(57)【要約】【課題】物質導入等の細胞操作を行う際に、細胞の位置を固定させることを可能とし、かつ、絶縁性、機械的強度、耐薬品性に優れた、細胞固定用平板を提供すること。【解決手段】ダイヤモンドをはじめとするワイドバンドギャップ材料で作られた、厚さ１ｍｍ以下の平板状の器具であって、平板内に直径１００μｍ以内の断面が円形状の穴が形成されていることを特徴とする穴付きの細胞固定用平板。前記平板に形成された穴の全体、あるいは部分的に４５°以上のテーパーがかかっていることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイドバンドギャップ材料で作られた、厚さ１ｍｍ以下の平板状の器具であって、平板内に直径１００μｍ以内の断面が円形状の穴が形成されていることを特徴とする穴付きの細胞固定用平板。
【請求項２】
前記平板に形成された穴の全体、あるいは部分的に４５°以上のテーパーがかかっていることを特徴とする請求項１に記載の穴付きの細胞固定用平板。
【請求項３】
前記ワイドバンドギャップ材料のエネルギーバンドギャップが１．２eＶ超であることを特徴とする請求項１又は２に記載の穴付きの細胞固定用平板。
【請求項４】
前記平板が、単結晶体あるいは、多結晶体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の穴付きの細胞固定用平板。
【請求項５】
ワイドバンドギャップ材料で作られた厚さ１ｍｍ以下の平板に、リソグラフィーによってマスクを形成する工程と、
該マスクが形成された平板に、反応性イオンエッチングによって穴を形成する工程とによって形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の穴付きの細胞固定用平板の製造方法。
【請求項６】
前記穴を形成する工程が、ナノ構造形成方法によって行われることを特徴とする請求項５に記載の穴付きの細胞固定用平板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形質転換をはじめとする細胞操作を行う際に細胞の位置を固定する細胞固定用平板に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジーの基幹技術の一つである細胞操作は、iＰＳ細胞の登場によって新しい局面を迎え、さらにその重要性を高めている。細胞操作、すなわち、人工受精から再生医療にいたるまでの、人為的な細胞間の分子移動は、正確性が問われる。ある一つの細胞内に別の細胞あるいは、人工的に合成された分子を導入する際、受容する側の細胞を固定する必要がある。
【０００３】
細胞を固定する基板の材料としては、シリコン、ガラス等が用いられている（特許文献１、２参照）。
そのために必要な固定具として、薄膜を選択するのであれば、ミクロンといった精度で細胞注入部の先端を確認できるほど薄いことが望ましい。また、そのタッチダウンを検出するために、注入器具に微小な電流を流しておくことは、位置を制御するために有効である。また、細胞中に物体を取り込ませる際にも、局所的に電圧をかけることが有効である。さらに、細胞内での化学物質反応にともなう電位を測定することも、そのメカニズム解明のために必要である。そのため、誤作動しないためには、固定用の薄膜は絶縁性かつ化学的安定性に優れていることが望ましい。
【０００４】
こうした細胞操作は、今後さらに重要性を増すと考えられるが、従来技術で考えられるのはＳiＯ2を絶縁材料とすることであるが、強度や耐薬品性に問題がある。このように、細胞操作を行う際に細胞の位置を固定するための適切な材料と構造を得ることは、従来あまり検討されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０８１４９１号公報
【特許文献２】特開２００６−１２９７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、物質導入等の細胞操作を行う際に、細胞の位置を固定させることを可能とし、かつ、絶縁性、機械的強度、耐薬品性に優れた、細胞固定用平板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意探求を重ねた結果、ダイヤモンドをはじめとする、機械的強度に優れ、かつエネルギーバンドの大きなワイドバンドギャップ材料で細胞固定用平板を作製することが有効であることを見出した。
本発明は以下の構成を採用する。
【０００８】
（１）ワイドバンドギャップ材料で作られた、厚さ１ｍｍ以下の平板状の器具であって、平板内に直径１００μｍ以内の断面が円形状の穴が形成されていることを特徴とする穴付きの細胞固定用平板。
（２）前記平板に形成された穴の全体、あるいは部分的に４５°以上のテーパーがかかっていることを特徴とする上記（１）に記載の穴付きの細胞固定用平板。
（３）前記ワイドバンドギャップ材料のエネルギーバンドギャップが１．２eＶ超であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の穴付きの細胞固定用平板。
（４）前記平板が、単結晶体あるいは、多結晶体からなることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の穴付きの細胞固定用平板。
（５）ワイドバンドギャップ材料で作られた厚さ１ｍｍ以下の平板に、リソグラフィーによってマスクを形成する工程と、
該マスクが形成された平板に、反応性イオンエッチングによって穴を形成する工程とによって形成することを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の穴付きの細胞固定用平板の製造方法。
（６）前記穴を形成する工程が、ナノ構造形成方法によって行われることを特徴とする上記（５）に記載の穴付きの細胞固定用平板の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、大きなバンドギャップを持つ半導体を用いた穴付き構造を有する平板を用いることで、正確な細胞操作を行う事が出来るようにし、かつ機械的強度及び耐薬品性に優れる材料を用いることにより安定した細胞操作を行うことを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る細胞固定用平板の一例の概略を表す図である。（ａ）平板に断面が円形状の穴が形成されている例。（ｂ）穴の一部にテーパーがかかっている例。（ｃ）穴全体にテーパーがかかっている例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は機械的強度と耐薬性の高いダイヤモンドをはじめとするワイドバンドギャップ材料を用いることによって、細胞操作を行いやすくしたことを特徴とする。ワイドバンドギャップ材料は原子間の結合が強いため反応性が低い傾向にあるため、このような材料を用いることにより耐薬品性を高めることができる。更に、共有結合性の高い材料ほど強度も高くなり好ましい。
また、上記のような細胞操作の用途に供する材料は、絶縁性が高いという特徴が必要であった。ワイドバンドギャップ材料は、可視光の吸収がほとんどなく、且絶縁性が高い。このため、１００μｍ以内の穴を通じて導電性針を通じた際、平板に接触しても信号のノイズは無かった。
このような材料、特にダイヤモンドを用いることにより、注入器具に電流を流しながら操作を行う等の所望の操作を良好に行うことが可能となる。また、透明性に優れるため、顕微鏡下での確認も容易である。
このようなワイドバンドギャップ材料としては、エネルギーバンドギャップが１．２eＶを超える材料が好ましく、例えば、ダイヤモンド、ＳiＣや、ＧaＮ、ＡlＮといった窒化物、又はこれらの混晶等を好ましく用いることができる。特に、ダイヤモンドは、誘電率が低く高周波特性に優れているため、基板に交流電流を流して操作、計測する測定に優れているため好ましい。
【００１２】
そして、その平板内に直径１００μｍ以内の円を形成することにより、細胞を保持して位置を固定することができる。一方、平板内に形成する円の直径が１００μｍ超であると、卵子やその他の細胞を保持できないため、円の直径は大きくとも１００μｍであることが好ましい。下限は特にないが、それは、たとえば１μｍ以内の直径の穴を作製した場合には、核を捕獲することも可能であるためである。
【００１３】
細胞操作を行う針や短針を導入する際に、平板が厚くなるほど顕微鏡での確認が行いにくくなる為、平板の厚さは１ｍｍ以下であることが好ましい。下限は特にないが、１０μｍ程度以下では割れやすくなってしまうため、取扱いに注意する必要がある。
ダイヤモンドやＳiＣの硬さが物質の中でも特に硬いものであるため、わずか５０μｍの薄膜であっても、割れなかった。
【００１４】
上記平板に形成する円の端にテーパーがかかっていることで、細胞操作に用いる針先を観察しやすくすることができる。この構造は、目的によって上下を入れ替えて利用することができるが、テーパーのある穴の中に細胞を捕獲することにより細胞の位置をより安定させることができる。こうして、平板に形成された穴に保持した細胞に必要な操作を行う事が出来る。たとえば、細胞内の核を除去し、別の核を移し替えるなどの操作を効率よく行う事が出来る。更に、細胞に限らず、同サイズの粒子、たとえば、抗体検査などに用いることのできる金属粒子や、ダイヤモンド粒子を保持することもできる。
【００１５】
前述のように、器具に微弱電流を流しながら細胞操作を行う場合があるため、細胞を捕獲するための器具自体は絶縁性であることが望まれる。そのため、本発明の細胞固定用平板は絶縁性を高めることを目的として、ワイドバンドギャップ材料により作製されていることを特徴とする。当該ワイドバンドギャップ材料のエネルギーバンドギャップは１．２eＶ超であることが好ましく、３eＶ以上あることがより好適である。
本発明の細胞固定用平板として、エネルギーバンドギャップが５．５eＶのダイヤモンドを使ったところ、すくなくとも１ＭＶ／ｃｍの絶縁強度をとることができた。これはＳiのような材料を使った場合の１０倍の電圧でも絶縁であることを示唆している。
【００１６】
細胞固定用平板を、絶縁性が高い結晶により作製すること、更に、基板の透明性を高めて操作性を高めるということにおいては、単結晶体により本発明の細胞固定用平板を作製することが好ましい。
しかし、薄い単結晶体を大量に切り出すことはコスト面において不利である。そこで、多結晶体による構造作製を試みたところ、単結晶体とほぼ同様の穴付き平板構造を作ることができた。このため、本発明に係る細胞固定用平板としては、多結晶体を用いてもよい。多結晶体の気相合成膜を用いた場合、コストが１／３以下に抑えられた。
【００１７】
本発明の細胞固定用平板は、半導体加工に用いられる各種リソグラフィー技術、すなわち、光露光、電子ビーム描画法などを利用することにより作製することができる。これらのリソグラフィーによって、まず、エッチングマスクを、たとえば金属やセラミックスで作製する。つぎに、反応性イオンエッチングのようなエッチング技術を用いて穴構造、テーパー構造を作製する。
【００１８】
本発明の細胞固定用平板はまた、半導体やＭＥＭＳ加工に用いられる集束イオンビームのようなナノ構造形成法を利用しても実現することができる。この場合、イオンビームによるダメージ層が残るため、酸や短時間のイオンエッチングによって清浄化する必要がある。これによりダメージ層による導電性を排除することができ、絶縁膜として良好な絶縁強度１ＭＶ／ｃｍを得ることができた。なお、本発明においてナノ構造形成方法とは、ナノメートルスケールの構造体を、化学的、機械的、熱的、またはそれらの複合的な作用によって形成する方法をいう。例えば、イオンビームを用いた集束イオンビーム法（ＦＩＢ）、反応性ガスプラズマによるエッチング、化学的に侵食するエッチング方法、レーザーを用いた加工方法等が挙げられる。
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明によって作製された細胞固定用平板の例を述べる。この細胞固定用平板の構造には図１の各構造があげられるが、まず、基板の準備について述べる。
１００μｍ以上の平板であれば、単結晶体から切り出して、研磨をかけることで容易に得られるが、１００μｍ未満の厚さになると単結晶体から削りだすことは、歩留まりを１０％以下にする結果となる。
【００２０】
そこで、気相合成、たとえばプラズマＣＶＤ法によって多結晶膜をＳi基板上に形成し、ふっ酸で基板を除去する方法をとったところ、１００μｍ以下の薄膜を容易に得ることができた。
しかし、単結晶体は多結晶体よりも、透明性に優れているため、やはり精密な用途では単結晶体のほうがよい。１００μｍ以上の厚い板を作る場合は、高温高圧で得られた単結晶、天然ダイヤモンドをカットして用いる方法でよいが、前記したように、薄い膜には適さない。
そこで、薄いものについては、ダイヤモンドのリフトオフ法を用いて、剥離した膜を用いたところ、この方法であればレーザーカットなどに比べ、平坦な平板を得ることができることが分かった。
また、平板の大きさは、ハンドリングの容易性等に応じて適宜選択することができる。例えば、１つのチップを微小化するのであれば小さいほどよく、ミクロンオーダーのもの方が好ましい。また、集積化するのであればある程度大きな、１０ｍｍ角のものや、インチサイズのものに多数の穴構造を設ける方が好ましい。
【００２１】
これらの手法により得られた平板をもとに、本発明の細胞固定用平板の最良の形態を述べる。
図１（ａ）に示すものは平板にＦＩＢによって穴を貫通させた構造を有する。穴径を１００μｍ以下にすることで、細胞を保持することができる。
図１（ｂ）に示すものは平板に設けられた穴の開口付近にテーパーを設けたものである。テーパーの角度θは４５°が望ましいが、保持する細胞の形状やサイズに応じて４５°以上としても、４５°以下としてもよい。具体的には、４５°±４０°の範囲にすることが好ましい。
図中のｔ１は細胞固定用平板の厚さを表し、ｔ２はテーパーが形成されている部分の厚さを表す。ｔ１およびｔ２の幅は特に制限する必要がないが、ｔ１とｔ２が等しくしたものが図１（ｃ）である。このように穴の一部、又は全体にテーパーをかけることで、大きさの異なる多種の細胞の捕獲に対応することができる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の細胞固定用平板として、バンドギャップ５．５eＶのダイヤモンドを適用した実施例を述べる。細胞としては、卵細胞などとサイズの近い口腔上皮細胞を用いた。
【００２３】
［実施例１］
本発明によって作製されたダイヤモンド細胞固定用平板の例１を述べる。
気相合成プラズマＣＶＤ法によって２ｍｍ×２ｍｍの多結晶ダイヤモンドをＳi基板上に形成し、ふっ酸で基板を除去する方法により、１００μｍの薄膜を得た。
続いて、ＦＩＢ（収束イオンビーム）を用いて図１（ａ）の構造の細胞固定用平板を作製した。穴径は約５０μｍであった。
この細胞固定用平板により、直径８０μｍ程度の口腔上皮細胞を保持することができた。また、そのときダイヤモンド基板１２に５Ｖの電圧をかけたが、電流は流れなかったので、絶縁性を確認することができた。
【００２４】
［実施例２］
本発明によって作製されたダイヤモンド細胞固定用平板の例２を述べる。
ダイヤモンドのリフトオフ法を用いて、剥離した膜を用いた。
リフトオフ法においては、まず、２ｍｍ×２ｍｍのダイヤモンド基板の深さ１０μｍ程度の位置を中心に炭素イオンを１０17／ｃｍ2の高濃度でイオン注入した。次に、その基板上へ気相合成プラズマＣＶＤ法によってノンドープのダイヤモンド薄膜を４０μｍ成膜した。そして、電気化学的エッチング、すなわち、特許第４３４０８８１号公報に示される電解液を用いて１００Ｖの電圧をかけることで、５０μｍの厚さを持つダイヤモンド薄膜を得た。
この方法により、レーザーカットなどに比べ、平坦な平板を得ることができた。
続いて、図１（ａ）のように、平板にＦＩＢによって穴を貫通させた。穴径は約５０μｍであった。
この細胞固定用平板により、直径８０μｍ程度の口腔上皮細胞を保持することができた。また、そのときダイヤ基板１２に５Ｖの電圧をかけたが、電流は流れなかったので、絶縁性を確認することができた
【００２５】
［実施例３］
本発明によって作製されたダイヤモンド細胞固定用平板の例３を述べる。
気相合成プラズマＣＶＤ法によって２ｍｍ×２ｍｍの多結晶ダイヤモンドをＳi基板上に形成し、ふっ酸で基板を除去する方法により、１００μｍの薄膜を得た。
続いて、ＦＩＢ（収束イオンビーム）を用いて図１（ｂ）の構造の細胞固定用平板を作製した。穴径は約５０μｍであった。
この細胞固定用平板により、直径８０μｍ程度の口腔上皮細胞を保持することができた。また、そのときダイヤ基板に５Ｖの電圧をかけたが、電流は流れなかったので、絶縁性を確認することができた。開口穴内径は約５０μｍ、外形は４５度のテーパーを付けた。
【００２６】
［実施例４］
本発明によって作製されたダイヤモンド細胞固定用平板の例４を述べる。
平板として、実施例２と同様にダイヤモンドのリフトオフ法を用いて、２ｍｍ×２ｍｍで５０μｍの厚さを持つダイヤモンド薄膜を得た。
対比の為、レーザーカットなどでも試し、利用できることは確認したが、本実施例で利用した方法によれば、レーザーカットなどに比べ、平坦な平板を得ることができた。そのため、細胞に傷を付ける恐れが低減されることが分かった。
続いて、ＦＩＢ（収束イオンビーム）を用いて図１（ｃ）の構造の細胞固定用平板を作製した。中心穴径は約５μｍとした。テーパーは４５度とした。
この細胞固定用平板により、直径８０μｍ程度の口腔上皮細胞を保持することができた。また、そのときダイヤ基板１２に５Ｖの電圧をかけたが、電流は流れなかったので、絶縁性を確認することができた。
【００２７】
［実施例５］
実施例４と同様にしてリフトオフ法によって４ｍｍ×４ｍｍで５０μｍの厚さを持つダイヤモンド薄膜を得て、このダイヤモンド薄膜に、ＦＩＢ（収束イオンビーム）を用いて実施例４におけると同様の形状の穴を５００μｍ間隔の６×６のアレイ状に設けた細胞固定用平板を作製した。
この細胞固定用平板について実施例４と同様の実験を行ったところ、口腔上皮細胞を保持することができた。また、そのときダイヤ基板１２に５Ｖの電圧をかけたが、電流は流れなかったので、絶縁性を確認することができた。
【符号の説明】
【００２８】
１１  操作穴
１２  基板
ｔ１  細胞固定用平板の厚さ
ｔ２  テーパーが形成部の厚さ
【図１】
2012080786.tif 000003