細胞電気生理センサおよびその製造方法
【課題】生産性に優れた細胞電気生理センサの構造を実現し、漏れ電流が少ない状態で高精度に測定することができる細胞電気生理センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】第一の貫通孔５を有するウエル１と、保持プレート２と、空洞８を有した流路プレート３を積層して当接し、第二の貫通孔６の内部に第三の貫通孔７を備えたダイアフラム９を有したセンサチップ４を当接した細胞電気生理センサであって、前記センサチップ４はシリコンよりなるチップ部４ａと親水性を有するガラスよりなるチップ保持部４ｂとをガラス溶着によって接合した構成とする。
【解決手段】第一の貫通孔５を有するウエル１と、保持プレート２と、空洞８を有した流路プレート３を積層して当接し、第二の貫通孔６の内部に第三の貫通孔７を備えたダイアフラム９を有したセンサチップ４を当接した細胞電気生理センサであって、前記センサチップ４はシリコンよりなるチップ部４ａと親水性を有するガラスよりなるチップ保持部４ｂとをガラス溶着によって接合した構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞の活動によって発生する物理化学的変化を測定するために用いられる細胞内電位あるいは細胞外電位等の細胞電気生理現象を測定するための細胞電気生理センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気生理学におけるパッチクランプ法は、細胞膜に存在するイオンチャンネルを測定する方法として知られており、このパッチクランプ法によってイオンチャンネルの様々な機能が解明されてきた。そして、イオンチャンネルの働きは細胞学において重要な関心ごとであり、これは薬剤の開発にも応用されている。
【０００３】
しかし、一方でパッチクランプ法は測定技術に微細なマイクロピペットを１個の細胞に高い精度で挿入するという極めて高い能力を必要としているため、熟練作業者が必要であり、高いスループットで測定を必要とする場合には適切な方法でない。
【０００４】
このため、微細加工技術を利用した平板型プローブの開発がなされており、これらは個々の細胞についてマイクロピペットの挿入を必要とせず、減圧を行うだけで自動に細胞を固定・測定を行うことができ、自動化システムとして適している。
【０００５】
例えば、平板のデバイスに複数の貫通孔を設け、ここに接着した細胞の連続層を含み、電極で電位依存性のイオンチャンネル活性を測定する技術を開示している（特許文献１参照）。
【０００６】
また、使用時に物体がオリフィスをシールし、これによって電気的に絶縁された電極間のインピーダンスの変化によって、媒体中の物体の電気的測定を行う装置について開示している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２００２−５１８６７８号公報
【特許文献２】特表２００３−５２７５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の技術においては、複数の細胞の電気生理現象を一括して測定することができるが、測定対象の細胞数を増加させるとセンサチップが多数個となり構造が複雑になるという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、測定対象の細胞数が増えた場合であっても、生産性に優れた効率的な細胞電気生理センサの構造を実現し、漏れ電流が少ない状態で高精度に測定することができる細胞電気生理センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、第一の貫通孔を有するウエルと、このウエルの下方に当接した第二の貫通孔を有した保持プレートと、この保持プレートの下方に液体の流入口と流出口を両端に備えた空洞を有した流路プレートを当接し、前記第二の貫通孔の内部に第三の貫通孔を備えたダイアフラムを有したセンサチップを当接した細胞電気生理センサであって、前記センサチップはシリコンよりなるチップ部とガラスよりなるチップ保持部とをガラス溶着によって接合する構成とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の細胞電気生理センサおよびその製造方法は、微小なセンサチップを保持プレートに固着する際、シリコンからなるチップ部をガラスからなるチップ保持部とガラス溶着にて接合したセンサチップを保持プレートに保持することから、微小なチップ部のセルフアライメント性の向上と、隙間からの液漏れによる漏れ電流を減少させることができることによって、高精度に測定することができるとともに生産性に優れた細胞電気生理センサおよびその製造方法を実現するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサおよびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図であり、図２は図１の要部拡大断面図である。また、図３は細胞電気生理センサの製造方法を説明するための断面図である。
【００１３】
図１および図２において、１は樹脂よりなるウエルであり、このウエル１に細胞外液１８を貯留しておくための第一の貫通孔５を形成している。この第一の貫通孔５は断面形状をテーパー状に形成しておくことによって、電解液などの液体または細胞２０などを投入するときに効率が良い。
【００１４】
また、前記ウエル１の下方には第二の貫通孔６を設けた樹脂よりなる保持プレート２を当接しており、この保持プレート２の第二の貫通孔６の内部には、少なくとも一つの第三の貫通孔７を有したダイアフラム９を備えたシリコンよりなるチップ部４ａとこの微小なチップ部４ａを保持するために親水性を有するガラスからなるチップ保持部４ｂとがガラス溶着によって接合したセンサチップ４がセットされている。このチップ部４ａはシリコンウエハを半導体プロセスを用いてエッチング加工することによって、微小で高精度な形状に形成することができる。例えば、シリコンウエハをエッチング加工することによってキャビティ１０を形成し、その後第三の貫通孔７を形成することによって、ダイアフラム９の厚みを１０〜１００μｍ、第三の貫通孔７の開口径を１〜３μｍφの寸法形状で、半導体プロセスなどの微細加工技術を用いて一体的に加工することによってチップ部４ａを形成することができる。そして、この第三の貫通孔７の開口径は細胞２０の大きさによって適宜選択することができる。
【００１５】
なお、キャビティ１０または第三の貫通孔７を形成する順序はどちらが先であっても構わない。
【００１６】
このように、シリコンをチップ部４ａの構成材料とすることによって、効率よく高精度に作製することができるとともに、その生産設備も入手が容易である。
【００１７】
しかしながら、このような微小なシリコンよりなるチップ部４ａは取扱いと組み立ての観点からは課題を有していた。
【００１８】
これに対して、このチップ部４ａをガラスからなるチップ保持部４ｂを介して保持プレート２へ固着することによって効率良く細胞電気生理センサを高精度に作製できるセンサ構造と製造方法を実現することができる。その詳細な説明については後述する。
【００１９】
そして、前記保持プレート２の下方には、その両端に液体を流出入させるための空洞８を有した流路プレート３を当接して細胞電気生理センサを構成しており、第三の貫通孔７の上面に細胞２０を密着保持し、この細胞２０の電気生理現象を測定することができるようになっている。そして、流入口１６から細胞内液１９を充填し、流出口１７から吸引ポンプなどを用いて吸引することによって前記空洞８の内部には細胞内液１９を充填することができる。
【００２０】
また、ウエル１、保持プレート２および流路プレート３は樹脂で構成しておくと都合が良く、より好ましくは熱可塑性樹脂である。これにより、これらの材料は射出成型などの手段を用いることによって生産性良く、高均質な成形体を得ることができる。さらに好ましくは、これらの熱可塑性樹脂はポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィンポリマー、ポリメタクリル酸メチルアセテート（ＰＭＭＡ）のいずれか、またはこれらの組み合わせである。これらの材料は紫外線硬化型の接着剤を用いることによって容易に親水性に優れたガラスからなる保持プレート２と接合することができる。さらに好ましくは、これらの熱可塑性樹脂として、環状オレフィンポリマー、線状オレフィンポリマー、またはこれらが重合した環状オレフィンコポリマー、またはポリエチレン（ＰＥ）とすることが作業性、製造コストおよび材料の入手性の観点から好ましい。
【００２１】
特に、環状オレフィンコポリマーは透明性、アルカリ・酸などの無機系薬剤に対する耐性が強く、本発明の製造方法もしくは使用環境に適している。またこれらの材料は紫外線を透過させることができることから、紫外線硬化型の接着剤を用いる時に効果を発揮する。
【００２２】
以上のような構成からなる細胞電気生理センサに対して、例えば保持プレート２をシリコン基板から一体的に作製し、保持プレート２の一部にチップ部４ａを一体形成した場合、コストもかかり、歩留まりも悪くなるとともに、一部に不良のチップ部４ａが存在した場合においてリペア性を有しない構成となる。これに対して、本発明の構成であれば微小なチップ部４ａを一括して効率よく作製し、その中の良品のみを選別して用いることから高歩留まりの細胞電気生理センサを実現できるとともに、リペア性を有した構成を実現できる。
【００２３】
また、この第三の貫通孔７の直径は５μｍ以下が望ましく、細胞２０を保持するために最適な形状の貫通孔となっている。このように、チップ部４ａとチップ保持部４ｂからなるセンサチップ４と、保持プレート２を別々に作製しておいて、保持プレート２の第二の貫通孔６に前記センサチップ４をはめ込み接合することによって、効率よく細胞電気生理センサを作製することができる。さらに、不良のセンサチップ４があった場合においても、交換を容易に行うことができる。
【００２４】
しかしながら、前記チップ部４ａは微小形状であることからその取り扱いが難しく、このチップ部４ａを直接保持プレート２に形成した第二の貫通孔６の内部へ挿入する際、乾燥状態で行うと静電気などの影響でチップ部４ａを所定の位置にうまく挿入することが難しかった。
【００２５】
そこで、チップ部４ａを純水などに浸漬しておいて、その状態で親水性に優れたガラスからなるチップ保持部４ｂの開口部へ挿入すると親水性に優れたガラスとの親和性から微小なチップ部４ａはチップ保持部４ｂの開口部へセルフアライメントしながら図２に示した位置にうまく整列することによって、非常に効率良く作業ができることが分かった。
【００２６】
そして、微細加工によって作製したチップ部４ａは酸、アルカリなどの化学処理、あるいはプラズマ、ＵＶなどの物理処理による清浄化を行った後、親水性を保持しておくために純水中へ浸漬しておくことが好ましい。
【００２７】
また、チップ保持部４ｂの開口部の内部へ挿入して組み立てる直前にチップ部４ａを純水中より取り出し、チップ保持部４ｂの開口部の入り口へチップ部４ａの一部を挿入する。このとき、チップ部４ａの表面とキャビティ１０の内部には純水が十分に付着充填した状態とし、チップ保持部４ｂの開口部の内壁面は親水性を有したガラスを用いることにより、このチップ部４ａは水の表面張力の作用によって図２に示した位置に均一にセルフアライメントすることを見いだした。
【００２８】
この水の表面張力の作用を利用することによって、簡単にチップ部４ａの配置をチップ保持部４ｂの所定の位置に均一に配置することが可能である。
【００２９】
また、チップ部４ａの方向によるセルフアライメントの影響は無く、ダイアフラム９の面が上下いずれの面を向いていたとしても、チップ部４ａはチップ保持部４ｂの一平面に沿うようにセルフアライメントすることが分かっている。
【００３０】
また、親水性を高めるためにはチップ保持部４ｂを構成するガラス組成には二酸化ケイ素を含んでいることがより好ましい。
【００３１】
その後、このチップ部４ａが所定の位置から動かないように静置させるためには、チップ部４ａとチップ保持部４ｂが横方向に水平になるように固定した後、熱処理炉などへ入れる。
【００３２】
なお、熱処理炉を用いた例について説明してきたが、ヒータなどによる局部加熱、あるいは近赤外レーザなどによる局部加熱などによってセンサチップ４の近傍のみを加熱することによって溶着することができる。
【００３３】
そして、約１００℃にて付着した水を乾燥させた後、ガラスが溶着する所定の温度まで加熱をしてチップ部４ａとチップ保持部４ｂをガラス溶着によって接合する。このようにガラス溶着によって接合したセンサチップ４は封止性に優れることから液漏れなどの少ない信頼性に優れたセンサチップ４を実現でき、これによって測定精度の高い細胞電気生理センサを実現することができる。
【００３４】
特に、チップ部４ａ近傍における液漏れはギガシールの特性に重要な影響があり、このチップ部４ａの外壁面における液漏れを確実に防止できる構造が細胞電気生理センサの構造として非常に重要である。
【００３５】
そして、このチップ部４ａの外壁面とチップ保持部４ｂの開口部の内壁面との隙間を３００μｍ以下とすることによって、確実に溶着接合を行うことができ、３００μｍを超える隙間を有しているとガラスによる溶着接合の確実性が低下するという問題が発生する。また、接合性、作業温度および信頼性の観点からガラスとして、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラスまたはホウケイ酸鉛ガラスを用いることが好ましい。
【００３６】
そして、本実施の形態１におけるチップ保持部４ｂの開口部の内壁面は親水性を有していることが重要である。そのためには、例えばチップ保持部４ｂをホウケイ酸ガラス（コーニング；＃７０５２、＃７０５６）、アルミノケイ酸塩ガラスまたはホウケイ酸鉛ガラス（コーニング；＃８１６１）などを用いることが好ましい。さらに、ガラスの融点が作業性の観点から重要であり、チップ部４ａとガラス溶着によって接合するために都合の良い温度はガラスの軟化点以上とすることが好ましく、そして、より好ましくは５００〜９００℃の範囲である。５００℃より低いガラスを用いると強度が不十分であり、９００℃を越えると作業性が悪くなるからである。
【００３７】
また、親水性を付与するためにチップ保持部４ｂの開口部の内壁面を化学的、あるいは物理的な処理を行って親水性を高めておいても良い。あるいはさらに親水性を高めるための親水性膜などを形成することによっても、その効果をより高めることができる。さらに、別の親水性を付与する方法としては、酸素プラズマによる炭素化合物の除去、紫外線照射による有機物の分解除去、あるいは硫酸、過酸化水素などによる湿式処理などによる炭素原子を含む有機物質の分解除去が非常に効果的であり、生産性にも優れている。
【００３８】
そして、チップ保持部４ｂの開口部の内壁面の親水性は、接触角表示で１０度以下が好ましい。その接触角とは、固体表面の上に純水などの液滴を乗せ，平衡になった状態で、液滴表面と固体表面のなす角度をいう。そして、その測定方法は一般的にθ／２法を用いることができる。その方法は液滴の左右端点と頂点を結ぶ直線の、固体表面に対する角度から接触角を求めることができる。または分度器などを用いて測ることも可能である。
【００３９】
そして、このようにしてあらかじめ作製しておいたセンサチップ４を樹脂よりなる保持プレート２の第二の貫通孔６の内部へ挿入し、例えば接着剤などによって接合することによってセンサチップ４を固定保持することができる。このとき、接着剤としては紫外線硬化型樹脂などを用いることが作業性の観点から好ましい。
【００４０】
この紫外線硬化型樹脂は保持プレート２とチップ保持部４ｂのガラスを紫外線を透過する特性を持たせておくことによって、作業性を高めるとともに封止性の高い接合面とすることができる。これは紫外線硬化型樹脂は親水性であり、ガラスからなるチップ保持部４ｂの外壁面が親水性を有していることから、接合面の隙間への紫外線硬化型樹脂の浸透性が高まり、その接合信頼性を高めることができる。
【００４１】
これに対して、乾燥した状態でチップ部４ａを直接保持プレート２に形成した第二の貫通孔６の内部へ挿入する方法では、静電気などによってチップ部４ａが飛散させられてしまうことがあり、作業性があまり良くなく、挿入したチップ部４ａの挿入位置もばらつきがあり、整列配置に多くの時間を要していた。さらに、例えば保持プレート２の第二の貫通孔６の内部へ挿入した後、接着剤２１を用いて接合した場合、十分に接着剤などが接合の界面に浸透することが少なく、液漏れなどの接合不良を起こしていた。
【００４２】
次に、図１に示すように保持プレート２には第一の電極１４と第二の電極１５を設けており、これらの電極１４，１５は細胞２０の電気生理現象によって発生する電気的指標、例えば電位、電流などを測定するためのものであるが、これらの形状、材質は特に限定するものではない。
【００４３】
次に、本発明の細胞電気生理センサを用いて細胞２０の電気生理活動を測定する方法について簡単に述べる。
【００４４】
まず、ウエル１に細胞外液１８を貯留し、細胞内液１９をウエル１の流入口１６から流出口１７にかけて吸引することで空洞８に充填する。ここで、細胞外液１８とはＫ+イオンが４ｍＭ程度、Ｎａ+イオンが１４５ｍＭ程度、Ｃｌ-イオンが１２３ｍＭ程度添加された電解液であり、細胞内液１９とは、例えば哺乳類筋細胞の場合、代表的にはＫ+イオンが１５５ｍＭ、Ｎａ+イオンが１２ｍＭ程度、Ｃｌ-イオンが４．２ｍＭ程度添加された電解液である。この状態で、ウエル１の内部に設置した第一の電極１４と空洞８の内部に設置した第二の電極１５との間で、１００ｋΩ〜１０ＭΩ程度の導通抵抗値を観測することができる。これは細胞内液１９あるいは細胞外液１８が浸透し、第一の電極１４と第二の電極１５の間で電気回路が形成されるからである。
【００４５】
次に、ウエル１側から細胞２０を投入する。なおセンサチップ４を第二の貫通孔６の内部に設置する方向として、ダイアフラム９が第一の貫通孔５側へ近くなるように配置しても良い。この選択は測定する細胞２０の性質によって最適に決定されるべきである。
【００４６】
そして、最後にウエル１の流入口１６または流出口１７の一方を減圧すると、細胞２０は第三の貫通孔７に引き付けられ、細胞２０が第三の貫通孔７を塞ぐことによって、ウエル１側と空洞８側の電気抵抗がＧΩ以上の十分に高い状態となる（ギガシールと呼ぶ）。このギガシールの状態において、細胞２０の電気生理活動によって細胞内外の電位が変化した場合には、わずかな電位差あるいは電流であっても高精度な測定が可能となる。
【００４７】
以上のように構成した細胞電気生理センサについて、以下にその製造方法を説明する。
【００４８】
まず始めに、図３に示すようにチップ部４ａはフォトリソグラフィー、ドライエッチング等の半導体加工技術を用いて、シリコンウエハなどからダイアフラム９を形成した後、このダイアフラム９に第三の貫通孔７を形成する。そして、チップ部４ａの外形となるように個片化することによって、一括して多数のチップ部４ａを作製することができる。
【００４９】
その後、必要に応じて親水性を高めるために、酸素の介在した雰囲気中でのシリコンの熱酸化処理、あるいはＣＶＤ、スパッタ法などの薄膜プロセスを用いてシリコン化合物を成膜して親水性を高めることも可能である。その後、このチップ部４ａを純水中に浸漬して保管することが好ましい。
【００５０】
一方、チップ保持部４ｂは、内径がチップ部４ａの外形よりも若干大きめのホウケイ酸ガラスからなるガラス管を準備し、その後、必要に応じてガラス管の開口部の内壁面の親水性を確認し、前記純水中に保管していたチップ部４ａを取り出し、チップ部４ａに純水が付着した状態で、ガラス管の開口部の入り口へチップ部４ａの一部を挿入する。挿入されたチップ部４ａは純水の表面張力の相互作用によるセルフアライメントによってガラス管の開口部の上面部で静置する。
【００５１】
なお、チップ部４ａを挿入する方向としてダイアフラム９の上下の位置関係を反転させた状態でも同様のようにセルフアライメントすることを確認している。
【００５２】
また、セルフアライメントする位置はガラス管の下から挿入した場合には、ガラス管の下面側でセルフアライメントすることも確認している。
【００５３】
その後、ガラス管を所定の寸法で切断し、個片化する。このような作業を繰り返すことによって複数の個片化チップを作製することができる。
【００５４】
なお、ガラス管はあらかじめ所定の寸法に切断しておいてチップ保持部４ｂを作製して整列配置しておき、整列配置されたチップ保持部４ｂにチップ部４ａを前記の方法で挿入することも可能である。
【００５５】
このような個片化チップを、チップ部４ａとガラス管の開口部が水平方向に重なる方向に固定する（ガラス管の開口部の内壁面でチップ部４ａの外壁面を支えるように配置させる）。このような位置関係とすることによって、純水が無くなることによって、水の表面張力が無くなり、チップ部４ａが動きやすくなることを防止するためである。
【００５６】
このような配置をしたまま、熱処理炉へ入れ、加熱する。加熱の方法は適宜最適な条件を設定することができるが、特に乾燥させるための熱処理条件とガラスによって溶着接合するための熱処理条件とが重要である。乾燥させるための熱処理条件としては８０〜１２０℃の範囲が好ましい。そして、前記ホウケイ酸ガラス（コーニング；＃７０５２、＃７０５６）を用いた場合の溶着接合温度としては７００〜７５０℃の条件が好ましい。
【００５７】
なお、熱処理炉を用いた例について説明してきたが、ヒータなどによる局部加熱、あるいは近赤外レーザなどによる局部加熱などによってセンサチップ４の近傍のみを加熱することによって溶着することができる。
【００５８】
そして、この乾燥処理と熱溶着による接合処理は一括して行うことが好ましい。これは、一括して行うことによってチップ部４ａとチップ保持部４ｂの位置ずれを防止するためである。そしてこのとき、チップ部４ａとガラス管の開口部の隙間は３００μｍ以下であればガラス溶着による接合が可能であることを確認している。例えば、チップ部４ａの外形が７００μｍとし、ガラス管の開口部の内径を１．０ｍｍ、外径を１．５０ｍｍとしてガラス溶着を行った結果、効率良くガラス溶着による接合を行うことができた。そのときの溶着温度は７１８℃で溶着時間は１０秒以下の熱処理条件によって行うことができた。このガラス管の外径は保持プレート２に固着保持できるような形状であれば良い。
【００５９】
なお、ガラス基板を準備し、ガラス基板の所定の寸法で開口部をマトリックス状に形成し、このガラス基板の開口部に前記の方法でチップ部４ａを挿入し、熱溶着によって接合した後、このガラス基板を切断あるいはエッチングによって個片化し、センサチップ４を作製することも可能である。
【００６０】
このようにして作製したセンサチップ４を、例えば、あらかじめ所定の寸法形状に射出成形によって成型しておいた熱可塑性樹脂よりなる保持プレート２の第二の貫通孔６の内部へ接着剤２１によって固着保持する。
【００６１】
その後、薄膜技術、めっき技術などによって配線パターンを形成し、さらにＡｇとＡｇＣｌを混合した電極をディスペンスまたはスクリーン印刷等の手法により第一の電極１４と第二の電極１５を保持プレート２の一部に形成する。
【００６２】
なお、センサチップ４の固着保持と、電極１４，１５の形成の工程順序は違っていてもよい。
【００６３】
次に、ウエル１と流路プレート３はアクリル樹脂などを用いて射出成型などによって金型による成型加工によって作製し、図１のような構成とすることができる。まず、保持プレート２とウエル１の接合を行う。この接合の方法としてはレーザによる熱溶着接合、あるいは紫外線照射による紫外線硬化型接着剤による接合が好ましい。
【００６４】
次に、前記と同様の方法によって流路プレート３の接合を行い、図１に示すような細胞電気生理センサを作製することができる。
【００６５】
なお、ウエル１と流路プレート３を同時に保持プレート２に一括して接合することも可能であり、いずれかの方法を適宜採用することができる。
【００６６】
また、前記接合を行うときに用いる接着剤は紫外線硬化型の接着剤を用いることが好ましく、ウエル１，保持プレート２および流路プレート３を紫外線光が透過する樹脂とすることによって、いずれの方向からでも紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂を用いて接合することが可能となり、紫外線照射した時に確実に接着剤を硬化させることができ、保持プレート２と、ウエル１あるいは流路プレート３との接合を効率良く行うことによって液漏れの少ない構造を実現することができ、これによって細胞２０の測定を確実に行うことができる細胞電気生理センサを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明にかかる細胞電気生理センサおよびその製造法は、複数の細胞を一括して効率よく測定できる細胞の電気生理現象の測定に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図
【図２】同要部拡大断面図
【図３】同製造方法を説明するための断面図
【符号の説明】
【００６９】
１ ウエル
２ 保持プレート
３ 流路プレート
４ センサチップ
４ａ チップ部
４ｂ チップ保持部
５ 第一の貫通孔
６ 第二の貫通孔
７ 第三の貫通孔
８ 空洞
９ ダイアフラム
１０ キャビティ
１４ 第一の電極
１５ 第二の電極
１６ 流入口
１７ 流出口
１８ 細胞外液
１９ 細胞内液
２０ 細胞
２１ 接着剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞の活動によって発生する物理化学的変化を測定するために用いられる細胞内電位あるいは細胞外電位等の細胞電気生理現象を測定するための細胞電気生理センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気生理学におけるパッチクランプ法は、細胞膜に存在するイオンチャンネルを測定する方法として知られており、このパッチクランプ法によってイオンチャンネルの様々な機能が解明されてきた。そして、イオンチャンネルの働きは細胞学において重要な関心ごとであり、これは薬剤の開発にも応用されている。
【０００３】
しかし、一方でパッチクランプ法は測定技術に微細なマイクロピペットを１個の細胞に高い精度で挿入するという極めて高い能力を必要としているため、熟練作業者が必要であり、高いスループットで測定を必要とする場合には適切な方法でない。
【０００４】
このため、微細加工技術を利用した平板型プローブの開発がなされており、これらは個々の細胞についてマイクロピペットの挿入を必要とせず、減圧を行うだけで自動に細胞を固定・測定を行うことができ、自動化システムとして適している。
【０００５】
例えば、平板のデバイスに複数の貫通孔を設け、ここに接着した細胞の連続層を含み、電極で電位依存性のイオンチャンネル活性を測定する技術を開示している（特許文献１参照）。
【０００６】
また、使用時に物体がオリフィスをシールし、これによって電気的に絶縁された電極間のインピーダンスの変化によって、媒体中の物体の電気的測定を行う装置について開示している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２００２−５１８６７８号公報
【特許文献２】特表２００３−５２７５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の技術においては、複数の細胞の電気生理現象を一括して測定することができるが、測定対象の細胞数を増加させるとセンサチップが多数個となり構造が複雑になるという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、測定対象の細胞数が増えた場合であっても、生産性に優れた効率的な細胞電気生理センサの構造を実現し、漏れ電流が少ない状態で高精度に測定することができる細胞電気生理センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、第一の貫通孔を有するウエルと、このウエルの下方に当接した第二の貫通孔を有した保持プレートと、この保持プレートの下方に液体の流入口と流出口を両端に備えた空洞を有した流路プレートを当接し、前記第二の貫通孔の内部に第三の貫通孔を備えたダイアフラムを有したセンサチップを当接した細胞電気生理センサであって、前記センサチップはシリコンよりなるチップ部とガラスよりなるチップ保持部とをガラス溶着によって接合する構成とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の細胞電気生理センサおよびその製造方法は、微小なセンサチップを保持プレートに固着する際、シリコンからなるチップ部をガラスからなるチップ保持部とガラス溶着にて接合したセンサチップを保持プレートに保持することから、微小なチップ部のセルフアライメント性の向上と、隙間からの液漏れによる漏れ電流を減少させることができることによって、高精度に測定することができるとともに生産性に優れた細胞電気生理センサおよびその製造方法を実現するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサおよびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図であり、図２は図１の要部拡大断面図である。また、図３は細胞電気生理センサの製造方法を説明するための断面図である。
【００１３】
図１および図２において、１は樹脂よりなるウエルであり、このウエル１に細胞外液１８を貯留しておくための第一の貫通孔５を形成している。この第一の貫通孔５は断面形状をテーパー状に形成しておくことによって、電解液などの液体または細胞２０などを投入するときに効率が良い。
【００１４】
また、前記ウエル１の下方には第二の貫通孔６を設けた樹脂よりなる保持プレート２を当接しており、この保持プレート２の第二の貫通孔６の内部には、少なくとも一つの第三の貫通孔７を有したダイアフラム９を備えたシリコンよりなるチップ部４ａとこの微小なチップ部４ａを保持するために親水性を有するガラスからなるチップ保持部４ｂとがガラス溶着によって接合したセンサチップ４がセットされている。このチップ部４ａはシリコンウエハを半導体プロセスを用いてエッチング加工することによって、微小で高精度な形状に形成することができる。例えば、シリコンウエハをエッチング加工することによってキャビティ１０を形成し、その後第三の貫通孔７を形成することによって、ダイアフラム９の厚みを１０〜１００μｍ、第三の貫通孔７の開口径を１〜３μｍφの寸法形状で、半導体プロセスなどの微細加工技術を用いて一体的に加工することによってチップ部４ａを形成することができる。そして、この第三の貫通孔７の開口径は細胞２０の大きさによって適宜選択することができる。
【００１５】
なお、キャビティ１０または第三の貫通孔７を形成する順序はどちらが先であっても構わない。
【００１６】
このように、シリコンをチップ部４ａの構成材料とすることによって、効率よく高精度に作製することができるとともに、その生産設備も入手が容易である。
【００１７】
しかしながら、このような微小なシリコンよりなるチップ部４ａは取扱いと組み立ての観点からは課題を有していた。
【００１８】
これに対して、このチップ部４ａをガラスからなるチップ保持部４ｂを介して保持プレート２へ固着することによって効率良く細胞電気生理センサを高精度に作製できるセンサ構造と製造方法を実現することができる。その詳細な説明については後述する。
【００１９】
そして、前記保持プレート２の下方には、その両端に液体を流出入させるための空洞８を有した流路プレート３を当接して細胞電気生理センサを構成しており、第三の貫通孔７の上面に細胞２０を密着保持し、この細胞２０の電気生理現象を測定することができるようになっている。そして、流入口１６から細胞内液１９を充填し、流出口１７から吸引ポンプなどを用いて吸引することによって前記空洞８の内部には細胞内液１９を充填することができる。
【００２０】
また、ウエル１、保持プレート２および流路プレート３は樹脂で構成しておくと都合が良く、より好ましくは熱可塑性樹脂である。これにより、これらの材料は射出成型などの手段を用いることによって生産性良く、高均質な成形体を得ることができる。さらに好ましくは、これらの熱可塑性樹脂はポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィンポリマー、ポリメタクリル酸メチルアセテート（ＰＭＭＡ）のいずれか、またはこれらの組み合わせである。これらの材料は紫外線硬化型の接着剤を用いることによって容易に親水性に優れたガラスからなる保持プレート２と接合することができる。さらに好ましくは、これらの熱可塑性樹脂として、環状オレフィンポリマー、線状オレフィンポリマー、またはこれらが重合した環状オレフィンコポリマー、またはポリエチレン（ＰＥ）とすることが作業性、製造コストおよび材料の入手性の観点から好ましい。
【００２１】
特に、環状オレフィンコポリマーは透明性、アルカリ・酸などの無機系薬剤に対する耐性が強く、本発明の製造方法もしくは使用環境に適している。またこれらの材料は紫外線を透過させることができることから、紫外線硬化型の接着剤を用いる時に効果を発揮する。
【００２２】
以上のような構成からなる細胞電気生理センサに対して、例えば保持プレート２をシリコン基板から一体的に作製し、保持プレート２の一部にチップ部４ａを一体形成した場合、コストもかかり、歩留まりも悪くなるとともに、一部に不良のチップ部４ａが存在した場合においてリペア性を有しない構成となる。これに対して、本発明の構成であれば微小なチップ部４ａを一括して効率よく作製し、その中の良品のみを選別して用いることから高歩留まりの細胞電気生理センサを実現できるとともに、リペア性を有した構成を実現できる。
【００２３】
また、この第三の貫通孔７の直径は５μｍ以下が望ましく、細胞２０を保持するために最適な形状の貫通孔となっている。このように、チップ部４ａとチップ保持部４ｂからなるセンサチップ４と、保持プレート２を別々に作製しておいて、保持プレート２の第二の貫通孔６に前記センサチップ４をはめ込み接合することによって、効率よく細胞電気生理センサを作製することができる。さらに、不良のセンサチップ４があった場合においても、交換を容易に行うことができる。
【００２４】
しかしながら、前記チップ部４ａは微小形状であることからその取り扱いが難しく、このチップ部４ａを直接保持プレート２に形成した第二の貫通孔６の内部へ挿入する際、乾燥状態で行うと静電気などの影響でチップ部４ａを所定の位置にうまく挿入することが難しかった。
【００２５】
そこで、チップ部４ａを純水などに浸漬しておいて、その状態で親水性に優れたガラスからなるチップ保持部４ｂの開口部へ挿入すると親水性に優れたガラスとの親和性から微小なチップ部４ａはチップ保持部４ｂの開口部へセルフアライメントしながら図２に示した位置にうまく整列することによって、非常に効率良く作業ができることが分かった。
【００２６】
そして、微細加工によって作製したチップ部４ａは酸、アルカリなどの化学処理、あるいはプラズマ、ＵＶなどの物理処理による清浄化を行った後、親水性を保持しておくために純水中へ浸漬しておくことが好ましい。
【００２７】
また、チップ保持部４ｂの開口部の内部へ挿入して組み立てる直前にチップ部４ａを純水中より取り出し、チップ保持部４ｂの開口部の入り口へチップ部４ａの一部を挿入する。このとき、チップ部４ａの表面とキャビティ１０の内部には純水が十分に付着充填した状態とし、チップ保持部４ｂの開口部の内壁面は親水性を有したガラスを用いることにより、このチップ部４ａは水の表面張力の作用によって図２に示した位置に均一にセルフアライメントすることを見いだした。
【００２８】
この水の表面張力の作用を利用することによって、簡単にチップ部４ａの配置をチップ保持部４ｂの所定の位置に均一に配置することが可能である。
【００２９】
また、チップ部４ａの方向によるセルフアライメントの影響は無く、ダイアフラム９の面が上下いずれの面を向いていたとしても、チップ部４ａはチップ保持部４ｂの一平面に沿うようにセルフアライメントすることが分かっている。
【００３０】
また、親水性を高めるためにはチップ保持部４ｂを構成するガラス組成には二酸化ケイ素を含んでいることがより好ましい。
【００３１】
その後、このチップ部４ａが所定の位置から動かないように静置させるためには、チップ部４ａとチップ保持部４ｂが横方向に水平になるように固定した後、熱処理炉などへ入れる。
【００３２】
なお、熱処理炉を用いた例について説明してきたが、ヒータなどによる局部加熱、あるいは近赤外レーザなどによる局部加熱などによってセンサチップ４の近傍のみを加熱することによって溶着することができる。
【００３３】
そして、約１００℃にて付着した水を乾燥させた後、ガラスが溶着する所定の温度まで加熱をしてチップ部４ａとチップ保持部４ｂをガラス溶着によって接合する。このようにガラス溶着によって接合したセンサチップ４は封止性に優れることから液漏れなどの少ない信頼性に優れたセンサチップ４を実現でき、これによって測定精度の高い細胞電気生理センサを実現することができる。
【００３４】
特に、チップ部４ａ近傍における液漏れはギガシールの特性に重要な影響があり、このチップ部４ａの外壁面における液漏れを確実に防止できる構造が細胞電気生理センサの構造として非常に重要である。
【００３５】
そして、このチップ部４ａの外壁面とチップ保持部４ｂの開口部の内壁面との隙間を３００μｍ以下とすることによって、確実に溶着接合を行うことができ、３００μｍを超える隙間を有しているとガラスによる溶着接合の確実性が低下するという問題が発生する。また、接合性、作業温度および信頼性の観点からガラスとして、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラスまたはホウケイ酸鉛ガラスを用いることが好ましい。
【００３６】
そして、本実施の形態１におけるチップ保持部４ｂの開口部の内壁面は親水性を有していることが重要である。そのためには、例えばチップ保持部４ｂをホウケイ酸ガラス（コーニング；＃７０５２、＃７０５６）、アルミノケイ酸塩ガラスまたはホウケイ酸鉛ガラス（コーニング；＃８１６１）などを用いることが好ましい。さらに、ガラスの融点が作業性の観点から重要であり、チップ部４ａとガラス溶着によって接合するために都合の良い温度はガラスの軟化点以上とすることが好ましく、そして、より好ましくは５００〜９００℃の範囲である。５００℃より低いガラスを用いると強度が不十分であり、９００℃を越えると作業性が悪くなるからである。
【００３７】
また、親水性を付与するためにチップ保持部４ｂの開口部の内壁面を化学的、あるいは物理的な処理を行って親水性を高めておいても良い。あるいはさらに親水性を高めるための親水性膜などを形成することによっても、その効果をより高めることができる。さらに、別の親水性を付与する方法としては、酸素プラズマによる炭素化合物の除去、紫外線照射による有機物の分解除去、あるいは硫酸、過酸化水素などによる湿式処理などによる炭素原子を含む有機物質の分解除去が非常に効果的であり、生産性にも優れている。
【００３８】
そして、チップ保持部４ｂの開口部の内壁面の親水性は、接触角表示で１０度以下が好ましい。その接触角とは、固体表面の上に純水などの液滴を乗せ，平衡になった状態で、液滴表面と固体表面のなす角度をいう。そして、その測定方法は一般的にθ／２法を用いることができる。その方法は液滴の左右端点と頂点を結ぶ直線の、固体表面に対する角度から接触角を求めることができる。または分度器などを用いて測ることも可能である。
【００３９】
そして、このようにしてあらかじめ作製しておいたセンサチップ４を樹脂よりなる保持プレート２の第二の貫通孔６の内部へ挿入し、例えば接着剤などによって接合することによってセンサチップ４を固定保持することができる。このとき、接着剤としては紫外線硬化型樹脂などを用いることが作業性の観点から好ましい。
【００４０】
この紫外線硬化型樹脂は保持プレート２とチップ保持部４ｂのガラスを紫外線を透過する特性を持たせておくことによって、作業性を高めるとともに封止性の高い接合面とすることができる。これは紫外線硬化型樹脂は親水性であり、ガラスからなるチップ保持部４ｂの外壁面が親水性を有していることから、接合面の隙間への紫外線硬化型樹脂の浸透性が高まり、その接合信頼性を高めることができる。
【００４１】
これに対して、乾燥した状態でチップ部４ａを直接保持プレート２に形成した第二の貫通孔６の内部へ挿入する方法では、静電気などによってチップ部４ａが飛散させられてしまうことがあり、作業性があまり良くなく、挿入したチップ部４ａの挿入位置もばらつきがあり、整列配置に多くの時間を要していた。さらに、例えば保持プレート２の第二の貫通孔６の内部へ挿入した後、接着剤２１を用いて接合した場合、十分に接着剤などが接合の界面に浸透することが少なく、液漏れなどの接合不良を起こしていた。
【００４２】
次に、図１に示すように保持プレート２には第一の電極１４と第二の電極１５を設けており、これらの電極１４，１５は細胞２０の電気生理現象によって発生する電気的指標、例えば電位、電流などを測定するためのものであるが、これらの形状、材質は特に限定するものではない。
【００４３】
次に、本発明の細胞電気生理センサを用いて細胞２０の電気生理活動を測定する方法について簡単に述べる。
【００４４】
まず、ウエル１に細胞外液１８を貯留し、細胞内液１９をウエル１の流入口１６から流出口１７にかけて吸引することで空洞８に充填する。ここで、細胞外液１８とはＫ+イオンが４ｍＭ程度、Ｎａ+イオンが１４５ｍＭ程度、Ｃｌ-イオンが１２３ｍＭ程度添加された電解液であり、細胞内液１９とは、例えば哺乳類筋細胞の場合、代表的にはＫ+イオンが１５５ｍＭ、Ｎａ+イオンが１２ｍＭ程度、Ｃｌ-イオンが４．２ｍＭ程度添加された電解液である。この状態で、ウエル１の内部に設置した第一の電極１４と空洞８の内部に設置した第二の電極１５との間で、１００ｋΩ〜１０ＭΩ程度の導通抵抗値を観測することができる。これは細胞内液１９あるいは細胞外液１８が浸透し、第一の電極１４と第二の電極１５の間で電気回路が形成されるからである。
【００４５】
次に、ウエル１側から細胞２０を投入する。なおセンサチップ４を第二の貫通孔６の内部に設置する方向として、ダイアフラム９が第一の貫通孔５側へ近くなるように配置しても良い。この選択は測定する細胞２０の性質によって最適に決定されるべきである。
【００４６】
そして、最後にウエル１の流入口１６または流出口１７の一方を減圧すると、細胞２０は第三の貫通孔７に引き付けられ、細胞２０が第三の貫通孔７を塞ぐことによって、ウエル１側と空洞８側の電気抵抗がＧΩ以上の十分に高い状態となる（ギガシールと呼ぶ）。このギガシールの状態において、細胞２０の電気生理活動によって細胞内外の電位が変化した場合には、わずかな電位差あるいは電流であっても高精度な測定が可能となる。
【００４７】
以上のように構成した細胞電気生理センサについて、以下にその製造方法を説明する。
【００４８】
まず始めに、図３に示すようにチップ部４ａはフォトリソグラフィー、ドライエッチング等の半導体加工技術を用いて、シリコンウエハなどからダイアフラム９を形成した後、このダイアフラム９に第三の貫通孔７を形成する。そして、チップ部４ａの外形となるように個片化することによって、一括して多数のチップ部４ａを作製することができる。
【００４９】
その後、必要に応じて親水性を高めるために、酸素の介在した雰囲気中でのシリコンの熱酸化処理、あるいはＣＶＤ、スパッタ法などの薄膜プロセスを用いてシリコン化合物を成膜して親水性を高めることも可能である。その後、このチップ部４ａを純水中に浸漬して保管することが好ましい。
【００５０】
一方、チップ保持部４ｂは、内径がチップ部４ａの外形よりも若干大きめのホウケイ酸ガラスからなるガラス管を準備し、その後、必要に応じてガラス管の開口部の内壁面の親水性を確認し、前記純水中に保管していたチップ部４ａを取り出し、チップ部４ａに純水が付着した状態で、ガラス管の開口部の入り口へチップ部４ａの一部を挿入する。挿入されたチップ部４ａは純水の表面張力の相互作用によるセルフアライメントによってガラス管の開口部の上面部で静置する。
【００５１】
なお、チップ部４ａを挿入する方向としてダイアフラム９の上下の位置関係を反転させた状態でも同様のようにセルフアライメントすることを確認している。
【００５２】
また、セルフアライメントする位置はガラス管の下から挿入した場合には、ガラス管の下面側でセルフアライメントすることも確認している。
【００５３】
その後、ガラス管を所定の寸法で切断し、個片化する。このような作業を繰り返すことによって複数の個片化チップを作製することができる。
【００５４】
なお、ガラス管はあらかじめ所定の寸法に切断しておいてチップ保持部４ｂを作製して整列配置しておき、整列配置されたチップ保持部４ｂにチップ部４ａを前記の方法で挿入することも可能である。
【００５５】
このような個片化チップを、チップ部４ａとガラス管の開口部が水平方向に重なる方向に固定する（ガラス管の開口部の内壁面でチップ部４ａの外壁面を支えるように配置させる）。このような位置関係とすることによって、純水が無くなることによって、水の表面張力が無くなり、チップ部４ａが動きやすくなることを防止するためである。
【００５６】
このような配置をしたまま、熱処理炉へ入れ、加熱する。加熱の方法は適宜最適な条件を設定することができるが、特に乾燥させるための熱処理条件とガラスによって溶着接合するための熱処理条件とが重要である。乾燥させるための熱処理条件としては８０〜１２０℃の範囲が好ましい。そして、前記ホウケイ酸ガラス（コーニング；＃７０５２、＃７０５６）を用いた場合の溶着接合温度としては７００〜７５０℃の条件が好ましい。
【００５７】
なお、熱処理炉を用いた例について説明してきたが、ヒータなどによる局部加熱、あるいは近赤外レーザなどによる局部加熱などによってセンサチップ４の近傍のみを加熱することによって溶着することができる。
【００５８】
そして、この乾燥処理と熱溶着による接合処理は一括して行うことが好ましい。これは、一括して行うことによってチップ部４ａとチップ保持部４ｂの位置ずれを防止するためである。そしてこのとき、チップ部４ａとガラス管の開口部の隙間は３００μｍ以下であればガラス溶着による接合が可能であることを確認している。例えば、チップ部４ａの外形が７００μｍとし、ガラス管の開口部の内径を１．０ｍｍ、外径を１．５０ｍｍとしてガラス溶着を行った結果、効率良くガラス溶着による接合を行うことができた。そのときの溶着温度は７１８℃で溶着時間は１０秒以下の熱処理条件によって行うことができた。このガラス管の外径は保持プレート２に固着保持できるような形状であれば良い。
【００５９】
なお、ガラス基板を準備し、ガラス基板の所定の寸法で開口部をマトリックス状に形成し、このガラス基板の開口部に前記の方法でチップ部４ａを挿入し、熱溶着によって接合した後、このガラス基板を切断あるいはエッチングによって個片化し、センサチップ４を作製することも可能である。
【００６０】
このようにして作製したセンサチップ４を、例えば、あらかじめ所定の寸法形状に射出成形によって成型しておいた熱可塑性樹脂よりなる保持プレート２の第二の貫通孔６の内部へ接着剤２１によって固着保持する。
【００６１】
その後、薄膜技術、めっき技術などによって配線パターンを形成し、さらにＡｇとＡｇＣｌを混合した電極をディスペンスまたはスクリーン印刷等の手法により第一の電極１４と第二の電極１５を保持プレート２の一部に形成する。
【００６２】
なお、センサチップ４の固着保持と、電極１４，１５の形成の工程順序は違っていてもよい。
【００６３】
次に、ウエル１と流路プレート３はアクリル樹脂などを用いて射出成型などによって金型による成型加工によって作製し、図１のような構成とすることができる。まず、保持プレート２とウエル１の接合を行う。この接合の方法としてはレーザによる熱溶着接合、あるいは紫外線照射による紫外線硬化型接着剤による接合が好ましい。
【００６４】
次に、前記と同様の方法によって流路プレート３の接合を行い、図１に示すような細胞電気生理センサを作製することができる。
【００６５】
なお、ウエル１と流路プレート３を同時に保持プレート２に一括して接合することも可能であり、いずれかの方法を適宜採用することができる。
【００６６】
また、前記接合を行うときに用いる接着剤は紫外線硬化型の接着剤を用いることが好ましく、ウエル１，保持プレート２および流路プレート３を紫外線光が透過する樹脂とすることによって、いずれの方向からでも紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂を用いて接合することが可能となり、紫外線照射した時に確実に接着剤を硬化させることができ、保持プレート２と、ウエル１あるいは流路プレート３との接合を効率良く行うことによって液漏れの少ない構造を実現することができ、これによって細胞２０の測定を確実に行うことができる細胞電気生理センサを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明にかかる細胞電気生理センサおよびその製造法は、複数の細胞を一括して効率よく測定できる細胞の電気生理現象の測定に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１における細胞電気生理センサの断面図
【図２】同要部拡大断面図
【図３】同製造方法を説明するための断面図
【符号の説明】
【００６９】
１ ウエル
２ 保持プレート
３ 流路プレート
４ センサチップ
４ａ チップ部
４ｂ チップ保持部
５ 第一の貫通孔
６ 第二の貫通孔
７ 第三の貫通孔
８ 空洞
９ ダイアフラム
１０ キャビティ
１４ 第一の電極
１５ 第二の電極
１６ 流入口
１７ 流出口
１８ 細胞外液
１９ 細胞内液
２０ 細胞
２１ 接着剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の貫通孔を有するウエルと、このウエルの下方に当接した第二の貫通孔を有した保持プレートと、この保持プレートの下方に液体の流入口と流出口を両端に備えた空洞を有した流路プレートを当接し、前記第二の貫通孔の内部に第三の貫通孔を備えたダイアフラムを有したセンサチップを当接した細胞電気生理センサであって、前記センサチップはシリコンよりなるチップ部とガラスよりなるチップ保持部とをガラス溶着によって接合した細胞電気生理センサ。
【請求項２】
ガラスを二酸化ケイ素を含むガラスとした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項３】
ガラスの軟化点を５００〜９００℃とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項４】
ガラスをホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラスまたはホウケイ酸鉛ガラスとした請求項２に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項５】
ガラスを、紫外線を透過するガラスとした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項６】
ガラスと水との接触角を１０度以下とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項７】
ウエル、保持プレートおよび流路プレートを環状オレフィンポリマー、線状オレフィンポリマー、またはこれらが共重合した環状オレフィンコポリマー、またはポリエチレンからなる材料から選択される請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項８】
ウエル、保持プレートおよび流路プレートとの接合を熱溶着によって接合した請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項９】
ウエル、保持プレートおよび流路プレートとの接合を紫外線硬化型樹脂にて接合した請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項１０】
センサチップと保持プレートとの接合を紫外線硬化型樹脂にて接合した請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項１１】
第一の貫通孔を有するウエルと、このウエルの下方に当接した第二の貫通孔を有した保持プレートと、この保持プレートの下方に液体の流入口と流出口を両端に備えた空洞を有した流路プレートを当接し、前記第二の貫通孔の内部に第三の貫通孔を備えたダイアフラムを有したセンサチップを当接した細胞電気生理センサであって、前記センサチップはシリコンよりなるチップ部とガラスよりなるチップ保持部とをガラス溶着によって接合した細胞電気生理センサの製造方法であって、シリコンよりなるダイアフラムに貫通孔を設けたチップ部と、開口部を有したガラスからなるチップ保持部を作製する工程と、このチップ部の表面を水で濡らす工程と、前記チップ部を前記チップ保持部の開口部の内部へ挿入してセルフアライメントする工程と、熱処理によってチップ部とチップ保持部をガラス溶着によって接合してセンサチップを形成する工程と、このセンサチップを前記保持プレートの第二の貫通孔の内部へ挿入して接着剤を用いて接合する工程を少なくとも含む細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１２】
センサチップを形成する工程において、ガラス溶着の熱処理温度をガラスの軟化点以上とした請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１３】
センサチップを形成する工程において、セルフアライメントしたセンサチップが開口部の内部で移動しない状態で静置して熱処理を行う請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１４】
センサチップを形成する工程において、チップ部の外壁面と開口部の内壁面との隙間を３００μｍ以下とした請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１５】
チップ部を開口部の内部へ挿入してセルフアライメントする工程において、水との接触角が１０度以下のガラスを用いる請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１】
第一の貫通孔を有するウエルと、このウエルの下方に当接した第二の貫通孔を有した保持プレートと、この保持プレートの下方に液体の流入口と流出口を両端に備えた空洞を有した流路プレートを当接し、前記第二の貫通孔の内部に第三の貫通孔を備えたダイアフラムを有したセンサチップを当接した細胞電気生理センサであって、前記センサチップはシリコンよりなるチップ部とガラスよりなるチップ保持部とをガラス溶着によって接合した細胞電気生理センサ。
【請求項２】
ガラスを二酸化ケイ素を含むガラスとした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項３】
ガラスの軟化点を５００〜９００℃とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項４】
ガラスをホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラスまたはホウケイ酸鉛ガラスとした請求項２に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項５】
ガラスを、紫外線を透過するガラスとした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項６】
ガラスと水との接触角を１０度以下とした請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項７】
ウエル、保持プレートおよび流路プレートを環状オレフィンポリマー、線状オレフィンポリマー、またはこれらが共重合した環状オレフィンコポリマー、またはポリエチレンからなる材料から選択される請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項８】
ウエル、保持プレートおよび流路プレートとの接合を熱溶着によって接合した請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項９】
ウエル、保持プレートおよび流路プレートとの接合を紫外線硬化型樹脂にて接合した請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項１０】
センサチップと保持プレートとの接合を紫外線硬化型樹脂にて接合した請求項１に記載の細胞電気生理センサ。
【請求項１１】
第一の貫通孔を有するウエルと、このウエルの下方に当接した第二の貫通孔を有した保持プレートと、この保持プレートの下方に液体の流入口と流出口を両端に備えた空洞を有した流路プレートを当接し、前記第二の貫通孔の内部に第三の貫通孔を備えたダイアフラムを有したセンサチップを当接した細胞電気生理センサであって、前記センサチップはシリコンよりなるチップ部とガラスよりなるチップ保持部とをガラス溶着によって接合した細胞電気生理センサの製造方法であって、シリコンよりなるダイアフラムに貫通孔を設けたチップ部と、開口部を有したガラスからなるチップ保持部を作製する工程と、このチップ部の表面を水で濡らす工程と、前記チップ部を前記チップ保持部の開口部の内部へ挿入してセルフアライメントする工程と、熱処理によってチップ部とチップ保持部をガラス溶着によって接合してセンサチップを形成する工程と、このセンサチップを前記保持プレートの第二の貫通孔の内部へ挿入して接着剤を用いて接合する工程を少なくとも含む細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１２】
センサチップを形成する工程において、ガラス溶着の熱処理温度をガラスの軟化点以上とした請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１３】
センサチップを形成する工程において、セルフアライメントしたセンサチップが開口部の内部で移動しない状態で静置して熱処理を行う請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１４】
センサチップを形成する工程において、チップ部の外壁面と開口部の内壁面との隙間を３００μｍ以下とした請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【請求項１５】
チップ部を開口部の内部へ挿入してセルフアライメントする工程において、水との接触角が１０度以下のガラスを用いる請求項１１に記載の細胞電気生理センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−３９６２４（Ｐ２００８−３９６２４Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１５３０３（Ｐ２００６−２１５３０３）
【出願日】平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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