JP2004305076A

JP2004305076A - 対象物に対する修飾装置

Info

Publication number: JP2004305076A
Application number: JP2003102201A
Authority: JP
Inventors: Tei Hayashi; 禎林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04
Also published as: CN1536080A; US20040196733A1

Abstract

【課題】被修飾対象物の所望の個所に選択的に効率良く修飾子を付けられる対象物修飾装置である。
【解決手段】対象物に対する修飾装置は、供給される被修飾対象物８の姿勢操作が可能な様に構成されたアライナ装置３〜７、被修飾対象物２をアライナ装置３〜７に個々に供給できる様に構成された第一のフィード手段９、アライナ装置３〜７で被修飾対象物８を所定の姿勢に決めた後、修飾子を被修飾対象物８上に噴出できる様に構成されたインジェクション手段２１、２２を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細胞などの微小物の表面に機能性を持った修飾子を付加することによって特定の機能を発現する様に微小物を改良する微小物修飾装置などの対象物に対する修飾装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細物の表面に機能性を持った修飾子を付加することによって特定の機能を発現する様に改良する従来の装置としては、図１０に示される様な装置が知られている。図１０において、１０５はガラスなどで作られた基材であり、開口１００、１０１、１０２及び１０４を有する。開口１００、１０１、１０２及び１０４の間はガラス基材１０５の内部に刻まれた流路１０３により結合されている。この装置において、被修飾微小物は開口１００より送られる。また、異なる種類の修飾子（仮に修飾子Ａ、修飾子Ｂとする）がそれぞれ開口１０１、１０２より投入され、被修飾微小物と修飾子は流路１０３で混合される。その後、微細物、修飾子Ａ、修飾子Ｂが混合された混合液が、蛇行する流路１０３を開口１０４に向かって流れていく。図１０中１０６で示されるエネルギー供給手段からのエネルギー（熱や光など）により、蛇行中に微細物の表面と修飾子Ａまたは修飾子Ｂの反応が起こる。反応を起こして表面に修飾子を付けられ改質した微小物は、開口１０４から取り出すことができる。
【０００３】
このときの一連の流れを示した模式図が図１１である。ここで、１０９は細胞などの被修飾微小物、１０７、１０８はそれぞれ修飾子Ａ、Ｂである。開口１０４から取り出される被修飾微小物は、図１１に示す様に、その表面にランダムに修飾子Ａや修飾子Ｂを付けた状態で取り出される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０２７９８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き装置において、例えば、細胞などを培養したい際、培養基に着地する側と外界に接触する側には異なる修飾子を付けたい場合がある。具体例をあげると、培養基側には培養基と安定に結合する様にコラーゲンなどの接着たんぱく質を付け、外界側には細胞の乾燥を防ぐための湿潤性のある修飾子を付けたい場合がある。また別の例をあげると、血管細胞を培養するとき、内側に当たる場所のみに効率良く血管凝固阻止因子を付けたい場合がある。ところが、図１０の様な装置の場合、修飾子は、リアクタである流路１０３の中で全くランダムに被修飾物の表面に付着する。したがって、必要のない側にも修飾子が付いてしまい、高価な修飾子を無駄に使うことになって非効率的である。また、上記前者の例でいえば、接着タンパク質は汚染物質を引き寄せやすく、外界側に付いている状態は非効率であるのみでなく有害である。
【０００６】
さらに、図１０の様な装置では、流路内での修飾子の濃度を上げないとリアクタ部分での反応が起こらないため、実際に被修飾物の表面に付着する修飾子よりも遥かに多数の修飾子を用意しなければならない。このとき、殆どの修飾子は被修飾微細物の表面に付くことなく廃液として捨てなければならない。また、図１１の様に、回収時に被修飾物表面に付着しなかった修飾子も修飾された被修飾微小物と一緒に相当の濃度で出力されるので、必要に応じて精製して取り除かなければならない。さらには、複数の修飾子を付けたいとき、修飾子同士の反応性がある場合には、修飾される量が落ちてしまう可能性が高い。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決するのに有効な構成を有する対象物に対する修飾装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の対象物に対する修飾装置は、供給される被修飾対象物の姿勢操作が可能な様に構成されたアライナ装置、被修飾対象物をアライナ装置に個々に供給できる様に構成された第一のフィード手段、アライナ装置で被修飾対象物を所定の姿勢に決めた後、修飾子を該被修飾対象物上に噴出できる様に構成されたインジェクション手段を備えることを特徴とする。この構成では、被修飾対象物を所定の姿勢に決めた後に修飾子を該被修飾対象物上に噴出できるので、被修飾微細物などの対象物の所望の個所に選択的に効率良く修飾子を付けることができる。
【０００９】
上記基本構成に基づいて、以下の様な態様が可能である。
被修飾対象物を投入可能な開口を更に有し、前記第一のフィード手段が被修飾対象物の該投入開口からの対象物をアライナ装置に個々に取り出す様にできる。また、修飾子をアライナ装置内に投入可能な少なくとも１つ以上の開口を有し、前記インジェクション手段が修飾子の該投入開口に連結されている様にもできる。さらに、修飾後の被修飾対象物を取り出す開口、修飾子定着後の被修飾対象物を該取り出し開口に送る第二のフィード手段を有する様にもできる（図１等参照）。
【００１０】
また、修飾子定着後の被修飾対象物を保存する為のリザーバを有し、前記第二のフィード手段が修飾子定着後の被修飾対象物を該保存用リザーバに送る構成にできる（図６、図７参照）。ここで、第二のフィード手段は被修飾対象物の姿勢を保持したままフィードする様に構成され得る。こうして、修飾子定着後の被修飾対象物を保存用リザーバに所望の姿勢で整列して送り得る様になる。保存用リザーバは培養装置を兼ね得る（図６、図７参照）。
【００１１】
また、被修飾対象物を一定量保存可能なリザーバと、修飾子を一定量保存可能なリザーバを有し、前記第一のフィード手段が該対象物リザーバから被修飾対象物をアライナ装置に個々に取り出し、前記インジェクション手段が該修飾子リザーバに連結されている様にもできる（図６、図７参照）。こうした被修飾対象物リザーバ、修飾子リザーバ、及び保存用リザーバは、取り扱い便利な様に取り付け取り外し可能なカートリッジ状であり得る（図１等参照）。
【００１２】
修飾済みの被修飾対象物を安定定着させる為の定着装置を備えても良い（図７参照）。前記アライナ装置が定着装置を兼ねる構成にも容易にできる。また、前記インジェクション手段のクリーニングと消毒の少なくとも一方を行う為の回復機構を備えても良い（図８参照）。
【００１３】
前記アライナ装置は凹状の穴形状の周囲に複数の操作電極を配した構成であり得る（図１等参照）。これは電界で被修飾対象物の姿勢を制御するものであるが、姿勢制御法としては、磁場を利用するもの（被修飾対象物が金属部品などである場合に好適である）、超音波を利用するものもある。フィード手段のフィード法としても、電界、磁場、超音波などを利用できる。
【００１４】
また、前記アライナ装置が複数アレー状に配置されていて複数の被修飾対象物に対して同時的に修飾可能である様にもできる（図９参照）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を明らかにすべく、図面を参照して、より具体的な本発明の実施例を説明する。
【００１６】
（第一の実施例）
図１に本発明における第一の実施例の微小物の選択的修飾装置の概要図を示す。ここで、１は被修飾微小物２を投入する開口、９及び１０は電極付きの細管（フィード機構）であり、通常は生理食塩水などの電解質溶液中にある細胞などの微小物であるので電気泳動の現象などを利用して電極付きの細管９、１０により形成される電界で図１で左から右に微小物を送ることができる。３から７は微細物のアライナ装置であり、微細物８の姿勢を電極４〜７でコントロールして（ここでも電気泳動の現象などを利用する）固定することができる。微細物は慣性が小さいので、正確に姿勢制御が可能である。１１は修飾後の微小物１２を取り出すためにフィード機構１０に通じた開口である。以上の構造物は、ガラス製の基板１３上に一体で形成されている。
【００１７】
また、１８、２０はカートリッジ状となった修飾子のリザーバであり、その先端に公知の圧電素子或いはサーマルジェットを用いたインジェクションヘッド２１、２２が付いていて、ヘッド２１、２２からアライナ室３内の被修飾微細物８に対して修飾子を噴射できる様になっている。リザーバ１８、２０にはそれぞれ別の修飾子が入っている。１９はカートリッジホルダであり、ここにカートリッジ状のリザーバ１８、２０を目的に応じて簡単に取り付け、取り替えできる様になっている。図１ではカートリッジは２本しか描かれていないが、必要に応じて任意の本数をカートリッジホルダ１９に搭載可能な構成とすることもできる。カートリッジホルダ１９は摺動部を持った支柱１７で支えられていて、駆動ベルト１６でプーリ１５を介してモータ１４に接続されている。モータ１４でカートリッジホルダ１９の位置制御を行うことによって、アライナ室３内の被修飾微細物８に対するヘッド２１、２２の位置を任意に決められる。
【００１８】
さらに、２３は駆動制御回路であり、フィード機構９、１０、アライナ装置３〜７及びモータ１４の駆動制御を行う。ガラス基板１３上のフィード機構９、１０及びアライナ装置３〜７の下部には顕微鏡などの拡大観察装置が配置されていて、この拡大像はモニタで観察できる様になっているので、操作者はこの像を見ながらジョイスチックなどの操作部材で駆動制御回路２３を操作して上記駆動制御を行う。
【００１９】
図２は、図１の装置を使った微細物の選択的修飾のシーケンスを表す図である。（ａ）で被修飾微細物２が投入され、（ａ）〜（ｂ）で微細物がアライナ装置３〜７に送られる。（ｃ）では、第一の修飾子を付ける面がインジェクションヘッド２１または２２と対向する様に、電極４〜７による電界の制御によって微細物８が姿勢制御され固定される。（ｄ）では、第一の修飾子のインジェクションヘッド２１または２２が微細物８に修飾子を植え込む位置に位置決めされ、修飾子を微細物表面に打ち込む。この後、アライナ装置の電極４〜７より直流電流を流して、電気刺激または加熱により修飾子を定着させることができる。また、別の方法としては、定着を促進させる薬剤を噴射するヘッドを別に設けて、修飾子噴射に続けて定着液を散布する方法もある。（ｅ）では、再びアライナ装置の電極４〜７により姿勢制御と固定を行い、第二の修飾子を付ける面をインジェクションヘッドと対向する様にする。（ｆ）では、モータ１４を駆動して第二の修飾子のインジェクションヘッド２２または２１が修飾子を植え込む位置に位置決めされ、修飾子を微細物８の表面に打ち込む。この様にして選択的に修飾された微細物１２は、取り出し用の開口１１に送られて実用に供せられる。
【００２０】
次に、この装置の効用を従来例と比較して説明する。図３は本装置で修飾した微細物（細胞）１２を培養基に植え込んだ図である。また、図４は、図１０に示される様な従来の装置で修飾した微細物（細胞）１２を培養基に植え込んだ図である。ここで、Δで表される修飾子は培養基側のＶで表される修飾子と嵌合する接着タンパクである。また、Ｕで表される修飾子は細胞保護用の修飾子であり、湿度を保って細胞１２の乾燥を防ぐ役割を持つ。図５に示す様に修飾子Δと修飾子Ｖはうまく嵌合して強く結合する。これに対して修飾子Ｖと修飾子Ｕは反発し合う。図３の場合、結合修飾子Δは培養基側に、保護修飾子Ｕは細胞表面側に付けられているため、それぞれの機能を発揮して無駄がない。一方、図４の場合は２つの修飾子ΔとＵがランダムに付いている。このため、培養基側にも反発する修飾子Ｕが付いてしまい、定着率が落ちてしまうことが想定される。また、保護用の修飾子Ｕが外界側に十分に付いていないので細胞１２の保護効果が弱く、接着修飾子Δが表面にも付いているので汚染物質を引き寄せやすいという欠点を持つ。この様に、本実施例の修飾装置を用いれば選択的に微細物を修飾できるため、効率良く目的の機能を発現させることが可能となる。
【００２１】
（第二の実施例）
図６は本発明の第二の実施例の構成図である。ここで、２４は被修飾微細物のリザーバタンク、２５は第一の修飾子のリザーバタンク、２６は第二の修飾子のリザーバタンクである。リザーバタンク２４は、コネクタ２７で第一の実施例と同様のガラス基板に刻まれたフィード機構３６に接続されている。フィード機構３６は、第一の実施例と同様のアライナ装置３８に制御装置の信号に応じて被修飾微細物を送る様になっている。また、リザーバタンク２５は、コネクタ２８を介してガラス基板に刻まれた細管２８ａに接続されている。細管２８ａは修飾子を含む媒質で満たされていて、アライナ装置３８との接続点に、圧電素子またはサーマルジェット機構を用いたインジェクションヘッド３０が付いている。同様にリザーバタンク２６も、コネクタ２９を介して、ガラス基板に刻まれ修飾子を含む媒質で満たされた細管２９ａに接続されていて、アライナ装置３８との接続点にインジェクションヘッド３１が付いている。
【００２２】
アライナ装置３８は、第一の実施例と同様に周辺に配置された電極により装置内の電界を制御して被修飾物８の姿勢制御を行い、所定の位置での固定を行う。この場合、第一の修飾子と第二の修飾子を噴射するヘッド３０、３１はアライナ装置３８の対面に付けられているため、これらの修飾子を同時的に打ち込むことができて効率が良い。
【００２３】
修飾子を植え込んだ微細物は、第一の実施例と同じくアライナ装置３８の電極を用いて適宜、定着動作を行うことも可能である。また、図７に示す構成の様にフィード機構３７中に定着手段３９を独立して設けることにより、アライメントと定着が同時にできる。こうして、全体としてスループットをあげることができる。この後、修飾された微細物は姿勢を保ったままフィード機構３７により出力口３２に送られる。図６の構成において、出力口３２は基板の下面に開いており、被修飾微細物はこの基板の下にある培養基の様な保存手段３４に播種される。この場合、出力口３２にインジェクションヘッド３１、３０と同様の噴射機構を形成することも可能である。
【００２４】
保存手段３４はＸＹステージ３５上に載っていて、順に修飾された微細物３３を保存手段３４に配置していく様な制御が行われる。ここで、保存手段３４として矩形の培養基を示し、ステージ３５としてＸＹステージを示したが、もちろんこれらに限定されない。例えば円形の保存手段の場合、回転と直動を組み合わせたステージを用いる方が効率の良いことが多い。
【００２５】
第二の実施例では、第一の実施例と比較して、播種までの動作を外気に触れずにシーケンスに行えるというメリットがある。また、保存手段３４もカートリッジ状として基板に接続する様にすれば、全く外気に触れることなく全ての動作を完了することができる。
【００２６】
（第三の実施例）
図８は第三の実施例の構成図である。ここで、４２はインジェクションヘッド２１、２２、４１が未使用時にこれらの蓋をするヘッド保護機構（キャップ）であり、それぞれのヘッド用のキャップが独立していて吸引手段４３にチューブで接続されている。駆動制御回路２３は、予め定められた所定のプログラムに従って、ヘッド２１、２２、４１の回復動作を行う。すなわち、ヘッド２１、２２、４１から適宜吐出を行いながら吸引手段４３で廃液を吸い出す動作を行う。こうすることによってヘッド２１、２２、４１が常にフレッシュな状態に保たれて、不吐の様な誤動作を防ぐことができる。キャップ４２に消毒機能を付加することによって異物の混入を防ぐことができる。
【００２７】
本実施例では、図１の実施例と比較して、図８で示す様にカートリッジ４０及びヘッド４１が付加されている。これは、微細物８に付加された修飾子を安定定着させるものである。カートリッジ４０には定着液が入っていて、ヘッド２１、２２で修飾子を付けた後にヘッド４１で定着液を散布する。これにより修飾子が安定して被修飾物８に付着する。図１の場合の様に、アライナ装置の電極４〜７による電気刺激または加熱処理と併用することも可能である。その他の点は第一の実施例と同じである。
【００２８】
（第四の実施例）
図９は本発明の第四の実施例を示す構成図である。図９では、キャリッジ１９の駆動機構や駆動制御回路２３などは説明に直接関係しないので省略してある。また、第三の実施例の様にインジェクションヘッドの保護回復機構を付加することも可能であるが、それも省略した。
【００２９】
図９において、４４−１〜４４−ｎはそれぞれ第一の実施例と同様の入出力の開口、フィード装置、アライナ装置を含むｎ組（ｎは任意の値を取り得る）の微細物操作機構であり、ガラス基板１３上に形成されている。これらは、修飾子、定着液などのインジェクションヘッドを搭載したキャリッジ１９の移動軌跡の下部にアライナ装置が位置する様に配列されている。
【００３０】
次に本実施例の装置の動作を説明する。まず、第一組の入力の開口１より被修飾微細物２が投入されフィード機構９によりアライナ装置３〜７に送られる。被修飾微細物８は、アライナ装置によって第一の修飾子を付ける面が修飾ヘッドと対向する側にくる様に姿勢制御され固定される。その後、第一の修飾子のヘッドが、第一組のアライナ装置で姿勢固定された被修飾微細物８に修飾可能な様に、キャリッジ１９で位置決めされて修飾子の噴射を行う。それから、必要に応じて上述した定着動作を行う。次に、再び第一組のアライナ装置で第二の修飾子を付けるための微細物８の姿勢制御、固定を行い、以下上記と同様にして修飾、定着作業を行う。
【００３１】
以上を完了した後、キャリッジ１９を隣の第二組のアライナ装置の位置に移動して、同様の手順で作業を行っていく。さらに、第三組、・・・、第ｎ組の機構に投入された被修飾微細物２に対しても同様の動作を行っていく。この繰り返しを行う事によって、一括して微細物を大量に処理することが可能となる。
【００３２】
なお、以上説明した方法のほか、順序を変えて動作を行うことも可能である。例えば、修飾物定着に時間がかかる場合、１つの修飾子をつけた後、定着動作を開始したら、ヘッドを隣のアライナ装置の所に移動して別の被修飾微細物の修飾、定着を開始する。以下ｎ個の被修飾微細物の修飾、定着を完了後、各微細物のアライメントを行い、ヘッドを第一組のアライナ装置の所に戻して第二の修飾動作を開始することも可能である。こうすることによって、定着の為の待ち時間を有効に使えるため、前者の例よりも、より高速に微細物を処理することが可能となる。
【００３３】
上記説明では、第一の実施例と同様の機構を複数アレー状に配置した例を示したが、第二の実施例と同様の構成を採ることも可能である。この場合、ガラス基板１３上の構成物は複雑になるが、キャリッジ１９の様な大掛かりな機械的な機構が必要なく、また全ての操作を外気に触れずに行うことが可能であるというメリットがある。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、選択的に被修飾微細物などの対象物に修飾子を付けることができるので、効率良く目的の機能を発現させる様な操作が可能となる。特に、１つの被修飾微細物などの対象物に同時的に複数の修飾子を付ける場合は、その効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の構成図である。
【図２】第一の実施例の動作例を説明する図である。
【図３】本発明の装置で修飾した細胞を培養基に置いた様子を示す図である。
【図４】従来の装置で修飾した細胞を培養基に置いた様子を示す図である。
【図５】図３と図４で説明に用いた修飾子の性質を説明する図である。
【図６】本発明の第二の実施例の構成図である。
【図７】本発明の第二の実施例の変形例の構成図である。
【図８】本発明の第三の実施例の構成図である。
【図９】本発明の第四の実施例の構成図である。
【図１０】対象物表面に修飾子を付与する従来の装置を示す図である。
【図１１】対象物表面に修飾子を付与する従来の装置の動作を説明する模式図である。
【符号の説明】
１、１１、３２、１００、１０１、１０２、１０４開口
２、８、１０９被修飾微細物
３アライナ室
４、５、６、７アライナ装置の操作電極
９、１０、３６、３７、１０３フィード装置
１２、３３修飾後の微細物
１３、１０５ガラス基板
１４モータ
１５プーリ
１６駆動ベルト
１７支柱
１８、２０、２４、２５、２６、４０リザーバ
１９キャリッジ
２１、２２、３０、３１、４１インジェクションヘッド
２３駆動制御回路
２７、２８、２９コネクタ
２８ａ、２９ａ細管
３４培養基
３５ステージ装置
３８アライナ装置
３９定着装置
４２ヘッド保護機構（キャップ）
４３吸引手段
４４−１、・・・、４４−ｎ微細物操作機構（開口、フィード機構、アライナ装置の組）
１０６エネルギー供給手段
１０７、１０８修飾子

Claims

供給される被修飾対象物の姿勢操作が可能な様に構成されたアライナ装置、被修飾対象物をアライナ装置に個々に供給できる様に構成された第一のフィード手段、アライナ装置で被修飾対象物を所定の姿勢に決めた後、修飾子を該被修飾対象物上に噴出できる様に構成されたインジェクション手段を備えることを特徴とする対象物修飾装置。
修飾後の被修飾対象物を取り出す開口、修飾子定着後の被修飾対象物を該取り出し開口に送る第二のフィード手段を有する請求項１記載の対象物修飾装置。
修飾子定着後の被修飾対象物を保存する為のリザーバを有し、前記第二のフィード手段は修飾子定着後の被修飾対象物を該保存用リザーバに送る請求項２記載の対象物修飾装置。
被修飾対象物を一定量保存可能なリザーバと、修飾子を一定量保存可能なリザーバを有し、前記第一のフィード手段は該対象物リザーバから被修飾対象物をアライナ装置に個々に取り出し、前記インジェクション手段は該修飾子リザーバに連結されている請求項１乃至３のいずれかに記載の対象物修飾装置。
前記被修飾対象物リザーバ、修飾子リザーバ、及び保存用リザーバがカートリッジ状であり取り付け取り外し可能である請求項４記載の対象物修飾装置。
修飾済みの被修飾対象物を安定定着させる為の定着装置を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の対象物修飾装置。
前記インジェクション手段のクリーニングと消毒の少なくとも一方を行う為の回復機構を有する請求項１乃至６のいずれかに記載の対象物修飾装置。
前記アライナ装置は凹状の穴形状の周囲に複数の操作電極を配した構成である請求項１乃至７のいずれかに記載の対象物修飾装置。
前記アライナ装置が複数アレー状に配置されていて複数の被修飾対象物に対して同時的に修飾可能である請求項１乃至８のいずれかに記載の対象物修飾装置。