JP2000171359A - コロニ―採取方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 培地表面の凹凸に影響されない精度の高いコ
ロニーの採取方法および装置を得る。 【解決手段】 物理的作用、特に空気圧の変化を検知す
るコロニーの垂直的位置検知手段を設け、コロニーの垂
直的位置を把握した後に該コロニーを採取する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動的に大腸菌のコ
ピー作業など生物学的試料の複製を作製したり、コロニ
ー成分を別途解析する目的で特定の形態に配置する手順
においては極めて正確に効率よくそれら生物学的物質を
採取して別途配置あるいは配列を行うためのコロニー採
取方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在分子生物学を中心とする生化学の分
野においては、頻繁にコロニーなどと呼ばれる生物学的
群体が実験に利用されている。これらコロニーとは、栄
養や水分などが供給される培地と呼ばれる部材の上に生
物が群体の形状をなして増殖するものである。

【０００３】これらコロニーを効率的に採取して保存す
るため、コロニーのコピー作業と呼ばれる菌の移植・保
存作業が頻繁に行われている。この手法においては棒状
あるいはピン状物質を効率よくその先端に大腸菌等のコ
ロニーの一部に接触させてコロニーを採取する行程が日
常的に生物化学の実験操作においては採用されている。

【０００４】また分子生物学の他の異なる手法としては
多数のコロニー群の中から目的の試料とのみ親和性を示
すコロニーを選択する手法が頻繁に行われている。この
手法はブロッティングとよばれ具体的な作業手順として
は、多数のコロニーを個別に採取して特定の膜の上の極
めて微小な領域の中にピンポイント的に整然と順序よく
並べその後に解析するものである。

【０００５】これらの目的で生物学的試料を採取して特
定の位置に配置する手段としては、現在では人がピン状
の形状をした棒でコロニーを採取する手法が頻繁に使用
されている。これらの方法においては人が目でコロニー
の微妙な空間的位置を正確に認識するため極めて精度よ
く採取が行える手法として頻繁に採用されている。

【０００６】微細な位置の認識が必要である理由として
はコロニーの大きさが直径１ないし２ｍｍ以下と小さく
しかも単位面積あたりのコロニー数が極めて多いことに
起因している。すなわち、極めて微小な領域に増殖して
いる多数のコロニーの中から目的のコロニーのみを採取
するために微小な領域中でのコロニーの正確な空間的位
置の認識が必要とされているためである。

【０００７】しかし、これらの人の作業によるコロニー
採取方法においては多数の試料を採取する際に作業する
人にとっては正確な認識を行った後に慎重に操作をおこ
なわなければならないため極めて長時間の精神的緊張状
態を持続しなければならず精神的苦痛も大きく最近では
広く自動化された装置が多数のコロニー試料を採取する
ために使われるようになっている。

【０００８】すなわち、それら自動化されたコロニー採
取装置においては、例えばＣＣＤカメラ（９）のような
光学的検出手段によって目的とするコロニーの空間の水
平的位置を認識して、その水平的位置情報に基づいて自
動的に機械制御された採取部分によりコロニーを採取す
る作業を繰り返し実行する専用の装置が最近開発され有
用な結果を得ている。

【０００９】これらコロニー採取専用の装置において
は、コロニーの水平面的位置情報を認識する目的でコロ
ニーを真上から光学的検出手段によって認識する方法が
通常採用されている。この方法においては光学的検出手
段によってコロニーの平面の水平的位置を正確に認識で
きるものの垂直方向の空間的位置を把握できず必ずしも
精度よく目的のコロニーの採取が行えないなどの多くの
欠点を抱えていた。

【００１０】例えば通常のコロニーを作製させる栄養部
材（以降培地と略す）の上に増殖したコロニーを考える
と培地が完全に垂直方向に平らに作製されていれば、そ
れぞれのコロニーの垂直方向の座標上の位置は変わらな
い。しかし、培地作製においてはメニスカス現象などの
影響あるいは培地作製の難しさから培地の各部分にて垂
直方向に対して凸凹が生じるのが常である。

【００１１】すなわち、垂直軸方向の位置の情報が全く
なくそれぞれのコロニーの垂直方向の位置を一定と仮定
してコロニー採取装置においてコロニー採取を行った場
合には、培地が凸となった位置ではコロニーの採取手段
が培地中に深く入りすぎ目的のコロニーをピン状物質の
先の特定部分で採取できなかったり、逆に培地が凹とな
った部分では採取手段が目的のコロニーにとどかなかっ
たりして目的のコロニーの採取が行えなかったりなどと
ごく一部の培地面の平らな部材上のコロニーしか正確に
採取出来ないなど未だ多くの欠点を抱えていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の観点か
ら、生物学的試料を採取するコロニー採取方法および装
置において、新たにそれぞれ目的のコロニーの垂直座標
上の位置を正確に検知した後にコロニーを採取すること
により従来のコロニー採取方法および装置より極めて精
度が高く応用性の広いコロニー採取方法および装置を提
供するためになされたものである。

【００１３】

【問題を解決するための手段】而してかかる目的の実現
のためになされた本発明よりなるコロニー採取方法およ
び装置の特徴は、それぞれのコロニーの垂直座標上の位
置をそれぞれのコロニーを採取するたびに正確に検知し
てコロニーを採取するためのコロニーの垂直方向の位置
を認識する手段（１）を新たに設けたことにある。

【００１４】即ち採取するコロニー一つ一つにおいてそ
れぞれコロニーの垂直座標上の位置を正確に検知するコ
ロニーの垂直方向の位置を認識する手段（１）を設ける
ことにより目的とするコロニーを認識するごとに該コロ
ニーの空間的な位置を平面的ばかりではなく垂直方向の
にも検知することにより、個々のコロニーの位置をより
正確に把握し培地面の凸凹に起因する不正確なコロニー
の採取などの欠点を克服して採取精度の高いコロニー採
取方法および装置を開発し本発明を完成したものであ
る。

【００１５】本発明で言う垂直方向の位置とは、コロニ
ーを保持している容器が水平面におかれた際の基準水平
面に対して垂直方向の方向に対する位置に対してであれ
ばなんらコロニー採取装置に該コロニー保持容器が置か
れる角度あるいは方向に限定されるものではない。

【００１６】また、本発明で言う垂直方向の位置を個別
に認識するとは、１つ１つのコロニーに対してコロニー
の位置を垂直面上の特定の位置を基準にして該位置から
の垂直面上の距離を数値として的確に認識することであ
ればなんらその基準点の位置あるいは数値の単位あるい
は認識する方法に限定されるものではない。

【００１７】本発明で言うコロニー採取装置とはコロニ
ーの採取を機械的に制御されたピン状物質で行う形態の
コロニー採取装置であればその形状、構成、構造に何ら
限定されるものではないが、光学的にコロニーの水平位
置を認識する手段を利用して得られたそれぞれのコロニ
ーの位置情報をもとにそれぞれのコロニーを採取するコ
ロニー採取装置が好ましい。

【００１８】本発明で言うコロニーの垂直方向の位置を
認識する手段（１）とは、少なくとも系の物理的すなわ
ち電気的、圧力的、光学的など物理的性格の変化を検知
してそれぞれのコロニー面の垂直座標上の位置を認識す
る機能を有するものなら何らその認識原理に限定される
ものではないが、特に空気の圧力の変化を検知してコロ
ニーの垂直方向の位置を認識する手段や電気化学的性質
の差を検知してコロニーの垂直方向の位置を認識する手
段が好ましい。

【００１９】また、本発明で言う空気の吐出により空間
の圧変化を検知する手段（２）とは、端末が解放状態の
空間において定常的に空気を吐出する部分と該空間の圧
変化を検知する手段（２）を持ち該開放状態の空間の一
部がコロニーに接触することによって生成される閉空間
に定常的に空気を吐出する事によって該閉空間の圧力変
化を検知してそれぞれのコロニーあるいはコロニーの存
在する物体の空間的座標を認識する機能を持つものであ
れば何らその空間の圧力を検知する方法あるいは空気を
吐出する方法に限定されるものではない。

【００２０】本発明で言うコロニーとは生物学的群体で
あるなら何らその構成生物、大きさあるいは群体が形成
される場に限定されるものではないが、特に均一種の大
腸菌が構成するコロニーあるいはファージなどが構成す
るプラークと呼ばれる群体が好ましい。

【００２１】本発明で言う使い捨てのピペットチップ
（３）とはピペッットに押圧方式でその特定の部分が密
着され該ピペットチップ内部の空間の中に所定の液を存
在させる機能があるものであればその具体的な材質、容
量、構造等に何等限定されるものではないが、特に数十
マイクロリットルの液を保持する樹脂製のピペットチッ
プ（３）が望ましい。

【００２２】

【発明の作用】本発明によれば、ピン状のコロニー採取
器具を用いて精度の高いコロニー採取が実現できるコロ
ニー採取装置を供給するばかりでなく、生物学の分野に
おいては広く流布している使い捨ての使用形態で微量な
液の供給に利用されるピペットチップ（３）をコロニー
採取装置の採取用の器具として採用できる極めて高機能
で汎用性の高いコロニー採取装置を提供し、最終的には
適用可能な幅広い応用範囲を持つコロニー採取装置を提
供することにある。

【００２３】すなわち、一度のコロニーの採取毎に生物
学的汚染を避けるために煩雑な殺菌操作を行わなければ
ならないピン状のコロニー採取器具の他にも、使い捨て
のため煩雑な殺菌工程も必要なく装置も大がかりになら
ないピペットチップ（３）をもコロニーの採取器具とし
て採用できるという作用がある。

【００２４】

【発明の実施形態】以下本発明の実施形態について図面
を参照して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施
例にのみ限定されるものではない。

【００２５】図１は本実施例の一形態を示すコロニー採
取装置の構成概略図である。この実施例の場合のコロニ
ー採取装置においてはＣＣＤカメラ（９）によって目的
とするコロニーの水平面上の位置を認識する構成となっ
ている。また該カメラより得られた位置情報を平面座標
上に設定してその座標を元に採取ユニットに固定された
ステンレス製のピン（４）により目的の水平面座標上に
配置されたコロニーのある培地（７）を入れたシャーレ
中の採取すべきコロニー（８）が採取されるコロニー採
取装置である。

【００２６】該ピン（４）の先端は鋭利な針状に設計さ
れており、微細な場所においてもわずかに先端部分が生
物学的試料に接触することにより該ピン（４）に付着し
たコロニーをはじめとする生化学物質が目的の位置に配
置できるように設計されている。

【００２７】また該ピン（４）に併設されてピン（４）
の電気電導度を測定する検知手段（１０）が作動してい
る。管状のピン先とコロニーとの接触によってピン
（４）の電気電導度の変化を検知してそれぞれのコロニ
ーの垂直方向の位置を求めるものでこの電気電導度を検
知する手段（１０）がコロニーの垂直方向の位置を認識
する手段（１）となっている。

【００２８】ピン（４）を含むコロニー採取ユニットを
垂直軸方向に駆動している図示しないモーターの制御を
該電気電導度を測定する検知手段（１０）の検知と連動
して行っている。すなわちピン先がコロニーに接触して
電気電導度を検知する手段（１０）が電気電導度の変化
を検知した瞬間に駆動している垂直軸方向へ駆動するモ
ーターは停止してコロニーの垂直方向の位置を認識して
コロニーを最適な垂直方向の位置で採取する構成となっ
ている。

【００２９】図２は本実施例の一形態を示すピペットチ
ップ（３）を装着して分注を行う方式の自動分注機のヘ
ッドユニットを装着したコロニー採取装置のコロニー採
取ユニットの構成概観図である。この実施例の場合のピ
ペットチップ（３）を装着するピペットヘッドユニット
には空気の吐出により空間の圧変化を検知する手段
（２）である圧力検知ユニットが付設されており、同じ
く付設のポンプ（５）から吐出される空気によって生じ
るピペット内の圧力変化を検知できる仕組みとなってい
る。

【００３０】図２の実施例において本発明のピペットチ
ップ（３）を採取ユニットに装着し、市販のポンプにて
空気を２５マイクロｌ／秒の速度で空気をピペットチッ
プ（３）内部に吐出させながら同時に採取ユニットを５
ｃｍ／秒の一定速度で下降させて圧力モニターの圧力変
化を検知しながら培地（ＬＢ培地、アンピシリン濃度３
０マイクロｌ／ｍｌ、グリセロール２０％）上の大腸菌
ライブラリー（マウスブレイン、ラムダｃＤＮＡライビ
ラリー ＃９３７３１９ ストラタジーン社（アメリ
カ））によって作製したシャーレ中のコロニーの垂直軸
方向の位置を検出しコロニーを採取した。

【００３１】これら作業においては、機械で制御された
ポンプ（５）およびコロニーを採取する器具を垂直方向
を移動するモーターの動きによってピペットチップ
（３）がコロニーに接触した瞬間にピペットチップ
（３）中に閉空間が生まれピペットチップ（３）内の圧
力が急激な上昇を示しその圧力変化を検知する手段
（２）が検知してその検知によりさらに連動して駆動す
る垂直軸方向のモーターは停止しコロニーの垂直方向の
位置検知が確実に行われ、その値を参照してピペットチ
ップ（３）によるそれぞれのコロニーの採取を行った。

【００３２】大腸菌ライブラリーにおいて９６個のコロ
ニーを採取した後に培養反応を行いコロニーの生成を確
認したところ９６個全てのコロニーが正確に採取したこ
とが確認できた。これらのコロニーの垂直方向の位置を
正確に認識してコロニーを採取する操作は正確にしかも
簡易に実現できた。

【００３３】

【比較例】本発明によるコロニーの垂直方向の位置を認
識する手段（１）を有しない以外は実施例と同様な仕様
のコロニー採取装置を用いて同じ培地上のライブラリー
のコロニー採取作業を行った。シャーレの培地上に培養
された実施例の大腸菌ライブラリー中の９６個のコロニ
ー採取作業において３個のコロニーの採取においてピン
が目的の位置まで完全には到着できないという理由から
コロニーの採取ができなかった。

【００３４】

【発明の効果】上記実施例の説明からも明らかなよう
に、本発明によれば簡易な構造の検知手段によりコロニ
ーの垂直方向の位置を検知しコロニーを正確に採取でき
るという利点があるばかりでなく、広く生物学の研究に
おいて使用されている液体分注用の使い捨てのピペット
チップ（３）を予め滅菌しておき一回のコロニー採取後
に汚染を避ける目的で廃棄するという効率的な使用形態
でコロニーの採取にも十分使用できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のコロニー採取装置および採
取されるコロニーや培地の入った容器の構成断面図であ
る。

【図２】本発明の一実施例のコロニー採取装置の採取ユ
ニット部の構成概観図である。

【符号の簡単な説明】

１ コロニーの垂直方向の位置を認識する手段 ２ 空間の圧変化を検知する手段 ３ ピペットチップ ４ ピン ５ ポンプ ６ ピペットチップを含む空間 ７ コロニーのある培地 ８ 採取すべきコロニー ９ ＣＣＤカメラ １０ ピンの電気電導度を測定する手段

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年１２月２８日（１９９８．１２．
２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動的にコロニーを採取するコロニー採
   取装置において、コロニーの垂直方向の位置を認識する
   手段（１）によってそれぞれのコロニーの垂直方向の位
   置を個別に認識したのちにコロニーを採取することを特
   徴とするコロニー採取方法。
2. 【請求項２】 自動的にコロニーを採取するコロニー採
   取装置において、それぞれのコロニーの垂直方向の位置
   を認識する手段（１）を持つことを特徴とするコロニー
   採取装置。
3. 【請求項３】 コロニーの垂直方向の位置を認識する手
   段（１）が、空気の吐出により特定空間の圧変化を検知
   する手段（２）であることを特徴とする請求項２記載の
   コロニー採取装