JP2930182B2 - 神経細胞活動測定用２次元センサ及びこれを用いた測定装置 - Google Patents
神経細胞活動測定用２次元センサ及びこれを用いた測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、神経細胞等の活動に伴
う電位変化を検出することにより、細胞活動を測定する
ための２次元センサと、これを用いた測定装置に関す
る。
う電位変化を検出することにより、細胞活動を測定する
ための２次元センサと、これを用いた測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、神経細胞の医学的検討や電気素子
としての応用の可能性の検討などが活発に行われてきて
いる。神経細胞が活動する際には活動電位が発生する。
この活動電位は、神経細胞のイオン透過性の変化に伴っ
て細胞膜内外のイオン濃度が変化し、これに伴って細胞
膜電位が変化することによって生じるものである。そこ
で、試料細胞又は組織の活動状態を観察するに際して、
上記の細胞膜電位の２次元分布を測定することにより活
動部位の特定や活動の程度を観察することができる。
としての応用の可能性の検討などが活発に行われてきて
いる。神経細胞が活動する際には活動電位が発生する。
この活動電位は、神経細胞のイオン透過性の変化に伴っ
て細胞膜内外のイオン濃度が変化し、これに伴って細胞
膜電位が変化することによって生じるものである。そこ
で、試料細胞又は組織の活動状態を観察するに際して、
上記の細胞膜電位の２次元分布を測定することにより活
動部位の特定や活動の程度を観察することができる。
【０００３】このような細胞電位の測定において、いわ
ゆるガラスや刺激を与える電極を細胞に挿入することな
く測定し、しかも、平面上の複数箇所を同時に測定する
ことを可能にする２次元センサとして、本出願人によっ
て先に出願された一体化複合電極がある（特開平６−７
８８８９号公報、特開平６−２９６５９５号公報参
照）。この一体化複合電極は、ガラス基板上に導電性物
質を用いてマトリックス状に配列された複数の微小電極
とその引出しパターンを形成し、この上での細胞培養を
可能にしたものである。これによって、ガラス電極等を
用いる場合に比べて狭い間隔の複数箇所において同時に
電位変化を測定することができ、しかも細胞・組織を培
養しながら長時間にわたって観測することができるよう
になった。
ゆるガラスや刺激を与える電極を細胞に挿入することな
く測定し、しかも、平面上の複数箇所を同時に測定する
ことを可能にする２次元センサとして、本出願人によっ
て先に出願された一体化複合電極がある（特開平６−７
８８８９号公報、特開平６−２９６５９５号公報参
照）。この一体化複合電極は、ガラス基板上に導電性物
質を用いてマトリックス状に配列された複数の微小電極
とその引出しパターンを形成し、この上での細胞培養を
可能にしたものである。これによって、ガラス電極等を
用いる場合に比べて狭い間隔の複数箇所において同時に
電位変化を測定することができ、しかも細胞・組織を培
養しながら長時間にわたって観測することができるよう
になった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の一体化複合電極は、測定電極の位置や大きさが固
定であるので汎用性に欠け、種々の細胞や組織の活動測
定に兼用することが難しかった。実際、測定対象の細胞
に合わせて測定電極の間隔や大きさを実験によって最適
化し、ほぼ専用の一体化複合電極を作成していた。
従来の一体化複合電極は、測定電極の位置や大きさが固
定であるので汎用性に欠け、種々の細胞や組織の活動測
定に兼用することが難しかった。実際、測定対象の細胞
に合わせて測定電極の間隔や大きさを実験によって最適
化し、ほぼ専用の一体化複合電極を作成していた。
【０００５】そこで、本発明は、上記従来の一体化複合
電極を改良し、測定電極の位置等を可変とすることによ
り、汎用性に富む細胞活動測定用２次元センサ及びこれ
を用いた測定装置を提供することを目的とする。
電極を改良し、測定電極の位置等を可変とすることによ
り、汎用性に富む細胞活動測定用２次元センサ及びこれ
を用いた測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による細胞活動測
定用２次元センサの特徴は、光が照射された部分の電気
伝導率が高くなる光伝導材料からなる光伝導層と、その
表面に形成された絶縁層と、裏面に形成された作用電極
とを備えている板状の２次元センサであって、前記絶縁
層の表面に細胞、培養液、及び参照電極を入れる細胞設
置部が設けられ、その細胞設置部に置かれた細胞の活動
によって発生する電位変化の平面分布のうち、光が照射
された部分の電位変化に主として対応する信号が前記作
用電極から取り出される点にある。
定用２次元センサの特徴は、光が照射された部分の電気
伝導率が高くなる光伝導材料からなる光伝導層と、その
表面に形成された絶縁層と、裏面に形成された作用電極
とを備えている板状の２次元センサであって、前記絶縁
層の表面に細胞、培養液、及び参照電極を入れる細胞設
置部が設けられ、その細胞設置部に置かれた細胞の活動
によって発生する電位変化の平面分布のうち、光が照射
された部分の電位変化に主として対応する信号が前記作
用電極から取り出される点にある。
【０００７】前記光伝導層は、セレン，ＣｄＳ，Ｇｅ−
Ｓｉ，真性Ｓｉ等の半導体で構成することができ、ま
た、光導電性高分子材料で構成することもできる。高分
子の側鎖あるいは主鎖に含まれる光伝導性基として、ア
ントラセンなどの縮合多環芳香族炭化水素、カルバゾー
ルなどの複素芳香環、アリールアミン等がある。あるい
は、フタロシアニン蒸着膜、ペリレン系顔料のＭｅ−Ｐ
ＴＣ（メチレン・ペリレン・カルボン酸）等の有機薄膜
を用いてもよい。
Ｓｉ，真性Ｓｉ等の半導体で構成することができ、ま
た、光導電性高分子材料で構成することもできる。高分
子の側鎖あるいは主鎖に含まれる光伝導性基として、ア
ントラセンなどの縮合多環芳香族炭化水素、カルバゾー
ルなどの複素芳香環、アリールアミン等がある。あるい
は、フタロシアニン蒸着膜、ペリレン系顔料のＭｅ−Ｐ
ＴＣ（メチレン・ペリレン・カルボン酸）等の有機薄膜
を用いてもよい。
【０００８】また、上記の２次元センサを用いた本発明
による細胞活動測定装置の特徴は、前記２次元センサの
裏面にレーザビームを照射するレーザ光源と、前記２次
元センサの作用電極と細胞設置部に入れられた参照電極
との間に直流バイアス電圧を印加する直流電源と、前記
両電極間に得られる信号を処理する処理手段とを備えて
いる点にある。好ましい具体構成については後述する。
による細胞活動測定装置の特徴は、前記２次元センサの
裏面にレーザビームを照射するレーザ光源と、前記２次
元センサの作用電極と細胞設置部に入れられた参照電極
との間に直流バイアス電圧を印加する直流電源と、前記
両電極間に得られる信号を処理する処理手段とを備えて
いる点にある。好ましい具体構成については後述する。
【０００９】
【作用】上記特徴を有する本発明の２次元センサによれ
ば、光伝導層うち、光が照射された部分の電気伝導率が
高くなるので、その部分に接している細胞部分の電位変
化に主として対応する信号が検出される。つまり、光の
照射位置を変えることにより、いわば測定電極の位置を
自在に変えることができ、さらに、照射スポット径を変
えることにより、いわば測定電極の大きさをも自在に変
えることができる。なお、光伝導層と試料の細胞との間
には絶縁層が介在しているので、細胞電位そのものを検
出することはできないが、細胞電位の変化分、即ち交流
成分又はパルス成分を検出することはできる。細胞活動
は電位の変化分から十分に測定し得る。
ば、光伝導層うち、光が照射された部分の電気伝導率が
高くなるので、その部分に接している細胞部分の電位変
化に主として対応する信号が検出される。つまり、光の
照射位置を変えることにより、いわば測定電極の位置を
自在に変えることができ、さらに、照射スポット径を変
えることにより、いわば測定電極の大きさをも自在に変
えることができる。なお、光伝導層と試料の細胞との間
には絶縁層が介在しているので、細胞電位そのものを検
出することはできないが、細胞電位の変化分、即ち交流
成分又はパルス成分を検出することはできる。細胞活動
は電位の変化分から十分に測定し得る。
【００１０】従って、このような２次元センサを用いた
細胞活動測定装置の構成として、２次元センサの裏面に
光ビームを照射する光源と、２次元センサの作用電極と
細胞設置部に入れられた参照電極との間に直流バイアス
電圧を印加する電源と、両電極間に得られる信号を処理
する処理手段とが必要である。光源としてレーザ光源を
用いれば、照射スポットの位置決めが正確であり、スポ
ット径を絞ることができる点で有利である。また、細胞
設置部に置かれた細胞の培養環境を維持する培養維持手
段を備えることにより、長時間にわたる測定が可能にな
る。
細胞活動測定装置の構成として、２次元センサの裏面に
光ビームを照射する光源と、２次元センサの作用電極と
細胞設置部に入れられた参照電極との間に直流バイアス
電圧を印加する電源と、両電極間に得られる信号を処理
する処理手段とが必要である。光源としてレーザ光源を
用いれば、照射スポットの位置決めが正確であり、スポ
ット径を絞ることができる点で有利である。また、細胞
設置部に置かれた細胞の培養環境を維持する培養維持手
段を備えることにより、長時間にわたる測定が可能にな
る。
【００１１】また、レーザ光源から照射されるレーザビ
ームを２次元センサの裏面の所定範囲内で（高速に）走
査する手段が備えられていることが好ましく、これによ
って、所定範囲内の複数箇所の細胞活動をほぼ同時に測
定することができる。１本のレーザビームを走査させる
代わりに、２次元センサの裏面に対してほぼ垂直にレー
ザ光を照射する複数のレーザ素子を２次元マトリックス
状に配列したレーザアレイを備え、これらの複数のレー
ザ素子を時分割で駆動させれば、一層高速の走査が可能
になる。あるいは、レーザビームを走査させる代わり
に、２次元センサの水平方向における位置を制御するＸ
Ｙステージを備え、これを制御することによって２次元
センサのレーザ光を照射させる位置を変えるようにして
もよい。
ームを２次元センサの裏面の所定範囲内で（高速に）走
査する手段が備えられていることが好ましく、これによ
って、所定範囲内の複数箇所の細胞活動をほぼ同時に測
定することができる。１本のレーザビームを走査させる
代わりに、２次元センサの裏面に対してほぼ垂直にレー
ザ光を照射する複数のレーザ素子を２次元マトリックス
状に配列したレーザアレイを備え、これらの複数のレー
ザ素子を時分割で駆動させれば、一層高速の走査が可能
になる。あるいは、レーザビームを走査させる代わり
に、２次元センサの水平方向における位置を制御するＸ
Ｙステージを備え、これを制御することによって２次元
センサのレーザ光を照射させる位置を変えるようにして
もよい。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
説明する。
【００１３】図１に本発明による細胞活動測定装置の一
実施例の構成を示す。細胞活動測定用２次元センサ１の
上にサンプルである細胞２及び培養液をセットしたもの
が、インキュベータ部３に収納されている。
実施例の構成を示す。細胞活動測定用２次元センサ１の
上にサンプルである細胞２及び培養液をセットしたもの
が、インキュベータ部３に収納されている。
【００１４】２次元センサ１は、図２に断面図（ａ）及
び平面図（ｂ）を示すように、真性シリコン（Ｉ−Ｓ
ｉ）基板で構成された光伝導層の裏面に作用電極用の金
アンチモン薄膜１ａを蒸着し、表面に絶縁層としての酸
化被膜（ＳｉＯ2）を形成し、さらにその表面に細胞及
び培養液、そして参照電極を入れる細胞設置部としての
囲い１ｂを設けたものである。尚、図２（ａ）の断面図
は厚さ方向に誇張して描かれており、実際には全体の厚
さが２００μｍである。
び平面図（ｂ）を示すように、真性シリコン（Ｉ−Ｓ
ｉ）基板で構成された光伝導層の裏面に作用電極用の金
アンチモン薄膜１ａを蒸着し、表面に絶縁層としての酸
化被膜（ＳｉＯ2）を形成し、さらにその表面に細胞及
び培養液、そして参照電極を入れる細胞設置部としての
囲い１ｂを設けたものである。尚、図２（ａ）の断面図
は厚さ方向に誇張して描かれており、実際には全体の厚
さが２００μｍである。
【００１５】真性シリコン基板は裏面も鏡面研磨したも
のを用い、蒸着した金アンチモン薄膜１ａは、５００℃
でアロイ化してオーミックコンタクトを形成した。ま
た、細胞等を入れる囲い１ｂには内径２６ｍｍのポリカ
ーボネイト製円筒体を用い、これを絶縁層に接着した。
尚、この円板状の２次元センサ１は補強や取り扱いの容
易さのために、アルミニウム製フレームに取り付けて使
用した。
のを用い、蒸着した金アンチモン薄膜１ａは、５００℃
でアロイ化してオーミックコンタクトを形成した。ま
た、細胞等を入れる囲い１ｂには内径２６ｍｍのポリカ
ーボネイト製円筒体を用い、これを絶縁層に接着した。
尚、この円板状の２次元センサ１は補強や取り扱いの容
易さのために、アルミニウム製フレームに取り付けて使
用した。
【００１６】図１に戻って、インキュベータ部３は二重
構造を採用しており、雑菌による外部からの汚染防止に
万全を期している。インキュベータ部３のサンプル室３
ａは、温度制御ユニット４が温度センサの出力に基づい
てヒータ・ファンユニット５を制御することによって、
３７±０．５℃に維持される。また、空気９５％、二酸
化炭素５％の割合に調整された混合ガスがサンプル室に
導入されている。この混合ガス供給路には流量計６及び
電磁弁７が備えられ、さらに電磁弁７の駆動回路７ａを
オン・オフするタイマー７ｂも備えられている。これら
インキュベータ部、温度制御ユニット４等によって培養
維持手段が構成されている 上記２次元センサ１の囲い内に入れられた参照電極（Ｒ
Ｅ）と裏面の作用電極との間にバイアス電圧を印加する
ためのポテンショスタット８が設けられ、両電極間に流
れる電流信号がアンプ９を介して処理手段であるコンピ
ュータ１０に入力される。コンピュータ１０には１６ビ
ットＡ／Ｄ変換器が装着されている。
構造を採用しており、雑菌による外部からの汚染防止に
万全を期している。インキュベータ部３のサンプル室３
ａは、温度制御ユニット４が温度センサの出力に基づい
てヒータ・ファンユニット５を制御することによって、
３７±０．５℃に維持される。また、空気９５％、二酸
化炭素５％の割合に調整された混合ガスがサンプル室に
導入されている。この混合ガス供給路には流量計６及び
電磁弁７が備えられ、さらに電磁弁７の駆動回路７ａを
オン・オフするタイマー７ｂも備えられている。これら
インキュベータ部、温度制御ユニット４等によって培養
維持手段が構成されている 上記２次元センサ１の囲い内に入れられた参照電極（Ｒ
Ｅ）と裏面の作用電極との間にバイアス電圧を印加する
ためのポテンショスタット８が設けられ、両電極間に流
れる電流信号がアンプ９を介して処理手段であるコンピ
ュータ１０に入力される。コンピュータ１０には１６ビ
ットＡ／Ｄ変換器が装着されている。
【００１７】また、２次元センサ１の囲い内には、培養
液に浸された参照電極（ＲＥ）と同じポテンショスタッ
ト８に接続された対向電極（ＣＥ）が備えられている。
この対向電極（ＣＥ）をサンプルに接触させて参照電極
（ＲＥ）との間にパルス電圧を印加することにより、サ
ンプルに刺激を与えて、その結果生ずる誘発電位を測定
することができる。この刺激電圧（パルス電圧）はコン
ピュータ１０からの指令によってポテンショスタット８
が発生する。もちろん、刺激を与えずに自発電位の測定
をすることもできる。
液に浸された参照電極（ＲＥ）と同じポテンショスタッ
ト８に接続された対向電極（ＣＥ）が備えられている。
この対向電極（ＣＥ）をサンプルに接触させて参照電極
（ＲＥ）との間にパルス電圧を印加することにより、サ
ンプルに刺激を与えて、その結果生ずる誘発電位を測定
することができる。この刺激電圧（パルス電圧）はコン
ピュータ１０からの指令によってポテンショスタット８
が発生する。もちろん、刺激を与えずに自発電位の測定
をすることもできる。
【００１８】図１には、２次元センサ１の裏面にレーザ
ビームを照射するレーザ光源１１やその駆動装置１２も
示されている。レーザ光源１１から出たレーザビームは
ミラーやレンズ（倒立顕微鏡の対物レンズを使用した）
による光学系で数μｍ程度のビーム径に集光されて２次
元センサ１の裏面に照射される。
ビームを照射するレーザ光源１１やその駆動装置１２も
示されている。レーザ光源１１から出たレーザビームは
ミラーやレンズ（倒立顕微鏡の対物レンズを使用した）
による光学系で数μｍ程度のビーム径に集光されて２次
元センサ１の裏面に照射される。
【００１９】また、２次元センサ１の裏面のレーザビー
ムが照射される位置を変更するための手段として、イン
キュベータ部３ごと２次元センサ１を水平方向に変位さ
せるＸＹステージ１３が備えられている。このＸＹステ
ージ１３は、コンピュータ１０からの指令に従ってステ
ップモータが駆動されることにより、２次元センサ１の
レーザビームが照射される位置を１μｍ単位でＸＹ方向
に変位させることができる。
ムが照射される位置を変更するための手段として、イン
キュベータ部３ごと２次元センサ１を水平方向に変位さ
せるＸＹステージ１３が備えられている。このＸＹステ
ージ１３は、コンピュータ１０からの指令に従ってステ
ップモータが駆動されることにより、２次元センサ１の
レーザビームが照射される位置を１μｍ単位でＸＹ方向
に変位させることができる。
【００２０】本実施例では、このようにレーザビームの
位置を固定して２次元センサ１をＸＹ方向に変位させた
が、高速スキャン（走査）を実現するには、むしろ、２
次元センサ１の位置を固定して、レーザビームを走査さ
せるほうがよい。これは、光学系にＸＹガルバノミラー
を使用することにより実現できる。あるいは、２次元セ
ンサの裏面に対してほぼ垂直にレーザ光を照射する複数
のレーザ素子を２次元マトリックス状に配列したレーザ
アレイを用い、これらの複数のレーザ素子を時分割で駆
動させる方法も考えられる。
位置を固定して２次元センサ１をＸＹ方向に変位させた
が、高速スキャン（走査）を実現するには、むしろ、２
次元センサ１の位置を固定して、レーザビームを走査さ
せるほうがよい。これは、光学系にＸＹガルバノミラー
を使用することにより実現できる。あるいは、２次元セ
ンサの裏面に対してほぼ垂直にレーザ光を照射する複数
のレーザ素子を２次元マトリックス状に配列したレーザ
アレイを用い、これらの複数のレーザ素子を時分割で駆
動させる方法も考えられる。
【００２１】上記のようにして、２次元センサ１の光伝
導層のうち、レーザ光が照射された部分には正孔・電子
対が発生し、参照電極と作用電極との間に印加されてい
るバイアス電圧によって光電流が流れようとする。２次
元センサ１の表面には絶縁層（ＳｉＯ2）が形成されて
いるので直流電流は流れないが、交流電流、特にパルス
電流が流れ得る。したがって、神経細胞の自発発火によ
り生じたパルス性の電位変化、または、対向電極（Ｃ
Ｅ）と参照電極（ＲＥ）との間に印加されたパルス電圧
に誘発されて生じるパルス性の電位変化を参照電極と作
用電極との間に流れる過渡的な電流として検出すること
ができる。
導層のうち、レーザ光が照射された部分には正孔・電子
対が発生し、参照電極と作用電極との間に印加されてい
るバイアス電圧によって光電流が流れようとする。２次
元センサ１の表面には絶縁層（ＳｉＯ2）が形成されて
いるので直流電流は流れないが、交流電流、特にパルス
電流が流れ得る。したがって、神経細胞の自発発火によ
り生じたパルス性の電位変化、または、対向電極（Ｃ
Ｅ）と参照電極（ＲＥ）との間に印加されたパルス電圧
に誘発されて生じるパルス性の電位変化を参照電極と作
用電極との間に流れる過渡的な電流として検出すること
ができる。
【００２２】以下に、上記のような測定装置を用いてラ
ットの脳切片の神経活動の観察を行った実験例について
説明する。生後２日齢のＳＤラットの脳を摘出し、その
視覚野の部分を約０．５ｍｍ厚の切片に切り取った。こ
の脳切片を上記２次元センサの囲いの中で培養した。切
片の付着製を良くするために、センサ表面のシリコン窒
化膜をポリリジンで処理し、培地にはＤＦ＋ｆを用い
た。ここで、ＤＦはＤＭＥＭとNutrient Mixture(F12培
地）を１対１で混ぜたものであり、ｆはinsulin5μg/m
l,transferrin 100μg/ml,progesterone 20nM,hydrocor
tisone 20nM,putresine 100μM,selenium 20nM、さらに
牛胎児血清５％を加えたものである。
ットの脳切片の神経活動の観察を行った実験例について
説明する。生後２日齢のＳＤラットの脳を摘出し、その
視覚野の部分を約０．５ｍｍ厚の切片に切り取った。こ
の脳切片を上記２次元センサの囲いの中で培養した。切
片の付着製を良くするために、センサ表面のシリコン窒
化膜をポリリジンで処理し、培地にはＤＦ＋ｆを用い
た。ここで、ＤＦはＤＭＥＭとNutrient Mixture(F12培
地）を１対１で混ぜたものであり、ｆはinsulin5μg/m
l,transferrin 100μg/ml,progesterone 20nM,hydrocor
tisone 20nM,putresine 100μM,selenium 20nM、さらに
牛胎児血清５％を加えたものである。
【００２３】このようなサンプル（生後１〜２日齢のラ
ットの脳切片）は培養開始から１週間から１０日程度で
自発発火を起こすようになる。図３に上記の測定装置で
検出されたサンプルの電気的活動、つまり過渡電流を示
す。０．２５秒付近で正パルス上の過渡電流が流れ、
０．７秒付近で負パルス状の過渡現象が検出されてい
る。また、測定装置のうちの過渡電流が流れる回路を簡
略化したものを図４に示す。図中、８ａはポテンショス
タット８によって参照電極ＲＥと作用電極との間に（ア
ンプ９を介して）印加されるバイアス電圧である。図３
及び図４から以下のことが説明される。
ットの脳切片）は培養開始から１週間から１０日程度で
自発発火を起こすようになる。図３に上記の測定装置で
検出されたサンプルの電気的活動、つまり過渡電流を示
す。０．２５秒付近で正パルス上の過渡電流が流れ、
０．７秒付近で負パルス状の過渡現象が検出されてい
る。また、測定装置のうちの過渡電流が流れる回路を簡
略化したものを図４に示す。図中、８ａはポテンショス
タット８によって参照電極ＲＥと作用電極との間に（ア
ンプ９を介して）印加されるバイアス電圧である。図３
及び図４から以下のことが説明される。
【００２４】図３の０．２５秒付近でサンプル（神経細
胞）が自発発火し、図４に示すように、参照電極ＲＥが
浸された培養液に対して正の細胞電位が発生した。その
結果、図４の（イ）方向に過渡電流が流れた。そして、
図３の０．７秒付近で自発発火が終了して細胞電位が消
滅し、この時に図４の（ロ）方向に過渡電流が流れた。
胞）が自発発火し、図４に示すように、参照電極ＲＥが
浸された培養液に対して正の細胞電位が発生した。その
結果、図４の（イ）方向に過渡電流が流れた。そして、
図３の０．７秒付近で自発発火が終了して細胞電位が消
滅し、この時に図４の（ロ）方向に過渡電流が流れた。
【００２５】このことから、レーザビームが照射された
箇所において、神経細胞の自発発火による正の細胞電位
（内部膜電位）が約０．４５秒間発生したと考えられ
る。レーザビームの照射箇所を他に移動させた場合も、
神経細胞の自発発火が生じていると考えられる箇所では
同様の過渡電流が検出された。
箇所において、神経細胞の自発発火による正の細胞電位
（内部膜電位）が約０．４５秒間発生したと考えられ
る。レーザビームの照射箇所を他に移動させた場合も、
神経細胞の自発発火が生じていると考えられる箇所では
同様の過渡電流が検出された。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光伝導層と絶縁層、そして作用電極を備える２次元セン
サを用い、その表面に形成された細胞設置部でサンプル
の細胞を培養できるようにして、２次元センサ基板の裏
面からレーザビームが照射された箇所の細胞活動による
電位変化を検出できるようにしたので、レーザビームが
照射される位置、及びそのスポット径を変えることによ
り、いわば測定電極の位置及び大きさをほぼ任意に調節
することが可能になった。つまり、サンプルに合わせて
測定電極の位置や大きさを任意に設定できる汎用性のあ
る２次元センサとそれを用いた測定装置を提供すること
ができた。
光伝導層と絶縁層、そして作用電極を備える２次元セン
サを用い、その表面に形成された細胞設置部でサンプル
の細胞を培養できるようにして、２次元センサ基板の裏
面からレーザビームが照射された箇所の細胞活動による
電位変化を検出できるようにしたので、レーザビームが
照射される位置、及びそのスポット径を変えることによ
り、いわば測定電極の位置及び大きさをほぼ任意に調節
することが可能になった。つまり、サンプルに合わせて
測定電極の位置や大きさを任意に設定できる汎用性のあ
る２次元センサとそれを用いた測定装置を提供すること
ができた。
【図１】本発明の実施例に係る細胞活動測定装置の構成
図
図
【図２】図１の細胞活動測定装置に用いる２次元センサ
の側面断面図（模式図）及び平面図
の側面断面図（模式図）及び平面図
【図３】測定された細胞活動に対応する過渡電流の一例
を示す波形図
を示す波形図
【図４】図１の測定装置において過渡電流が流れる回路
を簡略化した図
を簡略化した図
１ ２次元センサ １ａ 作用電極用薄膜 １ｂ 囲い（細胞設置部） ２ 試料（細胞） ３ インキュベータ部 ４ 温度制御ユニット ５ ヒータ・ファンユニット ６ 流量計 ７ 電磁弁 ８ ポテンショスタット ９ アンプ １０ コンピュータ １１ レーザ光源 １２ 光源駆動装置 １３ ＸＹステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−50648（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−296595（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−78889（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−5289（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−86771（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/416 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (8)
- 【請求項１】 光が照射された部分の電気伝導率が高く
なる光伝導材料からなる光伝導層と、その表面に形成さ
れた絶縁層と、裏面に形成された作用電極とを備えてい
る板状の２次元センサであって、 前記絶縁層の表面に細胞、培養液、及び参照電極を入れ
る細胞設置部が設けられ、その細胞設置部に置かれた細
胞の活動によって発生する電位変化の平面分布のうち、
光が照射された部分の電位変化に主として対応する信号
が前記作用電極から取り出されることを特徴とする細胞
活動測定用２次元センサ。 - 【請求項２】 前記光伝導層が半導体で構成されている
請求項１記載の細胞活動測定用２次元センサ。 - 【請求項３】 前記光伝導層が有機薄膜で構成されてい
る請求項１記載の細胞活動測定用２次元センサ。 - 【請求項４】 請求項１に記載された細胞活動測定用２
次元センサと、その裏面にレーザビームを照射するレー
ザ光源と、前記細胞活動測定用２次元センサの作用電極
と細胞設置部に入れられた参照電極との間に直流バイア
ス電圧を印加する直流電源と、前記両電極間に得られる
信号を処理する処理手段とを備えている細胞活動測定装
置。 - 【請求項５】 前記細胞設置部に置かれた細胞の培養環
境を維持する培養維持手段が備えられている請求項４記
載の細胞活動測定装置。 - 【請求項６】 前記レーザ光源から照射されるレーザビ
ームを前記細胞活動測定用２次元センサの裏面の所定範
囲内で走査する手段が備えられている請求項４記載の細
胞活動測定装置。 - 【請求項７】 前記レーザ光源として、前記細胞活動測
定用２次元センサの裏面に対してほぼ垂直にレーザ光を
照射する複数のレーザが２次元マトリックス状に配列さ
れてなるレーザアレイが備えられている請求項４記載の
細胞活動測定装置。 - 【請求項８】 前記細胞活動測定用２次元センサの水平
方向における位置を制御するＸＹステージが備えられて
いる請求項４記載の細胞活動測定装置。
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| JP7153344A JP2930182B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 神経細胞活動測定用２次元センサ及びこれを用いた測定装置 |
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| CA002179458A CA2179458A1 (en) | 1995-06-20 | 1996-06-19 | Two-dimensional sensor having photoconductive layer for measuring cell activity |
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| DE69615615T DE69615615T2 (de) | 1995-06-20 | 1996-06-19 | Zweidimensionaler Sensor unter Verwendung einer Fotoleiterschicht zur Messung der Zellaktivität |
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| EP1740261A2 (en) * | 2004-03-23 | 2007-01-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High throughput electrophysiology system |
| CN102586092B (zh) * | 2012-02-10 | 2013-07-31 | 浙江大学 | 动态监测伤口愈合的细胞阻抗成像系统及方法 |
| CN104132965B (zh) * | 2014-07-11 | 2016-03-09 | 江西科技师范大学 | 远志皂苷对大鼠海马神经元突触传递的作用的试验方法 |
| KR101702739B1 (ko) * | 2015-01-27 | 2017-02-06 | 경희대학교 산학협력단 | 세포 및 조직 배양을 위한 실시간 모니터링 및 피드백 제어 장치 및 그 방법 |
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| CN110151160B (zh) * | 2019-05-20 | 2021-09-21 | 深圳市问库信息技术有限公司 | 一种电子经络检测装置及其检测方法 |
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| DE3407850A1 (de) * | 1984-02-29 | 1985-09-05 | Hahn-Meitner-Institut für Kernforschung Berlin GmbH, 1000 Berlin | Mikrowellen-messverfahren und -messapparatur zur kontaktlosen und zerstoerungsfreien untersuchung photoempfindlicher materialien |
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1996
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