JP2009153499A - チップ駆動装置及びカンチレバーチップ - 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できるチップ駆動装置及びカンチレバーチップを提供すること。
【解決手段】可撓性を有するレバー部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における上記チップ部３６に、上記レバー部先端を含みその延出方向に沿った断面において、細胞に所定の圧力をもって少なくとも一部が接触する第１の領域を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チップ駆動装置及びカンチレバーチップに関する。

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、
上記チップ部は、上記支持部先端を含みその延出方向に沿った断面において、対象物に所定の圧力をもって接触する接触辺を有することを特徴とする。
また、本発明のカンチレバーチップの一態様は、可撓性を有する支持部と、上記支持部に対して所定の角度に形成されたチップ部とを備え、上記チップ部を所定の方向に移動可能なチップ駆動装置に所定の部材を介して装着可能なカンチレバーチップであって、
上記チップ部は、上記支持部先端を含みその延出方向に沿った断面において、対象物に所定の圧力をもって少なくとも一部が接触する接触辺を有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９（Ｂ）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。

なお、一般的なチップ駆動装置では、図３に示すように先端が先鋭化されたチップ部１００を使用している。これに対して、本実施形態に係るチップ駆動装置１０では、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、その先端がレバー部６０と略平行に平坦化されたチップ部３６としている。即ち、図５に示すように、チップ部３６は、レバー部６０先端を含みその延出方向に沿った断面において、細胞に所定の圧力を持って接触する接触辺を含む第１の領域（先端面）３６１と、レバー部６０につながる第２の領域（側面）３６２と、を備える。

本実施形態に係るチップ駆動装置１０では、上記のようなチップ部３６を組み込んだニードル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６（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６（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７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ＯＮ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値セット信号に応じて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８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、操作モジュール３４の記憶部８０にＺ値をセットしているか否かにより異なる。

１回目のチップ駆動では、まだ記憶部８０にＺ値をセットしていないので（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。このとき、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。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き、チップ部３６の先端が下降し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が流通されることにより、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部３６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。このとき、操作モジュール３４のＺ値セットボタン７４を押すことで、位置検出部７６で検出されるそのときのアダプタ保持部４２の位置を最適位置を示すＺ値として、記憶部８０に記憶させる（ステップＳ２５）。

上記のようにチップ部３６の先端を摺動させることで細胞に傷をつけ、物質を導入するようにしている。

図９（Ａ）及び（Ｂ）はこの様子を示す図であり、（Ａ）は従来の先端が鋭利なチップ部１００を使用した場合を、（Ｂ）は本実施形態における先端が平坦化されたチップ部３６を使用した場合を、それぞれ示している。

図９（Ａ）に示すように従来のチップ部１００を用いると、点接触＋摺動により細胞９２に傷９４をつけることとなるが、このようにチップ部１００の先端が先鋭であると、摺動時に破損する可能性が高い。

これに対して、本実施形態では、チップ部３６の先端が先鋭でないため、摺動時に破損する可能性は低い。チップ部３６が面として細胞９２に接触する場合、接触面積が増大するので、細胞９２にある程度大きな傷９４をつけることができ、物質導入の効率を高めることができる。また、チップ部３６の角部のみで接触する場合、細胞９２へのダメージを小さくすることができる。さらに、従来のチップ部１００は、第１の領域３６１に対応するものが無く、第２の領域３６２のみで導入量をコントロールするしかないが、本実施形態では、２つの領域で導入量をコントロールできるため、チップ導入量の最適化がし易く、導入量の安定化に寄与する。

なお、チップ部３６の第１の領域３６１と第２の領域３６２の面積比率は、チップ導入量が最適になるように決めれば良い。

その後、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、第１モード（Ｚ値セットなし）での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９２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、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９２を選択する（ステップＳ２０）。

２回目からのチップ駆動では、記憶部８０にＺ値をセットしているので（ステップＳ２２）、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）。この場合には、Ｚ値が記憶部８０にセットされているので、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を十分下降させる操作をするだけで、最適位置まで下降させることができる。即ち、操作モジュール３４の判定部８２が位置検出部７６で検出したアダプタ保持部４２の位置と記憶部８０にセットされているＺ値とを比較して、アダプタ保持部４２（チップ部３６）が上記Ｚ値の位置に到達したと判定したならば、操作モジュール３４の制御部８６は、Ｚ調整用ハンドル６４及び微調整ボタン６６、６８が操作されても、それ以上Ｚ駆動部４４が下降しないように制御することができる。

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、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９２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９２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。

また、細胞９２に接触する平坦面（第１の領域３６１）の断面形状は、図４（Ａ）及び図５に示すような三角形に限定されるものではなく、四角形やそれ以上のｎ角形（多角形）であっても良い。即ち、第１の領域３６１は、点や管ではない面であれば良い。

［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６（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６（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６（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６（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。

以上のようにして、本実施形態に係るチップ駆動装置１０では、レバー部６０先端を含みその延出方向に沿った断面において、細胞９２に所定の圧力をもって接触する接触辺を含む第１の領域３６１を有するチップ部３６を使用することで、チップ導入量が安定するので、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。

［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。
図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施形態に係るチップ駆動装置におけるチップ部３６の形状を示す斜視図及び側面図である。

本実施形態におけるチップ部３６は、上記第１実施形態におけるよりも第２の領域３６２の面積を小さくしたものである。なお、図では、第１の領域３６１は四角形としているが、上記第１実施形態と同様、三角形以上のｎ角形（多角形）の面であれば良い。

このような本実施形態におけるチップ部３６は、例えば、図１２に示すように、先鋭なチップ部１００が形成された市販のカンチレバーチップを切削加工することで製造することができる。即ち、先鋭なチップ部１００が形成された市販のカンチレバーチップにおいて、図１２に一点鎖線及び破線で示すように、２方向からカットを行うことで、製造することができる。

あるいは、シリコンプロセスで製造した上記第１実施形態におけるチップ部３６に対し、図１２に一点鎖線で示すように、１方向からのカットを行うことで製造することも可能である。

上記第１実施形態で説明したように、チップ部３６の第１の領域３６１と第２の領域３６２の面積比率は、チップ導入量が最適になるように決めれば良い。従って、そのような比率となるように、先鋭なチップ部１００が形成された市販のカンチレバーチップに対して２方向から、又は、第１実施形態のような第１及び第２の領域３６１，３６２を持つチップ部３６が形成されたカンチレバーチップ５４に対して１方向からのカットを行う。

図１３（Ａ）は第１実施形態におけるチップ部３６、図１３（Ｂ）は本第２実施形態におけるチップ部３６によるチップ導入の様子を示す図である。

本実施形態におけるチップ部３６も、上記第１実施形態におけるチップ部３６と同様、チップ部３６の先端を摺動させることで細胞に傷をつけ、物質を導入することができる。なお、本実施形態におけるチップ部３６は、第２の領域３６２の面積が第１実施形態よりも小さいので、チップ部３６の体積に比例する導入量は少なくなるが、細胞９２に与える負荷は上記第１実施形態よりも小さい。

以上のように、本第２実施形態に係るチップ駆動装置１０においても、上記第１実施形態と同様に、チップ導入量が安定するので、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。

そして更に、細胞９２に与える負荷が小さいので、上記第１実施形態におけるチップ部３６が対象とする細胞よりも弱い細胞（小さい細胞又は細い細胞）に対するチップ導入に好適である。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３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及び第２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。

例えば、上記実施形態では、チップ駆動装置１０の装置本体３０から延伸された顕微鏡アダプタ３２を、コンデンサレンズ２６に装着するようにしているが、これに限らず、コンデンサレンズ２６を支持する支持部等に装着するようにしても良い。

（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、
上記チップ部は、上記支持部先端を含みその延出方向に沿った断面において、対象物に所定の圧力をもって少なくとも一部が接触する接触辺を有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乃至第３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、第１の領域３６１が上記接触辺に、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、チップ導入量が安定するので、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。

（２） 上記チップ部は、上記接触辺を含む第１の領域と、上記支持部につながる第２の領域と、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乃至第３実施形態が対応する。それらの実施形態において、第１の領域３６１が上記第１の領域に、第２の領域３６２が上記第２の領域に、それぞれ対応する。

（作用効果）
従来のチップ駆動装置では、上記第１の領域に対応するものが無く、上記第２の領域のみで導入量をコントロールするしかなかったが、この（２）に記載のチップ駆動装置によれば、２つの領域で導入量をコントロールできるため、チップ導入量の最適化がし易く、導入量の安定化に寄与する。

（３） 上記接触辺は、上記支持部と略平行であ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（３）に記載のチップ駆動装置に関する実施形態は、第１乃至第３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、製造が容易である。

（４） 上記チップ部の導入量が最適になるように、上記チップ部の上記第１領域と上記第２領域との面積比率が決められてい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（４）に記載のチップ駆動装置に関する実施形態は、第１乃至第３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装置によれば、対象物に応じた導入が可能となる。

（５） 可撓性を有する支持部と、上記支持部に対して所定の角度に形成されたチップ部とを備え、上記チップ部を所定の方向に移動可能なチップ駆動装置に所定の部材を介して装着可能なカンチレバーチップであって、
上記チップ部は、上記支持部先端を含みその延出方向に沿った断面において、対象物に所定の圧力をもって少なくとも一部が接触する接触辺を有することを特徴とするカンチレバーチップ。

（対応する実施形態）
この（５）に記載のカンチレバーチップに関する実施形態は、第１乃至第３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、第１の領域３６１が上記接触辺に、それぞれ対応する。

（作用効果）
この（５）に記載のカンチレバーチップによれば、チップ導入量が安定するので、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。

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は、一般的なチップ駆動装置で使用される先鋭化されたチップ部を持つカンチレバーチップの側面図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、第１実施形態に係るチップ駆動装置で使用するチップ部の構成を示す斜視図及び側面図である。 図５は、第１実施形態におけるチップ部の拡大斜視図である。 図６（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６（Ｂ）は、可動範囲を説明するための図である。 図７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８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９（Ａ）は、従来の先鋭なチップ部によるチップ導入の様子を示す図であり、図９（Ｂ）は、第１実施形態におけるチップ部によるチップ導入の様子を示す図である。 図１０（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１０（Ｂ）及び図１０（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。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るチップ駆動装置におけるチップ部の形状を示す斜視図及び側面図である。 図１２は、第２実施形態におけるチップ部の製造方法を説明するための図である。 図１３（Ａ）は、第１実施形態におけるチップ部によるチップ導入の様子を示す図であり、図１３（Ｂ）は、第２実施形態におけるチップ部によるチップ導入の様子を示す図である。

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、 ９２…細胞、 ９４…傷、 ３６１…第１の領域、 ３６２…第２の領域。

Claims (5)

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、
   上記チップ部は、上記支持部先端を含みその延出方向に沿った断面において、対象物に所定の圧力をもって少なくとも一部が接触する接触辺を有することを特徴とするチップ駆動装置。
2. 上記チップ部は、上記接触辺を含む第１の領域と、上記支持部につながる第２の領域と、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. 上記接触辺は、上記支持部と略平行であることを特徴とする請求項１に記載のチップ駆動装置。
4. 上記チップ部の導入量が最適になるように、上記チップ部の上記第１領域と上記第２領域との面積比率が決められていることを特徴とする請求項１に記載のチップ駆動装置。
5. 可撓性を有する支持部と、上記支持部に対して所定の角度に形成されたチップ部とを備え、上記チップ部を所定の方向に移動可能なチップ駆動装置に所定の部材を介して装着可能なカンチレバーチップであって、
   上記チップ部は、上記支持部先端を含みその延出方向に沿った断面において、対象物に所定の圧力をもって少なくとも一部が接触する接触辺を有することを特徴とするカンチレバーチップ。

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