JPH04179469A - 粒子操作装置 - 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、流体中の細胞などの粒子の保持および操作を
行う装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６１−２６７７２３号公報に記載
のように、微動台に搭載したピペットなどの粒子操作用
のプローブを用いた。顕微鏡下でシャーレ中やスライド
ガラス上の液体中に存在する細胞に遺伝子を含む薬剤の
注入、核の除去９分割などの操作を行うため、細胞の大
きさよりもややちいさな内径のガラス管に液体中に浮遊
する細胞を吸いつけて固定し、細胞に別の小さなピペッ
トを刺し薬剤の注入や核の除去などの操作を行っていた
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、顕微鏡下で浮遊している微小な細胞
を吸いつけるためピペットを近づけるとそれにより生じ
る流れで細胞が逃げてしまい固定に長時間を要した。ま
た、遠くにある細胞を無理に吸引するため吸引圧をあげ
すぎてしまい細胞を傷つけることもあった。

また、粒子を保持するピペットと粒子を操作する器具の
相対的な位置決めが容易でなく操作に時間を要し、操作
の精度も悪かった。

本発明の目的は、ピペットなどによる粒子の固定を容易
にし操作の時間を短縮することにある。

本発明の他の目的は、粒子を保持するピペットと粒子を
操作する器具の相対位置決めを容易にし粒子に対する操
作の時間短縮と操作の精度向上を可能にすることにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は一部またはすべて
が透明な部材より構成された第一の流路と、第一の流路
中を流れる粒子を含む流体を駆動する第一の流体駆動源
と、第一の流体駆動源を制御する第一の制御部と、流路
内の状態を観測する顕微鏡などの光学装置よりなる粒子
操作装置に、第一の流路中に相対する開口部を設け、第
一の開口部の径を流体中の微粒子の径よりも小さくし、
さらに、第一の開口部に接続する第二の流路を設け、第
二の流路に第二の流路中の流体を髪動する第二の駆動源
と、第二の駆動源を制御する第二の制御部を設け、第二
の開口部に、第二の開口部の径よりも小さな外径を有す
る粒子操作用プローブを設けたものである。

〔作用〕

第一の駆動源により粒子を含む流体を開口部に向かって
流す。顕微鏡により開口部付近を観察し操作すべき粒子
が開口部の直前に達したときに流体を停止する。次に、
第二の駆動源により第一の流路内の流体を第二の開口部
より吸引する。この吸引にともなって流体内の粒子が第
一の開口部に接近する。第一の開口部の径は粒子の径よ
りも小さいため粒子は第一の開口部を通過できず第一の
開口部に固定される。次に、第一の開口部と向かい合う
第二の開口部に設置した針あるいは管状の粒子操作用プ
ローブを用いて粒子に操作を行う。

次に、第二の駆動源により第二の流路内の流体を第一の
流路に押し出し、第一の開口部に固定した粒子を第一の
流路内に戻す。さらに、第一の能動源により操作済みの
粒子を開口部の下流に流し回収する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

装置の構成を第１図の下部に示す。

機能的には、細胞を含む試料液３１の注入口１１と排出
口１２と粒子操作用のプローブ２１を挿入する挿入口１
３と粒子固定用の固定口１４を末端とする十字状の流路
をもつ粒子操作治具１（ガラス管などを加工して作成し
た透明なもの）と１粒子操作治具１の注入口１１より試
料液３１を供給する試料液供給部３と、排出口１２から
出てくる処理済み細胞を回収する回収部７と、固定口１
４に接続し細胞の固定・分離を行う固定部４と、細胞操
作用のプローブ２１を微動する微動部２２と、挿入口に
対設してプローブ２１の先端より液体を吸引・吐出する
吸引・吐出部２３と、粒子操作治具１内の画像を検出処
理する画像処理部５と、画像処理部５の処理結果にもと
づき試料液供給部３と固定部４と微動部２２と吸引・吐
出部２３を協調制御するシステム制御部６に分類される
。

粒子操作治具１の挿入口１３．固定口１４付近の構成は
第１図の上部に示すようになっている。

挿入口１３はプローブ２１側に、若干、伸びておりプロ
ーブ２１と挿入口の間にはプローブ２１が動きうるよう
にするため液状としたシール部９（たとえば磁性流体シ
ールなど）がある。なお、挿入口１３が十分細ければ表
面張力のため液体は漏れずシールの必要はない。

試料液供給部３と固定部４と吸引・吐出部２３は、はぼ
同様の構成である。すなわち、各種の液体の入った試料
管３７，４７，２３７と、弁３２゜４２．２３２と、シ
リンジ３３，４３，２３３と、それらを接続するパイプ
３５，４５．．２３５およびパイプ３６，４６，２３６
および粒子操作治具１と各部を接続するパイプ３８，４
８，２３８、弁３２，４２，２３２の開閉の制御とシリ
ンジの能動とシステム制御部６とのインターフェースを
行うインターフェース３４，４４，２３４とから構成さ
れる。

回収部７は、生理食塩水７１の入った試験管７７１と細
胞回収用の試験管７７２と、弁７２と、それらを接続す
るパイプ７５１，７５２および粒子操作治具１と弁７２
を接続するパイプ７８から構成される。

微動部２２は、プローブ２１とプローブ２１を搭載しマ
イクロメータ以下の精度でＸＹＺ方向に動作をする微動
ステージ２２１と、微動ステージ２２１とシステム制御
部６とのインターフェースを行うインターフェース２２
２から構成される。

画像処理部は、顕微ｊ１５１に取り付けたテレビカメラ
などの画像入力装置５２と、その画像を処理し細胞の位
置や種類を特定しシステム制御部６にデータを転送する
情報処理部５３から構成される。

上記構成の装置の動作を第２図から第７図に示す。図の
上半分は挿入口と固定口付近の拡大図で、下半分は全体
の動作を示す図である。

まず、準備動作を次のように行う。

（１）弁３２．４２によりシリンジ３３．４３と粒子操
作治具１の注入口１１．固定口１４をパイプ３５．４５
とパイプ３８．４８を介して接続する。この状態でシリ
ンジ３３．４３を動作させ試験管７７１内の生理食塩水
７１をパイプ７８から排出口１２に吸入し、粒子操作治
具１を介してパイプ３８．４８、パイプ３５゜４５まで
吸引する。同時に、弁２３２によりパイプ２３６とパイ
プ２３５を介して、シリンジ２３３に試験管２３７内の
薬剤などの液体２３１を吸入する（第２図）。

（２）弁７２を閉じ、弁３２，４２によりパイプ３５．
４５．パイプ３６，４６を介してシリンジ３３．４３内
の空気をシリンジ３３．４３を動作させて排出した後、
試験管３７．４７内の試料液と生理食塩水４１をシリン
ジ３３．４３内に吸引する。同時に、弁２３２によりパ
イプ２３５とパイプ２３８を接続して、シリンジ２３３
を動作させシリンジ２３３内の液体２３１をプローブ２
１に満たす（第３図）。

次に、粒子の移動動作を行う。

（３）弁７２によりパイプ７８．パイプ７５２を介して
排出口１２と試験管７７２を接続する。同時に、弁３２
によりパイプ３５とパイプ３８を連結しシリンジ３２を
駆動してシリンジ３３内の試料液３１を粒子操作治具１
内に送り出す。

画像処理部５で粒子操作治具１内の画像を監視し試料液
内の操作すべき細胞８を大きさや形態的特徴などで判別
し、細胞８が固定口１４の近くに達したときに、シリン
ジ３３の駆動をやめ細胞８を固定口１４付近に停止させ
る。

さらに細胞の固定と操作を行う（第４図）。

（４）弁３２によりパイプ３８とパイプ３６を連結し、
シリンジ４３を駆動して細胞８の固定口１４に吸い付け
る。同時に１画像処理部５により細胞８を監視し細胞８
の固定を確認してシリンジ４３の駆動をやめる（第５図
）。

（５）画像処理部５からの細胞の形態や位置を示すデー
タにより、微動ステージ２２１を駆動してプローブ２１
により細胞８に操作を行う。このとき、必要であればシ
リンジ２３３を駆動して細胞８内への薬剤の注入や核の
除去を行う（第６図）。

最後に、・処理済みの細胞８を回収する。

（６）シリンジ４３を駆動してシリンジ４３内の生理食
塩水４１を押し出し、細胞８を固定口１４から分離する
。次に、シリンジ３３を駆動して試料液３１を粒子操作
治具１に送り、（４）の固定口１４への吸引動作に戻る
。処理済みの細胞８は試料液３１の流れに沿って排出口
１２を経由して回収部７の試験管７７２に回収される（
゛第７図）。

本発明によれば、固定口付近まで細胞を送り、吸引固定
するので細胞の固定が容易で細胞の損傷が防止できた。

また、細胞の検出処理と、シリンジの動作を連携して自
動で行うので、人手による長時間の熟練作業に代り、短
時間で大量の細胞操作を行いうる可能性がある。また、
細胞を固定する位置が決まっており細胞操作時の顕微鏡
の焦点合わせが不要なため精度のよい処理が可能となる
。

また、粒子操作治具１の外形状を矩形状とし流路も矩形
状とすれば粒子操作治具１を透過する光の屈折を防ぐこ
とができ正確な細胞像がとらえられる。

次に本発明の他の実施例を第８図に示す。

第８図は、固定口１４付近を示す図である。固定口１４
には細胞を吸引して固定する吸入用の管４９が挿入され
ており第１図の実施例と同様に固定部４にバイブ４８で
連結されている。

動作については第１図に示す実施例と同様である。

本実施例によれば、吸入用の管を細胞の大きさに対応し
て交換することができるので多種類の細胞の操作が可能
になる。また、細胞を管に固定したまま管を抜き細胞−
個を取り出すこともできる。

次に本発明の他の実施例を第９図に示す。

第９図の装置の構成は以下のとおりである。

基本的構成は第１図の装置と同様であるが、新たに粒子
操作治具１をはさんで顕微鏡５１に向がい合う位置にレ
ーザ光源５４を設置する。レーザ光５４１は粒子操作治
具１内の流路を透過した顕微鏡２１の対物レンズにいた
る。このとき、レーザ光が、直接、対物レンズに入らな
いようにレーザ光を遮断する線材５１２を対物レンズの
前に置く。また、顕微鏡５１に光電子増倍管などの高感
度の光検出器５１３を取り付け、粒子操作治具１から光
検出器５１３にいたる光路には特定の波長の光を透過す
る光学フィルタ５１４を挿入する。

光検出器５１３の出力信号は信号の処理器３１５にいた
り信号処理されて情報処理部５３にいたる。

動作も第１図の装置とほぼ同様であるが、細胞の検出分
類時に上記のレーザ光学系からの信号を使用する。一般
に細胞の分類には細胞を染色して形態により分類する方
法と、蛍光物質を加えて細胞内の特定の分子に結合させ
レーザなどから得られる単色光を照射して発生する蛍光
量を目安に分類を行う方法がある。本実施例は後者の蛍
光による分類を加えるものである。

本実施例によれば、蛍光による分類が行えるようになる
ので取り扱える細胞の種類が増す。また、分類項目が増
えるので、細胞の分類がより正確になる。

さらに、本発明の他の実施例では、顕微鏡に。

共焦点光学顕微鏡（走査型レーザ顕微鏡）を使用する。

共焦点光学顕微鏡は、従来の顕微鏡よりも高解像（解像
力が約３０％高くなる）で細胞内の微細構造を立体的に
とらえることもできる。従って、共焦点光学顕微鏡から
の細胞内の立体情報をもとに微動部を制御することによ
り、細胞内の核よりも／ｈさな染色体やオルガネラなど
に対する操作Ｃ手作業ではほぼ不可能なレベル）が可能
になる。また、固定口付近での細胞の変形状態を立体的
にとらえられるので細胞の堅さなどのレオロジー的情報
をえることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、粒子が一定の流路を通って固定用の開
口部付近に停止でき、流れを乱すプローブの動きがない
ので開口部からの吸引動作により容易に粒子の固定がで
き操作の時間の短縮と粒子の損傷の軽減効果がある。

また、粒子の固定位置が常に同じなので粒子にたいする
操作器具の位置が一定にでき操作器具の移動にともなう
機構が不要になり、操作の精度も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部断面（ａ）と系統図（
ｂ）、第２図から第７図は本発明の一実施例の動作説明
図、第８図は本発明の他の実施例の部分断面図、第９図
は本発明の他の実施例の系統図である。 １・・・粒子操作治具、３・・・試料液供給部、４・・
・固定部、５・・・画像処理部、６・・システム制御部
、７回収部、８・・・細胞、９・・・シール部、１１・
・・注入口、１２・・排呂口、１３・・・挿入口、１４
・・固定口、２１・・・プローブ、２２・・・微動部、
２３・・・吸引・吐第　１　図 （え） 第　２図 （久） 第３０ （ＱＪ ′ｌＡ４図 （久） ７５ｚ ＃２ （＃＋） 第ｇｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一部またはすべてが透明な部材より構成された第一
   の流路と、前記第一の流路中を流れる粒子を含む流体を
   駆動する第一の流体駆動源と、前記第一の流体駆動源を
   制御する第一の制御部と、流路内の状態を観測する光学
   装置よりなる粒子操作装置において、 前記第一の流路中に相対する開口部を設け、第一の開口
   部の径を流体中の微粒子の径よりも小さくし、前記第一
   の開口部に接続する第二の流路を設け、前記第二の流路
   に前記第二の流路内の流体を駆動する第二の駆動源と、
   前記第二の駆動源を制御する第二の制御部を設け、第二
   の開口部に、前記第二の開口部の径よりも小さな外径を
   もつた、粒子操作用プローブを設置したことを特徴とす
   る粒子操作装置。