JP2011013416A - マニピュレーションシステム及びマニピュレーションシステム駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一定の処理領域に載置された対象細胞を操作するマニピュレーションシステム駆動方法であって、培地を撮影し、培地全体の画像を取得する画像取得ステップと、細胞保持手段及び細胞操作手段と試料保持部材とを相対的に移動させ、複数の対象細胞を、順次前記所定領域に搬送されるように移動させる相対移動ステップと、相対移動ステップで所定領域に対象細胞が搬送されたら、細胞保持手段により所定領域内の対象細胞を保持し、細胞保持手段に保持された対象細胞を細胞操作手段により操作する細胞操作ステップと、を有することで上記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
以下に、本発明にかかるマニピュレーションシステムおよびマニピュレーションシステム駆動方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。例えば、以下の実施形態では、マニピュレーションシステムとして、対象細胞(本実施例では卵細胞)にインジェクション操作を行うインジェクション手段(マニピュレータの一態様)を有する場合について説明するが、インジェクション手段で卵細胞にインジェクション操作を行うこと(例えば、卵細胞に穿孔を形成しDNAを注入すること)に限定されない。一例としては細胞に単に穿孔する装置や、卵細胞の透明帯を削る装置、卵細胞の透明帯に選考を形成しES細胞を注入する装置、細胞に穿孔を形成し、さらに、精子を注入する装置や、細胞から所定の物質を抽出する装置等としても用いることができる。また、以下の実施形態では、インジェクション装置が単独の装置として構成された例としているが、複数の機能の中の1つの機能として、インジェクション装置の各構成を有するマニピュレーションシステムとしても用いることができる。つまり、インジェクション装置としての機能に加え、他の機能も有するマニピュレーションシステムとしても用いることができる。また、マニピュレーションシステムとして用いる場合はインジェクション装置を構成する各部が着脱可能な状態となっていてもよい。
具体的には、1軸アクチュエータ161は、支持体30に固定され、かつ1軸アクチュエータ162を支持体30に対して移動可能な状態で支持しており、1軸アクチュエータ162をX軸方向に移動させる。また、1軸アクチュエータ162は、1軸アクチュエータ163を1軸アクチュエータ161に対して移動可能な状態で支持しており、1軸アクチュエータ163をY軸方向に移動させる。さらに、1軸アクチュエータ163は、θステージ164を1軸アクチュエータ162に対して移動可能に支持しており、θステージ164をZ軸方向に移動させる。以上より、1軸アクチュエータ161、162、163を駆動することで、θステージ164を互いに直交する3つの軸方向に移動され、3次元で移動させることができる。
(マニピュレータシステムの動作に関する説明)
次に、図8−1から図14−8を用いて、インジェクション装置10により卵細胞にDNAを注入する操作について説明する。ここで、図8−1は、インジェクション手段と試料台との関係を説明するための説明図であり、図8−2は、図8−1に示すインジェクション手段と試料台とをX−Z平面で切断した断面図である。また、図8−3は、インジェクション手段と試料台との関係を説明するための説明図であり、図8−4は、図8−3に示すインジェクション手段と試料台とをX−Z平面で切断した断面図である。また、図9−1は、インジェクション手段と試料台との関係を説明するための説明図であり、図9−2は、図9−1に示すインジェクション手段と試料台とをX−Z平面で切断した断面図である。また、図10−1から図10−4は、それぞれインジェクション手段の動作を説明するための説明図である。
このように、処理領域に対象細胞Cがある状態で、ホールディング用の電動4軸マニピュレータ140のホールディングピペット151を駆動し、ホールディングキャピラリ152を陰圧にすると、処理領域の対象細胞Cは、ホールディングキャピラリ152に吸引され、図10−1に示すように、対象細胞Cがホールディングキャピラリ152の先端に保持された状態となる。
次に、図11、図12−1及び図12−2を用いて、培地の画像を取得し、培地中に含まれる複数の対象細胞を検出し、対象細胞を順次処理領域に移動させる経路設定方法について説明する。ここで、図11は、培地全体の画像の取得方法及び移動経路設定方法の一例を示すフロー図である。また、図12−1は、インジェクション装置の動作を説明するための説明図であり、図12−2は、インジェクション装置の動作を説明するための説明図である。
次に、図13、図14−1から図14−8を用いて、インジェクション装置のインジェクション動作について説明する。ここで、図13は、インジェクション装置の動作を説明するフロー図であり、図14−1から図14−8は、それぞれインジェクション装置の他の動作を説明するための説明図である。
次に、本発明のインジェクション装置及びインジェクション装置駆動方法の他の実施例について説明する。具体的には、図15、図16−1から図16−9及び図17−1から図17−7を用いて、インジェクション装置10により卵細胞に精子を注入する操作について説明する。ここで、図15は、試料保持部材の他の一例の概略構成を示す上面図である。また、図16−1から図16−9は、それぞれ、インジェクション装置の他の動作を説明するための説明図である。また、図17−1は、図16−1から図16−3に示すインジェクション装置の断面図である。なお、図16−1から図16−3に示すインジェクション装置は、試料保持部材11が図17−1の断面に直交する方向に移動されるため、試料保持部材11を断面として切断する位置変化するが、断面図の状態が実質的に変化しないので、図17−1で代表して示す。また、図17−2から図17−7は、それぞれ、図16−4から図16−9に示すインジェクション装置の断面図である。
11 試料保持部材
12 画像取得手段
13 顕微鏡
14 インジェクション手段
16 移動手段
18 制御ユニット
22 操作手段
24 ジョイスティック
26 キーボード
28 マウス
30 支持体
32 対物レンズ
34 撮影手段
38 モニタ
40 試料ステージ
42 ステージ移動機構
44 画像処理手段
46 移動経路設定手段
48 動作制御手段
50 画像合成部
52 培地
54 パラフィンオイル
56 視野
58 処理領域
C 対象細胞
140 ホールディング用の電動4軸マニュピレータ
141、142、143、161、162、163 1軸アクチュエータ
149、169 脚
150、170 ナット回転型アクチュエータ
151 ホールディングピペット
152 ホールディングキャピラリ
160 インジェクション用の電動4軸マニュピレータ
164 ステージ
340 インジェクションピペット
341 インジェクションキャピラリ
Claims (11)
- 微小な対象物を保持する試料保持部材が載置された試料ステージと、
前記試料ステージを駆動する駆動部と、
前記微小な対象物を操作するマニピュレータと、
前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、
前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像した画像を表示する表示部と、
前記撮像部を用いて、前記試料保持部材の撮影対象領域を分割して撮影した複数の画像を取得し、取得した複数の画像を合成して撮影対象領域全体の画像を取得する画像合成手段を有する制御部と、を備えることを特徴とするマニピュレーションシステム。 - 前記制御部は、
取得した画像に撮影された対象細胞の位置を検出する位置検出手段と、
検出された前記対象細胞の位置に基づいて、前記マニピュレータと前記対象細胞とを相対的に移動させる経路を設定する移動経路設定手段と、
前記移動経路設定手段の設定に基づいて前記移動手段を操作し、前記対象細胞を前記マニピュレータにより操作する位置に移動させる動作制御手段と、を有することを特徴とする請求項1に記載のマニピュレーションシステム。 - 前記制御部は、前記試料ステージと前記顕微鏡との相対位置の基準位置を記憶することを特徴とする請求項1または2に記載のマニピュレーションシステム。
- 前記制御部は、前記試料ステージと前記顕微鏡との相対位置が、前記基準位置となるように、前記駆動部により前記試料ステージを移動させることを特徴とする請求項3に記載のマニピュレーションシステム。
- 前記表示部は、前記画像合成部で取得した撮影対象領域全体の画像と、前記撮像部で取得した画像とを同時に表示させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマニピュレーションシステム。
- 前記マニピュレータは、前記試料保持部材に保持された前記試料の前記対象細胞を保持する細胞保持手段と、前記細胞保持手段に保持された前記対象細胞を加工する細胞加工手段と、を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のマニピュレーションシステム。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のマニピュレーションシステムにより、一定の処理領域に載置された前記対象細胞を操作するマニピュレーションシステム駆動方法であって、
前記撮像部を用いて、前記試料保持部材の撮影対象領域を分割して撮影した複数の画像を取得し、取得した複数の画像を合成して撮影対象領域全体の画像を取得する画像取得ステップと、
前記細胞保持手段及び前記細胞操作手段と前記試料保持部材とを相対的に移動させ、複数の前記対象細胞を、順次前記所定領域に搬送されるように移動させる相対移動ステップと、
前記相対移動ステップで前記所定領域に前記対象細胞が搬送されたら、前記細胞保持手段により前記所定領域内の前記対象細胞を保持し、前記細胞保持手段に保持された対象細胞を前記細胞操作手段により操作する細胞操作ステップと、を有することを特徴とするマニピュレーションシステム駆動方法。 - さらに、取得した画像から前記培地に含有される対象細胞の位置及び大きさを検出する対象細胞検出ステップと、
前記検出した対象細胞の位置及び大きさから、前記細胞保持手段及び前記細胞操作手段と前記試料保持部材とを相対的に移動させて、複数の前記対象細胞を順次、前記処理領域に搬送する経路を算出し、設定する経路設定ステップを有し、
前記相対移動ステップは、前記経路設定ステップで設定した経路で、前記細胞保持手段及び前記細胞操作手段と前記試料保持部材とを相対的に移動させることを特徴とする請求項7に記載のマニピュレーションシステム駆動方法。 - 前記試料保持部材は、複数の前記対象細胞を単列上に配置した状態で保持していることを特徴とする請求項7または8項に記載のマニピュレーションシステム駆動方法。
- 前記細胞保持手段及び前記細胞操作手段は、それぞれ、3軸方向に移動する3軸移動機構と、前記3軸移動機構に連結され、前記細胞に対して直動する直動移動機構と、前記直動移動機構により移動され、細胞を処置する処置部とで構成され、
前記細胞保持手段及び前記細胞操作手段は、前記移動手段に対する原点を設定する原点設定ステップを有し、
前記細胞操作ステップは、前記原点設定ステップにより設定された原点に基づいて、前記細胞保持手段及び前記細胞操作手段のそれぞれの前記処置部を前記3軸移動機構により移動させた後、前記直動移動機構により前記処置部を直動方向に往復移動させて、前記対照細胞に処置を施すこと、順次複数の前記対象細胞に繰り返すことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載のマニピュレーションシステム駆動方法。 - 前記試料保持部材と前記細胞保持手段との相対位置の基準位置を記憶する記憶ステップと、
前記基準位置に移動させる指示が入力されたことを検出したら、前記記憶ステップで記憶した前記基準位置に前記試料ステージを移動させる移動ステップと、を有することを特徴とする請求項7から10のいずれか1項に記載のマニピュレーションシステム駆動方法。
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