(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の貫通孔を有した薄板と、第二の貫通孔を有した保持プレートと、この保持プレートの上部に第三の貫通孔を有した容器プレートを固着させた細胞電気生理センサであって、前記保持プレートと前記容器プレートの接合界面は、この接合界面の一部にリング状に形成した、貴金属、卑金属、塩化銀のいずれか一つからなる材料体あるいはこれら材料の複合体もしくは積層体の外形の一部を介して熱溶着によって固着されている細胞電気生理センサ。
【請求項２】
保持プレートまたは容器プレートを樹脂材料とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項３】
保持プレートと容器プレートの接合界面はレーザ溶着によって固着されている請求項２に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項４】
保持プレートをレーザ光に対して透過性を有した樹脂材料とし、容器プレートをレーザ光に対して吸収発熱する樹脂材料とした請求項２に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項５】
容器プレートをレーザ光に対して透過性を有した樹脂材料とし、保持プレートをレーザ光に対して吸収発熱する樹脂材料とした請求項２に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項６】
第三の貫通孔を保持プレートに向かって内径が小さくなるようにテーパ形状とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項７】
リング状に形成した前記材料体あるいは複合体もしくは積層体の厚みを５μｍ以上とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項８】
リング状に形成した前記材料体あるいは複合体もしくは積層体を銅、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、金、銀、白金および塩化銀のうちいずれか一つを含む材料とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項９】
保持プレートをレーザ光の波長領域に対して透過性を有する樹脂材料とし、且つ前記材料体あるいは複合体もしくは積層体と保持プレートとの接合界面は銅、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、金、銀、白金のいずれか一つを含む材料とした請求項４に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項１０】
容器プレートをレーザ光の波長領域に対して透過性を有する樹脂材料とし、且つ前記材料体あるいは複合体もしくは積層体と容器プレートとの接合界面は、銅、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、金、銀、白金のいずれか一つを含む材料とした請求項５に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項１１】
第一の貫通孔を有した薄板と、第二の貫通孔を有した保持プレートと、前記保持プレートの上部に第三の貫通孔を有した容器プレートを固着させた細胞電気生理センサの製造方法であって、第一の貫通孔を有した薄板を形成する工程と、保持プレートに第二の貫通孔を形成する工程と、この第二の貫通孔の内部に前記薄板を固着する工程と、この第二の貫通孔の周囲にリング状の、貴金属、卑金属、塩化銀のいずれか一つからなる材料体あるいはこれら材料の複合体もしくは積層体を形成する工程と、このリング状の材料体あるいは複合体もしくは積層体の一部を介して前記容器プレートの底部を覆うように前記保持プレートを当接させる工程と、前記容器プレートと前記保持プレートのいずれかの面からレーザ光を照射して前記容器プレートと前記保持プレートを溶融によって固着する工程を含む細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１２】
保持プレートと容器プレートを固着するとき、前記容器プレートの開口部を閉鎖して閉空間を形成する工程を含む請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１３】
閉空間を加圧させながら保持プレートと容器プレートを固着させる工程を含む請求項１２に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞の活動によって発生する物理化学的変化を測定するために用いられる細胞内電位あるいは細胞外電位等の細胞電気生理現象を測定するための細胞電気生理センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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ごとであり、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測定技術に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を必要としているため、熟練作業者が必要であり、高いスループットで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、微細加工技術を利用した平板型プローブの開発がなされており、これらは個々の細胞についてマイクロピペットの挿入を必要としない自動化システムに適している。例えば、２つの領域を分離するキャリアに穴を有し、このキャリアの上下に設置した電極によって電界を発生させることで細胞の穴を効率よく保持し、上下の電極間で電気的測定を行うことで細胞の電気生理的測定を可能にしている。これは、平板に作成された貫通孔はガラスピペットにおける先端穴と同様の役割を果たし、高精度な細胞の電気生理現象を記録できるととともに、平板の裏面側からの吸引などの方法により細胞が自動的に引きつけられ、細胞を容易に保持できるという利点を有している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００２−５０８５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、センサを複数個構成することで一度にたくさんの測定処理を行うことができるが、センサを構成する部材構造の効率的な構成については開示されていない。
【０００６】
本発明は高精度に測定することができる細胞電気生理センサおよびその効率的な製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、第一の貫通孔を有した薄板と、第二の貫通孔を有した保持プレートと、この保持プレートの上部に第三の貫通孔を有した容器プレートを固着させた細胞電気生理センサであって、前記保持プレートと前記容器プレートの接合界面の一部にリング状に形成した、貴金属、卑金属、塩化銀のいずれか一つからなる材料体あるいはこれら材料の複合体もしくは積層体の外形の一部を介して溶融固着したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の細胞電気生理センサおよびその製造方法は、樹脂材料などで形成した保持プレートと容器プレートは熱溶着によって強固に固着させることができるが、保持プレートと容器プレートとの間にリング状の、貴金属、卑金属、塩化銀のいずれか一つからなる材料体あるいはこれら材料の複合体もしくは積層体を介して溶着接合することによって、保持プレートと容器プレートは熱溶着時に第三の貫通孔の内径の形状を変形することなく極めて高精度に固着させることができる。
【０００９】
これによって、高精度に測定することができる細胞電気生理センサを実現できるとともに、量産性に優れた製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサおよびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図であり、図２は上面図である。
【００１２】
本実施の形態１における細胞電気生理センサは、図１に示すように樹脂よりなる保持プレート１と、樹脂よりなる容器プレート２と、シリコンよりなる薄板４とからなり、薄板４、保持プレート１および容器プレート２には、それぞれ第一の貫通孔５、第二の貫通孔６および第三の貫通孔７を形成している。
【００１３】
そして、図２に示すように保持プレート１の上面の第二の貫通孔６の周囲には、リング状の第一の電極３として、銅、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、金、銀、白金および塩化銀などからなる材料あるいはこれら材料の複合体もしくは積層体によって構成されており、前記リング形状の第一の電極３は容器プレート２の第三の貫通孔７の底部の開口部を全周にわたって覆う形状となるように形成している。
【００１４】
そして、この第一の電極３のリング外形部は保持プレート１と容器プレート２に挟み込まれるように固着している。このような構成とすることによって、第三の貫通孔７の薄板４の近傍の形状を高精度に保持した状態で接合を完了することができる。
【００１５】
さらに、薄板４は保持プレート１の第二の貫通孔６の内部に保持固着されており、保持プレート１の上下の領域は薄板４の第一の貫通孔５を通してのみ繋がっている。
【００１６】
前記構成により、本発明の細胞電気生理センサは薬液・培養液などの液体を貯留する容器部となる第三の貫通孔７と、第一の電極３と細胞を保持する第一の貫通孔５を形成した薄板４を一体化した高精度な部材構成を有する細胞電気生理センサを実現することができる。
【００１７】
このように、第一の電極３を保持プレート１と容器プレート２の接合界面に介在させることによって、この部分の溶融温度を低下させ、第一の電極３の近傍の第三の貫通孔７の形状を高精度な形状に維持することが可能となり、容器プレート２または保持プレート１の一部が変形したり、薄板４の上を塞いだりすることを防止することができる。
【００１８】
また、第一の電極３が容器プレート２と保持プレート１との間に挟まれて強固に固着されていることで、容器に蓄積する液体が不用意に漏れ出すことなく、正確な測定を可能にする。
【００１９】
さらに、このような構成とすることによって、保持プレート１と容器プレート２を熱溶着、特にレーザ光９による加熱溶着を行う場合、効率的な細胞電気生理センサの製造方法を提供することができる。
【００２０】
この場合、保持プレート１または容器プレート２のいずれか一つが熱溶融することによって溶着できるものであれば材質としては何を組み合わせても良い。
【００２１】
例えば、ガラスどうし、ガラスと樹脂材料、樹脂材料どうしなどの組み合わせが可能である。この中で、特に樹脂材料どうしの熱溶着が生産性の観点から、より好ましい。そして、容器プレート２の材料を少なくともレーザ光９を吸収して発熱する樹脂材料とし、保持プレート１をレーザ光９を透過する樹脂材料とした場合には、保持プレート１側からレーザ光９を照射することによって、保持プレート１と容器プレート２を溶融接合することができる。このような構成とすることにより、生産性に優れた細胞電気生理センサを実現することができる。
【００２２】
さらに、レーザ光９を透過させる樹脂材料としては、一般的に透明性を有する樹脂材料が好ましく、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートポリオレフィン、アクリル樹脂などを用いることができる。
【００２３】
一方、レーザ光９を吸収させる樹脂材料には色素、カーボンブラック、無機酸化物などのレーザ光９をよく吸収する材料を混入させることによって、同じ材料を用いたとしても、レーザ光９を透過したり、吸収発熱する特性を実現することができる。このような特性を利用することによって、例えば膨張係数を合致させるために保持プレート１と容器プレート２を同一材料で構成することによって、温度変化に対して優れた耐久性を有する細胞電気生理センサを実現したり、反対に保持プレート１と容器プレート２を耐熱性、耐薬品性の観点から異なった特性を有する樹脂材料を組み合わせて構成することによって、信頼性に優れた細胞電気生理センサを実現することができる。
【００２４】
そして、保持プレート１を透明な材料とし、第一の電極３の構成材料を白金、金、銀などの貴金属、アルミニウム、銅、チタニウム、ニッケルなどの卑金属、および塩化銀などを用いることが好ましい。さらに、これらの混合体もしくは積層体から選ばれる電極材料としても良い。また、特に第一の電極３を積層電極の構成とした場合、保持プレート１との密着面は銅、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、金、銀、白金などの光沢性を持つ電極材料とすることができる。これによって、レーザ光９による加熱溶着を保持プレート１の下側からレーザ光９を照射する場合において、後に説明するようにレーザ光９をうまく制御することができることから効率的な生産を可能にする。
【００２５】
さらに、第一の電極３の厚みを５μｍ以上とすることが好ましい。これにより、後に述べるように、より効率的な細胞電気生理センサの製造方法を提供することができる。
【００２６】
次に、本実施の形態１における細胞電気生理センサの製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図３〜図７は本実施の形態１における細胞電気生理センサの製造方法を示す断面図である。
【００２８】
まず始めに、図３に示すように、保持プレート１の第二の貫通孔６の内部に第一の貫通孔５を形成した薄板４を挿入し、保持固着する。なお、この薄板４はシリコンまたは二酸化シリコンなどの材料で構成しており、あらかじめ第一の貫通孔５を少なくとも一つ以上設けており、この第一の貫通孔５を形成する方法としてはフォトリソグラフィ、エッチング、レーザ加工など通常の加工手段を用いることができる。
【００２９】
また、保持プレート１の上面には第一の電極３を形成している。この第一の電極３の電極材料は銅、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、金、銀、白金および塩化銀のいずれか一つを含む電極材料、またはこれらの積層体から適宜選択することができる。
【００３０】
次に、図４に示すように、保持プレート１と容器プレート２を重ね合わせるが、このとき、保持プレート１のリング状の第一の電極３が容器プレート２の第三の貫通孔７の底部を一部覆うようにアライメントする。また、第一の電極３は５μｍ以上の厚みを持たせており、この電極の厚みが図４に示すように保持プレート１と容器プレート２の間には若干の隙間を生じさせている。
【００３１】
次に、図５に示すように保持プレート１と容器プレート２を上下から加圧すると、容器プレート２の底部に歪みが発生し、図６の拡大図に示すように容器プレート２と保持プレート１間の隙間部分は密着し、第一の電極３の上部には微細な隙間が生じることとなる。そしてこの状態で、保持プレート１の下部より加熱を行うと、図８および図９に示すように密着している部分の樹脂が溶融軟化し、発生していた隙間を埋めて強固に固着される。
【００３２】
そして、前述のように第一の電極３をリング状に形成し、第三の貫通孔７の一部を覆っているので、容器プレート２の第一の電極３の近傍では加熱が少し低温側で行われることから、不必要に樹脂成分が溶け出すことがない。このため、容器プレート２が不必要に溶けて流れ出して第三の貫通孔７および第一の電極３を不用意に塞いでしまうことが起こらないという利点を有している。
【００３３】
そして、前記第一の電極３の近傍に隙間を生じていることはさらに好都合であり、熱が容器プレート２側へ伝わりにくくなり、樹脂の過度の溶出を防止することができる。
【００３４】
そして、好ましくは、保持プレート１を８００〜１０００ｎｍの可視光に対して透明な材料とし、容器プレート２を色素あるいはカーボンブラックなどのレーザ光９を吸収する材料を混入着色することによって、保持プレート１と容器プレート２を加熱する方法を保持プレート１側からレーザ光９を、例えば波長；８００〜１０００ｎｍ、照射パワー；１０〜２０Ｗ程度、スポット径；２〜５ｍｍのレーザ光９を照射する。これによって、容器プレート２と保持プレート１の界面付近に集中して加熱を行うことが可能であり、保持プレート１と容器プレート２の界面のみを溶融して接合することが可能である。
【００３５】
さらに好ましくは、第一の電極３は少なくとも保持プレート１の密着面に銅、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、金、銀、白金のいずれか一つを主成分として含んで形成している。このような構成とすることによって、図７に示したようにレーザ光９を保持プレート１の下面側から照射すると、レーザ光９は保持プレート１内を透過し、着色された容器プレート２で吸収されると、容器プレート２の照射された部分が溶け出して、図８および図９に示すように保持プレート１側と融着する。そして、本実施の形態１による構成では、容器プレート２の第三の貫通孔７を覆うようにリング状の第一の電極３が形成されているので、前記材料で構成された第一の電極３の保持プレート１側の面は光沢を持っているのでレーザ光９を効率よく反射し、容器プレート２の第三の貫通孔７周辺を不必要に加熱しないので溶け出す量が少なくなり、溶け出した樹脂が第三の貫通孔７や第一の電極３側に流れて塞いでしまうことがないのである。
【００３６】
また、保持プレート１と容器プレート２を樹脂で形成する場合には、電極の厚みを５μｍ以上とすることによって前記効果をより良く発揮させることができる。
【００３７】
ここで、レーザ光９の種類として波長、パワー、スポット径は前記に限定されるものではなく、他の波長、パワー、スポット径であっても前記に述べたように保持プレート１を透過し、適切に容器プレート２を加熱するものであれば良い。例えばスポット径は円径にフォーカスされていなくても、ライン状あるいは面状にレーザ光９が集まっていても良い。これらの場合は、一度に多くの領域を加熱できるので、加工時間の短縮が可能である。
【００３８】
なお、前記の例では第三の貫通孔７の内径が同一径を有する貫通形状であったが、図１０に示すように第三の貫通孔７を保持プレート１に向かって小さくなるテーパ形状とすることが好ましい。これによって、第三の貫通孔７の底部付近の容器プレート２を構成する樹脂の厚みが小さくなるので、図１１および図１２に示したように容器プレート２と保持プレート１を加圧した際、第一の電極３の上部における隙間がより確実にできるので、レーザ光９の照射による熱がより伝わりにくくなり、容器プレート２を構成する樹脂の不用意な溶出をさらに少なくすることができる。
【００３９】
このようにして、容器プレート２と保持プレート１が高精度に固着されることによって高精度な測定が可能となる細胞電気生理センサおよびその製造方法を実現することができる。
【００４０】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における細胞電気生理センサおよびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
図１３は本発明の実施の形態２における細胞電気生理センサの断面図であり、実施の形態１と異なる点は、図１３に示すように容器プレート２がレーザ光９に対して透過性を有し、保持プレート１を着色することによって、容器プレート２側からレーザ光９を照射することによって、容器プレート２と保持プレート１を溶融固着させることである。
【００４２】
この場合、第一の電極３の容器プレート２側の密着面を銅、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、金、銀、白金のいずれかの電極材料で形成することが好ましい。これらの電極材料は光沢性を有していることから、効率よくレーザ光９を反射することとなり、保持プレート１の第二の貫通孔６の付近を過度に加熱することを防止することができる。これによって、不用意に第二の貫通孔６の付近の樹脂の形状を変形させてしまうほどに溶融させることがないので、溶け出した樹脂が第一の貫通孔５を塞いでしまうという課題を解決することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる細胞電気生理センサおよびその製造方法は、細胞の電気生理現象の測定を高精度に行うことができる細胞電気生理センサを実現するとともに効率よく製造することができる細胞電気生理センサの製造方法を提供することができることから、細胞の電気生理現象を判定基準として薬理効果の判定を行う薬品スクリーニング等の測定に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図
【図２】同上面図
【図３】同製造方法を説明するための断面図
【図４】同断面図
【図５】同断面図
【図６】同要部拡大断面図
【図７】同断面図
【図８】同断面図
【図９】同要部拡大断面図
【図１０】別の例の細胞電気生理センサの断面図
【図１１】同断面図
【図１２】同要部拡大断面図
【図１３】本発明の実施の形態２における細胞電気生理センサの断面図
【符号の説明】
【００４５】
１  保持プレート
２  容器プレート
３  第一の電極
４  薄板
５  第一の貫通孔
６  第二の貫通孔
７  第三の貫通孔
９  レーザ光
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004779782.tif 000012
【図１２】
0004779782.tif 000013
【図１３】
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