JP2015079220A - カバー部材、顕微鏡、観察方法および観察器具 - Google Patents

Abstract

【課題】培養中の細胞を高倍率で観察する。
【解決手段】カバー部材であって、顕微鏡において被観察物に対向する対物レンズと被観察物との間に介在して、被観察物から射出された射出光を透過させる透過部と、透過部を保持し、透過部において被観察物に対向する面が液体に浸漬された場合に、対物レンズが液体に触れることを防止する接触防止部とを備える。上記カバー部材において、透過部は、接触防止部により保持されたカバーガラスを含んでもよい。
【選択図】図５

Description

本発明は、カバー部材、顕微鏡、観察方法および観察器具に関する。

培養中の細胞、組織等の被観察物を、顕微鏡により観察する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１３−１３８６９０号公報

被観察物に接近した対物レンズが培養液に触れると、培養液を汚染する虞がある。

本発明の第１態様においては、顕微鏡において被観察物に対向する対物レンズと被観察物との間に介在して、被観察物から射出された射出光を透過させる透過部と、透過部を保持し、透過部において被観察物に対向する面が液体に浸漬された場合に、対物レンズが液体に触れることを防止する接触防止部とを備えるカバー部材が提供される。

本発明の第２態様においては、上記カバー部材を備える顕微鏡が提供される。

本発明の第３態様においては、顕微鏡において被観察物に対向する対物レンズと被観察物との間に介在して、被観察物から射出された射出光を透過させる透過部と、透過部に結合され、透過部において被観察物に対向する面が液体に浸漬された場合に、対物レンズに液体が触れることを防止する接触防止部とを備えるカバー部材の透過部を液体に浸漬するカバー部材浸漬段階と、カバー部材の内部において、被観察物に接近させる対物レンズ接近段階とを含む観察方法が提供される。

本発明の第４態様においては、顕微鏡において被観察物に対向する対物レンズと被観察物との間に介在して、被観察物から射出された射出光を透過させる透過部と、透過部を保持し、透過部において被観察物に対向する面が液体に浸漬された場合に、対物レンズが液体に触れることを防止する接触防止部とを備えるカバー部材と、顕微鏡により観察する被観察物を収容して、カバー部材が取り付けられる容器とを備える観察器具が提供される。

本発明の第５態様においては、顕微鏡により観察される被観察物が浸漬された液体を収容する容器と、液体に浸漬された被観察物から射出された射出光を外部に向かって透過させる透過部、および、透過部において射出光が射出される面が液体に触れることを防止する接触防止部を有して容器に取り付けられるカバー部材とを備える観察器具が提供される。

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

レーザ顕微鏡１００の模式図である。 レーザ顕微鏡１００の原理を説明する模式図である。 培養容器２００の模式的断面図である。 カバー部材３００の断面図である。 カバー部材３００を用いた観察方法を示す模式的断面図である。 カバー部材３００を用いた観察方法の手順を示す流れ図である。 カバー部材３０１を用いた観察方法を示す模式的断面図である。 カバー部材３０１を用いた観察方法の手順を示す流れ図である。 観察器具４０１を用いた観察方法を示す模式的断面図である。 カバー部材３０２を用いた観察方法の手順を示す流れ図である。 観察器具４０２を用いた観察方法を示す模式的断面図である。 観察器具４０３を用いた観察方法を示す模式的断面図である。 観察器具４０３の斜視図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、下記の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、細胞観察に使用できるレーザ顕微鏡１００の構造を示す模式図である。レーザ顕微鏡１００は、ステージ１１０、レーザ装置１２０、走査系１３０、光学系１４０、検出系１５０および制御系１６０を備える。

レーザ顕微鏡１００は、ＣＡＲＳ（コヒーレント反ストークスラマン散乱）、ＳＲＳ（誘導ラマン散乱）等の非線形光学効果を利用して、培養した細胞、組織および微生物等を生かしたまま観察することができる。また、レーザ顕微鏡１００は、位相差顕微鏡としても使用できる。

レーザ顕微鏡１００において、ステージ１１０は、レーザ顕微鏡１００により観察されるサンプル１１２を支持する。ステージ１１０に支持されたサンプル１１２に対しては、一方の面（図示の例では図中下面）からレーザ光が照射される。また、ステージ１１０に対して、レーザ光が照射される側とは反対の側から射出されるＣＡＲＳ光を検出して観察画像が形成される。

レーザ装置１２０は、複数のレーザ光源１２２、１２４と、コンバイナ１２６とを有する。レーザ光源１２２、１２４は、ＣＡＲＳ光検出による観察に用いられるパルスレーザを発生する。また、レーザ光源１２２、１２４が発生するパルスレーザは、互いに異なる波長λ_Ｐ、λ_Ｓを有する。

レーザ光源１２２、１２４としては、例えば、モードロックピコ秒Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ、モードロックピコ秒イットリビウムレーザー等を用いることができる。なお、レーザ光源１２２、１２４の一方を、他方のレーザ光源１２２、１２４が発生したパルスレーザの波長を変換する光パラメトリック発振器に置き換えてもよい。

レーザ光源１２２、１２４により発生した２波長のピコ秒パルスのうち、短い方の波長λ_Ｐを有するパルスレーザは、ＣＡＲＳ光観察におけるポンプ光として利用される。また、レーザ光源１２２、１２４の発生するピコ秒パルスのうち、長い方の波長λ_Ｓ有するパルスレーザは、ＣＡＲＳ光観察におけるストークス光として利用される。

コンバイナ１２６は、複数のレーザ光源１２２、１２４が発生したレーザ光を統合して単一の光路上に照射光として射出する。これにより、ポンプ光とストークス光とを併せた照射光をサンプル１１２に照射してＣＡＲＳ光を発生させることができる。

なお、レーザ装置１２０には、レーザ光源１２２、１２４が発生するポンプ光とストークス光とを同期させる目的で遅延光路を設けてもよい。遅延光路は、互いの間隔を変更できる複数の反射鏡により形成できる。また、レーザ装置１２０においては、フォトニック結晶ファイバを用いてストークス光を広帯域化してもよい。

レーザ顕微鏡１００において、走査系１３０は、ガルバノスキャナ１３２およびスキャンレンズ１３４を有する。ガルバノスキャナ１３２は、互いに向きが異なる２軸の周りを揺動する反射鏡を備え、入射した照射光の光路を、光軸と交差する方向に二次元的に変位させる。スキャンレンズ１３４は、ガルバノスキャナ１３２から射出された照射光を、予め定められた一次像面１３６上に合焦させる。これにより、レーザ装置１２０から射出された照射光でサンプル１１２の観察領域を走査させ、予め定められた広さを有する観察領域に照射光を照射できる。

光学系１４０は、ステージ１１０に対してレーザ装置１２０側に配された一対の第一対物レンズ１４２、１４４と、ステージ１１０に対して対物レンズ１４２、１４４と反対側に配されたコンデンサレンズ１４６とを有する。対物レンズ１４２、１４４は、互いに同じ開口数（ＮＡ）を有し、サンプル１１２に向かって照射される照射光を、サンプル１１２における観察領域内で合焦させる。

光学系１４０の入射端側において、レーザ装置１２０と対物レンズ１４２との間の照射光の光路上には、反射鏡１４８が配される。反射鏡１４８は、照射光の光路を折り曲げて、レーザ顕微鏡１００の構造物が過剰に高くなることを防止する。反射鏡１４８としては、全反射プリズムではなく、入射光を表面で反射させる金属鏡を用いてもよい。光学系１４０から射出された光の伝搬光路には検出系１５０が配される。

検出系１５０は、集光レンズ１５２、リレーレンズ１５４、光電子増倍管１５６およびダイクロイックミラー１５８を有し、サンプル１１２から射出されたＣＡＲＳ光の検出に用いられる。ダイクロイックミラー１５８は、サンプル１１２から射出された光からＣＡＲＳ光を分岐させて、集光レンズ１５２およびリレーレンズ１５４を通じて光電子増倍管１５６に導入する。よって、ＣＡＲＳ光は、光量を低下することなく、光電子増倍管１５６に効率よく受光される。

制御系１６０は、制御部１６２、キーボード１６４、マウス１６６および表示部１６８を有する。制御部１６２は、汎用パーソナルコンピュータに後述する制御手順を実行させるプログラムを実装することにより形成できる。

キーボード１６４およびマウス１６６は、制御部１６２に接続され、制御部１６２にユーザの指示を入力する場合に操作される。表示部１６８は、キーボード１６４およびマウス１６６によるユーザの操作に対してフィードバックを返すと共に、制御部１６２が生成した画像または文字列をユーザに向かって表示する。

また、制御部１６２は、レーザ装置１２０、検出系１５０および走査系１３０の各々に接続され、それぞれの動作を制御する。また、検出系１５０の検出結果に基づいて、表示部１６８に表示する画像を生成する。また、制御部１６２は、検出系１５０の検出結果に基づいて、サンプル１１２の状態を判定する。

更に、制御系１６０は、ユーザから受け付けた指示に応じて、レーザ顕微鏡１００全体の動作を制御する。また、制御系１６０は、検出系１５０の検出結果に基づいて観察画像を生成する。また、制御系１６０は、サンプル１１２の状態を反映した判定結果を示す文字列または符号を併せて出力してもよい。

図２は、レーザ顕微鏡１００において、被観察物がＣＡＲＳ光を発生するＣＡＲＳ過程を説明する模式図である。ＣＡＲＳ過程は、互いに異なる光周波数ω_１、ω_２を有するポンプ光およびストークス光の二つのレーザ光を含む励起光を被観察物に照射して、ポンプ光の光周波数ω_１とストークス光の光周波数ω_２との差［ω_１−ω_２］が、被観察物に含まれる分子の固有振動の角振動数ω_０と一致した場合に発生する。

ＣＡＲＳ過程により、被観察物に含まれる特定の分子構造の振動モードが励振されると、分子振動が光周波数ω_３を有する第３のレーザ光であるプローブ光と相互作用することにより、三次の非線形分極に由来するＣＡＲＳ光がラマン散乱光として発生する。

更に、ポンプ光はプローブ光としても利用できるので、［ω_１＝ω_３］という条件の下で、ＣＡＲＳ光が発生する。被観察物において発生するＣＡＲＳ光は、［ω_ＣＡＲＳ＝ω_１−ω_２＋ω_３］を満たす光周波数を有する。よって、被観察物から射出されたＣＡＲＳ光を検出することにより、被観察物に含まれる特定の分子構造、例えば官能基の存在を検出できる。更に、照射光を被観察物に照射する位置を変えながら繰り返しＣＡＲＳ光を検出することにより、被観察物における特定の分子構造の分布を画像化することができる。

ＣＡＲＳ光は自発ラマン散乱光等に比べると光強度が高いので、光電気変換素子を用いた場合に短時間で検出できる。よって、検出に要する時間が単に短くなるばかりではなく、ビデオレートでの観察もできる。これにより、特定分子構造の分布だけではなく、分布の変化も検出することができる。また、被観察物に照射する照射光の帯域を、生細胞に与えるダメージが少ない赤外帯域とすることにより、被観察物の生細胞を生かしたまま観察することができる。

更に、非線形効果により生じるＣＡＲＳ光は、対物レンズにより照射光が絞り込まれた極めて狭い領域において発生する。このため、ＣＡＲＳ光検出の対象となる領域は、照射光の光軸に交差する方向と、光軸と平行な方向の両方に関して狭い領域となる。よって、ＣＡＲＳ光による被観察物の観察は、立体的に高い解像度を有する。

よって、赤外帯域または近赤外帯域の照射光を用いて、観察平面を被観察物の内部に形成してもよい。また、観察平面を、被観察物の深さ方向に順次移動させることにより、特定の分子構造の三次元的な分布を反映した画像を生成することもできる。

また更に、被観察物の特定の位置に照射する照射光の光周波数を変化させることにより、当該照射位置から射出されたラマン散乱光の周波数分布を示すスペクトル画像が得られる。また、照射光の光路に対して交差する方向に被観察物を移動させながら照射光を繰り返し照射することにより、第一対物レンズ１４２の焦点を含む観察平面における特定の分子の分布を画像化して検出画像を生成できる。

図３は、レーザ顕微鏡１００においてステージ１１０に置かれたサンプル１１２の模式的断面図である。ここで、レーザ顕微鏡１００の被観察物になる細胞シート１１１は、培養容器２００に収容された状態で、サンプル１１２としてステージ１１０に置かれる。

なお、細胞シート１１１は、被検者から採取した細胞を培養して作成された、シートをなす細胞組織を意味する。培養された細胞シートは、細胞が生きている状態のまま被検者の生体組織に付着させさて使用される。このため、培養の過程で培養量、細胞生存率等を検査する場合も、細菌等による汚染は厳重に防止される。

レーザ顕微鏡１００において、ステージ１１０には、ステージ１１０上に置かれた培養容器２００の底面を露出させる観察窓１１４が設けられている。よって、ステージ１１０に置かれた培養容器２００は、底面側からも、上面側からも観察することができる。また、ステージ１１０に置かれた培養容器２００に対しては、底面側からも、上面側からも励起光を照射することができる。

培養容器２００は、保持部２１０および透過部２２０を有する。保持部２１０は、樹脂により形成された短い円筒形の形状を有する。保持部２１０は、円筒形の側壁を形成し、下端面においてステージ１１０の上面に接する。保持部２１０の下面中央は、開口部２１２を形成する。

透過部２２０は、保持部２１０により保持され、保持部２１０の開口部２１２を液密に封止して、培養容器２００の底面を形成する。これにより、培養容器２００は、培養液２４０を漏らすことなく収容できる。また、透過部２２０により形成された培養容器２００の底面は光学的に透明になる。

なお、保持部２１０は、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサン、シリコーンポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂により形成できる。透過部２２０は、例えば、カバーガラス等の透明な材料により形成できる。

培養容器２００において、透過部２２０の上面、即ち、培養容器２００の内側の底面には、温度応答性ポリマー層２３０が設けられる。温度応答性ポリマー層２３０は、例えば、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドにより形成できる。ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドは、３０度前後の温度で水和力が変化する。よって、細胞シート１１１を、酵素処理等によりダメージを与えることなく、培養容器２００の底面に固定または開放できる。

なお、温度応答性ポリマー層２３０の材料はポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドに限られるわけではなく、（メタ）アクリルアミド化合物、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドなどのＮ−（またはＮ，Ｎ−ジ）アルキル置換（メタ）アクリルアミド誘導体およびビニルエーテル誘導体のいずれか、または、２種以上を組み合わせて使用できる。また、上記以外のモノマー類との共重合、ポリマー同士のグラフトまたは共重合、ポリマー、コポリマーの混合物を用いてもよい。更に、所与の温度応答性を喪失しない範囲で架橋させて使用することもできる。

上記のような培養容器２００において、細胞シート１１１は、培養液２４０に浸漬され、温度応答性ポリマー層２３０により底面に固定された状態で観察される。培養容器２００の底面を形成する透過部２２０は透明なので、レーザ顕微鏡１００において、培養容器２００に収容したまま細胞シート１１１に光を照射できる。

図４は、カバー部材３００の模式的断面図である。カバー部材３００は、透過部３１０および接触防止部３２０を有する。透過部３１０は、培養容器２００の透過部２２０と同様に、カバーガラス等の透明な材料で形成されてカバー部材３００の底面を形成する。

筒状の接触防止部３２０は、透過部３１０を液密に保持して、カバー部材３００の側壁を形成する。また、接触防止部３２０は、内側に向かって突出する複数の位置決め部３３０を内面に有する。なお、接触防止部３２０は、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサン、シリコーンポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂により形成できる。

なお、図示のカバー部材３００には、底面に水１４５の液滴が形成されている。水１４５は、カバー部材３００が対物レンズ１４２に装着された場合に、対物レンズ１４２と透過部３１０との間を充填する。これにより、対物レンズ１４２の実効的な開口数（ＮＡ）をより大きくすることができる。

図５は、カバー部材３００の使用状態を示す模式的断面図である。培養容器２００に収容された細胞シート１１１は、サンプル１１２としてレーザ顕微鏡１００のステージ１１０上に置かれる。

培養容器２００における保持部２１０の下面は平坦に成形されており、培養容器２００は、ステージ１１０の上面に水平に支持される。また、培養容器２００における透過部２２０は、カバーガラスのように平坦なガラス板により形成されている。よって、透過部２２０の上面に、温度応答性ポリマー層２３０により固定された細胞シート１１１も、水平に固定される。

レーザ顕微鏡１００において、培養容器２００内の培養液に浸漬された細胞シート１１１を観察する場合、上側の対物レンズ１４２の先端、即ち、図中下端に、カバー部材３００が装着される。なお、対物レンズ１４２を保持する鏡筒の図中中程には、水平方向外側に向かって突出して設けられたフランジ部１４７が設けられている。なお、以下の記載においては、フランジ部１４７が設けられた鏡筒も含めて対物レンズ１４２と記載する。

カバー部材３００は、対物レンズ１４２の下側から、先端近傍を覆うように嵌め込まれる。これにより、カバー部材３００における位置決め部３３０の上端に形成された突起がフランジ部１４７の上端の縁に掛かる。これにより、カバー部材３００が、対物レンズ１４２から脱落することが防止される。

また、位置決め部３３０の下部は、フランジ部１４７の図中下面に当接する。これにより、カバー部材３００の透過部３１０が対物レンズ１４２に直接に当接することが規制される。よって、透過部３１０および対物レンズ１４２の間には、予め定められた幅の間隙が形成される。

こうして形成された透過部３１０および対物レンズ１４２の間隙は、空気よりも屈折率が大きな水１４５等の液体により充填される。これにより、対物レンズ１４２の開口数（ＮＡ）は、空気中で使用する場合よりも大きくなり、細胞シート１１１をより高倍率で観察することができる。

また、レーザ顕微鏡１００において細胞シート１１１を観察する場合、対物レンズ１４２に装着されたカバー部材３００の下端近傍は、培養容器２００に収容された培養液２４０に浸漬される。これにより、対物レンズ１４２を、被観察物である細胞シート１１１に対して十分に接近させて、高い倍率で観察できる。

レーザ顕微鏡１００において、下側の対物レンズ１４４は、ステージ１１０の観察窓１１４を通じて、培養容器２００の底面をなす透過部２２０下面に接近している。これにより、対物レンズ１４４を、被観察物である細胞シート１１１に対して十分に接近させることができる。

対物レンズ１４４と透過部２２０との間は、空気よりも屈折率が大きな水１４３等により充填することができる。これにより対物レンズ１４４の開口数（ＮＡ）を、空気中で使用する場合よりも大きくすることができる。

上記のようなレンズ顕微鏡において、細胞シートと１１１上側の対物レンズ１４２との間には、培養液２４０、透過部３１０および水１４５が介在する。一方、細胞シート１１１と下側の対物レンズ１４２との間には、温度応答性ポリマー層２３０、透過部２２０および水１４３が介在する。この場合、上側の対物レンズ１４２と下側の対物レンズ１４４とは、培養液２４０の光学的な特性と、温度応答性ポリマー層２３０の光学的特性との相違を除くと、被観察物としての細胞シート１１１に対して略対称に配置される。

また、上側の対物レンズ１４２および下側の対物レンズ１４４は、大きな開口数（ＮＡ）を有して、被観察物としての細胞シート１１１に十分に接近する。これにより、細胞シート１１１を、大きな倍率で観察することができる。

なお、下側の対物レンズ１４４と細胞シート１１１との間に温度応答性ポリマー層２３０が介在することを考慮して、細胞シート１１１を観察する場合に照射するレーザ光の波長を、温度応答性ポリマー層２３０を透過しやすいことを条件として選択してもよい。あるいは、温度応答性ポリマー層２３０の材料を選択できる場合は、照射するレーザ光の波長に対して透明なものを選択してもよい。

また、培養容器２００において、下側の対物レンズ１４４と細胞シート１１１とに挟まれる領域の温度応答性ポリマー層２３０を予め取り除いておいてもよい。これにより、上下の対物レンズ１４２、１４４に関して、細胞シート１１１に対して上下に対称な光学的条件を形成できる。このように、カバー部材３００は、レーザ顕微鏡１００の一部として形成できる。

なお、カバー部材３０１の下端部すなわち接触防止部３２０の下端部の外面は、滑らかな曲面または傾斜面を有する。よって、カバー部材３０１を培養液２４０に浸漬させたまま培養容器２００に対して相対的に変位させた場合に、培養液２４０を波立たせて気泡等が生じることを抑制できる。また、カバー部材３０１の下端のエッジが細胞シート１１１を損傷することが防止される。

図６は、カバー部材３００を用いた観察方法の手順を示す流れ図である。カバー部材３００を用いて、レーザ顕微鏡１００により細胞シート１１１を観察する場合は、まず、対物レンズ１４２とステージ１１０との間隔を大きく拡げた状態で、対物レンズ１４２の下端に、カバー部材３００を装着する（ステップＳ１０１）。対物レンズ１４２に取り付けられたカバー部材３００は、位置決め部３３０の先端と対物レンズ１４２の側面との摩擦により自重を支え、対物レンズ１４２と一体的に取り扱うことができる。

なお、カバー部材３００の内部で対物レンズ１４２と透過部３１０との間隙を充填する水１４５は、カバー部材３００を対物レンズ１４２に装着する前に、予めカバー部材３００に入れておいてもよい。また、水１４５は、カバー部材３００を対物レンズ１４２に装着した後に、カバー部材３００の中に流し込んでもよい。

次に、サンプル１１２をレーザ顕微鏡１００のステージ１１０に置く（ステップＳ１０２）。即ち、被観察物としての細胞シート１１１を収容した培養容器２００を、レーザ顕微鏡１００のステージ１１０に置く。ここで、培養容器２００の保持部２１０の下面がステージ１１０の上面に密着して、培養容器２００内の細胞シート１１１は、ステージ１１０と平行に、水平に固定される。培養容器２００の内部において、細胞シート１１１は培養液２４０に浸漬されている。

なお、下側の対物レンズ１４４と培養容器２００の透過部２２０との間隙を充填する水１４３は、培養容器２００をステージ１１０に置く前に、予め対物レンズ１４４の上端に保持させておいてもよい。また、水１４３は、培養容器２００をステージ１１０に置いた後に、対物レンズ１４４と透過部２２０との間隙に注いでもよい。

次に、上側の対物レンズ１４２を下降させて、レーザ顕微鏡１００により細胞シート１１１を観察する（ステップＳ１０３）。このとき、図５に示したように、カバー部材３００の下端を、培養容器２００内の培養液２４０に浸漬させることにより、対物レンズ１４２の下端を、培養容器２００内の細胞シート１１１に十分に接近させることができる。よって、レーザ顕微鏡１００を用いて、細胞シート１１１を高い倍率で観察できる。

また、カバー部材３００においては、透過部３１０に液密に結合された接触防止部３２０が対物レンズ１４２の下端近傍を包囲しているので、カバー部材３００を培養液２４０に浸漬させても、培養液２４０が対物レンズ１４２に接触することが防止される。これにより、対物レンズ１４２が接触することにより培養液２４０が汚染されることが防止される。

次に、対物レンズ１４２を上昇させて、対物レンズ１４２とステージ１１０との間を拡げ、培養容器２００をステージ１１０から取り出してサンプル１１２を回収する（ステップＳ１０４）。更に、対物レンズ１４２からカバー部材３００を取り外す（ステップＳ１０５）。こうして、ひとつのサンプル１１２を観察する一連の作業が完了する。

ステップＳ１０５において対物レンズ１４２から取り外したカバー部材３００は破棄し、レーザ顕微鏡１００により引き続き他のサンプル１１２を観察する場合は、まだ使用したことのない別のカバー部材３００を、ステップＳ１０１において、対物レンズ１４２に装着する。これにより、培養液２４０には常に清浄なカバー部材３００を浸漬させて、汚染を防止できる。

なお、使用後に対物レンズ１４２から取り外したカバー部材３００を洗浄して再利用することもできる。カバー部材の洗浄は、被観察物となるサンプル１１２の種類に応じて、流水、洗浄剤、ガス、紫外線、放射線等を利用できるが、バリデーションに耐える洗浄をするにはコストと時間がかかる。また、カバー部材３００は、接触防止部３２０を樹脂製とするなどして十分に廉価に製造されているので、再使用せずに破棄してもよい。更に、上記した例では、カバー部材３００を取り外して洗浄する例を示したが、カバー部材３００を対物レンズ１４２に取り付けた状態で洗浄または殺菌をしてもよい。

上記のような観察方法により、培養液２４０に浸漬する対物レンズ１４２の先端を常に清浄に保ち、被観察物としての細胞シート１１１の汚染とそれによる損傷を未然に防止できる。カバー部材３００は廉価であり、対物レンズ１４２に対して着脱自在なので簡単に交換できる。これにより、複数のサンプル１１２を順次観察する場合に、観察者の費用負担および作業負担が増すことが防止される。

更に、ユーザの利便を図り、対物レンズ１４２に対してカバー部材３００を自動的に交換する交換機構を設けてもよい。これにより、カバー部材３００の装着忘れ、交換忘れ等を防止して、細胞シート１１１の汚染を確実に防止できる。

交換機構は、例えば、カバー部材３００を搬送する搬送部を備える。搬送部は、搬送アームを有し、複数のカバー部材３００を収容する収容ケースから次に使用するカバー部材３００を搬送アームで取り出し、ステージ１１０上に搬送し、対物レンズ１４２に取り付ける。このとき、搬送アームの移動で対物レンズ１４２にカバー部材３００を取り付けてもよく、対物レンズ１４２の移動により対物レンズ１４２にカバー部材３００を取り付けてもよい。

観察後、カバー部材３００を対物レンズ１４２から搬送アームにより取り外し、収容ケースに回収する。搬送アームは、新たなカバー部材３００を収容ケースから取り出し、次の観察が開始する前に、対物レンズ１４２にカバー部材３００を取り付ける。

また、交換機構は、対物レンズ１４２をレーザ顕微鏡１００から取り外して搬送するレンズ搬送部を更に備えてよい。この場合、対物レンズ１４２を取り付けるための取付ステージを別途設け、レンズ搬送部により対物レンズ１４２を取付ステージに搬送し、上記搬送アームで搬送したカバー部材３００を取付ステージで対物レンズ１４２に取り付ける。カバー部材３００が取り付けられた対物レンズ１４２は、レンズ搬送部によりレーザ顕微鏡に取り付けられる。

更に、例えば、複数の対物レンズ１４２を設け、一つの対物レンズ１４２が使用されている間に、他の対物レンズ１４２にカバー部材３００を取り付けてもよい。この場合、複数の対物レンズ１４２を、被観察物を観察する観察位置と、対物レンズ１４２の着脱が行われる着脱位置との間で移動可能に設けてもよい。着脱位置に移動した対物レンズ１４２に取り付けられているカバー部材３００は、上記搬送部で取り外され、収容ケースに回収される。

対物レンズ１４２から取り外されたカバー部材３００を洗浄殺菌装置に搬送し、そこで洗浄または殺菌を行ってもよい。カバー部材３００の搬送は上記搬送部により行ってもよい。また、上記収容ケース内に洗浄殺菌機構を設け、収容ケース内で洗浄または殺菌を行ってもよい。

図７は、他のカバー部材３０１の構造と使用状態を示す模式的断面図である。ステージ１１０を含むレーザ顕微鏡１００と、被観察物としての細胞シート１１１を収容した培養容器２００とは、図５に示した例と変わらないので、同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のカバー部材３０１は、透過部３１０および接触防止部３２０に加えて、支持部３４０を有する。また、カバー部材３０１は、接触防止部３２０の内面から内側に突出して、対物レンズ１４２の側面に接する位置決め部３３０を有する。この位置決め部３３０は、カバー部材３０１の高さ方向については、位置決めはしない。

支持部３４０は、水平方向について、培養容器２００の外側まで延在し、更に、図中下方に伸びて、下端の接地部３４２においてステージ１１０の上に接する。これにより、カバー部材３０１は、ステージ１１０に対して位置決め固定される。また、支持部３４０によりカバー部材３０１がステージ１１０に対して位置決めされた場合、接触防止部３２０の下端に固定された透過部３１０は、ステージ１１０上に置かれた培養容器２００内の培養液２４０に浸漬される。

更に、カバー部材３０１がステージ１１０上に置かれている場合、対物レンズ１４２を、接触防止部３２０の上方からカバー部材３０１の内部に挿入することができる。挿入された対物レンズ１４２の先端（下端）と透過部３１０との間隙は、水１４５が充填される。これにより、対物レンズ１４２の実効的な開口数（ＮＡ）をより大きくすることができる。

また、カバー部材３０１に挿入された対物レンズ１４２に対しては、接触防止部３２０の位置決め部３３０が、対物レンズ１４２の側面に接する。この状態で対物レンズ１４２が培養容器２００に対して水平方向に相対的に変位した場合、カバー部材３０１は、対物レンズ１４２に追従してステージ１１０に対して水平方向に相対的に変位する。よって、カバー部材３０１を用いた場合は、被観察物としての細胞シート１１１において、水平方向に異なる位置を観察することができる。

なお、カバー部材３０１の外周面と下端面は、滑らかな曲面または傾斜面により結合されている。よって、カバー部材３０１を培養液２４０に浸漬させたまま培養容器２００に対して相対的に変位させた場合に、培養液２４０を波立たせて気泡等が生じることを抑制できる。また、カバー部材３０１の下端のエッジが細胞シート１１１を損傷することが防止される。このように、カバー部材３０１は、レーザ顕微鏡１００の一部として形成することができる。

図８は、カバー部材３０１を用いた観察方法の手順を示す流れ図である。カバー部材３０１を用いて、レーザ顕微鏡１００により細胞シート１１１を観察する場合は、まず、対物レンズ１４２とステージ１１０との間隔を大きく拡げた状態で、細胞シート１１１を収容した培養容器２００を、サンプル１１２としてステージ１１０に置く（ステップＳ２０１）。

なお、下側の対物レンズ１４４と培養容器２００の透過部２２０との間隙を充填する水１４３は、培養容器２００をステージ１１０に置く前に、予め対物レンズ１４４の上端に保持させておいてもよい。また、水１４３は、培養容器２００をステージ１１０に置いた後に、対物レンズ１４４と透過部２２０との間隙に注いでもよい。

次に、ステージ１１０の上に、培養容器２００に重ねてカバー部材３０１を置く（ステップＳ２０２）。これにより、カバー部材３０１における透過部３１０と、接触防止部３２０の下端近傍は、培養容器２００内の培養液２４０に浸漬される。

次いで、対物レンズ１４２を下降させて、対物レンズ１４２の下端をカバー部材３０１の接触防止部３２０の内側に挿入する。カバー部材３０１の下端は既に培養液２４０に浸漬されているので、対物レンズ１４２は、細胞シート１１１に十分に接近させることができる。こうして、対物レンズ１４２を用いて、培養容器２００内に固定された細胞シート１１１を、レーザ顕微鏡１００により観察する（ステップＳ２０３）。

なお、対物レンズ１４２と透過部３１０との間隙を充填する水１４５は、対物レンズ１４２を挿入する前に、カバー部材３０１に入れておいてもよい。また、また、水１４５は、対物レンズ１４２をカバー部材３０１に挿入した後に、カバー部材３０１の中に流し込んでもよい。

次に、対物レンズ１４２を上昇させて、対物レンズ１４２をカバー部材３０１から抜き取り、次いで、ステージ１１０からカバー部材３０１を取り外す（ステップＳ３０４）。カバー部材３０１は、ステージ１１０に対して着脱自在なので、容易に取り外すことができる。更に、培養容器２００をステージ１１０から取り出してサンプル１１２を回収する（ステップＳ２０５）。こうして、細胞シート１１１を観察する一連の作業が完了する。

図７に示した例では、カバー部材３０１が支持部３４０を有する例を示したが、これに代えて、ステージ１１０に該ステージから立つ支持部を設け、この支持部上にカバー部材３０１を載置してもよい。この場合、カバー部材３０１の接触防止部３２０の側面から支持部上に伸びる延在部を設ける。

図９は、他のカバー部材３０２を含む観察器具４０１の構造とその使用状態を示す模式的断面図である。ステージ１１０を含むレーザ顕微鏡１００と、被観察物としての細胞シート１１１を収容した培養容器２００とは、図５に示した例と変わらないので、同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のカバー部材３０２は、透過部３１０および接触防止部３２０に加えて、支持部３４０を有する。カバー部材３０２において、透過部３１０および接触防止部３２０の形状は、カバー部材３００と変わらない。ただし、接触防止部３２０の内面に位置決め部３３０は設けられていない。

カバー部材３０２において、支持部３４０は、水平方向について、培養容器２００の外側まで延在し、培養容器２００の保持部２１０の上端に載っている。また、支持部３４０における培養容器２００外側の端部は、僅かに下方に伸びてフランジ部３４４を形成する。これにより、カバー部材３０２は、対物レンズ１４２でもステージ１１０でもなく、培養容器２００に対して固定される。カバー部材３０２が培養容器２００に対して固定された場合、接触防止部３２０の下端に固定された透過部３１０は、培養容器２００内の培養液２４０に浸漬される。

更に、カバー部材３０２が固定された培養容器２００がステージ１１０上に置かれた場合、対物レンズ１４２を、接触防止部３２０の上方からカバー部材３０２の内部に挿入できる。挿入された対物レンズ１４２の先端（下端）と透過部３１０との間隙は、水１４５により充填される。これにより、対物レンズ１４２の実効的な開口数（ＮＡ）をより大きくすることができる。

図１０は、カバー部材３０２を用いた観察方法の手順を示す流れ図である。カバー部材３０２を用いて、レーザ顕微鏡１００により細胞シート１１１を観察する場合は、まず、カバー部材３０２を培養容器２００に装着して固定する（ステップＳ３０１）。

これにより、カバー部材３０２における透過部３１０と、接触防止部３２０の下端近傍は、培養容器２００内の培養液２４０に浸漬される。カバー部材３０２は培養容器２００に対して着脱自在ではあるものの、以後、培養容器２００と一体的に取り扱われる。

次に、カバー部材３０２を装着された培養容器２００は、ステージ１１０の上に置かれる（ステップＳ３０２）。培養容器２００をステージ１１０上に置いた後に、カバー部材３０２を培養容器２００に装着してもよい。下側の対物レンズ１４４と培養容器２００の透過部２２０との間隙を充填する水１４３は、培養容器２００をステージ１１０に置く前に、予め対物レンズ１４４の上端に保持させておいてもよい。また、水１４３は、培養容器２００をステージ１１０に置いた後に、対物レンズ１４４と透過部２２０との間隙に注いでもよい。

次に、対物レンズ１４２を下降させて、対物レンズ１４２の下端をカバー部材３０２の接触防止部３２０の内側に挿入する。カバー部材３０２の下端は既に培養液２４０に浸漬されているので、対物レンズ１４２を、被観察物である細胞シート１１１に十分に接近させることができる。こうして、対物レンズ１４２を用いて、培養容器２００内に固定された細胞シート１１１を、レーザ顕微鏡１００により観察する（ステップＳ３０３）。

なお、対物レンズ１４２と透過部３１０との間隙を充填する水１４５は、対物レンズ１４２を挿入する前に、カバー部材３０２に入れておいてもよい。また、また、水１４５は、対物レンズ１４２をカバー部材３０２に挿入した後に、カバー部材３０２の中に流し込んでもよい。

次に、対物レンズ１４２を上昇させて、対物レンズ１４２をカバー部材３０２から抜き取り、次いで、ステージ１１０からカバー部材３０２および培養容器２００を取り出す（ステップＳ３０４）。更に、培養容器２００からカバー部材３０２を取り外す（ステップＳ３０５）。こうして、細胞シート１１１を観察する一連の作業が完了する。

なお、カバー部材３０２を使用した上記の一連の手順において、培養容器２００にカバー部材３０２を装着する段階（ステップＳ３０１）と、培養容器２００からカバー部材３０２を取り外す段階（ステップＳ３０５）とは省いてもよい。即ち、カバー部材３０２を、培養容器２００の蓋として当初より装着したままとし、レーザ顕微鏡による観察後も、カバー部材３０２を培養容器２００の蓋として用いてもよい。これにより、同じサンプル１１２を再度観察する場合に、別のカバー部材３０２を用いなくてもすむ。また、カバー部材３０２の着脱の手間も省かれる。

図１１は、他のカバー部材３０３を含む観察器具４０２の構造と使用状態を示す模式的断面図である。図中、ステージ１１０を含むレーザ顕微鏡１００と、被観察物としての細胞シート１１１を収容した培養容器２００とは、図５に示した例と変わらない。また、カバー部材３０３は、次に説明する部分を除くと、図９に示したカバー部材３０２と同じ構造を有する。よって、同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

カバー部材３０３においては支持部３４０が、培養容器２００の保持部２１０よりも外側まで水平に拡がっている点に固有の構造を有する。また、支持部３４０の外周縁部に設けられたフランジ部３４４は、培養容器２００の外周面から離れている。

更に、カバー部材３０３は、接触防止部３２０の内面から内側に向かって突出する位置決め部３３０を有する。位置決め部３３０は、対物レンズ１４２の側面に当接して、対物レンズ１４２に対するカバー部材３０３の水平方向の相対位置を位置決めする。

このような構造により、対物レンズ１４２が培養容器２００に対して水平方向に相対的に変位した場合に、カバー部材３０３は、対物レンズ１４２に追従して、培養容器２００に対して水平方向に相対的に変位する。よって、カバー部材３０３を用いた場合、被観察物としての細胞シート１１１において、水平方向に異なる複数の位置を観察できる。

なお、カバー部材３０３における接触防止部３２０の外周面と下端面とは滑らかな曲面または傾斜面により結合されている。よって、カバー部材３０３を培養液２４０に浸漬させたまま培養容器２００に対して相対的に変位させた場合に、培養液２４０を波立たせて気泡等が生じることが抑制される。また、カバー部材３０３の下端のエッジが細胞シート１１１を損傷することが防止される。

図１２は、他のカバー部材３０４を含む観察器具４０３の構造と使用状態を示す模式的断面図である。観察器具４０３は、カバー部材３０４と、カバー部材３０４を装着した培養容器２００とを有する。図１２において、ステージ１１０を含むレーザ顕微鏡１００と、被観察物としての細胞シート１１１を収容した培養容器２００とは、図５に示した例と変わらないので、同じ要素に同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図示のカバー部材３０４は、共通の単一の支持部３４０に対して、複数組の透過部３１０および接触防止部３２０を有する点において、図９に示したカバー部材３０２と異なっている。また、カバー部材３０４のフランジ部３４４は、培養容器２００の側面から突出したキー２５０と嵌合するキー溝３５０を有する。

上記のようなカバー部材３０４を用いた場合、図９に示したカバー部材３０２を使用する場合と同様に、図１０に示した手順でレーザ顕微鏡１００による細胞シート１１１の観察を実行できる。更に、カバー部材３０４は、位置の異なる複数の透過部３１０を有するので、培養容器２００に収容された細胞シート１１１の異なる位置を、カバー部材３０４を取り外すことなく、また、カバー部材３０４を移動させることなく観察できる。

図１３は、図１２に示した観察器具４０３の斜視図である。なお、図１２に示した断面は、図１３において矢印Ｓで示す断面に相当する。観察器具４０３のカバー部材３０４において、複数の透過部３１０の各々は、接触防止部３２０の下端に液密に保持される。また、透過部３１０を保持した接触防止部３２０は、円形の支持部３４０において２次元的に配列される。

培養容器２００の保持部２１０の上端に載っているので、カバー部材３０４は、培養容器２００に対して垂直方向に位置決めされる。また、カバー部材３０４におけるフランジ部３４４が、培養容器２００の保持部２１０の周囲を包囲するので、カバー部材３０４は、水平方向について培養容器２００に対して固定される。

更に、培養容器２００から外向きに突出したキー２５０と、フランジ部３４４に形成されたキー溝３５０とが嵌合するので、カバー部材３０４は、培養容器２００に対して回転を規制される。一方、既に説明した通り、被観察物としての細胞シート１１１は、温度応答性ポリマー層２３０により培養容器２００に対して固定されている。よって、カバー部材３０４における複数の透過部３１０と、培養容器２００に収容された細胞シート１１１との位置関係は固定され、複数の透過部３１０から培養容器２００内の細胞シートを観察する場合に、使用する透過部３１０に応じて、細胞シート１１１の決まった位置を観察できる。

なお、カバー部材３０４も、培養容器２００の蓋として使用し続けることができる。ただし、カバー部材３０４を蓋として用いる場合は、図１３に点線で示すように、気体を透過できる止水弁３６０を設けて、培養容器２００に収容された細胞シート１１１の呼吸を妨げないことが好ましい。

本実施例では、被観察物として細胞シートを用いた例を示した。しかしながら、細胞シートに代えて、シート状をなさない細胞、例えば皮膚の断片のような組織、細菌のような微生物等の観察に、本発明を用いることができる。細胞の種類も、人工多機能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、胚性幹細胞（ＥＳ細胞）等を用いてもよい。

以上、実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ レーザ顕微鏡、１１０ ステージ、１１１ 細胞シート、１１２ サンプル、１１４ 観察窓、１２０ レーザ装置、１２２、１２４ レーザ光源、１２６ コンバイナ、１３０ 走査系、１３２ ガルバノスキャナ、１３４ スキャンレンズ、１３６ 一次像面、１４０ 光学系、１４２、１４４ 対物レンズ、１４３、１４５ 水、１４６ コンデンサレンズ、１４７、３４４ フランジ部、１４８ 反射鏡、１５０ 検出系、１５２ 集光レンズ、１５４ リレーレンズ、１５６ 光電子増倍管、１５８ ダイクロイックミラー、１６０ 制御系、１６２ 制御部、１６４ キーボード、１６６ マウス、１６８ 表示部、２００ 培養容器、２１０ 保持部、２１２ 開口部、２２０、３１０ 透過部、２３０ 温度応答性ポリマー層、２４０ 培養液、２５０ キー、３００、３０１、３０２、３０３、３０４ カバー部材、３２０ 接触防止部、３３０ 位置決め部、３４０ 支持部、３４２ 接地部、３５０ キー溝、３６０ 止水弁、４０１、４０２、４０３ 観察器具

Claims (21)

1. 顕微鏡において被観察物に対向する対物レンズと前記被観察物との間に介在して、前記被観察物から射出された射出光を透過させる透過部と、
   前記透過部を保持し、前記透過部において前記被観察物に対向する面が液体に浸漬された場合に、前記対物レンズが前記液体に触れることを防止する接触防止部と
   を備えるカバー部材。
2. 前記透過部は、前記接触防止部により保持されたカバーガラスを含む請求項１に記載のカバー部材。
3. 前記接触防止部は、前記透過部に液密に結合された樹脂筒を含む請求項１または請求項２に記載のカバー部材。
4. 前記対物レンズに対して着脱自在に固定される請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のカバー部材。
5. 前記被観察物を支持する試料台に対して着脱自在に固定される請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のカバー部材。
6. 前記被観察物を収容した容器に対して着脱自在に固定される請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のカバー部材。
7. 共通の支持部に支持された複数の前記接触防止部と、前記複数の接触防止部に個別に保持された複数の前記透過部を備える請求項５または請求項６に記載のカバー部材。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のカバー部材を備える顕微鏡。
9. 前記被観察物における観察面に対して、前記対物レンズと対称な位置に配された他の対物レンズを備える請求項８に記載の顕微鏡。
10. 前記カバー部材を交換する交換機構を備える請求項８または請求項９に記載の顕微鏡。
11. 培養液に浸漬された被観察物を観察するレーザ顕微鏡である請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の顕微鏡。
12. 前記被観察物は、細胞、組織および微生物のいずれかである請求項１１に記載の顕微鏡。
13. 前記被観察物は、細胞シートである請求項１２に記載の顕微鏡。
14. 前記対物レンズと前記透過部との間が、前記液体とは異なる他の液体により満たされる請求項８から請求項１３までのいずれか一項に記載の顕微鏡。
15. 前記他の液体は水である請求項１４に記載の顕微鏡。
16. 顕微鏡において被観察物に対向する対物レンズと前記被観察物との間に介在して、前記被観察物から射出された射出光を透過させる透過部と、前記透過部に結合され、前記透過部において被観察物に対向する面が液体に浸漬された場合に、前記対物レンズに前記液体が触れることを防止する接触防止部とを備えるカバー部材の前記透過部を液体に浸漬するカバー部材浸漬段階と、
    前記カバー部材の内部において、前記被観察物に接近させる対物レンズ接近段階と
    を含む観察方法。
17. 前記カバー部材を前記対物レンズに対して固定するカバー部材固定段階を更に含み、
    前記カバー部材浸漬段階および前記対物レンズ接近段階を同時に実行する請求項１６に記載の観察方法。
18. 前記カバー部材浸漬段階は、前記カバー部材を前記被観察物に対して固定する段階を含み、
    前記対物レンズ接近段階は、被観察物に対して固定された前記カバー部材の内部に前記対物レンズを挿入する段階を含む
    請求項１６または請求項１７に記載の観察方法。
19. 前記液体に浸漬する毎に、前記カバー部材を交換するカバー部材交換段階を更に含む請求項１６から請求項１８までのいずれか一項に記載の観察方法。
20. 顕微鏡において被観察物に対向する対物レンズと前記被観察物との間に介在して、前記被観察物から射出された射出光を透過させる透過部と、前記透過部を保持し、前記透過部において前記被観察物に対向する面が液体に浸漬された場合に、前記対物レンズが前記液体に触れることを防止する接触防止部とを備えるカバー部材と、
    顕微鏡により観察する被観察物を収容して、前記カバー部材が取り付けられる容器と
    を備える観察器具。
21. 顕微鏡により観察される被観察物が浸漬された液体を収容する容器と、
    前記液体に浸漬された前記被観察物から射出された射出光を外部に向かって透過させる透過部、および、前記透過部において前記射出光が射出される面が前記液体に触れることを防止する接触防止部を有して前記容器に取り付けられるカバー部材と
    を備える観察器具。

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