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JP2008154528A - Cell injection apparatus - Google Patents

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JP2008154528A
JP2008154528A JP2006347881A JP2006347881A JP2008154528A JP 2008154528 A JP2008154528 A JP 2008154528A JP 2006347881 A JP2006347881 A JP 2006347881A JP 2006347881 A JP2006347881 A JP 2006347881A JP 2008154528 A JP2008154528 A JP 2008154528A
Authority
JP
Japan
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resist
supply path
etching
path
cells
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006347881A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisaaki Oguchi
寿明 小口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell injection apparatus that readily carries out implantation operation of a micropipette with respect to cells. <P>SOLUTION: Cells CL moved in a feed route 1a are surely captured in a fixed implantation position, by driving a cylindrical part 2b to a first position by an actuator 2c, and further a micropipette MP inserted via an inlet route 1b is readily implanted in the captured cells CL. Sure implantation of the micropipette MP can be performed, especially so as to retain the cells CL by two cylindrical parts 2a. When the cells CL are adsorbed on the bottom of the feed route 1a, the cylindrical parts 2a are brought physically into contact with the cells CL, and the micropipette can be surely moved inside the feed route 1a. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば遺伝子や蛋白質のような生体高分子からなる細胞内導入物質を動物生体組織や細胞内に導入するのに好適な細胞インジェクション装置に関する。   The present invention relates to a cell injection apparatus suitable for introducing into a living animal tissue or a cell an intracellularly introduced substance made of a biopolymer such as a gene or protein.

従来、遺伝子や蛋白質のような生体高分子からなる細胞内導入物質を動物生体組織や細胞内に導入するには、ガラス針(マイクロピペット)を動物細胞又は組織細胞に直接刺入して、そこから細胞内導入物質を注入するマイクロインジェクション法が利用されている。   Conventionally, in order to introduce intracellular introduction substances made of biopolymers such as genes and proteins into animal tissues or cells, a glass needle (micropipette) is directly inserted into animal cells or tissue cells. A microinjection method in which a substance introduced into the cell is injected from is used.

しかしながら、光学顕微鏡下で観察を行ないながらマイクロインジェクション法を実行する場合、細胞が平面的にしか見えないことから、実際にマイクロピペットを適切に刺入させることは困難である。特に、微細な細胞をトラップしてマイクロピペットの刺入操作を行うことは難しく、熟練者でないと効率の良い注入ができないことや、光顕微鏡を観察して画像観察しながら精密な位置決めを行なう必要があるという問題があった。   However, when the microinjection method is executed while observing under an optical microscope, it is difficult to actually insert the micropipette appropriately because the cells can only be seen in a plane. In particular, it is difficult to trap microscopic cells and insert a micropipette. Unless you are an expert, efficient injection is not possible, and it is necessary to perform precise positioning while observing images with a light microscope. There was a problem that there was.

マイクロピペットの刺入操作の成功率を高めるために、基板面に細胞を確実にトラップする手法が提案されている。例えば、貫通穴を有する基板に吸引等を利用して細胞を固定する方法(特許文献1、2参照)や、基板の端面(側面)に粒子トラップ用開口端を有するマイクロチャネルアレイ装置を用いて細胞を吸入トラップし、顕微鏡観察の方向とその焦点深度内でのマイクロピペット先端の移動を可能にした技術(特許文献3参照)が開示されている。
特開平1−112976号公報 特開2000−23657号公報 特開2002−27969号公報
In order to increase the success rate of the micropipette insertion operation, a technique for reliably trapping cells on the substrate surface has been proposed. For example, using a method of fixing cells using suction or the like to a substrate having a through hole (see Patent Documents 1 and 2), or a microchannel array apparatus having an open end for particle trapping on the end surface (side surface) of the substrate There is disclosed a technique (see Patent Document 3) in which cells are inhaled and trapped, and the micropipette tip can be moved within the direction of microscopic observation and the depth of focus.
JP-A-1-112976 JP 2000-23657 A JP 2002-27969 A

しかしながら、従来技術においては細胞を所定位置に位置決めすることが難しく、従ってマイクロピペットの刺入操作は依然として困難であり、何らかの対策が求められていた。   However, in the prior art, it is difficult to position the cell at a predetermined position, and therefore, the micropipette insertion operation is still difficult, and some countermeasure has been demanded.

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、細胞に対してマイクロピペットの刺入操作を容易に行える細胞インジェクション装置を提供し、これにより画像観察に依存した精密な位置決めを行なう必要のない技術の提供を行い、また熟練者でなくても動物の細胞や受精卵等に、細胞内導入物質を導入できるようにし、更にインジェクション動作の高いスループットを得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides a cell injection device that can easily insert a micropipette into a cell, thereby enabling precise positioning depending on image observation. The purpose is to provide a technique that does not require the use of the substance, and to enable introduction of intracellular introduction substances into animal cells, fertilized eggs, etc., even for non-experts, and to obtain a high throughput of injection operation. .

本発明の細胞インジェクション装置は、
細胞が移動する供給路と、前記供給路に交差する導入路とを形成したハウジングと、
前記供給路内に侵入する第1の位置と、前記供給路より退避する第2の位置との間で移動可能なストッパ部材と、
前記ストッパ部材を前記第1の位置と前記第2の位置との間で駆動する駆動手段と、を有し、
前記供給路内において前記第1の位置に移動した前記ストッパ部材により捕捉された細胞は、前記導入路を介して挿入されたマイクロピペットにより刺入されることを特徴とする。
The cell injection device of the present invention comprises:
A housing that forms a supply path through which cells move and an introduction path that intersects the supply path;
A stopper member movable between a first position entering the supply path and a second position retracted from the supply path;
Drive means for driving the stopper member between the first position and the second position;
The cells captured by the stopper member moved to the first position in the supply path are inserted by a micropipette inserted through the introduction path.

本発明の細胞インジェクション装置は、細胞が移動する供給路と、前記供給路に交差する導入路とを形成したハウジングと、前記供給路内に侵入する第1の位置と、前記供給路より退避する第2の位置との間で移動可能なストッパ部材と、前記ストッパ部材を前記第1の位置と前記第2の位置との間で駆動する駆動手段と、を有するので、供給路内を移動してきた細胞を、前記駆動手段が前記ストッパ部材を前記第1の位置に駆動することで、所定の刺入位置に確実に捕捉することができ、更に捕捉された細胞は、前記導入路を介して挿入されたマイクロピペットにより容易に刺入されることができる。   The cell injection device of the present invention includes a housing in which a supply path through which cells move and an introduction path that intersects the supply path, a first position that enters the supply path, and a retreat from the supply path. A stopper member movable between the second position and drive means for driving the stopper member between the first position and the second position; When the driving means drives the stopper member to the first position, the driving means can be surely captured at a predetermined insertion position, and the captured cells are further passed through the introduction path. It can be easily inserted by the inserted micropipette.

本発明に係る細胞インジェクション装置に用いるハウジングに、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用して前記供給路と前記導入路を形成する場合、ガラスやシリコン基板、PDMS(poly−dimethylsiloxane)、セラミック材料を筐体の素材として、その表面に微小な溝を作製することで微細構造の製作が容易に可能であり、微細化、高い耐圧構造を極めて安価に実現できる上に、種々の材料を用いた設計が可能であるため耐薬品性にも優れた幅広い材料設計ができる。   When the supply path and the introduction path are formed in a housing used for the cell injection apparatus according to the present invention by using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, glass, silicon substrate, PDMS (poly-dimethylsiloxane), ceramic material As a material of the housing, it is possible to easily produce a fine structure by creating a minute groove on the surface, and it is possible to realize a miniaturization and a high pressure resistant structure at an extremely low cost, and various materials are used. Since it is possible to design, a wide range of material designs with excellent chemical resistance can be made.

前記ハウジングは、ガラス基板に白金を蒸着し、レジストを塗布した上で、前記供給路と前記導入路とをパターニングした後、エッチングすることで形成されると好ましい。   The housing is preferably formed by depositing platinum on a glass substrate, applying a resist, patterning the supply path and the introduction path, and then etching.

前記ストッパ部材は、ガラス基板に光硬化樹脂又はレジストを成膜し、その上に半透明金属薄膜を蒸着し、一部を残してエッチングすることで形成されると好ましい。   The stopper member is preferably formed by depositing a photo-curing resin or resist on a glass substrate, depositing a semitransparent metal thin film thereon, and etching while leaving a part.

前記供給路と前記導入路は、前記ハウジングの素材にエッチングマスクとレジストとをこの順序で形成した後に、露光と現像とにより前記レジストの一部を除去し、更にエッチング処理により前記レジストと前記エッチングマスクとを除去することにより形成されると好ましい。   In the supply path and the introduction path, an etching mask and a resist are formed in this order on the material of the housing, and then a part of the resist is removed by exposure and development, and the resist and the etching are further etched. Preferably, it is formed by removing the mask.

前記供給路と前記導入路は、前記ハウジングの素材に膜材料とエッチングマスクとレジストとをこの順序で形成した後に、露光と現像により前記レジストの一部を除去し、更にエッチング処理により前記レジストと前記エッチングマスクと前記膜材料の一部とを除去することにより形成されると好ましい。   The supply path and the introduction path are formed by forming a film material, an etching mask, and a resist in this order on the material of the housing, and then removing a part of the resist by exposure and development, and further performing etching processing to remove the resist and the resist It is preferable that the film is formed by removing the etching mask and a part of the film material.

前記供給路と前記導入路は、前記ハウジングの素材にレジストを形成した後に、露光と現像とにより前記レジストの一部を除去することにより形成されると好ましい。   The supply path and the introduction path are preferably formed by removing a part of the resist by exposure and development after forming a resist on the material of the housing.

前記供給路と前記導入路は、金型を用いて形成されると好ましい。   The supply path and the introduction path are preferably formed using a mold.

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態にかかる細胞インジェクション装置の斜視図であり、図2は、その上面図である。図1において、ハウジングを構成する基板1上には、左右方向に溝状の供給路1aが延在し、供給路1aの中央に交差するようにして溝状の導入路1bが手前側から延在している。供給路1aの幅及び高さは、細胞CLを1つ収容できる程度であり、一般的には10μm〜100μm程度である。供給路1aの底面に、目盛りMkを設けると好ましい(図2参照)。供給路1aに満たされた細胞培養液内を、複数の細胞CLが1列に移動するようになっている。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a cell injection device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a top view thereof. In FIG. 1, on the substrate 1 constituting the housing, a groove-shaped supply path 1a extends in the left-right direction, and the groove-shaped introduction path 1b extends from the front side so as to intersect the center of the supply path 1a. Exist. The width and height of the supply path 1a are such that one cell CL can be accommodated, and are generally about 10 μm to 100 μm. A scale Mk is preferably provided on the bottom surface of the supply path 1a (see FIG. 2). A plurality of cells CL move in one row in the cell culture solution filled in the supply path 1a.

駆動装置2は、供給路1aに侵入可能な円筒部2aと、円筒部2aを先端に取り付けたアーム部2bと、アーム部2bを上下に駆動するアクチュエータ2cとをそれぞれ2組、導入路1bを挟んだ位置に設けてなる。ピエゾ素子、エアシリンダ、油圧シリンダ、ソレノイド等を駆動源とするアクチュエータ2cは、独立してアーム部2bを上下に駆動可能となっている。各アーム部2bはガラスから形成され、各円筒部2aは底部を除いて光硬化樹脂で形成され、その底部は半透明金属が蒸着されている。円筒部2aがストッパ部材を構成する。   The driving device 2 includes two sets of a cylindrical portion 2a that can enter the supply path 1a, an arm portion 2b that is attached to the tip of the cylindrical portion 2a, and an actuator 2c that drives the arm portion 2b up and down, and an introduction path 1b. It is provided at a sandwiched position. The actuator 2c using a piezo element, an air cylinder, a hydraulic cylinder, a solenoid or the like as a drive source can independently drive the arm portion 2b up and down. Each arm portion 2b is made of glass, each cylindrical portion 2a is made of a photo-curing resin except for the bottom portion, and a semitransparent metal is deposited on the bottom portion. The cylindrical portion 2a constitutes a stopper member.

先端の尖った中空のガラス製のマイクロピペットMPが、その先端を供給路1a内に侵入可能に、導入路1bに挿入されている。供給路1aと導入路1bとの交差点の上部には、顕微鏡3を備えたCCDカメラ4が配置されている。図示しないが、このほかに基板1下に置かれる移動ステージ、培養液を導入するシリンジポンプ、抽出装置、それらを結ぶ導入配管を備える。また、インジェクション動作を自動化するためのパソコンなどを設置してもよい。   A hollow glass micropipette MP with a sharp tip is inserted into the introduction path 1b so that the tip can enter the supply path 1a. A CCD camera 4 equipped with a microscope 3 is arranged above the intersection of the supply path 1a and the introduction path 1b. Although not shown, a moving stage placed under the substrate 1, a syringe pump for introducing a culture solution, an extraction device, and an introduction pipe connecting them are also provided. A personal computer or the like for automating the injection operation may be installed.

次に、図1に示す細胞インジェクション装置の動作を説明する。まず、駆動装置2は、各アクチュエータ2cを駆動して、円筒部2aを供給路1aから退避した第2の位置におく。供給路1a内を細胞培養液で満たし、不図示のピペットにシリンジを接続してピストン部分を加圧し、供給側から細胞(動物の細胞や受精卵等)CLの導入を行なう。このとき、供給路1aよりサイズの小さな複数の細胞CLは、電気泳動、圧力差、ピペットによる液流等によって、供給路1aに沿って(ここでは右から左へと)1つずつ順に移動するようになっているが、円筒部2aは供給路1aから退避しているので、その通過を妨げることはない。作業者は、供給路1a上の目盛りMKを頼りに、CCDカメラ4で観察を行いながら、対象となる細胞CLが接近するのを待つ。   Next, the operation of the cell injection device shown in FIG. 1 will be described. First, the driving device 2 drives each actuator 2c to place the cylindrical portion 2a in the second position retracted from the supply path 1a. The supply path 1a is filled with a cell culture solution, a syringe is connected to a pipette (not shown), the piston portion is pressurized, and cells (animal cells, fertilized eggs, etc.) CL are introduced from the supply side. At this time, the plurality of cells CL smaller in size than the supply path 1a move sequentially one by one along the supply path 1a (here, from right to left) by electrophoresis, pressure difference, liquid flow by a pipette, or the like. However, since the cylindrical portion 2a is retracted from the supply path 1a, the passage thereof is not hindered. The operator waits for the target cell CL to approach while observing with the CCD camera 4 depending on the scale MK on the supply path 1a.

ここで、対象となる細胞CLが接近したときは、作業者は不図示のスイッチを投入し、排出側(図1で左側)のアクチュエータ2cを駆動して、アーム2bを介して円筒部2aを供給路1aに侵入する第1の位置へと移動させる(図1に示す状態)。これにより、図2(a)に示すように、対象となる細胞CLが円筒部2aにより通過を阻止され捕捉されることとなる。更に、作業者は不図示のスイッチを投入し、図2(b)に示すように、供給側(図1で右側)のアクチュエータ2cを駆動して、アーム2bを介して円筒部2aを供給路1aに侵入する第1の位置へと移動させる。これにより、2つの円筒部2aで細胞CLを、導入路1bと交差する位置で挟持し捕捉することができる。尚、円筒部2aの底部が半透明金属膜を持つため、流路基板上の目盛りMKによってCCDカメラ4で観察を行いながら位置決めが容易になる。   Here, when the target cell CL approaches, the operator turns on a switch (not shown), drives the actuator 2c on the discharge side (left side in FIG. 1), and moves the cylindrical portion 2a through the arm 2b. It moves to the 1st position which penetrates into supply way 1a (state shown in Drawing 1). Thereby, as shown to Fig.2 (a), the cell CL used as a target will be blocked | interrupted by the cylindrical part 2a, and will be captured. Further, the operator turns on a switch (not shown), and as shown in FIG. 2 (b), drives the actuator 2c on the supply side (right side in FIG. 1) to feed the cylindrical portion 2a to the supply path via the arm 2b. It moves to the 1st position which invades 1a. Thereby, the cells CL can be sandwiched and captured at the position intersecting the introduction path 1b by the two cylindrical portions 2a. In addition, since the bottom part of the cylindrical part 2a has a translucent metal film, positioning becomes easy while observing with the CCD camera 4 by the scale MK on the flow path substrate.

かかる状態で、作業者が導入路1bからマイクロピペットMPを挿入すれば、導入路1bがガイドとなって、マイクロピペットMPの尖った先端を誘導し、円筒部2aで挟持された細胞CLに適切に刺入させることができ、それによりマイクロピペットMP内の物質を細胞CL内に注入することができる。作業者は、注入後に細胞CLの抽出用の装置(不図示)を用いて、注入した細胞CLを抽出する。   In this state, if the operator inserts the micropipette MP from the introduction path 1b, the introduction path 1b serves as a guide, guides the sharp tip of the micropipette MP, and is appropriate for the cell CL sandwiched between the cylindrical portions 2a. The substance in the micropipette MP can be injected into the cell CL. The operator extracts the injected cells CL using an apparatus (not shown) for extracting the cells CL after the injection.

図3は、アーム部2bと円筒部2aの製作工程を示す図である。図3を参照して、アーム部2bと円筒部2aの製作方法を示す。まず、アーム部2bを構成するガラス基板GS上に、光硬化樹脂やレジストなどの光感光樹脂ORを成膜し、更にその上に半透明に反射率を調整した金属薄膜MMを蒸着する(図3(a))。次に半透明の金属薄膜MMをエッチングすることで一部のみ残して円筒部2aの底部とし(図3(b))、更に光硬化樹脂ORをエッチングすることで一部のみ残して円筒部2aの底部以外を形成し(図3(c))、以上によりアーム部2bと円筒部2aとを形成することができる(図3(d))。   FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the arm portion 2b and the cylindrical portion 2a. With reference to FIG. 3, the manufacturing method of the arm part 2b and the cylindrical part 2a is shown. First, a photosensitive resin OR such as a photo-curing resin or a resist is formed on the glass substrate GS constituting the arm portion 2b, and a metal thin film MM having a semi-transparent reflectance adjusted is further deposited thereon (see FIG. 3 (a)). Next, the semi-transparent metal thin film MM is etched to leave only a part to be the bottom of the cylindrical part 2a (FIG. 3B), and the photo-curing resin OR is further etched to leave only a part of the cylindrical part 2a. Other than the bottom portion (FIG. 3C), the arm portion 2b and the cylindrical portion 2a can be formed as described above (FIG. 3D).

図4は、基板1の製作工程を示す図である。図4を参照して、基板1の製作方法を説明する。まず最初に、ガラス基板GS上に白金などにより、複数の目盛りMKを蒸着形成する(図4(a))。続いて、ガラスGS上に、レジストRSを塗布する(図4(b))。更に、供給路と導入路のパターニングを行った後に、エッチングし、供給路と導入路を形成する(図4(c))。必要であればマイクロピペットMPの導入路1bを撥水剤などをもちいて疎水化処理してもよい。以上により、供給路1aと導入路1bとを有する基板1を形成できる(図4(d))。   FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the substrate 1. With reference to FIG. 4, the manufacturing method of the board | substrate 1 is demonstrated. First, a plurality of scales MK are formed by vapor deposition on the glass substrate GS using platinum or the like (FIG. 4A). Then, resist RS is apply | coated on glass GS (FIG.4 (b)). Furthermore, after patterning the supply path and the introduction path, etching is performed to form the supply path and the introduction path (FIG. 4C). If necessary, the introduction path 1b of the micropipette MP may be hydrophobized using a water repellent or the like. Thus, the substrate 1 having the supply path 1a and the introduction path 1b can be formed (FIG. 4D).

基板1の別な製作方法について説明する。尚、以下の例では供給路の底面に白金による目盛りを形成していないが、上述と同様に設けることができる。
(1)エッチング流路加工法:
これは、基板Sに、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いて循環路用の供給路1aと導入路1bを加工する方法である。図5に、エッチング流路加工法のプロセスフローを示す。まずエッチング部分以外を保護するためのエッチングマスク層EMとして、クロムなどを真空蒸着やスパッタリングなどにより基板Sの上面に成膜する(図5(a)参照)。次にスピンコートによりレジストRSを、エッチングマスク層EMの上面に均一の厚さで被覆する(図5(b)参照)。その後、フォトリソグラフィーやその他の露光技術により、供給路1aと導入路1bの形状にレジストのRSパターニング(パターン転写)を行った後(図5(c)参照)、エッチングマスク層EMをエッチングし(図5(d)参照)、基板Sのエッチングを行い(図5(e)参照)、最終的には、不要なエッチングマスク層EMとレジストRSを除去して、基板Sに供給路1aの形成を行う。導入路1bも同様にして形成できる。
Another method for manufacturing the substrate 1 will be described. In the following example, the scale of platinum is not formed on the bottom surface of the supply path, but it can be provided in the same manner as described above.
(1) Etching channel processing method:
This is a method of processing the supply path 1a and the introduction path 1b for the circulation path on the substrate S using wet etching or dry etching. FIG. 5 shows a process flow of the etching channel processing method. First, as an etching mask layer EM for protecting other than the etched portion, chromium or the like is formed on the upper surface of the substrate S by vacuum deposition or sputtering (see FIG. 5A). Next, a resist RS is coated on the upper surface of the etching mask layer EM with a uniform thickness by spin coating (see FIG. 5B). Then, after performing RS patterning (pattern transfer) of the resist on the shape of the supply path 1a and the introduction path 1b by photolithography and other exposure techniques (see FIG. 5C), the etching mask layer EM is etched ( 5D), the substrate S is etched (see FIG. 5E), and finally the unnecessary etching mask layer EM and the resist RS are removed to form the supply path 1a in the substrate S. I do. The introduction path 1b can be formed in the same manner.

エッチング流路加工法に用いる材料構成の実施例を以下に示す。
(実施例1)基板:石英又はガラス/エッチングマスク:Cr等/レジスト:フォトレジスト/マスクのエッチング液:Crエッチャント/基板エッチング:フッ酸溶液(ウエットエッチング)
(実施例2)基板:シリコン/エッチングマスク:SiO2+Cr等/レジスト:フォトレジスト/マスクのエッチング液:Crエッチャント(硝酸二アンモニウムセリウム+過塩素酸)、SiO2エッチャント(フッ酸緩衝溶液)/基板エッチング:KOH又はTMAHを用いたウェットエッチング、又はSF6を用いたドライエッチング、プラズマエッチング、RIEエッチング)
Examples of the material structure used for the etching channel processing method are shown below.
(Example 1) Substrate: quartz or glass / etching mask: Cr or the like / resist: photoresist / mask etching solution: Cr etchant / substrate etching: hydrofluoric acid solution (wet etching)
(Example 2) Substrate: silicon / etching mask: SiO 2 + Cr, etc./resist: photoresist / mask etching solution: Cr etchant (diammonium cerium nitrate + perchloric acid), SiO 2 etchant (hydrofluoric acid buffer solution) / Substrate etching: Wet etching using KOH or TMAH, or dry etching using SF 6 , plasma etching, RIE etching)

(2)膜材料を用いた流路加工法:
これは、基板に成膜した膜材料に流路用の微細な溝を加工する方法である。図6、7に膜材料を用いた流路加工法のプロセスフローを示す。本手法は、感光性の膜材料を露光することで微細な溝を形成できるi)感光材料を使用する場合と、ii)基板上の膜材料をエッチングで加工する非感光性材料を使用した場合などがある。
(2) Channel processing method using membrane material:
This is a method of processing a fine groove for a channel in a film material formed on a substrate. 6 and 7 show the process flow of the flow path processing method using a membrane material. In this method, a fine groove can be formed by exposing a photosensitive film material, i) when using a photosensitive material, and ii) when using a non-photosensitive material that processes the film material on the substrate by etching. and so on.

i)感光材料を使用する場合は、基板S上にフォトレジストPRを塗布し(図6(a)参照)、フォトリソグラフィーやその他の露光技術でパターニングし(図6(b)参照)、更に現像することで一部のフォトレジストPRを除去して供給路1aと導入路1bを形成することができる(図6(c)参照)。 i) When a photosensitive material is used, a photoresist PR is applied on the substrate S (see FIG. 6A), patterned by photolithography or other exposure technique (see FIG. 6B), and further developed. Thus, a part of the photoresist PR can be removed to form the supply path 1a and the introduction path 1b (see FIG. 6C).

ii)非感光材料を使用する場合は、図5を参照して説明したエッチング流路加工法に類似した作製方法を用いる。より具体的には、膜材料PRとエッチングマスクEMとレジストRSを、この順序で基板Sの上面に成膜する(図7(a)参照)。次に、フォトリソグラフィーやその他の露光技術により、供給路1aと導入路1bの形状にレジストのRSパターニング(パターン転写)を行った後(図7(b)参照)、エッチングマスク層EMをエッチングし(図7(c)参照)、膜材料PRのエッチングを行い(図7(d)参照)、最終的には、不要なエッチングマスク層EMとレジストRSを除去して、膜材料PRに供給路1aと導入路1bの形成を行う。収容部も同様にして形成できる。 ii) When a non-photosensitive material is used, a manufacturing method similar to the etching channel processing method described with reference to FIG. 5 is used. More specifically, the film material PR, the etching mask EM, and the resist RS are formed on the upper surface of the substrate S in this order (see FIG. 7A). Next, after performing RS patterning (pattern transfer) of the resist on the shape of the supply path 1a and the introduction path 1b by photolithography and other exposure techniques (see FIG. 7B), the etching mask layer EM is etched. (See FIG. 7 (c)), the film material PR is etched (see FIG. 7 (d)), and finally the unnecessary etching mask layer EM and the resist RS are removed to supply the film material PR with a supply path. 1a and the introduction path 1b are formed. The accommodating portion can be formed in the same manner.

膜材料を用いた流路加工法に用いる材料構成の実施例を以下に示す。なお、基板としてはガラス又はシリコンを用いることができるが、材料を特定せず非磁性材料であれば様々なものが使用できる。特に、膜材料にシリコンを用いる場合は、SOI基板を使用することもできる。   Examples of the material configuration used in the flow path processing method using a membrane material are shown below. Note that glass or silicon can be used as the substrate, but various materials can be used as long as the material is not specified and the material is not specified. In particular, when silicon is used as the film material, an SOI substrate can be used.

(感光材料を使用する実施例1)膜材料:光硬化樹脂、厚膜レジスト又は感光性ポリミド
(非感光材料を使用する実施例2)膜材料:SiO2ガラス等/レジスト:フォトレジスト/エッチングマスク:Cr等/膜のエッチング:フッ酸溶液(ウエットエッチング)
(非感光材料を使用する実施例3)膜材料:ポリミド等/レジスト:フォトレジスト/エッチングマスク:Cr、SiO2等/膜のエッチング:KOH又はTMAHを用いたウェットエッチング)
(非感光材料を使用する実施例4)膜材料:レジスト等/レジスト:フォトレジスト/エッチングマスク:SiO2等/膜のエッチング:O2ガスを用いたドライエッチング
(非感光材料を使用する実施例5)膜材料:シリコン等/レジスト:フォトレジスト/エッチングマスク:Cr、SiO2等/膜のエッチング:KOH又はTMAHを用いたウェットエッチング、又はSF6を用いたドライエッチング
(Example 1 using photosensitive material) Film material: photo-curing resin, thick film resist or photosensitive polyimide (Example 2 using non-photosensitive material) Film material: SiO 2 glass, etc./resist: photoresist / etching mask : Cr, etc./film etching: hydrofluoric acid solution (wet etching)
(Example 3 using non-photosensitive material) Film material: Polyimide etc./Resist: Photoresist / Etching mask: Cr, SiO 2 etc./Etching of film: Wet etching using KOH or TMAH)
(Example 4 using non-photosensitive material) Film material: Resist etc./Resist: Photoresist / Etching mask: SiO 2 etc./Etching film: Dry etching using O 2 gas (Example using non-photosensitive material) 5) Film material: silicon etc./resist: photoresist / etching mask: Cr, SiO 2 etc./film etching: wet etching using KOH or TMAH or dry etching using SF 6

なお、SiO2エッチャントはフッ酸緩衝溶液であり、シリコン基板のエッチングは、KOH又はTMAHを用いたウェットエッチング、又はSF6を用いたドライエッチングが好適である。膜材料を用いた流路加工法においては、流路の深さが膜材料の膜厚より浅く加工されていてもよい。 Note that the SiO 2 etchant is a hydrofluoric acid buffer solution, and the etching of the silicon substrate is preferably wet etching using KOH or TMAH or dry etching using SF 6 . In the flow path processing method using the film material, the depth of the flow path may be processed to be shallower than the film thickness of the film material.

(3)金型を用いた成形による流路加工法:
これは、流路用の微細な溝のパターンを転写するために準備した金型を利用して、金型の表面形状に相反する形状を転写することで流路用の微細な溝を作製する手法であるが、これは大量生産に適している。PDMS(poly‐dimethylsiloxane)やシリコンゴムなどを金型の上で成型する成型手法とプラスチックに圧力をかけて金型に押しつけて成形する成形手法によってもよい。
(3) Channel processing method by molding using a mold:
This uses a mold prepared for transferring a fine groove pattern for a flow path, and forms a fine groove for the flow path by transferring a shape that is opposite to the surface shape of the mold. Although it is a technique, it is suitable for mass production. A molding method in which PDMS (polydimethylsiloxane) or silicon rubber or the like is molded on a mold and a molding method in which the plastic is pressed against the mold while being pressed may be used.

図8は、金型からPDMSに微細な溝を形成するプロセスフローを示す図である。図8(a)において、微細な溝に対応する凸部を有する金型Mを製造する。続いて、図8(b)に示すように、金型Mの凸部によりPDMS上に供給路1a(及び導入路1b)を転写形成する。更に図8(c)に示すように、金型MよりPDMSを離型させることで、供給路1aを有するハウジング等を形成できる。   FIG. 8 is a diagram showing a process flow for forming fine grooves from a mold to PDMS. In FIG. 8A, a mold M having convex portions corresponding to fine grooves is manufactured. Subsequently, as shown in FIG. 8B, the supply path 1 a (and the introduction path 1 b) is transferred and formed on the PDMS by the convex portion of the mold M. Further, as shown in FIG. 8C, by releasing the PDMS from the mold M, a housing or the like having the supply path 1a can be formed.

図9は、金型から樹脂に微細な溝を形成するプロセスフローを示す図である。図9(a)において、微細な溝に対応する凸部を有する金型Mを製造する。続いて、図9(b)に示すように、金型Mの凸部上に溶融した樹脂PLをかぶせることで、供給路1aを転写形成する。更に樹脂PLが固化した後に、図9(c)に示すように、金型Mより樹脂PLを離型させることで、供給路1aを有するハウジング等を形成できる。   FIG. 9 is a diagram showing a process flow for forming fine grooves in the resin from the mold. In FIG. 9A, a mold M having protrusions corresponding to fine grooves is manufactured. Subsequently, as shown in FIG. 9B, the supply path 1 a is transferred and formed by covering the convex portion of the mold M with the molten resin PL. Further, after the resin PL is solidified, as shown in FIG. 9C, by releasing the resin PL from the mold M, a housing or the like having the supply path 1a can be formed.

以上述べたように、本実施の形態によれば、供給路1a内を移動してきた細胞CLを、アクチュエータ2cが円筒部2bを第1の位置に駆動することで、所定の刺入位置に確実に捕捉することができ、更に捕捉された細胞CLは、導入路1bを介して挿入されたマイクロピペットMPにより容易に刺入されることができる。特に、2つの円筒部2aで細胞CLを保持するために、確実なマイクロピペットMPの刺入が可能になる。又、細胞CLが供給路1aの底に吸着した場合で、円筒部2aを細胞CLに物理的に接触させることで、供給路1a内を確実に移動させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the actuator 2c drives the cylindrical portion 2b to the first position so that the cell CL that has moved in the supply path 1a is reliably placed at a predetermined insertion position. The captured cells CL can be easily inserted by the micropipette MP inserted through the introduction path 1b. In particular, since the cells CL are held by the two cylindrical portions 2a, the micropipette MP can be surely inserted. Further, when the cell CL is adsorbed to the bottom of the supply path 1a, the cylindrical portion 2a can be moved in the supply path 1a reliably by physically contacting the cell CL.

又、供給路1aに設けられた目盛りMKによって、供給路1a内で細胞CLを物理的に操作する円筒部2aの位置決めを顕微鏡3の焦点深度に関係なく正確に実行することができる。供給路1aは細いので、複数の細胞CLを一列に導入できるために、マイクロピペットMPの刺入を1つずつ順に行なうことが可能である。マイクロピペットMPは導入路1bにガイドされるので、CCDカメラ4の顕微鏡画像に頼ることなく、マイクロピペットMPの位置決めを正確に行なえる。   Further, the scale MK provided in the supply path 1a can accurately perform the positioning of the cylindrical portion 2a for physically operating the cell CL in the supply path 1a regardless of the depth of focus of the microscope 3. Since the supply path 1a is thin, a plurality of cells CL can be introduced in a line, so that the micropipette MP can be inserted one by one in order. Since the micropipette MP is guided to the introduction path 1b, the micropipette MP can be accurately positioned without depending on the microscope image of the CCD camera 4.

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。   The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate.

本実施の形態にかかる細胞インジェクション装置の斜視図である。It is a perspective view of the cell injection device concerning this embodiment. 本実施の形態にかかる細胞インジェクション装置の上面図である。It is a top view of the cell injection device concerning this embodiment. アーム部2bと円筒部2aの製作工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the arm part 2b and the cylindrical part 2a. 基板1の製作工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the board | substrate 1. FIG. エッチング流路加工法のプロセスフローを示す図である。It is a figure which shows the process flow of an etching flow-path processing method. 感光性の膜材料を用いた流路加工法のプロセスフローを示す図である。It is a figure which shows the process flow of the flow-path processing method using the photosensitive film | membrane material. 非感光性の膜材料を用いた流路加工法のプロセスフローを示す図である。It is a figure which shows the process flow of the flow-path processing method using a non-photosensitive film | membrane material. 金型からPDMSに微細な溝を形成するプロセスフローを示す図である。It is a figure which shows the process flow which forms a fine groove | channel from a metal mold | die to PDMS. 金型から樹脂に供給路及び導入路を形成するプロセスフローを示す図である。It is a figure which shows the process flow which forms a supply path and an introductory path from a metal mold | die to resin.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
1a 供給路
1b 導入路
2 駆動装置
2a 円筒部
2b アーム部
2c アクチュエータ
3 顕微鏡
4 CCDカメラ
CL 細胞
EM エッチングマスク
GS ガラス
GS ガラス基板
M 金型
MK 目盛り
MM 金属薄膜
MP マイクロピペット
OR 光感光樹脂
OR 光硬化樹脂
PL 樹脂
PR フォトレジスト
PR 膜材料
RS レジスト
S 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 1a Supply path 1b Introduction path 2 Drive apparatus 2a Cylinder part 2b Arm part 2c Actuator 3 Microscope 4 CCD camera CL Cell EM Etching mask GS Glass GS Glass substrate M Mold MK Scale MM Metal thin film MP Micro pipette OR Photosensitive resin OR Photocurable resin PL Resin PR Photoresist PR Film material RS Resist S Substrate

Claims (7)

細胞が移動する供給路と、前記供給路に交差する導入路とを形成したハウジングと、
前記供給路内に侵入する第1の位置と、前記供給路より退避する第2の位置との間で移動可能なストッパ部材と、
前記ストッパ部材を前記第1の位置と前記第2の位置との間で駆動する駆動手段と、を有し、
前記供給路内において前記第1の位置に移動した前記ストッパ部材により捕捉された細胞は、前記導入路を介して挿入されたマイクロピペットにより刺入されることを特徴とする細胞インジェクション装置。
A housing that forms a supply path through which cells move and an introduction path that intersects the supply path;
A stopper member movable between a first position entering the supply path and a second position retracted from the supply path;
Drive means for driving the stopper member between the first position and the second position;
The cell injection device, wherein the cells captured by the stopper member moved to the first position in the supply path are inserted by a micropipette inserted through the introduction path.
前記ハウジングは、ガラス基板に白金を蒸着し、レジストを塗布した上で、前記供給路と前記導入路とをパターニングした後、エッチングすることで形成されることを特徴とする請求項1に記載の細胞インジェクション装置。   2. The housing according to claim 1, wherein the housing is formed by depositing platinum on a glass substrate, applying a resist, patterning the supply path and the introduction path, and then etching. Cell injection device. 前記ストッパ部材は、ガラス基板に光硬化樹脂又はレジストを成膜し、その上に半透明金属薄膜を蒸着し、一部を残してエッチングすることで形成されることを特徴とする請求項1に記載の細胞インジェクション装置。   2. The stopper member according to claim 1, wherein the stopper member is formed by depositing a photo-curing resin or resist on a glass substrate, depositing a semitransparent metal thin film thereon, and etching while leaving a part. The cell injection device described. 前記供給路と前記導入路は、前記ハウジングの素材にエッチングマスクとレジストとをこの順序で形成した後に、露光と現像とにより前記レジストの一部を除去し、更にエッチング処理により前記レジストと前記エッチングマスクとを除去することにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の細胞インジェクション装置。   In the supply path and the introduction path, an etching mask and a resist are formed in this order on the material of the housing, and then a part of the resist is removed by exposure and development, and the resist and the etching are further etched. The cell injection device according to claim 1, wherein the cell injection device is formed by removing the mask. 前記供給路と前記導入路は、前記ハウジングの素材に膜材料とエッチングマスクとレジストとをこの順序で形成した後に、露光と現像により前記レジストの一部を除去し、更にエッチング処理により前記レジストと前記エッチングマスクと前記膜材料の一部とを除去することにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の細胞インジェクション装置。   The supply path and the introduction path are formed by forming a film material, an etching mask, and a resist in this order on the material of the housing, and then removing a part of the resist by exposure and development, and further performing etching processing to remove the resist and the resist The cell injection device according to claim 1, wherein the cell injection device is formed by removing the etching mask and a part of the film material. 前記供給路と前記導入路は、前記ハウジングの素材にレジストを形成した後に、露光と現像とにより前記レジストの一部を除去することにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の細胞インジェクション装置。   2. The cell according to claim 1, wherein the supply path and the introduction path are formed by removing a part of the resist by exposure and development after forming a resist on the material of the housing. Injection device. 前記供給路と前記導入路は、金型を用いて形成されることを特徴とする請求項1に記載の細胞インジェクション装置。   The cell injection apparatus according to claim 1, wherein the supply path and the introduction path are formed using a mold.
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