JP2008286528A - マイクロナイフとマイクロナイフ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 切断位置が容易に特定できる程度に薄い厚みの切断刀を有するマイクロナイフとそのようなマイクロナイフを容易に製造することを可能にするマイクロナイフ製造方法を提供すること。
【解決手段】 切断刃がマイクロマシニングエ程によって製造された結晶性材質からなることを特徴とするもの。
又、シリコン基板の裏表より切断刃の厚さに対応するだけエッチングし、シリコン基板の掘り込まれた部分に切断刃の厚さに対応する深さの溝を形成し、溝の深さにより最終品の刃の厚みを調整し、その後、前記シリコン基板の裏面よりエッチングするようにしたもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、細胞、卵、微生物等を切断するために使用されるマイクロナイフとそのようなマイクロナイフを製造するマイクロナイフ製造方法に係り、特に、その刃厚を微細な細胞等の直径より薄くすることを容易化し、顕微鏡下の操作に際して細胞を破損させることなく切断することができるように工夫したものに関する。

生物学の分野においては、卵子の性判別を行ったり或いはクローン動物を作る研究のために、未受精卵の一部を切断したり或いは受精卵を分割することが行われている。又、医療分野においては、病原菌の特定のためにＤＮＡ・ＲＮＡ等を含む蛋白質の切り出しを行うため、細胞・組織等を切断・加工することが行われている。

このような細胞の切断・加工の様子を図７に示す。図７（ａ）に示すように、生理食塩水等よりなるスポット１０３の中に細胞１０５が含まれており、この細胞１０５をナイフ１０１によって切断する。上記ナイフ１０１は金属刃を研磨した薄肉状のものである。その切断・加工の様子を図７（ｂ）に示す。

尚、先行技術を開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。
特開平１１−１３８４９４号公報 特開２００４−１４１３６０号公報

上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、細胞１０５の直径は一般的に数μｍから数百μｍ程度である。例えば、牛等の未受精卵子の直径は１２０μｍ程度である。これに対して従来の金属を加工・研磨した金属製のナイフ１０１の場合には、その厚みが細胞１０５の径に比べ同等か或いはそれより厚くなっている。そのため、顕微鏡下で切断しようとしても細胞１０５の切断位置を特定することができないという問題があった。
又、細胞１０５に含まれる組織・核・ＤＮＡ等の切り出しを行う場合、できるだけ組織・核・ＤＮＡ等を破壊することがないように透明帯を切断する必要がある。その為には十分鋭角な刃先である必要があり、且つ、組織・核・ＤＮＡ等を正確に分離するために透明帯の蛋白質が刃先へ付着することを防止する必要がある。しかしながら従来のナイフ１０１ではそのようなことは不可能であった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、切断位置が容易に特定できる程度に薄い厚みの切断刀を有するマイクロナイフとそのようなマイクロナイフを容易に製造することを可能にするマイクロナイフ製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するべく本願発明の請求項１によるマイクロナイフは、切断刃がマイクロマシニング工程によって製造された結晶性材質からなることを特徴とするものである。
又、請求項２によるマイクロナイフは、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃と支持体は一連のマイクロマシニング工程によって一体に成形されたものであることを特徴とするものである。
又、請求項３によるマイクロナイフは、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃の刃先半径が２００ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
又、請求項４によるマイクロナイフは、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃の刃先は酸化処理により、アモルフォス化されていることを特徴とするものである。
又、請求項５によるマイクロナイフは、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃が単結晶シリコン製であることを特徴とするものである。
又、請求項６によるマイクロナイフは、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、細胞や組織等の生体を切断する生体切断用であることを特徴とするものである。
又、請求項７によるマイクロナイフは、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃の刃先が結晶方位により形成されたものであることを特徴とするものである。
又、請求項８によるマイクロナイフは、シリコン基板の裏表より切断刃の厚さに対応するだけエッチングし、シリコン基板の堀り込まれた部分に切断刃の厚さに対応する深さの溝を形成し、溝の深さにより最終品の刃の厚みを調整し、その後、前記シリコン基板の裏面よりエッチングすることを特徴とするものである。

以上説明したように、本願発明の請求項１によるマイクロナイフによると、切断刃がマイクロマシニング工程によって製造された結晶性材質からなることを特徴としているので、刃厚を容易に薄くすることができ、強度のある切断刃とすることができる。また、一度に多数のマイクロナイフを得ることができる。
又、請求項２によるマイクロナイフによると、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃と支持体は一連のマイクロマシニング工程によって一体に成形されたものであるので、切断刃を支持体に固定するために特別の作業や構造物を必要としないという利点がある。
又、請求項３によるマイクロナイフによると、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃の刃先半径が２００ｎｍ以下であるので、光学顕微鏡下で切断作業を行うとき、マイクロナイフの影ができず、影により作業が妨げられることがない。
又、請求項４によるマイクロナイフによると、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃の刃先は酸化処理によりアモルフォス化されているので、蛋白質の癒着を防止することができ、顕微鏡下で切断作業を行うときに、良好に操作することができる。
又、請求項５によるマイクロナイフによると、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃が単結晶シリコン製であるので、上記切断刃の刃先は酸化処理によりアモルフォス化されているので、刃先端を非常に鋭角にすることができ、細胞や組織等を容易に切断することができる。
又、請求項６によるマイクロナイフによると、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、細胞や組織等の生体を切断する生体切断用であるので、生体切断に優れた効果を発揮する。
又、請求項７によるマイクロナイフによると、請求項１記載のマイクロナイフにおいて、上記切断刃の刃先が結晶方位により形成されたものであるので、鋭利なマイクロナイフを容易に得ることができる。
又、請求項８によるマイクロナイフ製造方法によると、シリコン基板の裏表より切断刃の厚さに対応するだけエッチングし、シリコン基板の堀り込まれた部分に切断刃の厚さに対応する深さの溝を形成し、溝の深さにより最終品の刃の厚みを調整し、その後、前記シリコン基板の裏面よりエッチングし、マイクロナイフとして構成されるので、微細なマイクロナイフをシリコン基板から一度に多数枚製造することができる。

以下、図１乃至図５を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態によるマイクロナイフ１の構成を示す斜視図である。上記マイクロナイフ１は、肉厚３０μｍの切断刃３と、この切断刃３を支持する厚さ２２０μｍの支持体５とから構成されている。上記支持体５はマイクロナイフ１を保持具７（図３に示す）に取り付けるための固定部として機能するものである。

上記切断刃３は結晶性材料で構成されており、マイクロマシニングエ程により形成されたものである。又、切断刃３の材質としては、強度が大きくてマイクロマシニングエ程により加工でき、且つ、結晶性材料であれば何でもよいが、その中でも単結晶シリコンが好適である。

上記切断刃３と上記支持体５は既に説明したように一体的に形成されており、又、上記切断刃３は上記支持体５と同じ材質で構成され、支持体５より厚みが薄く形成されている。切断刃３の厚みが支持体５の厚みより薄く形成されていることにより、切断の際の使い勝手が良好なものとなっている。
尚、上記保持具７の材質は、上記支持体５と接合できるものであれば何でもよい。

次に、図２を参照して、本実施の形態によるマイクロナイフ1の製造工程を説明する。図２は図１をＺ方向からみた状態を製造工程順に示した図である。図２において、符号１１は酸化膜、符号１３はパターンマスク、符号１５は単結晶シリコン、符号１６はポジ型レジストを夫々示している。

まず、図２（ａ）に示すように、自然酸化膜で覆われていて、直径４インチ、厚さ２２０μｍ、（１００）面方位の単結晶シリコン基板１５を図示しない電気炉に入れる。それによって、シリコン基板１５の表面に酸化膜１１を０．２〜０．７μｍの範囲で成長させる。

次に、図２（ｂ）に示すように、ポジ型レジスト１６をスピンコーターによりシリコン基板１５の表面に均一に塗布する

次に、図２（ｃ）に示すように、図1の斜視図に示すようなナイフ平面形状を描いたパターンマスク１３を使用し、結晶方位を合わせパターニングし、ナイフ形状周囲を所望のナイフ最終肉厚になるようＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液又はＫＯＨ（水酸化カリウム）等のアルカリ溶液によりエッチングして３０μｍの溝を形成する。その様子を図２（ｄ）に示す。

次に、図２（ｅ）に示すように、シリコン基板１５を図示しない電気炉に入れて表面に再酸化膜１１´を０．２〜０．７μｍの範囲で成長させる。

次に、図２（ｆ）に示すように、片面エッチングしたシリコン基板１５を反転させる。次に、図２（ｇ）に示すように、シリコン基板１５の裏面にポジ型レジスト１６をスピンコーターにより均一に塗布する。そして、先に使用したパターンマスク１３と位置合わせされた裏面パターンマスク１３´を使用してパターンニングを施す。

その後、ナイフ形状周囲をシリコン基板１５が貫通するまでＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液によりエッチングしてナイフを形成する。

次に、図２（ｉ）に示すように、シリコン基板１５を図示しない電気炉に入れて表面に再酸化膜１１´を１μｍ成長させ。そして、熱拡散による結晶のアモルファス化を促進し、刃先の緻密性を向上させる。

最後に、図２（ｊ）に示すように、酸化膜１１´を除去して刃厚３０μｍのマイクロナイフ１とするものである。

そして、図３に示すように、得られたマイクロナイフ１を、予め支持体５の厚みに合わせた溝加工が施された保持具７に差し込み、接着剤を用いて固定する。

次に、図３に示すように、得られたマイクロナイフ１を使用して細胞を切断・加工する。すなわち、マニュピュレーターハンド２１の先に、保持具７を介してマイクロナイフ１を取り付けて家畜の胚細胞２３の切断・加工を行った。上記胚細胞２３はシャーレ２５の中においてスポット２７の中に含まれている。

上記マイクロナイフ１によって胚細胞２３を切断・加工する様子を対物レンズ２９を介して撮影し、それによって得られた連続写真を図面化したものを図４に示す。図４(ａ)〜図４（ｃ）にかけては上記マイクロナイフ１によって胚細胞２３を切断している様子が順次示されている。図４（ｄ）は切断が完了した状態を示しているものである。直径約１２０μｍの牛胚細胞２３に対して、厚さ３０μｍのマクロナイフ１は、対象細胞の視認性もよく、胚細胞２３の組織３０を何等破損させることなく、又、蛋白質の癒着もなく、良好に切断できていることがわかる。

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、マイクロナイフ１がマイクロマシニング工程によって製造された結晶性材質、その中でも特に単結晶シリコン材料から構成されているので、その刃厚を容易に薄くすることができ、強度のある切断刃とすることができる。それによって、細胞２３を破損させることなく、又、蛋白質の癒着が生じることもなく、容易に切断することができるものである。
又、一度に多数のマイクロナイフ１を得ることができる。
又、上記マイクロナイフ１において、上記切断刃３と支持体５は一連のマイクロマシニング工程によって一体に成形されたものであるので、切断刃３を支持体５に固定するために特別の作業を必要としない。
又、本実施の形態によるマイクロナイフ１においては、上記切断刃３の刃先半径は２００ｎｍ以下であるので、切断刃３を容易に薄くすることができる。そして、光学顕微鏡下で切断作業を行うとき、マイクロナイフ１の影ができず、影により作業が妨げられることがない。
又、本実施の形態によるマイクロナイフ１においては、切断刃３の刃先は酸化処理によりアモルフォス化されているので、酸化処理をすることにより刃先端を非常に鋭角にすることができる。
又、蛋白質の癒着を防止することができ、顕微鏡下で切断作業を行うときに、良好に操作することができる。
又、本実施の形態によるマイクロナイフ１は、切断刃３の刃先が結晶方位により形成されたものであるので、鋭利なマイクロナイフを容易に得ることができる。
又、本実施の形態の場合には、シリコン基板の裏表より切断刃の厚さに対応するだけエッチングし、シリコン基板の堀り込まれた部分に切断刃３の厚さに対応する深さの溝を形成し、溝の深さにより最終品の刃の厚みを調整し、その後、前記シリコン基板の裏面よりエッチングし、マイクロナイフを形成するようにしているので、微細なマイクロナイフ１を１枚のシリコン基板から一度に多数製造することができる。

又、前記第１の実施の形態の場合には、マイクロナイフ１を製造する段階で再酸化処理を行っている。これに対して、そのような再酸化処理を行わずにマイクロナイフ１を得ることもあり、そのようなマイクロナイフ１も本願発明の範囲である。
但し、この場合は、図５に示すように、マイクロナイフ１によって細胞２３を切断しようとした場合に、切断不良により細胞２３内の組織３０がはみ出したり飛び出てしまうことがある。
これに対して、前記第１の実施の形態の場合のように、マイクロナイフ１を製造する段階で再酸化処理を行った場合には、そのような切断不良を確実に防止することができる。

次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には、切断刃３の形状を鋭利な三角形形状としたが、この第２の実施の形態の場合には、これを平形としたものである。このようにパターンマスクの設計により、様々な形状のマイクロナイフを容易に形成することができ、使用形態に合わせて自由度の高いマイクロナイフを得ることができる。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
したがって、この場合も前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。

尚、本発明は前記第１、第２の実施の形態に限定されるものではない。
まず、マイクロナイフの形状、大きさについてはこれを特に限定するものではない。
前記第１、第２の実施の形態の場合には、切断刃３と支持体５を一体化させた構成を例に挙げて説明したが、別体の場合も考えられる。
その他、図示した構成はあくまで一例である。

本発明は、細胞、卵、微生物等を切断するために使用されるマイクロナイフとそのようなマイクロナイフを製造するマイクロナイフ製造方法に係り、特に、その刃厚を微細な細胞等の直径より薄くすることを容易化し、顕微鏡下の操作に際して細胞を破損させることなく切断することができるように工夫したものに関し、例えば、生物学の分野においては、卵子の性判別を行ったり、クローン動物を作るための研究に好適である。

本発明の第１の実施の形態を示すで、マイクロナイフの全体の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図1をＺ方向から見た状態をマイクロナイフの製造方法の工程順に示す図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、マイクロナイフを使用して胚細胞を切断する様子を示す斜視国である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、家畜の胚細胞をマイクロナイフによって切断する様子を順次写真撮影してそれを図面化した図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、再酸化処理を行っていないマイクロナイフにより切断する様子を順次写真撮影してそれを図面化した図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、マイクロナイフの全体の構成を示す斜視図である。 従来例を示す図で、図７（ａ）は細胞の加工を行なう前の様子を示す平面図、図７（ｂ）は細胞の加工を行なう様子を示す平面図である。

符号の説明

１ マイクロナイフ
３ 切断刃
５ 支持体
７ 保持具
１１ 酸化皮膜
１１´ 再酸化皮膜
１３ パターンマスク
１３´ 裏面パターンマスク
１５ シリコン基板
１６ ポジ型レジスト
２１ マニュピレータハンド
２３ 胚細胞
２５ シャーレ
２７ スポット
２９ 対物レンズ
３０ 細胞組織

Claims (8)

1. 切断刃がマイクロマシニング工程によって製造された結晶性材質からなることを特徴とするマイクロナイフ。
2. 請求項１記載のマイクロナイフにおいて、
   上記切断刃と支持体は一連のマイクロマシニング工程によって一体に成形されたものであることを特徴とするマイクロナイフ。
3. 請求項１記載のマイクロナイフにおいて、
   上記切断刃の刃先半径が２００ｎｍ以下であることを特徴とするマイクロナイフ。
4. 請求項１記載のマイクロナイフにおいて、
   上記切断刃の刃先は酸化処理によりアモルフォス化されていることを特徴とするマイクロナイフ。
5. 請求項１記載のマイクロナイフにおいて、
   上記切断刃が単結晶シリコン製であることを特徴とするマイクロナイフ。
6. 請求項１記載のマイクロナイフにおいて、
   細胞や組織等の生体を切断する生体切断用であることを特徴とするマイクロナイフ。
7. 請求項１記載のマイクロナイフにおいて、
   上記切断刃の刃先が結晶方位により形成されたものであることを特徴とするマイクロナイフ。
8. シリコン基板の裏表より切断刃の厚さに対応するだけエッチングし、シリコン基板の掘り込まれた部分に切断刃の厚さに対応する深さの溝を形成し、溝の深さにより最終品の刃の厚みを調整し、その後、前記シリコン基板の裏面よりエッチングすることを特徴とするマイクロナイフの製造方法。

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