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JP2662215B2 - 細胞保持装置 - Google Patents

細胞保持装置

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JP2662215B2
JP2662215B2 JP61274031A JP27403186A JP2662215B2 JP 2662215 B2 JP2662215 B2 JP 2662215B2 JP 61274031 A JP61274031 A JP 61274031A JP 27403186 A JP27403186 A JP 27403186A JP 2662215 B2 JP2662215 B2 JP 2662215B2
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JP
Japan
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oxide film
cells
substrate
holding device
resist
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JPS63129980A (ja
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佐藤  一雄
恒男 寺澤
喜雄 河村
久 鶴岡
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Hitachi Ltd
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/20Material Coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/02Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、細胞融合等に際して多数の細胞を個々に隔
離して安定に保持するのに適した細胞保持装置に関す
る。 〔従来の技術〕 細胞を1個ずつ配列せしめる従来の技術として特開昭
60−251877号公報に記載のように、細胞を流体的手段で
搬送し、所望の位置に1個ずつ供給するという方法が知
られている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術では、細胞を1個ずつ供給して整列さ
せ、例えばマイクロインジェクション,細胞電気生理実
験,電子顕微鏡観察等を行う場合、1個の細胞を整列も
しくは固定せしめるのに、手技による方法にたよってい
るため1回の処理に長時間を要している。このため、個
々の細胞の履歴を均一化するのが困難であるばかりでな
く、細胞の活性低下を生じていた。一方、ポリ−L−リ
ジンによる細胞の固定方法もあるが、細胞に対する毒性
が懸念されている。細胞に活性低下の原因の一つは、細
胞の活性度を維持したまま安定して保持する好適な手段
が存在しなかったためである。 本発明の目的は、多量の細胞を短時間に平面上に配列
せしめ、確実にその位置を安定させて保持する手段を与
えることにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、Si単結晶基板上に、リソグラフィを利用
して高精度な穴の配列パターンを形成し、次いで、化学
エッチングにおける異方性エッチングや等方性エッチン
グ、又はドライエッチングを用いて多数の凹部を形成す
ることによって達成される。〔作 用〕 Si単結晶基板は、リソグラフィの技術を利用すること
によって、細胞保持装置の規則的な配列の位置関係の高
精度化を可能とし、異方性エッチングによって、3次元
的な複雑形状の細胞隔離用凹部の加工を容易にする。凹
部が形成されたSi基板は細胞を確実に隔離する作用をす
る。 〔実施例〕 以下、本発明について実施例を用いて説明する。第1
図は、本発明に係る細胞保持装置を示す。図において、
1はSi単結晶基板、2は基板上に形成した、細胞を格納
し保持するための凹部を示す。基板上には、この凹部が
2次元的に配列されており、数多くの細胞を個々に隔離
し、保持した状態で操作することが可能である。 次に、該凹部の形状の詳細について述べる。第2図
は、Si単結晶基板の面方位が(100)の場合に得た凹部
の形状を示す。凹部は四角錐台形であり、細胞を挿入し
易く、細胞を個々に隔離する壁3と、保持するに充分な
強度の底板4を有している。なお、底板4は、第3図に
示すようにスリット5を部分的に設けた構造にすること
によって流体の出入を可能とし、液中での細胞の操作を
行うことができる。また、底板4は、第4図に示すよう
に、酸化膜6で代用することもできる。酸化膜(SiO2
は透明体であり、このような構造の凹部を用いれば挿入
した細胞の様子を顕微鏡等により観察可能であり、細胞
手術やマイクロインジェクションの操作が可能となる。
なお、SiO2底板に、第3図に示したようなスリットを部
分的に設けた構造も可能である。 次に(110)の面方位をもつSi単結晶基板に形成した
凹部形状の詳細を第5図に示す。すなわち、第5図
(a)のように基板の一方に、微小粒子を挿入するため
の半球状の穴23を有し、もう一方から、スリット状の深
穴8が、半球状穴23に達する構造となっている。また、
その側断面図は第5図(b)に示すように、半球状穴23
から下方に広がるように深穴8が形成されている。 次に、上述の凹部形状に関する製造方法の詳細につい
て示す。第6図は、第2図および第4図で示した凹部の
形成方法を示す図である。まず、基板1の表面に酸化膜
6を形成する(第6図(a))。その後、片面にレジス
ト9を塗布する(第6図(b))。次いで、露光装置を
用いた露光および現像によってホトレジスト9に四角形
開口パターン10を形成する(第6図(c))。次に、ホ
トレジスト9をマスクとして、フッ化水素酸等で酸化膜
6をエッチングして、酸化膜6に四角形の開口パターン
11を形成する(第6図(d))。さらに、ホトレジスト
9を除去した後、酸化膜6をマスクとしてKOH等のアル
カリ水溶液、又はヒドラジン等のアミン系水溶液を用い
て適当な時間エッチングを行うことにより、基板1の表
面と約54.7゜の角度を有する{111}系の面からなる側
壁3と、底板4が形成される(第6図(e))。この状
態で酸化膜を除去することによって、第2図で示した構
造の凹部を得ることができる。第6図(e)の状態から
さらにエッチングを行うと(第6図(f))、第4図で
示した底板部が酸化膜6から成る凹部を得ることができ
る。 次に、底板が、部分的に開口した構造の凹部の製造プ
ロセスについて第7図,第8図を用いて説明する。 第7図は、底板が酸化膜から成る時の製造プロセスを
示す。基板1の両面に酸化膜6を形成し、第6図(a)
〜(d)と同様のプロセスを経る(第7図(a))。次
いで、裏面にレジスト9を塗布する(第7図(b))。
さらに、表面の四角形開口パターン11と位置関係がずれ
ないように、裏面のレジスト9に部分的に開口したパタ
ーン12を形成する。次にレジスト9をマスクとして酸化
膜6をエッチングし、パターン13を形成する(第7図
(d))。最後に、レジストを除去し、酸化膜6をマス
クとして、KOH水溶液によるエッチングを行い、所望の
形状の凹部を得る(第7図(e))。 次に、第3図に示した底の部分がSiの場合のスリット
付底板の形成方法を第8図を用いて説明する。始めに、
Si単結晶基板1に酸化膜6を形成する(第8図
(a))。次いで、基板の一方にレジスト9を塗布する
(第8図(b))。レジスト9に対して、第6図および
第7図と同様に、パターン14を形成し(第8図
(c))、次いで酸化膜のパターン15を形成する(第8
図(d))。レジスト9を除去して、KOH水溶液により
異方性エッチングを行うことにより、{111}面が生
じ、第8図(e)に示すみぞ16が得られる。次いで、酸
化膜を除去して(第8図(f))。再度全表面に酸化膜
を形成する(第8図(g))。さらに、みぞを形成した
面の反対側にレジスト9を塗布して(第8図(h))、
それに四角形のレジストパターン17を形成し(第8図
(i))、さらに先と同様の手順で酸化膜に四角形の開
口パターン18を形成する(第8図(j))。レジスト除
去後、適当な時間,異方性エッチングを行うことによ
り、部分的に開口した底板が形成される(第8図
(k))。最後に、酸化膜6を除去して使用する(第8
図(l))。なお、この後、再度、全表面に酸化膜を形
成して使用することも可能である。 次に、第5図で示した凹形構造の形成プロセスを第9
図を用いて説明する。これまでの実施例と同様に、Si単
結晶ウエハ1に、酸化膜6を形成する(第9図
(a))。次に、いずれか片側の面にクロムおよび金の
蒸着層19を形成する(第9図(b))。レジスト9を塗
布した後、露光装置による露光および、現像を行って、
円形の開口パターン20を形成する(第9図(c))。次
いで、レジストをマスクとして、金とクロムのそれぞれ
を、ヨウ素ヨウ化アンモン水溶液および、硝酸第2セリ
ウムアンモニウム水溶液で除去し、円形パターン21を形
成する(第9図(e))。次に、酸化膜をエッチングし
円形パターン22を得る(第9図(e))。レジスト除去
後、クロムおよび金の蒸着膜および酸化膜をマスクとし
て、フッ酸および硝酸の混合液により等方的にSiをエッ
チングし、半球状の凹部23を得る(第9図(f))。次
いで、クロムと金の蒸着膜および酸化膜6を除去し、新
たに酸化膜を形成した後、裏面にレジストを塗布する
(第9図(g))。次いで、このレジストにパターン24
を形成し、前記実施例と同様の手順により酸化膜の開口
パターン25を形成する(第9図(h),(i))。レジ
ストを除去し、酸化膜をマスクとして、KOH水溶液によ
り、異方性エッチングを行う(第9図(j))。この場
合、パターンの方向と、Si単結晶基板の結晶方位を適切
に選択することによって、パターン8の様な平行みぞを
得ることができる。最後に、酸化膜を除去して、水抜き
スリットを有する半球形の凹部を得る(第9図
(k))。なお、この後、再度酸化膜を全表面に形成し
て使用することも可能である。 上記実施例においては、一枚のSi単結晶基板上に凹部
を形成したが、第10図に示すように、二枚のSi単結晶基
板1,1′に別々に凹部を形成して、組合せた構造も本発
明によれば容易に実施できる。また、Si単結晶基板に凹
部を形成したものにガラス基板等の他の材料から成る基
板をはり合せた構造などの変形も容易である。さらに、
上記実施例では、面方位が(100),(110)2つのウエ
ハについてだけ述べたが、他の面方位をもつウエハにつ
いても適用可能である。 また、上記実施例では、エッチングの方法として、湿
式による等方エッチングと異方性エッチングを使用して
いるが、ドライエッチングによる加工でも細胞を格納す
る凹部を形成できることは勿論である。 上記実施例では、細胞を機械的に隔離し保持する凹部
について述べたが、細胞を一層安定に配列せしめるため
に、既に形成した凹部の底板に細胞を電気的に吸着する
ための電極を形成することも効果的である。 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、この発明に係る細胞
保持装置においては、Si単結晶基板を使用することによ
り、異方性エッチングや等方性エッチングの手段で複雑
で微細な穴を加工でき、各細胞を個々に安定して隔離し
保持することが可能である。また、Si単結晶であるた
め、機械的強度もすぐれてばらつきがなく、さらに、リ
ソグラフィの技術を用いて、正確な位置関係の下に多数
の凹部を配列できる。細胞を一層安定に配列せしめるた
めに、既に形成した凹部の底板に粒子を吸引するための
電極を形成することも可能である。この結果、バイオ機
器に装着して細胞の操作を大量に、高速に、効率的に行
うことができ、自動的に操作する上でも効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は、Si基板上に多数の凹部を形成した細胞保持装
置の正面図および側面図、第2図,第3図,第4図は、
(100)ウエハ上に形成した凹部の構造を示す上面図お
よび、断面図、第5図は、(110)ウエハ上に形成した
凹部の構造を示す断面図、第6図は第2図,第4図に示
した凹部の製造プロセスを示す断面図、第7図は、第4
図の凹部の底板に開口を形成するときの製造プロセスを
示す断面図、第8図は、第3図で示した凹部の製造プロ
セスを示す断面図、第9図は、第5図で示した凹部の製
造プロセスを示す断面図、第10図は、はり合せによる細
胞保持装置を示す断面図である。 1……Si単結晶基板 2……細胞を格納する凹部 6……酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 喜雄 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鶴岡 久 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所基礎研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−31685(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.上側表面から下側表面まで貫通し、1個の細胞を隔
    離して収容するための孔を複数有する基板と、前記基板
    の下側表面に設けられ、前記孔内に収容された細胞を支
    持するための支持部材とからなり、前記支持部材の前記
    孔に対応するそれぞれの部分の各々には、前記孔内に収
    容された細胞が通過できない大きさの径の貫通孔が複数
    設けられていることを特徴とする細胞保持装置。 2.上記基板が、シリコン単結晶体からなっていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の細胞保持装
    置。 3.上記支持部材が、透明な物質で構成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の細胞保持装
    置。
JP61274031A 1986-11-19 1986-11-19 細胞保持装置 Expired - Lifetime JP2662215B2 (ja)

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