專利名稱：細胞外電位測定裝置及其制造方法
技術領域：
本明涉及一種為了測定細胞外電位或在細胞的活動中產(chǎn)生的物理化學變化而使用的細胞外電位測定裝置及其制造方法，例如，用于通過化學物質(zhì)檢測細胞產(chǎn)生的反應的藥品的鑒別。
背景技術：
目前，開發(fā)新的藥品時，以細胞的電氣活動為指標，通過膜片鉗定法(patch-clamp)，使用熒光色素或發(fā)光指示劑的方法進行候補藥品的鑒別。
在該膜片鉗定法中，使用微小電極測頭(micropipette)，以電氣方法記錄通過附著在微型吸管前端部分上的、稱為細胞膜的碎片的微小部分上的單一通道蛋白質(zhì)分子的離子的輸送。這種方法為可以實時研究一個蛋白質(zhì)分子的功能的少數(shù)方法中的一種(例如《MolecularBiology of the Cell Third Edition》，Garland Publishing Inc.，New York，1994，Bruce Alberts，日語版《細胞分子生物學》第三版，181～182頁，1995年，教育社)。
此外，通過根據(jù)特定的離子濃度的變化發(fā)光的熒光色素或發(fā)光指示劑，通過監(jiān)視細胞內(nèi)的離子移動，可以測定細胞的電氣活動。
但是，由于膜片鉗定法在制造和操作微型吸管時需要特殊的技術，并在測定一個試料中需要很多時間，所以在對于高速鑒別大量藥品的候補化合物不適合。另外，使用熒光色素的方法，雖然可以高速鑒別大量的藥品候補化合物，但需要染色細胞的工序，并且在測定時，由于色素的影響，背景也會變色，并且在之后的同時脫色，因此S/N比不好。
WO 02/055653號公報說明了通過具有細胞保持裝置的基板及設在保持裝置上的電極，測定細胞外電位的目前的裝置。使用該裝置，可以得到與由膜片鉗定法得到的數(shù)據(jù)相同的高品質(zhì)的數(shù)據(jù)，而且還可以使用熒光色素，高速簡單地測定大量的試劑。
現(xiàn)使用附圖，詳細說明這種目前的細胞外電位測定裝置的動作。
圖45為目前的細胞外電位測定裝置49的截面圖。在凹坑40內(nèi)加入培養(yǎng)液48A，并通過設在基板42上的細胞保持部分捕捉保持被驗體細胞47。細胞保持部分由在基板42上形成的凹部41和通過開口部44A連通凹部41的通孔44構成。在通孔44中配置作為傳感器的一部分的測定電極45，測定電極45經(jīng)過線路輸出在通孔44內(nèi)的培養(yǎng)液48B的電位。
在測定時，被驗體細胞47被從通孔44通過吸引泵貼緊保持在凹部41的開口部41A上。由此，通過被驗體細胞47的活動產(chǎn)生的電氣信號49A不會漏入凹坑40內(nèi)的培養(yǎng)液48A中，并被安裝在通孔44的測定電極45檢測出來。
在目前的細胞外電位測定裝置49中，通孔44在凹部41的最深處形成。所以，即使在被驗體細胞47被保持在凹部41中的情況下，當細胞膜貼緊凹部41的中間部分時，通孔44內(nèi)的培養(yǎng)液48B與凹坑40的培養(yǎng)液48B電氣上導通，也不能進行精度高的測定。
另外，不可能研究被驗體細胞47是否保持在凹部41中，還以覆蓋通孔44的方式細胞膜貼緊著。
保持被驗體細胞47的凹部41的直徑為10～30μm，在通孔44的基板42上開口的開口部44B的直徑為1～5μm，且在基板42的兩面分別形成2種直徑的開口41A、44B。為了正確形成該形狀，需要二種掩膜(mask)。在用第一掩膜進行光刻的脫水腐蝕而形成凹部41后，進行用第二掩膜的脫水腐蝕，進而形成通孔44。
在用第一掩膜進行脫水腐蝕后，并在使用第一掩膜進行脫水腐蝕時，二個掩膜的對準產(chǎn)生偏差。另外，由于使用兩個掩膜分別進行脫水腐蝕，因此，目前的裝置49制造費事并導致成本升高。
此外，在目前的裝置49中，由于將被驗體細胞47保持在凹部41內(nèi)，需要從凹坑40對培養(yǎng)液48A加壓或?qū)ν?4的培養(yǎng)液48B減壓中的至少一種。與此同時，與測定有45接觸。通過使該上下的壓力差成為適當?shù)闹担囵B(yǎng)液48B在通孔44的開口44B處。形成新月形形狀而穩(wěn)定。
圖45所示的直線的開口44B的形狀，能夠形成培養(yǎng)液48B的新月形形狀的適當?shù)膲毫Σ钪禐楠M小的范圍。換言之，當壓力差稍微與優(yōu)選值不一致時，新月形形狀被破壞，從而不能使培養(yǎng)液48B的容量為一定。

發(fā)明內(nèi)容
細胞外電位測定裝置具備擁有第一表面和第一表面相對一側的第二表面的膜片和設在膜化的第二表面上的電極。在膜片上形成具有在第一表面上開口的開口部的凹部和從凹部貫通至膜片的第二表面貫通的通孔。通孔從靠近凹部最深處的凹部開口部的位置貫通至膜片的第二表面。電極設在膜片的第二表面上的通孔的開口部周圍。
在該裝置中，即使被驗體細胞不會到達凹部內(nèi)最深處，被驗體細胞的細胞膜2也可以更可靠地無間隙地與通孔貼緊，因此，可隔開通孔內(nèi)的培養(yǎng)液和膜片上面的培養(yǎng)液，并可以通過檢測電極有效地檢測細胞活動時產(chǎn)生的電氣化學變化。


圖1為本發(fā)明的實施方式1的細胞外電位測定裝置的立體圖；圖2為實施方式1的細胞外電位測定裝置的平面圖；圖3為實施方式1的細胞外電位測定裝置的截面圖；圖4為實施方式1的細胞外電位測定裝置的主要部分放大圖；圖5為實施方式1的細胞外電位測定裝置的主要部分放大圖；圖6為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的動作進行說明的主要部分放大的截面圖。
圖7為實施方式1的細胞外電位測定裝置的主要部分放大的截面圖；圖8為實施方式1的細胞外電位測定裝置的主要部分放大的截面圖；圖9A為實施方式1的細胞外電位測定裝置的主要部分放大的截面圖；
圖9B為實施方式1的細胞外電位測定裝置的主要部分放大的截面圖；圖10為實施方式1的細胞外電位測定裝置的截面圖；圖11為實施方式1的細胞外電位測定裝置的主要部分放大圖；圖12為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖13為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖14為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖15為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖16A為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖16B為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖16C為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖16D為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖17為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖18為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖19為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置的制造方法進行表示的截面圖；圖20為實施方式1的另外一種細胞外電位測定裝置的截面圖；圖21為實施方式1的另外一種細胞外電位測定裝置的截面圖；圖22為圖21所示的細胞外電位測定裝置的立體圖；圖23為圖21所示的細胞外電位測定裝置的立體圖；圖24為實施方式1的另外一種細胞外電位測定裝置的截面圖；
圖25為本發(fā)明的實施方式2的細胞外電位測定裝置的立體圖；圖26為本發(fā)明的實施方式2的細胞外電位測定裝置的截面圖；圖27為本發(fā)明的實施方式2的細胞外電位測定裝置的主要部分放大圖；圖28A為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的動作進行說明的主要部分放大截面圖；圖28B為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的動作進行說明的主要部分放大截面圖；圖29為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的制造方法進行標示的截面圖；圖30為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的制造方法進行標示的截面圖；圖31為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的制造方法進行標示的截面圖；圖32為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的制造方法進行標示的截面圖；圖33A為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的制造方法進行標示的截面圖；圖33B為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的制造方法進行標示的截面圖；圖34為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的制造方法進行標示的截面圖；圖35為本發(fā)明的實施方式2的另外一種細胞外電位測定裝置的截面圖；圖36為圖35所示的細胞外電位測定裝置的主要部分的放大截面圖；圖37A為用于對圖35所示的細胞外電位測定裝置的制造方法進行說明的截面圖；圖37B為用于對圖35A所示的細胞外電位測定裝置的制造方法進行說明的截面圖；
圖38為用于對圖35所示的細胞外電位測定裝置的制造方法進行說明的截面圖；圖39為用于對圖35所示的細胞外電位測定裝置的制造方法進行說明的截面圖；圖40為用于對圖35所示的細胞外電位測定裝置的制造方法進行說明的截面圖；圖41為實施方式2的另外一種細胞外電位測定裝置的立體圖；圖42為圖41所示的細胞外電位測定裝置的立體圖；圖43為實施方式2的另外一種細胞外電位測定裝置的立體圖；圖44為實施方式2的另外一種細胞外電位測定裝置的立體圖；圖45為目前的細胞外電位測定裝置的截面圖；具體實施方式
(實施方式1)圖1為本發(fā)明的實施方式1的細胞外電位測定裝置51的立體圖。圖2為裝置51的平面圖。圖3為圖2的線3-3上的裝置51的截面圖。圖5為裝置51的主要部分的放大圖。圖12～圖21為用于對裝置51的制造工序進行說明的截面圖。圖22、圖23為實施方式1的另外一種細胞外電位測定裝置的立體圖。
在圖1～圖3中，在硅基板1上形成凹部1A，以基板1的一部分形成膜片2，膜片2由基板1的凸部1C支承。膜片2的材質(zhì)為與基板1相同的硅，且厚度約為25μm。凹部3以半球形的曲面形成，在基板1的表面上開口的開口部3A的直徑約為20μm。在貫通膜片2的長度方向上，截面形狀均勻的通孔4與凹部3連通。如圖3所示，通孔4設置在距開口部3A比凹部3的最深處3B近的位置，并相對于膜片2的厚度方向2A傾斜約45°。通孔4的截面為直徑約為5μm圓形或長軸約為5μm的橢圓形。
如圖5所示，在面2B上接近通孔4的開口部形成有數(shù)個檢測電極5a、5b。
以下，說明細胞外電位測定裝置51的動作。圖6～圖9A為用于對說明裝置51的動作進行說明的主要部分放大的截面圖。
首先，說明檢測培養(yǎng)液的物理化學變化的順序。圖6、圖7為膜片2上的凹部3、通孔4、檢測電極5a、5b的放大截面圖。如圖7所示，當用電解質(zhì)培養(yǎng)液6充滿膜片2的上面2C上時，凹部3和通孔4依次被培養(yǎng)液6充滿。當將膜片2的上面2A的上方空間6加壓或?qū)⒛て?的下面2的下方空間減壓時，培養(yǎng)液6從通孔4向外飛出。這時，如果使加壓或減壓的壓力為適當?shù)闹?，則在通孔4的前端，從開口部培養(yǎng)液6形成新月形形狀而穩(wěn)定。
由此，培養(yǎng)液6與檢測電極5a及5b穩(wěn)定地接觸。如圖5所示，檢測電壓5a和5b被相互電氣絕緣?？墒?，通過形成來自通孔4的新月形形狀，培養(yǎng)容液6與檢測電極5a、5b接觸，并通過作為電解質(zhì)的培養(yǎng)液6，電極5a、5b被電氣連接。
檢測電極5a、5b間的電阻值與培養(yǎng)液6的離子濃度有關。所以，通過檢測電極5a、5b之間的電阻值的變化，可以檢測培養(yǎng)液6的離子濃度的變化。此外，如果培養(yǎng)液6的新月形形狀不完全，則檢測電極5a、5b不會很好連接，它們間的電阻值增大。所以，如果測定該電阻值，可以知道在通孔4中，培養(yǎng)液6是否形成適當?shù)男略滦涡螤睢?br> 其次，說明測定被驗體細胞的細胞外電位或細胞產(chǎn)生的物理化學變化的順序。
如圖8所示，如果將被驗體細胞8與培養(yǎng)液6一起投入，并加壓膜片2的表面2C上方的空間或減壓膜片2的表面2B的下方空間，則被驗體細胞8被與培養(yǎng)液6一起拉入凹部3內(nèi)。此外，如圖9A所示，被驗體細胞8被拉入通孔4，且被驗體細胞8的細胞膜被以塞住在通孔4的凹部3上開口的開口部4A的方式吸著。通孔4的開口部4A形成在距開口部3A比距凹部3的最深處3B遠的位置上。因此，如圖9A所示，在被驗體細胞8比凹部3的開口部3A的直徑大一些的情況下，在靠近最深處3B處，形成間隙3C，而且被驗體細胞8有一些變形?？墒牵词乖谶@種情況下，被驗體細8可以塞住通孔4的開口部4A?？傊?，被驗體細胞8可以更可靠地保持在凹部3內(nèi)。由于凹部3被以曲面構成，所以可有效地保持被驗體細胞8。
在被驗體細胞8保持在凹部3內(nèi)后，邊測定檢測電極5a、5b之間的電阻值邊適當調(diào)整膜片2的上下壓力，以便培養(yǎng)液6在通孔4的開口4B處形成適當?shù)男略滦涡螤睢?br> 在被驗體細胞8被以塞住通孔4的開口部4A的方式保持在凹部3后，對被驗體的細胞8進行刺激。作為這種刺激，除了化學藥品、毒物等的化學刺激外，還有機械的位移、光、電、電磁等的物理刺激。在被驗體細胞8對這些刺激活潑地反應的情況下，被驗體細胞8通過具有細胞膜的離子通道，放出或吸收各種離子。在被驗體細胞8與培養(yǎng)液6接觸的地方產(chǎn)生這種反應，并在通孔4內(nèi)的培養(yǎng)液6和被驗體細胞8之間進行離子交換。結果，通孔4內(nèi)的培養(yǎng)液6的離子濃度變化，并如上所述地使用檢測電極5a、5b之間的電阻值檢測離子濃度的變化。
另外，雖然如上所述形成二個檢測電極5a、5b的電極，但即使是一個檢測電極也可以測定。如圖4所示，在膜片2的凹部1A的表面2B上，接近通孔4的開口形成以金為主體的檢測電極5，代替圖5所示的電極5a、5b。如圖9B所示，通過測定與充滿膜片的上表面2C的上方的培養(yǎng)液6同電位的參照電極5c和檢測電極5之間的電壓，可以測定通孔4內(nèi)的離子濃度，并測定被驗體細胞8的細胞外電位或細胞8產(chǎn)生的物理和化學變化。
另外，不僅可以用電阻值，還可以測定電流值、電荷量、電位等的別的物理量，進而來測定離子濃度的變化。
圖10為實施方式1的另外一種細胞外電位測定裝置52的截面圖。在圖3所示的裝置51中，通孔4在距凹部3的最深處3B比開口3A遠的位置而形成，并相對于膜片2的厚度方向2A傾斜45°的角度。在實施方式1中，在圖10所示的裝置52中，將以離凹部3至膜片2的下表面2B設置通孔10a、10b。如圖11所示，在通孔10a、10b中，分別設置以金為主體的檢測電極11a、11b。在裝置52中，由于通孔10a、10b是分開而形成的，因此可以容易地形成檢測電極11a、11b。
如果用培養(yǎng)液6充滿膜片2的上表面2C的上方，則凹部3、通孔10a、10b也被培養(yǎng)液6充滿，并通過膜片2的上下壓力差，在通孔10a、10b的前端，使培養(yǎng)液6形成新月形形狀，并分別與檢測電極11a、11b接觸。通過測定檢測電極11a，11b之間的電阻值，知道在通孔10a、10b的前端形成適當?shù)男略滦涡螤?，也可知道通?0a、10b內(nèi)的離子濃度的變化。
在被驗體細胞8與培養(yǎng)液6一起投入后，通過測定檢測電極11a、11b之間的電阻值可以判斷被驗體細胞8是否被以細胞膜覆蓋通孔10a、10b的方式保持。例如，在細胞膜只塞住通孔10a，而未塞住通孔10b的情況下，檢測電極11a和與膜片2的上部的培養(yǎng)液6接觸的參照電極52c之間的電阻值高變，檢測電極11b和參照電極52c之間的電阻值降低。在這種情況下，通過測定參照電極和檢測電極11a之間的電阻值，可以測定后述的被驗體細胞8的活動。相反，在被驗體細胞8塞住通孔11b，而不塞住通孔11a的情況下，通過測定參照電極52c和檢測電極11b之間的電阻值，可以測定被驗體細胞8的活動。這樣，如果被驗體細胞8的細胞膜覆蓋通孔10a、10b中的任意一個，就可以測定細胞8的活動。因此，能夠提高測定活動的概率，并增加裝置的可靠性。
而且，如果被驗體細胞8的細胞膜以覆蓋通孔10a、10b的方式被保持狀態(tài)下，被驗體細胞8被施以來自外部的刺激，則因為被驗體細胞8活動，且通孔11a、11b內(nèi)的離子濃度變化，所以可以測定被驗體細胞8的細胞外電位或細胞8產(chǎn)生的物理化學變化。
此外，在圖3、圖10所示的裝置51、52中，通孔4、10a、10b被形成在距凹部3的最深處3B比開口3A遠的位置上，但如圖21所示，也可容易地在最深處3B形成通孔14。在這種情況下，需要根據(jù)被驗體細胞8適當?shù)卣{(diào)整凹部3的直徑和形狀，以便被驗體細胞8容易到達最深處3B。
在實施方式1中，通孔4、10a、10b的截面為圖形或橢圓形，但也可以是矩形或U字形。
圖22、圖23為將通孔15、17形成矩形、U字形的細胞外電位測定裝置的立體圖。如圖22所示，在通孔15為矩形的情況下，凹部16的形狀保持為沒有棱角的圓柱形狀。如圖23所示，在通孔17為U字形的情況下，凹部18的形狀大致為半球形。
在被驗體細胞8的固定形狀為細長的情況(例如來自耳蘿卜螺(radix auricularia japonica)的神經(jīng)節(jié)細胞)，優(yōu)選半圓筒形的凹部16。
半球形的凹部18中，U字形截面的通孔17，在被驗體細胞8容易變形的情況下有效。被驗體細胞8在容易變形的情況下有可能穿過圓形截面的通孔4。換言之，不那么減小充滿U字形通孔17內(nèi)的培養(yǎng)液6的容量，可以減少在通孔17的凹部18上開口的開口部17A的最小寬度部分。因此，可防止被驗體細胞8進入通孔17中而被破壞。另外，通孔17的截面為數(shù)個U字形、數(shù)個矩形，也可以是它們的組合等形狀。
另外，凹部3、16、18、通孔4、15、17的直徑由被驗體細胞8的大小、形狀、性質(zhì)決定。通過使凹部3、16、18的直徑為10～100μm，通孔4、15、17的直徑為1～10μm，可以測定直徑為5～10μm的被驗體細胞8。
其次，說明實施方式1的細胞外電位測定裝置51的制造方法。圖12～圖21為用于對實施方式1的細胞外電位測定裝置51的制造方法進行說明的截面圖。
如圖12所示，在由硅構成的基板1的下表面1B上形成抗蝕劑掩膜12后，如圖13所示，通過從下表面1B腐蝕預定的深度而形成凹部1A，形成膜片2的下表面2B。膜片2由基板1的凸部1C支承。然后，除去抗蝕劑掩膜12。
其次，如圖14所示，在膜片2的上表面2C上形成抗蝕劑掩膜13。抗蝕劑掩膜13的腐蝕孔13A的形狀與所希望的通孔4的截面形狀大致相同。
然后，如圖15所示，只通過促進腐蝕的氣體，從上表面2C將膜片2腐蝕。對應硅基板1可使用SF6，CF4、XeF2等作為促進腐蝕的氣體。這些氣體不但促進基板1的深度方向(即與掩膜13垂直的方向)還促進基板1的橫向(即與掩膜13平行的方向)的腐蝕。由此，如圖15所示，被腐蝕的部分成為以掩膜13的開口13A為中心的半球形形成凹部3。
其次，如16A所示，相對于腐蝕氣體的離子行進方向61傾斜45°進行脫水腐蝕基板1。作為腐蝕氣體交互地使用促進腐蝕的氣體和抑制的氣體。作為促進腐蝕的氣體可以使用XeF2、CF4、SF6等。作為抑制腐蝕的氣體可以使用CHF2、C4F8等。如圖16C所示，由于通過抑制腐蝕的氣體腐蝕基板1，在被腐蝕的壁面上形成作為CF2的聚合物的保護膜31，因此，脫水腐蝕只從腐蝕孔13A向著方向61進行，并在方向61上形成通孔4。
以下詳細說明腐蝕中只從腐蝕孔13A向著方向61的進行。
首先，如圖16B所示，使用促進腐蝕的氣體，少許腐蝕基板1。在這個工序中，將使用外部線圈的感應結合法產(chǎn)生的等離子體中的高頻加在基板1上。由此，由于通過在基板1上產(chǎn)生的負的偏壓，作為腐蝕氣體的等離子體中的正離子的SF5+或CF3+向著基板1沖擊，所以基板1在方向61上優(yōu)選被脫水腐蝕?？墒牵捎谠诘入x子體中的正離子的進行方向上存在著一些與方向61不平行的成分，所以在膜片2通過該腐蝕上形成直徑比腐蝕孔13A稍大的孔3D。
然后，如圖16C所示，使用抑制腐蝕的氣體，在基板1的被腐蝕部分上形成保護膜31。在這個工序中，不將高頻加在基板1上。由此，由于在基板1不產(chǎn)生偏壓，所以作為保護膜31的材料的CF3+不會受到偏向，并向基板1的被腐蝕部分的壁面上均勻地形成保護膜31。
其次，如圖16D那樣，通過促進腐蝕的氣體再少許腐蝕基板1。在這個工序中，再次將高頻加在基板1上。由此，在基板1上加上偏壓，并增加與方向61平行運動的腐蝕氣體的離子。該離子的能量很高，可通過與方向61平行運動的離子腐蝕在被腐蝕部分的底面上形成的保護膜31?？墒牵捎谠诓慌c方向61平行的方向上運動的離子的能量低，所以不容易除去在壁面上形成的保護膜31。這樣，通過反復交互地進行促進腐蝕的氣體產(chǎn)生的腐蝕和使用抑制腐蝕的氣體產(chǎn)生腐蝕的工序，可使腐蝕只從腐蝕孔13A向方向61進行，可以形成只從腐蝕孔13A向方向61延伸的通孔4。另外，作為上述制造方法的結果，如圖16D所示，雖然在通孔4的壁面上有臺階，但由于該臺階與通孔4的直徑相比較很小，因此實質(zhì)上可忽略，則通孔4只在方向61上延伸。
如圖17所示，在這個工序中，腐蝕只從腐蝕孔13A在氣體離子的行進方向61上進行，形成相對膜片2的厚度方向2A傾斜45°延伸的通孔4。通孔4在距凹部3的最深處3B比開口3A遠的位置上形成。另外，由于傾斜地腐蝕基板1，因此通孔4的截面形狀與抗蝕劑掩膜13的腐蝕孔13A的形狀不同。通過將腐蝕孔13A的形狀作成在傾斜基板1方向上有長軸的橢圓形，并將通孔4的截面形狀可以形成為圓形。
另外，傾斜基板1的角度由腐蝕孔13A的形狀和抗蝕劑掩膜13的厚度所限制。例如，在腐蝕孔13A的直徑為1μm、抗蝕形掩膜13的厚度為1μm的情況下，如果來自幾何的限制方向61與膜片2的厚度方向2A沒有傾斜比45°小的角度，則基板1不能腐蝕。
如圖21所示，在使基板1傾斜而不腐蝕的情況下，在凹部3的最深處3B形成通孔14。在被驗體細胞8具有容易到達凹部3的最深處3B大小的情況下，也可以在圖21所示的位置形成通孔14。
抗蝕劑掩膜13的腐蝕孔13A也可以為上述的圖形和橢圓形以外的，矩形U字形或它們組合的形狀。
如圖22所示，在腐蝕孔13A的形狀為矩形的情況下，通過促進腐蝕的氣體，得到無棱角的上表面和下表面的大致半圓筒形的凹部16，通孔15的截面成為與腐蝕孔13A相同的矩形。另外，由于矩形的長邊的長度比圓形的直徑長，所以容易在一個通孔中形成數(shù)個檢測電極。
此外，如圖23所示，在腐蝕孔13A的形狀為U字形的情況下，促進腐蝕的氣體，從孔13A全方向上腐蝕基板1，所以可得到半球形的凹部18。又圖3所示的通孔4同樣，通孔17的截面為與腐蝕孔13A相同的U字形。
另外，如圖10和圖11所示，在一個凹部3中形成數(shù)個通孔的情況下，如圖19所示，在形成通孔4的工序中，通過改變基板1的傾斜角度而進行腐蝕，可以形成數(shù)個通孔。在腐蝕后除去抗蝕劑掩膜13。
其次，如圖18所示，通過在基板1的凹部1A的表面1B上形成薄膜的工序，可與通孔4靠近而形成以金為主體的檢測電極5a、5b。雖然在基板1的表面1B上有凹凸，但即使在這種有凹凸的表面上也可以涂布光致抗蝕劑、曝光和形成圖形。可是在需要極精密的電極的情況下，在如圖20所示基板1上形成膜片2后，也可在膜62的凹部1A的表面62B測形成凹部3。通過機械的或化學的方法，可將表面62C比表面62B更精密地加工。檢測電極5a、5b需要有高精度，通常地由于凹部3可以沒有高于檢測電極5a、5b的精密，因此通過這種方法，可以容易地制造裝置。
另外，如圖10所示，在凹部3中形成通孔10a，10b的情況下，也與上述同樣地使用通常的薄膜形成工序，如圖11所示地形成檢測電極11a、11b。由于通常不需要達到比圖3所示一個通孔4與凹部3連接情況下的電極5a、5b的精度高，因此電極11a、11b比電極5a、5b容易形成。
在實施方式1中，在基板1上形成凹部1A，進而形成膜片2的下表面2B，雖然形成由基板1的凸部1C支承膜片2的結構后，形成凹部3和通孔4，但在形成凹部3和通孔4后，在基板1上形成凹部1A，進而形成膜片2的下表面2B，即使形成由基板1的凸部1C支撐膜片2的結構，也可得到相同結構的細胞外電位測定裝置。
圖24為實施方式1的另外一種細胞外電位測定裝置的截面圖。在圖1～圖23所示的細胞外電位測定裝置中，使用硅作為基板1。如圖24所示，細胞外點為測點裝置，也可以使用作為膜片2的硅層82A、氧化硅層83和硅層82B的SOI基板81代替由硅構成的基板1。在膜片2的下表面2B的周邊邊緣上設置氧化硅層83，在氧化硅層83上設置硅層82B。在SOI基板81中，由于使用氧化硅層83阻止腐蝕，所以即使在使用腐蝕形成基板81的凹部81A的情況下，及在膜片82上使用腐蝕形成通孔的情況下，也會容易地得到高精度的厚度的片2和通孔4。
(實施方式2)圖25為本發(fā)明的實施方式2的細胞外電位測定裝置151的立體圖。圖26為用圖25所示的裝置151的線26-26所截得的截面圖。圖27為裝置151的主要部分的放大圖。
在圖25～圖27中，在硅基板101上形成凹部101A，并形成膜片102的下表面102A。膜片102由基板101的凸部101C所支承。膜片102的材質(zhì)為與基板101相同的硅，厚度約為25μm。凹部103由半球形的曲面所形成，并在基板101的表面開口的開口部103A的直徑約為20μm。在長度方向截面形狀均勻的通孔104以貫通膜片102的方式與凹部103連通。通孔104設置在凹部103的最深處103B，并具有直徑為5μm的圓或長徑為5μm的橢圓形的截面。
在通孔104的凹部103的反對側上形成向著表面102B擴展的凹部106。如圖27所示，在膜片102的凹部1A側的表面102A上，與凹部106的開口106A靠近而形成以金為主體的檢測電極105a、105b。
其次，說明細胞外電位測定裝置151的動作。圖28A為用于對裝置151的動作的主要部分進行說明的截面圖。
首先，說明檢測培養(yǎng)液的物理化學變化的順序。如圖28A所示，如果用作為電解質(zhì)的培養(yǎng)液107充滿與膜片102的下表面102A的相對一側的上表面102B的上方，則凹部103和通孔104也依次被培養(yǎng)液107充滿。如果將膜片102的上表面102B的上方的空間加壓，或?qū)⒛て?02的下表面102A的下方的空間減壓，則培養(yǎng)液107從通孔104向外飛出。這時，如果使加壓或減壓的壓力為適當?shù)闹?，則可在凹部106的開口106A上，培養(yǎng)液107形成新月形形狀而穩(wěn)定。
由此，培養(yǎng)液107穩(wěn)定地與檢測電極105a和105b接觸。檢測電壓105a和105b相互電氣絕緣?？墒?，通過從通孔106形成的新月形形狀，培養(yǎng)液107與檢測電極105a、105b接觸，通過作為電解質(zhì)的培養(yǎng)液107，電極105a、105b電氣連接。
檢測電極105a、105b間的電阻值，與培養(yǎng)液107的離子濃度有關。所以，通過檢測電極105a、105b之間的電阻值的變化，可以檢測培養(yǎng)液107的離子濃度的變化。此外，如果培養(yǎng)液106的新月形形狀不完全，則檢測電極105a、105b不能很好連接，它們間的電阻值增大。所以，如果測定該電阻值，則可以知道在凹部106中，培養(yǎng)液107是否形成適當?shù)男略滦涡螤睢?br> 通過設置凹部106，從通孔104向著膜片102的下表面102A開口的開口部不為直線形狀，而具有由直線部分和凹部106的曲面構成的臺階形狀。通過這種結構，在培養(yǎng)液107通過通孔104后，容易在凹部106內(nèi)形成新月形形狀。這是由于凹部106有曲面，培養(yǎng)液107的表面張力增大，即使上下壓力差多少變化，也可保持壓力均衡。換言之，當一次形成新月形形狀時，即使壓力多少變動，通過凹部106可穩(wěn)定培液107的新月形形狀。這種現(xiàn)象也可通過流體力學用的有限元分析法確認。這種新月形形狀穩(wěn)定可使通孔104，凹部106內(nèi)的培養(yǎng)液107的量穩(wěn)定，并更穩(wěn)定地測定離子濃度。
如圖26所示，由于檢測電極105a、105b延伸至凹部106內(nèi)而形成，通過培養(yǎng)液107的新月形形狀可使該電極與培養(yǎng)液107穩(wěn)定地接觸。
其次，詳細地說明測定被驗體細胞的外電位或細胞產(chǎn)生的物理化學變化的順序。
如圖28A所示，如果將被驗體細胞108培養(yǎng)液107一起投入，并加壓膜片102的表面102B上方的空間，或減壓膜片102的表面102A的下方空間，則被驗體細胞108與培養(yǎng)液107一起被拉入凹部103內(nèi)。由于凹部103由曲面形成，所以可以有效地保持被驗體細胞108。
在被驗體細胞108保持在凹部103內(nèi)后，適當?shù)卣{(diào)整膜片102的上下壓力，以便培養(yǎng)液107在凹部106的開口106A處形成適當?shù)男略滦涡螤?。如上所述，邊可測定檢測電極105a、105b之間的電阻值變調(diào)整壓力。
在凹部103內(nèi)，以塞住通孔104的開口4A的方式保持在被驗體細胞108后，對被驗體細108進行刺激。作為這種刺激，除了例如化學藥品、毒物等的化學刺激外，還有機械的位移、光、電、電磁等的物理刺激。
在被驗體細胞108相對這些刺激活潑地反應的情況下，被實驗體胞108，通過保有細胞膜的離子通道而放出或吸收各種離子。這種反應在被驗體細胞108與培養(yǎng)液107接觸的地方產(chǎn)生，并在通孔104內(nèi)及凹部106的培養(yǎng)液107A和被驗體細胞108之間進行離子交換。結果，通孔104內(nèi)凹部106的培養(yǎng)液107A的離子濃度變化，所有，可以通過檢測電極105a、105b檢測該變化。
另外，雖然在圖28A中，通過檢測電極105a、105b測定變化，但可以使用一個檢測電極測定變化。圖28B為用于對實施方式2的細胞外電位測定裝置的動作的主要部分進行說明的放大截面圖。通過測定與充滿膜片102的上表面102B的上方的培養(yǎng)液107同電位的參照電極105c和凹部106附近的單個的檢測電極105之間的電壓，可以測定通孔104內(nèi)及凹部106內(nèi)的培養(yǎng)液107A的離子濃度的變化，并可以測定被驗體細胞108的細胞外電位或細胞產(chǎn)生的物理化學變化。
另外，不但可以用電阻值，而且可測定電流值、電荷量、電位等別的物理量離子濃度變化。
此外，如圖35，圖36所示，通孔109a、109b作在接近離開凹部103內(nèi)的最深處103B的開口103A的位置上，從凹部103相對與膜片102的厚度方向102C成45°角度延伸。通過這種結構，可在凹部103內(nèi)放置數(shù)個通孔109a、109b，還可以在從通孔10％、109b的各自的膜片102開口的部分上，放置向著表面102A的擴大的凹部110a、110b。如圖36所示，將以金為主體的檢測電極111a、111b中分別設置于凹部110a、110b。由于凹部110a、110b為分離形成的，因此可以容易地形成檢測電極111a、111b。
在上述裝置中，如果用培養(yǎng)液107充滿膜片102的上表面102的上方，則凹部103、通孔109a、109b也被培養(yǎng)液107A充滿。通過膜片102的上下壓力差，培養(yǎng)液107A在凹部110a、110b的前端形成新月形形狀，并分別與檢測電極111a、111b接觸。通過測定檢測電極111a、111b之間的電阻值，可以知道在凹部110a、110b和凹部110a、110b的前端是否形成適當?shù)男略滦涡螤?，可測定通孔109a、109b及凹部110a、110b內(nèi)的離子濃度的變化。
在與培養(yǎng)液107一起投入被驗體細胞108情況下，可以判斷被驗體細胞108是否被以使其細胞膜覆蓋通孔109a、109b的方式而保持。例如，在細胞只塞住通孔109a而不塞住通孔109b的情況下，檢測電極111a和與膜片102的上部值的培養(yǎng)液107接觸的參照電極111c之間的電阻值變高，檢測電極111b和參照電極111c之間的電阻值變低。
當在上述狀態(tài)下，如果對被驗體細胞108進行刺激，則被驗體細胞108活動，由于通孔109a、109b內(nèi)及凹部110a、110b的培養(yǎng)液的離子濃度變化，所以可測定被驗體108的細胞的外電位或細胞產(chǎn)生的物理化學變化。
此外，凹部103根據(jù)與被驗體細胞108可容易地形成適當大小的形狀，使得被體細胞108容易地到達最深處103B。
在實驗例2中，雖然通孔104、109a、109b的截面形狀為圓形或橢圓形，但也可是矩形或U字形也可以。圖41，圖42為通孔115、117為矩形或U字形的細胞外電位測定裝置的立體圖。如圖41所示，在通孔115為矩形的情況下，凹部116的形狀成為上下面無棱角大致圓筒形狀。如圖42所示，在通孔117為U字形的情況下，凹部118的形狀大致為半球形。
大致半圓筒形的凹部116優(yōu)選用于被驗體細胞108細長的情況下，(例如來自耳蘿卜螺的神經(jīng)節(jié)細胞)。
半球形的凹部118和截面為U字形的通孔117，對例如在通孔104中容易進行穿過得方式變形的被驗體細胞108很有效。換言之，如果通孔117作成U字形，則沒有那么減少充滿通孔117的培養(yǎng)液107的量，并可以減小開口部117A的最小寬度部分。因此，可防止被驗體細胞108在進入通孔117時而被破壞。
凹部103、116、118、通孔104、115、117的直徑由被驗體細胞108的大小、形狀、性質(zhì)所決定。通過凹部103、116、118的直徑為10～100μm，通孔104、115、117的直徑為1～10μm，可以測定直徑為5～10μm的被驗體細胞108的反應。
其次，說明實施方式2的細胞外電測定裝置的制造方法。圖29～圖34為用于對圖26所示的細胞外電位測定裝置的制造方法進行說明的工序截面圖。
如圖29所示，在由硅構成的基板101的下表面101A上形成抗蝕劑掩膜112后，如圖30所示，通過從下表面101A腐蝕預定的深度形成凹部101B，進而形成膜片102的下表面2B。在基板101上部形成支撐膜片102的凸部101C。然后，除去抗蝕劑掩膜112。
其次，如圖31所示，在膜片102的外表面102B上形成抗蝕劑掩膜113?？刮g劑掩膜113的腐蝕孔113A的形狀大致與所希望的通孔104的截面形狀相同。
然后，如圖32所示，，將促進腐蝕的氣體作為腐蝕氣體，從腐蝕孔113A脫水腐蝕膜片102。
相對硅基板101，可以使用SF6、CF4、XeF2等作為促進腐蝕的氣體。這些氣體不但在與抗蝕性掩膜113垂直的方向，而且在與抗蝕性掩膜113平行的方向促進硅基板101的腐蝕。由此，如圖32所示，基板101被腐蝕成以腐蝕孔113A為中心的半球形，來形成凹部103。
其次，如圖33A所示，從基板101的凹部103形成的孔104。孔104通過交互地使用促進腐蝕的氣體和抑制腐蝕的氣體進行脫水腐蝕而形成，在貫通膜片102前結束腐蝕。作為抑制腐蝕的氣體可以使用CHF3、C4F8。通過調(diào)整促進腐蝕的氣體和抑制腐蝕的氣體的使用時間比，與實施方式1相同，可以只將對基板101的抗蝕劑孔113A的下面部分進行脫水腐蝕。通過這個工序，如圖33B所示，可在凹部103和孔104的壁面上。通過抑制腐蝕的的氣體，在凹部103的內(nèi)面103C上和孔104的壁面104A上形成保護膜131。
孔104的截面形狀可以使用矩形或U字形，或它們的組合。
其次，如圖34所示，只使使用促進腐蝕的氣體而腐蝕基板101。由于在凹部103及孔104的壁面上，形成保護膜131，所以如果只用促進腐蝕的氣體腐蝕，則只有腐蝕通孔104的膜片102的下表面102A，而形成凹部106。
在保護膜131的厚度不充分的情況下，由于也腐蝕凹部103、孔104的壁面，所以在形成孔104后，也可以在壁面上使用抑制腐蝕的氣體，形成厚的保護膜131。通過改變促進腐蝕的氣體和抑制腐蝕的氣體的時間比，可調(diào)整保護膜131的厚度。這樣，形成由曲面構成的凹部103、凹部106及連接它們的通孔104。
此后，如圖26所示，通過通常的薄膜形成裝置在凹部106附近，形成檢測電極105a、105b。由于凹部106具有比通孔104大的直徑，所以，在形成檢測電極105a、105b時，不需要高的精度。所以，容易制造檢測電極105a、105b。
其次，說明圖35所示的細胞外電位測定裝置的制造方法。圖37A～圖40為用于對圖35所示的細胞外電位測定裝置的制造方法進行說明的截面圖。
首先，使用與圖29～圖32所示的制造工序相同的方法，形成凹部103。
其次，如圖37A所示，相對于腐蝕氣體的離子行進方向161傾斜基板101的上表面102B45°而進行脫水腐蝕?？山换サ厥褂么龠M腐蝕的氣體和抑制腐蝕的氣體作為腐蝕氣體來腐蝕基板101。作為促進腐蝕的氣體可以使用XeF2、CF4、SF6等。作為抑制腐蝕的氣體可以使用CHF3、C4F8等。通過交互地使用這些氣體，腐蝕基板101，在基板101的被腐蝕部分的壁面上，如圖37B所示，形成作為CF2的聚合物的保護膜132。所以，可以只在抗蝕性掩膜113的腐蝕孔113A的下方，腐蝕基板101，形成通孔109a。
由于與實施方式同樣，只在腐蝕孔113A的下方腐蝕基板101，所以這里省略其詳細說明。
另外，在腐蝕通孔109a時，傾斜基板101的角度由腐蝕孔113A的形狀和抗蝕劑掩膜113的厚度所限制。例如，在腐蝕孔113A的直徑為1μm，抗蝕形掩膜113的厚度為1μm的情況下，如果來自幾何的限制方向161相對與基板101的厚度方向102C傾斜小于45°，則基板101不能腐蝕。
其次，如果只用促進腐蝕的氣體腐蝕基板101，則由于通過抑制腐蝕的氣體，在凹部103及孔109a的壁面上形成保護膜132，因此，如圖39所示，只腐蝕孔109a的膜片102的下表面102A側形成凹部110a。
然后，如圖40所示，相對方向161上傾斜基板101，使其相對厚度方向102C上，與圖38所示的方向161的對稱方向162上進行的，交互地使用促進進行腐蝕的氣體的離子和抑制腐蝕促進腐蝕的氣體離子進而形成孔109a，然后，只使用促進腐蝕的氣體形成凹部110b。即方向162，即使相對方向102C上，即使不與方向161對稱，也可得到同樣的效果。在腐蝕后除去抗蝕劑掩膜113。
其次，如圖35所示，從基板101的下面，通過通常的薄膜形成工序，將以金為主體的檢測電極111a、111b形成靠近凹部110a、110b而形成。由于與凹部103連通形成的通孔109a、109b有比圖27所示的電極有105a、105b低的精度，因此可以更簡單地形成電極111a、111b。
使用這種方法，在圖35所示的凹部103形成通孔109a、109b及凹部110a、110b。在這個腐蝕工序中，腐蝕氣體的等離子體中的離子行進方向161和基板101的厚度方向102C產(chǎn)生的傾斜角度為45°。但該角度在89°以下形成通孔109a、109b、凹部110a、110b時以生產(chǎn)性來看，優(yōu)選為在20°～70°范圍內(nèi)傾斜形成這些孔和凹部。
這樣，通過設置數(shù)個通孔109a、109b，在被驗體細胞108保持在凹部103內(nèi)時，細胞108可更可靠地覆蓋通孔109a、109b。所以，通過設在凹部110a、110b上的檢測電極111a、111b，可以更可靠地測定細胞外電位。
凹部103及通孔109a、109b的大小由測定的被驗體細胞的大小、形狀、性質(zhì)所決定。通過使凹部103的直徑為10～100μm，通孔109a、109b的直徑為1～10μm，可以測定直徑為5～100μm的細胞的細胞外電位。
凹部110a、110b的直徑由通孔109a、109b的直徑和培養(yǎng)液107的流體特性所決定。在通過有限元方法得到的流體分析的結果，在培養(yǎng)液107具有與水相同的流體特性的情況下，當使通孔109a、109b的直徑為5μm，凹部110a、110b的直徑為10μm時，可以得到培養(yǎng)液107可穩(wěn)定地形成新月形形狀。
圖44為實施方式2的另外一種細胞外電位測定裝置的截面圖。在向圖3所示的實施方式1的細胞外電位測定裝置51的通孔104的表面2B上開口的部分，可以形成與圖26所示的凹部106同樣的凹部170。在凹部170的周邊，形成與圖3所示的電極有105a、105b相同的電極171a、171b。
圖43為實施方式2的另外一種細胞外電位測定裝置的截面圖。在圖25～圖42所示的細胞外電位測定裝置中，使用硅基板1作為基板101。在圖43所示的裝置中，也可以使用具有硅層183A、183B和氧化硅層184的SOI基板181代替硅構成的基板1。在構成膜片182的硅層183A的下表面182B的周邊邊緣上設置氧化硅層183A，在氧化硅層183A上設置硅層182B。使用氧化硅層184阻止脫水腐蝕，因此膜片182的厚度可達到高精度，而且通過腐蝕容易地形成通孔104。
另外，雖然實施方式2的電極105a、105b、111a、111b、171a、171b延伸至凹部106、170、110a、110b內(nèi)壁上，但與圖3所示的實施方式1的電極5a、5b同樣，沒有延伸至凹部內(nèi)壁，也可以形成于膜片102、2的下表面102A、2A。
在實施方式2中，在基板1上形成凹部101A，從而形成膜片102的下表面02A，并在形成由基板1的凸部101C支承膜片102的結構后，形成凹部103和通孔104?？墒?，在形成凹部103、通孔104后，在基板1上形成凹部101A，形成膜片102的下表面102A，即使形成由基板1的凸部101C支承膜片102的結構，可得到同樣結構的細胞外電位測定裝置。
另外，在實施方式1、2的裝置中，膜片2、102以外的基板1、101的部分，即使是上述形狀以外，如果膜片2、102的形狀與實施方式1、2的裝置相同，也可得到同樣的效果。
本發(fā)明的細胞外電位測定裝置，可以通過檢測電極高效穩(wěn)定地測定細胞活動時產(chǎn)生的物理化學變化。
權利要求
1.一種細胞外電位測定裝置，其特征在于，其具有膜片和第一電極，其中所述膜片具有第一表面和與所述第一表面相對側的第二表面，并形成有在所述第一表面上開口的開口部的第一凹部，和從比所述第一凹部的所述最深處更靠近所述第一凹部的所述開口部貫通至所述第二面的第一通孔；所述第一電極設置在位于所述膜片的所述第二表面上的所述第一通孔的所述開口部的周圍。
2.如權利要求1所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，還具有設置在位于所述膜片的第二表面的上方的所述第一通孔的所述開口部的周圍的第二電極。
3.如權利要求1所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述膜片在所述第二表面上開口的所述第一通孔的開口部處，形成向所述膜片的所述第二表面的直徑漸大的第二凹部。
4.如權利要求3所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第一電極延伸至所述第二凹部的壁面的至少一部分。
5.如權利要求3所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，還具有設置在位于所述膜片的第二表面的上方的所述第一通孔的所述開口部的周圍的第二電極。
6.如權利要求5所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第二電極延伸至所述第二凹部的壁面的至少一部分。
7.如權利要求1所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第一通孔具有均勻的形狀的截面部分。
8.如權利要求1所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第一通孔的截面為矩形和U字形中的一種。
9.如權利要求1所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述膜片包含硅。
10.如權利要求9所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，其還具有設置在所述膜片的所述第二表面上的氧化硅層和設置在所述氧化硅層上的硅層。
11.如權利要求10所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述氧化硅層設置在所述膜片的所述第二表面的周邊邊緣部。
12.如權利要求1所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第一凹部的所述開口部的直徑為10～100μm，在所述第一通孔的所述第一凹部開口的開口部的寬度為1～10μm。
13.如權利要求1所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述膜片形成有第二通孔，該第二通孔比所述第一凹部的所述最深處的更靠近所述第一凹部的所述第二位置貫通至所述第二表面。
14.如權利要求13所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，其還具有在所述膜片的第二表面的上方，在所述第二通孔的所述開口部的周圍設置有第二電極。
15.如權利要求13所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述膜片在所述第二表面上開口的所述第二通孔的開口部處，形成向著所述膜片的所述第二表面的直徑漸大的第二凹部。
16.如權利要求15所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，其還具有在位于所述膜片的第二表面的上方，在所述第二通孔的所述開口部的周圍設置有第二電極。
17.如權利要求16所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第二電極延伸至所述第二凹部的壁面的至少一部分。
18.如權利要求13所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第二通孔具有均勻的形狀的截面部分。
19.如權利要求13所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第二通孔的截面為矩形和U字形中的一種。
20.如權利要求13所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第一凹部的所述開口部的直徑為10～100μm，在所述第二通孔的所述第一凹部上開口的開口部的寬度為1～10μm。
21.一種細胞外電位測定裝置，其特征在于，具有膜片和第一電極，所述膜片，具有第一表面和所述第一表面相反一側的第二表面，并形成有由具有在所述第一表面上開口的開口部的曲面構成的第一凹部，從所述第一凹部向所述第二表面而形成的具有均勻的截面形狀的孔，和從具有所述膜片的所述第二表面上開口的開口部、從所述孔向膜片的所述第二表面而直徑漸大的第二凹部，所述第一電極，設置在所述膜片的所述第二表面上的在所述第所述第二凹部的所述膜片上開口的所述開口部的周圍。
22.如權利要求21所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第一電極延伸至所述第二凹部的壁面的至少一部分上。
23.如權利要求21所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，還具有在所述膜片的第二表面的上方，在所述第第二凹部通孔的所述開口部的周圍設置的第二電極。
24.如權利要求23所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第二電極延伸至所述第二凹部的壁面的至少一部分上。
25.如權利要求21所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述孔的所述截面為矩形和U字形中的一種。
26.如權利要求21所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述膜片包含硅。
27.如權利要求26所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，還具有在所述膜片的所述第二表面上設置的氧化磚層和在所述氧化硅層上設置的硅層。
28.如權利要求27所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述氧化硅層設置在所述膜片的所述第二表面的周邊邊緣上。
29.如權利要求21所述的細胞外電位測定裝置，其特征在于，所述第一凹部的所述開口部的直徑為10～100μm，所述孔的直徑為1～10μm，所述第二凹部的所述開口部的直徑為5～10μm。
30.一種細胞外電位測定裝置的制造方法，其特征在于，其包含，準備具有第一表面和第一表面相反一側的第二表而的膜片的工序，在所述膜片的所述第一表面上，設置具有腐蝕孔的的掩膜的工序，在所述膜片的所述腐蝕孔的周圍部分上，通過腐蝕形成具有在所述膜片的所述第一表面上開口的開口部的第一凹部的工序，形成從比所述第一凹部的最深處更靠近所述第一凹部的所述開口部的第一位置，貫通至所述膜片的所述第二表面的第一孔的工序，形成在所述膜片的上第二表面上開口的所述第一通孔的開口部周圍設置的第一電極的工序。
31.如權利要求30所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一凹部的工序包含通過僅用促進腐蝕的第一氣體產(chǎn)生的脫水腐蝕，在所述膜片上形成所述第一凹部的工序。
32.如權利要求30所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔具有均勻形狀的截面的部分。
33.如權利要求30所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一通孔的工序包含，從所述第一凹部的所述第一位置向所述膜片的所述第二表面形成孔的工序，從所述孔向所述膜片的所述第二表面而形成漸大的第二凹部，以便在所述膜片的所述第二表面上貫通所述孔的工序。
34.如權利要求33所述的制造方法，其特征在于，所述第一電極延伸至所述第二凹部的壁面的至少一部分上。
35.如權利要求30所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一通孔的工序包含，通過使用促進腐蝕的第一氣體和抑制腐蝕的第二氣體產(chǎn)生的脫水腐蝕，在所述膜片上形成所述第一通孔的工序。
36.如權利要求35所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一通孔的工序包含，通過交互使用所述第一氣體和所述第二氣體產(chǎn)生的脫水腐蝕，在所述膜片上形成所述第一通孔的工序。
37.如權利要求35所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一通孔的工序包含，通過經(jīng)過所述腐蝕孔而使所述第一氣體和所述第二氣體在第一處方向行進，在所述膜片上形成所述第一通孔的工序。
38.如權利要求37所述的制造方法，其特征在于，從所述膜片的所述第一表面向著所述第二表面的厚度方向，和所述第一方向產(chǎn)生的夾角為89°以下。
39.如權利要求37所述的制造方法，其特征在于，所述膜片的所述厚度方向和所述第一方向產(chǎn)生的所述角度為20°～70°。
40.如權利要求39所述的制造方法，其特征在于，所述膜片的所述厚度方向和所述第一方向間所產(chǎn)生的所述角度為45°。
41.如權利要求30所述的制造方法，其特征在于，其還包含，形成從比所述第一凹部的最深處更靠近所述第一凹部的所述開口部的第二位置，貫通至所述膜片的所述第二表面的第一孔的工序，形成在所述膜片的第二表面上開口的所述第二通孔的開口部周圍設置的第二電極的工序。
42.如權利要求41所述的制造方法，其特征在于，所述第二通孔具有均勻形狀的截面的部分。
43.如權利要求41所述的制造方法，其特征在于，形成所述第二通孔的工序包含，通過使用促進腐蝕的第一氣體和抑制腐蝕的第二氣體產(chǎn)生的脫水腐蝕，在所述膜片上形成所述第一通孔的工序。
44.如權利要求43所述的制造方法，其特征在于，形成所述第二通孔的工序包含，通過交互地使用所述第一氣體和所述第二氣體產(chǎn)生的脫水腐蝕，在所述膜片上形成所述第二通孔。
45.如權利要求41所述的制造方法，其特征在于，形成所述第二通孔的工序包含，形成從所述第一凹部的所述第一位置向所述膜片的所述第二表面的孔的工序；形成從所述孔向著上膜片的所述第二表面而漸大的第二凹部，使得在所述膜片的所述第二表面上貫通所述孔的工序。
46.如權利要求45所述的制造方法，其特征在于，所述第一電極延伸至所述第二凹部的壁面的至少一部分上。
47.如權利要求45所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一通孔的工序包含，通過經(jīng)過所述腐蝕孔而使所述第一氣體和所述第二氣體在第一方向行進，在所述膜片上形成所述第一通孔的工序，形成所述第二通孔的工序包含，通過經(jīng)過所述腐蝕孔而使所述第一氣體和所述第二氣體在第一方向行進，在所述膜片上形成所述第二通孔的工序。
48.如權利要求47所述的制造方法，其特征在于，從所述膜片的所述第一表面向著所述第二表面的厚度方向和所述第一方向產(chǎn)生的夾角為89°以下，所述膜片的所述厚度方向和所述第二方向產(chǎn)生的夾角為89°以下。
49.如權利要求48所述的制造方法，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向關于所述膜片的所述厚度方向?qū)ΨQ。
50.如權利要求48所述的制造方法，其特征在于，所述膜片的所述厚度方向和所述第一方向產(chǎn)生的所述角度為20°～70°。
51.如權利要求50所述的制造方法，其特征在于，所述膜片的所述厚度方向和所述第一方向產(chǎn)生的所述角度為45°。
52.如權利要求48所述的制造方法，其特征在于，所述膜片的所述厚度方向和所述第二方向產(chǎn)生的所述角度為20°～70°。
53.如權利要求52所述的制造方法，其特征在于，所述膜片的所述厚度方向和所述第一方向產(chǎn)生的所述角度為45°。
54.如權利要求31、35或43所述的制造方法，其特征在于，所述第一氣體包含SF6、CF4、XeF2中的一種。
55.如權利要求35或43所述的制造方法，其特征在于，所述第二氣體包含C4F8、CHF3中的至少一種。
56.一種細胞外電位測定裝置的制造方法，其特征在于，其包含，準備具有第一表面和第一表面相反一側的第二表面的膜片的工序；在所述膜片的所述第一表面上設置具有腐蝕孔的掩膜工序；在所述膜片的所述腐蝕孔的周圍部分，通過腐蝕，形成具有在所述膜片的所述第一表面開口的開口部的第一凹部的工序，形成從所述第一凹部向著所述膜片的所述第二表面的具有均勻的截面形成的孔的工序，形成具有從所述孔向著所述膜片的所述第二表面而漸大的所述膜片的所述第二表面開口的開口部的第二凹部，使得在所述膜片的所述第二表面貫通所述孔的工序，在所述膜片的上第二表面上，形成在所述第二凹部的所述開口部周圍設置的第一電極的工序。
57.如權利要求56所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一凹部的工序包含，通過僅使用促進腐蝕的第一氣體產(chǎn)生腐蝕，在所述膜片上形成所述第一凹部的工序。
58.如權利要求56所述的制造方法，其特征在于，形成所述通孔的工序包含，通過使用促進腐蝕的第一氣體和抑制腐蝕的第二氣體產(chǎn)生的脫水腐蝕，形成所述通孔的工序。
59.如權利要求58所述的制造方法，其特征在于，所述第二氣體包含C4F8、CHF3中的至少一種。
60.如權利要求56所述的制造方法，其特征在于，形成所述第二凹部的工序包含，通過僅使用促進腐蝕的第一氣體產(chǎn)生腐蝕，形成所述第二凹部的工序。
61.如權利要求57、58或60所述的制造方法，其特征在于，所述第一氣體包含SF6、CF4、XeF2中的一種。
全文摘要
細胞外電位測定裝置具有擁有第一表面和第一表面相反一側的第二表面的膜片，和在膜片的第二表面上設置的電極。在膜片上形成具有在第一表面上開口的開口部的凹部，和從凹部貫通至膜片的第二表面的通孔。通孔從比凹部的最深處更靠近凹部的開口部的位置貫通至膜片的第二表面。膜片的第二表面上，電極被設置在通孔的開口部周圍。在該裝置中，由于即使被驗體細胞沒有到達凹部內(nèi)最深處，被驗體細胞的細胞膜也可以與通孔確實地無間隙貼緊，所以，可遮斷通孔內(nèi)的培養(yǎng)液和膜片上面一側的培養(yǎng)液，并且可以通過檢測電極，有效地檢測細胞活動時產(chǎn)生的電氣化學變化。
文檔編號G01N27/30GK1697969SQ20048000045
公開日2005年11月16日 申請日期2004年3月8日 優(yōu)先權日2003年3月7日
發(fā)明者中谷將也, 岡弘章, 江本文昭 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社