JPH0622743A

JPH0622743A - 細胞移動機構

Info

Publication number: JPH0622743A
Application number: JP24117691A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Suzuki; 弘之鈴木; Toshio Yasunaka; 敏男安中; Makoto Aoki; 真青木
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1994-02-01

Abstract

(57)【要約】【目的】溶液中に単離した状態で含まれる細胞を、任
意の方向及び位置へ自動的且つ非接触で移動することが
できる細胞移動装置を提供する。【構成】上記細胞を含む溶液を入れるチャンバ内に、
電歪素子で駆動される平板を内在し、該電歪素子に非対
称波形の電圧を印加することで平板を往復移動させるこ
とにより、細胞を任意の方向及び位置へ移動させる様に
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単離して液相中に含ま
れ、容器底面に沈降している細胞を、容器底面の所定の
位置または希望する位置に移動させることにより、細胞
を個別にピックアップする等の操作を可能にする細胞移
動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】所謂バイオテクノロジーの分野におい
て、細胞融合等による新品種の植物を育成する技術が開
発されてきた。この様な分野においては、液相中に単離
した状態の極めて微小の細胞を扱うことから、種々の技
術的困難が指摘されていた。従来、この様な細胞を扱う
手段として、図９に示す様なマイクロマニピュレータを
使用するものが知られている。

【０００３】図９において、顕微鏡の支軸１に支持され
た可動台２にシャーレ３を載置し、シャーレ３内に単離
した細胞を含む溶液４を入れ、支軸１の上部に設けられ
ている高倍率の光学系（図示せず）で細胞を視認する様
になっている。更に、顕微鏡の一端にマイクロマニピュ
レータ５が設けられ、操作機構６によってマイクロマニ
ピュレータ５を前後方向（長手方向）ａ、上下方向ｂ、
左右方向ｃに移動可能であり、更に軸にそって任意の角
度θに回転できる様になっている。

【０００４】マイクロマニピュレータ５の先端には、図
１０に示す様に、火炎中でガラス管を高温加熱しながら
引っぱることで形成された極めて細いガラス細管７が取
り付けられており、ガラス細管７の終端部に吸引ポンプ
や注射器等の吸引手段が接続されている。そして、人間
が顕微鏡で適宜の細胞を見つけ、操作機構６の操作でガ
ラス管７の先端をその細胞に近づけると、該先端開口部
の負圧による吸引力で細胞を吸着することができ、こう
した操作によって細胞の採取・移動を行なっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な従来の細胞移動装置にあっては、マイクロマニピュレ
ータの先端に取り付けられる細いガラス細管は、わずか
の衝撃で破損することから取扱いが煩雑であり、又、顕
微鏡を操作しながらマイクロマニピュレータの先端部分
を細胞に近づける等の操作は極めて高度の熟練を必要と
し、１回の採取操作を行なうのに長時間を要する等の問
題があった。

【０００６】更に、この様な熟練を要する手作業である
ため、操作効率が悪くなるのに加えて、生命細胞の迅速
な処理と大量の試料を処理することが極めて困難となっ
ていた。更に、上記ガラス細管による吸引で細胞を吸着
・採取するため、吸引による物理的外力で細胞が破損し
易い等の問題もあった。

【０００７】本発明はこの様な従来の問題点に鑑みて成
されたものであり、溶液中に単離した状態で含まれる細
胞を大量に適宜の方向へ移動・採取することのできる細
胞移動装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この様な目的を達成する
ために本発明は、電歪素子で駆動される平板をチャンバ
内に設け、電歪素子に非対称波形の電圧を印加して駆動
することで、平板の往方向への移動速度と復方向への移
動速度を異ならせることで、チャンバ内の溶液中に含ま
れる細胞を、任意の方向及び位置へ移動させる様にし
た。

【０００９】

【作用】この様な構成を有する本発明の細胞移動装置に
よれば、平板の往方向への移動速度と、復方向への移動
速度が異なるので、その速度差によって平板による細胞
の移動量の差を生じることとなり、次第に該差による方
向へ細胞を破損することなく移動させることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明による細胞移動装置の一実施例
を図面と共に説明する。図１は当該装置を上方から見た
場合の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図
１のＢ−Ｂ線断面を有する斜視図である。まず構成を述
べると、８は装置のケーシングであり、チャンバ９が一
体成形等によって形成されている。チャンバ９の一側端
には第１の電歪素子１１が固着され、該一側端して直角
な他側端には第２の電歪素子１２が固着されている。

【００１１】１３はチャンバ９の底面に配置される平板
であり、一側端が第１の電歪素子１１の一端に固着し、
該側端と直角な他の側端が第２の電歪素子１２の一端に
固着している。即ち、平板１３は、第１，第２の電歪素
子１１，１２を介してチャンバ９の側端に支持されてい
る。１４は、第１の電歪素子１１を駆動するための駆動
電圧Ｖ１を出力する駆動回路、１５は第２の電歪素子１
２を駆動するための駆動電圧Ｖ２を出力する駆動回路で
ある。

【００１２】１６はチャンバ９上に設けられるビデオカ
メラであり、チャンバ９内を監視するためにある。１７
はビデオカメラ１６による撮影を最適露光に設定するた
めの照明灯である。１８は、この装置全体の動作を制御
するための制御回路であり、ビデオカメラ１６からの映
像信号ＡＶを受信して、後述する細胞の移動処理情況を
監視したり、駆動回路１４，１５の動作を制御するため
の制御信号Ｓを出力する。尚、制御回路１８は、マイク
ロプロセッサ等の演算手段を備え、プログラムによる自
動制御を行うようになっている。

【００１３】又、第１の電歪素子１１は交播電圧Ｖ１が
供給されると、その交播電圧Ｖ１の周波数及び波形に応
じて平板１３側（Ｘ方向）へ変形動作し、第２の電歪素
子１２は交播電圧Ｖ２の周波数及び波形に応じて平板１
３側（Ｙ方向）へ変形動作する。したがって、電圧Ｖ
１，Ｖ２の周波数及び波形を制御することによって、平
板１３をＸ方向やＹ方向、あるいはその間の任意の方向
へ振動させることができる様になっている。

【００１４】次にかかる構成のこの実施例の動作を説明
する。まず、チャンバ９内に、単離した細胞群を含む溶
液を入れる。そして、細胞群が平板１３上に沈降したこ
とを確認して、装置を越動させる。図４は駆動回路１４
から第１の電歪素子１１に印加する電圧Ｖ１の波形を示
し、各周期Ｔｎの前半の立ち上がり期間Ａｎが短く、後
半の立ち下がり期間Ｂｎが長い、非対称の三角形となっ
ており、周期Ｔｎ毎に連続してこの電圧Ｖ１が第１の電
歪素子１１に印加する。

【００１５】そして、第１の電歪素子１１は、期間Ａｎ
において高速に伸長することにより平板１３をＸの方向
へ高速に移動させ、期間Ｂｎにおいて低速に縮少するこ
とにより平板１３を逆方向へ低速で引き戻す動作を繰り
返す。この結果、平板１３の底面に沈降している細胞群
は、期間Ａｎにおける平板１３の高速移動に追従するこ
とができないために、ほとんど元の位置にとどまること
となり、次の期間Ｂｎにおいて、平板１３が低速で戻る
と細胞群は平板１３の底面との接触摩擦によって一緒に
移動する。そして、この動作を連続して行うことによ
り、細胞群を次第に第１の電歪素子１１側へ移動させる
ことができる。

【００１６】図５は、電圧Ｖ１の他の波形を示す。この
波形の電圧Ｖ１を第１の電歪素子１１に印加すると、図
４に示す波形の電圧Ｖ１とは逆の効果が得られる。即
ち、周期Ｔｎの前半の期間Ａｎでは電圧が低速で上昇
し、後半の期間Ｂｎでは高速で降下する。したがって期
間Ａｎでは平板１３が低速で移動することにより細胞群
も同方向へ追従して移動し、期間Ｂｎでは平板１３が高
速で戻ることにより、細胞群は自身の慣性によって追従
できず、この繰り返し動作によって細胞群は次第に第１
の電歪素子１１から離れる様に移動する。

【００１７】尚、第１の電歪素子１１のみの動作を述べ
たが、第２の電歪素子１２にこれらの波形と同じ電圧Ｖ
２を印加することで同様の機能が発揮される。即ち、第
２の電歪素子１２に図４に示す波形の電圧Ｖ２を印加す
れば、細胞群は次第に第２の電歪素子１２側へ引き寄せ
ることができ、図５に示す波形の電圧Ｖ２を印加すれば
第２の電歪素子１２から遠ざかる様に細胞群を移動させ
ることができる。

【００１８】更に、第１，第２の電歪素子１１，１２に
同時に非対称波形の電圧Ｖ１，Ｖ２を印加することによ
り、Ｘ方向とＹ方向との間に任意方向へ細胞群を移動さ
せることができる。この様な移動方向の設定は、制御回
路１８がビデオカメラ１６の撮像で得られる映像信号Ａ
Ｖを画像処理し、該処理結果に基づいて駆動回路１４，
１５の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の波形の期間Ａｎ，Ｂｎと周
期Ｔｎ及び振幅を自動調節する。即ち、制御回路１８
は、操作者が入力装置（図示せず）によって所望の細胞
の大きさや形状等を入力すると、このデータを内部に記
憶し、ビデオカメラ１６からの映像信号ＡＶから、指定
基準に該当する細胞の位置を識別する。そして、チャン
バ９の所定位置に移動して採取するために、細胞の位置
と該移動すべき位置との距離及び方向を検出し、その検
出した方向に向けて平板１３を動作させ得る波形の電圧
Ｖ１，Ｖ２を第１，第２の電歪素子１１，１２に印加さ
せる。そして、上記映像信号の解析と平板１３の移動制
御を繰り返しフィードバック制御することにより、指定
された細胞を所定位置へ移動させる。

【００１９】尚、制御回路１８は、平板１３の移動動作
方向を決定する上記電圧波形の期間ＡｎとＢｎと、移動
量を設定するための電圧振幅に関する複数種類のデータ
を予め内蔵しており、上記映像信号処理の結果に基づい
て、これらの最適データを選択し、駆動回路１４，１５
に対して該データに対応する電圧Ｖ１，Ｖ２を発生させ
る様になっている。

【００２０】この様にこの実施例によれば、指定した細
胞を自動的に所望の位置へ移させることができ、この所
望の位置に採取用チャンバ等の採取用手段を設置してお
くことで、確実に採取できる。又、溶液中で移動させる
ことができるので、細胞を破損することがない。又、従
来例で説明したマイクロマニピュレータを併用すること
ができ、従来は、マイクロマニピュレータを細胞側へ移
動させる様に操作しなければならず煩雑であったが、本
実施例の装置によって細胞をマニピュレータ側の所定位
置へ移動させた後、マニピュレータで採取することが可
能となり、確実かつ破損することなく細胞を採取でき
る。

【００２１】これらは、効果の一例であるが、細胞を所
望の位置へ自動的且つ非接触で移動させることによる効
果は、極めて大きく、既存の装置との組合せや、各種の
応用に供することが可能である。次に他の実施例を、図
６と共に説明する。尚、図６において図１〜図３と同一
部分を同一符号で示す。この実施例では底面部に、細胞
の直径よりも浅い長溝２０を形成した平板１９を第１，
第２電歪素子１１，１２に取り付けたものである。そし
て、先の実施例と同様の制御手段によって第１，第２の
電歪素子１１，１２の印加電圧Ｖ１，Ｖ２を制御する様
になっている。

【００２２】この実施例によれば、平板１９を進退移動
させると、長溝２０の彫設されている方向α（αとＸの
成す角度をθとする）に沿って細胞が移動しやすくな
り、更に、長溝２０の深さに応じた大きさの細胞が長溝
２０に沿って集まりやすくなる。この結果、指定した細
胞の選択精度が向上し、特に長溝２０の末端部の位置に
細胞を移動させる場合に確実な制御を実現することがで
きる。

【００２３】又、長溝２０の彫設方向αを各種設定した
複数種類の平板１９を着脱可能に設けることにより、第
１，第２の電歪素子１１，１２に印加する電圧Ｖ１，Ｖ
２の制御をより簡素することができ、制御手段の負担を
低減することができる。次に更に他の実施例を図７と共
に説明する。尚、図７において、図１〜図３と同一部分
は同一符号で示している。この実施例は、平板２３の底
面に、広い面積の溝部２１と所定方向に延びるスリット
状の細溝部２２から成る溝部が形成され、それぞれの溝
部２１，２２と共に細胞の直径よりも浅く彫設されてい
る。そして、駆動回路から印加された非対称波形の電圧
Ｖ１，Ｖ２によって第１，第２の電歪素子１１，１２を
駆動し、平板２３を進退移動させることにより、細胞を
移動させる。

【００２４】この実施例によれば、複数の細胞が溝部２
１内に集まり、更に、幅の狭い溝部２２で整列されて溝
部２２を通過するので、細胞を整列させながら移動させ
ることができ、個々の細胞の採取・観察する等の精密な
操作を実現することができる。次に更に他の実施例を図
８と共に説明する。

【００２５】この実施例は、図１〜図３に示した第１の
実施例の変形例であり、これらの図と同一部分には同一
符号で示している。第１の実施例との相違点を述べる
と、チャンバ９の開口側に格子状の羽根部材２４を固定
して設けてある。又、羽根部材２４は平板１３とは所定
の間隔だけ離して設けられており、第１，第２の電歪素
子１１，１２の動作によって平板１３が水平方向に移動
しても常にチャンバ９内で静止する。

【００２６】そして、羽根部材２４の下端部分の一部又
は全体が細胞を含む溶液で浸る様にし、第１，第２の電
歪素子１１，１２を上記同様の駆動回路からの非対称波
形の電圧で駆動し、平板１３を水平方向へ進退移動させ
る。この実施例によれば、平板１３の進退移動や第１，
第２の電歪素子１１，１２の振動による溶液の振動や攪
拌等の流れを羽根部材２４がじゃまして減衰させるの
で、溶液の流れに従って細胞が勝手に移動するのを防止
することができる。この結果、細胞の移動制御の精度を
向上させることができる。尚、羽根部材２４の形状・構
造はこれに限るものではなく、溶液の流れを阻止する効
果があれば、他の形状・構造であってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した様に本発明の細胞移動装置
によれば、電歪素子で駆動される平板をチャンバ内に設
け、電歪素子に非対称波形の電圧を印加して駆動するこ
とで、平板の進退速度を異ならせる様にしたのでチャン
バ内に入れた細胞を含む溶液中の該細胞を進退速度差の
方向へ移動集積させることができ、自動的且つ非接触で
細胞の採取や観察、その他各種の処理を実現できる。

【００２８】又、平板に溝部を設けることで、細胞を整
列させて移動することが可能となり、種々の細胞処理に
おいて優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構造を説明するための平面図で
ある。

【図２】図１の部分縦断面図である。

【図３】図１の更に他の部分の部分縦断面図である。

【図４】電歪素子に印加する印加電圧の波形を示す波形
図である。

【図５】電歪素子に印加する印加電圧の他の波形を示す
波形図である。

【図６】第２の実施例の構造を示す部分縦断面図であ
る。

【図７】第３の実施例の構造を示す部分縦断面図であ
る。

【図８】図４の実施例の構造を示す部分縦断面図であ
る。

【図９】従来の細胞操作手段の構造を示す説明図であ
る。

【図１０】図９中のガラス細管の構造及び機能を説明す
るための部分断面図である。

【添号の説明】

８；ケーシング９；チャンバ１１；第１の電歪素子１２；第２の電歪素子１３，１９，２３；平板１４，１５；駆動回路１６；ビデオカメラ１８；制御回路２０，２１，２２；溝部２４；羽根部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単離した細胞を含む溶液中の該細胞を任意
の位置へ移動させる細胞移動装置において、前記溶液を
入れるチャンバと該チャンバ内の一側に設けられた電歪
素子と、該電歪素子の一端に固着されてチャンバ内に収
容される平板と、該電歪素子に非対称波形の電圧を印加
することにより電歪素子の伸長速度と収縮速度を異なら
せて、上記平板の往方向の移動速度と復移動速度を異な
らせて往復移動させる駆動回路を備え、該平板の往方向
と復方向の移動速度の差によって、細胞を任意の方向及
び位置へ移動させることを特徴とする細胞移動装置。
【請求項２】前記平板の側面に溝部を形成したことを
特徴とする請求項１の細胞移動装置。
【請求項３】前記チャンバ内の前記平板と離れた位置に
溶液の流れを阻止するじゃま部材を内在したことを特徴
とする請求項１または請求項２のいずれか一項記載の細
胞移動装置。