えたことを特徴とする試料スクリーニング装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の試料スクリーニング装置において、前記第２の試料の注入量を調節する手段を備えたことを特徴とする試料スクリーニング装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の試料スクリーニング装置において、前記マイクロリアクタを加熱する手段と、前記マイクロリアクタの温度調節手段とを備えたことを特徴とする試料スクリーニング装置。
【請求項２２】
基板上に形成された凹部内に試料を導入し、所定の化学反応を行うマイクロリアクタの製造方法において、前記凹部の内面に親水性ないし細胞・タンパク質に対する付着性処理を施す工程と、前記凹部以外の基板表面に撥水性ないし細胞・タンパク質に対する非着性処理を施す工程とを有することを特徴とするマイクロリアクタの製造方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載のマイクロリアクタの製造方法において、前記親水性ないしタンパク質に対する付着性処理を施す工程は、前記凹部の内面に、ＣｘＦｙで記述されるフロロカーボン系ガス、ＣｘＨｙＦｚで記述されるハイドロフロロカーボン系ガス、または前記ＣｘＦｙないしＣｘＨｙＦｚと希ガスとの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのガスを用いてプラズマ処理を施し、ガラス基板表面ないしシリコン基板表面を形成する工程を含むことを特徴とするマイクロリアクタの製造方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載のマイクロリアクタの製造方法において、前記撥水性処理ないしタンパク質に対する非付着性処理が施す工程は、前記凹部以外の基板表面に、ガラス基板ないしシリコン基板上に設けられたフロロカーボン膜、フッ素系ワニス膜ないしフッ素系樹脂と酸化チタン微粒子の混合物からなる群から選択される少なくとも１つの膜を形成する工程を含むことを特徴とするマイクロリアクタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学反応用の微小セル構造、いわゆるマイクロリアクタに係る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる高齢化社会、高度医療化社会の到来、あるいはヒト遺伝子の解析完了に伴なって、新薬の開発が活発化している。新薬は、薬物候補物質を探索する創薬、さらに量産用のプロセス開発、スケールアップといった過程を経て製品化される。このうち、創薬において重要なのが、薬物候補物質の細胞レベルでの薬効スクリーニングである。
【０００３】
新薬の細胞レベルでの薬効スクリーニングでは、マイクロリアクタと呼ばれる微小セル構造内に動物の培養細胞や卵母細胞等、各種の細胞を導入した後、薬物候補物質を注入する手法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
その結果、もし、薬物候補物質に対し細胞が感受性を有すれば、細胞膜電位変化、細胞分裂等の形態変化、あるいは、蛍光色素による発色が生じるため、これらを検出することによって、薬物候補物質に対する感受性、すなわち薬効を判定することが可能となる。
【０００５】
また、最近では、微小セルをマトリックス状に多数配置し、スクリーニングのスループットを向上させる検討が併せて提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
従来、セル構造の形成は、例えば、上記の特許文献２で提案されているように、結晶シリコンを母材とし、被エッチング箇所以外の部分をマスキングした後、異方性エッチングを施すことによって行われてきた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３３０６０４号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３７１７３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来法のシステムによれば、細胞レベルでの高スループットな薬効スクリーニング、いわゆる、ハイ・スループット・スクリーニングを実現することができる。ハイ・スループット・スクリーニングを実現する上で重要な要素技術の一つが、細胞を導入する微小セル構造、いわゆるマイクロリアクタである。
【０００９】
しかしながら、上述のマイクロリアクタでは、特に用いられる細胞が球状で大きさもミリメートル・レベルの卵母細胞ではなく、不定形でかつ大きさも１０ミクロン・レベルの動物培養細胞の場合では、微小セル内に細胞を導入し、さらに、これを安定的に保持するのが困難であった。このため、上述従来法のシステムでは、動物培養細胞を利用した、より信頼性の高い薬効スクリーニング実験への対応に課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、微小セル内への動物培養細胞等、試料導入が容易で、微小セルのさらなる微細化・高集積化、ひいては薬効スクリーニング実験等の高効率化が図れるマイクロリアクタに係る技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のマイクロリアクタでは、マイクロリアクタの各部分表面が、試料に対し、異なった極性を発現する処理を施された構成を有することを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明のマイクロリアクタでは、例えば、細胞等の試料に対し、
マイクロリアクタの凹部の内面（凹面）の親和性は、前記基板表面の親和性よりも大きいことを特徴とする。あるいは、マイクロリアクタの凹部の内面が親水性等の親和性、マイクロリアクタの開口周辺部分が撥水性等の非親和性を発現する処理を施すことを特徴とする。また、加振器等でマイクロリアクタないしその周辺部分に機械的振動を加えることを特徴とする。
【００１３】
この結果、マイクロリアクタ周辺部に滴下された細胞等の試料は、その部分に付着することなく、移動することが可能となる。また、一旦、マイクロリアクタに導入された細胞等の試料は、マイクロリアクタ内部に捕捉され、再び外部に出ることがなくなる。これにより、サイズが１０ミクロン程度と極微小かつ不定形の動物細胞を試料に用いても、細胞を安定的にマイクロリアクタ内に固定することが可能となり、マイクロリアクタの微小化・高集積化、ひいては薬効スクリーニング実験等の試料スクリーニングの高効率化を図ることが可能となる。
【００１４】
図１は、本発明によるマイクロリアクタの概念（基本的構成）を説明する図である。
【００１５】
図１において、１は微小セル構造からなるマイクロリアクタ、２はマイクロリアクタの基板、３はマイクロリアクタの凹部の内面（凹面）、４はマイクロリアクタ周辺部、５はマイクロリアクタ周辺部に設けられた、細胞６に対し非親和性を有する膜ないし表面処理層、６は試験用細胞、７は試験用細胞の滴下、８はマイクロリアクタに導入された試験用細胞、９は加振器でマイクロリアクタに加えられた機械的振動を示す。
【００１６】
図１において、マイクロリアクタ１の周辺部４に滴下された細胞６は、周辺部４が細胞６に対して親和性を有する場合、その部分に付着し、マイクロリアクタ１内に導入することが困難になる。一方、周辺部４に細胞６に対して非親和性を有する膜ないし表面処理５を施せば、細胞６は周辺部４に付着することなく、移動することが可能となる。また、マイクロリアクタ１および基板２に振動９を加えることによって、細胞６の移動を促進することができる。さらに、一旦、マイクロリアクタ１に導入された細胞６は、マイクロリアクタ内部３が細胞６に対して親和性を有すれば、その部分に捕捉され、再び外部に出ることがなくなる。この結果、試料サイズが１０ミクロン程度と極微小かつ不定形の動物細胞を試験用細胞６に用いても、細胞６を安定的にマイクロリアクタ内部３に固定することが可能となり、マイクロリアクタの微細化・高集積化、ひいては薬効スクリーニング実験等の試料スクリーニングの高効率化を図ることが可能となる。
【００１７】
なお、図１において、細胞６が隣接するマイクロリアクタ間を移動しないようにするため、基板上に防止用のグリッド８を設けた構成にしてもよい。
【００１８】
ここで、親和性の例として、ガラス表面に代表される、水滴に対し、２０度から３０度程度の接触角を発現する親水性、あるいは細胞・タンパク質に対する付着性、非親和性の例としては、ポリマ表面に代表される、水滴に対し９０度以上の接触角を発現する撥水性、あるいは細胞・タンパク質に対する非付着性がある。
【００１９】
以下、本発明の代表的な構成例を述べる。
【００２０】
（１）試料が導入される凹面を有する複数の凹部が基板上に形成されたマイクロリアクタにおいて、前記凹部の凹面の、導入される前記試料に対する親和性は、前記基板表面の親和性よりも大きいことを特徴とするマイクロリアクタ。
【００２１】
（２）基板上に配設された凹部内に試料を導入し、所定の化学反応を行うマイクロリアクタにおいて、前記凹部の内面が前記試料に対して親和性を有し、前記凹部の開口周辺部分が前記試料に対して非親和性を有することを特徴とするマイクロリアクタ。
【００２２】
（３）前記マイクロリアクタにおいて、前記凹部は、親水性処理ないし細胞・タンパク質に対する付着性処理が施された凹面を具備することを特徴とするマイクロリアクタ。
【００２３】
（４）前記マイクロリアクタにおいて、前記凹部の開口周辺部分の前記基板は、撥水性処理ないし細胞・タンパク質に対する非付着性処理が施された表面を備えることを特徴とするマイクロリアクタ。
【００２４】
（５）基板上に形成され、試料を導入するための凹面を有する複数の凹部と、前記凹部の凹面内に形成された電極と、前記基板内に形成されたヒータと、前記ヒータを温度調節するための手段と、前記電極に流れる電流を測定するための複数の第１の電流端子と、前記ヒータに電流を供給する第２の電流端子と、前記第１の電流端子と第２の電流端子を含むコネクタとを有し、かつ、前記複数の凹部の各凹面の、導入される前記試料に対する親和性は、基板表面の親和性よりも大きいことを特徴とするマイクロリアクタ。
【００２５】
（６）第１の試料が導入される複数の凹部が基板上に形成されたマイクロリアクタと、前記マイクロリアクタに第２の試料を導入する手段と、前記マイクロリアクタに導入された前記第１の試料のイオン電流ないし蛍光特性を測定する手段と、前記マイクロリアクタに振動を与える加振器とを備え、かつ、前記複数の凹部の各凹面の、導入される前記第１の試料に対する親和性は、前記基板表面の親和性よりも大きいことを特徴とする試料スクリーニング装置。
【００２６】
（７）基板上に形成された凹部内に試料を導入し、所定の化学反応を行うマイクロリアクタの製造方法において、前記凹部の内面に親水性ないし細胞・タンパク質に対する付着性処理を施す工程と、前記凹部以外の基板表面に撥水性ないし細胞・タンパク質に対する非着性処理を施す工程とを有することを特徴とするマイクロリアクタの製造方法。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図を参照して説明する。
【００２８】
（実施例１）
図２は、本発明の第１の実施例になるマイクロリアクタ構造を形成するためのプロセス・ステップを示す。図２において、１０はフロロカーボンの堆積膜、１１はレジスト膜、１２はレジスト膜１１の開口部、１３はプラズマ・ドライエッチングによって、膜厚が減少したレジスト膜、１４はレジスト膜１３およびフロロカーボン膜１０の開口部、１５はプラズマ・ドライエッチングによって、膜厚が減少したレジスト膜、１６はマイクロリアクタ１の側壁に付着した堆積物、１７は堆積膜除去後に露出したガラス表面である。
【００２９】
初めに、プロセス・ステップ１に示すように、圧力１パスカル（Ｐａ）から１０Ｐａの６フッ化４炭素（Ｃ４Ｆ６）ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波の範囲でプラズマ化した後、石英等のガラス材からなるマイクロリアクタ用の基板２をＣ４Ｆ６ガスのプラズマ雰囲気中に曝し、膜厚２μｍのフロロカーボン膜（重合膜）１０を堆積させた。なお、堆積中に基板温度、ないしは基板バイアスによるイオン照射成分の制御を行うことによって、フロロカーボン膜１０の緻密性・接着性を改善することが可能であった。さらに、フロロカーボン膜１０上に、貼付け・ベーキングにより膜厚が１０μｍのネガ型ｉ線用レジスト膜１１を形成した。
【００３０】
次に、プロセス・ステップ２に示すように、ｉ線露光装置でマイクロリアクタ周辺部分を５０μｍ□状に露光した後、現像を施し、５０μｍ□の開口部１２を形成した。
【００３１】
次に、プロセス・ステップ３に示すように、圧力１Ｐａから１０Ｐａの酸素（Ｏ２）ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化した後、開口部１２をＯ２ガスのプラズマ雰囲気中に曝して開口部１２下の重合膜１０をドライエッチングで除去し、５０μｍ□の開口部１４を形成した。
【００３２】
次に、プロセス・ステップ４に示すように、圧力１Ｐａから１０ＰａのＣ４Ｆ６、Ｏ２、アルゴン（Ａｒ）の混合ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化し、レジスト膜１３をエッチングマスクに開口部１４下の基板２をプラズマ・ドライエッチングで除去し、マイクロリアクタ１を形成した。
【００３３】
次に、プロセス・ステップ５に示すように、圧力１Ｐａから１０ＰａのＯ２ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化した後、レジスト膜１５をＯ２ガスのプラズマ雰囲気中に曝し、これを除去するとともに、ガラス面１７上の堆積物１６を除去し、ガラス面１７を露出させた。この結果、マイクロリアクタのセル周辺部は撥水性、内部は親水性となり、試験細胞を容易に捕捉することが可能となった。
【００３４】
なお、本実施例では、フロロカーボン膜の堆積ならびにガラス基板のプラズマ・エッチングにＣ４Ｆ６ガスを用いたが、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ６Ｆ８等、一般にＣｘＦｙで記述される他のフロロカーボン系ガス、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２等、一般にＣｘＨｙＦｚらで記述されるハイドロフロロカーボン系ガス、ならびに、これらのガスとヘリウム（Ｈｅ）、Ａｒ、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等、希ガスとの混合物でも、同様な効果を得ることが可能であった。また、これらのガスにＯ２ガスを添加することによって、堆積膜を逆にエッチング除去し、結果として堆積膜厚を容易に調整することが可能であった。
【００３５】
また、本実施例では、基板上にプラズマ重合法を用いて撥水性を有するフロロカーボン膜を設けたが、同等な機能を有する膜をフッ素系ワニス、あるいはフッ素系樹脂微粒子と酸化チタン微粒子の混合物の塗布等、他の方法で設けることも可能である。さらに、シリコン、ガラス等の基板２を、プラズマ、熱等の雰囲気に曝し、表面を窒化させることによっても、撥水性を発現させることが可能であった。
【００３６】
また、本実施例では、親水性ないしタンパク質に対する付着性処理が施された凹面として、また、撥水性処理ないしタンパク質に対する非付着性処理が施された表面として、単一の層あるいは膜を形成することにより構成したが、複数の層あるいは膜で構成しても可能であることは言うまでもない。後述する実施例に対しても、同様である。
【００３７】
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例になるマイクロリアクタ構造を形成するためのプロセス・ステップを示す。図３において、２０は露出したＳｉ（１１１）表面、２１はプラズマ酸化によってＳｉＯ２化したＳｉ（１１１）表面、である。
【００３８】
初めに、プロセス・ステップ１に示すように、圧力１Ｐａから１０ＰａのＣ４Ｆ６ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化した後、（１００）結晶方位面が表面に露出した単結晶Ｓｉからなるマイクロリアクタ用の基板２をＣ４Ｆ６ガスのプラズマ雰囲気中に曝し、膜厚２μｍのフロロカーボン膜１０を堆積させた。なお、堆積中に基板温度、ないしは基板バイアスによるイオン照射成分の制御を行うことによって、重合膜１０の緻密性・接着性を改善することが可能であった。さらに、フロロカーボン膜１０上に、貼付け・ベーキングにより膜厚が１０μｍのネガ型ｉ線用レジスト膜１１を形成した。
【００３９】
次に、プロセス・ステップ２に示すように、ｉ線露光装置でマイクロリアクタ周辺部分を５０μｍ□状に露光・現像し、５０μｍ□のレジスト開口部１２を形成した。なお、この際、開口部１２の正方形の各辺をＳｉ（１１０）方向に一致させた。
【００４０】
次に、プロセス・ステップ３に示すように、圧力１Ｐａから１０ＰａのＯ２ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化した後、基板２をＯ２ガスのプラズマ雰囲気中に曝して、開口部１２下の重合膜１０をプラズマ・ドライエッチングで除去し、５０μｍ□の開口部分１４を形成した。
【００４１】
次に、プロセス・ステップ４に示すように、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、ならびに、テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド（ＴＭＡＨ）水溶液を用いて、開口部１４下の基板２を異方性ウェット・エッチングで除去し、Ｓｉ（１１１）表面２０が露出したマイクロリアクタ１を形成した。
【００４２】
次に、プロセス・ステップ５に示すように、圧力１Ｐａから１０ＰａのＯ２ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化した後、基板２をＯ２ガスのプラズマ雰囲気中に曝して、残りのレジスト膜１３を除去すると共に、露出したＳｉ（１１１）表面２０をＳｉＯ２化した表面２１に形成した。その結果、マイクロリアクタのセル周辺部は撥水性、内部は親水性となり、試験細胞を容易に捕捉することが可能となった。
【００４３】
なお、本実施例ではフロロカーボン膜の堆積にＣ４Ｆ６ガスを用いたが、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ６Ｆ８等、一般にＣｘＦｙで記述される他のフロロカーボン系ガス、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２等、一般にＣｘＨｙＦｚらで記述されるハイドロフロロカーボン系ガス、ならびに、これらのガスとＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等、希ガスとの混合物でも、同様な効果を得ることが可能であった。また、これらのガスにＯ２ガスを添加することによって、堆積膜を逆にエッチング除去し、結果として堆積膜厚を容易に調整することが可能であった。
【００４４】
また、本実施例では基板上にプラズマ重合法を用いて撥水性を有するフロロカーボン膜を設けたが、同等な機能を有する膜をフッ素系ワニス、あるいはフッ素系樹脂微粒子と酸化チタン微粒子の混合物の塗布等、他の方法で設けることも可能であった。さらに、本実施例では、プラズマエッチング法を用いてマイクロリアクタ構造を形成したが、集束イオンビーム等、他の方法を用いてドライエッチングを行ない、マイクロリアクタ構造を形成することが可能であった。
【００４５】
（実施例３）
図４は、本発明の第３の実施例になるマイクロリアクタ構造を形成するためのプロセス・ステップを示す。図４において、３０はプラズマ・ドライエッチングないしはウェット・エッチングで形成したＳｉからなるマイクロリアクタの雌型、３１は下地基板、３２は下地基板３１上にコーティングしたポリ・ジメチル・シロキサン（ＰＤＭＳ）ポリマ、３３は離形したＰＤＭＳからなるマイクロリアクタ１の周辺部に塗布した２−メタクリロイル・オキシ・エチル・ホスホリル・コリン（ＭＰＣ）ポリマ、である。
【００４６】
図５は、図４のプロセス・ステップを用いて形成したマイクロリアクタ構造の他の例を示す。
【００４７】
図４のプロセス・ステップ１〜３に示すように、下地基板３１上にコーティングした膜厚２０μｍのＰＤＭＳポリマ３２上に雌型３０を押し当て、ベーキングを加えた後、雌型３０を取り外して、ＰＤＭＳポリマからなるマイクロリアクタ１を形成した。
【００４８】
次に、プロセス・ステップ４に示すように、マイクロリアクタ１の周辺部分のみに、ノズルを用いて溶媒に溶かしたＭＰＣポリマを塗布・ベークし、ＭＰＣポリマ層３３を形成した。
【００４９】
この結果、試験細胞に血球を用いた場合、マイクロリアクタの周辺部分に滴下された血球の凝固反応が防止されるため、マイクロリアクタ内部に容易に血球を導入することが可能となった。
【００５０】
なお、本実施例では、ＰＤＭＳポリマを用いてマイクロ・リアクタを形成したが、ポリエチレン・テレフタレート、ポリメチル・メタクリレート等、他のポリマを用いても、同等にマイクロ・リアクタ構造を形成することが可能であった。また、実施例１、２に記載したように、石英等のガラス、Ｓｉ等、他の材料を用いて形成したマイクロリアクタ構造について、マイクロ・リアクタ周辺部にＭＰＣポリマ層３３を設けても、同様に血球の付着を防ぐことが可能である。
【００５１】
さらに、マイクロリアクタ内部への血球の導入の容易さに応じて、ＭＰＣポリマ塗布層を、図５のマイクロリアクタ構造（１）に示すように、マイクロリアクタ１内部の一部、あるいはマイクロリアクタ構造（２）に示すように、マイクロリアクタ周辺部４の一部、に設けることが可能である。
【００５２】
（実施例４）
図６は、本発明の第４の実施例になるマイクロリアクタ構造を形成するためのプロセス・ステップを示す。図６において、４０はＳｉＯ２絶縁膜からなる基板、４１は基板４０内に形成した配線、４２は基板４０上に形成した窒化シリコン（ＳｉＮ）のエッチ・ストップ膜、４３はエッチ・ストップ膜４２上に形成したＳｉＯ２絶縁膜、４４はＳｉＯ２絶縁膜４３上に設けられたレジスト膜、４５は配線４１上に位置合わせされた円形状のレジスト開口部、４６は絶縁膜、エッチ・ストップ層に設けられた貫通孔、４７は貫通孔４５に埋め込まれた金属、４８は金属の盛り上がり部分、４９は絶縁膜４３および金属の盛り上がり部分４８上に堆積した絶縁膜、５０は金属周辺部分に残存した絶縁膜を示す。また、金属４７とその盛り上がり部分４８により電極を構成する。
【００５３】
図７は、本発明のマイクロリアクタによって、薬物候補物質に対する試験細胞の膜電位を測定し、薬効スクリーニングを行う計測ステップの概念図を示す。図７において、６０は探針、６１は細胞培養液注入用ノズル、６２は細胞培養液、６３は薬液注入用ノズル、６４は薬液、６５は細胞膜を経由して流れるイオン電流、６６は探針、６７は電流計、である。
【００５４】
図８は、微細セルが４×４個のマトリックス状に配置された基板の概念図を示す。図８において、７０はマイクロリアクタ１が配置された基板（プレート）、７１は７０内に埋め込まれ、マイクロリアクタ１内の探針に導通した配線、７２はコネクタ、７３は基板内に設けられたマイクロリアクタへの薬液搬送用マイクロ流路、７４は薬液注入口、７５はマイクロ流路に設けられたマイクロバルブ、である。
【００５５】
図９は、薬効スクリーニング等、試料スクリーニングの一連の自動化工程を実行する装置構成を示す。図９において、８０は測定装置の本体、８１は基板の搬入口、８２は基板の搬出口、８３は試料細胞の滴下機構、８４は薬液の注入機構（あるいは、探針ユニット）、８５は基板ステージ、８６は加振器、８７、８８、８９は搬送動作、である。
【００５６】
初めに、図６のプロセス・ステップ１に示すように、基板４０上に、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、スパッタリングによる窒化タンタル（ＴａＮ）のシードメタル堆積、電解メッキによる銅（Ｃｕ）の埋め込み、ならびに化学機械研磨の各工程を施して、幅３μｍの配線４１を形成した。
【００５７】
次に、プロセス・ステップ２に示すように、原料ガスを１３．５６ＭＨｚの高周波で解離させ、基板表面上で反応させるプラズマＣＶＤ法によって、膜厚０．５μｍのＳｉＮエッチ・ストップ膜４２、膜厚５μｍのＳｉＯ２絶縁膜４３の堆積を行った。なお、ＳｉＮ膜の原料ガスには、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）の混合ガス、ＳｉＯ２膜の原料ガスには、正珪酸４エチル［Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、ＴＥＯＳ］ガスを用いた。さらに、絶縁膜４３上に、貼付け・ベーキングにより膜厚が１μｍのネガ型ｉ線用レジスト膜４４を形成した後、ｉ線露光装置で１μｍφの円形状に露光した後、現像を施し、１μｍφのレジスト開口部４５を形成した。
【００５８】
次に、プロセス・ステップ３に示すように、圧力１Ｐａから１０ＰａのＣ４Ｆ６、Ａｒ混合ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化し、プラズマ・ドライエッチングでレジスト開口部４５下のＳｉＯ２絶縁膜４３を除去した。また、圧力１Ｐａから１０ＰａのＣＨＦ３、Ａｒ混合ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化し、プラズマ・ドライエッチングでＳｉＮエッチ・ストップ膜４２を除去した。さらに、圧力１Ｐａから１０ＰａのＯ２ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波の範囲でプラズマ化した後、レジスト膜４４をＯ２ガスのプラズマ雰囲気中に曝してこれを除去し、貫通孔４６を形成した。
【００５９】
次に、プロセス・ステップ４に示すように、試料を金（Ａｕ）メッキ液中のアノード側に浸漬させた後、配線４１に通電し、貫通孔４６内にＡｕを析出させて貫通孔４６にＡｕ４７を埋め込んだ後、さらに過剰に通電を行って、Ａｕ４７上に直径が３μｍのＡｕの金属盛り上がり部分４８を形成した。
【００６０】
次に、プロセス・ステップ５に示すように、ＳｉＯ２絶縁膜４３、金属盛り上がり部分４８上に、原料ガスを１３．５６ＭＨｚの高周波で解離させ、基板表面上で反応させるプラズマＣＶＤ法によって、膜厚１０μｍのＳｉＯ２絶縁膜４９を堆積した。なお、ＳｉＯ２絶縁膜の原料ガスには、ＴＥＯＳガスを用いた。さらに、圧力１Ｐａから１０ＰａのＣ４Ｆ６ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化した後、ＳｉＯ２絶縁膜４９をＣ４Ｆ６ガスのプラズマ雰囲気中に曝し、膜厚２μｍのフロロカーボン膜１０を堆積させた。なお、堆積中に基板温度、ないしは基板バイアスによるイオン照射成分の制御を行うことによって、フロロカーボン膜１０の緻密性・接着性を改善することが可能であった。さらに、フロロカーボン膜１０上に、貼付け・ベーキングにより膜厚が１０μｍのネガ型ｉ線用レジスト膜１１を形成した。
【００６１】
次に、プロセス・ステップ６に示すように、ｉ線露光装置でマイクロリアクタ周辺部分を２０μｍ□状に露光・現像し、２０μｍ□のレジスト開口部を形成し、さらに、圧力１Ｐａから１０ＰａのＯ２ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化した後、レジスト開口部をＯ２ガスのプラズマ雰囲気中に曝して、レジスト開口部下のフロロカーボン膜１０をプラズマ・ドライエッチングで除去し、２０μｍ□のレジスト開口部１４を形成した。
【００６２】
次に、プロセス・ステップ７に示すように、圧力１Ｐａから１０ＰａのＣ４Ｆ６、Ａｒ混合ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化し、プラズマ・ドライエッチングでレジスト開口部１４下のＳｉＯ２絶縁膜４９、４３を除去し、マイクロリアクタ１を形成した。この際、金属盛り上がり部分４８の下部はエッチングが進行しないため、絶縁膜の残り５０が形成された。
【００６３】
次に、プロセス・ステップ８に示すように、圧力１Ｐａから１０ＰａのＣＨＦ３、Ａｒ混合ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化し、プラズマ・ドライエッチングでマイクロリアクタ１底部のＳｉＮエッチ・ストップ膜４２を除去した。さらに、圧力１Ｐａから１０ＰａのＯ２ガスを、周波数４５０ＭＨｚ、パワー１０００Ｗの高周波で範囲でプラズマ化した後、マイクロリアクタ１をＯ２ガスのプラズマ雰囲気中に曝し、残りのレジスト膜１５を除去すると共に、マイクロリアクタ側壁の堆積物１６を除去してＳｉＯ２表面を露出させ、その底部に探針を具備したマイクロリアクタ構造を形成した。
【００６４】
なお、本実施例では、配線４１にＣｕ、また、貫通孔４５に埋め込まれた金属４７および金属盛り上がり部分４８をＡｕメッキで形成したが、配線４１にアルミニウムないしアルミニウム合金等、他の金属、貫通孔４５に埋め込まれた金属４７および金属の盛り上がり部分４８を化学気相成長法によるタングステンで形成しても、同様な構造を形成することが可能である。
【００６５】
また、プロセス・ステップ８において、ＳｉＮエッチ・ストップ膜４２を除去せず、試料となる細胞に対し、マイクロリアクタ１の側壁と底部とで、異なった親和性を発現させることも可能である。
【００６６】
次に、本プロセスで形成したマイクロリアクタを用いて、細胞の膜電位測定による薬物候補物質の薬効スクリーニングを行った例を、図７により説明する。
【００６７】
初めに、計測ステップ１に示すように、基板に加振器で横変位１μｍ、縦変位１μｍ、振動数１００Ｈｚの振動９を与えた状態で、サイズが約１０μｍの細胞６をマイクロリアクタ１付近に滴下したところ、フロロカーボン膜１０によって、細胞６はマイクロリアクタ上面への付着が阻止されるとともに、振動９によって、細胞１０はマイクロリアクタ上面を容易に移動することとなった。また、一旦、マイクロリアクタ１内に捕捉された細胞８は、内壁が親水性のため、探針６０が注入された後、再びマイクロリアクタ１外部に出ることがなかった。
【００６８】
次に、計測ステップ２に示すように、ノズル６１でマイクロリアクタ１内に細胞培養液６２を注入したところ、内壁が親水性のため、安定的に細胞培養液６２を注入することが可能であった。
【００６９】
次に、計測ステップ３に示すように、探針６６を細胞８の細胞膜中に注入した後、ノズル６３から、薬物候補物質を含んだ薬液６４を滴下した結果、試験細胞８の細胞膜の受容体に対する薬液６４の感応の有無が、イオン電流６５として電流計６７で観測され、薬物候補物質の高スループットな薬効スクリーニングが可能となった。
【００７０】
なお、本実施例では、マイクロリアクタ１の底部に探針６０を１本のみ設けたが、必要に応じて探針６０を複数本化、ないし、マイクロリアクタ１の底部以外の位置に設けることが可能であった。また、必要に応じて、ＳｉＯ２絶縁膜からなる基板４０、ないしＳｉＯ２絶縁膜４３、４９内部にヒータ、ペルチェ素子、温度センサ等、マイクロリアクタ１の環境制御に必要な機器を設置することが可能である。
【００７１】
また、本実施例では、イオン電流６５の計測手段として探針６０構造を設けたが、必要に応じ、マイクロリアクタ１の底部に貫通孔を設け、細胞８の一部を吸引した後、貫通孔に満たした溶液を介してイオン電流６５を計測することが可能であった。さらに、蛍光・発光特性の測定、ないし、顕微鏡による細胞形態変化（細胞分裂等）の観察といった、イオン電流６５以外の測定手段を用いても、薬効の判定を行うことが可能であった。
【００７２】
図８は、微細セルが４×４個のマトリックス状に配置された基板の概念図を示す。図８において、基板（プレート）７０上にマイクロリアクタ１を複数個配置し、細胞培養液、薬液等、薬効スクリーニングに必要な薬液を注入口７４から注入し、プレート７０内に形成されたマイクロ流路７３、マイクロバルブ７５を介して必要量をマイクロリアクタ１内に供給するとともに、マイクロリアクタ１内に形成された探針からのイオン電流を、プレート７０内に形成された配線７１、ならびにプレート７０に取りつけられたコネクタ７２を介して、イオン電流を外部に取り出すことによって、多数の計測を並列的に行うことが可能となり、薬物候補物質の薬効スクリーニングのさらなる高速化を図ることが可能であった。
【００７３】
なお、図８に示した例では、微細セルが４×４個のマトリックス状に配置された場合について説明したが、本発明では、これに限らず、複数個の微細セルを２次元的に、あるいはマトリックス状に配置された構成を含む。
【００７４】
図９は、薬効スクリーニング等、試料スクリーニングの一連の自動化工程を実行する装置構成の一例を示す。
【００７５】
搬入口８１からプレート７０を搬送動作８７でステージ８５上に搬送し、次に加振器８６でステージ１を介し、計測用プレートに振動９を加えるとともに、滴下機構８３で試験用細胞をプレート７０上のマイクロリアクタ１付近に滴下することによって、マイクロリアクタ内に試験用細胞を導入することができた。次に、搬送動作８８によって、プレート７０を探針ユニット８４の直下に搬送した後、プレート７０内に形成されたマイクロ流路７３を介してマイクロリアクタ内に細胞培養液を注入し、探針ユニット８４を下降させてプローブ探針をマイクロリアクタ内の細胞に注入した。次に、プレート７０内にマイクロ流路７３を介して薬液を注入した。
【００７６】
この結果、プレート７０内部に埋め込まれた配線７１、ならびに、探針ユニット８４の各探針間を流れるイオン電流の測定が可能であった。さらに、計測の終了したプレート７０は、搬送動作８９によって、搬出口８２から装置外に搬出するとともに、新たなプレート７０を搬送することによって、薬物候補物質の薬効スクリーニングを連続的に行うことが可能であった。
【００７７】
さらに、本システムでは、試験用細胞をプレート７０に滴下することによってマイクロリアクタ内に導入したが、プレート７０表面の極性、親和性、撥水性の相違を利用し、選択的に細胞を培養させることによっても、マイクロリアクタ内のみに試験用細胞を導入することが可能であった。また、本システムを細胞培養装置と接合し、予め、試験用細胞をマイクロリアクタ内のみに付着させたプレート７０を搬送することによって、薬効スクリーニングを行うことが可能であった。
【００７８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、マイクロリアクタ用微小反応セル内への細胞導入を容易かつ安定的に行えるため、セルの微細化・高集積化、ひいては、高スループットな薬効スクリーニングが可能なマイクロリアクタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロリアクタの概念を説明する断面図。
【図２】本発明の第１の実施例になるマイクロリアクタを製造するプロセス・ステップを説明する図。
【図３】本発明の第２の実施例になるマイクロリアクタを製造するプロセス・ステップを説明する図。
【図４】本発明の第３の実施例になるマイクロリアクタを製造するプロセス・ステップを説明する図。
【図５】図４に示すプロセス・ステップを用いて形成したマイクロリアクタ構造の一例を示す図。
【図６】本発明の第４の実施例になるマイクロリアクタを製造するプロセス・ステップを説明する図。
【図７】本発明のマイクロリアクタによって、薬物候補物質に対する試験細胞の膜電位を測定し、薬効スクリーニングを行う計測ステップの一例を説明する図。
【図８】マイクロリアクタ用微細セルが４×４個のマトリックス状に配置されたプレートの一例を説明する図。
【図９】薬効スクリーニングの一連の自動化工程を実行する装置構成の一例を説明する図。
【符号の説明】
１…マイクロリアクタ、２…基板、３…マイクロリアクタの凹部の内面（凹面）、４…マイクロリアクタ周辺部、５…膜ないし表面処理、６…試験用細胞、７…試験用細胞の滴下、８…グリッド、９…振動、１０…フロロカーボン膜、１１…レジスト膜、１２…レジスト膜１１の開口部、１３…膜厚が減少したレジスト膜、１４…レジスト膜１３およびプラズマ重合膜１０の開口部、１５…膜厚が減少したレジスト膜、１６…堆積物、１７…ガラス表面、２０…Ｓｉ（１１１）表面、２１…ＳｉＯ２化したＳｉ（１１１）表面、３０…マイクロリアクタの雌型、３１…下地基板、３２…下地基板上にコーティングしたＰＤＭＳポリマ、３３…離形したＰＤＭＳからなるマイクロリアクタ、３４…マイクロリアクタ３３周辺部に塗布したＭＰＣポリマ、４０…ＳｉＯ２絶縁膜からなる基板、４１…基板４０内に形成した配線、４２…基板４０上に形成したＳｉＮエッチ・ストップ膜、４３…ＳｉＮエッチ・ストップ膜４２上に形成したＳｉＯ２絶縁膜、４４…レジスト膜、４５…円形状のレジスト開口部、４６…絶縁膜４３、エッチ・ストップ層４２に設けられた貫通孔、４７…貫通孔４５に埋め込まれた金属、４８…金属の盛り上がり部分、４９…絶縁膜４３および金属の盛り上がり部分４８上に堆積したＳｉＯ２絶縁膜、５０…金属周辺部分に残存した絶縁膜、６０…探針、６１…細胞培養液注入用ノズル、６２…細胞培養液、６３…薬液注入用ノズル、６４…薬液、６５…イオン電流、６６…電流計、７０…マイクロリアクタが配置されたプレート、７１…配線、７２…コネクタ、７３…薬液搬送用マイクロ流路、７４…薬液注入口、７５…マイクロバルブ、８０…測定装置本体、８１…基板搬入口、８２…基板搬出口、８３…試料細胞の滴下機構、８４…薬液の注入機構、８５…基板用ステージ、８６…加振器、８７…搬送動作、８８…搬送動作、８９…搬送動作。
【図１】
2004333404.tif 000003
【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】
2004333404.tif 000008
【図７】
2004333404.tif 000009
【図８】
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【図９】
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