(57)【要約】【課題】簡単な手段によってマイクロチップ中で細胞培養を可能にする。【解決手段】ガラス基板１の片面には、数１００μｍ以下の幅、深さを持つ液体試料用流路として用いる微小な流路溝６と、流路溝６の中央部に位置する直径が１ｍｍ程度の細胞培養室用の貫通穴５と、流路溝６の両端部に位置する試料導入及び排出のための貫通穴３，４が形成されている。ガラス基板１の流路溝６が形成されている面とガラス基板２の片面とを向かい合わせて密着させ、液密に接合することで液体試料用の流路溝６及び細胞培養室５を形成する。ガラス基板１上には細胞培養室５の開口部を被うように、細胞培養室５の開口部より大き目の円形に加工された多孔質ガラス板７を配置し、接着剤８によって接着する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を流すことのできる流路と、前記流路につながり流路の流れ方向に垂直な方向の断面積が流路よりも大きくなって細胞を一時保持する細胞培養室とを基板内部に備え、
前記細胞培養室と外部空間との間に存在する壁面の少なくとも一部が多孔質材料となって外気と接していることを特徴とする細胞培養用セル。
【請求項２】
前記基板は複数の基板を接着又は接合して構成されたものであり、それらの複数の基板により前記流路と細胞培養室が形成されている請求項１に記載の細胞培養用セル。
【請求項３】
２枚の基板の対向面の一方又は両方により前記流路が形成され、前記細胞培養室は前記流路につながり一方の基板を貫通した貫通孔として形成されており、その貫通孔の開口が前記多孔質材料としての多孔質な第３の基板により封止されている請求項２に記載の細胞培養用セル。
【請求項４】
前記貫通孔の開口を封止する多孔質な第３の基板は前記一方の基板上で前記開口部領域のみに設けられている請求項３に記載の細胞培養用セル。
【請求項５】
前記貫通孔の開口を封止する多孔質な第３の基板は前記一方の基板とほぼ同形状である請求項３に記載の細胞培養用セル。
【請求項６】
２枚の基板の対向面の一方又は両方により前記流路が形成され、前記細胞培養室は前記流路につながり一方の基板を貫通した貫通孔として形成されており、その貫通孔の開口内に前記多孔質材料である多孔質な第３の基板が嵌め込まれることによりその開口が封止されている請求項２に記載の細胞培養用セル。
【請求項７】
２枚の基板からなり、一方の基板の表面に前記流路と細胞培養室が底をもつ溝として形成されており、その基板の表面側に設けられた他方の基板が前記多孔質材料としての多孔質な基板となっている請求項２に記載の細胞培養用セル。
【請求項８】
前記多孔質材料として多孔質ガラスを用いる請求項１から７のいずれかに記載の細胞培養用セル。
【請求項９】
前記多孔質材料として多孔質樹脂を用いる請求項１から７のいずれかに記載の細胞培養用セル。
【請求項１０】
前記細胞培養室につながる前記流路を複数備え、それらの流路の少なくとも１つには液体の流れを制御するマイクロバルブが設けられている請求項１から９のいずれかに記載の細胞培養用セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細胞を取り扱う際に有効な細胞培養用セルに関し、特にマイクロチップを用いたバイオテクノロジーの研究に利用するのに適する細胞培養用セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
創薬や食品、作物開発や遺伝子工学等幅広く細胞を用いた研究が行われている。従来、細胞はシャーレなどに入れられた培養地等により培養され、様々な実験に用いられている。
【０００３】
細胞の機能解明を行う場合には、多くの薬品や導入物質による反応を調べる必要がある。従って特定の反応を効率よく、一度に多種類、しかも少量の試料で結果が得られる方法が望まれている。
【０００４】
近年、分析化学の分野ではμＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の研究が盛んになりつつあり、マイクロチップを用いて分析の高速・省サンプル・省溶媒化を図ることが期待されている。マイクロチップ上の微小空間中の反応では、従来の化学操作を用いた反応よりも反応効率を向上できる可能性も示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
細胞を培養する際には、細胞の周囲の環境をコントロールする必要がある。特に細胞にとって必要最小限の溶液の入れ替え、及び溶液の状態を安定に保つことが重要である。
【０００６】
しかしながら、マイクロチップでは細胞溶液を処理する空間は、通常閉じた空間となるために、培養液中の炭酸ガス濃度を外気との平衡によって制御する方法が取り辛い。
【０００７】
また、新鮮な培養液を送り続けることにより培養液中の炭酸ガス濃度を制御する方法もあるが、その方法は特に接着性細胞の場合には、溶液の流れがストレスとなったり、細胞が産生する生育に必要な物質が洗い流されてしまう等の原因により上手く細胞培養を行うことができない。
本発明は、簡単な手段によってマイクロチップ中で細胞培養を可能にすることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、気体は通過することができるが液体は通過しない多孔質材料を配置することによって、マイクロチップ中でも外気との平衡により溶液中の炭酸ガス濃度を保つことができる構造を実現する。
【０００９】
すなわち、本発明の細胞培養用セルは、液体を流すことのできる流路と、その流路につながり流路の流れ方向に垂直な方向の断面積が流路よりも大きくなって細胞を一時保持する細胞培養室とを基板内部に備え、細胞培養室と外部空間との間に存在する壁面の少なくとも一部が多孔質材料となって外気と接していることを特徴とするものである。
【００１０】
一般にマイクロチップは、接合面に流路等を形成した基板を張り合わせて作製する。この際、液密であることが求められるので、通常、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、プラスチックといった材料が使用される。これらの材料では、通常液密であると同時に気密にもなり、チップ中に形成された細胞培養室では、流路からの溶液の流れ以外には液体・気体の交換が起こらない構造が一般的である。本発明の細胞培養用セルの構造では、例えば培養室上部の材料を多孔質ガラスにすることによって、溶液の交換は流路からによってのみ起こるが、気体の交換は培養室で外気との間で実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
細胞培養用セルを構成する基板は複数の基板を接着又は接合して構成されたものとすることができ、それらの複数の基板により流路と細胞培養室が形成されている。基板内に流路と細胞培養室を形成するには、このように複数の基板を接着又は接合するのが最も容易である。
【００１２】
複数の基板により流路と細胞培養室を形成した１つの形態は、２枚の基板の対向面の一方又は両方により流路が形成され、細胞培養室は流路につながり一方の基板を貫通した貫通孔として形成されており、その貫通孔の開口が前記多孔質材料としての多孔質な第３の基板により封止されているものである。
【００１３】
その場合、細胞培養室を構成する貫通孔の開口を封止する多孔質な第３の基板は、培養室になる貫通孔が形成されている基板上でその開口部領域のみに設けられているようにすることができる。この場合には、多孔質基板を開口部領域のみに接着又は接合するだけですみ、製作が容易である。
【００１４】
また、細胞培養室を構成する貫通孔の開口を封止する多孔質な第３の基板は、培養室になる貫通孔が形成されている基板とほぼ同形状とすることもできる。この場合には、培養室になる貫通孔が形成されている基板表面が平坦になり、取り扱いが容易になる。
【００１５】
複数の基板により流路と細胞培養室を形成した他の形態は、２枚の基板の対向面の一方又は両方により流路が形成され、細胞培養室は流路につながり一方の基板を貫通した貫通孔として形成されており、その貫通孔の開口内に多孔質材料である多孔質な第３の基板が嵌め込まれることによりその開口が封止されているものである。この場合には、多孔質基板をより確実に接合した細胞培養用セルとすることができる。
【００１６】
複数の基板により流路と細胞培養室を形成したさらに他の形態は、２枚の基板からなり、一方の基板の表面に流路と細胞培養室が底をもつ溝として形成されており、その基板の表面側に設けられた他方の基板が多孔質材料としての多孔質な基板となっているものである。この場合、細胞培養室だけでなく、流路においても外気との平衡により溶液中の炭酸ガス濃度を保つことができるようになる。
【００１７】
多孔質材料として多孔質ガラスや多孔質樹脂を用いることができる。多孔質ガラスとしては、例えばバイコール＃７９３０（コーニング社の製品：穴径が数ｎｍ、厚みが０．５ｍｍである。）などを用いることができる。多孔質樹脂としては、例えばポリ四フッ化エチレンで、穴径が１００ｎｍ程度、厚みが１ｍｍ程度のものなどを使用することができる。
【００１８】
本発明の細胞培養用セルは、細胞培養室につながる流路を複数備え、それらの流路の少なくとも１つには液体の流れを制御するマイクロバルブが設けられているものも含んでいる。このような細胞培養用セルによれば、多様な処理が可能になる。
【００１９】
【実施例】
図１は本発明の細胞培養用セルの一実施例である。（Ａ）〜（Ｃ）はこの細胞培養用セルを構成する３枚の基板をそれぞれ表わしており、（Ｄ）は組み立てられた細胞培養用セルを細胞培養室位置で流路に垂直な方向に切断した状態の断面図、（Ｅ）は組み立てられた細胞培養用セルを流路に沿って切断した状態の断面図である。
【００２０】
１、２はガラス基板、例えば石英基板であり、ガラス基板１の厚みは０．２〜１．０ｍｍ程度、ガラス基板２の厚みは０．１〜１．０ｍｍ程度である。
ガラス基板１の片面には、数１００μｍ以下の幅、深さを持つ液体試料用流路として用いる微小な流路溝６と、流路溝６の中央部に位置する直径が１ｍｍ程度の細胞培養室用の貫通穴５と、流路溝６の両端部に位置する試料導入及び排出のための貫通穴３，４が形成されている。
【００２１】
一方、ガラス基板２は加工を施していない基板である。
ガラス基板１の流路溝６が形成されている面とガラス基板２の片面とを向かい合わせて密着させ、例えばフッ酸溶液による接合などの手段で液密に接合することで液体試料用の流路溝６及び細胞培養室５を形成する。
【００２２】
ガラス基板１上には細胞培養室５の開口部を被うように、細胞培養室５の開口部より大き目の円形に加工された多孔質ガラス板７を配置し、接着剤８によって接着する。多孔質ガラス板７としてはバイコール＃７９３０（コーニング社の製品）を使用する。これにより、一実施例の細胞培養用セルが構成される。
【００２３】
図２は他の実施例を示したものである。ガラス基板１，２及びガラス基板１に形成された流路溝６、細胞培養室用の貫通穴５、並びに試料導入及び排出のための貫通穴３，４は図１の実施例のものと同じである。
【００２４】
この実施例では、ガラス基板１上を被うようにガラス基板１と同じ形状の多孔質ガラス基板１０が設けられている。多孔質ガラス基板１０としても図１の実施例のものと同じものを使用する。多孔質ガラス基板１０にはガラス基板１の貫通穴３，４に対応する位置に貫通穴が形成されている。
【００２５】
ガラス基板１，２及び多孔質ガラス基板１０を図のように向かい合わせて密着させ、例えばフッ酸溶液による接合などの手段で液密に接合することにより細胞培養用セルを形成する。
【００２６】
図３はさらに他の実施例を示したものである。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は流路に沿って切断した状態の断面図である。
１１、１２はガラス基板、例えば厚みが０．２〜１．０ｍｍ程度の石英基板である。
【００２７】
ガラス基板１２の片面には、数１００μｍ以下の幅、深さを持つ液体試料用流路として用いる微小な流路溝１６が形成されている。
【００２８】
ガラス基板１１には流路溝１６の中央部に対応する位置に直径が１ｍｍ程度の細胞培養室用の貫通穴１５と、流路溝１６の両端部に対応する位置に試料導入及び排出のための貫通穴１３，１４が形成されている。細胞培養室用の貫通穴１５はガラス基板１２に対向させられる側で径が小さく、その反対側で径が大きくなるようにテーパ状に広がった形状に形成されている。その貫通穴１５には径の大きい側から多孔質ガラス板１７がはめ込まれ、接着剤１８により接着されることによりその貫通穴１５の径の大きい側の開口を封止するとともに、貫通穴１５の径の小さい側に細胞培養室用の空間を形成している。多孔質ガラス１７としてはバイコール＃７９３０（コーニング社の製品）を使用する。
【００２９】
ガラス基板１２の流路溝１６が形成されている面とガラス基板１１の貫通穴１５の径の小さい側の面とを向かい合わせて密着させ、例えばフッ酸溶液による接合などの手段で液密に接合することにより細胞培養用セルを形成する。
【００３０】
ガラス基板１上には細胞培養室５の開口部を被うように、細胞培養室５の開口部より大き目の円形に加工された多孔質ガラス７を配置し、接着剤８によって接着する。これにより、一実施例の細胞培養用セルが構成される。
【００３１】
図４はさらに他の実施例を示したものである。
２２はガラス基板、例えば厚みが０．２〜１．０ｍｍ程度の石英基板である。ガラス基板２２の片面には、数１００μｍ以下の幅、深さを持つ液体試料用流路として用いる微小な流路溝２６が形成され、その流路溝２６の中央部の位置に直径が１ｍｍ程度で深さが流路溝２６よりも深い細胞培養室用の凹部２５が形成されている。
【００３２】
基板２１は多孔質ガラス基板であり、外形はガラス基板２２と同じ形状をしている。多孔質ガラス基板２１には流路溝２６の両端部に対応する位置に試料導入及び排出のための貫通穴２３，２４がテーパ状に形成されている。多孔質ガラス基板２１としてはバイコール＃７９３０（コーニング社の製品）を使用する。
【００３３】
ガラス基板２２の流路溝２６が形成されている面と多孔質ガラス基板１１の貫通穴２３，２４の径の小さい側の面とを向かい合わせて密着させ、例えばフッ酸溶液による接合などの手段で液密に接合することにより細胞培養用セルを形成する。
【００３４】
図５はさらに他の実施例を示したものであり、図１の実施例において細胞導入側の流路を複数にしたものである。
ガラス基板３１は図１でのガラス基板１に該当するものであるが、細胞培養室につながる一方の流路溝は細胞又は試薬の導入用流路であり、２本に分岐し、記号３６ａ，３６ｂとして示されている。それぞれの導入用流路３６ａ，３６ｂの先端位置には入口となる貫通穴３７ａ，３７ｂが形成されている。導入用流路３６ａ，３６ｂには液の流通を断続するように制御するマイクロバルブ３６ａ，３６ｂがそれぞれ設けられている。マイクロバルブ３６ａ，３６ｂとしては、ピエゾ素子を用いて駆動するもの、電極により駆動するもの、外部に置かれたコンプレッサーからのエアーを用いて駆動するもの、加熱による流体の膨張又は相変化を用いるものなど、既知のいずれのものを使用することもできる。細胞培養室につながる他方の流路溝は細胞導入用流路３６であり、その先端位置には細胞排出用の貫通穴３４が形成されている。
【００３５】
３７は細胞培養室となるガラス基板３１の貫通穴の開口を封止する多孔質ガラス基板である。図には示されていないが、ガラス基板３１の下側には図１のガラス基板２に該当するガラス基板が接合されている。
【００３６】
図５の細胞培養用セルでは、例えば一方の入口３３ａから細胞溶液を導入し、他方の入口３３ｂから試薬を導入するというように、細胞と試薬を別々の入口から導入して細胞培養室で混合して反応させるというような使い方をすることができる。
【００３７】
上記の実施例において、多孔質材料はガラスに限らず、ポリ四フッ化エチレンやその他のプラスチック材を用いても同等の効果を得ることができる。
基板材料も石英ガラスに限られることはなく、他のガラス、Ｓｉ、セラミック、プラスチック等、様々な材料を使用することができる。例えばプラスチック材料を使用する際には、一体成型も可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の細胞培養用セルによれば、細胞培養室と外部空間との間に存在する壁面の少なくとも一部が多孔質材料となって外気と接しているという簡単な構造で安定した細胞培養が可能となる。
本発明の構成は、ごく単純な構造であり、様々な作製工程に導入できるため、バルブ等を組み込んだ複雑なマイクロチップにも展開可能である。
マイクロチップを用いることにより、試料の少量化、測定の高速化、多試料の同時測定等多くのメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の細胞培養用セルを示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）はこの細胞培養用セルを構成する３枚の基板をそれぞれ表わす平面図、（Ｄ）は組み立てられた細胞培養用セルを細胞培養室位置で流路に垂直な方向に切断した状態の断面図、（Ｅ）は組み立てられた細胞培養用セルを流路に沿って切断した状態の断面図である。
【図２】他の実施例の細胞培養用セルを流路に沿って切断した状態で示す断面図である。
【図３】さらに他の実施例の細胞培養用セルを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は流路に沿って切断した状態の断面図である。
【図４】さらに他の実施例の細胞培養用セルを流路に沿って切断した状態で示す断面図である。
【図５】さらに他の実施例の細胞培養用セルを示す平面図である。
【符号の説明】
１，２，１１，１２，２２，３１      ガラス基板
３，４，１３，１４，２３，２４，３３ａ，３３ｂ，３４      貫通穴
６，１６，２６，３６，３６ａ，３６ｂ      流路溝
５，１５，２５      細胞培養室
７，１０，１７，２１，３７      多孔質ガラス板
８，１８      接着剤
【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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