JPH03166079A - マイクロマニピュレータの微小移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロマニビュレータの微小移動装置に関
するものである． （従来の技術） 従来、バイオテクノロジーにおいては、遺伝子・細胞な
どに人工的操作を加え、新しい遺伝情報体を作威し、そ
れを利用或いは研究する分野がある．その対象は遺伝子
，細胞，核．受精胚，組織、或いは原生動物とさまざま
であるが、このうち、光学顕微鏡で観察できるものに対
して物理的・機械的操作を加える手法にマイクロマニピ
ュレーションがある．例えば、動植物細胞や核に外来遺
伝子を注入してその形質発現機構を解析する場合、また
、初期胚や桑実胚を分割して仮親に移植し、一卵性複数
子を作る場合、或いは受精卵の細胞質に他の個体を移植
してクローン生物の作成を行う場合などに、マイクロマ
ニビュレータは不可欠のものである． 一方、圧電素子（又は電歪素子）を用いた衝撃力による
微小移動装置は、既に、本願の発明者によって提案され
ており、特開昭６３　−　２９９７８５号として公開さ
れている． かかる従来の微小移動装置の構戒及びその動作の概略に
ついて、第８図乃至第１１図を用いて説明する。

これらの図に示すように、この微小移動装置は、移動体
２と慣性体３を圧電素子４で結合したものであり、移動
体２をベース１上に置いて、摩擦力で保持するように構
威されている． そこで、圧電素子４に電圧を印加して慣性体３を加速し
、その反動を利用して移動体２の移動を引き起こすこと
により、単純な機構でありながら、１０ｎ　ｍ−１０ａ
ｍ程度の微動を可能にしている．その移動原理は、以下
の通りである． 即ち、移動体２を左（＋）方向に移動させる場合、まず
、第１０図（ａ）に示すように、圧電素子４が縮んでい
る状態から、第１０図（ｂ）に示すように、圧電素子４
を急激に延ばすと、移動体２と慣性体３が互いに離れる
方向に移動する．次に、第ｌＯ図（ｃ）に示すように、
圧電素子４をゆっくりと引き戻し、第１０図（ｄ）に示
すように、圧電素子４が元の長さに戻ったところで急に
止めると、慣性体３が移動体２に衝突する形になり、第
ｌＯ図（ｅ）に示すように、移動体２は左方向に移動す
る。

また、移動体２を右（一）方向に移動させる場合、まず
、第１１図（ａ）に示すように、圧電素子４が伸びてい
る状態から、第１１図（ｂ）に示すように、圧電素子４
を急激に縮めると、移動体２と慣性体３が互いに近づく
方向に移動する。次に、第１１図（ｃ）に示すように、
圧電素子４をゆっくりと延ばし、第１１図（ｄ）・に示
すように、圧電素子４が元の長さに戻ったところで、急
に止めると、第１１図（ｅ）に示すように、移動体２は
右方向へ移動する。

更に、本願の発明者によって、この微小移動装Ｉをマイ
クロマニピュレータへ応用したものが、特願平１−８７
２８７号として既に提案されている．また、微小器具を
用いて遺伝子・細胞などのマニビュレーシッンの対象物
に人工的操作を加えるにあたり、例えば、マイクロピペ
ットに微小移動装置を取り付ける場合は、第１２図に示
すように、保持体１０に保持されたマイクロピペット１
１ニ［Ｆ帯１６を用いて、移動体１３、圧電素子ｌ４及
び慣性体１５とからなる微小移動装置１２を取り付ける
ようにしていた． （発明が解決しようとする課！！！） しかしながら、上記した従来の微小移動装置では、微小
移動装置１２の移動軸とマイクロピペット１ｌの移動軸
、つまり移動方向（力の方向）とが異なるため、マイク
ロピペット１１の先端に振動が生じ、作業に支障を来す
といった問題があった．本発明は、上記問題点を除去し
、微小器具を直線的に移動させる微小移動装置を微小器
具と同心円状に配置することにより、振動がなく、真っ
直ぐに移動させ得るマイクロマニピュレータの微小移動
装置を提供することを目的とする．（課題を解決するた
めの手段） 本発明は、上記目的を達或するために、微小器具に装備
され、微小器具を直線方向に移動させるマイクロマニピ
ュレータの微小移動装置において、微小器具（２３）に
形成される鍔部（２４．３０）と、該鍔部（２４．３０
）に設けられ、かつ、微小器具（２３．３６）と同心円
状に配置される圧電素子（２５，３１．３５）と、該圧
電素子（２５．３１．３５）に取り付けられ、その駆動
により微小器具（２３．　３６）に衝撃力を付与する慣
性体（２６．３２）とを設けるようにしたものである．
また、前記圧電素子（２５，３１．３５）は円筒体にし
たり、微小器具（２３．３６）と同心円状に複数個設け
るようにすることができる。

更に、本発明は、前記微小器具（２３）がマイクロピペ
ットである場合、特に好適である。

（作用） 本発明によれば、上記のように構威したので、圧電素子
（２５，３１．３５）の駆動により、微小器具（２３．
３６）の移動方向と慣性体（２６．３２）の移動方向（
力の方向）が一致するため、微小器具（２３．３６）の
先端が振動することもなく、直線的に移動させることが
できる． 従って、微小器具（２３．３６）による的確な微小移動
が行われ、遺伝子・細胞などのマニピュレーションの対
象物に対して適切な人工的操作を加えることができる． （実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する． 第ｌ図は本発明の実施例を示すマイクロマニピュレータ
の微小移動装置の斜視図、第２図は第１図の微小移動装
置のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面図
である。

これらの図に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能
な保持体２０に微小器具としてのマイクロピペット２３
が挿通され、そのマイクロピペット２３は摩擦力調整機
構２１によって当接部材２２を介して保持体２０に適切
な摩擦を生じさせるようにして支持する。この機構を更
に詳細に説明すると、第３図に示すように、調整ツマξ
２１ａは中空状の軸２１ｂを有し、その外周には雄ねじ
２１ｃが刻設されている．この雄ねじ２１ｃと螺合する
ように保持体２０には雌ネジが刻設された孔が形成され
ている．また、中空状の軸２ｌｂの先端面に当接するよ
うに、コイルスプリング２１ｄが設けられ、そのコイル
スプリング２１ｄにより当接ピン２１ｅが当接部材２２
を押すように配置されている．その当接部材２２は枢支
軸２２ａを有し、当接ビン２１ｅの押圧力により、当接
部材２２を第３図において反時計方向に回転させ、当接
部材２２のテーパ面２２ｂにより、マイクロピペット２
３を右斜め上方より押さえる。一方、当接部材２２の反
対側にはテーパ面２１ｇ及び支持面２１ｆが形成されて
いる．そこで、調整ツマミ２１ａの操作により、マイク
ロピペット２３の保持体２０への摩擦力の調整を行うこ
とができる．ここで、マイクロピペット２３は、回転を
防止するために、その底面２３ａは面取りを行って平面
状に形或するのが望ましい． 更ニ、マイクロピペット２３には、鍔部２４が固定され
、その鍔部２４には円筒体からなる圧電素子２５が接着
される．更に、圧電素子２５には慣性体２６が接着され
る．また、圧電素子２５には、電圧を印加するワイヤ２
７が接続されている．なお、この鍔部２４、圧電素子２
５及び慣性体２６の周りには点線で示すようにケース２
８が被せられ、鍔部２４と共に、マイクロピペット２３
に固定されている。

そこで、慣性体２６が鍔部２４を押圧するように、ワイ
ヤ２７を介して圧電素子２５に電圧を印加する（第１０
図に対応）と、マイクロピペット２３は真っ直ぐに前進
する。

また、慣性体２６が鍔部２４を引っ張るように、ワイヤ
２７を介して圧電素子２５に電圧を印加する（第１１図
参照）と、マイクロピペット２３は真っ直ぐに後退する
。

このような簡単な構或を有する微小移動装置に電圧を印
加することにより、マイクロピペットは直線方向に前進
後退が自在であり、マニエビレーションの対象物に対し
て迅速、かつ的確な操作を加えることができる。

第４図は本発明の他の実施例を示すマイクロマニビュレ
ータの微小移動装置の断面図、第５図はその微小移動装
置の圧電素子の配置を示す図である． この実施例においては、圧電素子３１はマイクロピペッ
ト２３と一体形成された鍔部３ｏ内に独立して４個、し
かもマイクロピペット２３と同心円状に配置する．また
、各々の電圧素子３１には電圧が印加されるワイヤ３３
が接続されている． そこで、慣性体３２が鍔部３０を押圧するように、ワイ
ヤ３３を介して４個の圧電素子３ｌに同時に電圧を印加
する（第ｌＯ図に対応）と、マイクロピペット２３は真
っ直ぐに前進する． また、慣性体３２が鰐部３０を引っ張るように、ワイヤ
３３を介して４個の圧電素子３１に同時に電圧を印加す
る（第１１図に対応）と、マイクロピペット２３は真っ
直ぐに後退する． なお、上記実施例においては、４個の圧電素子３１の全
てに同時に電圧を印加するようにしたが、マイクロピペ
ット２３に対して対称に配置される２個の圧電素子３１
にのみ同時に電圧を印加するようにしても、マイクロピ
ペット２３を直線方向に移動させることができる． また、第６図に示すように、もともと、２個の圧電素子
３１をマイクロピペット２３に対して対称に配置し、こ
れらの圧電素子３１に同時に電圧を印加することにより
、マイクロピペット２３を直線方向に移動させるように
してもよい。

更に、第７図に示すように、円管状のマイクロピペット
３６を中心にして、その同心円状に等間隔（１２０°間
隔）に３個の丸形の圧電素子３５を配置し、これらを同
時に駆動するようにしてもよい。

なお、圧電素子３５への電圧の供給はワイヤ３７によっ
て行う． ここで、上記した圧電素子の形状は、種々の形状に変形
することができることは言うまでもない．また、上記実
施例においては、微小器具として、ピペットを示したが
、これを微小針、微小電極等に適用することも可能であ
る． なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、以下のような効果を奏することができ
る。

（１）微小器具の移動軸と慣性体の移動軸、つまり移動
方向（力の方向）が一致するため、微小器具先端の振動
をなくし、直線方向に微小移動させることができる．従
って、遺伝子・細胞などのマニュプレーションの対象物
に対して適切な人工的操作を加えることができる． （２）圧電素子及び慣性体を貫通させる必要のある微小
器具、特にマイクロピペットに対する装着に好適である
． （３）微小移動装置の構造を小型化、かつ、簡素化し、
その操作性を高めることができる。更に、装置の製造コ
ストが削減でき、その信頼性を高めることができる． （４）微小器具の全面を摩擦面として用いることができ
る．つまり、圧電素子及び慣性体の配置は、微小器具の
中心軸に対して対称であり、方向性を持たない．

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明の実施例を示すマイクロマニピュレータ
の微小移動装置の斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断
面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面図、第４図は本発
明の他の実施例を示すマイクロマニビエレー夕の微小移
動装置の断面図、第５図はその微小移動装置の圧電素子
の配置を示す図、第６図は第５図に示す微小移動装置の
圧電素子の配置の変形例を示す図、第７図は本発明の更
なる他の微小移動装置の圧電素子の配置の変形例を示す
図、第８図は従来の微小移動装置の側面図、第９図はそ
の微小移動装置の平面図、第１０図及び第１１図はその
微小移動装置の動作原理の説明図、第１２図は従来のマ
イクロマニピュレータの微小移動装置の構成図である。 ２０・・・保持体、２１・・・Ｉｆ！擦カ調整機構、２
１ａ・・・調整ツマξ、２ｌｂ・・・中空状の軸、２１
ｃ・・・雄ねじ、２１ｄ・・・コイルスプリング、２１
ｅ・・・当接ビン、２１ｒ・・・支持面、２１ｇ・・・
テーパ面、２２・・・当接部材、２２ａ・・・枢支軸、
２２ｂ・・・テーパ面、２３．　３６・・・マイクロピ
ペット、２３ａ・・・底面、２４．　３０・・・鍔部、
２５，　３１．　３５・・・圧電素子、２６．　３２・
・・慣性体、２７，　３３．　３７・・・ワイヤ、２８
・・・ケース．

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）微小器具に装備され、微小器具を直線方向に移動
   させるマイクロマニピュレータの微小移動装置において
   、 （ａ）微小器具に形成される鍔部と、 （ｂ）該鍔部に設けられ、かつ前記微小器具と同心円状
   に配置される圧電素子と、 （ｃ）該圧電素子に取り付けられ、該圧電素子の駆動に
   より前記微小器具に衝撃力を付与する慣性体とを具備す
   るマイクロマニピュレータの微小移動装置。
2. （２）前記圧電素子は円筒体であることを特徴とする請
   求項１記載のマイクロマニピュレータの微小移動装置。
3. （３）前記圧電素子は微小器具と同心円状に複数個設け
   られることを特徴とする請求項１記載のマイクロマニピ
   ュレータの微小移動装置。
4. （４）前記微小器具はマイクロピペットであることを特
   徴とする請求項１記載のマイクロマニピュレータの微小
   移動装置。