JP2005348690A

JP2005348690A - Substance transduction device

Info

Publication number: JP2005348690A
Application number: JP2004175478A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Komiyama; 茂小宮山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substance transduction device with which an amount of a liquid transduced from a micropipette is stably transduced without fine adjustment by an operator. <P>SOLUTION: The micropipette 6 for collecting a transduction substance, which is to be transduced into a cell, has its closed base end part 36 and forms a closed space 36a. The micropipette 6 is retained by a micropipette supporting mechanism 18 so as to cover the base end part 36. The micropipette supporting mechanism 18 is constituted so as to keep the micropipette 6 at a fixed angle to horizontality. The micropipette supporting mechanism 18 is equipped with a transduction means 34 used in transducing the transduction substance collected in the micropipette 6 into a cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、少なくとも液体を含む物質を、マイクロピペット等の保持手段によって細胞等の生体組織に導入する物質導入装置に関するものである。 The present invention relates to a substance introduction apparatus for introducing a substance containing at least a liquid into a living tissue such as a cell by a holding means such as a micropipette.

細胞内に物質を導入する方法としては、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、ジーンガン、エレクトロポレーション、ウィルスベクター法などがある。これらの方法は、個々の細胞を選択して細胞内に物質を導入することができない。これに対し、マイクロインジェクション法は、一つ一つの細胞を選択して物質を導入することが可能な方法である。しかし、マイクロインジェクション法は、選択した細胞に物質を導入できるものの、導入物質の吸引や導入時にマイクロピペット内の圧力を調整して、微量な液量を制御しなければならなかった。 Methods for introducing substances into cells include calcium phosphate method, lipofection method, gene gun, electroporation, virus vector method and the like. These methods cannot select individual cells and introduce substances into the cells. On the other hand, the microinjection method is a method capable of introducing a substance by selecting individual cells. However, although the microinjection method can introduce a substance into selected cells, it has been necessary to control the amount of liquid by adjusting the pressure in the micropipette when the introduced substance is aspirated or introduced.

例えば、特許文献１にインジェクション装置およびインジェクションの方法が記載されている。
引用文献１に記載されている装置は、マイクロピペット内の圧力を連結手段を介して加圧手段で調節することにより微量の液体や微小固体を注入または吸引させるインジェクション装置であって、マイクロピペットの先端から後方に離れた所定位置に、圧力調節液が入り、かつ、後方に行くにしたがって拡幅するテーパを有する圧力調節部が設けられ、この圧力調節部に接触する前記圧力調節液の界面の面積が増減することにより、微量の液体や微小固体の注入または吸引を調節するマイクロピペットを使用している。
このインジェクション装置では、加圧手段を操作することで連結手段を介してマイクロピペット内の空気の圧力を調節することができる。つまり、加圧手段の操作により、細胞内に注入するインジェクション液の量、または細胞内の核などをマイクロピペット内に吸引させたときの位置を調節することができる。 For example, Patent Document 1 describes an injection apparatus and an injection method.
The device described in the cited document 1 is an injection device that injects or sucks a minute amount of liquid or minute solid by adjusting the pressure in the micropipette with the pressurizing means via the connecting means, An area of the interface of the pressure adjusting liquid that comes into contact with the pressure adjusting liquid is provided at a predetermined position away from the tip, and a pressure adjusting part having a taper that expands toward the rear is provided. The micropipette which adjusts injection | pouring or aspiration of a trace amount liquid or a micro solid is used by increasing / decreasing.
In this injection device, the pressure of the air in the micropipette can be adjusted via the connecting means by operating the pressurizing means. That is, by operating the pressurizing means, the amount of the injection liquid to be injected into the cell or the position when the nucleus inside the cell is sucked into the micropipette can be adjusted.

また、マイクロピペットには、後方に行くにしたがって拡幅するテーパを有する圧力調節部がある。インジェクション液を細胞内に注入する場合は、まず、圧力調節液と空気（気体）との界面を圧力調節部の内径が大きい部分に位置させておく。そして、マイクロピペット内の空気の圧力を上げれば、圧力調節液と空気との界面は圧力調節部の内径が小さい部分に移動する。この圧力調節液と空気との界面が小さくなると、空気の圧力により界面を圧力調節液側に押す力が減り、この力が表面張力により界面を空気側に押す力と等しくなった位置で、この界面の動きが止まる。
特開２００３‐１２５７５０号公報 Further, the micropipette has a pressure adjusting portion having a taper that widens toward the rear. When injecting an injection liquid into a cell, first, the interface between the pressure adjusting liquid and air (gas) is positioned at a portion where the inner diameter of the pressure adjusting part is large. And if the pressure of the air in a micropipette is raised, the interface of a pressure control liquid and air will move to the part with a small internal diameter of a pressure control part. When the interface between the pressure adjusting liquid and air becomes smaller, the force that pushes the interface toward the pressure adjusting liquid decreases due to the air pressure, and this force is equal to the force that pushes the interface toward the air due to surface tension. The movement of the interface stops.
JP 2003-125750 A

しかしながら、従来技術では、空気の圧力と表面張力が押す力とが等しくなったところで、圧力調節液と空気との界面の動きが止まり、液量が定まるが、実際には、操作者が液量や圧力計を見ながら、マイクロピペットからチューブを介して離れたところに設けられたシリンジで調整を行っているため、吸引、導入量の正確さに欠けていた。そのため、操作者次第でマイクロピペットを用いた注入、吸引の量が変化して、試験結果にも影響を及ぼすおそれがあった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マイクロピペットから導入される液量が、操作者が微妙な調整を行わなくても安定して導入できる物質導入装置を提供することを目的とする。 However, in the prior art, when the pressure of the air and the pressing force of the surface tension become equal, the movement of the interface between the pressure adjusting liquid and the air stops and the liquid volume is determined. Since the adjustment was performed with a syringe provided at a distance from the micropipette through the tube while looking at the pressure gauge, the accuracy of the suction and introduction was lacking. Therefore, depending on the operator, the amount of injection and suction using a micropipette may change, which may affect the test results.
The present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is that the amount of liquid introduced from the micropipette can be stably introduced without fine adjustment by the operator. An object is to provide a substance introduction apparatus.

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも液体を含む物質を内部に保持可能な保持手段を用いて、生体試料に対して前記物質を導入する物質導入装置において、少なくとも前記物質を前記保持手段内部に保持するとき、前記保持手段における、前記導入を行う側とは反対側の端部である基端部を閉じることにより、前記保持手段内部に閉空間を形成させることが可能な手段と、前記閉空間の形成時に、前記保持手段内部に保持した前記物質を前記生体試料に導入させる導入手段と、を備えることを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、保持手段に物質を分取したときに、その基端（導入端と反対の端部）側に閉空間が形成されるようになっている。このため、後に詳細に説明するように、物質を含む液体の吸引量は、保持手段の内径、閉空間の圧力などで定まる値になる。また、細長いチューブなどを介して吸引装置に接続されることがないので、圧力が不安定にならず、物質の導入時に逆流が生じない。そして、閉空間を形成した状態で、物質を生体試料に導入させる。 The invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-described problem is provided in a substance introduction apparatus for introducing the substance into a biological sample using a holding unit capable of holding at least a substance containing liquid. When holding the substance inside the holding means, a closed space is formed inside the holding means by closing a proximal end portion of the holding means opposite to the introduction side. And a means for introducing the substance held inside the holding means into the biological sample when the closed space is formed.
In this substance introduction device, when the substance is separated into the holding means, a closed space is formed on the base end (end opposite to the introduction end) side. For this reason, as will be described in detail later, the suction amount of the liquid containing the substance becomes a value determined by the inner diameter of the holding means, the pressure of the closed space, and the like. In addition, since it is not connected to the suction device via an elongated tube or the like, the pressure does not become unstable, and no backflow occurs when the substance is introduced. Then, the substance is introduced into the biological sample with the closed space formed.

請求項２に係る発明は、請求項１記載の物質導入装置において、前記保持手段を着脱自在に支持する支持手段を更に備えたことを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置は、支持手段から保持手段を取り外すことができるので、用途などに合わせて保持手段を交換できる。 The invention according to claim 2 is the substance introduction apparatus according to claim 1, further comprising support means for detachably supporting the holding means.
Since this substance introducing device can remove the holding means from the supporting means, the holding means can be exchanged in accordance with the application.

請求項３に係る発明は、請求項２記載の物質導入装置において、前記支持手段を移動させる移動手段を更に備えたことを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、物質の分取や、導入を行う際に、移動手段を作動させることで保持手段を移動させることができる。 The invention according to claim 3 is the substance introduction apparatus according to claim 2, further comprising a moving means for moving the support means.
In this substance introduction apparatus, the holding means can be moved by operating the moving means when sorting or introducing substances.

請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の物質導入装置において、前記閉空間は、前記保持手段の前記基端部が一体的に閉じられることによって形成されることを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置は、保持手段自体で閉空間を形成することで、装置側に閉空間を形成させる機構を設ける場合に比べて、装置の簡略化を図れる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the substance introduction device according to the first or second aspect, the closed space is formed by integrally closing the base end portion of the holding means. It was set as the substance introduction apparatus characterized by being performed.
In this substance introducing device, by forming the closed space by the holding means itself, the device can be simplified as compared with the case where a mechanism for forming the closed space is provided on the device side.

請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の物質導入装置において、前記保持手段の前記基端部を開閉させる開閉手段を更に備え、前記閉空間は、前記開閉手段が前記保持手段の前記基端部を閉じることにより形成されることを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、開閉手段が保持手段の基端部を閉じるように駆動したときに、閉空間が形成される。保持手段の基端部を閉構造にする必要がないので、保持手段の製造を簡略化できる。 The invention according to claim 5 is the substance introduction device according to claim 1 or 2, further comprising opening / closing means for opening / closing the base end portion of the holding means, wherein the opening / closing means includes the opening / closing means. The substance introducing device is formed by closing the base end portion of the holding means.
In this substance introduction device, a closed space is formed when the opening / closing means is driven to close the proximal end portion of the holding means. Since it is not necessary to make the base end part of a holding means into a closed structure, manufacture of a holding means can be simplified.

請求項６に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の物質導入装置において、前記保持手段の前記基端部と大気とを連通させる連通部材を開閉させる開閉手段を更に備え、前記閉空間は、前記連通部材を開閉させることが可能な開閉手段を用いて形成されることを特徴とする物質導入装置とする。
この物質導入装置では、開閉手段が、保持手段の基端部と大気との連通状態を制御することで閉空間が形成される。保持手段の基端部を閉構造にする必要がないので、保持手段の製造を簡略化できる。 The invention according to claim 6 is the substance introduction device according to claim 1 or 2, further comprising opening / closing means for opening / closing a communicating member for communicating the base end portion of the holding means with the atmosphere. The space is formed using an opening / closing means capable of opening and closing the communication member.
In this substance introduction device, the open / close means controls the communication state between the base end portion of the holding means and the atmosphere to form a closed space. Since it is not necessary to make the base end part of a holding means into a closed structure, manufacture of a holding means can be simplified.

請求項７に係る発明は、請求項２に記載の物質導入装置において、前記導入手段は、前記支持手段内に設けられているとともに、前記保持手段に接して設けられていることを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、導入手段が支持手段内に設けられ、保持手段と接しているので、物質を応答性良く導入できる。 The invention according to claim 7 is the substance introduction apparatus according to claim 2, wherein the introduction means is provided in the support means and in contact with the holding means. A substance introduction device was used.
In this substance introduction apparatus, since the introduction means is provided in the support means and is in contact with the holding means, the substance can be introduced with good responsiveness.

請求項８に係る発明は、請求項１に記載の物質導入装置において、前記導入手段は、前記保持手段内部の体積を変化させることが可能な駆動素子を含むことを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、導入手段が駆動素子を有している。この駆動素子は、保持手段内の体積を変化させ、保持手段内の物質を生体組織に導入するように促す。 The invention according to claim 8 is the substance introduction apparatus according to claim 1, wherein the introduction means includes a drive element capable of changing a volume inside the holding means; did.
In this substance introduction device, the introduction means has a drive element. This drive element changes the volume in the holding means and prompts the substance in the holding means to be introduced into the living tissue.

請求項９に係る発明は、請求項８に記載の物質導入装置において、前記保持手段は、その形状または体積を変形させることが可能な可変部分を有し、前記導入手段は、前記可変部分を変形させる手段を含むことを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、導入手段が保持手段の可変部分を変形させ、保持手段内の物質を生体組織に導入するように促す。 The invention according to claim 9 is the substance introduction device according to claim 8, wherein the holding means has a variable portion capable of deforming its shape or volume, and the introduction means includes the variable portion. A substance introduction apparatus including a means for deforming is provided.
In this substance introduction device, the introduction means deforms the variable part of the holding means and prompts the substance in the holding means to be introduced into the living tissue.

請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の物質導入装置において、前記可変部分は、前記導入手段に押圧されることにより弾性変形することが可能な弾性体を含むことを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、保持手段が導入手段によって変形させられるような弾性部材を有しているので、導入手段によって物質の生体組織に導入するように変形させられる。 The invention according to claim 10 is the substance introduction device according to claim 9, wherein the variable portion includes an elastic body that can be elastically deformed by being pressed by the introduction means. An introduction device was used.
In this substance introduction device, since the holding means has an elastic member that can be deformed by the introduction means, the introduction means is deformed so as to introduce the substance into the living tissue.

請求項１１に係る発明は、請求項１に記載の物質導入装置において、前記導入手段は、前記保持手段を加熱することが可能な発熱素子を含むことを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、導入手段が発熱素子を有している。この発熱素子は、保持手段内に形成される閉空間に収められている気体を膨張させ、保持手段内の物質を生体組織に導入するように促す。 The invention according to claim 11 is the substance introduction apparatus according to claim 1, wherein the introduction means includes a heating element capable of heating the holding means.
In this substance introduction device, the introduction means has a heating element. This heating element expands the gas contained in the closed space formed in the holding means, and prompts the substance in the holding means to be introduced into the living tissue.

請求項１２に係る発明は、請求項１に記載の物質導入装置において、前記閉空間は、前記保持手段内部に前記導入のための前記物質を吸引するときにおいても形成されていることを特徴とする物質導入装置とした。
この物質導入装置では、物質を吸引するときに保持手段の基端部に閉空間が形成される。 The invention according to claim 12 is the substance introduction device according to claim 1, wherein the closed space is formed even when the substance for introduction is sucked into the holding means. It was set as the substance introduction apparatus.
In this substance introducing device, a closed space is formed at the base end of the holding means when sucking the substance.

液の分取量は、保持手段の角度と保持手段の内径で決まる。特に、保持手段内に閉空間が形成されるので、保持手段の角度と保持手段の内径、ならびに閉空間の圧力で液の分取量が決まる。これにより、操作者が微妙な圧力調整やシリンジの調整を行わなくても精度良く分取できる。 The amount of liquid dispensed is determined by the angle of the holding means and the inner diameter of the holding means. In particular, since a closed space is formed in the holding means, the amount of liquid dispensed is determined by the angle of the holding means, the inner diameter of the holding means, and the pressure in the closed space. Thereby, even if an operator does not perform delicate pressure adjustment or syringe adjustment, it is possible to sort accurately.

また、保持手段の物質の吸引を行う側、または、物質を細胞に導入する側と反対側は閉じられており、閉空間を形成するので、導入物質の導入は、支持手段内に、保持手段に接するように設置されている駆動素子を駆動させて、保持手段の体積を変化させることができる。
支持手段内に、保持手段に接するように導入手段を設けることで、物質の導入を促進することができる。導入手段が発熱素子の場合には、発熱素子を発熱させて保持手段を加熱して、閉空間内の気体を膨張させる。保持手段に直接素子を作用させて導入を行うので、圧力を発生させるシリンジから圧力を保持手段まで伝える連接手段が不要で、連接手段で生ずる圧力変動を除くことができ、操作者が微妙な圧力調整や、シリンジ調整を行わなくても安定して物質を導入することができるようになる。同様に、保持手段内の体積を変化させたり、保持手段を変形させたりしても安定して物質を導入することができるようになる。 Further, the side of the holding means for sucking the substance or the side opposite to the side for introducing the substance into the cells is closed to form a closed space, so that the introduction of the introduced substance is carried in the holding means. The volume of the holding means can be changed by driving a drive element installed so as to be in contact with.
The introduction of the substance can be promoted by providing the introduction means in contact with the holding means in the support means. When the introducing means is a heat generating element, the heat generating element is heated to heat the holding means to expand the gas in the closed space. Since the element is directly operated on the holding means for introduction, there is no need for a connecting means for transmitting pressure from the syringe that generates pressure to the holding means, pressure fluctuations generated by the connecting means can be eliminated, and the operator can apply subtle pressure. A substance can be stably introduced without adjustment or syringe adjustment. Similarly, the substance can be stably introduced even if the volume in the holding means is changed or the holding means is deformed.

第一の実施の形態
（構成）
図１に本実施の形態で用いられる細胞への物質導入装置の一構成例を示す。
物質導入装置１は、所定の物質を分取・供給する装置であって、図示しない顕微鏡に設置されたステージ２を有し、ステージ２上には生体組織である細胞３を播種したディッシュ等の細胞培養容器４がセットされている。細胞培養容器４内には培養液５が注入されている。ステージ２において細胞培養容器４をセットする位置には、図示しない開口があり、下側から、例えば顕微鏡などで、細胞３を観察することができるようになっている。ステージ２上には、細胞培養容器４の他に交換用マイクロピペット（保持手段）６、マイクロピペット交換ユニット７、導入物質の小容器８、導入物質の分取ユニット９が配置されている。細胞培養容器４内の細胞３は、ステージ２の下方に配置された顕微鏡などの対物レンズ１０を通して観察される。対物レンズ１０は、レボルバ１１に複数装着されており、レボルバ１１を回転させて倍率の違う対物レンズ１０に交換すると、観察視野の大きさを変えることができる。
ステージ２は、ステージコントロールユニット１２を介して、コンピュータ１３から操作される。顕微鏡は、顕微鏡コントロールユニット１４を通して、コンピュータ１３から操作が可能となっている。観察画像は、カメラ１５によって取り込まれ、コンピュータ１３を通してディスプレイ１６に表示される。
コンピュータ１３には、物質導入装置１を制御するプログラムが組み込まれており、細胞培養容器４内への基準点形成、細胞３への物質導入、ステージ２の移動や観察画像の画像処理による細胞３の位置検出、基準点と物質を導入した細胞３ａの座標の保存、マイクロピペット６の移動などの操作を行う。 First embodiment (configuration)
FIG. 1 shows a configuration example of a substance introduction apparatus for cells used in this embodiment.
The substance introduction apparatus 1 is an apparatus for sorting and supplying a predetermined substance, and has a stage 2 installed in a microscope (not shown), and a dish or the like in which cells 3 which are living tissues are seeded on the stage 2. A cell culture vessel 4 is set. A culture solution 5 is injected into the cell culture vessel 4. An opening (not shown) is provided at a position where the cell culture container 4 is set in the stage 2 so that the cells 3 can be observed from the lower side with, for example, a microscope. On stage 2, in addition to cell culture container 4, replacement micropipette (holding means) 6, micropipette replacement unit 7, introduced substance small container 8, and introduced substance sorting unit 9 are arranged. The cells 3 in the cell culture container 4 are observed through an objective lens 10 such as a microscope disposed below the stage 2. A plurality of objective lenses 10 are mounted on the revolver 11, and when the revolver 11 is rotated and replaced with an objective lens 10 having a different magnification, the size of the observation field of view can be changed.
The stage 2 is operated from the computer 13 via the stage control unit 12. The microscope can be operated from the computer 13 through the microscope control unit 14. The observation image is captured by the camera 15 and displayed on the display 16 through the computer 13.
The computer 13 incorporates a program for controlling the substance introduction apparatus 1, and the cell 3 is formed by forming a reference point in the cell culture vessel 4, introducing the substance into the cell 3, moving the stage 2, and processing the observation image. Are detected, the reference point and the coordinates of the cell 3a introduced with the substance are stored, and the micropipette 6 is moved.

マイクロピペット６（保持手段）は、マイクロピペット支持機構１８に着脱自在に取り付けられている。図２に示すように、マイクロピペット支持機構１８は、モータ２０と回転機構２１によって、マイクロピペット６を任意の角度に傾けることができる。図１に示すように、マイクロピペット支持機構１８は、マイクロピペット支持機構１８を支持する支持部材２２によってＺ軸走査ユニット２３に取り付けられている。Ｚ軸走査ユニット２３は、マイクロピペット６が細胞培養容器４上から退避できるように、水平方向の粗動ユニット２４に取り付けられている。Ｚ軸走査ユニット２３と水平方向の粗動ユニット２４とは、ステージコントロールユニット１２を介してコンピュータ１３に接続され、操作される。 The micropipette 6 (holding means) is detachably attached to the micropipette support mechanism 18. As shown in FIG. 2, the micropipette support mechanism 18 can tilt the micropipette 6 at an arbitrary angle by the motor 20 and the rotation mechanism 21. As shown in FIG. 1, the micropipette support mechanism 18 is attached to the Z-axis scanning unit 23 by a support member 22 that supports the micropipette support mechanism 18. The Z-axis scanning unit 23 is attached to the horizontal coarse movement unit 24 so that the micropipette 6 can be retracted from the cell culture container 4. The Z-axis scanning unit 23 and the horizontal coarse movement unit 24 are connected to the computer 13 via the stage control unit 12 and operated.

ここで、この物質導入装置１は、マイクロピペット６がマイクロピペット交換ユニット７で交換可能となっている。導入物質は、導入物質の分取ユニット９でマイクロピペット６に保持させることができる。分取ユニット９は、複数の小容器８に分割されており、それぞれに異なった物質を入れておくことができ、マイクロピペット６を挿入する小容器８を選ぶことによって、異なる物質を分取することができるようになっている。 Here, in this substance introduction device 1, the micropipette 6 can be replaced by the micropipette replacement unit 7. The introduced substance can be held in the micropipette 6 by the sorting unit 9 for the introduced substance. The sorting unit 9 is divided into a plurality of small containers 8, each of which can store different substances. By selecting the small container 8 into which the micropipette 6 is inserted, the different substances are separated. Be able to.

図３にマイクロピペット支持機構１８を示す。マイクロピペット６は、マイクロピペット固定部材３０と一体となっている。マイクロピペット６がマイクロピペット支持機構１８の本体部３１に挿入されると、固定ピン３２がマイクロピペット固定部材３０のＶ溝３３に入り、マイクロピペット６が固定される。マイクロピペット支持機構１８内には、マイクロピペット６に接している導入物質の導入手段３４が設けられている。マイクロピペット６の先端部３５は、マイクロピペット支持機構１８から突出している。この先端部３５は、物質の吸引を行う側、または、物質を細胞に導入する側であり、その最先端に物質の吸引を行う開口部３５ａが形成されている。また、マイクロピペット６において、先端部３５に対して反対側に位置する基端部３６は、マイクロピペット支持機構１８の本体部３１に形成された凹部内に収容されている。基端部３６は、自身の端面が閉じられており、閉空間３６ａを形成するようになっている。マイクロピペット６は、バネ３７と接続しているイジェクト部材３８に押し付けられている。イジェクト部材３８は、マイクロピペット支持機構１８上面のソレノイド３９に取り付けられている。ソレノイド３９を作動させるとイジェクト部材３８が下方向に動き、マイクロピペット６がマイクロピペット支持機構１８から押し出される構造となっている。 FIG. 3 shows the micropipette support mechanism 18. The micropipette 6 is integrated with the micropipette fixing member 30. When the micropipette 6 is inserted into the main body 31 of the micropipette support mechanism 18, the fixing pin 32 enters the V groove 33 of the micropipette fixing member 30, and the micropipette 6 is fixed. In the micropipette support mechanism 18, an introduction substance introduction means 34 that is in contact with the micropipette 6 is provided. The tip 35 of the micropipette 6 protrudes from the micropipette support mechanism 18. The tip 35 is a side for sucking a substance or a side for introducing a substance into a cell, and an opening 35a for sucking the substance is formed at the forefront thereof. Further, in the micropipette 6, the base end portion 36 located on the opposite side to the distal end portion 35 is accommodated in a recess formed in the main body portion 31 of the micropipette support mechanism 18. The proximal end portion 36 is closed at its end face, and forms a closed space 36a. The micropipette 6 is pressed against an eject member 38 connected to a spring 37. The eject member 38 is attached to a solenoid 39 on the upper surface of the micropipette support mechanism 18. When the solenoid 39 is operated, the eject member 38 moves downward, and the micropipette 6 is pushed out of the micropipette support mechanism 18.

ここで、マイクロピペット６およびマイクロピペット支持機構１８の他の構成例を図４および図５に示す。
図４に示すマイクロピペット４０は、物質の吸引を行う側、または、物質を細胞に導入する側である先端部３５とは反対側の基端部４１が、開放されている。この場合には、マイクロピペット支持機構１８のイジェクト部材３８が開閉手段としても機能し、イジェクト部材３８を基端部４１に密着させると、マイクロピペット４０の基端部４１に閉空間４１ａが形成されるようになっている。
図５に示すマイクロピペット支持機構５０は、マイクロピペット４０の基端部４１に接続された開閉手段であるイジェクト部材５１を有している。イジェクト部材５１は、バネ３７で下方向に付勢されると共に、その内部に細管５２を有している。細管５２は、その一端がマイクロピペット４０の基端部４１内に連通し、その他端が開閉手段である電磁弁５３に接続されている。電磁弁５３には、大気に開放された配管５４（連通部材）が接続されており、電磁弁５３を閉じることでマイクロピペット４０の基端部４１に閉空間が形成されるようになっている。 Here, other structural examples of the micropipette 6 and the micropipette support mechanism 18 are shown in FIGS.
The micropipette 40 shown in FIG. 4 has an open base end 41 on the side opposite to the tip 35 which is a side for sucking a substance or a side for introducing a substance into a cell. In this case, the eject member 38 of the micropipette support mechanism 18 also functions as an opening / closing means. When the eject member 38 is brought into close contact with the base end portion 41, a closed space 41a is formed at the base end portion 41 of the micropipette 40. It has become so.
The micropipette support mechanism 50 shown in FIG. 5 has an eject member 51 that is an opening / closing means connected to the base end portion 41 of the micropipette 40. The eject member 51 is urged downward by a spring 37 and has a narrow tube 52 therein. One end of the thin tube 52 communicates with the base end portion 41 of the micropipette 40, and the other end is connected to an electromagnetic valve 53 which is an opening / closing means. A pipe 54 (communication member) that is open to the atmosphere is connected to the electromagnetic valve 53, and a closed space is formed at the base end portion 41 of the micropipette 40 by closing the electromagnetic valve 53. .

分取に際しては、マイクロピペット６の開口部３５ａが細いため、液の性質（例えば粘度）によっては、マイクロピペット６に液が入りにくい場合がある。この場合、流入促進手段を用いることもできる。流入促進手段は、コンピュータ１３によって動作が制御されるもので、例えば、マイクロピペット６の開口部３５ａに形成した電極があげられる。また、マイクロピペット６に振動を与える振動子でも良い。さらに、マイクロピペット６の開口部３５ａに超音波を照射する超音波音源や、開口部３５ａに予め形成した光触媒層に光を照射する光源を小容器８の底部に設けても良い。 At the time of sorting, since the opening 35a of the micropipette 6 is thin, the liquid may not easily enter the micropipette 6 depending on the nature of the liquid (for example, viscosity). In this case, inflow promoting means can be used. The operation of the inflow promoting means is controlled by the computer 13, and examples thereof include an electrode formed in the opening 35 a of the micropipette 6. Alternatively, a vibrator that applies vibration to the micropipette 6 may be used. Furthermore, an ultrasonic sound source that irradiates ultrasonic waves to the opening 35 a of the micropipette 6, or a light source that irradiates light to a photocatalyst layer previously formed in the opening 35 a may be provided at the bottom of the small container 8.

導入物質を導入する際には、マイクロピペット支持機構１８内に、マイクロピペット６，４０に接するように設置されている導入手段３４を駆動させる。導入手段３４としては、駆動素子が用いられる。この駆動素子は、マイクロピペット６，４０の体積を変化させるもので、例えば、ピエゾ素子や、ソレノイドで駆動するプッシャがあげられる。
また、導入手段３４を、マイクロピペット支持機構１８内に、マイクロピペット６，４０に接するように設置されている発熱素子とした場合には、発熱によりマイクロピペット６，４０を加熱して、閉空間３６ａ，４１ａ内の気体を膨張させる。
さらに、図６に示すマイクロピペット５０のように、基端部３６側で、かつ導入手段３４に接する部分に、可変部５０ａを設けても良い。可変部５０ａは、導入手段３４が駆動素子である場合には、弾性材料で製造すると良い。また、導入手段３４が発熱素子である場合には、熱により閉空間３６ａの体積を減じるように変形する形状記憶合金や、形状記憶樹脂が用いても良い。なお、マイクロピペット５０の先端部３５は、ガラス製とすることが好ましいが、マイクロピペット５０の全体を形状記憶合金や、形状記憶樹脂で製造しても良い。
また、図７に示すイジェクト部材５５のように、マイクロピペット４０の基端部４１の開放端に接するように導入手段５６を設けても良い。この導入手段５６は、例えば、ピエゾ素子や、ソレノイドで駆動するプッシャなどが用いられ、コンピュータ１３によって制御される。ここで、図７に示すマイクロピペット支持機構１８は、導入手段３４を有しているが、この導入手段３４は有さなくても良い。この場合の導入手段３４としては、発熱素子を用いることができる。 When the introduction substance is introduced, the introduction means 34 installed in contact with the micropipettes 6 and 40 in the micropipette support mechanism 18 is driven. As the introducing means 34, a driving element is used. This drive element changes the volume of the micropipettes 6 and 40, and examples thereof include a piezo element and a pusher driven by a solenoid.
Further, when the introduction means 34 is a heating element installed in the micropipette support mechanism 18 so as to be in contact with the micropipettes 6 and 40, the micropipettes 6 and 40 are heated by the heat generation to thereby close the closed space. The gas in 36a and 41a is expanded.
Further, as in the micropipette 50 shown in FIG. 6, the variable portion 50 a may be provided on the base end portion 36 side and in a portion in contact with the introducing means 34. The variable portion 50a is preferably made of an elastic material when the introducing means 34 is a drive element. When the introducing means 34 is a heating element, a shape memory alloy or a shape memory resin that is deformed so as to reduce the volume of the closed space 36a by heat may be used. The tip 35 of the micropipette 50 is preferably made of glass, but the entire micropipette 50 may be made of a shape memory alloy or a shape memory resin.
In addition, like the eject member 55 shown in FIG. 7, the introducing means 56 may be provided so as to be in contact with the open end of the base end portion 41 of the micropipette 40. For example, a piezo element or a pusher driven by a solenoid is used as the introduction unit 56 and is controlled by the computer 13. Here, although the micropipette support mechanism 18 shown in FIG. 7 has the introducing means 34, the introducing means 34 may not be provided. In this case, a heating element can be used as the introducing means 34.

図５のように開閉弁である電磁弁５３がある場合には、閉空間４１ａ内に気体分子を注入して閉空間４１ａの体積を増加させ、導入物質を押し出すこともでき、ステージ２上に洗浄槽を設けておけば、不要な物質をマイクロピペット４０内から廃棄する用途に使える。導入量に精度を求めない場合には、導入にも使える。 When there is an electromagnetic valve 53 as an on-off valve as shown in FIG. 5, gas molecules can be injected into the closed space 41a to increase the volume of the closed space 41a, and the introduced substance can be pushed out. If a washing tank is provided, it can be used for the purpose of discarding unnecessary substances from the micropipette 40. If accuracy is not required for the amount introduced, it can also be used for introduction.

次に吸引の原理について説明する。
図８は、基端部４１が閉じていないマイクロピペット４０の場合の図である。また、図９は、マイクロピペット４０内の気液界面の様子を示している。それ自体が閉空間を形成しないマイクロピペット４０は、図５のように開閉手段（電磁弁５３）に接続して使用することができる。吸引時に開閉手段を閉じて閉空間としても良いが、ここでは、吸引時に閉空間にしない場合について述べる。
マイクロピペット４０の先端を小容器８の物質内に入れると、マイクロピペット４０の内壁と物質の表面張力γにより、物質を吸引する力Ｔが生ずる。マイクロピペット４０の半径をｒ、マイクロピペット内壁と物質の接触角をθとすると、Ｔは次のようになる。
Ｔ＝２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ ‥‥（１）
マイクロピペット４０内の気液界面は、このＴとマイクロピペット４０内に吸引された物質の自重により生ずる力Ｆがつりあった時点で止まる。よって、吸引後は次の式が成り立つ。
Ｔ＝Ｆ ‥‥（２）
マイクロピペット４０内に吸引された物質の自重により生ずる力Ｆは、吸引されている物質の質量Ｍと重力加速度ｇとの積になる。
Ｆ＝Ｍ×ｇ ‥‥（３）
質量Ｍは、吸引されている物質の体積をＶ、物質の密度をρとすると次の式となる。
Ｍ＝Ｖ×ρ ‥‥（４）
ここで、吸引されている物質の高さをｈとすると、
Ｖ＝π×ｒ^２×ｈ ‥‥（５）
である。（３）、（４）式から、マイクロピペット４０内に吸引された物質の自重により生ずる力Ｆは、
Ｆ＝Ｍ×ｇ＝Ｖ×ρ×ｇ ‥‥（６）
である。 Next, the principle of suction will be described.
FIG. 8 is a diagram in the case of the micropipette 40 in which the proximal end portion 41 is not closed. FIG. 9 shows the state of the gas-liquid interface in the micropipette 40. The micropipette 40 itself that does not form a closed space can be used by being connected to an opening / closing means (electromagnetic valve 53) as shown in FIG. The opening / closing means may be closed to make a closed space at the time of suction, but here, a case where the closed space is not made at the time of suction will be described.
When the tip of the micropipette 40 is put into the substance of the small container 8, a force T for sucking the substance is generated by the inner wall of the micropipette 40 and the surface tension γ of the substance. Assuming that the radius of the micropipette 40 is r and the contact angle between the inner wall of the micropipette and the substance is θ, T is as follows.
T = 2π × r × γ × cos θ (1)
The gas-liquid interface in the micropipette 40 stops when the force F generated by this T and the weight of the substance sucked into the micropipette 40 is balanced. Therefore, the following equation holds after suction.
T = F (2)
The force F generated by the weight of the substance sucked into the micropipette 40 is the product of the mass M of the sucked substance and the gravitational acceleration g.
F = M × g (3)
The mass M is represented by the following equation, where V is the volume of the substance being sucked and ρ is the density of the substance.
M = V × ρ (4)
Here, if the height of the sucked substance is h,
V = π × r ² × h (5)
It is. From the equations (3) and (4), the force F generated by the weight of the substance sucked into the micropipette 40 is
F = M × g = V × ρ × g (6)
It is.

マイクロピペット４０内の気液界面は、物質を吸引する力Ｔと吸引された物質の自重により生ずる力Ｆがつり合ったところで止まるので、（２）式に（１）式、（６）式を代入して、
２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ＝Ｖ×ρ×ｇ ‥‥（７）
よって、吸引後の物質の体積は次の式で表される。
Ｖ＝２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ／（ρ×ｇ） ‥‥（８）
物質とマイクロピペット４０の材質を変更しなければ、表面張力γ、物質の密度ρ、接触角θは一定である。このため、マイクロピペット４０が吸引する物質の体積は、マイクロピペット４０の半径ｒで決まる。半径ｒを変えることで吸引する体積を調整できる。逆に、同じ半径のマイクロピペット４０を用いれば、同量の物質を吸引することができる。 The gas-liquid interface in the micropipette 40 stops when the force T for sucking the substance and the force F generated by the weight of the sucked substance are balanced, so that the expressions (1) and (6) Substitute
2π × r × γ × cos θ = V × ρ × g (7)
Therefore, the volume of the substance after suction is expressed by the following formula.
V = 2π × r × γ × cos θ / (ρ × g) (8)
Unless the material and the material of the micropipette 40 are changed, the surface tension γ, the material density ρ, and the contact angle θ are constant. For this reason, the volume of the substance sucked by the micropipette 40 is determined by the radius r of the micropipette 40. The volume to be sucked can be adjusted by changing the radius r. Conversely, if the micropipette 40 having the same radius is used, the same amount of substance can be sucked.

図１０は、マイクロピペット４０自体が閉空間でなく、さらに、マイクロピペット４０が物質表面に対して角度αで傾けている場合である。それ自体が閉空間となっていないマイクロピペット４０は、図４または図５のように開閉手段（イジェクト部材３８、電磁弁５３）に接続して使用することができる。吸引時に開閉手段を閉じて閉空間としても良いが、ここでは、吸引時に閉空間にしない場合について述べる。
マイクロピペット４０の先端を小容器８の物質内に入れると、マイクロピペット４０内壁と物質の表面張力γにより、物質を吸引する力Ｔが生ずる。マイクロピペット４０の半径をｒ、マイクロピペット４０内壁と物質の接触角をθとすると、Ｔは（１）式と同じである。
Ｔ＝２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ ‥‥（１）
マイクロピペット４０内の気液界面は、このＴとマイクロピペット４０内に吸引された物質の自重により生ずる力Ｆがつりあった時点で止まる。よって吸引後は、（２）式と同様の式が成り立つ。
Ｔ＝Ｆ ‥‥（２）
マイクロピペット４０内に吸引された物質の自重により生ずる力Ｆは、吸引されている物質の質量Ｍと重力加速度ｇとの積になるが、角度αで傾いているので、
Ｆ＝Ｍ×ｇ×ｓｉｎα ‥‥（９）
となる。吸引されている物質の質量Ｍは、吸引されている物質の体積をＶ、物質の密度をρとすると（１０）式になる。
Ｍ＝Ｖ×ρ ‥‥（１０）
なお、吸引されている物質の長さをＬとすると、
Ｖ＝π×ｒ^２×Ｌ ‥‥（１１）
である。（９）、（１０）式から、マイクロピペット４０が角度αで傾いている場合の吸引された物質の自重により生ずる力Ｆは、
Ｆ＝Ｖ×ρ×ｇ×ｓｉｎα ‥‥（１２）
となる。 FIG. 10 shows a case where the micropipette 40 itself is not a closed space, and the micropipette 40 is inclined at an angle α with respect to the material surface. The micropipette 40 which is not itself a closed space can be used by being connected to an opening / closing means (ejecting member 38, electromagnetic valve 53) as shown in FIG. 4 or FIG. The opening / closing means may be closed to make a closed space at the time of suction, but here, a case where the closed space is not made at the time of suction will be described.
When the tip of the micropipette 40 is put into the substance of the small container 8, a force T for sucking the substance is generated by the inner wall of the micropipette 40 and the surface tension γ of the substance. If the radius of the micropipette 40 is r and the contact angle between the inner wall of the micropipette 40 and the substance is θ, T is the same as the equation (1).
T = 2π × r × γ × cos θ (1)
The gas-liquid interface in the micropipette 40 stops when the force F generated by this T and the weight of the substance sucked into the micropipette 40 is balanced. Therefore, after suction, the same formula as the formula (2) is established.
T = F (2)
The force F generated by the weight of the substance sucked into the micropipette 40 is a product of the mass M of the sucked substance and the gravitational acceleration g, but is inclined at an angle α.
F = M × g × sin α (9)
It becomes. The mass M of the sucked substance is expressed by the equation (10) where V is the volume of the sucked substance and ρ is the density of the substance.
M = V × ρ (10)
If the length of the sucked substance is L,
V = π × r ² × L (11)
It is. From the formulas (9) and (10), the force F generated by the weight of the sucked substance when the micropipette 40 is inclined at the angle α is
F = V × ρ × g × sin α (12)
It becomes.

マイクロピペット４０内の気液界面は、物質を吸引する力Ｔと吸引された物質の自重により生ずる力Ｆがつり合ったところで止まるので、（２）式に、（１）式、（１２）式を代入して、
２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ＝Ｖ×ρ×ｇ×ｓｉｎα ‥‥（１３）
よって、吸引後の物質の体積は次の式で表される。
Ｖ＝２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ／（ρ×ｇ×ｓｉｎα） ‥‥（１４）
物質とマイクロピペット４０の材質を変更しなければ、表面張力γ、物質の密度ρ、接触角θは一定である。このため、マイクロピペット４０が吸引する物質の体積は、マイクロピペット４０の半径ｒ、ならびにマイクロピペット４０の角度αで決まる。半径ｒならびにマイクロピペット４０の角度αを変えることで吸引する体積を調整できる。逆に、同じ半径、同じ角度なら、同量の物質を吸引することができる。
なお、図８は、α＝９０°の場合である。ｓｉｎα＝ｓｉｎ９０°＝１であるので、（１４）式は、（８）式と同じになる。 The gas-liquid interface in the micropipette 40 stops when the force T for sucking the substance balances with the force F generated by the weight of the sucked substance, so that the expressions (2), (1), (12) Substituting
2π × r × γ × cos θ = V × ρ × g × sin α (13)
Therefore, the volume of the substance after suction is expressed by the following formula.
V = 2π × r × γ × cos θ / (ρ × g × sin α) (14)
Unless the material and the material of the micropipette 40 are changed, the surface tension γ, the material density ρ, and the contact angle θ are constant. For this reason, the volume of the substance sucked by the micropipette 40 is determined by the radius r of the micropipette 40 and the angle α of the micropipette 40. The volume to be sucked can be adjusted by changing the radius r and the angle α of the micropipette 40. Conversely, if the same radius and the same angle, the same amount of substance can be sucked.
FIG. 8 shows a case where α = 90 °. Since sin α = sin 90 ° = 1, equation (14) is the same as equation (8).

図１１は、マイクロピペット６自体が閉空間を形成する場合である。
マイクロピペット６の先端を小容器８の物質内に入れると、マイクロピペット６内壁と物質の表面張力γにより、物質を吸引する力Ｔが生ずる。マイクロピペット６の半径をｒ、マイクロピペット６内壁と物質の接触角をθとすると、Ｔは（１）式と同じになる。
Ｔ＝２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ ‥‥（１）
マイクロピペット６内の気液界面は、このＴとマイクロピペット６内に吸引された物質の自重により生ずる力Ｆ、ならびにマイクロピペット６内部の気体の圧力によって生ずる力Ｐがつり合ったところで止まるので、吸引後は（１５）式が成り立つ。
Ｔ＝Ｆ＋Ｐ ‥‥（１５）
まず、マイクロピペット６内に吸引された物質の自重により生ずる力Ｆは、図８の場合と同様に（６）式となる。
Ｆ＝Ｍ×ｇ＝Ｖ×ρ×ｇ ‥‥（６）
マイクロピペット６内部の気体の圧力によって生ずる力Ｐは、マイクロピペット６内の気液界面の面積はπ×ｒ^２であるので、内部の気体の圧力をｐとすると、
Ｐ＝π×ｒ^２×ｐ ‥‥（１６）
となる。 FIG. 11 shows a case where the micropipette 6 itself forms a closed space.
When the tip of the micropipette 6 is put into the substance of the small container 8, a force T for sucking the substance is generated by the inner wall of the micropipette 6 and the surface tension γ of the substance. If the radius of the micropipette 6 is r and the contact angle between the inner wall of the micropipette 6 and the substance is θ, T is the same as the equation (1).
T = 2π × r × γ × cos θ (1)
The gas-liquid interface in the micropipette 6 stops when the force F generated by the self-weight of the substance sucked into the T and the micropipette 6 and the force P generated by the gas pressure inside the micropipette 6 are balanced. After the suction, equation (15) is established.
T = F + P (15)
First, the force F generated by the weight of the substance sucked into the micropipette 6 is expressed by equation (6) as in the case of FIG.
F = M × g = V × ρ × g (6)
The force P generated by the gas pressure inside the micropipette 6 is π × r ² because the area of the gas-liquid interface inside the micropipette 6 is p.
P = π × r ² × p (16)
It becomes.

マイクロピペット６の先端に物質表面が接したとき、つまり、物質がマイクロピペット６内に入らず、開口部３５ａのみを覆ったときは、マイクロピペット６内の圧力はまだマイクロピペット６外の大気圧ｐ_０と同じである。マイクロピペット６内の体積は、物質が入っていない状態の体積ｖ_０である。 When the surface of the substance comes into contact with the tip of the micropipette 6, that is, when the substance does not enter the micropipette 6 and covers only the opening 35a, the pressure inside the micropipette 6 is still the atmospheric pressure outside the micropipette 6. is the same as the p _0. The volume in the micropipette 6 is a volume v ₀ in a state where no substance is contained.

物質は、この後、物質を吸引する力Ｔでマイクロピペット６内に入り、（１５）式の成り立ったところで気液界面が止まる。このときのマイクロピペット６内部の気体の圧力はｐであり、気体の体積をｖとすると、ボイルシャルルの法則から、
ｐ×ｖ／ｔ＝ｐ_０×ｖ_０／ｔ_０ ‥‥（１７）
となる。ここでｔ、ｔ_０は、内部に物質が入ったときの温度、入る前の温度である。圧力の変化は小さいので、温度は物質が入る前後で同じ（ｔ＝ｔ_０）とすると、（１７）式は、
ｐ×ｖ＝ｐ_０×ｖ_０ ‥‥（１８）
となる。吸引されている物質の体積Ｖは、ｖ_０と
ｖ＋Ｖ＝ｖ_０ ‥‥（１９）
の関係にあるが、吸引後のマイクロピペット６内の気体の体積ｖに比べ、Ｖが極めて少ない（ｖ≫Ｖ）とすると、ｖとｖ_０はほぼ同じ（ｖ≒ｖ_０）とすることができる。これにより、（１８）式よりｐ＝ｐ_０ｖ_０／ｖであるので、ｐ≒ｐ_０とみなすことができる。（１６）式から、マイクロピペット６内部の気体の圧力によって生ずる力Ｐは、
Ｐ＝π×ｒ^２×ｐ_０ ‥‥（２０）
となる。マイクロピペット６内の気液界面は、このＴとマイクロピペット６内に吸引された物質の自重により生ずる力Ｆ、ならびにマイクロピペット６内部の気体の圧力によって生ずる力Ｐがつり合ったところで止まるので、（１５）式に、（１）式、（６）式、（２０）式を代入して、
２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ＝Ｖ×ρ×ｇ＋π×ｒ^２×ｐ_０ ‥‥（２１）
となる。吸引後の物質の体積は、次の式で表される。
Ｖ＝２π×ｒ×γ×ｃｏｓθ／（ρ×ｇ）−π×ｒ^２×ｐ_０／（ρ×ｇ） ‥‥（２２） Thereafter, the substance enters the micropipette 6 with the force T for sucking the substance, and the gas-liquid interface stops when the equation (15) is established. At this time, the pressure of the gas inside the micropipette 6 is p, and when the volume of the gas is v, from Boyle Charles' law,
p × v / t = p ₀ × v ₀ / t ₀ (17)
It becomes. Here, t and t ₀ are the temperature when the substance enters and the temperature before entering. Since the change in pressure is small, if the temperature is the same before and after the substance enters (t = t ₀ ), equation (17) is
p × v = p ₀ × v ₀ (18)
It becomes. The volume V of the sucked substance is v ₀ and v + V = v ₀ (19)
However, when V is very small (v >> V) as compared with the volume v of the gas in the micropipette 6 after suction, v and v ₀ may be substantially the same (v≈v ₀ ). it can. Thus, p = p ₀ v ₀ / v from equation (18), so that p≈p ₀ can be considered. From the equation (16), the force P generated by the pressure of the gas inside the micropipette 6 is
P = π × r ² × p ₀ (20)
It becomes. The gas-liquid interface in the micropipette 6 stops when the force F generated by the self-weight of the substance sucked into the T and the micropipette 6 and the force P generated by the gas pressure inside the micropipette 6 are balanced. Substituting Equation (1), Equation (6), and Equation (20) into Equation (15),
2π × r × γ × cos θ = V × ρ × g + π × r ² × p ₀ (21)
It becomes. The volume of the substance after suction is expressed by the following formula.
V = 2π × r × γ × cos θ / (ρ × g) −π × r ² × p ₀ / (ρ × g) (22)

物質とマイクロピペット６の材質を変更しなければ、表面張力γ、物質の密度ρ、接触角θは一定である。このため、マイクロピペット６が吸引する物質の体積はマイクロピペット６の半径ｒで決まる。
（２２）式の右辺の前項をＶ_１（ｒ）、後項をＶ_２（ｒ）とすると、Ｖ_１（ｒ）はｒの１次式、Ｖ_２（ｒ）はｒの２次式であるので、半径ｒについてのグラフは、図１２のようになる。Ｖ_１（ｒ）−Ｖ_２（ｒ）＞０となる、図１２中の矢印の範囲内の半径ｒで、マイクロピペット６により物質を吸引することができる。半径ｒを変えることで吸引する体積を調整できる。逆に、同じ半径のマイクロピペット６を用いれば、同量の物質を吸引することができる。 Unless the material and the material of the micropipette 6 are changed, the surface tension γ, the material density ρ, and the contact angle θ are constant. For this reason, the volume of the substance sucked by the micropipette 6 is determined by the radius r of the micropipette 6.
When the _first term on the right side of the equation (22) is V ₁ (r) and the _second term is V ₂ (r), V ₁ (r) is a linear expression of r, and V ₂ (r) is a quadratic expression of r. Therefore, the graph for the radius r is as shown in FIG. The substance can be sucked by the micropipette 6 with a radius r within the range of the arrow in FIG. 12 where V ₁ (r) −V ₂ (r)> 0. The volume to be sucked can be adjusted by changing the radius r. On the contrary, if the micropipette 6 having the same radius is used, the same amount of substance can be sucked.

（作用）
ステージ２上のマイクロピペット交換ユニット７にはマイクロピペット６，４０をセットし、導入物質分取ユニット９には導入物質をセットする。また、細胞３を播種した細胞培養容器４もステージ２上にセットする。
導入にあたっては、まず、ステージ２ならびに各軸（Ｚ軸走査ユニット２３、粗動ユニット２４）が動作して、マイクロピペット交換ユニット７にセットされているマイクロピペット（例えば、マイクロピペット６）をマイクロピペット支持機構１８に取り付ける。次に導入物質の分取ユニット９でマイクロピペット６内に所定の導入物質を分取する。 (Function)
Micropipettes 6 and 40 are set in the micropipette exchange unit 7 on the stage 2, and the introduced substance is set in the introduced substance sorting unit 9. In addition, the cell culture vessel 4 seeded with the cells 3 is also set on the stage 2.
For introduction, first, the stage 2 and each axis (Z-axis scanning unit 23, coarse movement unit 24) are operated, and the micropipette (for example, micropipette 6) set in the micropipette changing unit 7 is micropipette. It is attached to the support mechanism 18. Next, a predetermined introduced substance is separated into the micropipette 6 by the introduced substance sorting unit 9.

このとき、マイクロピペット６は、少なくとも分取のために液体に接している間、マイクロピペット６内へ物質を流入させる方向に働く毛管現象による圧力と逆方向で、物質の自重による力の向きが、吸引する物質の表面と平行でない状態にある必要がある。物質の表面と平行な場合には、毛管現象による圧力と逆方向でその力とつり合う物質の自重による力は発生しない。
さらには、マイクロピペット６内へ物質を流入させる方向に働く毛管現象による圧力と逆方向で、その圧力とつり合う力の向きが、鉛直方向の状態にあるときには、マイクロピペット６の角度を考慮する必要がない。 At this time, the micropipette 6 is in a direction opposite to the pressure due to capillary action acting in the direction in which the substance flows into the micropipette 6 at least while it is in contact with the liquid for sorting. , It must be not parallel to the surface of the substance to be sucked. When parallel to the surface of the material, no force is generated by the weight of the material that balances the force in the opposite direction to the pressure due to capillary action.
Furthermore, when the direction of the force balanced with the pressure in the direction opposite to the capillary action acting in the direction in which the substance flows into the micropipette 6 is in the vertical direction, it is necessary to consider the angle of the micropipette 6. There is no.

分取の際、マイクロピペット６の開口部３５ａが細いため、液の性質（例えば粘度）によっては、マイクロピペット６に液が入りにくい場合がある。この場合、流入促進手段を用いることもできる。流入促進手段としては、開口部３５ａの気液界面を破壊する方法と、開口部３５ａの親水性を向上させて液を入りやすくする方法がある。
マイクロピペット６の開口部３５ａに電極を形成して電圧を印加する方法では、開口部３５ａで液の電気分解が起き、気体が発生して気液界面が破壊される。マイクロピペット６に振動を与える方法、開口部３５ａに超音波を照射する方法でも気液界面が破壊される。開口部３５ａに光触媒層を形成して光を照射すると、開口部３５ａの親水性が向上するため液が入りやすくなる。 At the time of sorting, since the opening 35a of the micropipette 6 is thin, the liquid may not easily enter the micropipette 6 depending on the nature (for example, viscosity) of the liquid. In this case, inflow promoting means can be used. As the inflow promoting means, there are a method of destroying the gas-liquid interface of the opening 35a and a method of improving the hydrophilicity of the opening 35a so that the liquid can easily enter.
In the method of forming an electrode in the opening 35a of the micropipette 6 and applying a voltage, liquid electrolysis occurs in the opening 35a, gas is generated, and the gas-liquid interface is destroyed. The gas-liquid interface is also destroyed by the method of applying vibration to the micropipette 6 and the method of irradiating the opening 35a with ultrasonic waves. When a photocatalyst layer is formed in the opening 35a and irradiated with light, the hydrophilicity of the opening 35a is improved, so that liquid can easily enter.

そして、ステージ２が移動して操作者が指示した細胞３の位置へマイクロピペット６の先端部３５を合わせて導入物質を導入する。
マイクロピペット６内の導入物質が必要量より少なくなった場合や、異なる導入物質を導入する場合には、取り付けられているマイクロピペット６をマイクロピペット交換ユニット７に戻し、新しいマイクロピペット６をマイクロピペット支持機構１８に取り付ける。マイクロピペット６の取り外しは、軸（Ｚ軸走査ユニット２３、粗動ユニット２４）を操作して、マイクロピペット交換ユニット７の空いている位置に、取り外すマイクロピペット６を合わせて、マイクロピペット支持機構１８上のソレノイド３９を動作させる。図３に示すイジェクト部材３８がマイクロピペット６を下方向に押し、マイクロピペット６と一体になっているマイクロピペット固定部材３０のＶ溝３３から固定ピン３２が浮き上がり、マイクロピペット６がマイクロピペット支持機構１８から下方向に外れる。外れたマイクロピペット６は、マイクロピペット交換ユニット７に収まる。その後、新しいマイクロピペット６の上にマイクロピペット支持機構１８を移動させ、マイクロピペット支持機構１８を下方向に下げ、新しいマイクロピペット６をマイクロピペット支持機構１８で押さえる。マイクロピペット６がイジェクト部材３８に押さえつけられると共に、固定ピン３２がマイクロピペット固定部材３０のＶ溝３３に嵌り、マイクロピペット６が固定される。軸（Ｚ軸走査ユニット２３、粗動ユニット２４）を操作してマイクロピペット支持機構１８を上方に移動させると、新しいマイクロピペット６が交換ユニット７から取り出される。そして、この新しいマイクロピペット６で導入物質を分取して、その他の細胞に導入物質を導入する。
マイクロピペット６への分取は、必要本数を導入前に分取してもよいし、マイクロピペット６の交換ごとに分取しても良い。もちろん、必要に応じ両者を使っても良い。 Then, the stage 2 moves to introduce the introduction substance together with the tip 35 of the micropipette 6 at the position of the cell 3 indicated by the operator.
When the introduced substance in the micropipette 6 becomes less than the required amount or when a different introduced substance is introduced, the attached micropipette 6 is returned to the micropipette exchange unit 7, and a new micropipette 6 is replaced with the micropipette 6. It is attached to the support mechanism 18. Removal of the micropipette 6 is performed by operating the shaft (Z-axis scanning unit 23, coarse movement unit 24), aligning the micropipette 6 to be removed with a vacant position of the micropipette replacement unit 7, and the micropipette support mechanism 18. The upper solenoid 39 is operated. The ejecting member 38 shown in FIG. 3 pushes the micropipette 6 downward, the fixing pin 32 is lifted from the V groove 33 of the micropipette fixing member 30 integrated with the micropipette 6, and the micropipette 6 is supported by the micropipette support mechanism. Deviates from 18 downward. The detached micropipette 6 is accommodated in the micropipette exchange unit 7. Thereafter, the micropipette support mechanism 18 is moved onto the new micropipette 6, the micropipette support mechanism 18 is lowered downward, and the new micropipette 6 is pressed by the micropipette support mechanism 18. The micropipette 6 is pressed against the eject member 38, and the fixing pin 32 is fitted into the V groove 33 of the micropipette fixing member 30, so that the micropipette 6 is fixed. When the shaft (Z-axis scanning unit 23, coarse movement unit 24) is operated to move the micropipette support mechanism 18 upward, the new micropipette 6 is taken out from the replacement unit 7. Then, the introduced substance is separated by the new micropipette 6 and the introduced substance is introduced into other cells.
As for the dispensing into the micropipette 6, the necessary number may be collected before introduction, or may be taken every time the micropipette 6 is replaced. Of course, you may use both if necessary.

また、図４または図５に示すようなマイクロピペット４０の場合の導入物質の分取および導入は、以下のようになる。
すなわち、最初にマイクロピペット４０の基端部４１を開放した状態で、図１０に示すような角度αで傾けた状態で、角度αとマイクロピペット６の形状とで定まる所定量の物質を分取する。次に、イジェクト部材３８または電磁弁５３を作動させて基端部４１を密閉し、閉空間４１ａを形成してから、モータ２０（図２参照）を作動させ、マイクロピペット６を垂直に立てる。この状態で物質を導入する細胞３内にマイクロピペット４０の先端を挿入し、基端部４１を開放する。これにより、マイクロピペット４０内の物質が細胞３内に導入される。分取時のマイクロピペット４０の角度αの設定と、導入時のマイクロピペット６の姿勢制御とは、コンピュータ１３に予め起動させてあるプログラムに従って行われる。このため、コンピュータ１３には、角度αと分取量とを関連付けたデータが登録されている。 Further, the fractionation and introduction of the introduced substance in the case of the micropipette 40 as shown in FIG. 4 or 5 are as follows.
That is, a predetermined amount of substance determined by the angle α and the shape of the micropipette 6 is collected while the base end 41 of the micropipette 40 is first opened and tilted at an angle α as shown in FIG. To do. Next, the eject member 38 or the electromagnetic valve 53 is operated to seal the base end portion 41 to form the closed space 41a, and then the motor 20 (see FIG. 2) is operated to raise the micropipette 6 vertically. In this state, the tip of the micropipette 40 is inserted into the cell 3 into which the substance is introduced, and the base end 41 is opened. Thereby, the substance in the micropipette 40 is introduced into the cell 3. The setting of the angle α of the micropipette 40 at the time of sorting and the posture control of the micropipette 6 at the time of introduction are performed in accordance with a program that has been activated in advance by the computer 13. For this reason, the computer 13 registers data in which the angle α is associated with the amount to be collected.

ここで、導入物質を細胞３に導入する際には、マイクロピペット支持機構１８内に、マイクロピペット６と接するように設置されている導入手段３４を用いても良い。この場合は、基端部４１を密閉し、閉空間４１ａを形成したままとしておく。
導入手段３４が駆動素子の場合には、駆動素子を駆動させて、マイクロピペット６内に形成されている閉空間３６ａの体積を減少させる。具体的には、ピエゾ素子が膨出したり、プッシャが突出したりして、マイクロピペット６の側部を縮径方向に押圧する。このようにしてマイクロピペット６の閉空間３６ａの体積が減少すると、先端部３５側に分取されている導入物質が押し出されるようにして細胞３内に導入される。図７に示すような導入手段５６の場合は、導入手段５６がマイクロピペット４０内に膨出し、閉空間４１ａの体積を減少させ、導入物質の導入が促される。
また、導入手段３４が発熱素子の場合には、マイクロピペット６，４０，５０において導入手段３４に接している部分が加熱され、閉空間３６ａ，４１ａ内の気体が膨張し、導入物質の導入が促される。この場合に、形状記憶合金や、形状記憶樹脂からなる可変部５０ａを有する場合には、熱を加えることによって閉空間３６ａの体積を減じるようにマイクロピペット５０が変形するので、前記の熱膨張と併せて、導入物質の導入が促される。 Here, when introducing the introduction substance into the cell 3, the introduction means 34 installed in the micropipette support mechanism 18 so as to be in contact with the micropipette 6 may be used. In this case, the base end part 41 is sealed and the closed space 41a is formed.
When the introduction means 34 is a drive element, the drive element is driven to reduce the volume of the closed space 36a formed in the micropipette 6. Specifically, the piezo element bulges out or the pusher protrudes to press the side portion of the micropipette 6 in the direction of diameter reduction. When the volume of the closed space 36a of the micropipette 6 is reduced in this way, the introduced substance separated on the tip portion 35 side is introduced into the cell 3 so as to be pushed out. In the case of the introduction means 56 as shown in FIG. 7, the introduction means 56 bulges into the micropipette 40, reduces the volume of the closed space 41a, and prompts introduction of the introduction substance.
When the introduction means 34 is a heat generating element, the portions of the micropipettes 6, 40, 50 that are in contact with the introduction means 34 are heated, the gas in the closed spaces 36a, 41a expands, and the introduction of the introduced substance is performed. Prompted. In this case, when the variable portion 50a made of a shape memory alloy or a shape memory resin is provided, the micropipette 50 is deformed so as to reduce the volume of the closed space 36a by applying heat. At the same time, introduction of introduced substances is encouraged.

導入された細胞３は、所定の環境で培養する必要があるので、細胞培養容器４はステージ２からはずされ、インキュベータに保管される。一定時間経過後、細胞培養容器４はインキュベータから取り出され、再びステージ２にセットされ、観察される。 Since the introduced cells 3 need to be cultured in a predetermined environment, the cell culture container 4 is removed from the stage 2 and stored in an incubator. After a certain period of time, the cell culture vessel 4 is removed from the incubator, set on the stage 2 again, and observed.

この実施の形態では、マイクロピペット６を水平に対して傾斜させて支持するので、マイクロピペット６内の気体の圧力Ｐと、毛管現象によって物質を吸引する力Ｔと、マイクロピペット６内に吸引された物質の自重により生じる力Ｆとのつり合いから、分取量が定まる。従来では吸引手段を設けることで分取量を調整していたが、本実施の形態では、微妙な調整を行わなくても分取を精度良く行うことが可能になる。ここにおいて、イジェクト部材３８や導入手段３４などによって、マイクロピペット６，４０内に形成される閉空間３６ａ，４１ａの体積や、気体の圧力を変化させることで、分取や、導入のコントロールを簡単に行うことが可能になる。
また、Ｚ軸走査ユニット２３、粗動ユニット２４などを用いてマイクロピペット６を移動可能にすると共に、マイクロピペット６の可動範囲内に、導入物質を多数配置したので、同じ種類の導入物質を連続して導入する場合に、速やかに分取を行えるようになる。さらに、マイクロピペット６の可動範囲内に、未使用のマイクロピペット６を複数配置するようにしたので、異なる種類の導入物質を導入する場合でも、速やかに分取を行えるようになる。 In this embodiment, since the micropipette 6 is supported while being inclined with respect to the horizontal, the pressure P of the gas in the micropipette 6, the force T for sucking a substance by capillary action, and the micropipette 6 are sucked into the micropipette 6. From the balance with the force F generated by the dead weight of the substance, the amount to be collected is determined. Conventionally, the amount of sorting is adjusted by providing a suction means. However, in the present embodiment, it is possible to perform sorting accurately without performing fine adjustment. Here, by controlling the volume of the closed spaces 36a and 41a formed in the micropipettes 6 and 40 and the gas pressure by the eject member 38 and the introducing means 34, it is easy to control sorting and introduction. It becomes possible to do.
In addition, since the micropipette 6 can be moved using the Z-axis scanning unit 23, the coarse movement unit 24, and the like, and a large number of introduced substances are arranged within the movable range of the micropipette 6, the same kind of introduced substances are continuously provided. When it is introduced, it becomes possible to sort quickly. Furthermore, since a plurality of unused micropipettes 6 are arranged within the movable range of the micropipette 6, even when different types of introduction substances are introduced, sorting can be performed quickly.

さらに、導入手段を設け、マイクロピペット内に形成された閉空間の体積を減少させたり、閉空間の内圧を増大させたりできるようにしたので、導入物質の導入を促進させることができる。従来は手元側で圧力を調整しながら導入物質の導入を制御するのに対して、本実施形態ではマイクロピペットの近傍で調整が行えるようになるので、手元の操作部からマイクロピペットまでの間の圧力損失がないので、微妙な調整が要らない。また、マイクロピペットの少なくとも一部を変形可能に構成すると、導入手段３４による導入物質の導入を速やかに行うことができる。 Furthermore, since introduction means are provided to reduce the volume of the closed space formed in the micropipette and increase the internal pressure of the closed space, the introduction of the introduced substance can be promoted. Conventionally, the introduction of the introduced substance is controlled while adjusting the pressure on the hand side, whereas in the present embodiment, the adjustment can be performed in the vicinity of the micropipette. Since there is no pressure loss, fine adjustment is not required. Further, when at least a part of the micropipette is configured to be deformable, the introduction substance 34 can be quickly introduced by the introduction means 34.

なお、本発明は、前記の各実施の形態に限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の応用が可能である。
例えば、イジェクト部材３７，５１，５５は、マイクロピペット６，４０，５０に直接に接しても良いが、イジェクト部材３７，５１，５５とマイクロピペット６，４０，５０との間に、別の部材を介挿させて、この部材を介してマイクロピペット６，４０，５０を押圧するようにしても良い。
また、物質を導入する対象は、細胞３に限定されずに、細菌類、微生物、卵など、その他の生体試料であっても良い。 The present invention is not limited to the embodiments described above. Various applications are possible without departing from the spirit of the present invention.
For example, the eject members 37, 51, and 55 may be in direct contact with the micropipettes 6, 40, and 50, but another member is provided between the eject members 37, 51, and 55 and the micropipettes 6, 40, and 50. The micropipette 6, 40, 50 may be pressed through this member.
In addition, the target to which the substance is introduced is not limited to the cell 3, but may be other biological samples such as bacteria, microorganisms, and eggs.

本発明の実施の形態における物質導入装置の概略構成を示す図であって、細胞に導入する導入物質を分取する装置を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the substance introduction apparatus in embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows the apparatus which fractionates the introduction substance introduce | transduced into a cell. マイクロピペット支持機構を示す図であって、マイクロピペットを傾斜させた保持した状態を示す図である。It is a figure which shows a micropipette support mechanism, Comprising: It is a figure which shows the state hold | maintained inclined micropipette. マイクロピペットおよびマイクロピペット支持機構の断面図である。It is sectional drawing of a micropipette and a micropipette support mechanism. マイクロピペットおよびマイクロピペット支持機構の断面図である。It is sectional drawing of a micropipette and a micropipette support mechanism. マイクロピペットおよびマイクロピペット支持機構の断面図である。It is sectional drawing of a micropipette and a micropipette support mechanism. 導入手段の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an introduction means. 導入手段の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an introduction means. 基端部が開放されたマイクロピペットを、液面に垂直にしたときの分取の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of fractionation when the micropipette whose base end part was opened was made perpendicular to the liquid level. マイクロピペット内の気液界面の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the gas-liquid interface in a micropipette. 基端部が開放されたマイクロピペットを、所定の角度αに傾斜させたときの分取の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of fractionation when the micropipette whose base end part was opened is inclined to a predetermined angle α. 基端部が密閉されたマイクロピペットを、液面に垂直にしたときの分取の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of fractionation when the micropipette with which the base end part was sealed was made perpendicular to the liquid level. マイクロピペットが吸引する物質の体積とマイクロピペットの半径との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the volume of the substance which a micropipette attracts | sucks, and the radius of a micropipette.

Explanation of symbols

１物質導入装置
６，４０，５０マイクロピペット（保持手段）
２２支持部材（支持手段）
３４，５６導入手段
３６，４１基端部
３６ａ，４１ａ閉空間
３８，５１，５５イジェクト部材（開閉手段）
５３電磁弁（開閉手段）
５４配管（連通部材）

1 Substance introduction device 6, 40, 50 Micropipette (holding means)
22 Support member (support means)
34, 56 Introduction means 36, 41 Base end part 36a, 41a Closed space 38, 51, 55 Ejecting member (opening / closing means)
53 Solenoid valve (opening / closing means)
54 Piping (communication member)

Claims

In a substance introduction device for introducing the substance into a biological sample using a holding means capable of holding a substance containing at least a liquid inside,
When holding at least the substance inside the holding means, a closed space is formed inside the holding means by closing a proximal end portion of the holding means opposite to the introduction side. Possible means, and
Introducing means for introducing the substance held inside the holding means into the biological sample when the closed space is formed;
A substance introduction device comprising:

The substance introduction device according to claim 1,
A substance introduction apparatus further comprising support means for detachably supporting the holding means.

The substance introduction device according to claim 2,
A substance introducing apparatus, further comprising moving means for moving the supporting means.

In the substance introduction device according to any one of claims 1 and 2,
The substance introduction device, wherein the closed space is formed by integrally closing the base end portion of the holding means.

In the substance introduction device according to claim 1 or 2,
An opening / closing means for opening / closing the base end of the holding means;
The substance introduction device, wherein the closed space is formed by the opening / closing means closing the base end portion of the holding means.

In the substance introduction device according to claim 1 or 2,
An opening / closing means for opening / closing a communicating member for communicating the base end portion of the holding means with the atmosphere;
The substance introduction apparatus, wherein the closed space is formed by using an opening / closing means capable of opening and closing the communication member.

The substance introduction device according to claim 2,
The substance introducing device is characterized in that the introducing means is provided in the supporting means and in contact with the holding means.

The substance introduction device according to claim 1,
The substance introduction apparatus, wherein the introduction unit includes a drive element capable of changing a volume inside the holding unit.

The substance introduction device according to claim 8,
The holding means has a variable portion capable of deforming its shape or volume,
The substance introducing apparatus, wherein the introducing means includes means for deforming the variable portion.

The substance introduction device according to claim 9,
The substance introduction device, wherein the variable portion includes an elastic body that can be elastically deformed by being pressed by the introduction means.

The substance introduction device according to claim 1,
The substance introducing apparatus, wherein the introducing means includes a heating element capable of heating the holding means.

The substance introduction device according to claim 1,
The substance introduction device, wherein the closed space is also formed when the substance for introduction is sucked into the holding means.