JP2006191893A - 侵襲確認装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 予め位置が特定された状態で細胞Aを保持する導電性の基板2と、該基板2の上方に配され、先端が先鋭化された導電性の穿刺部材3と、基板2と穿刺部材3とを基板表面2aに平行なXY方向及び該XY方向に直交するZ方向に相対移動させて、穿刺部材3を細胞Aに穿刺させる移動手段4と、基板2と穿刺部材3との間に電圧を印加する電圧印加手段5と、基板2と穿刺部材3との間に流れる電流と、基板2と穿刺部材3との間に発生した電圧とのうち、少なくとも一方を測定する測定部6と、該測定部6で測定した電流値又は電圧値に基づいて、穿刺部材3が細胞A内に侵襲したか否かを推定する推定部7と、該推定部7による推定結果を記録する記録部8と、推定結果を周囲に報知する報知手段9とを備えている侵襲確認装置1を提供する。
【選択図】 図1
Description
また、細胞生物学の分野においても、1つ1つの細胞の個性を調べる研究が行われるようになっており、1つの細胞での遺伝子発現変化等を観察するために、生きた細胞から僅かな量の生体分子を取り出して解析する技術が不可欠なものとされている。
このように、1つ1つの細胞に各種の溶液を注入したり、1つ1つの細胞から生体分子を採取したりすることで、個々の細胞観察を行っている。
また、原子間力顕微鏡(AFM;Atomic Force Microscope)を利用したインジェクション法も知られている。このAFMを用いた場合には、細胞の配置を決定後(AFM画像からの決定又は光学顕微鏡像からの決定)、フォースカーブ取得時と同様に探針を上下に駆動させることにより、探針に取り付けた微小針を細胞に侵襲させるものである。
また、このインジェクション法においては、通常、作業者が微小針を細胞に侵襲させるが、この操作を手動ではなく、自動化してスループットを向上させた遺伝子導入細胞生産装置(例えば、特許文献1参照)等も知られている。
即ち、インジェクション法は、微小針を細胞に侵襲(刺して)させることで、各種の溶液注入や生体分子の採取等を行うものであるが、微小針を細胞に刺したときに、穴が開く前に細胞が自身の軟性(弾性)により凹んでしまい、微小針が確実に細胞内に侵入したか否かを判断することが困難なものであった。
例えば、光学顕微鏡下では、目視により微小針の侵襲確認を行っていたが、仮に微小針が確実に侵襲したとしても上述したと同様に細胞は凹んだ状態であるので、目視だけでは侵襲したか否かを判断することは困難であった。また、マニピュレートシステムであれば、微小針を力感応反発デバイス等のフィードバックデバイスにより定性判断していたが、やはり反発力だけでは微小針が侵襲したか否かを判断することは困難なものであった。
このように、従来のものでは、細胞内への侵襲確認が困難なものであった。そのため、侵襲結果にばらつきが生じてしまい、その結果、例えば、実験結果にばらつきが生じて正確な実験を行うことが困難なものであった。また、侵襲確認の判定が不明瞭なため迅速な操作を行えず、操作時間のかかるものであった。
本発明の侵襲確認装置は、予め位置が特定された状態で細胞を保持する導電性の基板と、該基板の上方に配され、先端が先鋭化された導電性の穿刺部材と、前記基板と前記穿刺部材とを、基板表面に平行なXY方向及び該XY方向に直交するZ方向に相対移動させて、穿刺部材を前記細胞に穿刺させる移動手段と、前記基板と前記穿刺部材との間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記基板と前記穿刺部材との間に流れる電流と、基板と穿刺部材との間に発生した電圧とのうち、少なくとも一方を測定する測定部と、該測定部で測定した電流値又は電圧値に基づいて、前記穿刺部材が前記細胞内に侵襲したか否かを推定する推定部と、該推定部による推定結果を記録する記録部と、前記推定部による推定結果を周囲に報知する報知手段とを備えていることを特徴とするものである。
また、この推定部による推定結果は、記録部に記録されると共に、報知手段により周囲に報知される。このように、侵襲結果が確実に記録及び報知されるので、操作者は侵襲確認を常に同じ条件(レベル)で容易且つ確実に知ることができる。そのため、操作者は、穿刺部材の表面に物理的相互作用を利用して生体分子を付着(吸着)させ、該生体分子を細胞内から採取したり、吸引したりする等の各種操作を迅速に行えると共に、これら操作にかける時間を短縮することができる。更には、侵襲結果を高確率で推定できるので、例えば、細胞を利用した実験結果のばらつきをなくすことができる。
なお、穿刺部材と基板とが接触した際の電流値又は電圧値を閾値としても構わない。この場合には、推定部は穿刺部材が基板に接触した時点で侵襲の推定を行う。
本実施形態の侵襲確認装置1は、図1に示すように、予め位置が特定された状態で細胞Aを保持する導電性の基板2と、該基板2の上方に配され、内部に図示しない管路を有した状態で、先端が先鋭化された導電性の微小針(穿刺部材)3と、基板2と微小針3とを、基板表面2aに平行なXY方向及び該XY方向に直交するZ方向に相対移動させて、微小針3を細胞Aに穿刺させる移動手段4と、基板2と微小針3との間に電圧を印加する電圧印加手段5と、基板2と微小針3との間に流れる電流と、基板2と微小針3との間に発生した電圧とのうち、少なくとも一方を測定する測定部6と、該測定部6で測定した電流値又は電圧値に基づいて、微小針3が細胞A内に侵襲したか否かを推定する推定部7と、該推定部7による推定結果を記録するメモリ等の記録部8と、推定部7による推定結果を周囲に報知する報知手段9とを備えている。
また、培養容器10は、上記XY方向及びZ方向の3方向に微小移動可能な3次元スキャナ12に固定されたステージ13上に載置されている。この3次元スキャナ12は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなる圧電素子であり、XYZ駆動系14から電圧を印加され、電圧印加量及び極性等に応じて3方向に微小移動するようになっている。即ち、これら3次元スキャナ12及びXYZ駆動系14は、上記移動手段4を構成している。
なお、3次元スキャナ12は、XYZの3方向に粗動移動可能な図示しない粗動機構上に設けられている。
また、微小針3の管路は、一端側が先端に形成された図示しない開口部に接続されており、他端側が細胞A内に各種の溶液を供給可能な図示しない溶液供給ポンプ等に接続されている。これにより、管路内に各種の溶液を供給して細胞A内に溶液を注入できるようになっている。更に、ポンプの接続を変え、細胞A内の物質を吸引することも可能となっている。
なお、微小針3を細胞A内から引き抜くことで、表面に物理的作用により付着(吸着)した生体分子を細胞A内から採取することも可能である。
また、本実施形態においては、推定部7は、予め微小針3と基板2とが接触した際に流れる電流値を基準値として記憶しており、測定部6から送られてくる電流値が該基準値に達したときに微小針3が細胞A内に侵襲したと推定するようになっている。
まず、電圧印加手段5により、基板2と微小針3との間に所定の電圧を印加して、両者の間に電位差を生じさせる。そして、この状態で、粗動機構により基板2をXYZの3方向に向けて粗動移動させて光学顕微鏡の視野S内に細胞Aを位置させ、細胞Aの位置を予め特定する。次いで、操作者は、光学顕微鏡で確認しながら、XYZ駆動系14より3次元スキャナ12に電圧を印加して基板2と微小針3とをXYZの3方向に微小移動させて、微小針3を細胞Aに穿刺させる。穿刺後、基板2をさらにZ方向に微小移動させることで、微小針3が細胞A内に徐々に刺さり始め、最後には細胞Aを介して基板2に接触する。微小針3が基板2に接触すると、微小針3と探針との間に電流が流れる。
更には、侵襲結果を高確率で推定できるので、例えば、細胞Aを利用した実験結果のばらつきをなくすことができる。また、光学顕微鏡の視野S内に侵襲結果が表示されるので、侵襲結果を瞬時に確認することができ操作性に優れている。
例えば、微小針3を細胞Aに穿刺する際に、仮に細胞Aを介して微小針3から基板2に電流が流れる場合、図3に示すように、微小針3を基板2に近づけるにしたがって電流値が上昇する。そして、微小針3が基板2に接触した時点で、電流値は上記実施形態の基準値で一定の値となる。よって、推定部7は、測定された電流値を閾値と比較することで、基板表面2aから所定距離まで微小針3が刺し込まれたことを予測することができる。そして、推定部7は、電流値がこの閾値以上に達したときに、従来のように細胞Aが逃げることなく、微小針3が基板表面2aに近づいて十分に細胞A内に侵襲したと推定を行う。特に、微小針3を基板2に接触させる前に、侵襲を推定することが可能であるので、基板2に対する微小針3の接触回数を減らすことができ、微小針3にかかる影響を極力低減することができる。
具体的には、例えば、微小針3の基端側に圧力検出手段として、接触圧力に応じた電圧を発生するPZT等の圧電素子を設ければ良い。そして、推定部7は、圧電素子から送られた電圧が閾値以上である場合、即ち、圧力値が閾値以上である場合に、微小針3が十分細胞A内に侵襲して基板2に接触していると推定する。
このように、推定部7は、電流値に加え接触圧力をも推定判断として利用するので、より高確率に侵襲判断を行うことができる。
なお、基板2側に圧電素子を設けても構わない。また、圧力検出手段は、圧電素子に限られず、微小針3と基板2との接触圧力を検出できるものであれば構わない。
この場合には、圧力変化検出手段が、例えば、微小針3の先端が細胞Aに接触してから細胞A壁を破るまでの圧力変化(抵抗変化)を検出する。そして、推定部7は、この圧力変化パターンに基づいて、微小針3が細胞壁を破って内部に十分に侵襲したか否かの推定を行う。このように、推定部7は、微小針3の先端の圧力変化を見ることで、より高確率に侵襲判断を行うことができる。
なお、この圧力変化検出手段は、例えば、圧力センサでも構わないし、微小針3をカンチレバーの先端に設けた場合には、AFMレバー変位信号等でも構わない。
こうすることで、微小針3が細胞A内に侵襲したと推定されるまで、微小針3による穿刺行為を繰り返すよう自動的に制御部が移動手段4を制御するので、細胞Aへの侵襲をより高確率にすることができる。
更に、この場合において、制御部が予め決められた所定回数まで微小針3による穿刺を繰り返すように構成しても構わない。こうすることで、制御部が穿刺行為を、例えば、5回繰り返してもまだ推定部7が侵襲したと推定しないときは、穿刺行為の繰り返しを終了する。これにより、1つの細胞Aに要する穿刺行為の時間を極力低減でき、スループットの向上化を図ることができる。
また、上記実施形態では、表示部17が赤色の光R及び青色の光Bの2種類の光により、“OK”表示又は“NG”表示を行ったが、これに限られず、例えば、図4(a)に示すように、測定した電流値に応じて複数の色の光を段階的に点灯させても構わない。具体的には、電流が測定されていない時点では、赤色の光Rが点灯し、電流が測定され始めた時点でピンク色P、黄色Yと変化し、閾値に達した時点で緑色Gが点灯し、さらに微小針3と基板2とが接触して電流値が基準値に達した時点で青色の光Bが点灯するように構成しても構わない。
また、これら各表示は、光学顕微鏡の視野S内に表示する場合に限られず、図5(a)に示すように、光学顕微鏡の視野S外に表示しても構わないし、図5(b)に示すように、光学顕微鏡の視野S内に透過表示して細胞Aと共に表示しても構わない。
1 侵襲確認装置
2 基板
3 微小針(穿刺部材)
4 移動手段
5 電圧印加手段
6 測定部
7 推定部
8 記録部
9 報知手段
17 表示部
Claims (8)
- 予め位置が特定された状態で細胞を保持する導電性の基板と、
該基板の上方に配され、先端が先鋭化された導電性の穿刺部材と、
前記基板と前記穿刺部材とを、基板表面に平行なXY方向及び該XY方向に直交するZ方向に相対移動させて、穿刺部材を前記細胞に穿刺させる移動手段と、
前記基板と前記穿刺部材との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記基板と前記穿刺部材との間に流れる電流と、基板と穿刺部材との間に発生した電圧とのうち、少なくとも一方を測定する測定部と、
該測定部で測定した電流値又は電圧値に基づいて、前記穿刺部材が前記細胞内に侵襲したか否かを推定する推定部と、
該推定部による推定結果を記録する記録部と、
前記推定部による推定結果を周囲に報知する報知手段とを備えていることを特徴とする侵襲確認装置。 - 請求項1記載の侵襲確認装置において、
前記推定部は、前記測定部で測定された電流値又は電圧値が予め設定された閾値以上であるときに、前記穿刺部材が侵襲したと推定することを特徴とする侵襲確認装置。 - 請求項1又は2記載の侵襲確認装置において、
前記基板と前記穿刺部材との接触圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記推定部は、前記圧力検出手段で測定された圧力値が予め設定された閾値以上であるときに、前記穿刺部材が侵襲したと推定することを特徴とする侵襲確認装置。 - 請求項1又は2記載の侵襲確認装置において、
前記穿刺部材の先端が受ける圧力変化を検出する圧力変化検出手段を備え、
前記推定部は、前記圧力変化検出手段で測定された圧力変化に基づいて、前記穿刺部材が前記細胞内に侵襲したか否かを推定することを特徴とする侵襲確認装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の侵襲確認装置において、
前記報知手段は、前記推定結果を表示する表示部と、推定結果を音声により知らせる音声出力部とのうち、少なくとも一方を備えていることを特徴とする侵襲確認装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の侵襲確認装置において、
前記穿刺部材が前記細胞内に侵襲したと前記推定部が推定するまで、穿刺部材による穿刺を繰り返すよう前記移動手段を制御する制御部を備えていることを特徴とする侵襲確認装置。 - 請求項6記載の侵襲確認装置において、
前記制御部は、予め決められた所定回数まで前記穿刺部材による穿刺を繰り返すことを特徴とする侵襲確認装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の侵襲確認装置において、
前記穿刺部材は、先端に形成された開口部に連結された管路を内部に有していることを特徴とする侵襲確認装置。
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- 2005-01-17 JP JP2005008868A patent/JP4618674B2/ja not_active Expired - Fee Related
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