JP2009136263A - チップ駆動装置及びチップ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低侵襲で生存率を高く維持したまま、細胞に物質を高効率で導入すること。
【解決手段】可撓性を有するレバー部６０に対して所定の角度でディッシュ１４内の細胞方向に形成されたチップ部３６を所定の角度に保持しつつ、チップ部３６を上記細胞の方向に移動可能なチップ駆動装置１０において、上記チップ部３６の移動に係るパラメータを設定する入力部７８と、上記入力部７８で設定されたパラメータに従って上記チップ部３６の移動を制御する制御部８６と、上記チップ部３６の上記細胞の方向の移動位置の目標値Ｚ_０を記憶する記憶部８０と、上記チップ部３６の位置を検出する位置検出部７６と、上記位置検出部７６からの出力値Ｚと上記記憶部８０に記憶された上記目標値Ｚ_０とを比較する判定部８２と、を備え、上記制御部８６は、上記判定部８２の出力に基づき、Ｚ＜Ｚ_０となる位置への上記チップ部３６の移動を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チップ駆動装置及びチップ駆動方法に関する。

特許文献１には、微細針先端に遺伝子等の導入物質を電気的に吸着させ、この微細針を細胞内に侵入させて、この微細針にパルス電圧を印加することにより、細胞内に導入物質を導入するマイクロインジェクション方法及び装置が開示されている。ここで、微細針の侵入は、微細針と同軸に伸縮する圧電素子を用いて微動することにより行うようになっている。
ＷＯ０４／０９２３６９号公報

上記特許文献１は、微細針先端部に遺伝子を保持する方式であり、細胞に対して低侵襲で遺伝子を導入することが可能で、高い生存率を得ることができる。

しかしながら、カンチレバー先端の微細針の細胞内への侵入容積は微小であり、また、細胞膜が流動性を有しているために、微細針の先端が細胞内に侵入したと思われる位置までカンチレバーを移動させても、細胞膜が流動的に針部の表面を覆ってしまい、細胞膜を貫通させることができない場合がある。このため、チップ駆動が安定せず、良好な導入率を得ることができないという不都合がある。

また、上記特許文献１の構成では、微細針に通電することで細胞に電気的な刺激を与えて、生きたままの細胞を効率良く観察することもできなかった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、低侵襲で生存率を高く維持したまま、細胞に物質を高効率で導入し、又は、細胞に電気的な刺激を与え、生細胞を効率良く観察することができる、チップ駆動装置及びチップ駆動方法を提供することを目的とする。

本発明のチップ駆動装置の一態様は、可撓性を有する支持部に対して所定の角度で対象物方向に形成されたチップ部を所定の角度に保持しつつ、チップ部を対象物の方向に移動可能なチップ駆動装置において、
上記チップ部の移動に係るパラメータを設定する入力部と、
上記入力部で設定されたパラメータに従って上記チップ部の移動を制御する制御部と、
上記チップ部の上記対象物の方向の移動位置の目標値Ｚ_０を記憶する記憶部と、
上記チップ部の位置を検出する検出部と、
上記検出部からの出力値Ｚと上記記憶部に記憶された上記目標値Ｚ_０とを比較する比較部と、
を具備し、
上記制御部は、上記比較部の出力に基づき、Ｚ＜Ｚ_０となる位置への上記チップ部の移動を制限することを特徴とする。

また、本発明のチップ駆動方法の一態様は、可撓性を有する支持部に対して所定の角度で対象物方向に形成されたチップ部を所定の角度に保持しつつ、チップ部を対象物の方向に移動するチップ駆動方法において、
上記チップ部の移動に係るパラメータを設定する工程と、
上記設定されたパラメータに従って上記チップ部の移動を制御する工程と、
上記チップ部の上記対象物の方向の移動位置の目標値Ｚ_０を記憶する工程と、
上記チップ部の位置を検出する工程と、
上記検出した位置Ｚと上記記憶された目標値Ｚ_０とを比較する工程と、
を具備し、
上記チップ部の移動を制御する工程は、上記比較結果に基づき、Ｚ＜Ｚ_０となる位置への上記チップ部の移動を制限することを特徴とする。

本発明によれば、低侵襲で生存率を高く維持したまま、細胞に物質を高効率で導入し、又は、細胞に電気的な刺激を与え、生細胞を効率良く観察することができる、チップ駆動装置及びチップ駆動方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係るチップ駆動装置について、図１乃至図７を参照して説明する。

本実施形態に係るチップ駆動装置１０は、図１に示すように、細胞を観察するための倒立顕微鏡１２に装着して使用される。

倒立顕微鏡１２は、細胞を収容したディッシュ１４上の細胞を照明する照明装置１６と、上記ディッシュ１４をＸ方向及びＹ方向に移動する顕微鏡ＸＹステージ１８と、該顕微鏡ＸＹステージ１８を駆動する顕微鏡ＸＹステージハンドル２０と、細胞において反射あるいは透過した光、あるいは細胞から発生した蛍光を観察するための図示しない対物レンズ及び接眼レンズ２２と、を備えている。

なお、ディッシュ１４は、細胞の観察を行えるよう、少なくともその底面は透明な材料、例えばガラスで形成されている。

なお、ここでは、手動操作される倒立顕微鏡１２を説明したが、コンピュータにより顕微鏡ＸＹステージ１８を駆動制御する電動の倒立形顕微鏡であっても良い。更に、ＣＣＤカメラ等を備え、モニタに観察画像を表示するような倒立形顕微鏡でも良い。

また、上記照明装置１６には、細胞に対して、上記接眼レンズ２２とは反対側から照明光を照射する透過照明光源２４と、該透過照明光源２４から発せられた照明光を細胞に集光するコンデンサレンズ２６と、細胞に対して上記接眼レンズ２２と同一方向から照明光を照射する落射照明光源２８とが備えられている。

そして、本実施形態に係るチップ駆動装置１０は、装置本体３０と、該装置本体３０のコンデンサレンズ２６への取り付け部である顕微鏡アダプタ３２と、上記装置本体３０に図示しないケーブルを介して接続され、任意の位置に設置可能な操作モジュール３４とから構成されている。図１では、装置本体３０を、接眼レンズ２２が設けられた側である倒立顕微鏡１２の前面側に対し、コンデンサレンズ２６の右側に装着した状態を示している。

装置本体３０は、駆動対象であるチップ部３６を備えるニードル３８を装着したアダプタ４０を取り付けるためのアダプタ保持部４２と、該アダプタ保持部４２をＺ方向に移動することで上記チップ部３６をＺ方向に移動させるＺ駆動部４４と、上記アダプタ保持部４２をＸ方向及びＹ方向に移動することで上記チップ部のＸＹ位置を調整する針先ＸＹ調整ノブ４６と、を備えている。

ここで、アダプタ保持部４２には、図２（Ａ）に示すように、Ｚ駆動部４４の図示しない直線移動機構に、図示しないＸＹ駆動機構（針先ＸＹ調整ノブ４６はこの駆動機構によりアダプタ保持部４２を駆動する）を介して取り付けるためのＺ軸駆動部取付部４８とは長手方向反対側に、上記アダプタ４０を着脱自在に装着するための装着部材、例えばアダプタ４０が金属製ないしは対応する箇所に金属部を設けたものであればマグネット５０、が設けられている。なお、図２（Ａ）において、一点鎖線の右側が装置本体３０内に収容される部分である。即ち、上記マグネット５０は、装置本体３０外部となる位置に設けられている。また、このマグネット５０の近傍に、アダプタ４０の位置決めのために、アダプタ４０に設けられた穴や溝に嵌合する嵌合部５２が配設されている。嵌合部５２は、倒立顕微鏡１２の前面側に向けて突出しており、アダプタ４０がこの前面側から差し込みにより装着できるようになっている。

なお、装置本体３０がコンデンサレンズ２６の左側に装着された際にもアダプタ４０を装着できるように、マグネット５０及び嵌合部５２をアダプタ保持部４２の裏面側にも設けても良い。あるいは、装置本体３０の装着位置に応じて、アダプタ保持部４２を交換可能に構成しても良い。

上記アダプタ４０に装着されるニードル３８は、図２（Ｂ）に示すように、チップ部３６を形成したカンチレバーチップ５４を、該カンチレバーチップ５４を保持するためのシャフト５６の先端に接着して構成されている。カンチレバーチップ５４は、シリコンプロセスにより製造されるもので、他の部分との接着用のシリコンベース部５８と、該シリコンベース部５８から延在し、例えば厚み２．７μｍ、長さ２４０μｍで２Ｎ／ｍ程度の弾性定数を持つ可撓性のレバー部６０と、該レバー部６０の自由端に、該レバー部６０の長手方向に対しておおむね９０度の角度で形成された上記チップ部３６とからなる。

本実施形態に係るチップ駆動装置１０では、上記ニードル３８をアダプタ４０に空けられた図示しない穴に挿入・固定し、その後、該ニードル３８を装着したアダプタ４０を装置本体３０に装着するようになっている。こうすることで、基本的に交換品度の高い構成品（消耗品）であるニードル３８を交換することができ、コンタミネーションの虞なく、該チップ駆動装置１０を繰り返し使用することができる。

また、細長いニードル３８を装置本体３０に直接装着する構成とすると、作業性が悪く、装着作業時にチップ部３６が顕微鏡ＸＹステージ１８等の倒立顕微鏡１２の何処かに当たって破損してしまう虞がある。本実施形態では、装置本体３０から取り外したアダプタ４０にニードル３８を装着した上で、該アダプタ４０を装置本体３０の前面側から装着するようにしているので、そのような破損の虞を少なくすることができる。

なお、アダプタ４０は、装置本体３０に装着された際に、ニードル３８のシャフト５６を所定の角度で斜め下方に向けて保持するように構成されており、また、カンチレバーチップ５４はこのシャフト５６に対して所定の角度となるように接着されている。また、上記したようにチップ部３６は、レバー部６０の長手方向に対して交差する方向に延びるように設けられている。従って、アダプタ４０が装置本体３０に装着された状態では、チップ部３６は、レバー部６０の自由端において、先端をほぼ鉛直下方に向けて保持されることとなる。

上記アダプタ４０がシャフト５６を保持する固定角度については、以下のようにして決められている。即ち、図３（Ａ）に示すように、シャフト５６を起き上げ過ぎると、コンデンサレンズ２６に干渉してしまう。ニードル３８の長さを例えば約５０ｍｍとすると、シャフト５６を６０度よりも起き上げるとコンデンサレンズ２６に干渉してしまう。また逆に、シャフト５６を寝かし過ぎると、ディッシュ１４の側壁に干渉してしまう。一般に、細胞培養で使用される頻度の高い３５ｍｍガラスボトムディッシュでは、３０度よりも寝かすとディッシュ１４の側壁に干渉してしまう。従って、本実施形態では、３０度乃至６０度の中間である４５度に設定している。

アダプタ４０によりシャフト５６を４５度の角度で保持するように設定した場合、図３（Ｂ）に一点鎖線で示すような可動範囲６２が得られ、上記３５ｍｍガラスボトムディッシュのガラス面（φ１４ｍｍ程度）は、コンデンサレンズ２６やディッシュ１４の側壁に干渉することなく作業が行える。

このように、アダプタ４０がシャフト５６を保持する固定角度は、コンデンサレンズ２６と使用するディッシュ１４への干渉を考慮して、ニードル３８に十分な可動範囲６２を与えるように決定している。そして、アダプタ４０には、ニードル３８を挿入・固定するため図示しない穴が、この固定角度でシャフト５６を保持するような角度を持って形成されている。

一方、チップ駆動装置１０の操作モジュール３４は、図１に示すように、Ｚ調整用ハンドル６４、速度設定ダイアル６６、微調整（上）ボタン６８、微調整（下）ボタン７０、移動量設定ダイアル７２、及びＺ値セットボタン７４を備えている。

ここで、Ｚ調整用ハンドル６４及び速度設定ダイアル６６は、アダプタ保持部４２の粗いＺ方向の移動（ｍｍ単位）に使用するものである。Ｚ調整用ハンドル６４の回転操作により、その回転方向に応じて上記Ｚ駆動部４４を用いてアダプタ保持部４２がＺ方向に駆動され、速度設定ダイアル６６は、Ｚ調整用ハンドル６４の回転操作に応じた駆動量を大・中・小の３段階で切り替え設定するためのものである。

また、微調整ボタン６８，７０及び移動量設定ダイアル７２は、アダプタ保持部４２の細かいＺ方向の移動（μｍ単位）に使用するものである。微調整（上）ボタン６８又は微調整（下）ボタン７０の操作により、そのボタンに応じて上記Ｚ駆動部４４を用いてアダプタ保持部４２がＺ方向に微小駆動され、移動量設定ダイアル７２は、１回の微調整ボタン６８，７０のＯＮ操作に応じた微小駆動量を大・中・小の３段階で切り替え設定するためのものである。

Ｚ値セットボタン７４は、Ｚ方向任意の位置を記憶する指示を行うためのボタンであり、上記Ｚ調整用ハンドル６４や上記微調整ボタン６８，７０を操作しても該Ｚ値セットボタン７４により記憶された位置よりも下（ディッシュ１４内のサンプルの方向）にはアダプタ保持部４２が下降しないようにするものである。なお、このＺ値セットボタン７４は、図示しないラッチ機構を備えており、操作者が押下操作即ちＯＮ操作すると、再度押下操作されるまで、その押下状態即ちＯＮ状態を維持する。以降、Ｚ値セットボタン７４がＯＦＦ状態におけるＺ調整用ハンドル６４及び微調整ボタン６８，７０の操作を「第１モード」と呼び、Ｚ値セットボタン７４がＯＮ状態におけるＺ調整用ハンドル６４及び微調整ボタン６８，７０の操作を「第２モード」と呼ぶ。

図４は、本実施形態に係るチップ駆動装置１０の電気的な構成を示すブロック図である。
装置本体３０は、上記Ｚ駆動部４４に加えて、アダプタ保持部４２の位置を検出するための位置検出部７６を備えている。この位置検出部７６としては、アダプタ保持部４２の位置を、光学的に直接検出するものであっても良いし、Ｚ駆動部４４の駆動量を検出することで間接的に検出するものであっても良い。また、位置検出部７６を、装置本体３０とは別体に設けても構わない。

操作モジュール３４は、入力部７８、記憶部８０、判定部８２、表示灯８４、制御部８６、及び電源８８を備えている。

入力部７８は、上記Ｚ調整用ハンドル６４及び上記微調整ボタン６８，７０の操作に応じて移動指示信号を出力する移動指示部７８Ａと、上記速度設定ダイアル６６によって設定された移動速度を示す速度設定信号を出力する速度設定部７８Ｂと、上記移動量設定ダイアル７２によって設定された移動量を示す移動量設定信号を出力する移動量設定部７８Ｃと、上記Ｚ値セットボタン７４のＯＮ操作に応じてＺ値セット信号を出力するＺ値セット部７８Ｄとを含む。この入力部７８から出力される各信号は、制御部８６に入力される。

記憶部８０は、上記Ｚ値セットボタン７４がＯＮ操作されたときの、上記位置検出部７６で検出されたアダプタ保持部４２の位置をＺ値として記憶するものである。判定部８２は、上記位置検出部７６で検出したアダプタ保持部４２の位置と記憶部８０に記憶されているＺ値とを比較して、アダプタ保持部４２が上記Ｚ値の位置に到達したか否かを判定するものである。表示灯８４は、上記Ｚ値セット部７８Ｄからの上記Ｚ値セット信号に基づいて、上記Ｚ値セットボタン７４がＯＮ状態を維持している間、点灯するものであり、操作者は該表示灯８４の点灯によりＺ値の記憶を確認できるようにしている。

制御部８６は、該チップ駆動装置１０の全体を制御するものである。そして、電源８８は、該チップ駆動装置１０の各部を動作させる電力を供給するものである。

以下、このように構成された本実施形態に係るチップ駆動装置１０を用いたチップ駆動方法について説明する。

ここでは、本実施形態に係るチップ駆動装置１０を用いて、ディッシュ１４内の培養液中で培養される細胞に物質を導入する場合を例に説明する。

即ち、図５に示すように、まず、装置本体３０の取付けサイドを選択して、コンデンサレンズ２６に顕微鏡アダプタ３２を介して装着する（ステップＳ１０）。

次に、装置本体３０から取り外されているアダプタ４０に、ニードル３８を差し込み装着する（ステップＳ１２）。そして、そのニードル３８が装着されたアダプタ４０を、倒立顕微鏡１２の前面側から、装置本体３０のアダプタ保持部４２に装着する（ステップＳ１４）。

その後、チップ位置決めを行う（ステップＳ１６）。即ち、接眼レンズ２２で観察しながら装置本体３０の針先ＸＹ調整ノブ４６と操作モジュール３４のＺ調整用ハンドル６４を操作して、目視により、ニードル３８の先端に形成されているチップ部３６の位置を、図示しない対物レンズの中央位置（視野中央位置）に設定する。これは、顕微鏡ＸＹステージ１８にディッシュ１４を載置せずに行う。なお、Ｚ方向に関しては、操作モジュール３４の速度設定ダイアル６６を大又は中にセットして、Ｚ調整用ハンドル６４の操作により、視野にカンチレバーチップ５４のレバー部６０が目視で確認できるところまで、チップ部３６の下降動作を行う。

こうしてチップ位置決めがなされたならば、次に、サンプルのセット、即ち、顕微鏡ＸＹステージ１８上へのディッシュ１４の載置を行う（ステップＳ１８）。これは、操作モジュール３４のＺ調整用ハンドル６４を操作してニードル３８先端のチップ部３６を安全な領域（Ｚ方向上側）に退避し、かつ、倒立顕微鏡１２の支柱９０を後ろ側に倒し（装置本体３０全体が移動）、サンプルセットのスペースを確保した上で、ディッシュ１４（サンプル）を顕微鏡ＸＹステージに載置し、その後に倒立顕微鏡１２の支柱９０を元に戻すというようにして実施する。なお、ディッシュ１４（サンプル）は、当該ディッシュ１４内の培養液中で培養される細胞に物質を導入するために、その導入しようとする物質を分散させた状態でセットされる。

そして、導入対象の細胞を選択する（ステップＳ２０）。これは、まず、接眼レンズ２２で観察しながら、顕微鏡ＸＹステージハンドル２０を操作することで、顕微鏡ＸＹステージ１８を作動させ、ディッシュ１４内の観察したい細胞を顕微鏡観察下に配置する。その後、Ｚ駆動部４４を作動させ、ニードル３８のチップ部３６を細胞の上方から細胞に近接させる。即ち、まず、接眼レンズ２２で観察しながら視野にカンチレバーチップ５４のレバー部６０が目視で確認できるところまで、チップ部３６のＺ方向への下降動作を行う。これは、操作モジュール３４の速度設定ダイアル６６を小にセットして、Ｚ調整用ハンドル６４の操作により行う。ディッシュ１４内の細胞とチップ部３６とが同じ高さではないので、チップ部３６には合焦しておらず、チップ部３６を観察することは困難であり、よって、チップ部３６よりも大きく合焦していなくても大まかに識別可能なレバー部６０を指標としてＺ方向への下降動作を行う。そして、視野にレバー部６０が目視で確認できるところまで下降させたならば、次に、接眼レンズ２２で観察しながら目視で、顕微鏡ＸＹステージのＸＹ方向への調整を行い、導入対象の細胞の真上にチップ部３６と思われる位置を設定する。以上のようにして、導入対象の細胞を選択する（決定する）。

その後の動作は、Ｚ値セットボタン７４がＯＮ状態か否かにより異なる。

Ｚ値セットボタン７４がＯＮ状態でない場合には（ステップＳ２２）、第１モード（Ｚ値なし）でのチップ導入を行う（ステップＳ２４）。即ち、操作モジュール３４のＺ調整用ハンドル６４又は微調整ボタン６８，７０を操作しながら、接眼レンズ２２で観察して、「細胞の歪み」または「レバー部６０の撓み」を確認しながら、Ｚ方向の最適位置を決める。

Ｚ調整用ハンドル６４の操作は、速度設定ダイアル６６の大・中・小でその感度を適宜切り替えながら行うことになる。このとき、制御部８６は、図６（Ａ）に示すように、Ｚ調整用ハンドル６４の回転操作に基づきその回転速度及び回転方向を検出し（ステップＳＨ１２）、速度設定ダイアル６６で設定された速度設定値に基づき速度を決定し（ステップＳＨ１４）、決定した速度でＺ駆動部４４を駆動させることになる。

また、微調整ボタン６８，７０の操作は、移動量設定ダイアル７２の大・中・小でその感度適宜切り替えながら行うことなる。このとき、制御部８６は、図７（Ａ）に示すように、微調整ボタン６６、６８の操作信号を検出し（ステップＳＢ１２）、移動量設定ダイアル７２で設定された移動量設定値に基づき移動量を決定し（ステップＳＢ１４）、決定した移動量でＺ駆動部４４を駆動させることになる。

このようにしてチップ部３６を下降させディッシュ１４の底面へ近づけていく。その際、位置検出部７６により現在位置（Ｚ）を検出する。そして、チップ部３６を下降させディッシュ１４の底面へ近づけていく途中において、ディッシュ１４内の細胞に接触する。ここで、更にチップ部３６を下降させていくと、チップ部３６の先端が細胞内、即ち、細胞膜及び核に孔または傷をつける。こうして形成された孔または傷に、ディッシュ１４内に分散された物質を流通することにより、物質が細胞内に流入する。導入しようとする粒子のサイズ等によっては、孔または傷をつけなくてもチップで細胞を変形させることによる物理的刺激でストレッチレセプター等に結合されたチャンネルが開くことによっても流入する。このようにして、物質の導入が行われる。

このように導入が行われたとき、操作者が操作モジュール３４のＺ値セットボタン７４を押すと、操作モジュール３４の制御部８６は、Ｚ値セットボタン７４が押下されたと判別する。この判別に応じて、制御部８６は、上記ステップＳ２６において位置検出部７６により検出したアダプタ保持部４２の現在位置（Ｚ）を、最適位置を示すＺ値と（Ｚ_０）として、記憶部８０に記憶させる（ステップＳ２５）。またこのとき、表示灯８４を点灯させる。

その後、操作者が操作モジュール３４のＺ調整用ハンドル６４を操作して、ニードル３８を上昇させることで、チップ部３６を退避させる（ステップＳ２６）。この際には、操作モジュール３４の速度設定ダイアル６６を中又は小にセットして、Ｚ調整用ハンドル６４の操作により、チップ部３６の上昇動作を行う。

なお、チップ部３６を上昇させてチップ部３６を細胞から引き抜いた後は、ある一定時間が経過すると、細胞膜は自己修復により回復し、細胞内に物質が取り込まれた状態となる。

そして、チップ部３６の退避が完了したならば（ステップＳ２６）、次のサンプル細胞への物質の導入を行う必要がなければ（ステップＳ２７）、操作者は装置本体３０の図示しない電源スイッチをＯＦＦ操作して、終了することとなる。

これに対して、別の細胞への物質導入を行う場合には（ステップＳ２７）、上記ステップＳ２０に戻って、任意のサンプル細胞個々に対して物質の導入を繰り返し行うことになる。即ち、操作者は、接眼レンズ２２で観察しながら、顕微鏡ＸＹステージハンドル２０を操作することで、顕微鏡ＸＹステージ１８を作動させ、導入対象の細胞の真上にチップ部３６を設定する。つまり、導入対象の細胞を選択する（ステップＳ２０）。

そして、２回目からのチップ駆動では、記憶部８０にＺ値（Ｚ_０）をセットしており、Ｚ値セットボタン７４がＯＮ状態にラッチされているので、Ｚ値セットボタン７４がＯＮ状態であると判定される（ステップＳ２２）。この場合には、第２モード（Ｚ値セットあり）でのチップ導入動作を実施することになる（ステップＳ２８）。

Ｚ調整用ハンドル６４の操作は、上記第１モードと同様に、速度設定ダイアル６６の大・中・小でその感度を適宜切り替えながら行うことになる。このとき、制御部８６は、図６（Ｂ）に示すように、Ｚ調整用ハンドル６４の回転操作に基づきその回転速度及び回転方向を検出し（ステップＳＨ２２）、速度設定ダイアル６６で設定された速度設定値に基づき速度を決定し（ステップＳＨ２４）、位置検出部７６によりアダプタ保持部４２の現在位置（Ｚ）を検出する（ステップＳＨ２６）。

そして、操作モジュール３４の判定部８２により、その位置検出部７６で検出した現在位置（Ｚ）と記憶部８０にセットされているＺ値（Ｚ_０）とを比較して、アダプタ保持部４２（チップ部３６）が上記Ｚ値（Ｚ_０）の位置を越えたか否かを判定する（ステップＳＨ２７）。まだ越えていない（Ｚ≧Ｚ_０）と判定した場合には、操作モジュール３４の制御部８６は、ステップＳＨ２４で決定した速度でのＺ駆動部４４の動作を上下方向ともに許可する（ステップＳＨ２９）。これにより、Ｚ≧Ｚ_０と判定されている間は、操作者はＺ駆動部４４によりチップ部３６を、ステップＳＨ２４で決定した速度にて、ディッシュ１４の底面に向けて近づけたり、一端戻したり（ディッシュ１４の底面から離したり）することができる。

そして、アダプタ保持部４２（チップ部３６）が上記Ｚ値（Ｚ_０）の位置を越えた（Ｚ＜Ｚ_０）と判定すると（ステップＳＨ２７）、操作モジュール３４の制御部８６は、Ｚ駆動部４４の下方向の動作を禁止し、Ｚ駆動部４４の上方向の動作のみ許可する（ステップＳＨ２８）。これにより、Ｚ調整用ハンドル６４が操作されても、チップ部３６が最適Ｚ位置よりも下降しないようにすることができる。

また、微調整ボタン６８，７０の操作についても、上記第１モードと同様に、移動量設定ダイアル７２の大・中・小でその感度適宜切り替えながら行うことなる。このとき、制御部８６は、図７（Ｂ）に示すように、微調整ボタン６６、６８の操作信号を検出し（ステップＳＢ２２）、移動量設定ダイアル７２で設定された移動量設定値に基づき移動量を決定し（ステップＳＢ２４）、位置検出部７６によりアダプタ保持部４２の現在位置（Ｚ）を検出する（ステップＳＢ２６）。

そして、操作モジュール３４の判定部８２により、その位置検出部７６で検出した現在位置（Ｚ）と記憶部８０にセットされているＺ値（Ｚ_０）とを比較して、アダプタ保持部４２（チップ部３６）が上記Ｚ値（Ｚ_０）の位置を越えたか否かを判定する（ステップＳＢ２７）。まだ越えていない（Ｚ≧Ｚ_０）と判定した場合には、操作モジュール３４の制御部８６は、ステップＳＢ２４で決定した移動量でのＺ駆動部４４の動作を上下方向ともに許可する（ステップＳＢ２９）。即ち、Ｚ≧Ｚ_０と判定されている間は、操作者はＺ駆動部４４によりチップ部３６を、ステップＳＢ２４で決定した速度にて、ディッシュ１４の底面に向けて近づけたり、一端戻したり（ディッシュ１４の底面から離したり）することができる。

そして、アダプタ保持部４２（チップ部３６）が上記Ｚ値（Ｚ_０）の位置を越えた（Ｚ＜Ｚ_０）と判定すると（ステップＳＢ２７）、操作モジュール３４の制御部８６は、Ｚ駆動部４４の下方向の動作を禁止し、Ｚ駆動部４４の上方向の動作のみ許可する（ステップＳＨ２８）。これにより、微調整ボタン６６、６８が操作されても、チップ部３６が最適Ｚ位置よりも下降しないようにすることができる。

第１モードでのチップ導入動作と同様に、任意のサンプル細胞への物質の導入がなされたならば、チップ部３６の退避を行い（ステップＳ２６）、次のサンプル細胞への物質の導入を行うのであれば（ステップＳ２７）、上記ステップＳ２０から繰り返し、その必要がなければ、操作者は装置本体３０の図示しない電源スイッチをＯＦＦ操作して、終了することとなる。

以上のように、Ｚ値（Ｚ_０）が記憶部８０にセットされていれば、上記ステップＳ２０で水平方向を位置決めした後は、Ｚ調整用ハンドル６４及び微調整ボタン６６、６８による行き過ぎた操作を気にせずに、チップ部３６を最適Ｚ位置まで下降させることができる。

なお、最適Ｚ位置が記憶部８０にセットされているので、その位置まで自動でアダプタ保持部４２（チップ部３６）が下降するようにしても良い。即ち、第２モードでのハンドル操作を自動化しても良い。

また、チップ部３６が退避されている状態で、Ｚ値セットボタン７４のラッチを解除すれば、上記ステップＳ３６乃至ステップＳ４４の動作は行われず、上記ステップＳ２４乃至ステップＳ３２のような動作を行うことができるのは、言うまでもない。

また、手動操作型の倒立顕微鏡１２ではなく、コンピュータにより顕微鏡ＸＹステージ１８を駆動制御すると共に、ＣＣＤカメラ等を備え、モニタに観察画像を表示するような電動型の倒立形顕微鏡においては、物質の導入が必要な細胞を予め画像上で選択しておき、自動でその位置まで移動するようにしても良い。即ち、顕微鏡ＸＹステージ１８のＸＹ方向への調整を自動化しても良い。

なお、細胞内に導入する物質としては、遺伝子、色素、量子ドットなどの蛍光試薬、イオン、ペプチド、タンパク質、多糖類、等、ディッシュ１４内に分散できるものであれば良い。

［実施例］
ＨｅｌａＳ３細胞を遺伝子溶液中に浸漬し、導入を試みた例を示す、導入した遺伝子は、ＧＦＰ蛍光タンパク質を発現する遺伝子であり、導入の正否は蛍光観察により確認することができる。

図８（Ａ）は、遺伝子導入直後の導入を試みた細胞の顕微鏡観察像を示す。観察画像中の複数の細胞を選定し導入を試みている。図８（Ｂ）及び（Ｃ）は、導入２４時間経過後に導入の成否を確認した顕微鏡観察像である。図８（Ｂ）は、位相差観察像であり、２４時間経過後の細胞の状態を示している。図８（Ｃ）は、この細胞を蛍光観察により観察したものであり、導入が成功した細胞では、遺伝子が発現し強い蛍光強度が得られている。この結果より、非常に効率良く、細胞に遺伝子が導入されていることが確認できる。

以上のように、本実施形態に係るチップ駆動装置１０では、操作モジュール３４に、チップ駆動時Ｚ方向位置を記憶するＺ値セットボタン７４を設け、最適なＺ方向位置を記憶させることができるので、チップ部３６を駆動する際にその下降を最適位置で制限し、サンプル細胞に対する過度なダメージや可撓性を有するレバー部６０の破損を防止できると共に、チップ駆動操作に要する時間を短縮することが可能となる。従って、従来と同様に低侵襲で生存率は高いまま、更に、導入物質を細胞内に確実且つ高い導入効率で導入することができる。

また、Ｚ値セットボタン７４のＯＮ状態がラッチされるようになっているので、第２モードでのハンドル操作によるチップ導入を行う際に、操作者が細胞を選択する毎に指示する必要はなく、また、現在、第１モードであるのか第２モードであるかを、そのＺ値セットボタン７４の状態により操作者が容易に判別できる。更に、表示灯８４も点灯されるので、誤操作の虞をより少なくすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るチップ駆動装置について説明する。

上記第１実施形態では、倒立顕微鏡１２にチップ駆動装置１０を一つだけ装着して使用する例を説明したが、チップ駆動装置１０は同時に複数用いても良く、例えば、装置本体３０をコンデンサレンズ２６の両側に装着して使用することができる。

このようにチップ駆動装置１０を複数使用することで、物質の導入の用途だけでなく、例えば、複数のチップ部３６の間に電位差を与えることで細胞に電気的な刺激を与える用途にも利用できる。なお、上記電気的な刺激は、複数のチップ部３６を用いることに限定されるものではなく、１つのチップ部３６と図示しない所定の電極（例えばＩＴＯ付きガラスボトム等）の間に電位差を与えることでも可能である。このような場合、チップ部３６は導電性を有していることが好ましい。

これにより本実施形態では、低侵襲で生存率を高く維持したまま、細胞に電気的な刺激を与え、生細胞を効率良く観察することができるようになる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 可撓性を有する支持部に対して所定の角度で対象物方向に形成されたチップ部を所定の角度に保持しつつ、チップ部を対象物の方向に移動可能なチップ駆動装置において、
上記チップ部の移動に係るパラメータを設定する入力部と、
上記入力部で設定されたパラメータに従って上記チップ部の移動を制御する制御部と、
上記チップ部の上記対象物の方向の移動位置の目標値Ｚ_０を記憶する記憶部と、
上記チップ部の位置を検出する検出部と、
上記検出部からの出力値Ｚと上記記憶部に記憶された上記目標値Ｚ_０とを比較する比較部と、
を具備し、
上記制御部は、上記比較部の出力に基づき、Ｚ＜Ｚ_０となる位置への上記チップ部の移動を制限することを特徴とするチップ駆動装置。

（対応する実施形態）
この（１）に記載のチップ駆動装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、レバー部６０が上記可撓性を有する支持部に、ディッシュ１４内の細胞が上記対象物に、チップ部３６が上記チップ部に、チップ駆動装置１０が上記チップ駆動装置に、入力部７８が上記入力部に、制御部８６が上記制御部に、記憶部８０が上記記憶部に、位置検出部７６が上記検出部に、判定部８２が上記比較部に、それぞれ対応する。

（作用効果）
この（１）に記載のチップ駆動装置によれば、チップ部を駆動する際にその下降を最適位置で制限し、対象物に対する過度なダメージや可撓性を有する支持部の破損を防止できると共に、チップ駆動操作に要する時間を短縮することが可能となる。従って、低侵襲で生存率を高く維持したまま、細胞に物質を高効率で導入し、又は、細胞に電気的な刺激を与え、生細胞を効率良く観察することができる。

（２） 上記入力部は、上記検出部からの出力値Ｚを上記目標値Ｚ_０として上記記憶部に記憶することを指示するボタンを備えることを特徴とする（１）に記載のチップ駆動装置。

（対応する実施形態）
この（２）に記載のチップ駆動装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、Ｚ値セットボタン７４が上記ボタンに対応する。

（作用効果）
この（２）に記載のチップ駆動装置によれば、簡単な操作で目標値を記憶させることができる。

（３） 上記ボタンは、ＯＮ状態を保持するラッチ機構を備えることを特徴とする（２）に記載のチップ駆動装置。

（対応する実施形態）
この（３）に記載のチップ駆動装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（３）に記載のチップ駆動装置によれば、チップ駆動を行う毎に操作する必要が無く、また、目標値を記憶させたか否かをボタンの状態により容易に判別できるようになる。

（４） 可撓性を有する支持部に対して所定の角度で対象物方向に形成されたチップ部を所定の角度に保持しつつ、チップ部を対象物の方向に移動するチップ駆動方法において、
上記チップ部の移動に係るパラメータを設定する工程と、
上記設定されたパラメータに従って上記チップ部の移動を制御する工程と、
上記チップ部の上記対象物の方向の移動位置の目標値Ｚ_０を記憶する工程と、
上記チップ部の位置を検出する工程と、
上記検出した位置Ｚと上記記憶された目標値Ｚ_０とを比較する工程と、
を具備し、
上記チップ部の移動を制御する工程は、上記比較結果に基づき、Ｚ＜Ｚ_０となる位置への上記チップ部の移動を制限することを特徴とするチップ駆動方法。

（対応する実施形態）
この（４）に記載のチップ駆動方法に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（４）に記載のチップ駆動方法によれば、チップ部を駆動する際にその下降を最適位置で制限し、対象物に対する過度なダメージや可撓性を有する支持部の破損を防止できると共に、チップ駆動操作に要する時間を短縮することが可能となる。従って、低侵襲で生存率を高く維持したまま、細胞に物質を高効率で導入し、又は、細胞に電気的な刺激を与え、生細胞を効率良く観察することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るチップ駆動装置を示す全体構成図である。 図２（Ａ）は、第１実施形態に係るチップ駆動装置の特徴部の構成を示す図であり、図２（Ｂ）は、ニードルの構成を示す図である。 図３（Ａ）は、ニードルの角度による干渉を説明するための図であり、図３（Ｂ）は、可動範囲を説明するための図である。 図４は、第１実施形態に係るチップ駆動装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図５は、本実施形態に係るチップ駆動装置を用いたチップ駆動方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 図６（Ａ）は、本実施形態に係るチップ駆動装置における、Ｚ値セットなしでのＺ調整用ハンドル操作に関するフローチャートを示す図であり、（Ｂ）は、Ｚ値セットありでの同フローチャートを示す図である。 図７（Ａ）は、本実施形態に係るチップ駆動装置を用いたチップ駆動方法における、Ｚ値セットなしでの微調整ボタン操作に関するフローチャートを示す図であり、（Ｂ）は、Ｚ値セットありでの同フローチャートを示す図である。 図８（Ａ）は、第１実施形態に係るチップ駆動装置によってＨｅｌａＳ３細胞にＧＦＰ蛍光タンパク質を発現する遺伝子を導入した直後の顕微鏡画像を示す図であり、図８（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ２４時間経過後の位相差観察顕微鏡画像及び蛍光観察による顕微鏡画像を示す図である。

符号の説明

１０…チップ駆動装置、 １２…倒立顕微鏡、 １４…ディッシュ、 １６…照明装置、 １８…顕微鏡ＸＹステージ、 ２０…顕微鏡ＸＹステージハンドル、 ２２…接眼レンズ、 ２４…透過照明光源、 ２６…コンデンサレンズ、 ２８…落射照明光源、 ３０…装置本体、 ３２…顕微鏡アダプタ、 ３４…操作モジュール、 ３６…チップ部、 ３８…ニードル、 ４０…アダプタ、 ４２…アダプタ保持部、 ４４…Ｚ駆動部、 ４６…針先ＸＹ調整ノブ、 ４８…Ｚ軸駆動部取付部、 ５０…マグネット、 ５２…嵌合部、 ５４…カンチレバーチップ、 ５６…シャフト、 ５８…シリコンベース部、 ６０…レバー部、 ６２…可動範囲、 ６４…Ｚ調整用ハンドル、 ６６…速度設定ダイアル、 ６８…微調整（上）ボタン、 ７０…微調整（下）ボタン、 ７２…移動量設定ダイアル、 ７４…Ｚ値セットボタン、 ７６…位置検出部、 ７８…入力部、 ７８Ａ…移動指示部、 ７８Ｂ…速度設定部、 ７８Ｃ…移動量設定部、 ７８Ｄ…Ｚ値セット部、 ８０…記憶部、 ８２…判定部、 ８４…表示灯、 ８６…制御部、 ８８…電源、 ９０…支柱。

Claims (4)

1. 可撓性を有する支持部に対して所定の角度で対象物方向に形成されたチップ部を所定の角度に保持しつつ、チップ部を対象物の方向に移動可能なチップ駆動装置において、
   上記チップ部の移動に係るパラメータを設定する入力部と、
   上記入力部で設定されたパラメータに従って上記チップ部の移動を制御する制御部と、
   上記チップ部の上記対象物の方向の移動位置の目標値Ｚ_０を記憶する記憶部と、
   上記チップ部の位置を検出する検出部と、
   上記検出部からの出力値Ｚと上記記憶部に記憶された上記目標値Ｚ_０とを比較する比較部と、
   を具備し、
   上記制御部は、上記比較部の出力に基づき、Ｚ＜Ｚ_０となる位置への上記チップ部の移動を制限することを特徴とするチップ駆動装置。
2. 上記入力部は、上記検出部からの出力値Ｚを上記目標値Ｚ_０として上記記憶部に記憶することを指示するボタンを備えることを特徴とする請求項１に記載のチップ駆動装置。
3. 上記ボタンは、ＯＮ状態を保持するラッチ機構を備えることを特徴とする請求項２に記載のチップ駆動装置。
4. 可撓性を有する支持部に対して所定の角度で対象物方向に形成されたチップ部を所定の角度に保持しつつ、チップ部を対象物の方向に移動するチップ駆動方法において、
   上記チップ部の移動に係るパラメータを設定する工程と、
   上記設定されたパラメータに従って上記チップ部の移動を制御する工程と、
   上記チップ部の上記対象物の方向の移動位置の目標値Ｚ_０を記憶する工程と、
   上記チップ部の位置を検出する工程と、
   上記検出した位置Ｚと上記記憶された目標値Ｚ_０とを比較する工程と、
   を具備し、
   上記チップ部の移動を制御する工程は、上記比較結果に基づき、Ｚ＜Ｚ_０となる位置への上記チップ部の移動を制限することを特徴とするチップ駆動方法。

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