JP4967554B2 - Cell capture device and temperature control method for cell capture device - Google Patents
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Description
本発明は、細胞近傍の温度を正確に測定し低消費電力で制御する細胞捕捉装置と細胞捕捉装置の温度制御方法に関する。 The present invention relates to a cell trapping device that accurately measures the temperature in the vicinity of a cell and controls it with low power consumption, and a temperature control method for the cell trapping device.
近年、細胞内に遺伝子などを注入して細胞の性質改良を行い、遺伝的な原因による病気を治療する方法等が注目され研究が進んでいる。この結果、遺伝子の役目を解明することができるとともに、個人の遺伝子特性に合わせた投薬や治療を行うテーラーメード医療が可能になってきている。 In recent years, attention has been focused on methods for improving diseases by injecting genes into cells to treat diseases caused by genetic causes. As a result, the role of genes can be elucidated, and tailor-made medicine that performs medications and treatments tailored to individual genetic characteristics has become possible.
細胞内に遺伝子を注入する方法として、高圧パルスを利用する電気的な方法(エレクトロポレーション法)、エンドサイトーシスや膜融合を利用する化学的な方法(リポフェクション法)、微細針を使用する機械的な方法(マイクロインジェクション法)などが知られている。しかしながら、電気的な方法は細胞に与えるダメージが大きく、化学的な方法は遺伝子の注入効率が悪い。これらの理由により、現在では機械的な方法が、最も安全で注入効率が高い方法と考えられている。 As a method of injecting genes into cells, an electrical method using high-pressure pulses (electroporation method), a chemical method using endocytosis or membrane fusion (lipofection method), or a machine using a fine needle A typical method (microinjection method) is known. However, the electrical method has a large damage to cells, and the chemical method has poor gene injection efficiency. For these reasons, mechanical methods are now considered the safest and most efficient injection method.
前記の機械的な遺伝子注入を行う為には、細胞を機械的に捕捉する必要がある。 In order to perform the mechanical gene injection, it is necessary to mechanically capture cells.
図1に、従来の機械的な方法によりシリコン(以下Si)の材料を用いた細胞捕捉を行う微小半導体基板(以下細胞捕捉チップ)の例を示し、図1の(a)は表面図、(b)は断面図を示す。 FIG. 1 shows an example of a micro semiconductor substrate (hereinafter referred to as a cell capture chip) that performs cell capture using a silicon (hereinafter referred to as Si) material by a conventional mechanical method. FIG. b) shows a cross-sectional view.
図1において、101は細胞捕捉チップ、102は表面Si層、103は細胞捕捉孔、104は細胞、105は絶縁層、106はSi基板、107は保護膜をそれぞれ示す。 In FIG. 1, 101 is a cell trapping chip, 102 is a surface Si layer, 103 is a cell trapping hole, 104 is a cell, 105 is an insulating layer, 106 is a Si substrate, and 107 is a protective film.
細胞捕捉チップ101は、細胞104の直径よりも小さな複数の細胞捕捉孔103を備え、細胞104を含む培養液(図示せず)を細胞捕捉孔103の下部から吸引することにより、細胞捕捉孔103の入り口の部分に細胞104が吸着して固定される。
The
他の、細胞を固定させる手段としては、電極間に高周波を印加し、細胞に働く電場の力を利用して細胞捕捉チップ上の微小電極に細胞を固定させるものや、細胞に親和性の無い細胞捕捉チップ上に細胞親和性物質を配置し、その細胞親和性物質上に細胞を固定させるものなどがある。これらの手段によって固定された細胞のそれぞれに微細注入針(キャピラリー)を差し込んで物質を順次注入することにより、細胞への注入処理が大量に行える。 Other means for immobilizing cells include applying a high frequency between the electrodes and immobilizing the cells on the microelectrodes on the cell capture chip using the force of the electric field acting on the cells, or having no affinity for the cells For example, a cell affinity substance is arranged on a cell capture chip, and cells are fixed on the cell affinity substance. By inserting a fine injection needle (capillary) into each of the cells fixed by these means and sequentially injecting the substance, a large amount of injection processing into the cells can be performed.
前記細胞捕捉および注入処理において、細胞近傍の温度制御は重要な条件である。 In the cell capture and injection process, temperature control near the cells is an important condition.
従来の細胞を培養する容器の温度制御として、容器の上下に発熱の平板(以下プレート)を備え、プレートに温度センサを貼り付け、温度制御する方法がある(特許文献1参照)。
図1において、細胞捕捉チップ101を温度制御しないで室温にさらした場合、細胞104を細胞捕捉チップ101上に培養液に混合して注入してから細胞捕捉孔103に捕捉し、注入針により物質を細胞104に注入し終えるまでに、細胞104周辺および細胞104が室温まで変化してしまい、細胞に適した温度環境を一定に保つことができない。
In FIG. 1, when the
また、細胞に物質を注入するのに最適な温度や、注入された細胞の温度に対する反応を観察する場合、温度の制御ができない。 In addition, the temperature cannot be controlled when observing the optimum temperature for injecting the substance into the cell or the reaction to the temperature of the injected cell.
温度制御するため、前記に説明したプレートによる温度制御を用いた場合、培養容器全体を一定の温度にするため、非常に大きな熱容量が必要となる。さらに培養容器の位置を制御する台や、細胞を照らす照射光など多くの熱源が存在するので、低消費電力の温度制御が困難となる。 In order to control the temperature, when the above-described temperature control using the plate is used, a very large heat capacity is required to keep the entire culture vessel at a constant temperature. Furthermore, since there are many heat sources such as a table for controlling the position of the culture vessel and irradiation light for illuminating the cells, it is difficult to control the temperature with low power consumption.
また、前記プレートによる温度制御は細胞から離れた位置の温度測定に基づくので、細胞近傍は異なった温度となる可能性があり、細胞への物質注入時の細胞近傍温度がどのような効果を及ぼすのかを正確に知ることができなかった。 In addition, since temperature control by the plate is based on temperature measurement at a position away from the cell, there is a possibility that the temperature in the vicinity of the cell may be different, and what effect the temperature in the vicinity of the cell has when the substance is injected into the cell. I could not know exactly.
すなわち、前記に説明したプレートによる細胞近傍の温度制御方法は、培養容器全体の平均的温度制御は出来るが、細胞捕捉および注入処理における温度制御に対しては問題がある。 That is, although the temperature control method in the vicinity of the cells using the plate described above can control the average temperature of the entire culture vessel, there is a problem with the temperature control in the cell capture and injection processes.
従って本発明の目的の1つは、捕捉された細胞近傍の温度を正確に測定し制御する細胞捕捉装置および細胞捕捉装置の温度制御方法を提供することである。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a cell trapping device and a temperature control method for the cell trapping device that accurately measure and control the temperature in the vicinity of the trapped cells.
尚、上記目的に限らず後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる結果であって、従来の技術によっては得られない効果も本発明の他の目的の1つとして位置付けることが出来る。 In addition, it is a result derived | led-out by each structure shown in the best form for implementing invention mentioned later not only the said objective, Comprising: The effect which is not acquired by the prior art is also one of the other objectives of this invention. Can be positioned.
(1)本発明では、細胞を含む培養液を吸引して前記細胞を吸引孔に捕捉する細胞捕捉基板と、前記基板表面に配置され制御電圧により前記培養液を加熱するヒータ部と、前記基板表面に配置され前記培養液の温度を検出する温度センサ部と、前記検出された温度と前記培養液の目標温度に基づいて前記制御電圧を制御する制御部とを備えたことを特徴とする細胞捕捉装置を用いる。
(2)また、前記ヒータ部と前記温度センサ部は、前記培養液が満たされた側の前記基板の表面に複数組配置され、それぞれ異なった目標温度に基づき温度制御されることを特徴とする請求項1記載の細胞捕捉装置を用いる。
(3)また、前記ヒータ部と前記温度センサ部は、前記基板の裏面であって前記培養液を吸引する側の培養液に接して複数組配置され、それぞれ異なった目標温度に基づき温度制御されることを特徴とする請求項1記載の細胞捕捉装置を用いる。
(4)また、前記ヒータ部と前記温度センサ部は、絶縁物による保護膜で覆われたことを特徴とする請求項1記載の細胞捕捉装置を用いる。
(5)本発明では、細胞を含む培養液を吸引して前記細胞を細胞捕捉基板の吸引孔に捕捉するステップと、前記基板の表面に配置されたヒータ部に制御電圧を加え前記培養液を加熱するステップと、前記基板の表面に配置された温度センサ部により前記培養液の温度を検出するステップと、前記検出された温度と前記培養液の目標温度に基づいて前記制御電圧を制御するステップとを含む細胞捕捉装置の温度制御方法を用いる。
(1) In the present invention, a cell trapping substrate that sucks a culture solution containing cells and traps the cells in a suction hole, a heater unit that is disposed on the substrate surface and heats the culture solution by a control voltage, and the substrate A cell comprising: a temperature sensor unit disposed on a surface for detecting the temperature of the culture solution; and a control unit for controlling the control voltage based on the detected temperature and a target temperature of the culture solution. Use a capture device.
(2) In addition, a plurality of sets of the heater unit and the temperature sensor unit are arranged on the surface of the substrate on the side filled with the culture solution, and the temperature is controlled based on different target temperatures. The cell capture device according to claim 1 is used.
(3) In addition, a plurality of sets of the heater unit and the temperature sensor unit are arranged in contact with the culture solution on the back surface of the substrate and on the side for sucking the culture solution, and the temperature is controlled based on different target temperatures. The cell capturing device according to claim 1 is used.
(4) The cell trapping device according to claim 1, wherein the heater part and the temperature sensor part are covered with an insulating protective film.
(5) In the present invention, a step of aspirating a culture solution containing cells to capture the cells in the suction holes of the cell capture substrate, and applying a control voltage to a heater portion disposed on the surface of the substrate, A step of heating; a step of detecting a temperature of the culture medium by a temperature sensor unit disposed on a surface of the substrate; and a step of controlling the control voltage based on the detected temperature and a target temperature of the culture medium And a temperature control method for a cell trapping device.
本発明により、細胞近傍の温度を正確に測定し低消費電力で制御する細胞捕捉装置と細胞捕捉装置の温度制御方法を提供することが出来る。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a cell capture device that accurately measures the temperature in the vicinity of a cell and controls it with low power consumption, and a temperature control method for the cell capture device.
以下、図面を参照することにより本発明の実施の形態について説明する。
(実施例1)
実施例1では、細胞捕捉チップの表面側にヒータと温度センサを配置し、細胞近傍の温度制御を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 1
In Example 1, a heater and a temperature sensor are arranged on the surface side of the cell trapping chip to control the temperature in the vicinity of the cell.
実施例1における細胞捕捉装置全体の構成を図2に示す。 FIG. 2 shows the overall configuration of the cell trapping apparatus in Example 1.
図2において、200は細胞捕捉装置、201は細胞捕捉チップ、202は温度センサ線、203はヒータ線、204は制御部、205は支持台、206は注入チューブ、207は吸引チューブ、208はシャーレ、209は細胞を含む培養液、210は培養液、211はステージ、212は微細注入針、213は光源、214は顕微鏡をそれぞれ示す。 In FIG. 2, 200 is a cell trapping device, 201 is a cell trapping chip, 202 is a temperature sensor wire, 203 is a heater wire, 204 is a control unit, 205 is a support, 206 is an injection tube, 207 is a suction tube, and 208 is a petri dish. 209, a culture solution containing cells, 210 a culture solution, 211 a stage, 212 a fine injection needle, 213 a light source, and 214 a microscope.
細胞捕捉チップ201を用いた細胞捕捉装置200の動作を説明する。
The operation of the cell trapping apparatus 200 using the
細胞捕捉チップ201は図2に示すように、シャーレ208内に支持台205上にマウントされ、支持台205の上部に注入された細胞を含む培養液209を、支持台205の下部に満たされた培養液210を吸引チューブ207で吸引する構造となっている。
As shown in FIG. 2, the
細胞捕捉チップ201は上下に貫通した微細な細胞補足孔を有する構造となっており、培養液210の吸引により上部の培養液209が含む細胞が細胞補足孔の入り口に捕捉される。捕捉された細胞は、吸引チューブ207による連続的な吸引により細胞捕捉孔に保持される。
The
光源213からの照射により顕微鏡214を観察しながら、ステージ211を前後左右に移動させ、ステージ211上のシャーレ208位置を調整して細胞311の位置を設定し、微細注入針212により所定の物質が注入される。
While observing the
図3に実施例1における細胞捕捉チップ201の構造を示し、図3の(a)に表面図、(b)に断面図を示す。
FIG. 3 shows the structure of the
細胞捕捉チップ201はSiを材料としたSOI(Silicon on Insulator)基板を用いた構造である。
The
図3において、細胞捕捉チップ201は図2と同じ番号を付してあり、302は表面Si層、303はヒータ(白金:Pt)、304はヒータ(白金:Pt)、305は温度センサ(白金:Pt)、306は温度センサ(白金:Pt)、307は細胞捕捉孔、308は保護膜(窒化珪素:Si3N4)、309は絶縁層(酸化シリコン:SiO2)、310はSi基板、311は細胞をそれぞれ示す。
In FIG. 3, the
ヒータ303、304および温度センサ305、306の形状は、図3の形状に限定されるものでなく、またヒータ303、304および温度センサ305、306の配置の順序も図3に限定されるものではなく、細胞捕捉孔307の近傍であれば本発明の目的は達成できる。
The shapes of the
また図4に、細胞捕捉チップの温度プロフィールを示し、図4の(a)は温度プロフィール、(b)は対応する細胞捕捉チップの断面図を示す。 4 shows a temperature profile of the cell trapping chip, FIG. 4A shows a temperature profile, and FIG. 4B shows a cross-sectional view of the corresponding cell trapping chip.
図4において、図3と同じものは同一の番号を付してあり、T1は高温(例えば+40℃)、T2は低温(例えば+30℃)をそれぞれ示す。 4, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, T 1 indicates a high temperature (for example, + 40 ° C.), and T 2 indicates a low temperature (for example, + 30 ° C.).
図2、図3および図4を参照して、細胞捕捉チップ201の動作を説明する。
The operation of the
注入チューブ206により細胞捕捉チップ201の表面Si層302上に、細胞311を含む培養液209が注入される。吸引チューブ207により、細胞捕捉孔307下部の培養液210を吸引され、細胞311は細胞捕捉孔307の入り口に捕捉される。
The
細胞311を含む培養液209の温度制御を説明する。
The temperature control of the
制御部204は、温度センサ305により目標温度T1以上を計測すると、ヒータ303の加熱を止めるようフィードバック制御を行い、目標温度T1以下を計測するとヒータ303の加熱を行うようフィードバック制御を行い、温度センサ305近傍が温度T1になるようにオン/オフによる温度制御を行う。
また、フィードバック制御による高精度の連続的な温度制御は、例えば以下のように行う。 Moreover, high-precision continuous temperature control by feedback control is performed as follows, for example.
温度センサ305の白金Ptの抵抗値は温度に対し増加する。制御部204は内部に所定温度に保たれた安定な抵抗Rsを温度センサ305と直列に接続し、抵抗Rsと温度センサ305の両端に安定な一定電圧V0を加える。
The resistance value of platinum Pt of the
温度センサ305は、付近の温度変化により抵抗値が変化し一定電圧V0の分圧比が変わるから、白金Ptの両端の電圧変化が検出できる。
The
即ち、温度センサ305の温度Tmに対応して、温度センサ305の端子間電圧が測定電圧Vmとして得られる。制御部204は、目標温度T1に対応して予め設定された基準電圧V1と、上記測定された電圧Vmとの電圧差ex=(V1−Vm)を得る。ex>0の時は温度センサ305の温度Tmが目標温度より低いので、制御部204は前記電圧差exを適当な増幅度で増幅し、温度差に対応した加熱用電圧としてヒータ303に供給する。ex≦0の時は温度センサ305の温度Tmが目標温度以上であるから、ヒータ303への加熱電圧を0にする。これにより温度センサ305の温度Tmは精度良く目標温度T1になるように制御される。
That is, the voltage between the terminals of the
また、制御部204は温度センサ306により目標温度T2以上を計測すると、ヒータ304の加熱を止めるようフィードバック制御を行い、目標温度T2以下を計測するとヒータ304の加熱を行うようフィードバック制御を行い、温度センサ306近傍が温度T2になるように温度制御される。
The
また、温度T2の制御に対しても、前記と同様にしてフィードバック制御による高精度の連続的な温度制御を行うことが出来る。 Also, the control of the temperature T 2, wherein a can be carried out in to accurate continuous temperature control of by the feedback control as well.
前記動作により、細胞を含む培養液209の温度は図4に示す様に、温度センサ305近傍では温度T1(例えば+40℃)に保たれ、温度センサ306近傍では温度T2(例えば+30℃)に保たれる。
By the above operation, the temperature of the
温度センサ305はヒータ303に近接して配置され、温度センサ306はヒータ304に近接して配置されるので、前記の温度制御により図4のヒータ303近傍の培養液209とヒータ304近傍の培養液209の間で温度勾配が発生し、細胞捕捉孔307に捕捉された細胞はそれぞれの位置における培養液温度にて物質の導入を行うことが可能となる。
Since the
ヒータ303、304および温度センサ305、306が細胞捕捉孔307近傍に設けられていることにより、捕捉された細胞311近傍の培養液209の温度が極めて正確に制御できる。
Since the
これにより、物質注入処理中の細胞の温度が一定に保たれるので、温度変化による反応の変化を防ぎ、一定環境での物質注入と観測が可能になる。さらに、細胞311を含む培養液209に温度勾配をつけることが出来るので、一回の処理で異なる温度を細胞群に与えることが可能となる。
Thereby, since the temperature of the cell during the substance injection process is kept constant, the change of the reaction due to the temperature change can be prevented, and the substance injection and observation can be performed in a constant environment. Furthermore, since a temperature gradient can be applied to the
次に、本実施例1における細胞捕捉チップ201の作製プロセスについて、図5を参照して説明する。
Next, a manufacturing process of the
図5において、図3と同じものは同じ番号を付してあり、500はSOI基板、501はフォトレジスト、502は保護膜(窒化珪素:Si3N4)、503は保護膜(窒化珪素:Si3N4)をそれぞれ示し、プロセス(a)は細胞捕捉孔307を形成するプロセス、プロセス(b)はエッチングで残す部分に保護膜(窒化珪素:Si3N4)502を形成するプロセス、プロセス(c)はヒータ303、304と温度センサ305、306を形成するプロセス、プロセス(d)はSi基板310の細胞捕捉孔部307の裏面側を除去するプロセス、プロセス(e)は保護膜(窒化珪素:Si3N4)502の不要部分および503を除去するプロセスをそれぞれ示す。
5, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, 500 is an SOI substrate, 501 is a photoresist, 502 is a protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 ), and 503 is a protective film (silicon nitride: Si 3 N 4) are shown, respectively, process (a) the process of forming the cell capturing hole 307, the process (b) a protective film in the portion to remain in the etching (silicon nitride: the process of forming the Si 3 N 4) 502, The process (c) is a process for forming the
図5を参照して、実施例1における細胞捕捉チップ201の構造を作製するプロセスを詳細に説明する。
With reference to FIG. 5, the process of producing the structure of the
図5のプロセス(a)では、SOI基板500の表面Si層302に複数の細胞捕捉孔307を形成するため、先ずSOI基板500を洗浄した後、表面Si層302の表面全体にフォトレジスト501を塗布する。フォトレジスト501の材質や厚みは特に限定されるものではない。
In the process (a) of FIG. 5, in order to form a plurality of cell trapping holes 307 in the
フォトマスクとマスクアライナを用いてフォトレジスト501を露光し、現像により露光した部分のレジストを除去することにより細胞捕捉孔部307が除去されたレジスト501のパタンを作製する。前記レジスト501のパタンをエッチングマスクとして、ドライエッチング装置を使用して貫通孔307を作製する。
The
プロセス(b)では、表面Si層302の表面に、ヒータ303、304と温度センサ305、306を形成するため、および後のプロセスにおいてSi基板310の選択的エッチングを行うため保護膜(窒化珪素:Si3N4)502、503を被覆する。保護膜(窒化珪素:Si3N4)502、503は酸化シリコン(SiO2)膜でもよく、細胞捕捉孔307の中の側面を保護するため、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって成膜するのが望ましい。
In the process (b), a protective film (silicon nitride: for forming the
Si基板310の裏面には、後のプロセスにおいてSi基板310の選択的エッチングを行うためのマスクとして、フォトレジストと露光およびエッチングにより保護膜(窒化珪素:Si3N4)503のパタンを作製する。
A pattern of a protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 ) 503 is formed on the back surface of the
プロセス(c)では、表面Si層302の表面に、ヒータ303、304と温度センサ305、306の材料として白金(以下Pt)を成膜する。保護膜(窒化珪素:Si3N4)502との密着性を向上させるため、白金を成膜する前にチタン(以下Ti)を成膜する(図示せず)。成膜方法は蒸着法やスパッタリング方法を用いて行う。
In the process (c), platinum (hereinafter referred to as Pt) is formed on the surface of the
ヒータ303、304および温度センサ305、306の膜形成方法として、まず表面Si層302上のTi膜の表面全体にPt膜を形成し、その後にフォトレジストと露光およびエッチングによりヒータ303、304と温度センサ305、306のパタン膜を形成する方法と、まず表面Si層302上のTi膜の表面全体にレジストを形成し、電子線で描画してレジストを除去し、除去部にPt膜を形成するリフトオフ法のどちらを用いてもよい。
As a film formation method of the
なお、ヒータおよび温度センサの材料はPtとしたが、特に限定されるものではない。 The material of the heater and the temperature sensor is Pt, but is not particularly limited.
プロセス(d)では、Si基板310のエッチングを行う。
In the process (d), the
表面Si層302の表面を保護し、裏面からSi基板310をアルカリ系水溶液などで異方性エッチングすることで図5(d)に示す形状が作製される。なお、Si基板310のシリコンエッチングはドライエッチングを用いてもよい。
The surface shown in FIG. 5D is produced by protecting the surface of the
プロセス(e)では、表面Si層302の表面の保護膜(窒化珪素:Si3N4)502の不要部分および、Si基板310の裏面の保護膜(窒化珪素:Si3N4)503と、表面Si層302の裏面の細胞捕捉孔307付近の絶縁層309を除去して、図5(e)に示す形状が作製される。
(実施例2)
実施例2では、細胞捕捉チップの裏面側にヒータと温度センサを配置し、細胞近傍の温度制御を行う。
In the process (e), an unnecessary portion of the protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 ) 502 on the surface of the
(Example 2)
In Example 2, a heater and a temperature sensor are arranged on the back side of the cell trapping chip to control the temperature in the vicinity of the cell.
実施例1ではヒータ303、304、温度センサ305、306が、細胞311を含む培養液209に直接触れるため、電気的刺激や熱的な刺激が直接細胞に伝わり影響を与える可能性がある。
In the first embodiment, since the
これらの刺激を緩和するため実施例2では、細胞311を含む培養液209を吸引する側である細胞捕捉チップ201の裏面側にヒータと温度センサを配置する。
In order to alleviate these stimuli, in Example 2, a heater and a temperature sensor are arranged on the back side of the
図6に実施例2による細胞捕捉チップの構造を示す。 FIG. 6 shows the structure of the cell trapping chip according to Example 2.
図6の(a)に裏面図、(b)に断面図を示す。 FIG. 6A shows a back view and FIG. 6B shows a cross-sectional view.
実施例2においては、実施例1と同様に細胞捕捉チップはSiを材料としたSOI(Silicon on Insulator)基板を用いた構造である。 In Example 2, as in Example 1, the cell trapping chip has a structure using an SOI (Silicon on Insulator) substrate made of Si.
図6において、図3と同じものは同一の番号を付してあり、601は細胞捕捉チップ、602は保護膜(窒化珪素:Si3N4)、603はヒータ(白金:Pt)、604はヒータ(白金:Pt)、605は温度センサ(白金:Pt)、606は温度センサ(白金:Pt)をそれぞれ示す。 In FIG. 6, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, 601 is a cell trapping chip, 602 is a protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 ), 603 is a heater (platinum: Pt), and 604 is A heater (platinum: Pt), 605 indicates a temperature sensor (platinum: Pt), and 606 indicates a temperature sensor (platinum: Pt).
ヒータ603、604および温度センサ605、606の形状は、図3の形状に限定されるものでなく、またヒータ603、604および温度センサ605、606の配置の順序も図6に限定されるものではなく、細胞捕捉孔307の近傍であれば本発明の目的は達成できる。
The shapes of the
実施例2において細胞捕捉チップ601が細胞311を捕捉する動作および温度制御の動作は、実施例1における細胞捕捉チップ201の動作と同じある。
In the second embodiment, the operation of the
実施例2における細胞捕捉装置全体の構成は、図2における細胞捕捉チップ201が実施例2の細胞捕捉チップ601に置き換わるだけで、動作は同じであるから説明は省略する。
The overall configuration of the cell trapping apparatus in the second embodiment is the same as that of the second embodiment except that the
また、実施例2における細胞捕捉チップ601の温度プロフィールは、図4と同様である。
The temperature profile of the
また、細胞捕捉チップ601の作製プロセスに関しても、実施例1における細胞捕捉チップ201の作製プロセスを示す図5と同様なプロセスを用いて作製することができる。
Further, regarding the process of manufacturing the
実施例2が実施例1と異なるのは、ヒータ603、604および、温度センサ605、606が細胞311を含む培養液209に直接触れないので、ヒータや温度センサによる電気的および熱的な直接的刺激を受けないことである。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the
また、細胞捕捉チップの裏面にヒータと温度センサを配置する別の例を図7に示す。 Moreover, another example which arrange | positions a heater and a temperature sensor in the back surface of a cell capture chip | tip is shown in FIG.
図7の(a)は細胞捕捉チップの裏面図、(b)は細胞捕捉チップの断面図を示す。 FIG. 7A is a back view of the cell trapping chip, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the cell trapping chip.
図7において、図6と同じものは同一の番号を付してあり、701は細胞捕捉チップ、703はヒータ(白金:Pt)、704はヒータ(白金:Pt)、705は温度センサ(白金:Pt)、706は温度センサ(白金:Pt)をそれぞれ示す。 7, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, 701 is a cell trapping chip, 703 is a heater (platinum: Pt), 704 is a heater (platinum: Pt), and 705 is a temperature sensor (platinum: Pt) and 706 indicate temperature sensors (platinum: Pt), respectively.
図7に示す実施例2の細胞捕捉と温度制御の動作は、図6における動作と同じである。図7における細胞捕捉チップ701が図6の細胞補足チップ601と異なるのは、図7におけるセンサ705、706およびヒータ703、704が表面Si層302の裏面に配置されているので図6に比べ、捕捉された細胞311の近くで温度計測と加熱ができるので、より正確で応答が速い温度制御が可能となる。
The cell trapping and temperature control operations of the second embodiment shown in FIG. 7 are the same as the operations in FIG. The
図7における構造においても、ヒータ703、704および、温度センサ705、706が細胞311を含む培養液209に直接触れないので、ヒータや温度センサによる電気的および熱的な直接的刺激を受けない特徴がある。
(実施例3)
実施例3では、細胞捕捉チップの方面側に配置したヒータと温度センサを保護膜(窒化珪素:Si3N4)で覆い、細胞近傍の温度制御を行う。
Also in the structure in FIG. 7, since the heaters 703 and 704 and the
(Example 3)
In Example 3, the heater and the temperature sensor arranged on the side of the cell trapping chip are covered with a protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 ) to control the temperature in the vicinity of the cell.
実施例1ではヒータ303、304、温度センサ305、306が、細胞311を含む培養液209に直接触れるため、電気的刺激や熱的な刺激が直接細胞311に伝わり影響を与える可能性がある。
In the first embodiment, since the
これらの刺激を緩和するため実施例3では、ヒータと温度センサを保護膜(窒化珪素:Si3N4)で覆うことにより、細胞がヒータをとセンサに直接触れないようにする。 In order to alleviate these stimuli, in Example 3, the heater and the temperature sensor are covered with a protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 ) so that the cells do not directly touch the heater and the sensor.
図8に実施例3による細胞捕捉チップの構造を示す。 FIG. 8 shows the structure of the cell trapping chip according to Example 3.
図8の(a)に表面図、(b)に断面図を示す。 FIG. 8A shows a surface view and FIG. 8B shows a cross-sectional view.
実施例3においては、実施例1と同様に細胞捕捉チップ801はSiを材料としたSOI(Silicon on Insulator)基板を用いた構造である。 In Example 3, as in Example 1, the cell trapping chip 801 has a structure using an SOI (Silicon on Insulator) substrate made of Si.
図8において、図3と同じものは同一の番号を付してあり、801は細胞捕捉チップ、802は保護膜(窒化珪素:Si3N4)、803はヒータ(白金:Pt)、803aはヒータパッド、803bはヒータパッド、804はヒータ(白金:Pt)、804aはヒータパッド、804bはヒータパッド、805は温度センサ(白金:Pt)、805aは温度センサパッド、805bは温度センサパッド、806は温度センサ(白金:Pt)、806aは温度センサパッド、806bは温度センサパッドをそれぞれ示す。 In FIG. 8, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, 801 is a cell trapping chip, 802 is a protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 ), 803 is a heater (platinum: Pt), and 803a is Heater pad, 803b heater pad, 804 heater (platinum: Pt), 804a heater pad, 804b heater pad, 805 temperature sensor (platinum: Pt), 805a temperature sensor pad, 805b temperature sensor pad, 806 Is a temperature sensor (platinum: Pt), 806a is a temperature sensor pad, and 806b is a temperature sensor pad.
ヒータ803、804および温度センサ805、806の形状は、図8の形状に限定されるものでなく、またヒータ803、804および温度センサ805、806の配置の順序も図8に限定されるものではなく、細胞捕捉孔307の近傍であれば本発明の目的は達成できる。 The shapes of the heaters 803 and 804 and the temperature sensors 805 and 806 are not limited to the shapes shown in FIG. 8, and the arrangement order of the heaters 803 and 804 and the temperature sensors 805 and 806 is not limited to that shown in FIG. However, the object of the present invention can be achieved as long as it is in the vicinity of the cell trapping hole 307.
実施例3において細胞捕捉チップ801が細胞311を捕捉する動作および温度制御の動作は、実施例1における細胞捕捉チップ201の動作と同じある。
In the third embodiment, the operation of the cell trapping chip 801 for capturing the cells 311 and the temperature control operation are the same as the operation of the
実施例3における細胞捕捉装置全体の構成は、図2における細胞捕捉チップ201が実施例3の細胞捕捉チップ801に置き換わるだけで、動作は同じであるから説明は省略する。
The overall configuration of the cell trapping apparatus in the third embodiment is the same as that of the third embodiment except that the
また、実施例2における細胞捕捉チップ601の温度プロフィールは、図4と同様である。
The temperature profile of the
また、細胞捕捉チップ801の作製プロセスに関しては、実施例1における細胞捕捉チップ201の作製プロセスを示す図5と同様なプロセスを用いて作製することができる。
Moreover, regarding the manufacturing process of the cell trapping chip 801, it can be manufactured by using the same process as FIG. 5 showing the manufacturing process of the
ただし、細胞捕捉チップ801の表面側に配置されたヒータ803、804および、温度センサ805、806には保護膜(窒化珪素:Si3N4)802を被覆し、ヒータパッド(外部への接続電極)803a、803b、804a、804b、および温度センサパッド805a、805b、806a、806bには保護膜を被覆しないプロセスが入る。 However, the heaters 803 and 804 and the temperature sensors 805 and 806 arranged on the surface side of the cell trapping chip 801 are covered with a protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 ) 802, and a heater pad (external connection electrode) ) 803a, 803b, 804a, 804b and temperature sensor pads 805a, 805b, 806a, 806b are subjected to a process not covering the protective film.
実施例3が実施例1と異なる特徴は、ヒータ803、804および、温度センサ805、806が細胞311を含む培養液209に直接触れないので、ヒータや温度センサによる電気的および熱的な直接的刺激を受けないことである。
The third embodiment is different from the first embodiment in that the heaters 803 and 804 and the temperature sensors 805 and 806 do not directly touch the
101 細胞捕捉チップ
102 表面Si層
103 細胞捕捉孔
104 細胞
105 絶縁層
106 Si基板
107 保護膜
200 細胞捕捉装置
201 細胞捕捉チップ
202 温度センサ線
203 ヒータ線
204 制御部
205 支持台
206 注入チューブ
207 吸引チューブ
208 シャーレ
209 細胞を含む培養液
210 培養液
211 ステージ
212 微細注入針
213 光源
214 顕微鏡
302 表面Si層
303 ヒータ(白金:Pt)
304 ヒータ(白金:Pt)
305 温度センサ(白金:Pt)
306 温度センサ(白金:Pt)
307 細胞捕捉孔
308 保護膜(窒化珪素:Si3N4)
309 絶縁層(酸化シリコン:SiO2)
310 Si基板
311 細胞
501 フォトレジスト
502 保護膜(窒化珪素:Si3N4)
503 保護膜(窒化珪素:Si3N4)
601 細胞捕捉チップ
602 保護膜(窒化珪素:Si3N4)
603 ヒータ(白金:Pt)
604 ヒータ(白金:Pt)
605 温度センサ(白金:Pt)
606 温度センサ(白金:Pt)
701 細胞捕捉チップ
703 ヒータ(白金:Pt)
704 ヒータ(白金:Pt)
705 温度センサ(白金:Pt)
706 温度センサ(白金:Pt)
801 細胞捕捉チップ
802 保護膜(窒化珪素:Si3N4)
803 ヒータ(白金:Pt)
803a ヒータパッド
803b ヒータパッド
804 ヒータ(白金:Pt)
804a ヒータパッド
804b ヒータパッド
805 温度センサ(白金:Pt)
805a 温度センサパッド
805b 温度センサパッド
806 温度センサ(白金:Pt)
806a 温度センサパッド
806b 温度センサパッド
DESCRIPTION OF
304 Heater (Platinum: Pt)
305 Temperature sensor (Platinum: Pt)
306 Temperature sensor (Platinum: Pt)
307 Cell trapping hole 308 Protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 )
309 Insulating layer (silicon oxide: SiO 2 )
310 Si substrate 311
503 Protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 )
601 Cell trapping chip 602 Protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 )
603 Heater (Platinum: Pt)
604 Heater (Platinum: Pt)
605 Temperature sensor (Platinum: Pt)
606 Temperature sensor (Platinum: Pt)
701 Cell capture chip 703 Heater (Platinum: Pt)
704 Heater (Platinum: Pt)
705 Temperature sensor (Platinum: Pt)
706 Temperature sensor (Platinum: Pt)
801 Cell trapping chip 802 Protective film (silicon nitride: Si 3 N 4 )
803 Heater (Platinum: Pt)
803a Heater pad 803b Heater pad 804 Heater (platinum: Pt)
804a Heater pad 804b Heater pad 805 Temperature sensor (platinum: Pt)
805a Temperature sensor pad 805b Temperature sensor pad 806 Temperature sensor (platinum: Pt)
806a Temperature sensor pad 806b Temperature sensor pad
Claims (5)
前記細胞捕捉基板の表面、かつ前記複数の細胞捕捉孔を有する領域の両端に配置され、異なる制御電圧が印加されることにより培養液をそれぞれ異なる温度に加熱する2列のヒータ部と、
前記細胞捕捉基板の表面、かつ前記2列のヒータ部それぞれに近接して1対状態に2個配置され前記培養液の温度差を検出する温度センサ部と、
前記検出された温度差と前記培養液の目標温度に基づいて前記制御電圧の各々を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする細胞捕捉装置。 A cell capture substrate having a plurality of cell capture holes penetrating vertically ;
And two rows of heater unit for heating the culture solution to different temperatures by the surface of the cell trapping substrate, and arranged at both ends of a region having a plurality of cell trapping holes, different control voltages are applied,
A temperature sensor unit for detecting a temperature difference between the two culture mediums disposed in a pair in close proximity to the surface of the cell capture substrate and each of the two rows of heater units ;
A control unit for controlling each of the control voltages based on the detected temperature difference and a target temperature of the culture medium;
A cell capturing device comprising:
前記細胞捕捉基板の表面、かつ前記複数の細胞捕捉孔を有する領域の両端に配置された2列のヒータ部の各々に異なる制御電圧が印加されることにより前記培養液をそれぞれ異なる温度に加熱するステップと、
前記細胞捕捉基板の表面、かつ前記2列のヒータ部それぞれに近接して1対状態に2個配置された温度センサ部により前記培養液の温度差を検出するステップと、
前記検出された温度差と前記培養液の目標温度に基づいて前記制御電圧の各々を制御するステップと、
を含む細胞捕捉装置の温度制御方法。 Capturing cells in a plurality of cell capture holes penetrating up and down the cell capture substrate ;
The culture solution is heated to different temperatures by applying different control voltages to each of the two rows of heater portions arranged on the surface of the cell trapping substrate and at both ends of the region having the plurality of cell trapping holes. Steps,
Detecting a temperature difference between the culture liquid the surface of the cell trapping substrate, and the two arranged temperature sensor unit heater portion proximate the respective pair state of the two rows,
And controlling each of the control voltage based on the goal temperature of the culture solution and the detected temperature difference,
A temperature control method for a cell trapping device comprising:
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