平面膜片钳装置以及平面膜片钳系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计量随着细胞膜的电活动而产生的电流等的平面膜片钳装置以及平面膜片钳系统。另外，还涉及使用平面膜片钳装置或者平面膜片钳系统的药剂的筛选方法。
【背景技术】
[0002]作为埋入于细胞膜中的膜蛋白质的离子通道是与生物系的信号传递相关的重要的蛋白质。在该离子通道的功能的计量、利用该功能的药品开发中，要求计量在离子通道中流通的电流。应对这种要求，作为计量离子通道电流的技术而开发出的方法，有膜片钳法。
[0003]作为膜片钳法而最初开发出的是移液管膜片钳法，但仅能够在单点记录细胞的离子通道电流，存在无法应用于基于多点计量的高通量筛选(high-throughput screening)的课题。作为解决这种课题的技术，开发出了平面膜片钳法。在平面膜片钳法中，例如日本特表2003-511668号公报(专利文献I)、日本特表2005-536751号公报(专利文献2)等所公开那样，在硅芯片等固体基板上设置多个微小的贯通孔，并且将细胞配置于各贯通孔上，使用电极来计量各细胞的离子通道电流，从而能够实现离子通道电流的多点计量。具体而言，在基板上的细胞的周围配置巴斯溶液，在基板的贯通孔的下部配置移液管溶液，在巴斯溶液以及移液管溶液中分别配置被电导通的电极(上部电极以及下部电极)，向电极之间外加膜电位，从而测定离子通道电流。
[0004]本发明的发明人等在此之前对平面膜片钳法提出了各种改进。例如，在日本特开2009-204407号公报(专利文献3)以及Urisu et al.,Analytical and B1analyticalChemistry，(2008)，391: 2703-2709(非专利文献I)中公开了如下的培养型平面膜片钳装置，该培养型平面膜片钳装置通过在基板贯通孔的周边设置细胞外基质形成物质，延长配置在贯通孔的开口部的细胞的寿命，能够一边培养细胞一边测定离子通道电流。在国际专利公开第2013/094418号小册子(专利文献4)中公开了如下的平面膜片钳装置，该平面膜片钳装置通过无机多孔质材料构成电极容器末端，通过使用密封有饱和电极溶液的电极部(盐桥型电极部)而防止膜电位变动，减少干扰，提高电流测定精度。在国际专利申请第PCT/JP2013/57976号(W02014/045618:专利文献5)中记载了如下的平面膜片钳装置，该平面膜片钳装置通过在细胞培养基板的包括贯通孔在内的细胞配置区域形成用突起部围成的细胞固定位置，能够在限制神经元移动的同时构成神经网，从而提高电流测定精度。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特表2003-511668号公报
[0008]专利文献2:日本特表2005-536751号公报
[0009]专利文献3:日本特开2009-204407号公报
[0010]专利文献4:国际公开第2013/094418号[0011 ] 专利文献5:国际公开第2014/045618号
[0012]非专利文献
[0013]非专利文南犬1: Urisu et al.,Analytical and B1analytical Chemistry ,(2008),391:2703-2709
[0014]然而，在平面膜片钳装置中，在基板贯通孔下配置有保持移液管溶液等导电性液体的贮液部，并且为了进行该液体的导入、更换而在贮液部上连结有送液排液用的流路。下部电极通常设置于该流路。但是，导电性液体容易经由该送液排液流路而泄漏，并且在不进行测定时，电流也容易经由该送液排液用流路向下部电极泄漏，存在电极容易劣化的课题。
[0015]另外，在将平面膜片钳装置应用于各种筛选的情况下，其高通量化非常重要。理论上，能够通过配置多个单一通道的膜片钳装置来实现高通量化。但是，在该结构的膜片钳装置中，存在装置整体大型化、成本提高，而且必须在每个装置上配置电极，需要进行装置的维护、更换的操作的课题。
[0016]特别是，在培养型平面膜片钳法中，如上述日本特开2009-204407号公报(专利文献3)所记载那样，使用在贯通孔的周边附着有细胞外基质形成物质的基板。因此，如上述国际公开第2013/094418号小册子(专利文献4)所公开那样，在被捕获的细胞的细胞膜与基板表面之间产生微小的间隙，由此密封电阻降低，在此基础上又因为在该间隙中流通的漏电流，存在干扰电流相对于外加膜电位的变动变大的课题。因此，为了减少外加膜电位的变动，使用精密且纤细的电极部(盐桥型电极部)，该电机部通过将对银线表面进行氯化后的AgCl/Ag线收容于容器中，利用分别以饱和状态溶解有KCl以及AgCl的饱和电解液填充容器，在此基础上利用无机多孔质材料构成电极容器末端，封闭饱和电极溶液而得到。电极部在每次短期(例如I天等)使用时都需要进行电极部的拆解、清洗、饱和电解液的更换、以及电极部本身的更换等操作。在进行盐桥型电极部内的饱和电解液的更换时，需要细心注意以便不使气泡进入，其结果是，维护所需的操作、时间增多。在多通道的情况下，维护更加繁琐。
【发明内容】
[0017]发明要解决的课题
[0018]本发明的发明人等鉴于这种课题而进行了深入研究，其结果是，提出了如下结构的平面膜片钳装置，由此解决了上述课题，该平面膜片钳装置在与基板的细胞配置面相反侧的贮液部和电极部之间的送液排液流路上配置阀(优选为微型阀)，通过该阀来控制电解液的流通以及电导通的允许/停止。
[0019]用于解决课题的方法
[0020]S卩，本发明的主旨如下。
[0021][I] 一种平面膜片钳装置，具有:
[0022]电绝缘性基板，其包括具有细胞配置区域的第一表面以及作为该第一表面的相反面的第二表面，并且所述电绝缘性基板在细胞配置区域内具有不使细胞通过但能够使液体通过的贯通孔；
[0023]第一贮液部，其以能够与贯通孔连通的方式设置在电绝缘性基板的第一表面侧，且用于保持第一导电性液体；
[0024]第一电极部，其配置为能够经由第一导电性液体而与第一贮液部电导通；
[0025]第二贮液部，其以能够与贯通孔连通的方式设置在电绝缘性基板的第二表面侧，且用于保持第二导电性液体；
[0026]第二电极部，其配置为能够经由第二导电性液体而与第二贮液部电导通；
[0027]送液流路，其与第二贮液部连结，并向第二贮液部输送第二导电性液体；
[0028]排液流路，其与第二贮液部连结，并从第二贮液部排出第二导电性液体;以及
[0029]阀，其设置于送液流路以及/或者排液流路，能够允许或者停止第二导电性液体的流通，并且能够允许或者停止第二贮液部与第二电极部的电导通。
[0030][2]在[I]所述的平面膜片钳装置的基础上，电绝缘性基板分别具有多个细胞配置区域以及与所述多个细胞配置区域对应的贯通孔，并且所述电绝缘性基板与多个细胞配置区域对应地设置有多个第二贮液部，
[0031]送液流路具有:送液主流路、以及从送液主流路分支且分别与多个第二贮液部连结的多个送液支流路，
[0032]排液流路具有:分别与多个第二贮液部连结的多个排液支流路、以及多个排液支流路汇合而成的排液主流路，
[0033]第二电极部设置于送液主流路以及/或者排液主流路，
[0034]阀设置于各送液支流路以及/或者各排液支流路。
[0035][3]在[I]或[2]所述的平面膜片钳装置的基础上，阀关闭时的阀前后的电阻值为I兆欧姆以上。
[0036][4]—种平面膜片钳系统，具备:[I]至[3]中任一项所述的平面膜片钳装置；
[0037]控制所述平面膜片钳装置的各阀的开闭的控制部；以及
[0038]检测所述平面膜片钳装置的各电极部的电信号的电检测部。
[0039][5]在[4]所述的平面膜片钳系统的基础上，所述平面膜片钳系统具有多个所述平面膜片钳装置。
[0040][6]在[4]或[5]所述的平面膜片钳系统的基础上，所述平面膜片钳系统还具备光检测部，所述光检测部检测来自配置于所述平面膜片钳装置中的细胞的光信号。
[0041][7] —种方法，使用[I]至[3]中任一项所述的平面膜片钳装置、或者[4]至[7]中任一项所述的平面膜片钳系统，筛选对神经网造成影响的药剂。
[0042]发明效果
[0043]根据本发明的平面膜片钳装置，由于能够通过阀来控制与基板(2)下部的贮液部连结的送液排液流路中的液体(电解液等)的流通以及电导通，因此能够可靠地防止经由送液排液流路产生的漏液、漏电。由此，能够防止因不进行测定时的漏电而导致的电极的劣化。另外，基板下部的贮液部的液体的更换也变得更加容易。
[0044]另外，在配置有多个平面膜片钳装置的多通道型膜片钳中，也能够使电极部共用化，能够简化/缩短电极部的维护操作。特别是，在电极部的维护操作繁琐的培养型平面膜片钳装置中，该电极部的维护操作的简化/缩短的优点显著增大，有助于装置的高通量化。此外，通过电极部的共用化，还能够实现装置的小型化。
[0045]此外，根据设置有多个本发明的平面膜片钳装置的复合型的平面膜片钳系统，在膜片钳装置之间也能够使电极部共用化。由此，实现了进一步的高通量化。
【附图说明】
[0046]图1是示出单一通道型平面膜片钳装置(I)的结构的一例的简图。
[0047]图2是示出盐桥型电极部(7、70的结构的一例的简图。
[0048]图3(a)?(C)是示出微型阀(31)的结构的一例的简图。图3(a)是微型阀(31)的立体图，图3(b)是图3(a)的微型阀(31)的俯视图，图3(c)示出图3(a)的微型阀(31)的a-a'以及b-K剖视图。在图3(a)?(c)中，左侧的图示出关闭状态的微型阀(31)，右侧的图示出打开状态的微型阀(31)。
[0049]图4A以及B是示出多通道型平面膜片钳装置(Ia)的结构的一例的简图。
[0050]图4A以及B是示出多通道型平面膜片钳装置(Ia)的结构的一例的简图。
[0051]图4C是示出设置有两个电极部的情况的多通道型平面膜片钳装置的结构的一例的简图。
[0052]图5(a)是示出设置有多个多通道型平面膜片钳装置(Ia)的复合多通道型平面膜片钳装置(Ib)的结构的一例的简图。图5(b)是用于对图5(a)的复合多通道型平面膜片钳装置(Ib)所具有的流路系统的结构的一例进行说明的概念图。图5(c)是示出图5(a)的复合多通道型平面膜片钳装置(Ib)中的配置四个多通道型平面膜片钳基板的基板配置区域的简图。
[0053]图6是示出多通道(5通道)型平面膜片钳基板的一例的简图