(57)【要約】【課題】細胞等の微小対象物の緻密な把持、移動、脱着操作を提供する。【解決手段】エンドエフェクタは、先端から挟持部（フィンガー）、頚部（ネック）、把柄部（ハンドル）で構成される。挟持部には、直径１マイクロメートルから１０００マイクロメートルの細胞および細胞群の操作を行うため、表面ナノ凹凸構造を少なくとも挟持部表面上の１００平方マイクロメートル以上の領域に配置する。前記１００平方マイクロメートル以上の領域内において、任意の直径１マイクロメートルの領域に最低１つの表面ナノ凹凸構造を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端から挟持部、頚部、把柄部で構成され、
前記把柄部はロボットアームへの搭載をおこなうため、ロボットアームに搭載可能なガラスロッドに集積可能な形状を備え、
前記頚部は構造物の径・幅・厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状を備え、
前記挟持部は径・幅・厚みの１つもしくは複数が１０００マイクロメートル以下の片持ち梁形状を備え、
対象物と接触する前記挟持部の表面には、直径１マイクロメートル以下の表面ナノ凹凸構造を備え、
前記挟持部の表面には直径１マイクロメートルから１０００マイクロメートルの細胞および細胞群との接触領域に複数の表面ナノ凹凸構造を備え、
前記複数の表面ナノ凹凸構造は、少なくとも挟持部表面上の１００平方マイクロメートル以上の領域にわたって配置され、
前記１００平方マイクロメートル以上の領域内において、任意の直径１マイクロメートルの領域に最低１つの表面ナノ凹凸構造が配置される、エンドエフェクタ。
【請求項２】
前記挟持部表面における表面ナノ凹凸構造の形状は、
表面ナノ凹凸構造を備えた領域の平均表面粗さが５ナノメートル以上となる、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３】
前記挟持部において、細胞との接触時に受ける細胞からの反力４０００ナノニュートンに対して耐える片持ち梁形状を備える、請求項１または請求項２に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４】
前記頚部において、細胞との接触時に受ける細胞からの反力４０００ナノニュートンに対して耐える形状を備える、請求項１または請求項２に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５】
前記把柄部において、細胞との接触時に受ける細胞からの反力４０００ナノニュートンに対して耐える形状を備える、請求項１または請求項２に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６】
把柄部および対象物と接触する挟持部との接続部となる前記頚部において、挟持部よりも径・幅・厚みの１つもしくは複数が大きい形状を備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７】
前記挟持部における表面ナノ凹凸構造の原料は、微細加工に適したシリコン材料である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８】
前記挟持部における表面ナノ凹凸構造の原料は、生体適合性の高いガラス材料、またはガラス材料と同じ組成の二酸化ケイ素で表面が覆われたシリコン材料である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９】
前記頚部および把柄部の少なくとも１つもしくは複数の原料は記挟持部における表面ナノ凹凸構造の原料と同じである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１０】
前記頚部の原料は、生体適合性の高いガラス材料、もしくは二酸化ケイ素で覆われたシリコン材料である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１１】
前記頚部の原料は、前記頚部の径・幅・厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状を備えるため、微細加工に適したシリコン材料である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１２】
エンドエフェクタの製造方法であって、
前記エンドエフェクタは、
先端から挟持部、頚部、把柄部を構成し、
把柄部はロボットアームへの搭載をおこなうため、ロボットアームに搭載可能なガラスロッドと集積可能な形状を備え、
頚部は構造物の径・幅・厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状を備え、
挟持部は径・幅・厚みの１つもしくは複数が１０００マイクロメートル以下の片持ち梁形状を備え、
対象物と接触する挟持部表面には、直径１マイクロメートル以下の表面ナノ凹凸構造を備え、
直径１マイクロメートルから１０００マイクロメートルの細胞および細胞群との接触領域に複数の表面ナノ凹凸構造を備え、
表面ナノ凹凸構造は少なくとも挟持部表面上の１００平方マイクロメートル以上の領域に配置され、
前記１００平方マイクロメートル以上の領域内において、任意の直径１マイクロメートルの領域に最低１つの表面ナノ凹凸構造が配置される、
エンドエフェクタの形状を形成する工程と、表面ナノ凹凸構造を形成する工程とを含む製造方法。
【請求項１３】
前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程とは、
前記挟持部のガラスロッドと集積可能な形状、前記頚部の径・幅・厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状、および把柄部片持ち梁形状を形成する工程であり、
フォトリソグラフィ技術とシリコンの深堀ドライエッチング技術により形成する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程とは、
前記挟持部のガラスロッドと集積可能な形状、前記頚部の径・幅・厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状、および把柄部片持ち梁形状を形成する工程であり、
フォトリソグラフィ技術とシリコンのウェットエッチング技術により形成する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記表面ナノ凹凸構造を形成する工程とは、
直径１マイクロメートル以下の表面ナノ凹凸構造を、挟持部表面上の１００平方マイクロメートル以上の領域に、前記両機上の任意の直径１マイクロメートルの領域に最低１つの表面ナノ凹凸構造を配置する工程であり、
反応性イオンエッチングにより形成する、請求項１２から請求項１４までのいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記表面ナノ凹凸構造を形成する工程とは、
四フッ化炭素ガスと酸素ガスの両方を混合したガスを用いた反応性イオンエッチングにより形成する、請求項１２から請求項１５までのいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記表面ナノ凹凸構造を形成する工程とは、
細胞脱着に効果のある平均表面粗さが１０ナノメートル以上となる加工表面を形成する、請求項１２から請求項１６までのいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程とは、
第１面工程を構成し、前記エンドエフェクタの形状を形成及び処理して、前記表面ナノ凹凸構造を形成する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程とは、
第１面工程を構成し、前記表面ナノ凹凸構造を形成及び処理して、前記エンドエフェクタの形状を形成する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程とは、
第１面工程を構成し、前記エンドエフェクタの形状を形成及び処理する工程を分割し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程を、前記エンドエフェクタの形状の形成開始後から処理完了までに挿入する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程とは、
第Ａ面工程を構成し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、第Ａ面と第１面が同一平面上にない場合、前記エンドエフェクタの形状を形成及び処理して、前記表面ナノ凹凸構造を形成する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程とは、
第Ａ面工程を構成し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、第Ａ面と第１面が同一平面上にない場合、前記表面ナノ凹凸構造を形成及び処理して、前記エンドエフェクタの形状を形成する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程とは、
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程は、第Ａ面工程を構成し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、第Ａ面と第１面が同一平面上にない場合、前記エンドエフェクタの形状を形成及び処理する工程を分割し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程を、前記エンドエフェクタの形状の形成開始後から処理完了までに挿入する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項２４】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のエンドフェクタと、
細胞培養可能な培養液と
を備える、細胞操作設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面ナノ凹凸構造を有するマイクロマニピュレーション用エンドエフェクタ、及び表面ナノ凹凸構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、エンドエフェクタは、人間の手（ハンド）と同じ働きをすることのできるロボットアームの先端として知られている。人の操作では困難な作業の代替技術として、ロボットアームによる様々な操作支援技術が行われている。近年、ロボットアームによる操作支援技術の応用として、生物細胞等のマイクロスケールの対象物を自在に操作することが可能なマイクロマニピュレーションに関する研究が注目されている。細胞を自在に操作できるため、細胞の形態変化及び細胞の機能発現の解明・制御等への応用が期待されている。
【０００３】
医療・バイオ分野においてマイクロスケールの細胞操作が要求されており、微小対象物の操作技術の1つとして、マイクロマニピュレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。マイクロマニピュレーションシステムの主な構成は、直接対象物と接触するエンドエフェクタ、それを動かすための駆動システムからなるロボットアーム、そしてこれらを顕微鏡と組み合わせたものである。また、マイクロマニピュレーションを取り扱うには熟練操作を要するため、作業者の負担が大きいため操作性の改善が望まれている。操作支援技術としてハード、ソフト両面で様々な開発研究が行われている。
【０００４】
マイクロスケールでは、対象物がエンドエフェクタに一度接触すると、付着し続け、脱着することが困難であるという問題が生じる。これは“寸法効果”“スケール効果” と呼ばれ、例えば塗れたティッシュ片が腕に付いた際に腕を素早く振っても落ちない現象と同じである。質量は体積に比例するが、表面力は面積に比例するので、対象物のスケールが小さくなるにつれてこの付着の問題が顕著になる。エンドエフェクタからリリースする際には、対象物をスライドガラス等の底面に擦りつけながら操作するようなさらに高度な作業が必要である。
【０００５】
特許文献２に記載のマイクロマニピュレーションシステムでは、エンドエフェクタとなるマイクロインジェクターそのものに付加機能を搭載し、微小対象物の操作方法が提示されている。振動を抑制した圧電アクチュエータを利用し、付着の防止が期待できる。
【０００６】
特許文献３には、エンドエフェクタとなるマイクロマニピュレータの構造を工夫した微小対象物の操作方法が提示されている。エンドエフェクタにくぼみを形成し、付着力を軽減させる。また、対象物と接触面が接触したときに生じる閉じた空間の温度を変化させる。この温度変化による圧力変化を利用して対象物を吸着したり脱着する方法が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５８４１３号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４０８７９号公報
【特許文献３】特開平９−２０１７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載されたマイクロマニピュレーションシステムでは、圧電アクチュエータを兼ね備えたシステムが必要であり、振動を制御する機構等も特殊な設備が必要となる。
【０００９】
また、特許文献３に記載されたマイクロマニピュレータでは、脱着に温度変化を利用するため、細胞等のマニピュレーションを想定した場合、温度変化による細胞への影響が懸念される。そのため、例えば、医療または生命科学といった現在急速に注目されている細胞を扱うような研究または産業への応用が困難である。
【００１０】
エンドエフェクタに付着する大きな要因として表面間力が挙げられる。この表面間力は物体同士の接触面積と相関がある。そのため、エンドエフェクタ先端付近において、細胞に直接接触する面を凸凹に加工することで細胞との接触面積を減らし、表面間力を低減させる。
【００１１】
マイクロマニピュレーションにおいては、細胞のような数マイクロメートル〜数十マイクロメートル程の、１００マイクロメートル以下の大きさの微小対象物を操作する必要がある。操作対象物のサイズを考慮した場合、エンドエフェクタに施す凹凸加工の寸法は1マイクロメートル以下のナノスケールが必要である。
【００１２】
マイクロ・ナノスケールの微細構造を製造するために、半導体プロセスを採用するＭｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）技術を用いる。具体的な設計指針として、ＭＥＭＳ技術や半導体プロセスで主に用いられる、微細加工に適したシリコン（Ｓｉ）をエンドエフェクタの材料とする。また、エンドエフェクタの対象物との接触面に表面ナノ凹凸構造を施す。
【００１３】
表面ナノ凹凸構造を施す加工は、半導体プロセスで主たる製造方法であるフォトリソグラフィ技術では製作が困難である。一方、ナノスケール加工が可能である電子ビーム描画技術を採用すると、製作時間・費用コストが大幅に増す。そこで、低コスト・短時間でナノスケール加工を実現する反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ； ＲＩＥ）によるナノ凹凸加工を採用する。反応性イオンエッチングはドライエッチングに分類される微細加工技術の一つであり、反応性ガスの選択によって加工特性が変化する。通常シリコンの加工には四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスを用いるが、本研究では四フッ化炭素ガスと酸素（Ｏ２）ガスの両方を混合させる。混合ガスによる、表面粗さが増加する。本発明ではこの表面粗さをナノ凹凸構造の製造方法として用いる。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、細胞操作が容易に可能なマイクロマニピュレーション用エンドエフェクタの製造方法を提供することにある。また、細胞のような直径１０マイクロメートル以下の対象物の付着力を、接触面積の軽減による効果だけで実現させるためには、ナノスケールで複数の凹凸をエンドエフェクタ表面に形成する必要がある。本発明では、細胞操作に適したナノ凹凸構造の製造方法も提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の観点によれば、エンドエフェクタは、先端から挟持部（フィンガー）、頚部（ネック）、把柄部（ハンドル）で構成される。把柄部はロボットアームに搭載されるガラスロッドに集積可能な形状を備える。頚部は構造物の径、幅、厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状を備える。ここで、径、幅、厚みはそれぞれ図２の、Ｄ２方向、Ｄ１方向、Ｄ３方向に対応する（実施例１参照）。挟持部は径、幅、厚みの１つもしくは複数が１０００マイクロメートル以下の片持ち梁形状を備える。対象物と接触する挟持部表面には、直径１マイクロメートル以下の表面ナノ凹凸構造を備え、さらに直径１マイクロメートルから１０００マイクロメートルの細胞および細胞群との接触領域に複数の表面ナノ凹凸構造を備える。また、挟持部には、直径１マイクロメートルから１０００マイクロメートルの細胞および細胞群の操作を行うため、表面ナノ凹凸構造を少なくとも挟持部表面上の１００平方マイクロメートル以上の領域に配置する。前記１００平方マイクロメートル以上の領域内において、任意の直径１マイクロメートルの領域に最低１つの表面ナノ凹凸構造を配置する。
【００１６】
本発明のエンドエフェクタにおいて、前記挟持部表面における表面ナノ凹凸構造の形状は、表面ナノ凹凸構造を備えた領域の平均表面粗さが５ナノメートル以上となる形状が好ましい。
【００１７】
本発明の第２の観点によれば、エンドエフェクタにおいて、前記挟持部における表面ナノ凹凸構造の原料は、微細加工に適したシリコンであることが好ましい。
【００１８】
本発明のエンドエフェクタにおいて、前記挟持部における表面ナノ凹凸構造の原料は、生体適合性の高いガラス材料、またはガラス材料と同じ組成の二酸化ケイ素で表面が覆われたシリコン材料であることが好ましい。
【００１９】
本発明の第３の観点によれば、製造方法は、表面ナノ凹凸構造を有するマイクロマニピュレーション用エンドエフェクタの製造方法である。前記エンドエフェクタは、先端から挟持部、頚部、把柄部で構成される。把柄部はロボットアームに搭載されるガラスロッドに集積可能な形状を備える。頚部は構造物の径、幅、厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状を備える。挟持部は径、幅、厚みの１つもしくは複数が１０００マイクロメートル以下の片持ち梁形状を備える。対象物と接触する挟持部表面には、直径１マイクロメートル以下の表面ナノ凹凸構造を備え、さらに直径１マイクロメートルから１０００マイクロメートルの細胞および細胞群との接触領域に複数の表面ナノ凹凸構造を備える。また、挟持部には、直径１マイクロメートルから１０００マイクロメートルの細胞および細胞群の操作を行うため、表面ナノ凹凸構造を少なくとも挟持部表面上の１００平方マイクロメートル以上の領域に配置する。前記１００平方マイクロメートル以上の領域内において、任意の直径１マイクロメートルの領域に最低１つの表面ナノ凹凸構造を配置する。製造方法は、エンドエフェクタの形状を形成する工程と、表面ナノ凹凸構造を形成する工程とを含む。
【００２０】
前記表面ナノ凹凸構造を形成する工程は、直径１マイクロメートル以下の表面ナノ凹凸構造を、挟持部表面上の１００平方マイクロメートル以上の領域に、前記両機上の任意の直径１マイクロメートルの領域に最低１つの表面ナノ凹凸構造を配置する工程であり、反応性イオンエッチングにより施行することが好ましい。
【００２１】
前記表面ナノ凹凸構造を形成する工程は、細胞脱着に効果のある平均表面粗さが１０ナノメートル以上となる加工条件下で施行することが好ましい。
【００２２】
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、前記エンドエフェクタの形状を形成及び処理して、前記表面ナノ凹凸構造を形成することが好ましい。
【００２３】
本発明の第４の観点によれば、エンドエフェクタは、細胞操作をおこなう環境の用途に特化したものであり、本発明の第１、第２、第３の観点のすくなくとも1つの観点を含むエンドエフェクタと、細胞培養可能な培養液とを備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、操作対象の緻密な把持、移動、脱着制御が可能である。特に細胞のような直径１００マイクロメートル以下の微小対象物においては、付着の問題が顕著であるが、本発明により対象物とエンドエフェクタとの間に付着を起こさずに操作することが可能となる。そのため、操作支援技術、および熟練技術が不要である。また、細胞把持操作に適した材質・形状を選定したことにより、医療・バイオ分野において高まる細胞操要求に応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタの挟持部、頚部、把柄部を説明する斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造工程を説明する図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造工程を説明する図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程を説明する図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造工程を説明する図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造工程を説明する図である。
【図８】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程を説明する図である。
【図９】シリコン表面において、反応性イオンエッチングを施行した際の、エッチング時間と平均表面粗さの関係を説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係るエンドエフェクタの製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態３に係るエンドエフェクタの製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態４に係るエンドエフェクタの製造方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態５に係る細胞操作設備を示す斜視図である。
【図１４】（ａ）本発明の実施例１に係るエンドエフェクタの顕微鏡画像を示す図である。（ｂ）本発明の実施例１に係るエンドエフェクタの顕微鏡画像の一部を拡大する図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）本発明の実施例２に係るエンドエフェクタの顕微鏡画像を示す図である。（ｃ）（ｄ）本発明の実施例１に係るエンドエフェクタの顕微鏡画像の一部を拡大する図である。
【図１６】本発明の実施例３に係る表面ナノ凹凸構造をもたないエンドエフェクタと細胞との接着実験を示す図である。（ａ）はエンドエフェクタの移動開始時（ｂ）エンドエフェクタと細胞の接着時（ｃ）エンドエフェクタの押し込みにより細胞移動時（ｄ）エンドエフェクタを細胞と反対側へ戻す動作時（ｅ）エンドエフェクタを開始時の位置に戻した時。
【図１７】本発明の実施例３に係る表面ナノ凹凸構造をもつエンドエフェクタと細胞との接着実験を示す図である。（ａ）エンドエフェクタの移動開始時（ｂ）エンドエフェクタと細胞の接着時（ｃ）エンドエフェクタの押し込みにより細胞移動時（ｄ）エンドエフェクタを細胞と反対側へ戻す動作時（ｅ）エンドエフェクタを開始時の位置に戻した時。
【図１８】本発明の実施例４に係る表面ナノ凹凸構造をもつエンドエフェクタと細胞との接着実験を示す図である。（ａ）1対のマニピュレータにより細胞の把持時（ｂ）細胞移動時（ｃ）エンドエフェクタの片方を細胞と反対側へ戻す動作時（ｄ）エンドエフェクタの片方を開始時の位置に戻した時。
【図１９】（ａ）発明の実施例５に係るエンドエフェクタの顕微鏡画像を示す図である。（ｂ）細胞との接着実験を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００２７】
（実施形態１）
§1  構造例
図１は、本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタ１００を示す斜視図である。エンドエフェクタ１００は、例えば、表面ナノ凹凸構造を有するマイクロマニピュレーション用エンドエフェクタである。対象物と接触する挟持部表面には、表面ナノ凹凸構造を備える。表面ナノ凹凸構造は、ＭＥＭＳ（微小電気機械素子：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術で製作される、直径１マイクロメートル以下の凹凸で、数マイクロメートル〜数十マイクロメートル程の、１００マイクロメートル以下の大きさの細胞と直接接触する面を凸凹に加工することで、細胞との接触面積を減らし、表面間力を低減させる。換言すれば、表面ナノ凹凸構造は、直径１マイクロメートル以下のナノスケール凹形状、もしくは凸形状である。
【００２８】
エンドエフェクタ１００は、ガラスロッド１、エンドエフェクタ２、操作対象となる微小対象物３を備える。エンドエフェクタ２は、先端から挟持部Ｅ１、頚部Ｅ２、把柄部Ｅ３から構成される。エンドエフェクタ２の材料は、実施形態１では、シリコン（Ｓｉ）である。微小対象物３は、実施形態１では、ネズミの繊維芽細胞（ＮＩＨ３Ｔ３）であり、直径は２０マイクロメートルである。
【００２９】
本発明のエンドエフェクタは、前記挟持部において、細胞との接触時に受ける細胞からの反力４０００ナノニュートンに対して耐える片持ち梁形状が好ましい。
【００３０】
本発明のエンドエフェクタは、前記頚部において、細胞との接触時に受ける細胞からの反力４０００ナノニュートンに対して耐える形状が好ましい。
【００３１】
本発明のエンドエフェクタは、前記把柄部において、細胞との接触時に受ける細胞からの反力４０００ナノニュートンに対して耐える形状が好ましい。
【００３２】
本発明のエンドエフェクタは、ロボットアームおよび前記把柄部が細胞操作の動作範囲を妨げることなく確保する目的で、把柄部および対象物と接触する挟持部との接続部となる前記頚部において、挟持部よりも径、幅、厚みの１つもしくは複数が大きいことが好ましい。
【００３３】
図２は、エンドエフェクタの挟持部Ｅ１、頚部Ｅ２、把柄部Ｅ３を示す説明
する図である。挟持部Ｅ１において、対象物と接触する挟持部表面Ｓ１を備える。頚部Ｅ２において、エンドエフェクタの形状を形成する面ＳＡを備える。把柄部Ｅ３において、エンドエフェクタの形状を形成する面ＳＢを備える。実施形態１では、挟持部Ｅ１の、対象物と接触する挟持部表面Ｓ１を構成する第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２に対して垂直な方向（つまり、第３方向Ｄ３）の長さは、頚部Ｅ２の第３方向Ｄ３の長さよりも短い。また、把柄部Ｅ３の第３方向Ｄ３の長さは、頚部Ｅ２の第３方向Ｄ３の長さと同じである。
【００３４】
さらに、実施形態１によれば、挟持部表面Ｓ１とエンドエフェクタの形状を形成する面ＳＡ、および面ＳＢが、同一面である。挟持部表面Ｓ１とエンドエフェクタの形状を形成する面ＳＡ、および面ＳＢが同一面で構成されることにより、製造プロセスの簡素化及び製造時間の短縮化を実現でき、ひいては製造コストを低減できる。
【００３５】
さらに、実施形態１によれば、挟持部表面Ｓ１とエンドエフェクタの形状を形成する面ＳＡ、および面ＳＢの形状は、フォトリソグラフィ技術を用いるため、最小分解能1マイクロメートルから１０マイクロメートルの精度で製作することができる。
【００３６】
さらに、実施形態１によれば、挟持部表面Ｓ１に施行する表面ナノ凹凸構造は、エンドエフェクタの形状を形成する面ＳＡ、および面ＳＢにも施行した。
【００３７】
§２  原料例
本発明のエンドエフェクタにおいて、前記頚部および把柄部の少なくとも１つもしくは複数の原料は、製作時間・費用コストを簡略化する目的で、前記挟持部における表面ナノ凹凸構造の原料と同じであることが好ましい。
【００３８】
本発明のエンドエフェクタにおいて、前記頚部の原料は、細胞操作時に培養液に接触するため、生体適合性の高いガラス材料、もしくは二酸化ケイ素で覆われたシリコン材料であることが好ましい。
【００３９】
本発明のエンドエフェクタにおいて、前記頚部の原料は、前記頚部の径・幅・厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状を備えるため、微細加工に適したシリコンであることが好ましい。
【００４０】
さらに、実施形態１によれば、挟持部Ｅ１と、頚部Ｅ２、および把柄部Ｅ３が、同一材料である。挟持部Ｅ１と、頚部Ｅ２、および把柄部Ｅ３が、同一材料で構成されることにより、製造プロセスの簡素化及び製造時間の短縮化を実現でき、ひいては製造コストを低減できる。また、実施形態１によれば、微細加工に適したシリコン材料を用いた。
【００４１】
§３  製作方法
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程は、前記把柄部はロボットアームに搭載されるガラスロッドに集積可能な形状、および前記頚部の径、幅、厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状、および把柄部片持ち梁形状を形成する工程であり、フォトリソグラフィ技術とシリコンの深堀ドライエッチング技術により施行することが好ましい。
【００４２】
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程は、前記把柄部はロボットアームに搭載されるガラスロッドに集積可能な形状、および前記頚部の径・幅・厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状、および把柄部片持ち梁形状を形成する工程であり、フォトリソグラフィ技術とシリコンのウェットエッチング技術により施行することが好ましい。
【００４３】
前記表面ナノ凹凸構造を形成する工程は、四フッ化炭素ガスと酸素ガスの両方を混合したガスを用いて、反応性イオンエッチングにより施行することが好ましい。
【００４４】
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、前記表面ナノ凹凸構造を形成及び処理して、前記エンドエフェクタの形状を形成することが好ましい。
【００４５】
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程と前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、前記エンドエフェクタの形状を形成及び処理する工程を分割し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程を、前記エンドエフェクタの形状の形成開始後から処理完了までに挿入することが好ましい。
【００４６】
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程は、第Ａ面工程を構成し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、第Ａ面と第１面が同一平面上にない場合、前記エンドエフェクタの形状を形成及び処理して、前記表面ナノ凹凸構造を形成することが好ましい。
【００４７】
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程は、第Ａ面工程を構成し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、第Ａ面と第１面が同一平面上にない場合、前記表面ナノ凹凸構造を形成及び処理して、前記エンドエフェクタの形状を形成することが好ましい。
【００４８】
本発明のエンドエフェクタの製造方法において、前記エンドエフェクタの形状を形成する前記工程は、第Ａ面工程を構成し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程は、第１面工程を構成し、第Ａ面と第１面が同一平面上にない場合、前記エンドエフェクタの形状を形成及び処理する工程を分割し、前期表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程を、前記エンドエフェクタの形状の形成開始後から処理完了までに挿入することが好ましい。
【００４９】
図３〜図５を参照して、エンドエフェクタ１００の製造方法について説明する。エンドエフェクタ１００の製造方法は、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造工程Ｐ１００、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００、及びエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程Ｐ３００を含む。図３はエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造工程Ｐ１００を説明する図であり、図４はエンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００を説明する図であり、図５はエンドエフェクタの対象物と接触
する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程Ｐ３００を説明する図である。挟持部表面側ＥＴ、および挟持部表面の反対側ＥＢはエンドエフェクタ２の1部である。実施形態１では、Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３は同一の基板４から構成されている。
【００５０】
図３（ａ）は、対象物と接触する挟持部表面側ＥＴ、およびＥＴの形状を決定するレイヤーＬ１を示す斜視図である。図３（ｂ）は、挟持部表面側の製造工程Ｐ１００での処理後の挟持部表面側ＥＴ、およびレイヤーＬ１を説明する斜視図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿った断面図である。
【００５１】
図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、挟持部表面側の製造工程Ｐ１００では、エッチング（例えば、フォトリソグラフィによるパターニング）により、レイヤーＬ１を処理して、エッチング（例えば、ドライエッチング）により、挟持部表面側ＥＴを形成する。従って、挟持部Ｅ１と、頚部Ｅ２、および把柄部Ｅ３は、挟持部表面側ＥＴの一部である。処理後のレイヤーＬ１、つまり、挟持部表面Ｓ１、エンドエフェクタの形状を形成する面ＳＡ、および面ＳＢをＬ１と記載する場合もある。
【００５２】
レイヤーＬ１の原料は、実施形態１では、フォトレジストである。
【００５３】
挟持部表面側の製造工程Ｐ１００の完了後、挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００が実行される。
【００５４】
図４（ａ）は、対象物と接触する挟持部表面の反対側ＥＢ、およびＥＢの形状を決定するレイヤーＬ２を示す斜視図である。図４（ｂ）は、挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００での処理後の挟持部表面の反対側ＥＢ、およびレイヤーＬ２を説明する斜視図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＶＣ−ＶＣ線に沿った断面図である。
【００５５】
図４（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００では、エッチング（例えば、フォトリソグラフィによるパターニング）により、レイヤーＬ１を処理して、エッチング（例えば、ドライエッチング）により、挟持部表面の反対側ＥＢを形成する。従って、頚部Ｅ２、および把柄部Ｅ３は、挟持部表面の反対側ＥＢの一部である。
【００５６】
レイヤーＬ２の原料は、実施形態１では、フォトレジストである。
【００５７】
レイヤーＬ１、およびＬ２の原料は、深堀ドライエッチングのマスキング材料となる、フォトレジスト、金属、酸化ケイ素、樹脂で形成することが好ましい。
【００５８】
レイヤーＬ１、およびＬ２の原料は、ウェットエッチングのマスキング材料となる、金属、酸化ケイ素で形成することが好ましい。
【００５９】
挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００の完了後、挟持部表面上のナノ凹凸構造の製造工程Ｐ３００が実行される。
【００６０】
図５（ａ）は、挟持部表面上のナノ凹凸構造を施行するレイヤーＬ３を示す斜視図である。図５（ｂ）は、挟挟持部表面上のナノ凹凸構造の製造工程Ｐ３００での処理後のナノ凹凸構造を施行するレイヤーＬ３を説明する斜視図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＶＩＣ−ＶＩＣ線に沿った断面図である。
【００６１】
図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、挟持部表面上のナノ凹凸構造の製造工程Ｐ３００では、反応性イオンエッチングにより、レイヤーＬ３を処理して、ナノ凹凸構造を形成する。従って、挟持部表面Ｓ１、エンドエフェクタの形状を形成する面ＳＡ、および面ＳＢは、レイヤーＬ３の一部である。処理後のレイヤーＬ３、つまり、挟持部表面Ｓ１、エンドエフェクタの形状を形成する面ＳＡ、および面ＳＢをＬ３と記載する場合もある。
【００６２】
図６〜図８を参照して、エンドエフェクタ１００の製造方法の詳細について説明する。図６は、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造工程Ｐ１００を説明する断面図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、それぞれ、工程Ｐ１〜工程Ｐ４を説明する。
【００６３】
図６（ａ）に示すように、工程Ｐ１において、基板４を用意し、洗浄する。図６（ｂ）に示すように、工程Ｐ２において、レイヤーＬ１の原料であるフォトレジストをＥＴ側に成膜する。その結果、基板４上にレイヤーＬ１が形成される。図６（ｃ）に示すように、工程Ｐ３において、挟持部Ｅ１、頚部Ｅ２、把柄部Ｅ３に対応するマスクを使用して、フォトリソグラフィにより、挟持部Ｅ１、頚部Ｅ２、把柄部Ｅ３に対応するパターンをレジストに露光する。その後現像液を用いて、レイヤーＬ１aを形成する。工程Ｐ４において、シリコンの深堀ドライエッチング技術により、挟持部表面側ＥＴを形成する。ＥＴ形成後、ドライ洗浄又はウエット洗浄を実行して、レイヤーＬ１aを構成する、残ったレジストを除去する。
【００６４】
以上、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造工程Ｐ１００が完了した。次に、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００が実行される。
【００６５】
図７は、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００を説明する断面図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、それぞれ、工程Ｐ５〜工程Ｐ８を説明する。
【００６６】
図７（ａ）に示すように、工程Ｐ５において、工程Ｐ４まで完了した、基板４aを用意し、洗浄する。図７（ｂ）に示すように、工程Ｐ５において、レイヤーＬ２の原料であるフォトレジストをＥＢ側に成膜する。その結果、基板４a下部側にレイヤーＬ２が形成される。図７（ｃ）に示すように、工程Ｐ７において、頚部Ｅ２、把柄部Ｅ３に対応するマスクを使用して、フォトリソグラフィにより、頚部Ｅ２、把柄部Ｅ３に対応するパターンをレジストに露光する。その後現像液を用いて、レイヤーＬ２aを形成する。工程Ｐ８において、シリコンの深堀ドライエッチング技術により、挟持部表面側ＥＢを形成する。ＥＢ形成後、ドライ洗浄又はウエット洗浄を実行して、レイヤーＬ２aを構成する、残ったレジストを除去する。
【００６７】
以上、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造工程Ｐ２００が完了した。次に、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程Ｐ３００が実行される。
【００６８】
図８は、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程Ｐ３００を説明する断面図である。図８（ａ）、および図８（ｂ）は、それぞれ、工程Ｐ９〜工程Ｐ１０を説明する。
【００６９】
図８（ａ）に示すように、工程Ｐ９において、工程Ｐ８まで完了した、基板４ｂを用意し、洗浄する。図８（ｂ）に示すように、工程Ｐ１０において、レイヤーＬ３となるナノ凹凸構造を、反応性イオンエッチング技術により形成する。
【００７０】
以上、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程Ｐ３００が完了した。
【００７１】
以上、図３〜図９を参照して説明したように、実施形態１に係る製造方法によって、図１に示すエンドエフェクタ１００を好適に製造できる。また、エフェクタ２をシリコン材料のみで形成でき、製造コストを低減できる。さらに、ＭＥＭＳ技術を採用しているため、容易にエンドエフェクタ１００を製造できる。ＭＥＭＳ技術は、高精度な微細加工及び大面積アレイ化に最適だからである。また、ＭＥＭＳ技術の採用により、エンドエフェクタ１００は、センサ、アクチュエータ、及び／又は回路素子との集積化も可能である。
【００７２】
また、エンドエフェクタ１００は、把持を容易にするだけでなく、付着の問題を低減できる素材・構造を安価に製作することが可能であるため、微小対象物の把持・操作・脱着の制御が可能である。
【００７３】
また、エンドエフェクタ１００は、ガラスロッド１を備えており、ロボットアームに接続可能である。市販されているマイクロマニピュレータシステムには種類が多いが、エンドエフェクタそのものには互換性があるため、多くのマイクロマニピュレータシステムに適応可能である。
【００７４】
また、エンドエフェクタ１００は、培養液と組み合わせることにより、応用範囲さらに広げることが可能である（例えば、実施形態５）。微生物、又は細胞を、把持したり、操作したり、脱着したりして、高効率で位置決め精度の高い生体のスクリーニング操作、物理刺激、および化学刺激に対する動態の解明、を実行できる。
【００７５】
また、図３を参照して説明したように、実施形態１によれば、対象物と接触する挟持部表面側ＥＴは、フォトリソグラフィ工程Ｐ３で形成される。従って、重要なパーツである挟持部表面側ＥＴの形状に不具合が発生していれば、Ｐ４に進むことなく、再びレイヤーＬ１を製膜する工程Ｐ２をやり直すことで、プロセスの無駄を省くことができる。
【００７６】
また、図４を参照して説明したように、実施形態１によれば、対象物と接触する挟持部表面の反対側ＥＢは、フォトリソグラフィ工程Ｐ７で形成される。従って、重要なパーツである挟持部表面の反対側ＥＢの形状に不具合が発生していれば、Ｐ８に進むことなく、再びレイヤーＬ２を製膜する工程Ｐ６をやり直すことで、プロセスの無駄を省くことができる。
【００７７】
また、図９を参照して、エンドエフェクタ２のナノ凹凸構造の製造方法について説明する。図９は四フッ化炭素ガス５９ｓｃｃｍ、酸素ガス１０ｓｃｃｍ、圧力１６Ｐａ、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）２００Ｗの条件下における、反応性イオンエッチングを施行する時間と表面粗さの平均の関係である。実施形態１によれば、反応性イオンエッチングの試行時間は、平均表面粗さが１０ナノメートル以上となる3分以上行う。
§４  変形例
＜４．１＞挟持部
【００７８】
本発明のエンドエフェクタにおいて、前記挟持部の形状は、多面体のみならず、角錐、円錐、円柱、球形の変形状を含み、対象物と接触する挟持部表面には、前記表面ナノ凹凸構造を備える。
＜４．２＞頚部
【００７９】
本発明のエンドエフェクタにおいて、前記頚部の形状は、多面体のみならず、角錐、円錐、円柱、球形の変形状を含む、径・幅・厚みの１つもしくは複数が先細りになるテーパ形状を備える。
＜４．３＞把柄部
【００８０】
本発明のエンドエフェクタにおいて、前記把柄部の形状は、多面体のみならず、角錐、円錐、円柱、球形の変形状を含む、ロボットアームに搭載されるガラスロッドに集積可能な形状を備える。
【００８１】
本発明のエンドエフェクタにおいて、多くのマイクロマニピュレーションのロボットアームが直径１ミリメートルのガラスロッド、およびガラスチューブを搭載する仕様となっているが、ロボットアームへの搭載が可能であれば、ガラスロッドの形状は、円柱のみならず、多面体、角錐、円錐、球形の変形状を含む。
【００８２】
本発明のエンドエフェクタにおいて、把柄部を集積するガラスロッドの材質は、ロボットアームへの搭載が可能であれば、ガラスのみならず、金属、樹脂、その他の材質を含む。
【００８３】
（実施形態２）
図１及び図１０を参照して、本発明の実施形態２に係るエンドエフェクタ１００の製造方法について説明する。実施形態２に係る製造方法によって、図１に示すエンドエフェクタ１００を製造する。
【００８４】
図１０は、エンドエフェクタ１００の製造方法を示すフローチャートである。製造方法は、工程Ｐ１１、および工程Ｐ１２を含む。工程Ｐ１１は、挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程Ｐ３００を構成する。工程Ｐ１２は、挟持部、頸部、および把柄部の形成工程であり、エンドエフェクタ２の製造工程Ｐ４００を構成する。
【００８５】
工程Ｐ１１において、挟持部表面上のナノ凹凸構造を形成する。工程Ｐ１１は、図５で説明した、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作と同様である。工程Ｐ１２において、エンドエフェクタ２の構造を形成する。工程Ｐ１２は、図３、および図４で説明した、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造と同様である。
【００８６】
以上、実施形態２に係る製造方法によれば、図１に示すエンドエフェクタ１００を容易に製造できる。その他、実施形態１に係る製造方法と同様の効果を有する。
【００８７】
（実施形態３）
図１及び図１１を参照して、本発明の実施形態３に係るエンドエフェクタ１００の製造方法について説明する。実施形態３に係る製造方法によって、図１に示すエンドエフェクタ１００を製造する。
【００８８】
図１１は、エンドエフェクタ１００の製造方法を示すフローチャートである。製造方法は、工程Ｐ１３、および工程Ｐ１４を含む。工程Ｐ１３は、挟持部、頸部、および把柄部の形成工程であり、エンドエフェクタ２の製造工程Ｐ４００を構成する。工程Ｐ１４は、挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程Ｐ３００を構成する。
【００８９】
工程Ｐ１３において、エンドエフェクタ２の構造を形成する。工程Ｐ１３は、図３、および図４で説明した、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造と同様である。工程Ｐ１４において、挟持部表面上のナノ凹凸構造を形成する。工程Ｐ１４は、図５で説明した、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作と同様である。
【００９０】
以上、実施形態３に係る製造方法によれば、図１に示すエンドエフェクタ１００を容易に製造できる。その他、実施形態１に係る製造方法と同様の効果を有する。
【００９１】
（実施形態４）
図１及び図１２を参照して、本発明の実施形態４に係るエンドエフェクタ１００の製造方法について説明する。実施形態３に係る製造方法によって、図１に示すエンドエフェクタ１００を製造する。
【００９２】
図１２は、エンドエフェクタ１００の製造方法を示すフローチャートである。製造方法は、工程Ｐ１５〜工程Ｐ１７を含む。工程Ｐ１６は、挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作工程Ｐ３００を構成する。工程Ｐ１５、および工程Ｐ１６は、挟持部、頸部、および把柄部の形成工程であり、それぞれエンドエフェクタ２の製造工程Ｐ５００、およびエンドエフェクタ２の製造工程Ｐ６００から構成される。工程Ｐ５００、および工程Ｐ６００はエンドエフェクタ２の製造工程Ｐ４００の1部である。実施形態４ではエンドエフェクタ２の形状を形成及び処理する工程を分割し、表面ナノ凹凸構造を形成する前記工程を、前記エンドエフェクタの形状の形成開始後から処理完了までに挿入する構成である。
【００９３】
工程Ｐ１５、および工程Ｐ１６において、エンドエフェクタ２の構造を形成する。工程Ｐ１５、および工程Ｐ１６は、図３、および図４で説明した、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面側の製造、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面の反対側の製造と同様である。工程Ｐ１６において、挟持部表面上のナノ凹凸構造を形成する。工程Ｐ１６は、図５で説明した、エンドエフェクタの対象物と接触する挟持部表面上のナノ凹凸構造の製作と同様である。
【００９４】
以上、実施形態４に係る製造方法によれば、図１に示すエンドエフェクタ１００を容易に製造できる。その他、実施形態１に係る製造方法と同様の効果を有する。
【００９５】
（実施形態５）
図１３を参照して、本発明の実施形態５に係る細胞操作設備８００について説明する。図１３は、本発明の実施形態５に係る細胞操作設備８００を説明する斜視図である。細胞操作設備８００は、エンドエフェクタ１００と、培養液７００とを備える。エンドエフェクタ１００は、図１に示したエンドエフェクタ１００と同じである。培養液７００は細胞を含有することが可能である。つまり、細胞等の微小対象物の緻密な把持、移動、脱着操作を行うことが可能である。培養液７００は、エンドエフェクタの挟持部Ｅ１を覆うように形成される。なお、図１３では、培養液は透明又は半透明な物質７００を示している。ただし、培養液７００の色彩は特に限定されない。
【００９６】
次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。
【実施例】
【００９７】
（実施例１）
本発明の実施例１では、図３〜図８を参照して説明した製造方法により、図１に示すエンドエフェクタ１００を製作した。そして、エンドエフェクタ１００の顕微鏡画像を撮影した。
【００９８】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）を参照して実施例１を説明する。図１４（ａ）は、実施例１に係るエンドエフェクタ１００の顕微鏡画像を示す。エンドエフェクタ１００が良好に形成されていることを確認できた。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の領域２０を拡大している。エンドエフェクタ２の形状を決定する、パターニングが良好に形成されていることが確認できた。
【００９９】
エンドエフェクタ１００を以下の条件で製造した。基板４は厚さ２００マイクロメートルの両面研磨シリコンウェハを用いた。
【０１００】
工程Ｐ２（図６（ｂ））では、厚みが４マイクロメートルのフォトレジストを用いた。フォトレジストとして、ＡＺ１５００（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社）を使用した。工程Ｐ６（図７（ｂ））では、厚みが１０マイクロメートルのフォトレジストを用いた。フォトレジストとして、ＳＵ−８  ３００５（マイクロケム社）を使用した。
【０１０１】
工程Ｐ４（図６（ｄ））では、深堀エッチング装置により、１６０マイクロメートルの深さの加工をドライエッチングにて行った。工程Ｐ８（図７（ｄ））では、深堀エッチング装置により、４０マイクロメートルの深さの加工をドライエッチングにて行った。
【０１０２】
工程Ｐ４（図６（ｄ））ではドライ洗浄を実行して、残ったレジストを除去した。ドライ洗浄で使用した気体は酸素（Ｏ２）であった。また、工程Ｐ８（図７（ｄ））でも、ドライ洗浄を実行して、残ったレジストを除去した。ドライ洗浄で使用した気体は酸素（Ｏ２）であった。
【０１０３】
工程Ｐ１０（図８（ｂ））では、四フッ化炭素ガス５９ｓｃｃｍ、酸素ガス１０ｓｃｃｍ、圧力１６Ｐａ、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）２００Ｗ、エッチング時間５分の加工条件下で、平均表面粗さが１２ナノメートルとなる条件を採用した。
【０１０４】
（実施例２）
本発明の実施例２では、図５、および図８を参照して説明した製造方法により、表面ナノ凹凸構造を製作した。図３、図４、図６および図７を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタの顕微鏡画像を撮影した。また図３〜図８を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタの顕微鏡画像を撮影した。
【０１０５】
図１５（ａ）〜図１５（ｄ）を参照して実施例２を説明する。図１５（ａ）は、図３、図４、図６および図７を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタの顕微鏡画像を示す。図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の領域２１を拡大している。図１５（ｂ）は、図３３〜図８を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタの顕微鏡画像を示す。図１５（ｄ）は、図１５（ｂ）の領域２２を拡大している。図５、および図８を参照して説明した製造方法により、表面ナノ凹凸構造が良好に形成されていることを確認できた。図１５（ｄ）より直径1マイクロメートル〜２マイクロメートルのクレータ上の構造の内部に、１マイクロメートル以下の表面ナノ凹凸構造（図内の黒い複数の点形状）が形成できていることが確認できる。実施例３で示す、細胞の接着実験により、その効果が示された。
【０１０６】
（実施例３）
本発明の実施例３では、エンドエフェクタと細胞との接着試験を行った。図３、図４、図６および図７を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタを用いた細胞との接着試験結果の顕微鏡画像を撮影した。また、図３〜図８を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタを用いた細胞との接着試験結果の顕微鏡画像を撮影した。
【０１０７】
図１６、及び図１７を参照して実施例３を説明する。図１６は、図３、図４、図６および図７を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタ細胞との接着試験結果の顕微鏡画像を示す。図１７は、図３〜図８を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタによる、細胞との接着試験結果の顕微鏡画像を示す。図１６（ａ）および図１７（ａ）はエンドエフェクタの移動開始時、図１６（ｂ）および図１７（ｂ）はエンドエフェクタと細胞との接着時、図１６（ｃ）および図１７（ｃ）はエンドエフェクタの押し込みにより細胞移動時、図１６（ｄ）および図１７（ｄ）はエンドエフェクタを細胞と反対側へ戻す動作時、図１６（ｅ）および図１７（ｅ）はエンドエフェクタを開始時の位置に戻した時を示す。図１６の凹凸構造を施していない場合では、細胞の脱着は確認できなかった。一方、図１７の凹凸構造を施していない場合では、細胞の脱着が確認できた。表面ナノ凹凸構造による優位性が確認できた。
【０１０８】
また、図３〜図８を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタにおいて、本発明で提示した表面ナノ凹凸構造、およびの表面ナノ凹凸構造の製造方法の効果が示せた。
【０１０９】
（実施例４）
本発明の実施例４では、1対のマニピュレータによる細胞の搬送試験を行った。図１に示すように、図３〜図８を参照して説明した製造方法により製作したエンドエフェクタを２つ設置し、さらにナノ凹凸構造を有する面を向かい合うように設置し、細胞を把持し、移動、脱着を行った。搬送試験結果の顕微鏡画像を撮影した。
【０１１０】
本発明の実施例４では、1対のマニピュレータによる細胞の搬送試験を行った。図３〜図８を参照して説明した製造方法により製作した1対のマニピュレータによる、細胞の搬送試験結果の顕微鏡画像を図１８示す。図１８（ａ）は1対のマニピュレータにより細胞の把持時、図１８（ｂ）は細胞移動時、図１８（ｃ）はエンドエフェクタの片方を細胞と反対側へ戻す動作時、図１８（ｄ）はエンドエフェクタの片方を開始時の位置に戻した時を示す。図１８より細胞がエンドエフェクタに接着することなく、脱着できていることが確認できた。
【０１１１】
（実施例５）
本発明の実施例５では、エンドエフェクタの変形例として、挟持部が四角錐形状のものを示す。図３〜図８を参照して説明した製造方法により製作した。また、細胞への接着試験を行った。製作したエンドエフェクタ、および製作したエンドエフェクタを用いた細胞との接着試験結果の顕微鏡画像を撮影した。
【０１１２】
図１９（ａ）は、実施例５に係るエンドエフェクタ１００の顕微鏡画像を示す。エンドエフェクタ１００が良好に形成されていることを確認できた。また、図１９（ｂ）は、実施例３、および実施例４と同様に細胞への付着試験を行った。図１９（ｂ）Ａはエンドエフェクタの移動開始時。図１９（ｂ）Ｂはエンドエフェクタと細胞との設置時、図１９（ｂ）Ｃは細胞移動時、図１９（ｂ）Ｄはエンドエフェクタを細胞と反対側へ戻す動作時は細胞移動時エンドエフェクタの移動開始時を示す。表面ナノ凹凸構造により付着が起こらなかったことが確認できた。本実施例により、変形例でも効果が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、すべてのマイクロマニピュレーションの分野に利用可能である。特に近年のマイクロマニピュレーション技術を用いた、バイオ応用の報告例の増加が非常に顕著であるが、細胞操作に適した、素材・構造を考慮した発明であるため、その汎用性拡大に大いに期待できる。本発明の利用により、熟練技術を必要とせずに簡易の手動マイクロマニピュレータでも容易な操作が可能となる。また、市販されているマイクロマニピュレータシステムには種類が多いが、エンドエフェクタそのものには互換性があり、マイクロマニピュレータの普及を高めることも期待できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１・・・ガラスロッド
２・・・エンドエフェクタ
３・・・操作対象物
４・・・基板
１００・・・表面ナノ凹凸構造を有するマイクロマニピュレーション用エンドエフェクタ
７００・・・培養液
８００・・・細胞操作設備
Ｅ１・・・挟持部
Ｅ２・・・頚部
Ｅ３・・・把柄部
ＥＴ・・・挟持部表面側
ＥＢ・・・挟持部表面の反対側
Ｌ１・・・第１レイヤー
Ｌ２・・・第２レイヤー
Ｌ３・・・第３レイヤー
【図１】
2016198059.tif 000003
【図２】
2016198059.tif 000004
【図３】
2016198059.tif 000005
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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