JP2018189474A - バイオチップ及びバイオアッセイ装置並びにバイオアッセイ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持体の表面の生体試料が支持体から剥がれにくいバイオチップを提供する。【解決手段】 表面及び内部空間３ａ，５ａを有する上部本体３及び下部本体５と、内部空間３ａ，５ａ内に配置され生体試料を支持可能なメンブレン７と、を備え、上部本体３及び下部本体５は、表面の一部に設けられた開口部１２と、この開口部１２からメンブレン７に向けて連通する流体導入路１３と、を有し、この流体導入路１３は、少なくとも一部において、上部本体３の表面側からメンブレン７側に向かって傾斜したテーパ部１３ａ，１３ｂを有することを特徴とするバイオチップ１である。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオチップ及びバイオアッセイ装置並びにバイオアッセイ方法に関し、特に、細胞培養やその後のバイオアッセイに好適に用いることができるバイオチップ及びバイオアッセイ装置並びにバイオアッセイ方法に関する。

基礎研究や臨床研究などの現場では、細胞など生体試料を分析する目的で、生体試料を支持体に固定した状態で生体試料と特定の化合物等との反応などを評価する手法が用いられている。例えば、腸管上皮細胞を透過性膜上に単層培養した細胞層を用い、リポ酸などの成分の透過性をｉｎ ｖｉｔｒｏで評価する技術が知られている（例えば、非特許文献１）。

非特許文献１に記載された物質透過性試験装置は、内側容器と外側容器とを備え、内側容器の底部に透過性膜を配置している。そして、小腸上皮モデルであるＣａｃｏ−２細胞層を透過性膜上に単層となるように培養し、次に、透過性膜の管腔側に透過試料を含む溶液を導入して基底膜側に透過する透過試料の濃度を測定する。

また、生体試料を固定したチップとして、臓器チップや組織チップなどの生体機能チップ（ｏｒｇａｎ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ）も知られている。生体機能チップは、複雑で動的な細胞周囲の微小環境を作り臓器の機能を再現するデバイスであり、種々の臓器を再現するものが開発されている。生体機能チップは、臓器に対して直接実施することが困難な毒性試験や安全性試験、バイオマーカーの同定などへの活用が期待されている。

従来、臓器チップとして、マイクロ流体と多孔性足場とを備えたポリマーチップが知られている（例えば、特許文献１参照）。図５は、この文献に記載されたポリマーチップを示す模式図である。この図に示すように、従来のポリマーチップ２００は、多孔性足場２０５，２１０と、上部カバープレート２５０と、底部カバープレート２６０とを備えている。多孔性足場２０５，２１０と上部カバープレート２５０との間にマイクロ流体チャンネル２３０，２４０が形成され、多孔性足場２０５，２１０と底部カバープレート２６０との間にマイクロ流体チャンネル２２０が形成されている。

次に、本文献のポリマーチップを使用したアッセイについて説明する。血流を介した薬剤の送達及び薬剤反応に対する肝臓代謝の効果を模擬するために、まず、多孔性足場で肝細胞及び癌細胞を培養する。具体的には、多孔性足場２０５と多孔性足場２１０に幹細胞と癌細胞をそれぞれ播種し、細胞付着後に入口２３０から多孔性足場２０５の上部表面上に培地を注入する。培地は多孔性足場２０５の下部表面から多孔性足場２０５を出てマイクロ流体チャンネル２２０に流入し、多孔性足場２１０に流入して上部表面からマイクロ流体チャンネル２４０に流入する。続いて、上記と同様の流路で薬剤を送達することで、細胞の薬剤に対する反応性などを評価する。

特表２０１０−５０５３９３号公報（請求項１、段落００３３，００４３〜００４９、図４，５など）

清水誠ほか、「（２）Ｃａｃｏ−２細胞層を用いた物質透過実験法」、平成２０年度農林水産省補助事業（食料産業クラスター展開事業）食品機能性評価マニュアル集第ＩＩＩ集、社団法人日本食品科学工業会

特許文献１に記載された従来のポリマーチップは、マイクロ流体チャンネル２４０の途中が垂直方向に下がる段差Ｖ１となっている。このため、入口２３０から注入される培地や薬剤などの流体が段差Ｖ１の部分で垂直に流下するため流速が急に増加する。このため、流速の増加した流体によって多孔性足場２０５の表面の細胞が流体によりかく乱され、細胞が多孔質体から剥がれることがあった。

本発明の目的は、支持体の表面の生体試料が支持体から剥がれにくいバイオチップを提供することにある。また、本発明の他の目的は、このようなバイオチップを用いて安定したバイオアッセイが可能なバイオアッセイ装置及びバイオアッセイ方法を提供することにある。

本発明は、表面及び内部空間を有する本体と、前記内部空間内に配置され生体試料を支持可能な支持体と、を備え、前記本体は、前記表面の一部に設けられた開口部と、該開口部から前記支持体に向けて連通する流体導入路と、を有し、前記流体導入路は、少なくとも一部において、前記本体の前記表面側から前記支持体側に向かって傾斜したテーパ部を有することを特徴とするバイオチップである。

このように、上記の構成は支持体に向かって傾斜したテーパ部を備えるため、流体のかく乱などが生じにくく、流体をスムーズに導入できる。

この場合において、前記テーパ部は、前記支持体に対して１０〜８０度の傾斜角度で傾斜することが好ましい。

このように、テーパ部の傾斜角度が上記の範囲内であると、流体を支持体にスムーズに導入することが可能となる。

また、上記の場合において、前記テーパ部は、前記開口部側に位置し、前記支持体に対して第１の傾斜角度で傾斜する第１のテーパ部と、前記第１のテーパ部よりも前記支持体側に位置し、前記支持体に対して前記第１の傾斜角度よりも小さい第２の傾斜角度で傾斜する第２のテーパ部と、を有することが好適である。

このように、本構成では、テーパ部が２段階あり、開口部側の第１のテーパ部の傾斜角度が急で、支持体側の第２のテーパ部の傾斜角度がより緩やかとなっている。このため、開口部から垂直に注入された流体は、第１のテーパ部の壁面にあたって流速が抑えられ、次に緩やかな第２のテーパ部を伝って支持体側に移動するため、テーパ部が１つだけの場合と比べて流体を支持体にスムーズに導入することが可能となる。

また、上記の場合において、前記開口部は、平面視形状において円形であることが好ましい。

このように、開口部が円形なので横断面が円形のピペットチップなどを刺し込んで流体を導入しやすくなる。

また、上記の場合において、前記テーパ部は、前記支持体の表面に垂直な方向の断面形状がＶ字型又はＵ字型であることが好適である。

このように、テーパ部の断面形状がＶ字型又はＵ字型であるため、Ｖ字又はＵ字の傾斜に沿って流体を谷底にスムーズに流すことができる。

また、上記の場合において、前記内部空間内の気体を排気可能な通気口を備えることが好ましい。

このように、通気口を備えることで、流体を導入することによって押し出される内部空間内の気体を排気口から排出することができる。

また、上記の場合において、前記支持体は、シート状のメンブレンであり、前記メンブレンは、前記内部空間を第１の内部空間及び第２の内部空間に分割する位置に配置され、前記流体導入路は、前記第１の内部空間に連通することが好適である。

このように構成することで、メンブレンにより第１の内部空間と第２の内部空間に分割されるため、両空間に流体を導入するなどして様々なアッセイを行うことができる。

さらにこの場合において、前記本体は、前記第２の内部空間に連通する第２の流体導入路を備えることが好ましい。

このように構成することで、メンブレンの反対側の面に第２の流体を導入して生体試料を透過した物質の濃度測定などを行うことができる。

上記の場合において、生体機能チップであることが好適である。

上記のバイオチップは、生体試料が流体によってかく乱されにくいため、組織チップや臓器チップなどの生体機能チップに特に適している。

本発明は、上記のいずれかに記載のバイオチップを用いて生体試料を評価するバイオアッセイ装置であって、前記バイオチップの前記流体導入路から細胞を含む培地を導入して前記支持体の少なくとも一方の面上で前記細胞を培養する細胞培養手段と、前記細胞培養手段で培養された前記細胞に対して薬剤を導入して前記細胞と前記薬剤との反応を分析する分析手段と、を備えることを特徴とするバイオアッセイ装置である。

上記のバイオチップは、生体試料が流体によってかく乱されにくいため、細胞培養のバイオアッセイ装置に好適に用いることができる。

本発明は、上記のいずれかに記載のバイオチップを用いて生体試料を評価するバイオアッセイ方法であって、前記バイオチップの前記流体導入路から細胞を含む培地を導入して前記支持体の少なくとも一方の面上で前記細胞を培養する細胞培養工程と、前記細胞培養工程で培養された前記細胞に対して薬剤を導入して前記細胞と前記薬剤との反応を分析する分析工程と、を備えることを特徴とするバイオアッセイ方法である。

上記のバイオチップは、生体試料が流体によってかく乱されにくいため、細胞培養やその後のバイオアッセイに好適に用いることができる。

本発明によれば、支持体の表面の生体試料が支持体から剥がれにくいバイオチップを提供することが可能となる。また、本発明によれば、このようなバイオチップを用いて安定したバイオアッセイが可能なバイオアッセイ装置及びバイオアッセイ方法を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るバイオチップの斜視図である。 図１のバイオチップの上面図及び下面図である。 図２のバイオチップの矢印方向における断面図である。 開口部付近を拡大した拡大図及びその断面図である。 従来のバイオチップを示す模式断面図である。

１．バイオチップ
以下、図面を参照しながら本発明のバイオチップについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るバイオチップ１を示した斜視図である。図２（ａ）は図１のバイオチップ１の上面図であり、図２（ｂ）は図１のバイオチップ１の下面図である。図３（ａ）は図２（ａ）のＡ1−Ａ２断面図であり、図２（ｂ）は図２（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。図４（ａ）は図２（ａ）の開口部周辺領域Ｒ１を拡大して示した拡大図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ１−Ｃ２断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＤ１−Ｄ２断面図である。

本実施形態は、バイオチップの一例としての生体機能チップ（ｏｒｇａｎ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ）のマイクロリアクタを示している。生体機能チップとしては、組織チップ又は臓器チップなどを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されない。

図１に示すように、本実施形態のバイオチップ１は、上部本体３及び下部本体５と、メンブレン７と、を備えている。上部本体３と下部本体５は、本発明の本体に該当し、メンブレン７は本発明の支持体に該当する。

本実施形態の上部本体３は、上部基板１０と上部カバープレート１１とを備えている。図２（ａ）に示すように、上部基板１０は、平面視形状がほぼ長方形状の板状部材で構成されている。また、上部基板１０の中央部には、平面視形状が角丸長方形の上部開口１０ａが形成されている。

上部基板１０の表面には、上部カバープレート１１が設けられている。上部カバープレート１１は、本発明の表面を構成する部材である。本実施形態の上部カバープレート１１は、透明なフィルム状部材で構成されている。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、上部基板１０の上部開口１０ａと上部カバープレート１１とメンブレン７の上面７ａとで区画された空間が上部内部空間３ａ（第１の内部空間）となっている。

本実施形態の下部本体５は、下部基板２０と下部カバープレート２１とを備えている。図２（ｂ）に示すように、下部基板２０は、平面視形状がほぼ長方形状の板状部材で構成されている。また、下部基板２０の中央部には、平面視形状が角丸長方形の下部開口２０ａが形成されている。下部基板２０の形状や寸法は、上部基板１０の形状や寸法とほぼ同じである。

下部基板２０の表面には、透明な下部カバープレート２１が設けられている。下部カバープレート２１の形状や寸法は、上部カバープレート１１の形状や寸法とほぼ同じである。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、下部基板２０の下部開口２０ａと下部カバープレート２１とメンブレン７の下面７ｂとで区画された空間が下部内部空間５ａ（第２の内部空間）となっている。

上部基板１０と下部基板２０は、いずれも任意の材料で構成することができる。これらの基板を構成する材料としては、プラスチック、ガラス、金属、セラミックスなどを挙げることができる。プラスチックとしては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、パーマノックス（ＰＭＸ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、フッ素樹脂などを挙げることができる。

上部カバープレート１１と下部カバープレート２１は、いずれも任意の材料で構成することができる。これらのカバープレートを構成する材料としては、プラスチック、ガラス、セラミックスなどを挙げることができる。プラスチックとしては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、パーマノックス（ＰＭＸ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、フッ素樹脂などを挙げることができる。

本実施形態の上部カバープレート１１と下部カバープレート２１は、いずれも透明な部材で構成されており、メンブレン７などを視認できるようになっている。ただし、上部カバープレート１１と下部カバープレート２１は、透明なものに限定されず、半透明や不透明であってもよい。上部カバープレート１１と下部カバープレート２１の厚みは、いずれも通常は１０μｍ〜１ｍｍの範囲内であり、５０〜５００μｍの範囲内が好ましい。

本実施形態のメンブレン７は、生体試料を支持可能なシート状の部材である。メンブレン７は、上部本体３と下部本体５の間で、上部本体３、上部カバープレート１１、下部本体５及び下部カバープレート２１で形成される内部空間を、上部内部空間３ａと下部内部空間５ａとに分割する位置に配置されている。メンブレン７は、上面７ａと下面７ｂとで構成され、上面７ａ側に生体試料（不図示）が載置される。

メンブレン７は、生体試料を支持できるものであればよく、生体試料の種類やアッセイ目的等に応じて材料を適宜選択して使用することができる。例えば、バイオチップ１が生体機能チップの場合、メンブレン７の材料としては、ポリカーボネート、セルロース、コラーゲンなどを例示することができる。メンブレン７の種類としては多孔質膜、半透膜などを例示することができる。メンブレン７の厚みは、通常０．１〜１００μｍの範囲内であり、１〜５０μｍの範囲内が好ましい。また、メンブレン７が多孔質の場合、その孔径は、通常０．０１〜１００μｍの範囲内であり、０．１〜５０μｍの範囲内が好ましい。

次に、バイオチップ１を構成する開口や流路について説明する。上部カバープレート１１には、その板面を貫通する開口部１２が設けられている。図２（ａ）に示すように、開口部１２は、上部内部空間３ａで区画される上部基板１０の４つの角部のうちの１つの近傍で、かつ上部基板１０の上部内部空間３ａよりも外側の位置に設けられている。開口部１２は、上面視（本実施形態では平面視と同じ）が正円形状となっている。このように、開口部１２は、上面視形状が円形であるため、横断面形状が円形の器具、例えば、ピペットチップなどを刺し込んで、培地や薬液などの流体を開口部１２内に導入しやすくなっている。

上部基板１０のうち開口部１２の下側に位置する領域からは、流体導入路１３が形成されている。図３（ａ）に示すように、流体導入路１３は、一端側（入口側）が開口部１２に連通し、他端側（出口側）が上部内部空間３ａに連通している。流体導入路１３は、開口部１２から流入した流体を上部内部空間３ａに導入するための流路である。

本発明の流体導入路１３は、少なくとも一部において、開口部１２側からメンブレン７側に向かって傾斜したテーパ部（すなわち傾斜する部分）を有する。このため、従来のように途中に垂直の段差を有する流体導入路を備えたバイオチップと比較して、本発明ではメンブレン７上に載置された生体試料などが流体によってかく乱されにくくなり、メンブレン７上で安定した細胞培養やバイオアッセイを行うことができる。

ここでいう「少なくとも一部」とは、流体導入路１３の一部の領域のみにテーパ部が設けられていてもよく、すべてがテーパ部であってもよいことを意味する。なお、本実施形態では、後述するように第１のテーパ部１３ａと第２のテーパ部１３ｂの２段階の傾斜となっている。しかし、本発明はこれに限定されず、一つテーパ部（１段階の傾斜）のみ備えていてもよく、３つ以上のテーパ部（３段階以上の傾斜する部分）を備えていてもよい。

さらに、図３（ａ）に示すように、本実施形態の流体導入路１３は、開口部１２側に位置する第１のテーパ部１３ａと、上部内部空間３ａ側に位置する第２のテーパ部１３ｂを有している。第１のテーパ部１３ａは、メンブレン７に対して第１の傾斜角度θ１で傾斜しており、第２のテーパ部１３ｂは、メンブレン７に対して第２の傾斜角度θ２で傾斜している。そして、第２の傾斜角度θ２は、第１の傾斜角度θ１よりも小さく（すなわち、θ１＞θ２）なっている。

なお、第１の傾斜角度θ１及び第２の傾斜角度θ２は、いずれもメンブレン７に対して１０〜８０度の傾斜角度で傾斜することが好ましい。この範囲の傾斜角度であると、勾配が急すぎず、かつ緩やかすぎないため、流体を安定して上部内部空間３ａに導入することができる。

このように、本実施形態の流体導入路１３は、第１のテーパ部１３ａと第２のテーパ部１３ｂによって２段階に傾斜している。このため、開口部１２から流入した流体は、第１のテーパ部１３ａでまず流速が緩やかになり、その後に第１のテーパ部１３ａよりも緩やかな傾斜の第２のテーパ部１３ｂで流速がさらに緩やかになって上部内部空間３ａ内に導入される。このため、テーパ部が１つのみの場合と比較して、本実施形態の流体導入路１３は流体の流速を２段階で弱めるため、メンブレン７上に載置された生体試料などが流体によってよりかく乱されにくくなり、より安定した培養やアッセイを行うことができる。

さらに、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、本実施形態では、第１のテーパ部１３ａは横断面形状がＵ字型となっており、第２のテーパ部１３ｂは横断面形状がＶ字型となっている。このように、テーパ部の横断面形状がＶ字型やＵ字型であるため、Ｖ字又はＵ字の傾斜に沿って流体を谷底にスムーズに流すことができる。さらに、テーパ部の横断面形状がＶ字型やＵ字型であると、傾斜した谷底に沿って流体をスムーズに流すこともできる。また、第１のテーパ部１３ａの横断面形状がＵ字型であるため、先端形状が丸いピペットチップなどの先端部を開口部１２から流体導入路１３に挿入しやすくなっている。

次に、通気口１８及び通気路１９について説明する。上部カバープレート１１の平面視の中心点を基準に、開口部１２が設けられた位置とは点対象となる位置には、その板面を貫通する通気口１８が設けられている。図２（ａ）に示すように、通気口１８は、上部内部空間３ａで区画される上部基板１０の４つの角部のうちの開口部１２が設けられる角部と対角の近傍で、かつ上部基板１０の上部内部空間３ａよりも外側の位置に設けられている。通気口１８は、上面視が正円形状となっている。

上部基板１０のうち通気口１８の下側に位置する領域からは、通気路１９が形成されている。図３（ａ）に示すように、通気路１９は、一端側（出口側）が通気口１８に連通し、他端側（入口側）が上部内部空間３ａに連通している。通気路１９は、上部内部空間３ａの気体を通気口１８から排気するための経路である。また、上部内部空間３ａ内の流体を通気口１８からサンプリングすることも可能となっている。

図３（ｂ）に示すように、上部カバープレート１１には、その板面を貫通する上部流体入口１４と上部流体出口１６が設けられている。図２（ａ）に示すように、上部流体入口１４は、上部内部空間３ａで区画される上部基板１０の４つの辺のうちの開口部１２が設けられる側の短辺の近傍で、かつ上部基板１０の上部内部空間３ａよりも外側の位置に設けられている。上部流体出口１６は、上部カバープレート１１の平面視の中心点を基準に、上部流体入口１４が設けられた位置とは点対象となる位置に設けられている。上部流体入口１４と上部流体出口１６は、いずれも上面視が正円形状となっている。

図３（ｂ）に示すように、上部基板１０のうち上部流体入口１４と上部流体出口１６の下側に位置する領域には、それぞれ上部垂直流入路１５と上部垂直流出路１７が設けられている。上部垂直流入路１５と上部垂直流出路１７は、いずれも上部基板１０の板面に対して垂直方向に板面を貫通する円形状の穴である。

上部基板１０と下部基板２０を重ね合わせたときに、上部流体入口１４と上部流体出口１６に対応する領域には、それぞれ下部垂直流入路２４と下部垂直流出路２６が設けられている。下部垂直流入路２４の下端側には、下部水平流入路２５が設けられている。下部水平流入路２５は、下部垂直流入路２４に対して垂直方向に延びており、下部内部空間５ａに連通している。下部垂直流出路２６の下端側には、下部水平流出路２７が設けられている。下部水平流出路２７は、下部垂直流入路２４に対して垂直方向に延びており、下部内部空間５ａに連通している。下部水平流入路２５と下部水平流出路２７は、いずれもメンブレン７に近い位置に設けられており、本実施形態ではメンブレン７からの厚みがメンブレン７から下部カバープレート２１までの距離の１／５程度の薄さとなっている。このように、下部水平流入路２５と下部水平流出路２７がメンブレン７に近い位置に設けられているため、下部内部空間５ａの空気を容易に排出できるようになっている。

このような構成を備えることで、上部基板１０と下部基板２０を重ね合わせたときに、上部流体入口１４に導入された流体は、上部垂直流入路１５、下部垂直流入路２４、下部水平流入路２５を通過して下部内部空間５ａに導入される。ここで、上部垂直流入路１５、下部垂直流入路２４、下部水平流入路２５は、本発明の第２の流体導入路に該当する。また、下部内部空間５ａから流出する流体は、下部水平流出路２７、下部垂直流出路２６、上部垂直流出路１７を通過して上部流体出口１６から排出される。このような構成により、下部内部空間５ａに流体を導入して排出する流路が形成される。

本発明のバイオチップは、生体試料を使用した種々の目的に使用することができるが、特に、生体機能チップとしての用途に適している。生体機能チップとして模倣する生体機能としては、肺、心臓、小腸、大腸、肝臓、腎臓、脳、血液脳関門など各種の臓器を挙げることができる。また、本発明で使用される生体試料としては、特に限定されず、種々の生体試料を使用することができる。生体試料としては、細胞や臓器などの生理学的試料のほか、抗体や酵素など生化学的試料などを挙げることができる。

特に、バイオチップを生体機能チップとして用いる場合、模倣する生体機能に応じて種々の生体試料を使用する。例えば、小腸を模倣する場合、生体試料としてはヒト結腸癌由来のｃａｃｏ−２細胞などを挙げることができる。その他、生体試料としてはヒト心筋細胞（ｈＣＭｓ）、ヒト肝がん由来細胞（ＨｅｐＧ２）、ヒト乳がん由来細胞（ＭＣＦ−７）、正常ヒト臍帯静脈内皮細胞（ＨＵＶＥＣ）、ｉＰＳ由来の分化細胞などを例示することができる。

２．バイオチップの製造方法
次に、バイオチップの製造方法について説明する。本実施形態のバイオチップ１は、これを構成する部材の形状や材料等に応じて種々の方法で製造することができる。上部基板１０の製造方法としては、原料として光硬化性樹脂を使用し、フォトマスクと露光により所望の形状に造形するフォトリソグラフィ法を例示することができる。また、上部基板１０の他の製造方法としては、原料として溶融樹脂を使用し、所望の形状の金型に溶融樹脂を注入する射出成型法や押出成型法などを例示することができる。また、三次元プリンタなどを使用して上部基板１０を製造してもよい。下部基板２０についても同様の方法で製造することができる。

上部カバープレート１１や下部カバープレート２１の製造方法については、平板状やフィルム状に加工した部材に、パンチングなどで所望の位置に穿孔する方法を例示することができる。また、上部カバープレート１１や下部カバープレート２１は、フォトリソグラフィ法などの方法で製造することも可能である。

上部本体３は、上部基板１０と上部カバープレート１１とを公知の接着方法で貼合することで製造することができる。下部本体５も同様に、下部基板２０と下部カバープレート２１とを公知の接着方法で貼合することで製造することができる。次に、上部本体３と下部本体５の間にメンブレン７を挟み込み、上部本体３と下部本体５を公知の接着方法で貼合すれば、バイオチップ１が完成する。

３．バイオアッセイ装置及びバイオアッセイ方法
次に、バイオアッセイ装置及びバイオアッセイ方法について説明する。本発明のバイオチップは種々のバイオアッセイに用いることができるが、特に、生体機能チップとして好適に使用することができる。以下、本発明のバイオチップを生体機能チップとして用いる場合のバイオアッセイ装置及びバイオアッセイ方法について説明する。具体的には、生体試料として細胞を使用し、メンブレン７上で培養したのち、特定の薬剤を使用して細胞と薬剤との反応を評価するバイオアッセイ装置及びバイオアッセイ方法について説明する。

まず、メンブレン７の上面７ａに細胞を播種する。細胞の播種は、ピペットなどを用いて細胞懸濁液を開口部１２から上部内部空間３ａ内に導入し、メンブレン７の上面７ａに付着させる方法などで行うことができる。あるいは、バイオチップ１の組立前に、メンブレン７の上面７ａにあらかじめ細胞懸濁液を滴下するなどして播種しておいてもよい。

次に、開口部１２から培地を注入する。このとき、開口部１２の上面視が円形であるため、横断面形状が円形のピペットチップなどを使用すると、チップの先端を開口部１２に挿入しやくなるため好ましい。注入された培地は、流体導入路１３を通過して上部内部空間３ａ内に導入されるが、第１のテーパ部１３ａ及び第２のテーパ部１３ｂの２段階のテーパ部で流速が緩められる。このため、メンブレン７の上面７ａに播種された細胞が培地によってかく乱されることが少なく、安定的に細胞培養を行うことができる。

特に、小腸上皮細胞といった単層細胞をメンブレン７上で培養する場合は、培地の導入の際にメンブレン７上の細胞が容易にメンブレン７から剥離されるため、培養が困難であった。しかし、本発明では、流体導入路がテーパ部を有するため、培地によって細胞がかく乱されにくく、単層細胞の培養を安定的に行うことができる。

上部内部空間３ａ内に培地が導入されると、上部内部空間３ａ内の空気が通気路１９に押し出されて通気口１８から排気される。上部内部空間３ａ内に培地を満たした状態で、所定の温度・湿度・時間で細胞を培養する。上記の工程が本発明の細胞培養工程に該当する。

本実施形態のバイオチップ１は、細胞培養中又は細胞培養後において、そのままアッセイに用いることができる。例えば、薬液を開口部１２から上部内部空間３ａに導入する。薬液は、毒性等の評価のための薬剤と培地とを含むものなどを使用することができる。薬液と細胞とが接触すると、その反応物が薬液中に含まれる。薬液の一部を通気口１８からサンプリングし、薬液中に含まれる成分を高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）などで分析することで、薬剤と細胞との接触による反応物などを詳細に分析することができる。上記の工程が本発明の分析工程に該当する。

一方、薬剤の含まれていない培地を上部流体入口１４から注入し、上部垂直流入路１５、下部垂直流入路２４、下部水平流入路２５を通じて下部内部空間５ａに導入する。下部内部空間５ａ内を培地が充填すると、メンブレン７を介して培地を細胞とが接触する。上部内部空間３ａの薬剤と細胞との反応物のうちメンブレン７を透過できる成分はメンブレン７を透過し、下部内部空間５ａ内の培地に混じって、下部水平流出路２７、下部垂直流出路２６、上部垂直流出路１７を通じて上部流体出口１６から排出される。この排出された薬液中に含まれる成分をＨＰＬＣなどで分析することでも、薬剤と細胞との接触による反応物などを分析することができる。なお、本実施形態では細胞の播種をメンブレン７の上面７ａのみとしているが、これに限定されず、下面７ｂに播種することもでき、上面７ａと下面７ｂに播種することもできる。

なお、バイオアッセイ装置においては、培地や薬液を収容するリザーバや、培地や薬液の流入・排出などを行うポンプ、流量などを制御するコンピュータなどを備えるようにしてもよい。これらの装置は、本発明の細胞培養手段に該当する。また、細胞と薬剤との反応のアッセイは、ＨＰＬＣや分光光度計などの分析装置を用いて行う。これらの装置は、本発明の分析手段に該当する。このようにバイオアッセイ装置とすることで、バイオチップを用いたアッセイを全自動又は半自動化することができる。

バイオアッセイで用いる薬剤としては、特に制限はなく、アッセイの目的に応じて種々の薬剤を用いることができる。薬剤としては、例えば、抗がん剤等の薬剤、ホルモン、蛍光物質などを例示することができる。

１ バイオチップ、３ 上部本体（本体）、３ａ 上部内部空間、５ 下部本体（本体）、５ａ 下部内部空間、７ メンブレン（支持体）、７ａ 上面、７ｂ 下面、
１０ 上部基板、１０ａ 上部開口、１１ 上部カバープレート（表面）、１２ 開口部、１３ 流体導入路、１３ａ 第１のテーパ部、θ１ 第１の傾斜角度、１３ｂ 第２のテーパ部、θ２ 第２の傾斜角度、１４ 上部流体入口、１５ 上部垂直流入路（第２の流体導入路）、１６ 上部流体出口、１７ 上部垂直流出路、１８ 通気口、１９ 通気路、Ｒ１ 開口部周辺領域、
２０ 下部基板、２０ａ 下部開口、２１ 下部カバープレート、２４ 下部垂直流入路（第２の流体導入路）、２５ 下部水平流入路（第２の流体導入路）、２６ 下部垂直流出路、２７ 下部水平流出路、
２００ ポリマーチップ、２０５ 多孔性足場、２１０ 多孔性足場、２２０ マイクロ流体チャンネル、２３０ 入口、２４０ マイクロ流体チャンネル、２５０ 上部カバープレート、２６０ 底部カバープレート、Ｖ１ 段差

Claims (11)

1. 表面及び内部空間を有する本体と、
   前記内部空間内に配置され生体試料を支持可能な支持体と、を備え、
   前記本体は、前記表面の一部に設けられた開口部と、該開口部から前記支持体に向けて連通する流体導入路と、を有し、
   前記流体導入路は、少なくとも一部において、前記本体の前記表面側から前記支持体側に向かって傾斜したテーパ部を有することを特徴とするバイオチップ。
2. 前記テーパ部は、前記支持体に対して１０〜８０度の傾斜角度で傾斜することを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
3. 前記テーパ部は、前記開口部側に位置し、前記支持体に対して第１の傾斜角度で傾斜する第１のテーパ部と、
   前記第１のテーパ部よりも前記支持体側に位置し、前記支持体に対して前記第１の傾斜角度よりも小さい第２の傾斜角度で傾斜する第２のテーパ部と、を有すること特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
4. 前記開口部は、平面視形状において円形であることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
5. 前記テーパ部は、前記支持体の前記表面に垂直な方向の断面形状がＶ字型又はＵ字型であることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
6. 前記内部空間内の気体を排気可能な通気口を備えることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
7. 前記支持体は、シート状のメンブレンであり、
   前記メンブレンは、前記内部空間を第１の内部空間及び第２の内部空間に分割する位置に配置され、
   前記流体導入路は、前記第１の内部空間に連通することを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
8. 前記本体は、前記第２の内部空間に連通する第２の流体導入路を備えることを特徴とする請求項７に記載のバイオチップ。
9. 生体機能チップであることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
10. 請求項１に記載のバイオチップを用いて生体試料を評価するバイオアッセイ装置であって、
    前記バイオチップの前記流体導入路から細胞を含む培地を導入して前記支持体の少なくとも一方の面上で前記細胞を培養する細胞培養手段と、
    前記細胞培養手段で培養された前記細胞に対して薬剤を導入して前記細胞と前記薬剤との反応を分析する分析手段と、を備えることを特徴とするバイオアッセイ装置。
11. 請求項１に記載のバイオチップを用いて生体試料を評価するバイオアッセイ方法であって、
    前記バイオチップの前記流体導入路から細胞を含む培地を導入して前記支持体の少なくとも一方の面上で前記細胞を培養する細胞培養工程と、
    前記細胞培養工程で培養された前記細胞に対して薬剤を導入して前記細胞と前記薬剤との反応を分析する分析工程と、を備えることを特徴とするバイオアッセイ方法。