细胞刺激装置、细胞培养装置以及细胞刺激方法与流程

本发明涉及细胞刺激装置、细胞培养装置以及细胞刺激方法。

背景技术：

已知将电刺激施加到对电刺激有响应的培养细胞的细胞培养方法(例如，参照专利文献1)。该细胞培养方法通过电刺激促进细胞的代谢，可以提高细胞的增殖速度。

另一方面，已知一种电子发射元件，其通过在底部电极和表面电极之间施加电压使电子流过中间层而发射电子(例如，参照专利文献2)。此外，已知一种阴离子产生装置，其通过从电子发射元件发射的电子产生氧阴离子，该阴离子搭载在气体流上向生物体喷射(例如，参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开昭60-110287号公报

专利文献2：特开2016-136485号公报

专利文献3：特开2006-325493号公报

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题

在用于对培养细胞施加电刺激的现有的细胞培养方法中，在培养基中设置至少两个电极，在两个电极之间施加电压。因此，在电极与培养液之间的界面上可能会发生电化学反应，导致水的电解或培养液成分的分解和析出等。此外，电流容易在电极之间的距离短的部分中局部流动，并且难以将电刺激均匀地施加于想要施加电刺激的培养细胞。

此外，现有的阴离子产生装置由于阴离子与气体一起喷射，因此难以将电荷均匀地供给至想要施加电刺激的细胞。此外，存在从阴离子产生装置喷射的气体容易使培养基中的水分蒸发而使培养基干燥的问题。另外，难以维持用于培养细胞的气氛气体的气体种类条件。

本发明鉴于这样的情况，提供了一种可以将电刺激均匀地施加于想要施加电刺激的细胞，可以抑制培养基成分的分解和析出的细胞刺激装置。

用于解决技术问题的技术方案

本发明提供了一种细胞刺激装置，其特征是：一种用于刺激在培养基中培养的细胞的细胞刺激装置，前述细胞刺激装置包括：电子发射元件，其经由气相将电荷供给至前述培养基；电荷回收电极，其从前述培养基回收电荷；前述电子发射元件包括底部电极、表面电极以及设置在底部电极与表面电极之间的中间层，前述电荷回收电极设置为能够与前述培养基接触。

有益效果

由于本发明的细胞刺激装置中包含的电子发射元件包括底部电极、表面电极以及设置在底部电极和表面电极之间的中间层，通过在底部电极和表面电极之间施加电压，可以从表面电极侧发射流经中间层的电子。通过这些发射的电子可以在电子发射元件和培养基之间的气相中产生如氧阴离子等电荷。

由于本发明的细胞刺激装置中包含的的电荷回收电极设置为能够与培养细胞的培养基接触，因此电子可以从培养基流到电荷回收电极。因此，可以减小电荷回收电极和培养基之间的电位差。此外，通过向电子发射元件或电荷回收电极施加电压，能够在电子发射元件的表面电极与培养基表面之间的气相中产生电场。产生的阴离子可以沿该电场中的电场线(电场强度的梯度)输送到培养基的表面，能够向培养基供给阴离子。通过该阴离子可以向在培养基中培养的细胞给予电刺激。此外，由于该阴离子流向电荷回收电极，因此可以抑制培养基带电。此外，本发明的细胞刺激装置由于利用在气相中产生的电场向培养基供给阴离子，因此不需要氮气或氩气的气体流动机制。因此，在细胞的电刺激期间不必担心会引起培养基的干燥或细胞的漂浮，对培养气氛的气体组成没有影响。

由于本发明的细胞刺激装置中包含的的电子发射元件可以从表面电极面发射电子，因此可以在培养基表面和表面电极之间的气相中均匀地产生阴离子。因此，也可以将阴离子均匀地供给位于表面电极下方的培养基，可以将电刺激均匀地施加位于表面电极下方的细胞。

在本发明的细胞刺激装置中，由于通过电子发射元件产生的电荷经由气相供给至培养基，因此与培养基接触的电极只有电荷回收电极。因此，可以抑制培养基中所含的水的电解。此外，由于电荷回收电极具有正极性，因此能够抑制培养基中的矿物质成分(k⁺，ca²⁺，na⁺，mg²⁺等)在电荷回收电极上析出，能够抑制培养基的成分组成发生变化。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的细胞培养装置的概要剖面图。

图2是本发明的一实施方式的细胞培养装置的概要电路图。

图3是本发明的一实施方式的细胞培养装置的概要立体图。

图4是本发明的一实施方式的细胞培养装置的概要分解图。

图5是本发明的一实施方式的细胞培养装置中包含的电子发射元件的概要俯视图。

图6是本发明的一实施方式的细胞培养装置的概要剖面图。

图7是本发明的一实施方式的细胞培养装置的概要剖面图。

具体实施方式

本发明提供了一种细胞刺激装置，其特征是一种用于刺激在培养基中培养的细胞的细胞刺激装置，前述细胞刺激装置包括：电子发射元件，其经由气相将电荷供应至前述培养基；电荷回收电极，其从前述培养基回收电荷；前述电子发射元件包括底部电极、表面电极以及设置在底部电极与表面电极之间的中间层，前述电荷回收电极设置为能够与前述培养基接触。

电子发射元件中包含的底部电极和表面电极分别包含多个细长电极，优选底部电极和表面电极中的一个为行、另一个为列的网格状配置。如果是这样的构成，就可以从底部电极和表面电极的任意交点发射电子，并且可以仅对存在于培养基中期望位置的细胞施加电刺激。此外，使电刺激量维持期望的分布可以电刺激培养基中的细胞。

本发明的细胞刺激装置优选包括电源装置。电源装置优选设置为能够在底部电极和表面电极之间施加电压。由此，能够在中间层产生电场，通过该电场使电子能够流过中间层，能够从表面电极发射电子。此外，通过该电子能够在气相中产生阴离子。此外，电源装置优选设置为能够在电子发射元件和电荷回收电极之间产生电位差。由此，能够在表面电极和培养基的表面之间产生电场，能够通过该电场使阴离子输送到培养基。

前述电源装置优选以如下方式与电子发射元件以及电荷回收电极电连接：通过从电子发射元件向培养基供给电流而在气相中产生的电流，以及通过电荷回收电极从培养基中回收电荷而在培养基中产生的电流成为回路电流。由此，能够将电荷有效地供给至培养基，能够适当地刺激细胞。

本发明的细胞刺激装置优选具备绝缘构件和固定在该绝缘构件上的针状端子。此外，电子发射元件优选固定在绝缘构件上。再者，针状端子优选以其前端部与底部电极接触。通过这种构造，能够经由针状端子将电压施加到底部电极。此外，能够抑制针状端子与底部电极之间的接触不良的发生。

在本发明的细胞刺激装置中包含的电荷回收电极优选固定在绝缘构件上。通过这种构造，当将绝缘构件配置在培养基上时，能够使电荷回收电极和培养基接触。

本发明还提供一种细胞培养装置，其包括本发明的细胞刺激装置和用于容纳培养基的培养容器。细胞刺激装置包括绝缘构件。前述电子发射元件固定在前述绝缘构件上。绝缘构件配置在培养容器上，使表面电极和培养基的表面隔着气相对置。

前述绝缘构件优选使得表面电极与培养基的表面之间的距离为0.5mm以上且3mm以下地配置。由此，可以容易地将在气相中产生的阴离子供给至培养基。

前述电荷回收电极优选固定在培养容器中。由此，能够抑制泄漏电流在电荷回收电极和电子发射元件之间流动。

本发明还提供一种细胞刺激方法，其包括通过在电子发射元件的底部电极和表面电极之间施加电压，经由气相向培养细胞的培养基供给电荷的步骤，前述电子发射元件包括表面电极、底部电极、配置在底部电极和表面电极之间的中间层。前述电荷供给步骤是利用电子发射元件和培养基之间的电场供给电荷的步骤。

以下，参照多个实施方式而更详细地说明本发明。附图或以下的描述中示出的构成是示例，本发明的范围并不限于附图或以下描述中示出的内容。

[第一实施方式]

图1是本实施方式的包含细胞刺激装置30的细胞培养装置35的概要剖面图，图2是细胞培养装置35的概要电路图。本实施方式的细胞刺激装置30的特征在于，其为用于刺激在培养基2中培养的细胞3的细胞刺激装置30，细胞刺激装置30包括：电子发射元件4，其经由气相21将电荷供应至前述培养基2；电荷回收电极9，其从前述培养基2回收电荷，前述电子发射元件4包括底部电极6、表面电极8以及设置在底部电极6与表面电极8之间的中间层7，前述电荷回收电极9设置为能够与前述培养基2接触。

本实施方式的细胞培养装置35包括本实施方式的细胞刺激装置30和用于容纳培养基2的培养容器20。

本实施方式的细胞刺激方法包括电荷供给步骤，其通过在电子发射元件4的底部电极6和表面电极8之间施加电压，经由气相21向培养细胞3的培养基2供给电荷，前述电子发射元件4包括底部电极6、表面电极8、配置在底部电极6和表面电极8之间的中间层7，电荷供给步骤是利用电子发射元件4和培养基2之间的电场供给电荷的步骤。

在本说明书中，电荷包含电子、气相中的离子、液体中的离子。

以下，说明本实施方式的细胞刺激装置30、细胞培养装置35以及细胞刺激方法。

细胞刺激装置30是用于以细胞的增殖和诱导分化为目的对培养基2中培养的细胞3施加电刺激的装置。

在培养基2中培养的细胞3是例如多细胞生物的细胞和组织、已导入基因的细胞、已重组基因的细胞、微生物等。细胞3是能够响应电刺激的细胞。作为响应电刺激的细胞可以例举：肌肉细胞、神经细胞、成骨细胞、破骨细胞、软骨细胞、骨细胞、成纤维细胞等。

此外，在培养基2中培养的细胞3可以使用事前预培养的细胞。此外，可以将预培养的细胞接种到培养基2上，使得细胞3以10³至10⁶个细胞/cm²的浓度包含在培养基2中。

培养基2为细胞3提供了生长环境。培养基2只要是常用的细胞培养用培养基，就可以没有特别限制地使用。培养基2可以是液体培养基，也可以是用琼脂等胶凝剂使液体培养基固化而得到的固体培养基。此外，培养基2可以是液体培养基和固体培养基的组合。培养基2是例如mem培养基(eagle最小必需培养基)、d-mem培养基(dulbecco改型eagle培养基)、α-mem培养基(α改型eagle最小必需培养基)、gmem(glasgow最小必需培养基)、ham’sf-12(ham’sf-12营养混合物)、imdm(iscove改型dulbecco培养基)、rpmi-1640培养基、d-pbs(dulbecco磷酸(盐)缓冲生理盐水)、hbss(hank’s平衡盐溶液)等。

培养基2容纳在培养容器20中。培养容器20是例如具有多个孔12的多孔板或培养皿。此外，细胞培养装置35可以通过将培养容器20和细胞刺激装置30组合而形成。培养容器20的材质可以是现有的材料如玻璃、塑料等。培养容器20优选对容器底面赋予适用于细胞3固定的表面处理。表面处理可以是将基质蛋白，胶原蛋白，纤连蛋白，层粘连蛋白等施加到容器底面的通常已知的处理。

细胞培养装置35可以配置在恒温箱18中。由此，能够控制培养基2的温度、气氛气体等，能够稳定地培养细胞3。培养气氛是包含例如温度：37℃，相对湿度：95％，气氛气体：5％二氧化碳的空气。

细胞刺激装置30包括电子发射元件4，该电子发射元件4经由气相21向培养基2提供电荷。电子发射元件4是具有平面形状且能够发射电子的元件。电子发射元件4包括底部电极6，表面电极8以及设置在底部电极6和表面电极8之间的中间层7。此外，能够通过电源装置11b在表面电极8和底部电极6之间施加电压以在中间层7产生电场。通过该电场，能够使电子流过中间层7，能够从电子发射元件4的表面电极8发射电子。这些电子在气相21中产生如氧阴离子的电荷。此外，该阴离子被照射到培养基2上。

例如，通过电源装置11b能够在表面电极8和底部电极6之间施加峰值为14v0-p至24v0-p且频率为500至10000hz的矩形波交流电压。此外，开关占空比可以在1到100％之间变化。此外，来自电子发射元件4的离子的照射量可以为0.5至5.0μa/cm²。如果小于0.5μa/cm²，则培养变得缓慢，而如果大于5.0μa/cm²，则死亡的可能性很大，培养变得缓慢。

此外，将驱动中的离子照射量设定为大致恒定值(波动幅度在±10％以内，优选在±5％以内)，为了满足照射量，可以控制作为参数的驱动电压的峰值或矩形波占空比。通过将离子照射量设定为大致恒定值，能够稳定地进行培养。

表面电极8是位于电子发射元件4的表面上的电极。表面电极8具有5nm以上且100nm以下，优选为40nm以上且100nm以下的厚度。此外，表面电极8的材质为例如金、铂。由此，通过高压釜灭菌等能够抑制表面电极8的氧化。此外，表面电极8也可以由多个金属层形成。

即使在厚度优选为40nm以上的情况下，表面电极8也可以具有多个开口、间隙、厚度薄至10nm以下的部分。流过中间层7的电子能够通过或穿透该开口、间隙、变薄的部分，能够从表面电极8发射电子。这样的开口、间隙、变薄的部分可以通过在底部电极2和表面电极4之间施加电压(成形处理、施加初始电压)形成。

底部电极6是经由中间层7与表面电极8对置的电极。底部电极6可以是金属板，也可以是由具有金属层或导电体层的绝缘体制成的板。此外，底部电极6由金属板制成的情况下，该金属板可以是电子发射元件4的基板。底部电极6的材料是例如铝，不锈钢，镍等。底部电极6的厚度是例如200μm以上且1mm以下。

中间层7是通过在表面电极8和底部电极6上施加电压而形成的电场使电子流过的层。中间层7可以具有半导电性。中间层7包含绝缘树脂，导电树脂和绝缘微粒中的至少一种。此外，中间层7优选含有导电微粒。中间层7的厚度可以为例如1μm以上且1.8μm以下。由于流过中间层7的电子是从表面电极8发射的，因此电子发射元件4可以将电子从表面电极8面发射。因此，电子能够均匀地发射到表面电极8上的气相21，能够通过该电子产生诸如氧阴离子的电荷。

电子发射元件4可以在表面电极8和底部电极6之间具有绝缘层5。该绝缘层5可以具有开口。绝缘层5的开口被设置为与表面电极的电子想要发射的区域相对应。由于电子不能流过绝缘层5，因此电子流到对应于绝缘层5的开口的中间层7，且电子从表面电极8发射。因此，通过设置绝缘层5，可以在表面电极8上形成电子发射区域。

电子发射元件4能够可拆卸地固定在绝缘构件13上。通过将该绝缘构件13配置在培养容器20上，电子发射元件4可以配置为电子发射元件4的表面电极8经由气相21与培养容器20内的培养基2对置。通过这样配置电子发射元件4，通过从电子发射元件4的表面电极8侧发射的电子在电子发射元件4和培养基2之间的气相21中能够形成如氧阴离子的电荷。此外，电子发射元件4可以配置为使得表面电极8和培养基2的表面实质性平行。

绝缘构件13也可以与盖构件10成一体化。在这种情况下，可以这样设置绝缘构件13：绝缘构件13从盖构件10朝向培养基2(在孔12中)侧突出。此外，电子发射元件4固定于从盖构件10突出的绝缘构件13的前端面且平行于培养基2的表面。

绝缘构件13和盖构件10的材料优选为具有耐热性的peek材料或氟基材料。面对细胞的构件预先用高压釜灭菌处理。由于使用超过150℃的高温水蒸汽进行处理，因此必须承受材料的反复热变形。

盖构件10设置为细胞刺激装置30可以装载在培养容器20上。另外，盖构件10可以具有绝缘性。

绝缘构件13或盖构件10可以设置为表面电极8与培养基2的表面之间的距离为0.5mm以上且3mm以下。由此，能够容易地将在气相21中产生的阴离子供给至培养基2。表面电极8与培养基2的表面之间的距离可以优选为1mm以上且2mm以下。

例如，通过调节培养容器20的孔的深度、培养基2的深度、从盖构件10突出的绝缘构件13的高度等来调节表面电极8与培养基2的表面之间的距离。

这样，通过使电子发射元件4经由气相21与培养基2的表面对置，可以抑制从气相21向培养基2的氧气供应受到的阻碍。因此，可以维持培养基2的溶解氧量。

此外，通过以可拆卸的方式将电子发射元件4固定在绝缘构件3上，可以容易地更换电子发射元件4。

细胞刺激装置30可以具有固定在绝缘构件13的第一端子15和第二端子16。第一端子15和第二端子16均具有与电子发射元件4接触的接点。在电子发射元件4安装到绝缘构件3的情况下，可以以第一端子15与底部电极6电连接、第二端子16与表面电极8电连接的方式设置第一端子和第二端子以及电子发射元件4。可以经由第一端子和第二端子在表面电极8和底部电极6之间施加电压。

电荷回收电极9被设置成能够与培养细胞3的培养基2接触。因此，电子能够从培养基2流到电荷回收电极9，能够使电荷回收电极9和培养基2的电位相等或几乎相等。例如，如果电荷回收电极9接地连接，则能够抑制培养基2带电。

在本实施方式的细胞刺激装置30中，由于将通过电子发射元件4产生的电荷经由气相21供给至培养基2，因此，与培养基2接触的电极只有电荷回收电极9。因此，可以抑制培养基2中包含的水的电解。此外，由于电荷回收电极9具有正极性，因此可以抑制培养基2的成分组成发生变化，而培养基2中的矿物质成分(k⁺，ca²⁺，na⁺，mg²⁺等)不会在电荷回收电极9上析出。

电荷回收电极9可以固定在例如绝缘构件13或盖构件10上。电荷回收电极9可以设置为，当将绝缘构件13和盖构件10设置在培养容器20上时，电荷回收电极9接触培养基2。

电荷回收电极9的形状为例如棒状、板状、网状或穿孔金属板。此外，电荷回收电极9可以具有平板、网或穿孔金属板安装在棒的前端的结构。安装在电荷回收电极9中包含的棒的前端上的平板、网或穿孔金属板可以配置在孔12的底部，使细胞3位于电荷回收电极9和电子发射元件4之间。如果是这样的构造，则通过电子发射元件4的电子发射在培养基2的表面上产生的阴离子流向孔12的底部。因此，可以有效地对培养基2中培养的细胞3施加电刺激。

通过用电源装置11a对电子发射元件4或电荷回收电极9施加电压，能够在电子发射元件4的表面电极8和培养基2的表面之间的气相21中产生电场。通过电子发射元件4发射的电子产生的阴离子能够沿着该气相21的电场中的电场线(电场强度的梯度)输送到培养基2的表面(电流能够流过气相21)，能够在培养基2产生阴离子(oh^—、cl^－、o2^－等)。通过该阴离子可以对在培养基2中培养的细胞3给予电刺激。此外，由于阴离子在培养基2中移动并流到电荷回收电极9(电流在培养基2中流动)，从而能够抑制培养基2带电。

例如，电荷回收电极9接地连接，可以通过电源装置11a在电子发射元件4和接地之间施加-1000v至-50v的直流电压。此外，电子发射元件4的表面电极8与培养基2的表面之间的距离可以为0.5mm至3mm(优选为1mm以上且2mm以下)。由于电荷回收电极9接地连接，因此培养基2的电位几乎变为0v，表面电极8的电位变为-1000v～-50v。此外，由于培养基2与表面电极8之间的距离为0.5mm至3mm，因此能够在培养基2与表面电极8之间的气相21中产生具有强电场强度的电场。通过电子发射元件4发射的电子产生的阴离子利用该电场可以被供给到培养基2。

电源装置11a、11b与电子发射元件4以及电荷回收电极9能够电接触，使得通过从电子发射元件4向培养基2供给电荷而在气相21中产生的电流、以及通过电荷回收电极9从培养基2回收电荷而在培养基2中产生的电流形成回路电流。

例如，如图1和图2所示，通过使用电源装置11a在表面电极8和电荷回收电极9之间施加电压ve而产生的电场使离子b^-(通过从表面电极8发射的电子在气相21中产生离子b^-)在气相21中移动，从而在气相21中产生电流；到达培养基2的离子b^-溶解在培养基2中，通过刺激与细胞的各种要素的形成相关的信号传导系统，通过最终以离子c^-(离子c^-是离子b^-本身和/或由离子b^-衍生的另一种离子)的形式移动到电荷回收电极9，从而在培养基2中产生电流。因此，回路电流能够在包含电源装置11a、表面电极8、气相21和培养基2的回路中流动。

由于电子发射元件4可以使电子从表面电极8面发射，因此可以在培养基2的表面和表面电极8之间的气相21中均匀地产生阴离子。由于通过电场可以将该阴离子供给至培养基2，因此能够在位于表面电极8下方的培养基2中也均匀地产生阴离子，能够对位于表面电极8下方的细胞3给予均匀的电刺激。因此，能够将电刺激均匀地施加到想要施加电刺激的细胞。

例如，通过细胞刺激装置30的电刺激(离子照射)可以从例如被接种的细胞开始细胞分裂的时间开始。

此外，对固定有细胞3的培养基2的离子照射可以以适应细胞类型来规定的照射量、照射间隔、照射时机进行。

从电子发射元件4发射电子的时间(通过电源装置11a和11b施加电压的时间)可以是例如5秒钟以上且1分钟以内。

[第二实施方式]

图3是本实施方式的细胞培养装置35的概要立体图，图4是本实施方式的细胞刺激装置30的概要分解图。

在本实施方式中，如图3所示的细胞刺激装置30中包含的电子发射元件4如图4的立体图，设置为可以从绝缘构件13取出。

电子发射元件4在作为底部电极6的金属板上层叠了中间层7以及表面电极8。例如，底部电极6是12mm×24mm见方、0.5mm厚的金属板。此外，底部电极6的材质是例如铝，不锈钢，镍等。此外，中间层7的厚度是例如1.0μm～1.8μm。

在底部电极6与表面电极8之间层叠有在形成电子发射区域25的部分具有开口的绝缘层5。由于没有电流流过绝缘层5，因此仅从与绝缘层5的开口相对应的表面电极8的电子发射区域25发射电子。绝缘层5的开口可以是例如5mm见方。绝缘层5可以使用诸如金属氧化物、金属氮化物等无机材料，诸如硅树脂、酚醛树脂等有机材料。

表面电极8可以具有40nm以上且100nm以下的厚度。由此，电子可以从表面电极8的与绝缘层5的开口相对应的电子发射区域25流过中间层7发射。例如，表面电极8的尺寸可以是18mm×8.5mm见方。此外，电子发射区域的尺寸可以是5mm见方。表面电极8的材质为例如金或铂。

第一端子15a和15b配置在绝缘构件13中设置的开口中，呈针形，该第一端子15a和15b的前端部成为与电子发射元件4的底部电极6背面的接点。因此，可以经由第一端子15将电压施加到底部电极6。此外，通过将第一端子15的前端部作为接点，可以抑制第一端子15与底部电极6之间发生接触不良。此外，第一端子15也可以是弹簧型针状端子。由此，能够抑制第一端子15与底部电极6之间发生接触不良。

通常，在细胞培养装置35中培养细胞3之前，使用高压釜对细胞刺激装置30进行灭菌。由于高压釜灭菌是通过高温水蒸汽的处理，因此通过该处理会有在细胞刺激装置30所包含的金属构件(例如，用作底部电极6的金属板)的表面上形成氧化薄膜的情况。该氧化膜是引起接触不良的原因。通过将针状的第一端子15的前端部作为接点，该前端部能够穿透氧化膜，能够可靠地确保第一端子15与底部电极6之间的导电。

第二端子16被设置成将电子发射元件4固定到绝缘构件13，并与电子发射元件4的表面电极8接触。因此，可以经由第二端子16将电压施加到表面电极8。此外，第二端子16以及上述第一端子15可以是在表面上具有镀金层的金属板。从而，能够抑制通过高压釜灭菌而在第二端子16的表面上形成薄的氧化膜，能够抑制接触不良的发生。

绝缘构件13在其表面上具有狭缝构造。因此，能够抑制在电荷回收电极9以及与电极9电连接的金属构件、电子发射元件4以及与元件4电连接的金属构件之间产生泄漏电流(边缘泄漏)。其他的构成与第一实施方式相同。此外，只要没有矛盾，上述第一实施方式的描述也适用于第二实施方式。此外，绝缘构件13的表面上的狭缝结构可以应用于第一实施方式等其他结构。

在本实施方式中，虽然电子发射元件4具有长方形的形状(电子发射区25a和25b是正方形)，但是根据情况可以具有圆形或星形等形状。作为一个例子，为了尽可能高效地使用培养基2，也有可能做成与培养基2的形状一致的形状(但是，由于不能与电荷回收电极9接触，因此成为该部分具有缺口的形状)。

[第三实施方式]

图5是本实施方式中的细胞培养装置30中包含的电子发射元件4的概要俯视图。

电子发射元件4中包括的底部电极6由多个细长电极组成，例如在图5中是由电极6a至6j构成。电极6a至6j可以被配置为平行。这些电极6a至6j可以形成在例如绝缘基板上的金属层或导体层。由此，电极6a至6j可以被电分离。此外，可以将不同的端子分别连接到电极6a至6j。

电子发射元件4中包含的表面电极8由多个细长的电极组成，例如在图5中的电极8a至8j构成。电极8a～8j可以被平行地配置。这些电极8a至8j可以是例如形成在中间层7上的金属层或导体层。此外，可以将不同的端子连接到电极8a至8j。

底部电极6和表面电极8以格子状地配置，使得电极6a至6j和电极8a至8j中的一方变为行而另一方变为列。此外，有在电极6a至6j和电极8a至8j相交的位置处具有开口的绝缘层5层叠在底部电极6与中间层7之间。因此，可以在表面电极8中的电极6a至6j和电极8a至8j相交的位置(与绝缘层5的开口相对应的位置)处形成电子发射区域25。这些电子发射区域25排列成矩阵。

通过改变施加电压的电极6a至6j和电极8a至8j的组合，以矩阵形式排列的多个电子发射区域25中，可以不将电子发射至一部分电子发射区域25，而将电子发射至另一部分的电子发射区域25。例如，当仅在电极6a至6e与电极8a至8e之间施加电压时，电子被发射到这些电极的交点处的电子发射区域25，而电子不被发射到其他电子发射区域25中。因此，可以仅对位于发射电子的电子发射区域25下方的培养基中的细胞施加电刺激。即，可以仅对存在于培养基2的选择区域中存在的细胞3施加电刺激。

通过改变由电极6a至6j和电极8a至8j的组合施加的电压，可以改变以矩阵排列的多个电子发射区域25中的电子发射量。例如，在电极6a至6e与电极8a至8e之间施加峰值为20v的交流电压，且在电极6f至6j与电极8f至8j之间施加峰值为10v的交流电压，能够给予电极6f至6e与电极8f至8j之间以及电极6f至6j与电极8a至8e之间15v的电位差。在这种情况下，在电极6a至6e与电极8a至8e的交点处的电子发射区域25中的电子发射量相对较大，在电极6f至6j与电极8f至8j的交点处的电子发射区域25中的电子发射量相对较小。此外，在电极6a至6e与电极8f至8j的交点处的电子发射区域25中的电子发射量和在电极6f至6j与电极8a至8e的交点处的电子发射区域25中的电子发射量为中等程度。施加到培养基2中的细胞3的电刺激的强度也根据发射的电子量而变化。因此，可以使电刺激量维持期望的分布，对培养基2中的细胞3进行电刺激。此外，可以通过改变一个孔12中的电刺激量来进行筛选测试。

其他构成与第一或第二实施方式相同。此外，上述第一或第二实施方式的记载只要没有矛盾，也适用于第三实施例。

[第四实施方式]

图6是本实施方式中的细胞培养装置35的概要剖面图。

在本实施方式中，电荷回收电极9固定在培养容器20上。另一方面，电子发射元件4固定在绝缘构件13上。利用这种构成，可以抑制泄漏电流在电荷回收电极9和电子发射元件4之间流动。此外，电荷回收电极9配置在孔12的底部，细胞3位于电荷回收电极9和电子发射元件4之间。因此，通过细胞刺激装置30的离子照射在培养基2的表面上产生的阴离子流向孔12的底部。因此，可以有效地对培养基2中培养的细胞3施加电刺激。

其他构成与第1～3实施方式相同。另外，第1～3实施方式的描述只要没有矛盾，也适用于第四实施方式。

[第五实施方式]

图7是本实施方式中的细胞培养装置35的概要剖面图。

在本实施方式中，培养容器20包括多个孔12a至12c。此外，细胞刺激装置30包括与孔12a至12c对应的绝缘构件13a至13c，电子发射元件4a至4c以及电荷回收电极9a至9c。通过这样的构成，能够对培养容器20的各个孔12a至12c中培养的细胞给予电刺激。

此外，通过使用开关电路控制电源装置11的电压的施加，可以仅在多个孔12内的必要位置以必要的时间、在必要的时机对细胞进行电刺激。

培养容器20具有的孔12的数量没有特别地限制。例如，培养容器20是6孔板。

细胞刺激装置30可以包括对应于培养容器20具有的所有孔12的绝缘构件13、电子发射装置4和电荷回收电极9，也可以包括对应于培养容器20具有的一部分孔12的绝缘构件13、电子发射元件4以及电荷回收电极9。

此外，细胞刺激器30可以是多个绝缘构件13固定在一个盖构件10的构造。

其他构成与第1～4实施方式相同。此外，第1～4实施例的记载只要没有矛盾，也适用于第五实施例。

附图标记说明

2、2a～2c:培养基

3、3a～3c:细胞

4、4a～4c:电子发射元件

5:绝缘层

6、6a～6j:底部电极

7:中间层

8、8a～8j:表面电极

9、9a～9c:电荷回收电极

10:盖构件

11、11a、11b:电源装置

12、12a～12c:孔

13、13a～13c:绝缘构件

15、15a、15b:第一端

16:第二端子

18:恒温箱

20:培养容器

21:气相

25、25a、25b:电子发射区域

30:细胞刺激装置

35:细胞培养装置