JP7118009B2 - 粒子捕捉デバイス及び粒子を均一に捕捉する方法 - Google Patents
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Description
1実施形態において、本発明は、前記粒子捕捉デバイスを用いることを含む、粒子を均一に捕捉する方法である。
1実施形態において、本発明は、第1の基板と、前記第1の基板の一方側に平行に対向するように配置された第2の基板とを備え、前記第1の基板は、前記第1の基板の他方側に開口し、粒子1個を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有しており、前記凹部は、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記粒子の分散媒が移動可能な大きさを有する連通孔を有しており、前記第1の基板と前記第2の基板との間は、前記第1の基板の前記連通孔を前記分散媒の流入口とし、前記第1の基板の一方側の端部を前記分散媒の流出口とする流路を形成しており、前記連通孔の開口面積の合計が1mm2以上10mm2未満であり前記流出口における前記流路の断面積が前記連通孔の開口面積の合計の0.8倍以上であるか、又は、前記連通孔の開口面積の合計が10mm2以上1000mm2以下であり前記流出口における前記流路の断面積が前記連通孔の開口面積の合計の0.1倍以上である、粒子捕捉デバイスを提供する。実施例において後述するように、本実施形態の粒子補足デバイスによれば、粒子を均一に捕捉することができる。
本実施形態の粒子捕捉デバイスにおいて、粒子としては特に制限されず、例えば、細胞、細胞塊、樹脂粒子、金属粒子、ガラス粒子、セラミック粒子等が挙げられる。粒子の直径は特に制限されず、例えば約1~500μmであってもよく、例えば約1~200μmであってもよく、例えば約1~100μmであってもよく、例えば約1~50μmであってもよい。本明細書において、粒子の直径とは、粒子の投影面積と同じ面積の円の直径をいうものとする。
粒子を捕捉するにあたり、粒子は分散媒に懸濁された状態で第1の基板10の他方側12から供給される。分散媒としては、特に制限されず、水、緩衝液、等張液、培地等が挙げられ、目的に応じて適宜用いることができる。
図1(a)に示すように、第1の基板10は、凹部13がパターニングされた層10aと、連通孔14がパターニングされた層10bとから形成されていてもよい。基板10は、例えば図2に示すように、複数個の凹部13が同一間隔で縦横に配置された構造を有していてもよい。
連通孔14の寸法は、凹部13に捕捉しようとする粒子の直径と、凹部13の寸法と、連通孔14を移動させるべき粒子の分散媒の特性等を考慮して適宜決定することができる。連通孔14は、パターニングされ、形態、細孔の径、その密度等が制御されていることが好ましい。連通孔が制御されている場合、粒子の分散媒の透過量の均等性を確保しやすいため好ましい。しかしながら、連通孔14としては、パターニングにより作製されたものに限られず、例えば、多孔質膜等の多孔質材料を使用して形成したものも使用することができる。
例えば、連通口14が円筒状である場合、連通口14の第1の基板と平行な面の断面積は、連通口14の全体にわたって一定である。この場合、連通口14の任意の位置における、第1の基板と平行な面の断面積を連通口14の開口面積とすればよい。
図1(a)に示すように、本実施形態の粒子捕捉デバイスは、第1の基板10の一方側11に平行に対向するように配置された第2の基板20を備えている。また、第1の基板10と第2の基板20との間は、第1の基板10の連通孔14を流入口とし、第1の基板10の一方側11の端部11a及び11bを流出口とする流路30を形成している。
本実施形態の粒子捕捉デバイスの材質は、特に限定されないが、粒子の観察を容易とする観点から、透明性のある材質であることが好ましい。更に、捕捉した粒子を、蛍光観察を指標として観察する場合には、自家蛍光の少ない材質であることが好ましい。
本実施形態で使用される多官能エポキシ樹脂は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有する樹脂であり、硬化性樹脂組成物で形成された樹脂膜を硬化させるのに十分な数のエポキシ基を1分子中に含むエポキシ樹脂であれば、どのようなエポキシ樹脂でもよい。このような多官能エポキシ樹脂としては、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニル型ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
次に、カチオン重合開始剤について説明する。カチオン重合開始剤は、紫外線、遠紫外線、KrF、ArF等のエキシマレーザー光、X線、電子線等の活性エネルギー線の照射を受けてカチオンを発生し、そのカチオンが重合開始剤となり得る化合物である。
本実施形態の粒子捕捉デバイスにおいて、第1の基板10の形状、第2の基板20の形状、第1の基板10及び第2の基板20の配置は図1(b)のものに限られない。例えば、図1(b)では、第1の基板10及び第2の基板20はいずれも矩形であるが、第1の基板10、第2の基板20は、例えば円形であってもよく、三角形、五角形、六角形、七角形、八角形等の多角形であってもよい。
図4(a)及び(b)は、本実施形態の粒子捕捉デバイスの一例を示す概略図である。図4(a)は正面断面図であり、図4(b)は上面図である。
図5(a)及び(b)は、本実施形態の粒子捕捉デバイスの一例を示す概略図である。図5(a)は正面断面図であり、図5(b)は上面図である。
上述した粒子捕捉デバイスは、複数連結されていてもよい。例えば、上述した粒子捕捉デバイス400又は500は、複数連結されて、6ウェルプレート型、12ウェルプレート型、24ウェルプレート型、48ウェルプレート型、96ウェルプレート型、384ウェルプレート型、1536ウェルプレート型等の形状に形成されていてもよい。特に、粒子として細胞を捕捉する場合、粒子捕捉デバイスのサイズは、実用上の観点から、広く細胞培養等に利用されている、SBS規格に準拠したサイズ、スライドグラスサイズ、又は、シャーレのサイズで作製することが好ましい。
1実施形態において、本発明は、上述した粒子捕捉デバイスの製造方法を提供する。本実施形態の製造方法は、第1の支持体上に、溶解可能な下地膜を形成し、該下地膜上に第1の硬化性樹脂組成物を塗布して第1の硬化性樹脂膜を形成し、該第1の硬化性樹脂膜に連通孔をパターニングして、連通孔がパターニングされた支持層を得る工程1と、前記支持層上に、第2の硬化性樹脂組成物を塗布して第2の硬化性樹脂膜を形成し、該第2の硬化性樹脂膜に凹部をパターニングして、凹部がパターニングされた第1の基板を得る工程2と、前記下地膜を溶解して、前記第1の支持体から前記第1の基板を剥離する工程3と、前記第1の基板と第2の基板とを接合させる工程4と、を含み、前記第1の基板と第2の基板との接合物が粒子捕捉デバイスである。
本工程では、例えば図6(a)に示すように、第1の支持体31上に、溶解可能な下地膜32を形成し、該下地膜32上に、第1の硬化性樹脂組成物を塗布して第1の硬化性樹脂膜10Bを形成し、第1の硬化性樹脂膜10Bを露光した後、現像して、図6(c)に示すような連通孔14がパターニングされた層10bを形成する。
本工程では、例えば図6(d)に示すように、層10b上に、第2の硬化性樹脂組成物を塗布して第2の硬化性樹脂膜10Aを形成し、該第2の硬化性樹脂膜10Aを露光した後、現像して、層10b上に、凹部13がパターニングされた第1の基板10を得る。
本工程では、例えば剥離剤(例えば、1-メチル-4-イソプロピルシクロヘキサン(p-Menthane))に基板ごと浸漬することにより、下地膜32を溶解し、第1の支持体31から第1の基板10を剥離する。
本工程では、上記工程で得られた図6(f)に示す第1の基板10及び図6(g)に示す第2の基板20を接合させる。接合する際には、層10bが第2の基板20と対向するように接合する。接合には、前記硬化性樹脂組成物を接着剤として用いてもよい。図6(f)に示すように、第2の基板20はピラー22を有していてもよい。
本工程では、例えば図6の(i)に示すように、第2の支持体20上に、第3の硬化性樹脂組成物を塗布して、第3の硬化性樹脂膜22Aを形成し、第3の硬化性樹脂膜22Aを露光して現像することにより、図6(g)に示すようなピラーパターン22を形成する。
1実施形態において、本発明は、上述した粒子捕捉デバイスの流入口に粒子を供給し、流出口から分散媒を流出させる工程を備える、粒子の捕捉方法を提供する。本実施形態の捕捉方法は、粒子を均一に捕捉する方法、均一に捕捉された粒子の製造方法等といいかえることができる。
(第1の基板の製造)
《連通孔パターニング》
シリコン基板上に、下地剤をスピンコータ―(1500rpm、20秒)で塗布し、ホットプレートにより90℃で1分間、120℃で3分間プリベークし、下地膜を形成した。
上記で得られた連通孔樹脂パターン上に、上記感光性樹脂組成物をスピンコータ―(1000rpm、20秒)で塗布し、ホットプレートにより90℃で5分間プリベークした。その後、ミラープロジェクションマスクアライナー(型式「MPA―600FA」、キャノン製)を用いてパターン露光(GHI線、60mJ)を行い、ホットプレートにより90℃で5分間露光後加熱を行った。その後、PGMEAを用いた浸漬法により、2分間の現像処理を行なった。次いで、現像後の樹脂パターンを、基板ごと、オーブンを用いて120℃で1分間ポストベークし、凹部パターンを得た。凹部は直径10μmの円筒状とした。
上記で得られた凹部がパターニングされた第1の基板を、剥離剤に浸漬し、上記下地膜を溶解することにより、シリコン基板から、連通孔樹脂パターン上に凹部パターンが形成された第1の基板を剥離した。
ガラス基板上に、上記感光性樹脂組成物をスピンコータ―(1000rpm、20秒)で塗布し、ホットプレートにより90℃で5分間プリベークした。その後、平行光露光機(伯東株式会社製、型番MAT-2501)を用いてパターン露光(ソフトコンタクト、GHI線、500mJ)を行い、ホットプレートにより90℃で5分間露光後加熱を行った。その後、PGMEAを用いた浸漬法により、2分間の現像処理を行った。次いで、現像後の樹脂パターンを基板ごと、オーブンを用いて120℃で1分間ポストベークし、第2の基板上に樹脂パターンを形成した。樹脂パターンは、後述する工程で第1の基板及び第2の基板を接合した場合に、第1の基板と第2の基板との間の距離(以下、「流路高さ」という場合がある。)を規定するものであり、第1の基板と第2の基板との間の距離が120μmとなる樹脂パターンを作製した。なお、流路高さが高い場合(例えば100μm以上)は、上記スピンコーターによる塗布工程を、目標の高さになるまで、繰り返して行った。
上記で得られた第2の基板樹脂パターン上部に接着剤を塗布し、35℃で1分間プレベークした。その後、上記で得られた第1の基板を連通孔パターンが下になるように第2の基板と接合し、平行光露光機(伯東株式会社製、型番MAT-2501)を用いて露光(ソフトコンタクト、GHI線、60mJ)を行い、ホットプレートにより35℃で3分間、90℃で1分間露光後加熱を行い、接着剤を硬化させることにより第1の基板と第2の基板を接合し、図1(b)に示す形状の実施例1の粒子捕捉デバイスを得た。
デバイス形状、凹部の直径、流路高さ、凹部連通孔開口面積の合計、流出口面積を表1に示すものにした以外は、実施例1と同様にして、実施例2~8、比較例1~2の粒子捕捉デバイスを作製した。
実施例1~11、比較例1~2の粒子捕捉デバイスに、培地に懸濁したNamalwa細胞を導入して捕捉した。Namalwa細胞は、予めCalcein-AM(同仁化学研究所製)で染色した。粒子捕捉デバイスに導入したNamalwa細胞の数は、それぞれ、粒子捕捉デバイスの凹部の数と同数にした。
Claims (8)
- 第1の基板と、前記第1の基板の一方側に平行に対向するように配置された第2の基板とを備え、
前記第1の基板は、前記第1の基板の他方側に開口し、粒子1個を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有しており、
前記凹部は、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記粒子の分散媒が移動可能な大きさを有する連通孔を有しており、
前記第1の基板と前記第2の基板との間は、前記第1の基板の前記連通孔を前記分散媒の流入口とし、前記第1の基板の一方側の端部を前記分散媒の流出口とする流路を形成しており、
前記連通孔の開口面積の合計が2mm2以上8mm2未満であり、前記流出口における前記流路の断面積が、前記連通孔の開口面積の合計の0.8倍以上であるか、又は
前記連通孔の開口面積の合計が10mm2以上100mm2以下であり、前記流出口における前記流路の断面積が、前記連通孔の開口面積の合計の0.1倍以上であり、
前記粒子が細胞又は細胞塊である、
粒子捕捉デバイス。 - 前記連通孔の開口面積の合計が10mm 2 以上50mm 2 以下であり、前記流出口における前記流路の断面積が、前記連通孔の開口面積の合計の0.26倍以上である、請求項1に記載の粒子捕捉デバイス。
- 前記流出口における前記流路の断面積が前記連通孔の開口面積の合計よりも大きい、請求項1又は2に記載の粒子捕捉デバイス。
- 前記第1の基板と前記第2の基板との間の距離が100μm以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の粒子捕捉デバイス。
- 前記粒子の直径が1~500μmである、請求項1~4のいずれか一項に記載の粒子捕捉デバイス。
- 第1の基板と、前記第1の基板の一方側に平行に対向するように配置された第2の基板とを備え、
前記第1の基板は、前記第1の基板の他方側に開口し、粒子1個を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有しており、
前記凹部は、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記粒子の分散媒が移動可能な大きさを有する連通孔を有しており、
前記第1の基板と前記第2の基板との間は、前記第1の基板の前記連通孔を前記分散媒の流入口とし、前記第1の基板の一方側の端部を前記分散媒の流出口とする流路を形成しており、
前記連通孔の開口面積の合計が2mm2以上100mm 2 以下であり、
前記第1の基板と前記第2の基板との間の距離が100μm以上であり、
前記粒子が細胞又は細胞塊である、
粒子捕捉デバイス。 - 前記連通孔の開口面積の合計が2mm 2 以上50mm 2 以下である、請求項6に記載の粒子捕捉デバイス。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の粒子捕捉デバイスを用いることを含む、粒子を均一に捕捉する方法。
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