培養細胞からの電気・光学的信号を検出するためのマイクロデバイス

本研究では、微小流路の近傍に同様のサイズの電極構造を集積化し、交流電界を加えることによって、細胞一つ一つについて、その電気的な特性(主としてインピーダンス)を計測することを可能とするようなマイクロ流体デバイスの開発を行った。従来の方法に比べて高精度の計測を行うと同時に光学的な観察を可能とすることを想定し、1)透明かつ生体適合性を有する材料をもちいたマイクロ流体デバイスの製作2)3次元的な微小電極構造の設計と製作を中心に研究を行った。具体的には、シリコーン樹脂の一種であるPDMS(Polydimethylsiloxane)を用いて、細胞導入のためのマイクロ流体デバイスを製作し、その内部に電気的な計測のための微小電極構造を集積化する方法について検討を行った。PDMSデバイスの製作については、SU-8と呼ばれる紫外線感光樹脂を用いた鋳型を製作し、これに未重合のPDMSを流し込んでマイクロ流路構造を形成した。また、電極構造については、4端子法によるインピーダンス計測にも対応することを考え、ガラス基板に対して陽極接合したシリコンをDRIE(Deep Reactive Ion Etching)によって加工することによって高アスペクト比の電極構造(高さ数十μm)を製作し、これを電界形成用の電極として使用すると同時に、金の薄膜をパターニングすることによって検出用の電極を形成した。製作したデバイスの性能評価を行うために、当初は実際の細胞を用いるのではなく、細胞の計測と同一の溶液条件でどのような信号が得られるかの検討を行い、溶液中のイオン強度と信号との関係を明らかにした。その後、ヒト肝臓由来の細胞株であるHep G2細胞などを用いた計測を行い、細胞毎に異なる信号が得られることを確認した。

本研究では、微小流路の近傍に同様のサイズの電極構造を集積化し、交流電界を加えることによって、細胞一つ一つについて、その電気的な特性(主としてインピーダンス)を計測することを可能とするようなマイクロ流体デバイスの開発を行った。従来の方法に比べて高精度の計測を行うと同時に光学的な観察を可能とすることを想定し、1)透明かつ生体適合性を有する材料をもちいたマイクロ流体デバイスの製作2)3次元的な微小電極構造の設計と製作を中心に研究を行った。具体的には、シリコーン樹脂の一種であるPDMS(Polydimethylsiloxane)を用いて、細胞導入のためのマイクロ流体デバイスを製作し、その内部に電気的な計測のための微小電極構造を集積化する方法について検討を行った。PDMSデバイスの製作については、SU-8と呼ばれる紫外線感光樹脂を用いた鋳型を製作し、これに未重合のPDMSを流し込んでマイクロ流路構造を形成した。また、電極構造については、4端子法によるインピーダンス計測にも対応することを考え、ガラス基板に対して陽極接合したシリコンをDRIE(Deep Reactive Ion Etching)によって加工することによって高アスペクト比の電極構造(高さ数十μm)を製作し、これを電界形成用の電極として使用すると同時に、金の薄膜をパターニングすることによって検出用の電極を形成した。製作したデバイスの性能評価を行うために、当初は実際の細胞を用いるのではなく、細胞の計測と同一の溶液条件でどのような信号が得られるかの検討を行い、溶液中のイオン強度と信号との関係を明らかにした。その後、ヒト肝臓由来の細胞株であるHep G2細胞などを用いた計測を行い、細胞毎に異なる信号が得られることを確認した。