(57)【要約】【課題】任意の形状の照射パターンを光照射時に生成し、細胞を一個一個選別してパターン化することが可能な細胞パターニング装置および細胞パターニング方法を提供する。【解決手段】本発明によれば、光照射により細胞の接着性が変化する基板に対して所定波長の光を照射し、細胞のパターン化を行う細胞パターニング装置であって、基板に対して所定波長の光を照射する光照射部と、光照射部及び／又は基板の位置を変化させ、光の照射位置を変更させる駆動部と、を有し、光照射部は、所定波長の光を射出する複数の第１の光源を備え、複数の第１の光源がアレイ状に設けられる細胞パターニング装置が提供される。【選択図】図２
2009045002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射により細胞の接着性が変化する基板に対して所定波長の光を照射し、細胞のパターン化を行う細胞パターニング装置であって、
前記基板に対して所定波長の光を照射する光照射部と、
前記光照射部及び／又は前記基板の位置を変化させ、前記光の照射位置を変更させる駆動部と、
を有し、
前記光照射部は、
所定波長の光を射出する複数の第１の光源を備え、
前記複数の第１の光源は、アレイ状に設けられる
ことを特徴とする、細胞パターニング装置。
【請求項２】
前記光照射部は、
前記複数の第１の光源から射出された光を前記基板に集光するレンズ部を更に備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の細胞パターニング装置。
【請求項３】
前記細胞パターニング装置は、
前記光照射部からの光照射により前記基板から遊離した前記細胞を前記基板より除去する細胞除去部を更に備える
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の細胞パターニング装置。
【請求項４】
前記細胞パターニング装置は、
前記光照射部により光が照射された前記基板上の箇所に対して細胞を供給する細胞供給部を更に備える
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の細胞パターニング装置。
【請求項５】
前記光照射部は、
前記基板上の前記細胞に対して所定波長の光を照射する複数の第２の光源と、
前記第２の光源から射出された光に起因する前記細胞からの発光を検出する受光部と、
を更に備える
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の細胞パターニング装置。
【請求項６】
前記第１の光源および前記第２の光源の少なくともいずれか一方は、半導体を用いた光学素子である
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の細胞パターニング装置。
【請求項７】
前記第１の光源および前記第２の光源の少なくともいずれか一方は、発光ダイオードである
ことを特徴とする、請求項６に記載の細胞パターニング装置。
【請求項８】
前記光照射部と、前記細胞除去部とは、一体に形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の細胞パターニング装置。
【請求項９】
前記光照射部と、前記細胞供給部とは、一体に形成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の細胞パターニング装置。
【請求項１０】
光照射により細胞の接着性が変化する基板に対して、アレイ状に設けられた複数の光源を有する光照射部から所定波長の光を照射し、細胞のパターン化を行う細胞パターニング方法であって、
前記基板の所望の箇所まで、前記光照射部及び／又は前記基板の位置を変化させるステップと、
前記基板に対して、前記複数の光源の少なくともいずれか一つから前記光を照射するステップと、
前記光照射により前記基板から遊離した前記細胞を、前記基板より除去するステップと、
を含むことを特徴とする、細胞パターニング方法。
【請求項１１】
光照射により細胞の接着性が変化する基板に対して、アレイ状に設けられた複数の光源を有する光照射部から所定波長の光を照射し、細胞のパターン化を行う細胞パターニング方法であって、
前記基板の所望の箇所まで、前記光照射部及び／又は前記基板の位置を変化させるステップと、
前記基板の所望の箇所に対して、所定の細胞を供給するステップと、
前記所定の細胞が供給された基板に対して、前記複数の光源の少なくともいずれか一つから前記光を照射するステップと、
を含むことを特徴とする、細胞パターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞パターニング装置および細胞パターニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、培養された細胞の中から目的とするものを選別して取り出し、２次元の細胞分布を得るために、光により表面の化学状態が変化する基板上に細胞を培養し、この基板に対して光を照射することで細胞が遊離する現象を用いたものが提案されている。半導体ＩＣ（集積回路）を製造するために用いられるガラスマスクを使用することで、所望の光照射パターンを形成することが可能であり、このガラスマスクを用いて所望のパターンに配置された細胞のシートを得ることが可能となる。かかる方法で製造された細胞のシートは、例えば、再生医療技術へ応用することが期待される。
【０００３】
上記のような細胞のシートを実現するために必要な基板の材料について、様々な提案がなされている。例えば、スピロピランやアゾベンゼン等の色素をつなげた重合性モノマー材料や重合性コポリマー材料が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この材料では、紫外光照射により細胞接着性阻害剤が溶出し、その結果、細胞の基板への接着が亢進する過程が生じるものとされている。
【０００４】
また、上記方法の他に、基板上に光解離性の２−ニトロベンジル基で保護されケージ（ｃａｇｅ）されたカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）上に、ＢＳＡ（Ｂｏｖｉｎｅ  Ｓｅｒｕｍ  Ａｌｂｕｍｉｎ）を設ける方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。ＢＳＡで覆われた基板表面には細胞が接着することは出来ないが、紫外光を基板に照射することによって、光解離が生じてカルボキシル基が表面に現れ、細胞が接着できるようになる。
【０００５】
以上のように、用いる方法によって、光を与えたところに細胞が接着する構成と、遊離する構成とが存在する。
【０００６】
細胞のパターン化が可能となると、パターン化された細胞を用いて細胞組織または器官等を形成することが可能となる。そのため、パターン化された細胞は、再生医療に寄与することが考えられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２１０９３６号公報
【非特許文献１】Ｙ．Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ｊ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉ，Ｔ．Ｔａｋａｒａｄａ，Ｓ．Ｉｎｏｕｅ，Ｋ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｙ．Ｙｏｓｈｉｄａ  ａｎｄ  Ｍ．Ｍａｅｄａ，“Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｅｌｌ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｎ  Ｐｈｏｔｏａｃｔｉｖａｔａｂｌｅ  Ｃｅｌｌ−Ｃｕｌｔｕｒｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ”，ＮａｎｏＢｉｏ  Ｔｏｋｙｏ  ２００６予稿集、ＢＭ−１０２２、ｐｐ．５３〜５４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１および非特許文献１に記載の方法は、半導体ＩＣの製造等に用いられるガラスマスクを用いて光を照射する照射パターンを形成しているため、細胞を一個一個選別してパターン化することや、任意の形状の照射パターンを光照射時に生成することが不可能であるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、任意の形状の照射パターンを光照射時に生成し、細胞を一個一個選別してパターン化することが可能な、新規かつ改良された細胞パターニング装置および細胞パターニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光照射により細胞の接着性が変化する基板に対して所定波長の光を照射し、細胞のパターン化を行う細胞パターニング装置であって、前記基板に対して所定波長の光を照射する光照射部と、前記光照射部及び／又は前記基板の位置を変化させ、前記光の照射位置を変更させる駆動部と、を有し、前記光照射部は、所定波長の光を射出する複数の第１の光源を備え、前記複数の第１の光源は、アレイ状に設けられる細胞パターニング装置が提供される。
【００１１】
かかる構成によれば、所定波長の光を射出する複数の第１の光源がアレイ状に配置された光照射部は、光照射により細胞の接着性が変化する基板に対して所定波長の光を射出し、駆動部は、光照射部および基板の少なくともいずれか一方の位置を変化させて、光の照射位置を変更させる。これにより、基板上の所望の箇所に光を自由に照射することが可能となるため、任意の形状の照射パターンを光照射時に生成し、細胞を一個一個選別してパターン化することができる。
【００１２】
前記光照射部は、前記複数の第１の光源から射出された光を前記基板に集光するレンズ部を更に備えてもよい。かかる構成によれば、レンズ部は、複数の第１光源から射出された光を、基板上に集光する。これにより、光が照射される範囲を小さくすることが可能となり、より小さな細胞であっても選別できるようになる。
【００１３】
前記細胞パターニング装置は、前記光照射部からの光照射により前記基板から遊離した前記細胞を前記基板より除去する細胞除去部を更に備えてもよい。かかる構成によれば、細胞除去部は、光照射によって基板から遊離した細胞を、基板上から除去する。これにより、所望の細胞分布を容易に形成することができる。
【００１４】
前記細胞パターニング装置は、前記光照射部により光が照射された前記基板上の箇所に対して細胞を供給する細胞供給部を更に備えてもよい。かかる構成によれば、細胞供給部は、基板上の所望の箇所に細胞を供給する。細胞供給部により細胞が供給された箇所に光を照射することで、供給された細胞を基板上に固定し、所望の細胞分布を容易に形成することができる。また、必要な箇所にのみ細胞を供給することが可能となるため、細胞の無駄遣いを抑制することができる。
【００１５】
前記光照射部は、前記基板上の前記細胞に対して所定波長の光を照射する複数の第２の光源と、前記第２の光源から射出された光に起因する前記細胞からの発光を検出する受光部と、を更に備えてもよい。かかる構成によれば、複数の第２の光源は、基板上の細胞に対して所定波長の光を照射し、受光部は、第２の光源から射出された光に起因する細胞からの発光を受光する。これにより、細胞からの発光を利用して細胞のパターニングを行うことが可能となり、効率的にパターニング処理を行うことができる。
【００１６】
前記第１の光源および前記第２の光源の少なくともいずれか一方は、半導体を用いた光学素子であってもよく、前記第１の光源および前記第２の光源の少なくともいずれか一方は、発光ダイオードであってもよい。かかる構成によれば、第１の光源および第２の光源の少なくともいずれか一方は、例えば発光ダイオード等の半導体を用いた光学素子を用いて形成される。これらの光学素子を利用することで、細胞パターニング装置全体の小型化を図ることができる。
【００１７】
前記光照射部と、前記細胞除去部とは、一体に形成されてもよく、前記光照射部と、前記細胞供給部とは、一体に形成されてもよい。かかる構成により、細胞パターニング装置全体の小型化を図ることができる。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光照射により細胞の接着性が変化する基板に対して、アレイ状に設けられた複数の光源を有する光照射部から所定波長の光を照射し、細胞のパターン化を行う細胞パターニング方法であって、前記基板の所望の箇所まで、前記光照射部及び／又は前記基板の位置を変化させるステップと、前記基板に対して、前記複数の光源の少なくともいずれか一つから前記光を照射するステップと、前記光照射により前記基板から遊離した前記細胞を、前記基板より除去するステップと、を含む細胞パターニング方法が提供される。
【００１９】
かかる構成によれば、光照射部および基板の少なくともいずれか一方の位置を変化させることで、基板上の所望の箇所に光が照射されるようにし、光の照射ステップでは、複数の光源の少なくともいずれか一つから、基板上の所望の箇所に光を照射し、細胞の除去ステップでは、光照射により基板から遊離した細胞を、基板から取り除く。これにより、基板上の細胞を除去したい箇所に光を照射して、細胞を除去することが可能となるため、任意の形状の照射パターンを光照射時に生成し、細胞を一個一個選別してパターン化することができる。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、光照射により細胞の接着性が変化する基板に対して、アレイ状に設けられた複数の光源を有する光照射部から所定波長の光を照射し、細胞のパターン化を行う細胞パターニング方法であって、前記基板の所望の箇所まで、前記光照射部及び／又は前記基板の位置を変化させるステップと、前記基板の所望の箇所に対して、所定の細胞を供給するステップと、前記所定の細胞が供給された基板に対して、前記複数の光源の少なくともいずれか一つから前記光を照射するステップと、を含む細胞パターニング方法が提供される。
【００２１】
かかる構成によれば、光照射部および基板の少なくともいずれか一方の位置を変化させることで、基板上の所望の箇所に光が照射されるようにし、細胞の供給ステップでは、基板所望の箇所に対して、所定の細胞を供給し、光の照射ステップでは、複数の光源の少なくともいずれか一つから、細胞の供給された箇所に光を照射する。これにより、基板上の細胞を培養したい箇所にのみ細胞を供給することが可能となるため、任意の形状の照射パターンを光照射時に生成し、細胞を一個一個選別してパターン化することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、アレイ状に配置された複数の光源によって、基板上の所望の箇所に自由に光を照射することが可能となるため、任意の形状の照射パターンを光照射時に生成し、細胞を一個一個選別してパターン化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
（第１の実施形態）
＜基板について＞
本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００について説明するに先立ち、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００で用いられる基板について、詳細に説明する。
【００２５】
本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００で用いられる基板１は、細胞の培養に用いられるものであり、ガラスや樹脂素材等の所定の基材を用いて形成される。この基材上には、所定の化合物を用いた化合物層が形成されており、この化合物層は、培養する細胞を固定するための固定層として利用される。この化合物層の形成のために用いられる化合物は、所定波長の光が照射されることで細胞との接着性が変化する化合物であれば、培養する細胞に応じて任意のものを使用することが可能であり、例えば、上述の特許文献１や非特許文献１に記載の化合物を用いることができる。基板１の表面には、培養する細胞に応じて所定の培養液が保持され、細胞を培養することが可能である。
【００２６】
＜細胞パターニング装置１０００の構成について＞
続いて、図１Ａおよび図１Ｂを参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の構成について、詳細に説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の構成を説明するための説明図である。
【００２７】
本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００は、図１Ａおよび図１Ｂに示したように、光照射部１０と、細胞除去部２０と、制御部４０と、駆動部５０と、を備える。
【００２８】
光照射部１０は、所定波長の光を基板１の任意の箇所に対して照射する。光照射部１０が射出する光の波長は、用いる基板１の種類（換言すれば、基板１の化合物層に用いられた化合物の種類）によって決定され、基板１において細胞の接着性が効率よく変化しうる波長が選択される。本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００では、基板１上に培養されている細胞を除去したい箇所に対して光照射部１０により光を照射し、基板１から培養されている細胞を遊離させる。また、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００では、基板１上に培養されている細胞を固定したい箇所に対して光照射部１０により光を照射し、基板１に培養されている細胞を固定してもよい。光照射部１０この光照射部１０については、以下で詳細に説明する。
【００２９】
細胞除去部２０は、光照射部１０からの光照射によって基板１から遊離した細胞を、基板１上から取り除く。細胞除去部２０には、例えば、液体を吸引可能な精密ポンプなどのポンプ３０が接続されている。細胞除去部２０は、ポンプ３０の吸引力を利用して、遊離した細胞を基板１上の培養液とあわせて基板１から除去する。
【００３０】
なお、上述の光照射部１０と細胞除去部２０とは、別々に形成されてもよく、一体に形成されてもよい。
【００３１】
制御部４０は、光照射部１０および細胞除去部２０の駆動制御を行う。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶部等を備えたコンピュータで構成される。制御部４０は、光照射部１０を制御して、光照射のオン・オフ制御や照射する光のエネルギーの制御等を行うことが可能である。また、制御部４０は、細胞除去部２０を制御して、遊離した細胞の吸引を行ったり、細胞除去部２０を介してポンプ３０の制御を行ったりすることが可能である。なお、制御部４０は、ポンプ３０を直接制御してもよい。また、制御部４０は、後述する駆動部５０を制御してもよい。
【００３２】
駆動部５０は、モーター等の動力源と、この動力源を制御する制御装置とから構成されており、光照射部１０および細胞除去部２０と、基板１の少なくともいずれか一方を動かして、光照射部１０および細胞除去部２０と、基板１との相対的な位置関係を変更する。駆動部５０は、図１Ａに示したように、光照射部１０および細胞除去部２０と接続され、これら光照射部１０および細胞除去部２０の位置を変更してもよいし、図１Ｂに示したように、基板１が載置される台（ステージ）と一体となって稼動ステージとして構成し、載置される基板１の位置を変更してもよい。また、光照射部１０、細胞除去部２０および基板１の載置台にそれぞれ接続され、これらすべての位置を変更してもよい。
【００３３】
なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、駆動部５０は１つしか設けられておらず、光照射部１０、細胞除去部２０または基板１を図中のｙ軸方向に移動させる場合について示しているが、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００に設けられる駆動部５０の個数は、上記の場合に限定されるわけではなく、複数の駆動部５０が設けられ、光照射部１０、細胞除去部２０または基板１を、図中のｙ軸方向やｘ軸方向に移動させてもよい。また、光照射部１０から射出される光を基板１上の任意の箇所へと照射するために、駆動部５０は、光照射部１０、細胞除去部２０または基板１を図中のｙ軸方向やｘ軸方向へ移動可能なように設置されることが好ましい。
【００３４】
また、光照射部１０および細胞除去部２０と、基板１との相対的な位置関係を変更するために、基板１をシート状に形成してロール状に巻き取っておき、巻き取られたものから基板を繰り出して、基板１が光照射部１０および細胞除去部２０の下方を移動させるようにしてもよい。
【００３５】
＜本実施形態に係る光照射部１０および細胞除去部２０の構成について＞
続いて、図２を参照しながら、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の光照射部１０および細胞除去部２０について、詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００を説明するための説明図である。
【００３６】
［光照射部１０の構成について］
図２に示したように、本実施形態に係る光照射部１０は、光源１０１と、レンズ部１０３と、ヘッド部１０５と、を備える。
【００３７】
光源１０１は、所定波長の光を基板１に対して射出する。光源１０１として、例えば半導体を用いた光学素子を使用することができる。半導体を用いた光学素子の例としては、例えば、半導体レーザーや発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）などがある。光源１０１が射出する光の波長は、基板１に用いられている化合物に応じて決定される。すなわち、基板１に使用された化合物において、細胞との接着性が効率よく変化する波長となるように、光源１０１が射出する光の波長は決定される。このような観点から、本実施形態では、例えば、発光波長を３６５ｎｍ±３０ｎｍ程度とすることが可能である。
【００３８】
上述のような光源１０１は、基板１の幅方向（すなわち、図中のｘ軸方向）に複数配置され、アレイ状に配設される。隣接する光源１０１の間隔は、基板１上で培養する細胞の大きさによって規定されることが好ましいが、例えば、１０μｍ〜数十μｍとすることが可能である。
【００３９】
レンズ部１０３は、光源１０１からの光を、用いたレンズの焦点の位置に集光させる機能を有する。用いるレンズの焦点距離は、任意の値とすることが可能であるが、細胞パターニング装置の小型化を図るために、例えば３ｍｍ程度の焦点距離としてもよい。レンズ部１０３は、球面レンズや非球面レンズ等の任意のレンズを使用することができる。また、図２に示したように、レンズ部１０３として、例えばロッドレンズを用いることも可能である。レンズ部１０３を設けることで、光源１０１から射出された光は、基板１上に集光されることとなり、より精密な細胞のパターニング処理を行うことが可能となる。更に、光源１０１とレンズ部１０３との間にコリメートレンズを配置し、光源１０１から射出された光を、ビーム広がり角の小さい光ビーム、例えば平行光にしてもよい。
【００４０】
レンズ部１０３は、図２に示したように、基板１の幅方向（すなわち、図中のｘ軸方向）に複数配置され、複数の光源１０１からの光を効率よく基板１上に集光できるようにすることが好ましい。レンズ部１０３として用いるレンズの個数は、光源１０１と同じ数となるようにしてもよく、複数の光源１０１からの光を１つのレンズで集光してもよい。また、図２に示した例では、複数のレンズがｘ軸方向に沿って真っ直ぐに配置されているが、複数のレンズを千鳥配置に配設してもよい。
【００４１】
また、図２に示した例では、光源１０１から射出された光は、レンズ部１０３によって基板１に集光される場合について説明しているが、本実施形態に係る光照射部１０は上記の例に限定されるわけではなく、レンズ部１０３自体を設けずに、光源１０１から射出された光を直接基板１へと照射してもよい。
【００４２】
光源保持基板として用いられるヘッド部１０５は、図２に示したように、光源１０１の一方の面を支持するように設けられる。また、ヘッド部１０５上には、光源１０１の駆動回路（図示せず）等が配置されてもよい。光源１０１の駆動回路は、上述の制御部４０と接続され、制御部４０によって光源１０１の駆動制御が行われる。
【００４３】
本実施形態に係る光照射部１０は、上記のような部材を用いて構成されるが、光照射部１０として、例えば、ＬＥＤプリンタに用いられるプリンタヘッドを転用することが可能である。
【００４４】
［細胞除去部２０の構成について］
また、本実施形態に係る細胞除去部２０は、図２に示したように、細胞を取り除くためのスポイト上の流路２０１から構成される。流路２０１の形状は、図２に示したような略角柱形状であってもよく、円柱形状であってもよい。また、流路２０１の太さ（流路２０１の内径）は、除去する細胞の大きさと整合をとることが好ましく、例えば、１０〜数十μｍとすることができる。
【００４５】
設置する流路２０１の個数は、光照射部１０に設けられる光源１０１の個数と同一とし、それぞれの光源１０１に対応した流路２０１を設けることが好ましいが、いくつかの光源１０１に対して１つの流路２０１を設けるようにしてもよい。この場合には、流路２０１の太さを太くして、複数箇所から容易に細胞を除去できるようにすることが好ましい。また、細胞除去部２０の幅（ｘ軸方向の幅）の大部分を占めるような流路２０１を一つ形成することも可能である。
【００４６】
流路２０１には、液体を吸引可能な精密ポンプなどのポンプ３０が接続されており、ポンプ３０により流路２０１の内部が減圧されることで、光照射部１０からの光照射により基板１から遊離した細胞３を、基板１上から除去する。
【００４７】
細胞除去部２０は、例えば、ガラスや樹脂等を成形することで作製が可能である。ガラスやプラスチック基板等の基材に対して、各種のエッチングまたはプレス法等を用いることで溝を形成し、溝が形成された基材上に別の基板を配置することで形成することが可能である。
【００４８】
本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００に用いる基板１は、上述のように、所定波長の光が照射された箇所に存在する化合物層の接着性が変化し、接着性が変化した化合物上に存在する細胞３が、基板１から遊離する。細胞３の基板１からの遊離には、ある程度の時間が必要となり、遊離のための時間は、基板１が用いている化合物に依存する。このため、光照射部１０が所望の細胞の位置に光を照射した後、遊離のための時間が経過した後に細胞除去部２０が当該細胞の位置に到達することが望ましい。そこで、光照射部１０の配置位置と、細胞除去部２０の配置位置との間隔を調節することで、上記遊離のための時間を調整する。
【００４９】
光照射部１０と細胞除去部２０との間隔（図２におけるｙ方向の間隔）は、用いる基板１に応じて適宜設定することが可能であるが、例えば図２に示したように、光照射部１０と細胞除去部２０とが近接するように配置してもよく、光照射部１０と細胞除去部２０とを大きく離隔して設けても良い。また、光照射部１０と細胞除去部２０とを一体に形成してもよい。
【００５０】
＜細胞パターニング装置１０００の動作について＞
続いて、図２を参照しながら、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の動作について、詳細に説明する。
【００５１】
まず、基板１上に、細胞３を一面に敷き詰めて培養しておき、基板１上の化合物層に細胞３を固定しておく。所望の細胞パターンを形成するために、アレイ状の光源１０１を有する光照射部１０により、細胞３を除去したい箇所に対して光を照射する。光照射部１０の移動は、制御部３０の制御のもとで駆動部５０により行われる。図２の場合においては、光照射部１０は、図中のｙ軸方向に沿って移動させる。
【００５２】
駆動部５０が光照射部１０を基板１のｙ軸正方向側の端部からｙ軸負方向側の端部まで移動させる際、照射したい部分に光源１０１が到達したときに、制御部３０は、光源１０１の駆動回路を介して電流を流し、光源１０１から光を照射させる。所望の時間光を照射した後は、制御部３０は駆動部５０を制御して光照射部１０を次の場所へと移動させる。
【００５３】
ここで、細胞除去部２０に接続されているポンプ３０を用いて流路２０１中の液体（例えば、基板１に用いている培養液等）を出し入れすることで局所的に振動を与え、接着性の低下している箇所から細胞３を遊離させる。その後、細胞除去部２０は、ポンプ３０によって吸い出される流路２０１中の液体とともに、基板１上の細胞３を基板１から除去する。
【００５４】
かかる動作を繰り返し行うことで、所望の細胞パターンを有する基板を容易に製造することが可能となる。
【００５５】
（第１の実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の第１変形例について）
続いて、図３を参照しながら、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の第１変形例を詳細に説明する。図３は、本変形例に係る細胞パターニング装置１０００を説明するための説明図である。
【００５６】
＜細胞パターニング装置１０００の構成について＞
本変形例に係る細胞パターニング装置１０００は、本発明の第１の実施形態に係る光照射部１０および細胞除去部２０に加えて、基板１上の細胞を励起するための励起光源１５１と、細胞からの発光を検出する受光素子１５３とを備える。
【００５７】
かかる細胞パターニング装置１０００を用いることで、遺伝子操作や蛍光物質の導入等により蛍光を発生するようにした細胞を、効率良く選別することが可能であり、例えば、蛍光タンパク合成遺伝子とともに目的の遺伝子が組み込まれた細胞を効率良く選別することができる。
【００５８】
本変形例に係る光照射部１０および細胞除去部２０は、本発明の第１の実施形態に係る光照射部１０および細胞除去部２０と同様の構成を有し、同一の効果を奏するため、詳細な説明は省略する。
【００５９】
励起光源１５１は、所定波長の光を基板１に対して射出し、基板１上に培養されている細胞３を、射出した光のエネルギーにより励起する。励起光源１５１として、例えば、半導体レーザーや発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等の半導体を用いた発光素子や、イオンレーザーや固体レーザーなどの各種レーザーを用いることが可能である。励起光源１５１が射出する光の波長は、基板１上で培養されている細胞３に応じて決定される。すなわち、基板１上で培養されている細胞３において、蛍光の励起効率が良くなるように、励起光源１５１が射出する光の波長は決定される。このような観点から、本変形例では、例えば、Ａｒイオンレーザーを用いて発光波長を４５０ｎｍ±３０ｎｍ程度とすることが可能である。
【００６０】
なお、光照射部１０に設けられる光源１０１が射出する光の波長と、励起光源１５１が射出する光の波長は、異なっていてもよく、同一の波長であってもよい。また、光源１０１と励起光源１５１の波長を同一のものとする場合には、光源１０１で励起光源１５１の役割を兼ねることも可能である。なお、光源１０１と励起光源１５１の波長を同じものとする場合には、励起光源１５１は設けなくとも良い。
【００６１】
上述のような励起光源１５１は、基板１の幅方向（すなわち、図中のｘ軸方向）に複数配置され、アレイ状に配設される。隣接する励起光源１５１の間隔は、基板１上で培養する細胞の大きさによって規定されることが好ましいが、例えば、１０μｍ〜数十μｍとすることが可能である。また、これらの励起光源１５１には、未図示の制御部４０および駆動部５０が接続されている。
【００６２】
受光素子１５３は、励起光源１５１から射出された所定波長の光により細胞３から射出された蛍光を、受光する。受光素子１５１としては、細胞３からの蛍光を効率よく受光可能なものであれば、任意のフォトディテクタ等を利用可能である。設置する受光素子１５３の個数は、励起光源１５１と同一の個数とすることが好ましく、励起光源１５１と同様に、基板１の幅方向にアレイ状に設けられる。また、これらの受光素子１５３には、励起光源１５１と同様に、未図示の制御部４０および駆動部５０が接続されている。
【００６３】
上記の励起光源１５１および受光素子１５３は、光照射部１０の進行方向に向かって、当該光照射部１０の更に前方に設けられることが好ましい。例えば図３において、光照射部１０および細胞除去部２０がｙ軸負方向に進行する場合には、光照射部１０の前方（ｙ軸負方向側）に受光素子１５３が設けられ、受光素子１５３の更に前方に励起光源１５１が設けられる。
【００６４】
また、励起光源１５１および受光素子１５３は、図３に示したように、光照射部１０や細胞除去部２０と一体に構成されてもよく、光照射部１０や細胞除去部２０と別に構成されてもよい。更にまた、受光素子１５３と励起光源１５１とを同一の個数とするのではなく、いずれか一方を１個として、レンズによって光を集める、あるいは拡散させるような構成とすることも可能である。
【００６５】
＜細胞パターニング装置１０００の動作について＞
続いて、図３を参照しながら、本変形例に係る細胞パターニング装置１０００の動作について、詳細に説明する。
【００６６】
まず、基板１上に、細胞３を一面に敷き詰めて培養しておく。続いて、細胞パターニング装置１０００を基板１のｙ軸正方向側の端部からｙ軸負方向側の端部まで移動させる。この際、励起光源１５１を照射し続け、基板１上の細胞３に対して、励起光源１５１からの射出光を照射し続ける。かかる動作を行うことで、蛍光を発する細胞３と蛍光を発しない細胞３とが生じることとなる。受光素子１５３は、当該受光素子１５３の直下に存在する細胞３が蛍光を発している場合には、細胞３からの蛍光を受光することとなるため、受光素子１５１からの出力を、細胞３が蛍光を発しているか否かの判定に利用することが可能となる。
【００６７】
ここで、蛍光を発している細胞３が所望の細胞である場合、蛍光を発している細胞３の上方に位置した光源１０１を駆動させ、蛍光を発している細胞に対して光を照射する。光源１０１からの光照射により、所望の細胞３は基板１に固定されることとなる。蛍光を発していない細胞は、細胞除去部２０を用いて基板１から除去する。これにより、蛍光を発する所望の細胞のみを得ることが可能となる。
【００６８】
また、蛍光を発していない細胞３が所望の細胞である場合には、蛍光を発している細胞以外の箇所において光源１０１を駆動させ、蛍光を発していない細胞に対して光を照射する。光源１０１からの光照射により、所望の細胞３は基板１に固定されることとなる。蛍光を発している細胞は、細胞除去部２０を用いて基板１から除去する。これにより、蛍光を発していない所望の細胞のみを得ることが可能となる。
【００６９】
かかる動作を繰り返し行うことで、所望の細胞パターンを有する基板を容易に製造することが可能となる。
【００７０】
（第２の実施形態）
＜細胞パターニング装置１０００の構成について＞
次に、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の構成について、詳細に説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の構成を説明するための説明図である。
【００７１】
本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００は、図４Ａおよび図４Ｂに示したように、光照射部１０と、制御部４０と、駆動部５０と、細胞供給部６０と、を備える。
【００７２】
光照射部１０は、所定波長の光を基板１の任意の箇所に対して照射する。光照射部１０が射出する光の波長は、用いる基板１の種類（換言すれば、基板１の化合物層に用いられた化合物の種類）によって決定され、基板１において細胞の接着性が効率よく変化しうる波長が選択される。本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００では、基板１上に培養されている細胞を固定したい箇所に対して光照射部１０により光を照射し、基板１に培養されている細胞を固定する。この光照射部１０には、制御部４０および駆動部５０が接続される。
【００７３】
本実施形態に係る光照射部１０の構成は、例えば図２に示したような本発明の第１の実施形態に係る光照射部１０と同様の構成を有しており、ほぼ同一の効果を奏するため、詳細な説明は省略する。
【００７４】
また、本実施形態に係る光照射部１０には、本発明の第１の実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の第１変形例のように、励起光源１５１および受光素子１５３が設けられていてもよい。
【００７５】
制御部４０は、光照射部１０および細胞供給部６０の駆動制御を行う。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶部等を備えたコンピュータで構成される。制御部４０は、光照射部１０を制御して、光照射のオン・オフ制御や照射する光のエネルギーの制御等を行うことが可能である。また、制御部４０は、細胞供給部６０を制御して、基板１に対して所望の細胞を供給することが可能である。なお、制御部４０は、後述する駆動部５０を制御してもよい。
【００７６】
駆動部５０は、モーター等の動力源と、この動力源を制御する制御装置とから構成されており、光照射部１０および細胞供給部６０と、基板１の少なくともいずれか一方を動かして、光照射部１０および細胞供給部６０と、基板１との相対的な位置関係を変更する。駆動部５０は、図４Ａに示したように、光照射部１０および細胞供給部６０と接続され、これら光照射部１０および細胞供給部６０の位置を変更してもよいし、図４Ｂに示したように、基板１が載置される台（ステージ）と一体となって稼動ステージとして構成し、載置される基板１の位置を変更してもよい。また、光照射部１０、細胞供給部６０および基板１の載置台にそれぞれ接続され、これらすべての位置を変更してもよい。
【００７７】
なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、駆動部５０は１つしか設けられておらず、光照射部１０、細胞供給部６０または基板１を図中のｙ軸方向に移動させる場合について示しているが、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００に設けられる駆動部５０の個数は、上記の場合に限定されるわけではなく、複数の駆動部５０が設けられ、光照射部１０、細胞供給部６０または基板１を、図中のｙ軸方向やｘ軸方向に移動させてもよい。また、光照射部１０から射出される光を基板１上の任意の箇所へと照射するために、駆動部５０は、光照射部１０、細胞供給部６０または基板１を図中のｙ軸方向やｘ軸方向へ移動可能なように設置されることが好ましい。
【００７８】
また、光照射部１０および細胞供給部６０と、基板１との相対的な位置関係を変更するために、基板１をシート状に形成してロール状に巻き取っておき、巻き取られたものから基板を繰り出して、基板１が光照射部１０および細胞供給部６０の下方を移動させるようにしてもよい。
【００７９】
細胞供給部６０は、光照射部１０からの光照射によって接着性が変化した基板１に対して、培養したい細胞を供給する。細胞供給部６０には、例えば、細胞の供給タンク等が別途接続されており、ポンプ等によって所望の細胞が基板１上に供給される。本実施形態に係る細胞供給部６０は、光照射部１０の進行方向に沿って、当該光照射部１０の更に前方に配設される。すなわち、図４Ａおよび図４Ｂに示したように、光照射部１０がｙ軸正方向に動く場合には、細胞供給部６０は、光照射部１０のｙ軸正方向側に配置される。
【００８０】
本実施形態に係る細胞供給部６０は、図２に示した細胞除去部２０と同様の構成を有し、基板１に対して細胞を供給するためのスポイト上の流路から構成される。流路２０１の形状は、図２に示したような略角柱形状であってもよく、円柱形状であってもよい。また、流路の太さ（流路の内径）は、供給する細胞の大きさと整合をとることが好ましく、例えば、１０〜数十μｍとすることができる。
【００８１】
設置する流路の個数は、光照射部１０に設けられる光源１０１の個数と同一とし、それぞれの光源１０１に対応した流路を設けることが好ましいが、いくつかの光源１０１に対して１つの流路を設けるようにしてもよい。この場合には、流路の太さを太くして、複数箇所から容易に細胞を供給できるようにすることが好ましい。また、細胞供給部６０の幅（ｘ軸方向の幅）の大部分を占めるような流路を一つ形成することも可能である。
【００８２】
流路には、所望の細胞が培養液と共に保存されている細胞タンク等が接続されており、ポンプ等により流路の内部が加圧されることで、所望の細胞３を、基板１上へと供給する。
【００８３】
細胞供給部６０は、例えば、ガラスや樹脂等を成形することで作製が可能である。ガラスやプラスチック基板等の基材に対して、各種のエッチングまたはプレス法等を用いることで溝を形成し、溝が形成された基材上に別の基板を配置することで形成することが可能である。
【００８４】
光照射部１０と細胞供給部６０との間隔は、用いる基板１に応じて適宜設定することが可能であるが、例えば図２に示したように、光照射部１０と細胞供給部６０とが近接するように配置してもよく、光照射部１０と細胞供給部６０とを大きく離隔して設けても良い。また、光照射部１０と細胞供給部６０とを一体に形成してもよい。
【００８５】
なお、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００は、上記細胞供給部６０に加えて、本発明の第１の実施形態において説明した細胞除去部２０を更に備えていても良い。この場合には、光照射部１０および細胞供給部６０の進行方向に向かって、前方から順に、細胞供給部６０、光照射部１０、細胞除去部２０が設けられる。かかる細胞除去部２０を更に備えることで、基板１上に存在する余分な細胞を、基板１から除去することが可能となる。
【００８６】
＜細胞パターニング装置１０００の動作について＞
続いて、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００の動作について、詳細に説明する。なお、本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００においては、光照射部１０および細胞供給部６０は、図４Ａおよび図４Ｂのｙ軸正方向に向かって進むこととする。
【００８７】
駆動部５０は、細胞供給部６０および光照射部１０を、基板１のｙ軸負方向側の端部からｙ軸正方向側の端部まで移動させる。この際、細胞供給部６０は、細胞を固定したい箇所の上方に位置した細胞供給部６０の流路のみに細胞を流して、基板１上の所望の箇所に細胞を供給する。続いて、光照射部１０が細胞の供給された場所の上方に位置すると、制御部３０は、光源１０１の駆動回路を介して電流を流し、光源１０１から光を照射させる。所望の時間光を照射することで、細胞供給部６０から基板１上に供給された細胞は、基板１に固定される。
【００８８】
かかる動作を繰り返し行うことで、所望の細胞パターンを有する基板を容易に製造することが可能となる。
【００８９】
本実施形態に係る細胞パターニング装置１０００では、所望の細胞を固定したい位置に対応する細胞供給部６０の流路のみに細胞を流すことで、細胞の無駄遣いを無くすことが可能となる。従来は、基板１の全面に細胞を蒔いた後、所望の場所を光照射して細胞を固定させ、固定しなかった細胞は洗浄除去していたため、細胞を無駄遣いすることとなった。本実施形態に係る細胞供給方法においても、固定しきれなかった細胞は後に洗浄除去することが好ましいが、無駄な細胞の数は、大幅に削減することが可能である。
【００９０】
以上説明したように、本発明の各実施形態および各変形例に係る細胞パターニング装置１０００では、基板上に２次元パターン化された細胞のシートを、任意の光照射パターンをコンピュータ等の制御部で発生させることによって製作することが可能となる。本発明に係る方法では、ガラスマスク等を予め準備する必要がないため、コストの削減を図ることができ、更に、その場で必要な光照射パターンの形状を作製することが可能となる。
【００９１】
また、アレイ状に配置された光源を使用することにより、一カ所の照射時間を長くとった場合であっても同時に複数箇所に光照射が可能となるため、光線を走査する場合に比べて全体の作業時間を短くすることが可能である。また、液晶パネル等で全体を同時に照射する従来の方法に比べて、より大きな面積に対して光を照射することができる。
【００９２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る細胞パターニング装置を説明するための説明図である。
【図１Ｂ】同実施形態に係る細胞パターニング装置を説明するための説明図である。
【図２】同実施形態に係る細胞パターニング装置を説明するための説明図である。
【図３】同実施形態に係る細胞パターニング装置の変形例を説明するための説明図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態に係る細胞パターニング装置を説明するための説明図である。
【図４Ｂ】同実施形態に係る細胞パターニング装置を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    基板
１０    光照射部
２０    細胞除去部
３０    ポンプ
４０    制御部
５０    駆動部
６０    細胞供給部
１０１    光源
１０３    レンズ部
１０５    ヘッド部
１５１    励起光源
１５３    受光素子
２０１    流路
１０００    細胞パターニング装置
【図１Ａ】
2009045002.tif 000003
【図１Ｂ】
2009045002.tif 000004
【図２】
2009045002.tif 000005
【図３】
2009045002.tif 000006
【図４Ａ】
2009045002.tif 000007
【図４Ｂ】
2009045002.tif 000008