JP2011120582A - Automated apparatus for component capture, injection, and molecular analysis accompanied by observation of microregion such as cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞観察などの微小域空間体の観察をともなった細胞内など微小域空間内溶液捕獲と成分分析法および細胞液など微小域空間液の捕獲・分析装置に関するものである。 The present invention relates to a solution capturing method and a component analysis method in a micro space such as a cell accompanied by observation of a micro space body such as cell observation, and a micro space liquid capturing and analyzing apparatus such as a cell fluid.
細胞内での分子メカニズムは生命現象を引き起こす本質的なものであり、生命科学が解明すべき永遠の課題である。しかし、現在までに、リアルタイムで生きた細胞における分子探索をし、そのメカニズムを解明する為の分析手法はなかった。もしそのような手法や装置が開発されれば、生命現象のみならず病態や病態を検知するマーカー分子あるいは医薬品となりうる候補分子の発見は迅速に行えることになり、人類の恩恵は計り知れない。
一般にこの様な分析では、従来は、ある設定された状態に細胞を置き、刺激などの外部因子などの条件設定の前後の多数の細胞を集めてすり潰し、その後感度も不十分なため手間と時間のかかる様々な分子解析を別に行い、その多くの細胞の平均値とも言える分子探索の結果により、生命体の分子メカニズムを推測している。しかし細胞の応答は同じでないことをわれわれは長年の細胞のビデオ顕微鏡観察で認識している。
また、近年ナノテクノロジーの進展とともに、200μm以下の微小域の物質の変化を観察しながら、その分子変化を例えば最終的に質量分析で検出する場合においてもその他の微量分析法であっても、その観察実態とともに捉えることも必要になってきている。更に病気の診断や病変組織などからの病態メカニズムの研究などにも今後質量分析が分子検出や同定の中心となって来る場合においても、超微量の生体試料の採取でこれらの分析が可能になれば、患者への痛みや負担は緩和され、使用される溶媒なども微量ですむなど、様々なメリットが生まれる。本説明では、微小域空間体として、もっとも複雑で、生命体という有機体であり、まだ不明なことの多い細胞を、そのもっとも適用の難しい微小試料の例として取り上げているが、その対象は液体状であればほぼすべてを対象とでき、あるいは固体でもその成分を溶解した液体が僅かに共存すれば、その僅かな量の試料を直接捕捉し、分離法などを付加しないで、そのまま分子検出でき、さらに、その微小域を観察や位置情報で特定しつつ行える特徴を持つ、本発明を説明する。The molecular mechanism in a cell is an essential one that causes a life phenomenon, and is an eternal issue that should be elucidated by life science. However, until now, there has been no analysis method for searching for molecules in living cells in real time and elucidating the mechanism. If such a method or device is developed, it will be possible to quickly find a candidate molecule that can be a marker molecule or a drug for detecting not only a life phenomenon but also a disease state or a disease state, and the benefits of mankind are immeasurable.
In general, in such an analysis, conventionally, a cell is placed in a set state, and a large number of cells before and after setting conditions such as external factors such as stimuli are collected and ground. Such molecular analysis is performed separately, and the molecular mechanism of living organisms is estimated from the results of molecular search that can be said to be the average value of many cells. However, we recognize from years of video microscopy of cells that cell responses are not the same.
In recent years, with the advancement of nanotechnology, while observing changes in substances in the submicrometer range of 200 μm or less, the molecular change is finally detected by, for example, mass spectrometry or other microanalysis methods. It is also necessary to grasp it together with the actual state of observation. Furthermore, even in the future when mass spectrometry will become the center of molecular detection and identification in the diagnosis of diseases and the study of pathological mechanisms from diseased tissues, etc., these analyzes can be performed by collecting very small amounts of biological samples. Thus, pain and burden on the patient are alleviated, and various merits are born, such as a small amount of solvent used. In this description, the most complex and organism of living organisms as a microscopic space body, and cells that are still unclear are taken up as examples of the most difficult to apply microsamples. As long as it is in a solid state, it is possible to detect almost all of the sample without any additional separation method. Further, the present invention will be described, which has a feature that can be performed while observing the minute area by observation or position information.
細胞の分子解析には、従来、多数の細胞を、一定時間、一定処理、あるいは一定の刺激をした前後で比較するのが通常である。それを、細胞をリアルタイムに観察し、1細胞の挙動を観察しながら、分子動態を迅速に解析する方法が開発できれば、世界の生命科学を一気に加速させる。いわばこれは生命科学の夢である。またこれはナノテクノロジーや化学、材料化学などあらゆる微小域での分子変化を追跡する有益な手法としても有用で、その手法の実現が望まれている。また、1細胞の体積である1ピコリッター以下の量で分子解析が可能であれば、血液や汗、唾液などを極微量採取するのみで、ほとんど無痛で分子分析し診断なども可能であり、他にも、小動物や昆虫などのごく微量な尿などの体液でも1ピコリッターあれば分析でき、致命的な量で行わずに分析可能で、その用途は無限に広い。 In molecular analysis of cells, conventionally, a large number of cells are usually compared before and after being subjected to constant treatment, constant treatment, or constant stimulation. If we can develop a method to quickly analyze molecular dynamics while observing cells in real time and observing the behavior of one cell, we will accelerate the life sciences of the world at once. In other words, this is a dream of life science. It is also useful as a useful method for tracking molecular changes in all microscopic areas such as nanotechnology, chemistry, and material chemistry, and the realization of such a method is desired. In addition, if molecular analysis is possible with an amount of 1 picoliter or less, which is the volume of one cell, it is possible to perform molecular analysis and diagnosis with almost no pain by collecting a very small amount of blood, sweat, saliva, etc. In addition, even a very small amount of body fluid such as urine such as small animals and insects can be analyzed with 1 picoliter and can be analyzed without using a fatal amount, and its uses are infinitely wide.
我々は、上記の問題を解決する新しい手法をすでに特許申請した。
本発明は、以下に記載する課題をロボットなどの限定空間位置自動移送システムを用いて、微小な試料を採取する際、先端の壊れやすい針などの採取器具を、所定の空間内の位置と向きを連続的に移動させ、高効率に作業を可能とするものである。
今まで殆ど集合体でしか解析されていなかった細胞分子機構の解析手段を1細胞で細胞の個性も含めその挙動を見ながら、細胞1つ、あるいはその細胞内小器官までも成分を捕捉し、その分子解析と定量を可能とする高感度で高速かつ直接的で高い信頼性のある手法を実現したり、あるいは、癌組織の様に細胞集合体の1つである生体組織の中の細胞あるいは細胞間隙のうち、その少なくとも1つの形成空間内成分を直接的に取り出すことを可能とし、可能な限り迅速かつ直接的にその成分を分析する手段を実現することにおける微小域への操作性改善の解決法を提供する。
しかも、細胞は生き物であり、その挙動と細胞内分子動態は連動することが多い。従って、生命現象の分子メカニズムを解明するには、上記の分析手段が、細胞の形態観察と同時に迅速に行われることが望ましい。また、細胞や生体組織中の細胞は、外界からの様々な因子に応答しており、その機能発現のメカニズム解明には、外界から与えられた因子と細胞内分子変動の関連を迅速に調べる方法を提供する事も必要な事である。上記手法の発見の結果、個性のある細胞少なくとも1つ1つについて、その挙動分析と分子動態分析および分子探索分析を同時に可能とし、生命現象の分子メカニズムを迅速かつ直接的に解明する手段を与えることができたが、その操作は煩雑で、微小空間内へ迅速に再現性よく成分捕捉デバイスの先端を持っていくことは手動では簡単ではないことを認識した。また浮遊細胞や卵などは、もう一つのマニュピレーターで軽く吸引捕捉し、それに、ナノスプレーチップなどの細管捕捉器具をつけた本来のマニュピレーターで顕微鏡下、手さぐりで、細管を挿入し、所定の成分を吸引捕捉したり、所定の成分を注入したりして来た。これは2重に困難な作業であった。また、観察する細胞の場と位置を確認しながら、その細胞に一本の光ファイバーでミクロの光照射をしたり、近接場光を先端に出す探査子を細胞に接触させたり、微細な磁石で、磁気ビーズ上に捕捉した細胞内成分を集めることをミクロ域で可能としたり、電極を細胞などにミクロに挿入したり、親和性のある分子を表面に結合した分子捕捉針の様なものを細胞壁から細胞内に挿入したりと、今後は様々なミクロ域の操作が必要とされる時代になってくる。これらを高効率に可能とする必要がある。また、近年ナノテクノロジーの進展とともに、200μm以下の微小域の物質の変化を観察しながら、その分子変化をその観察実態とともに捉えることも必要になってきており、その微小域の変化の可視化と分子機構などの解明をもたらす手段を与えるにも、試料補足および成分液注入におけるミクロ域への成分捕捉・注入デバイスの迅速で正確な移動が不可欠であった。The present invention addresses the following problems by using a limited space position automatic transfer system such as a robot to collect a sample such as a fragile needle at the tip when a minute sample is collected. Is continuously moved, enabling work to be performed with high efficiency.
While analyzing the cellular molecular mechanism, which has been analyzed only in aggregate until now, with one cell, including the individuality of the cell, the component is captured even to one cell or its organelle, Realize a highly sensitive, high-speed, direct, and highly reliable method that enables molecular analysis and quantification, or cells in a living tissue that is one of the cell aggregates like cancer tissue It is possible to directly extract at least one component in the formation space of the cell space, and to improve the operability to the microscopic area by realizing a means for analyzing the component as quickly and directly as possible. Provide a solution.
Moreover, cells are living creatures, and their behavior and intracellular molecular dynamics are often linked. Therefore, in order to elucidate the molecular mechanism of the life phenomenon, it is desirable that the above analysis means be performed quickly simultaneously with the observation of cell morphology. In addition, cells and cells in living tissues respond to various factors from the outside world, and in order to elucidate the mechanism of their functional expression, a method of quickly examining the relationship between factors given from the outside world and intracellular molecular fluctuations It is also necessary to provide. As a result of the discovery of the above method, behavioral analysis, molecular dynamics analysis and molecular search analysis can be performed simultaneously on at least one individual cell, providing a means to quickly and directly elucidate the molecular mechanism of life phenomena. However, the operation was cumbersome, and it was recognized that it was not easy to manually bring the tip of the component capturing device into a minute space with high reproducibility. Floating cells and eggs are gently aspirated and captured with another manipulator, and then the original manipulator equipped with a capillary capture device such as a nanospray tip is inserted under the microscope with a handcuff to insert the prescribed components. They have been picked up and injected with certain components. This was a double difficult task. In addition, while confirming the field and position of the cell to be observed, the cell is irradiated with micro light using a single optical fiber, a probe that emits near-field light at the tip is brought into contact with the cell, or a fine magnet is used. It is possible to collect intracellular components captured on magnetic beads in the micro range, insert electrodes into cells, etc., or something like a molecular capture needle that binds affinity molecules to the surface. From now on, it will be an era when various microscopic operations are required, such as insertion from the cell wall into the cell. These must be made highly efficient. In recent years, with the advancement of nanotechnology, it has become necessary to observe changes in substances in the microscopic range of 200 μm or less, and to grasp the molecular changes along with the actual state of observation. In order to provide a means for elucidating the mechanism and the like, it was indispensable to quickly and accurately move the component capture / injection device to the microscopic area in sample supplementation and component liquid injection.
さらに現在、各種疾患や診断に対し、できれば無痛に近い成分捕捉が望ましい。その一つの手段として、採取量が極微量ですめば、血液も耳たぶに痛くない小径の針で刺入するのみで、噴出したわずかな試料や、細針への流入で得た試料で分析でき、他にもまったく痛くない唾液や汗(1汗腺から噴出す量はナノリッター程度)や涙でも診断ができるようになる。その時に、狙った所に採取針を刺入あるいは先端を持っていったりすることを、熟練や手間を要しないで、かつ自動化できれば、その恩恵は計り知れない。更にこの技術によれば、たとえば、皮膚の下の血管の位置を、血液からでる近赤外線や赤外線のイメージと、対物レンズの皮膚表面と当該赤外線の最強深度から、特に女性にわかりにくい血管の位置へ自動的に刺入するシステムを完成することもできる。
病気の診断には、現在、血液中に漏出した各組織中に特異的に存在する酵素なども検出されている。この場合、従来の臨床検査では、酵素の基質となるものを加え、酵素反応とカップルする反応をうまく利用して呈色させたりして、その酵素活性を一つ一つ計測している。本手法によれば、血液、唾液、あるいは汗腺からの1ナノリッター以下の汗など、極微量でも測定できることから、あらかじめ、この様な基質をナノスプレーチップ内壁にコーティングなどで存在させておき、酵素基質とその反応物の比から、血中の逸脱酵素などの診断に利用されている蛋白質などの機能を分析できるようにしたく思う。Furthermore, it is currently desirable to capture components that are as painless as possible for various diseases and diagnoses. As a means of doing this, if the amount collected is extremely small, blood can be analyzed with a small sample that has been ejected or with a sample that has flowed into a fine needle by inserting it with a small diameter needle that does not hurt the earlobe. In addition, it can be diagnosed with saliva, sweat (the amount ejected from one sweat gland is about a nanoliter) and tears that are not painful at all. At that time, it would be immeasurable if it would be possible to automate the insertion of a sampling needle or holding the tip at the target location without requiring skill or effort. Furthermore, according to this technique, for example, the position of the blood vessel under the skin is determined from the near-infrared or infrared image emitted from the blood, the skin surface of the objective lens and the strongest depth of the infrared light, and the position of the blood vessel that is particularly difficult to understand for women You can also complete a system that automatically inserts the
For diagnosis of diseases, enzymes specifically present in each tissue leaked into blood are also detected. In this case, in a conventional clinical test, the enzyme activity is measured one by one by adding a substance that becomes a substrate of the enzyme and coloring it by utilizing a reaction coupled with the enzyme reaction. According to this method, it is possible to measure even a trace amount of blood, saliva, or sweat of 1 nanoliter or less from sweat glands, so that such a substrate is present in advance on the inner wall of the nanospray chip by coating, etc. I would like to be able to analyze the functions of proteins and other substances that are used in the diagnosis of deviating enzymes in the blood from the ratio of the substrate and its reactants.
また、飲食品分野では、ワイン、日本酒、ビール、ウイスキー、焼酎等のアルコール性飲料、醤油、味噌などの醗酵食品、漬物、キムチ、ピクルスなどの野菜果実加工品、ヨーグルト、チーズ等の酪農食品には酵母、乳酸菌等の微生物細胞についても遺伝子レベルにおける解析、研究等が進んでいるが、風味、香等微妙な品質を研究したい場合には、それらの遺伝子解析やタンパク質の分析のみでは限度があり、酵母、乳酸菌等の醗酵と関連する微生物の細胞内の低分子動態の解析手段の出現や、発酵などの製造過程でのリアルタイムでの成分解析が望まれており、その結果と遺伝子解析やタンパク質の解析結果との統合が望まれている。もし発酵過程などでの、極微量での解析が簡単に低コストで、かつ自動化して行えれば、その恩恵も計り知れない。
さらに、反応系、例えば合成や誘導体化や分子結合の様な化学反応の進む試料を、ごく僅かナノスプレーチップ先端に捕捉し、すぐに分析して、反応の進行をチェックすることもできる。In the food and drink field, alcoholic beverages such as wine, sake, beer, whiskey, and shochu, fermented foods such as soy sauce and miso, processed vegetables and fruits such as pickles, kimchi, and pickles, and dairy foods such as yogurt and cheese In the microbial cells such as yeast and lactic acid bacteria, the analysis and research at the gene level are also progressing. However, if you want to study subtle qualities such as flavor and aroma, there are limits to the analysis of these genes and proteins alone. The emergence of analytical means of intracellular low molecular dynamics of microorganisms related to fermentation such as yeast and lactic acid bacteria, and real-time component analysis in the manufacturing process such as fermentation are desired. Integration with the analysis results is desired. If a very small amount of analysis, such as a fermentation process, can be done easily, at low cost, and automated, the benefits are immeasurable.
Furthermore, a reaction system, for example, a sample that undergoes a chemical reaction such as synthesis, derivatization, or molecular bonding, can be captured at the tip of a nanospray chip and analyzed immediately to check the progress of the reaction.
また植物研究については、一般的な植物生理学・発生学等の各種の研究分野において、動物細胞と比較して一般的に未解明事象が多く、植物の分化、形、色、香をつかさどる分子機構等の解明や、植物の重力や光などの環境応答に対する低分子の動態の研究が望まれている。また近年、食糧事情等の関係から、遺伝子組み換え植物の需要は高まっており、生態的リスク評価のみならず、遺伝子組み換えによる安全性評価や、品種改良の迅速な評価も非常に重要な課題であり、細胞内外の低分子動態の変化を追跡する手段の出現が望まれている。我々は最近植物細胞1ヶでの分子解析にも成功しているが、空間に植物の葉や茎を固定して、そこに3次元的に、細胞採取用ナノスプレーチップを刺入する事は簡単では無く、自動化が望まれている。 Regarding plant research, there are many unexplained events in general in various research fields such as general plant physiology and embryology compared to animal cells, and molecular mechanisms governing plant differentiation, shape, color, and fragrance. Research on the dynamics of small molecules in response to environmental responses such as gravity and light of plants is desired. In recent years, the demand for genetically modified plants has increased due to food conditions, etc., and not only ecological risk assessment but also safety assessment by genetic modification and rapid assessment of breed improvement are very important issues. Thus, the emergence of means for tracking changes in small molecule dynamics inside and outside cells is desired. We have recently succeeded in molecular analysis of a single plant cell, but fixing a plant leaf or stem in the space and inserting a nanospray chip for cell collection into it in three dimensions is possible. It is not easy and automation is desired.
さらに一般的化学品製造産業等において、例えば、有機半導体、有機導電体、有機光学材料のように高純度が要求される製品の製造過程において、または食品添加物等の健康面での品質保証が重要な製品の製造過程において、微量の因子が、物理化学的性能または安全性等の要求品質に影響を与えるような製造工程では、そのような微量因子のモニタリング、制御など、製造管理、品質管理のために、微小域での迅速な分子動態の自動解析が望まれている。 Furthermore, in general chemical manufacturing industries, etc., for example, in the manufacturing process of products that require high purity, such as organic semiconductors, organic conductors, and organic optical materials, or health assurance of food additives, etc. In manufacturing processes where important factors influence the required quality such as physicochemical performance or safety in the manufacturing process of important products, manufacturing management and quality control such as monitoring and control of such trace factors Therefore, automatic analysis of rapid molecular dynamics in the microscopic area is desired.
しかし、光学顕微鏡内に観察される細胞などの微小対象は、細胞で10ミクロンメーター程度ときわめて微小である。対物レンズの倍率にもよるが、その顕微鏡の視野内で見ている範囲はせいぜい1mmからそれ以下である。そこに視野外から、顕微鏡の焦点外の上下(Z軸)方向も含む不確定位置から、先端口径数ミクロンの針の様なナノスプレーイオン化細管チップの先端を細胞近辺に誘導するのは、とても時間と手間のかかる作業で、1細胞成分捕獲など微小域成分捕捉において、この操作が一番難しく、対物レンズの倍率を上げれば上げるほど困難さは増し、チップ先端を間違ってシャーレの底面に当てて先端を折ってしまうなど失敗の多い操作である。この操作の手間と時間が短縮できれば、上記新分析法は世界中で誰でも、色々な分野で利用される方法となると考えられた。 However, a minute object such as a cell observed in an optical microscope is a very small cell of about 10 microns. Depending on the magnification of the objective lens, the viewing range within the field of view of the microscope is at most 1 mm or less. It is very difficult to guide the tip of a nanospray ionization capillary tip, such as a needle with a tip diameter of several microns, from the outside of the field of view, including the vertical (Z-axis) direction outside the focus of the microscope. This is the most difficult task for capturing microscopic components such as single cell component capture, which is time consuming and laborious. The higher the magnification of the objective lens, the more difficult it becomes, and the tip of the tip is mistakenly placed on the bottom of the petri dish. This is an operation with many failures such as breaking the tip. If the time and effort of this operation can be shortened, the above-mentioned new analysis method was considered to be a method used in various fields by anyone in the world.
そこで、この1細胞などの微小域試料捕捉用のナノスプレーイオン化細管チップ(以下チップと表記)を多軸ロボットなど、3次元空間位置認識移動体の先端に固定し、かつ、固定時に、チップ装着時にチップの製造時の長さ変動や先端保持の微妙な固定点の違いなどによるチップ先端位置のミクロンメータースケールでのずれを認識し、補正して、再現性良く、チップ先端を1細胞近辺など指定微小域試料位置に、所定の移動空間内を、所定の軌跡とチップの向きなどの姿勢を保ちながら、一気に移動させることができないかと考えた。これによれば、一番時間と手間のかかるチップ先端のミクロ域での対象試料付近への誘導が数秒で再現性良く実現でき、またその後、チップ先端に捕捉した成分に溶媒を入れる操作も、ロボットが試料採取後のチップを一度ラックのようなものに置き、ロボット先端からチップを開放し、その後、ロボットは指定の量の溶媒を入れることのできるマイクロディスペンサーを取り上げ、その先端に溶媒採量用のマイクロピペッティングチップを保持し、一定量の溶媒吸引操作の後、先ほど細胞などの成分を捕捉したナノスプレーチップの後端から、マイクロピペッティングチップの糸の様なプラスティック細管を当該ナノスプレーチップ内に挿入して、イオン化補助溶媒を試料採取チップに添加し、その後、ロボットはマイクロディスペンサーを所定のディスペンサー保持部に戻して離し、もう一度、当該ナノスプレーチップを取り上げ、チップ先端を下向きにしての振動付加や遠心力付加などで、ナノスプレーチップ先端に向かって溶媒を落とし、気泡などを取り除き、その後質量分析計の専用ナノスプレーイオン化アタッチメントに、このチップを置き操作の1サイクルを終え、次の細胞などの微小域成分捕捉の準備に、新しいナノスプレーチップをチップラックから取り上げ入る。これにより、質量分析計側では、同時にナノスプレーイオン化による細胞などの微小域成分の分子分析が平行してスタートすることになる。 Therefore, this nanospray ionization capillary tube chip (hereinafter referred to as a chip) for capturing a microscopic sample such as one cell is fixed to the tip of a three-dimensional spatial position recognition moving body such as a multi-axis robot, and the chip is attached when fixed. Sometimes it recognizes and corrects the deviation of the tip of the tip on the micrometer scale due to variations in the length of the tip during manufacture or a subtle difference in the fixing point of the tip. It was thought that it would be possible to move to a designated micro-region sample position at a stretch in a predetermined movement space while maintaining a predetermined trajectory and the orientation of the tip. According to this, induction to the vicinity of the target sample in the micro area of the tip of the tip, which takes the most time and labor, can be realized with good reproducibility in a few seconds, and then the operation of adding a solvent to the component captured at the tip of the tip, The robot places the sampled sample in a rack once and releases the tip from the tip of the robot, and then the robot picks up a micro dispenser that can put the specified amount of solvent, and the solvent sampling at the tip Hold the micropipette tip for use, and after sucking a certain amount of solvent, from the rear end of the nanospray tip that has captured components such as cells, insert the plastic capillary tube like the micropipette tip thread into the nanospray. Insert into the chip and add ionization auxiliary solvent to the sampling chip, then the robot will Return it to the specified dispenser holder, release it, pick up the nanospray tip again, drop the solvent toward the tip of the nanospray tip by removing vibrations or adding centrifugal force with the tip end facing downward, and remove bubbles, etc. Then, this chip is placed on a dedicated nanospray ionization attachment of the mass spectrometer, and one cycle of the operation is completed, and a new nanospray chip is taken up from the chip rack in preparation for capturing microregion components such as the next cell. As a result, on the mass spectrometer side, molecular analysis of microscopic components such as cells by nanospray ionization starts simultaneously in parallel.
ロボットはサーボ制御であるので、サーボ制御によるある一点を維持するための振動的な制御の結果ハンチングなども予測されたが、実験して見ると、顕微鏡で見ても、細胞1ヶでの成分捕捉に問題ない範囲で細胞付近を動かず、非常に再現性良くかつ位置精度高く、一度セットした位置に、位置を維持することがわかった。また何十センチメートルも顕微鏡から離れた位置に戻した後でも、再現性良くチップ先端を細胞近くの所定の位置に誘導できることができることがわかった。その理由として、軽量にチップ保持部分を製作できたことも一因であろう。10ミクロンメーター程度のメーカー精度保障しか無いロボットでも、軽量に先端部を製作すれば1ミクロン程度での空間精度維持が可能であることを見出したことは、驚きであった。これを達成するために、台にも工夫を施し、顕微鏡とロボットを結ぶ面の台の下部には、高剛性のフレームを溶接して対応した。これもチップ先端の揺れ防止に対しての、対振対策、剛性向上として重要なポイントであった。これで多軸ロボットをミクロ操作にも応用できることを証明した。これにより、一連の操作をかなり複雑でも自動で行う事ができる様になった。
[特許文献2]特願2008−095092ですでに詳述したが、従来のマイクロマニュピレーターを電動とし、チップ先端の計測法を加味すれば、小さな稼動範囲に限れば、使用できる(図1)。しかし、質量分析計へのチップの配送には、距離が長く、無理がある。もし、この従来型マイクロマニュピレーターを高精度で直線移動できるリニアーアクチュエーターなどの上に保持すれば、空間移動距離も増え、ロボットに擬した操作を行う事ができる。しかし、溶媒充填などの細かな操作は置き場所をよほど限定しなくては難しい。
さらに、Since robots are servo controlled, hunting was predicted as a result of vibration control to maintain a certain point by servo control. It was found that the position in the vicinity of the cell does not move within a range where there is no problem with the capture, the position is maintained at the position once set, with very high reproducibility and high position accuracy. It was also found that the tip of the chip can be guided to a predetermined position near the cell with good reproducibility even after returning to a position away from the microscope by tens of centimeters. One reason may be that the chip holding portion can be manufactured in a light weight. It was surprising to find that even a robot with a manufacturer's accuracy guarantee of about 10 microns could maintain the spatial accuracy at about 1 micron if the tip was manufactured lightly. In order to achieve this, the platform was devised, and a high-rigidity frame was welded to the bottom of the platform that connects the microscope and the robot. This was also an important point for anti-vibration measures and rigidity improvement for preventing tip tip shaking. This proves that the multi-axis robot can be applied to micro operation. As a result, a series of operations can be performed automatically even if it is quite complicated.
[Patent Document 2] Although already described in detail in Japanese Patent Application No. 2008-095092, if a conventional micromanipulator is electrically operated and a tip tip measurement method is taken into account, it can be used within a small operating range (FIG. 1). However, the delivery of the chip to the mass spectrometer is long and impossible. If this conventional micromanipulator is held on a linear actuator or the like that can move linearly with high accuracy, the spatial movement distance can be increased and a simulated operation can be performed on the robot. However, detailed operations such as solvent filling are difficult unless the place of placement is very limited.
further,
この顕微鏡での観察を伴う微小域試料の採取に対する多軸ロボットの採用の成功で、ナノスプレーチップの先端位置を計測すれば、1細胞内成分捕獲など、顕微鏡内で狙った微小空間内試料の捕捉までの少なくとも細胞などターゲット近辺への高速なチップ先端誘導と、それに引き継いでのジョイスティックなどでの微小移動による細胞などへの狙った位置からの刺入や吸引などが簡単にかつ高速にできる様になった。さらに、細胞内成分など試料吸引後、チップへの溶媒注入や、その後のチップの質量分析計のナノスプレー用専用アタッチメントへの搬送も自動で行う事ができ、本分析手法の高速化・効率化・自動化を図ることができるようになった。 If the tip position of the nanospray tip is measured by the successful adoption of a multi-axis robot for sampling of microscopic samples accompanied by observation with this microscope, it is possible to capture the sample in the microspace targeted within the microscope, such as capturing one intracellular component. High-speed tip tip guidance to the vicinity of the target, such as at least the cells until capture, and insertion and suction from the target position to the cell etc. by simple movement with the joystick etc. succeeding to it can be performed easily and at high speed. Became. Furthermore, after aspirating the sample such as intracellular components, the solvent can be injected into the chip and then transferred to the dedicated nanospray attachment of the chip mass spectrometer.・ Automation can now be achieved.
まず細胞成分捕獲を自動化するためには、その際大量に使用するナノスプレーイオン化細管チップ1の迅速な交換を可能にする必要がある。図2では、ナノスプレーイオン化細管チップ1内には安定してナノスプレーが生じるよう先端への毛管現象を維持するためフィラメント338が配してある。この金属コーティングを外面に施されたナノスプレーイオン化細管チップ1は、二つのO−リング341を介して、空気漏れなくチップホルダー340中心部に保持され、チップホルダー後端にある二つのO−リングで空気漏れなくロボット先端のナノスプレーイオン化細管チップ1のロボット先端取り付け部363に保持される。チップ1の交換は、チップをつまんで引き抜く。これで、迅速にチップを交換できる。また、このナノスプレーイオン化細管チップを金属コーティングせずマイクロキャピラリーとして、成分液体の注入用としても使うことができる。以下、説明において、注入に関しては述べないが、同じく可能である。 First, in order to automate the capture of cell components, it is necessary to enable quick replacement of the nanospray ionization
ロボットが次々に空気漏れなくチップ1をロボット先端取り付け部363に保持するには、注射針の鞘部のように、内部に丸状テーパになったチップ結合用鞘をチップ後端に設けることで解決できる。図3は、さまざまな形状の鞘を持ったナノスプレーイオン化細管チップ1の例を示す。円形の断面を持つものに比べ、角型の断面を持つものは、チップ1をロボット先端に保持する際、チップをチップホルダーに食い込ませる時に少し回転をさせるが、この動きをラック内にチップ1がある場合に、完全に回転運動をチップ1にさせないで食い込ませることが容易であるからである。さらに一部襟が鞘についているのは、ラックから落ちにくくするためである。これらの鞘は、ナノスプレーチップにインジェクションでプラスティックを成型付加するのがもっともやりやすい製造法であろう。ナノスプレーチップをガラス加熱引き伸ばしで作る際は、引き伸ばす前に両端に鞘を形成して後、引き伸ばしても良い。 In order for the robot to keep the
図4は、1例として、襟付き角型鞘348のあるナノスプレーイオン化細管チップ1を保持するラックを示す。この場合は細胞などの捕捉後のチップや、溶媒添加待ちのチップ、あるいは質量分析待ちや終了後のチップをこの6ヶの穴の中に保持させて、置くことができる。 FIG. 4 shows, as an example, a rack that holds a nanospray ionized
図5は、フィラメント338付きのナノスプレーイオン化細管チップ1の鞘を、同じチップ素材であるガラスなどの加熱押し出し成型で形成したものである。プラスティック鞘の付加の様に、プラスティックの可塑剤などの分子ピークが質量スペクトルに現れにくく、また回収に際しても、ガラスとコーティング金属のみが原料で、再生性に優れている。鞘押し出し成型時に形成された突起部359は、ラックでのチップに回転でチップホルダーに食い込ませたり、はずしたりする際に、回転運動を受け止められるようにしたものである。 FIG. 5 shows a case where the sheath of the nanospray ionized
図6は、上記のようなチップ1を使用し、多軸ロボット360で細胞などの微小域成分捕捉システムを形成した1例である。この場合は6軸ロボットを使用した例であるが、ロボットは小型ロボット制御部361で制御される。まずホルダーへの食いつきの違いやチップ先端長さのばらつきから、微妙にチップ先端位置が異なるので、その先端位置補正を、顕微鏡やそれとは切り離して別に設けられた3次元位置顕微撮影装置376(X−Y平面),378(X−Z平面)でモニター上377,379に表示される先端点402に先端位置をジョイスティック405などの微動装置で移動させることで、補正絶対座標値が検出される。このチップ先端位置座標と、この顕微鏡ステージ373のZ軸移動エンコーダー値を顕微鏡X−Zステージ駆動部401からもらい、例えば視野中心部である焦点面を、チップ捕捉点・焦点面403として誘導座標を決め、あとはロボットを移動させるのみとさせる。この様に、微細空間では、顕微鏡の焦点位置とロボットが操作するチップ1の先端位置を、絶対座標あるいは相対座標の中で共有し、さらに、障害物などのそれらの位置情報をあらかじめコンピューターに記憶させておくことで、目標の微細試料へのチップ1などの、目的ツールを、高精度に、かつ正確に、かつその移動空間内での軌跡と向きなどの姿勢も含めて制御できる様になる。細胞付近にチップ先端が来ると急に細胞モニター画面372の色合いが、光をチップ先端がさえぎるので、変わる。ロボットと顕微鏡の間の絶対位置が正確でないと、再現性良くチップ誘導できないので、ロボット化微小域自動試料採取システムの取り付け台362の裏打ちとして取り付け台の剛性補強材400などを介して剛性強化して置くことも重要である。この様にして、簡便にかつ高速高精度で再現性良く細胞などの微小域試料を捕捉することができる様になる。尚、捕捉にあたっての、チップ内への成分吸引のための減圧吸引や、細胞などへのアプローチの際に培養液などをチップ1内に入れないための軽い加圧は、後述図12で説明する。 FIG. 6 shows an example in which a micro-component capturing system such as a cell is formed by a
図7は、図6において、チップの先端位置補正を簡略化し、顕微鏡やそれとは切り離して別に設けられた3次元位置顕微撮影装置376(X−Y平面)のみでチップ先端をモニター377上に表示する様にしたものである。Z軸方向の補正は、ロボットが90度回転してチップ位置を見せることでわかるようにして、6軸ロボットの特性を使ってコストダウンを計ったものである。後は、図6と同じである。 FIG. 7 shows a simplified tip tip position correction in FIG. 6, and the tip tip is displayed on the
図8は、チップ先端計測の別の手法を示したもので、チップ先端部が、非常に小さく焦点化された点をX軸、Y軸、Z軸移動で移動する際、通過光強度が大きく変化することを利用する。先端付近がこの小さな焦点化光経路を横切ると、非常に狭い範囲で大きな通過光強度の変化が生じる。チップ1をX軸、Y軸、Z軸ロボットで動かしながら、光強度変化で先端位置を割り出すことができ、その時の絶対座標をチップ1の先端座標とすることができる。また、ロボット363の回転軸を回転させることで、チップ1の中心回転軸からのずれにより、補正することもできる。 FIG. 8 shows another method for measuring the tip of the tip. When the tip of the tip moves to a very small and focused point by moving the X, Y, and Z axes, the passing light intensity increases. Take advantage of changing. When the vicinity of the tip crosses this small focused light path, a large change in the intensity of transmitted light occurs in a very narrow range. While moving the
図9は、図6のシステムで、更にチップをラックから取り出したり、ラックに細胞などの捕捉後、チップを置いたりする操作をさせるものである。この試料採取後のチップをラックに置いて、その後、例えば、ロボットは指定の量の溶媒を入れることのできるマイクロディスペンサーを取り上げ、その先端に溶媒採量用のマイクロピペッティングチップを保持し、一定量の溶媒吸引操作の後、先ほど細胞などの成分を捕捉したナノスプレーチップの後端から、マイクロピペッティングチップの糸の様なプラスティック細管を当該ナノスプレーチップ内に挿入して、イオン化補助溶媒を試料採取チップに添加し、その後、ロボットはマイクロディスペンサーを所定のディスペンサー保持部に戻して離すこともできる。 FIG. 9 shows the system shown in FIG. 6 in which the chip is further removed from the rack, and the chip is placed in the rack after the cells are captured. After the sample is collected, the chip is placed in a rack. After that, for example, the robot picks up a microdispenser that can put a specified amount of solvent, holds a micropipetting tip for solvent measurement at the tip, and keeps it constant. After suctioning a certain amount of solvent, insert a plastic capillary tube like a micropipette tip thread into the nanospray tip from the rear end of the nanospray tip that has captured components such as cells. After adding the sample to the sampling chip, the robot can return the micro-dispenser to the predetermined dispenser holder and release it.
図10は、図9に加え、更にロボットに質量分析装置へのチップの搬送をさせ、自動化を更に進めるものである。ロボットは、もう一度、溶媒を添加されたナノスプレーチップ1を取り上げ、チップ先端を下向きにしての振動付加や遠心力付加などで、ナノスプレーチップ先端に向かって溶媒を落とし、気泡などを取り除き、その後質量分析計の専用ナノスプレーイオン化アタッチメントに、このチップを置き去り、操作の1サイクルを終え、次の細胞などの微小域成分捕捉の準備のために、新しいナノスプレーチップをチップラックから取り上げ入る。これにより、質量分析計側では、同時にナノスプレーイオン化による細胞などの微小域成分の分子分析が平行してスタートすることになる。 In addition to FIG. 9, FIG. 10 further advances the automation by causing the robot to transport the chip to the mass spectrometer. The robot once again picks up the
図11は、上記のロボットのみによる細胞などの微小域試料捕捉において、最後の細胞捕捉などのための微動操作を変えたもので、更に細かく微動操作できる、従来の小型X−Y−Zマイクマニュピレーターをロボット先端部に取り付けた場合を示す。ロボット先端部が重くなり、ロボット自身がハンチングを起こさない範囲の重量で行う必要があるが、微動に関してはよりスムースになる。 FIG. 11 shows a conventional small-sized XYZ microphone manipulator that can change the fine movement operation for fine cell movement, such as the last cell capture, in the micro sample collection of cells or the like by only the robot. The case where is attached to the tip of the robot is shown. Although the robot tip must be heavy and the weight of the robot itself does not cause hunting, fine movement is smoother.
図12は、図11やそれ以前の図で、細胞など微小域試料のナノスプレーチップ1での吸引捕獲のために、手での注射筒を使った吸引操作ではなく、ふさがりがちな手を用いないで、足によるペダル437の操作でピストン436を動かし、チューブを介して、捕捉にあたってのチップ内への成分吸引のための減圧吸引や、細胞などへのアプローチの際に培養液などをチップ1内に入れないための軽い加圧を可能とするものである。チューブ内には、吸引加圧の操作特性向上のために液体を入れることも可能である。この操作も電動で自動化できるが、操作のスムースさや適切性には欠ける。 FIG. 12 is a diagram of FIG. 11 and the previous drawings, in order to capture aspiration of a microscopic sample such as a cell with the
図13は、上記システムを細胞観察の適正温度である摂氏36度付近に維持するためのもので、特に細胞を培養し長時間観察するためには必須の炭酸ガス濃度維持および恒温チェンバーである。正面は、二重ガラスでは無く、有機ガラス1枚で形成され、顕微鏡観察窓453、顕微鏡操作窓454やチップ取り出し窓455などが設けてあり、質量分析計を内部に入れて、全自動化を図ることもできる。その場合は、質量分析計やそのイオン化アタッチメントの維持のために、大きな透明ドア457を設ける。 FIG. 13 is for maintaining the above system at around 36 degrees Celsius, which is an appropriate temperature for cell observation. In particular, this is a carbon dioxide concentration maintenance and constant temperature chamber essential for culturing cells and observing them for a long time. The front is not made of double glass but is made of a single piece of organic glass, and is provided with a
図14は、実際に6軸小型ロボットを用いて、細胞刺入を行っている写真である。 FIG. 14 is a photograph in which cell insertion is actually performed using a 6-axis small robot.
図15は、図14において、細胞内刺入の最後の段階で、ジョイスティック操作により微動操作を行っているところである。いずれも期待を上回る性能を発揮した。 FIG. 15 shows that the fine movement operation is performed by the joystick operation at the final stage of the intracellular insertion in FIG. Both showed performance exceeding expectations.
図16は、6軸小型ロボットを複数台設置して行う例を示しており、左側のロボットで浮遊細胞や卵など、貼り付き細胞と異なり、その位置が移動する試料に対し、先端口径が対象試料の大きさに近く、傷つけないように角が丸くなっている細管で、弱く吸引することで捕捉し、その捕捉位置は、ロボットの座標軸値から割り出せるので、その場所に、もう一つのロボットのチップの先端を誘導する事を可能としたシステムである。この様に複数のロボットを使う場合、絶対座標を共有できるロボットの特性を生かした操作がさらに可能となり、作業の高精度化と高効率化が達成できる。 FIG. 16 shows an example in which a plurality of 6-axis small robots are installed. Unlike the sticking cells such as floating cells and eggs in the left robot, the tip diameter is the target for the sample whose position moves. It is a small tube that is close to the size of the sample and has rounded corners so that it will not be damaged, and it is captured by weakly aspirating, and the capture position can be determined from the coordinate axis value of the robot. This is a system that can guide the tip of the chip. When a plurality of robots are used in this way, an operation that takes advantage of the characteristics of a robot that can share absolute coordinates is further possible, and high accuracy and high efficiency of work can be achieved.
図17は、ロボットを複数台設置し、観察する細胞の場と位置を確認しながら、その細胞に一本の光ファイバーでミクロの光照射をしたり、近接場光を先端に出す探査子を細胞に接触させたりしながら、その条件による細胞の変化を、もう一つのロボットの先端にある試料採取細管で捕捉する場合の一例である。測定試料(この場合は細胞であるが)に対し、他に微細な磁石で、磁気ビーズ上に細胞内成分を集めることをミクロ域で可能としたり、電極を細胞などにミクロに押し付けたり、挿入したり、親和性のある分子を表面に結合した分子捕捉針の様なものを細胞壁から細胞内に挿入したりと、今後は様々なミクロ域の操作が同時に可能となる。 FIG. 17 shows a probe that places a plurality of robots, confirms the field and position of the cell to be observed, irradiates the cell with micro light using a single optical fiber, and emits near-field light at the tip. This is an example in which a change in cells due to the conditions is captured by a sampling tube located at the tip of another robot while being in contact with the sample. For measurement samples (in this case, cells), it is possible to collect intracellular components on magnetic beads with other fine magnets in the micro range, and the electrodes are pressed microscopically or inserted into cells. In the future, various micro-range operations will be possible at the same time, such as inserting a molecule-capturing needle with affinity molecules attached to the surface into the cell through the cell wall.
図18は試料捕捉用の図3にある鞘付チップの、先端ナノスプレーイオン化細管チップ内部に、ロボットでも容易に溶液注入用のチップの髭の様な先端部482がチップ後端部から導入できるよう、鞘の結合部と、ナノスプレーイオン化細管チップ内径の間にスロープ480を設けた一例であり、ロボットは、当該チップで細胞などの試料成分を捕捉後、一度ラックにこのチップを置き、これに、この様な鞘の形状を生かして、このチップの後端から容易に、溶液添加用細管チップ481を使って、この細管内部に溶媒を添加する事ができる。今まで、この重要な溶媒添加作業も、細かな作業で、難しく、効率化の妨げになっていた。 18 is a tip of the sheathed tip shown in FIG. 3 for sample capture, and a
図19は、本ロボットのタイプをフレーム移動型とした場合の全体操作の一例である。フレームを移動軸501として動くこのタイプのロボットは、低コストであるが、移動空間に制約が多く、使える場合が上記の6軸回転型のロボットよりは狭い。他にもアーム式や色々なロボットがあるが、その操作の基本は変わらない。 FIG. 19 shows an example of the overall operation when the type of the robot is a frame moving type. This type of robot that moves using the frame as the
図20は、本ロボットにより、ヒトの血液を腕510から採取できるようにしたシステムの一例である。近赤外あるいは赤外域に感度を持つカメラ371をカメラに用いれば、温度の高い血管511などの位置を容易に可視化する。その焦点面から、血管の大きさと位置を確認できれば、ヒトの腕510を、血液採取する位置を生体試料採取ポイント確定プレート514で固定し、そこに注射針などの生体試料採取針515を刺入する。その時の血管壁通過などを針の根元に設置した採取時の感触センサー518で感知し、血管壁の片側を刺入した所で、ロボットの動きを止め、採血などに入るようにしている。そのセンサーからの信号は、センサー信号線520を介し、プリアンプ521で増幅されて、ロボット駆動コンピューターに送られる。 FIG. 20 shows an example of a system in which human blood can be collected from an
図21は指の指紋領域に見られる汗腺一つから噴き出るナノリッターレベルの汗を、本ロボットでナノスプレーイオン化細管チップ先端に捕捉する時の図の一例である。指の指紋領域にある汗腺一つから噴き出た汗530は、ナノスプレーイオン化チップ515で捕捉され、これに溶媒を後端から添加して、ナノスプレーイオン化質量分析法で直接分子ピークを検出した。その検出に成功した質量スペクトルを図21に示す。汗一滴から得られた質量スペクトルの中で、汗に特異的な分子ピークは130本あり、その中でアミノ酸とともに同定された分子のピークとその分子構造を3例記載した。摂取したカフェインやニコチン、および服用している医薬品分子の検出にも成功し、この成功は、将来診断などが、血液では無く、もっと患者に負荷のない、痛みの無い試料で様々にできる可能性を示している。 FIG. 21 is an example of a diagram in which nanoliter-level sweat sprayed from one sweat gland seen in the fingerprint region of a finger is captured by the tip of the nanospray ionization capillary tube with this robot.
合目的的に動き外部因子に応答している細胞は、その挙動と細胞内分子動態が連動することが多く、細胞の顕微観察と分子検出をリアルタイムに行うことで、生命現象の合目的的分子メカニズムを迅速に解明することができる。本発明は、生命現象とその分子メカニズムの両方を細胞1つまでミクロなスケールで、迅速かつ直接的に解明する手段を与え、その用途は膨大である。何よりも疾患細胞と正常細胞の動態と分子比較による疾患の分子メカニズムの解明が加速する。そして、細胞内分子メカニズムが分かれば、その分子あるいはメカニズムを利用した創薬や診断法、治療法の開発、新しい分子が見つかれば新医薬品への応用あるいはライフサイエンス用の試薬の開発、など実に多彩な応用が考えられる。
また、細胞内や生体組織中の細胞内の様々な分子メカニズムの解明の高速化は、医薬品候補分子も含め新分子の発見、新生命現象の発見の高速化をもたらし、医療や診断あるいはバイオ応用を大きく展開し加速することができる。例えば、再生医療などの万能細胞の細胞分化因子の高速探索、細胞分化制御、細胞増殖因子の発見や制御法、がん細胞など細胞種の分子診断や分子探索、細胞種の同定など様々な分析が高速に展開することとなる。Cells that move purposefully and respond to external factors are often linked to their behavior and intracellular molecular dynamics. The mechanism can be elucidated quickly. The present invention provides a means for quickly and directly elucidating both a life phenomenon and its molecular mechanism on a micro scale up to one cell, and its application is enormous. Above all, elucidation of the molecular mechanism of the disease by kinetics and molecular comparison of diseased cells and normal cells is accelerated. If the intracellular molecular mechanism is known, drug discovery, diagnostic methods, and therapeutic methods using the molecule or mechanism will be developed, and if a new molecule is found, it will be applied to new drugs or life science reagents. Application is possible.
In addition, speeding up the elucidation of various molecular mechanisms in cells and in living tissues has led to faster discovery of new molecules, including drug candidate molecules, and discovery of new life phenomena. Can be greatly expanded and accelerated. For example, various analyzes such as rapid search for cell differentiation factors of universal cells such as regenerative medicine, cell differentiation control, discovery and control methods of cell growth factors, molecular diagnosis and search for cell types such as cancer cells, and cell type identification Will be deployed at high speed.
現在、各種疾患について網羅的な解析が進められている多くの遺伝子およびその発現産物であるタンパク質等と関連して、細胞内の低分子動態を明確にすることができ、統合的な生命現象の解明が可能となり、生命現象の統合的理解は、人類の生命、健康の増進に大きく貢献し、付帯的な様々な事業を生み出しうる。 It is possible to clarify the dynamics of small molecules in cells in relation to many genes that are currently being comprehensively analyzed for various diseases and proteins that are their expression products. Clarification is possible, and an integrated understanding of life phenomena can greatly contribute to the enhancement of human life and health, and can create various incidental businesses.
また、食品分野では、風味、香等微妙な品質を研究できる細胞内や発酵液などの直接的で迅速な低分子動態の解析手段を与えることができる。
さらに一般的化学品製造産業等において、例えば、ナノテクノロジーの微小域分子機構の解明や、有機半導体、有機導電体、有機光学材料のように高純度が要求される製品の製造管理、あるいは食品添加物等の健康面での品質保証が重要な製品の製造過程において、微量の副生物が、物理化学的性能または安全性等の要求品質に悪影響を与えるような製造工程では、そのような副生物の監視、製造管理、品質管理など、微小域での分子検出と解析が可能となる。Further, in the food field, it is possible to provide a direct and rapid means for analyzing low molecular dynamics such as intracellular and fermented liquid that can study delicate qualities such as flavor and flavor.
Furthermore, in the general chemical manufacturing industry, for example, elucidation of the nano-range molecular mechanism of nanotechnology, production management of products that require high purity such as organic semiconductors, organic conductors, and organic optical materials, or food addition In the manufacturing process of products that require quality assurance for health, such as by-products, in the manufacturing process where trace amounts of by-products adversely affect the required quality such as physicochemical performance or safety, such by-products Molecular detection and analysis in the micro range, such as monitoring, manufacturing control, quality control, etc. becomes possible.
1 ナノスプレーイオン化細管チップ
2 質量分析装置
3 試料溶液と添加イオン化溶媒
4 高圧電圧(この場合はポジティブモードの例でありチップ側が+)
5 ナノスプレー
6 細管表面の金属コーティング部
8 細胞
9 顕微鏡ステージ
10 捕捉した細胞液
11 対物レンズ
12 ビデオカメラ
13 吸引操作
15 シャーレ
16 細胞培養液
17 モニター
35 細胞刺入ナノスプレー細管チップを細胞位置まで駆動するホルダーのX−Y−Z駆動ステージ(この図では電動型、手動のギア粗動・微動型もあり)
36 細胞刺入ナノスプレー細管チップを細胞位置まで駆動するホルダーの軸方向アクチュエーター(この図では電動型、他に手動の水圧または油圧ピストン駆動型もあり)
37 細胞刺入ナノスプレー細管チップを細胞位置まで駆動する軸方向アクチュエータによる細胞刺入および吸引後引き戻し移動方向
38 細胞刺入ナノスプレー細管チップホルダー駆動制御装置
39 細胞刺入ナノスプレー細管チップホルダー駆動用端末(この図ではジョイスティック)
40 細胞成分吸引駆動用チューブ
41 細胞成分吸引用ピストン(注射器でも代用可)
42 細胞成分吸引用ピストン駆動装置
338 ナノスプレー管内付設フィラメント
340 ナノスプレー吸引ホルダー
341 ナノスプレー吸引時密封O−リング
342 ホルダー取り付け部O−リング
343 ナノスプレー吸引ホルダー本体
344 吸引用鞘付きナノスプレーイオン化細管チップ(表面金属コーティングは細管のみでも、鞘を含んでコーティングしても可)
345 同心円状鞘(インジェクション成型などで製作、吸引部との接合部は丸状テーパ)
346 角状鞘(インジェクション成型などで製作、吸引部との接合部は丸状テーパ)
347 一部襟付き角状鞘(インジェクション成型などで製作、吸引部との接合部は丸状テーパ)
348 周囲襟付き角状鞘(インジェクション成型などで製作、吸引部との接合部は丸状テーパ)
349 鞘付きナノスプレーイオン化細管チップ収納ラック
350 鞘付きナノスプレーイオン化細管チップ収納用の穴(角型)
352 加熱フィラメント
353 ナノスプレーイオン化細管チップ開口後端部押し広げ用受け金型
354 ナノスプレーイオン化細管チップ開口後端部押し広げ用押し込み金型
355 出来上がった後端部鞘構造をした一体型ナノスプレーイオン化細管チップ(金属コーティングは、押し広げ前後のどちらで行っても良いが、後の方がより良い)
359 後端部鞘構造をした一体型ナノスプレーイオン化細管チップに金型形状の変化により形成した位置決め突起部
360 小型ロボット(一例として6軸制御ロボットを示す)
361 小型ロボット制御部
362 ロボット化微小域自動試料採取システムの取り付け台
363 ナノスプレーイオン化細管チップのロボット先端取り付け部
370 自動微小域試料採取用顕微鏡システム
371 顕微解析用ビデオカメラと対物レンズ
372 371で捉えた細胞のモニター図
373 顕微ステージ
374 顕微鏡X−Yステージ駆動部
375 細胞培養シャーレ
376 ナノスプレーイオン化細管チップの先端計測用対物レンズ付きビデオカメラ(X−Y平面)
377 376で捉えられたチップ先端図
378 ナノスプレーイオン化細管チップの先端計測用対物レンズ付きビデオカメラ(X−Z平面)
379 378で捉えられたチップ先端部
400 ロボット化微小域自動試料採取システムの取り付け台の剛性補強材
401 顕微鏡X−Zステージ駆動部
402 ナノスプレーイオン化細管チップの先端点
403 チップ捕捉点・焦点面
404 顕微鏡焦点面Z軸変動エンコード通信線
405 ロボット微動用アタッチメント(この場合はジョイスティック)
410 チップ先端検出用光源(この場合はレーザーなど)
411 光源用丸穴スリット
412 光源角度変更ミラー
413 集光レンズ
414 集光ポイント・ピンホールスリット
415 光検出器
420 チップ内捕捉試料ナノスプレーイオン化装置
421 ナノスプレーイオン化細管チップ固定・電圧印加部
425 質量分析計アタッチメントとしてのチップ内捕捉試料ナノスプレーイオン化装置
430 X−Y−Zマイクロマニュピレーター駆動部(水圧、油圧、電動など各種ある)
431 X−Y−Zマイクロマニュピレーター駆動用チューブ(水圧、油圧式の場合)または電線(電動式の場合)
432 X−Y−Zマイクロマニュピレーター微細駆動用回転式ハンドル
435 試料吸引用チューブ
436 試料吸引用ピストンシリンジ
437 ペダル
438 ペダル回転軸
439 ペダル回転時のスイングアーム
440 ペダル式試料吸引圧力調節機
450 細胞捕捉用または細胞捕捉分子解析統合システム用恒温チェンバー
451 細胞補足用恒温チェンバー台
452 二重ガラスまたは2重有機ガラス
453 顕微観察用窓
454 顕微鏡操作用窓
455 試料捕捉チップ取り出し窓
456 熱源(オイルヒーターなど)
457 質量分析計操作用ドア
460 浮遊細胞または卵などの浮遊性微小試料
461 細胞保持用ロボット
462 細胞保持用ピペット
463 細胞など微小試料保持・吸引・注入用ピストンシリンジ
470 光ファイバー
471 光源
472 光ファイバー保持ロッド
473 照射された光
480 溶液添加用細管導入スロープ
481 溶液添加用細管チップ
482 溶液添加用細管チップ先端部
483 細管内に添加された溶液
500 フレーム移動ロボット用フレーム支え
501 ロボット移動水平フレーム
505 ロボット回転部
506 ロボットのフレーム移動部
510 ヒトの腕(生体の一例)
511 血管
514 生体試料採取ポイント確定プレート
515 生体試料採取針
516 生体試料採取吸引ピストンシリンジ
517 生体試料採取ピストン駆動部
518 採取時の感触センサー
520 センサー信号線
521 センサー信号プリアンプ
530 指の指紋領域にある汗腺一つから噴き出た汗
540 汗一滴から得られた質量スペクトルと同定された分子1 Nanospray
5
36 Axial actuator of holder that drives the cell insertion nanospray capillary tip to the cell position (In this figure, there is also an electric type, manual hydraulic or hydraulic piston drive type)
37 Cell Insertion Nanospray Capillary Tip Driven by Axial Actuator that Drives Cell Insertion Nanospray Capillary Tip to
40 Tube for cell component suction drive 41 Piston for cell component suction (can be replaced by syringe)
42
345 Concentric sheath (manufactured by injection molding, etc., the joint with the suction part is a round taper)
346 Square sheath (manufactured by injection molding, etc., the joint with the suction part is a round taper)
347 Square sheath with a partial collar (manufactured by injection molding, etc., the joint with the suction part is a round taper)
348 Square sheath with surrounding collar (manufactured by injection molding etc., the joint with the suction part is a round taper)
349 Nanospray ionized capillary
352
359
361
377 Tip of tip captured by 376 Figure 378 Video camera with objective lens for tip measurement of nanospray ionized capillary tip (XZ plane)
410 Light source for tip detection (in this case, laser, etc.)
411 Round hole slit for
431 X-Y-Z micromanipulator drive tube (hydraulic, hydraulic) or wire (electric)
432 XYZ micromanipulator Rotating handle for fine driving 435
457 Mass
511 Blood vessel 514 Biological sample collection
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