JP2017148037A - ヘッド装置及び移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸引口を有するチップを用いた対象物の吸引及び吐出の作業を高度に自動化する。
【解決手段】対象物の吸引、及び吸引された対象物の吐出を行う吸引口を有するチップが装着されるチップ装着部と、上下方向への移動によって吸引口に吸引力又は吐出力を発生させる軸部材１１と、を備えたヘッド１０と、軸部材１１を上下方向へ移動させる駆動力を発生する第１モータ３１と、ヘッド１０及び第１モータ３１を保持するフレーム部材２１と、フレーム部材２１を上下方向へ移動させる駆動力を発生する第２モータ３２と、第１モータ３１の駆動を制御することによって軸部材１１の上下方向の移動を制御すると共に、第２モータ３２の駆動を制御することによってヘッド１０の高さ位置を制御する制御部と、を備えるヘッド装置１。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば細胞凝集塊のような対象物の吸引、及び前記吸引した対象物の吐出を行うシリンダチップが装着されるヘッドを用いたヘッド装置及び対象物の移動装置に関する。

ある対象物を、一の容器から他の容器へ移動させる移動装置は、各種の技術分野において必要とされている。例えば、多数個の移動対象物、例えば小型部品、有機又は無機の破砕片や粒子、細胞等を貯留する第１容器と、前記移動対象物を受け入れる第２容器とが有る場合に、前記第１容器からいくつかの前記移動対象物を抽出し、これを前記第２容器に移動させる装置が挙げられる。このような移動装置には、前記第１容器からの対象物の吸引、及び前記吸引した対象物の前記第２容器への吐出を行う吸引チップが必要となる。

特許文献１には、細胞凝集塊を移動対象物とし、吸引チップ（マイクロピペット）を用いて分注用ウェルから前記細胞凝集塊を吸引し、これを細胞シャーレに吐出させる技術が開示されている。細胞凝集塊は、液体中に保持されており、前記吸引の際には前記吸引チップの先端開口部が前記液体中に浸漬される。このため、吸引チップは、１回の吸引及び吐出を終えた後、廃棄処分とせねばならない場合がある。

対象物の移動作業において、前記吸引チップを用いた対象物の吸引及び吐出を含む一連の動作を高度に自動化する要請がある。しかし、現状では、上記吸引チップを手動操作するか、或いは吸引力の発生機構だけを吸引チップに付設する程度の自動化しか進んでいない。従って、上記移動作業の作業効率は、現状において良いと言うことはできない。

特開２００９−３４０１３号公報

本発明の目的は、吸引口を有するチップを用いた対象物の吸引、及び前記吸引した対象物の吐出の作業を高度に自動化できるヘッドを用いたヘッド装置及び対象物の移動装置を提供することにある。

本発明の一局面に係るヘッド装置は、対象物の吸引、及び吸引された前記対象物の吐出を行う吸引口を有するチップが装着されるチップ装着部と、上下方向への移動によって前記吸引口に吸引力又は吐出力を発生させる軸部材と、を備えたヘッドと、前記軸部材を上下方向へ移動させる駆動力を発生する第１モータと、前記ヘッド及び前記第１モータを保持するフレーム部材と、前記フレーム部材を上下方向へ移動させる駆動力を発生する第２モータと、前記第１モータの駆動を制御することによって前記軸部材の上下方向の移動を制御すると共に、前記第２モータの駆動を制御することによって前記ヘッドの高さ位置を制御する制御部と、を備える。

本発明の他の局面に係る移動装置は、上記のヘッド装置と、対象物を貯留する第１容器と、対象物を受け入れる第２容器と、前記ヘッド装置を前記第１容器と前記第２容器との間において水平方向に移動させるヘッド移動機構と、を備える。

本発明によれば、対象物の吸引及び吐出を行うチップを有するヘッドに、吸引力及び吐出力を発生させるための第１モータと、ヘッド自体を上下動させるための第２モータとが備えられているので、ヘッド単体での機能性を高めることができ、対象物の吸引及び吐出の作業における高度の自動化に寄与することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るヘッド装置の外観を、ユニットフレームに組み付けられた状態で示す斜視図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、前記ヘッド装置の斜視図であって、図２（Ａ）はヘッドがＺ軸方向に上昇している状態を、図２（Ｂ）はＺ軸方向に下降している状態を各々示す図である。 図３は、ヘッド装置の側断面図である。 図４は、シリンダチップの断面図である。 図５は、シリンダチップの分解斜視図である。 図６（Ａ）〜（Ｅ）は、前記シリンダチップによる細胞凝集塊の吸引及び吐出動作を示す模式図である。 図７は、ヘッド及びその近傍の断面図である。 図８は、ヘッドの分解斜視図である。 図９は、ヘッドにおいて吐出ロッドが上昇している状態を示す斜視図である。 図１０は、図９の状態のヘッドの要部断面図である。 図１１は、ヘッドにおいて吐出ロッドが下降している状態を示す斜視図である。 図１２は、図１１の状態のヘッドの要部断面図である。 図１３は、第１筒状ロッドが下降し、シリンダチップが取り外される状態を示す断面図である。 図１４は、ヘッド装置の制御構成を示すブロック図である。 図１５は、上記ヘッド装置が適用される、細胞移動装置の斜視図である。 図１６は、ヘッドユニットの斜視図である。 図１７は、前記細胞移動装置における、細胞移動ラインの構成要素を示す斜視図である。

以下、本発明に係るシリンダチップ装着用ヘッド及び該ヘッドを用いたヘッド装置の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

この実施形態においては、シリンダチップによる吸引及び吐出の対象物が生体由来の細胞、特に細胞凝集塊である場合について説明する。なお、対象物は細胞凝集塊に限られるものではなく、小型の電子部品や機械部品、有機又は無機の破砕片や粒子、ペレット等であっても良い。

図１は、本発明の実施形態に係るヘッド装置１の外観を、ユニットフレーム２０に組み付けられた状態で示す斜視図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、ヘッド装置１の単体の斜視図、図３は、ヘッド装置１の側断面図である。ヘッド装置１は、シリンダチップ７０が装着されるヘッド１０と、ヘッド１０を保持する第１フレーム２１（フレーム部材）と、第１フレーム２１が取り付けられ上下方向（Ｚ方向）に移動する第２フレーム２２と、第１フレーム２１に搭載されヘッド１０を駆動する第１モータ３１（モータ）と、第２フレーム２２をＺ方向に移動させるボールねじ装置３Ａとを備えている。このようなヘッド装置１の複数がユニットフレーム２０に組み付けられることで、ヘッドユニットが構成される。

ヘッド１０は、その下端にシリンダチップ７０が取り付けられ、該シリンダチップ７０に対象物の吸引及び吐出動作を行わせる。ヘッド１０は、上下方向に移動する軸部材１１と、軸部材１１（第２ねじ軸１２）の下端に取り付けられ軸部材１１と一体的に上下方向に移動する第１筒状ロッド１３と、第１筒状ロッド１３を上下方向に移動可能に収容する不動の第２筒状ロッド１４と、第１筒状ロッド１３内に収容される吐出ロッド１５とを含む。ヘッド１０の詳細構造については、図７及び図８に基づき、後記で詳述する。

ユニットフレーム２０は、ＹＺ方向に延びる保持平面２０Ｓを備えた平板状の金属フレームである。図１では、１個のヘッド装置１が組み付けられている状態を示しているが、本実施形態のユニットフレーム２０は、４個のヘッド装置１をＹ方向に並列に並べて保持することが可能である。保持平面２０Ｓの＋Ｚ方向の端部付近（上端付近）には、Ｙ方向に延びるホルダー部２０１が突設されている。ホルダー部２０１は、Ｚ方向に当該ホルダー部２０１を貫通する４個の貫通孔２０２を備える。この貫通孔２０２には、次述のねじ軸３３の上端軸受け３２２が嵌め込まれ、且つ、上端軸受け３２２がビス止めにてホルダー部２０１に固定される。保持平面２０Ｓの中央から−Ｚ方向の端部付近（下端付近）には、Ｚ方向に延びるガイドレール２０３が取り付けられている。ガイドレール２０３は、第１フレーム２１のＺ方向の移動をガイドするために配置されている。

ボールねじ装置３Ａは、Ｚ方向に配置された、第２モータ３２、カップリング３２１、上端軸受け３２２、ねじ軸３３及びナット部材３４を含む。第２モータ３２は、ねじ軸３２２を軸回りに正回転及び逆回転させる回転駆動力を発生するモータである。カップリング３２１は、第２モータの出力軸とねじ軸３２２の上端を連結する部材である。上端軸受け３２２は、ねじ軸３３の上端を回転自在に支持する。上端軸受け３２２は、筒状部とフランジ部とを備え、前記筒状部が上述の貫通孔２０２に嵌め込まれ、前記フランジ部がホルダー部２０１の上面で保持される。ねじ軸３３は、Ｚ方向に延び、周面に雄ねじが刻まれている。ナット部材３４は、雌ねじを内面に有し、ねじ軸３３に螺合されている。ねじ軸３３が正回転又は逆回転することで、ナット部材３４は上方（＋Ｚ）又は下方（−Ｚ）に移動する。

第１フレーム２１は、第１モータ３１を保持する役目、軸部材１１の上端側軸受けを保持する役目、及び、第２筒状ロッド１４を固定的に保持する役目を果たす。この第１フレーム２１の詳細構造については、図７に基づき、後記で詳述する。

第２フレーム２２は、Ｚ方向に延びる垂直部２２１と、この垂直部２２１の上端から−Ｘ方向に突出する水平部２２２とを備えるＬ字型のフレームである。垂直部２２１の下端付近には、第１フレーム２１が固定されている。水平部２２２にはＺ方向の貫通孔が備えられ、ボールねじ装置３Ａのナット部材３４が、前記貫通孔に嵌め込まれた状態で水平部２２２に固定されている。従って、ねじ軸３３が回転駆動され、ナット部材３４が上方又は下方に移動すると、第２フレーム２２及びこれに連結されている第１フレーム２１も連動して上方又は下方に移動する。図２（Ａ）は第１、第２フレーム２１、２２が上昇している状態を、図２（Ｂ）は下降している状態を各々示している。

水平部２２２の−Ｘ側端面には、ケーブルトレイ２３が取り付けられている。ケーブルトレイ２３は、第１モータ３１の給電ケーブル２４を保持している。給電ケーブル２４の上端付近は、屈曲保護部材２５で保護されている。屈曲保護部材２５は上方に向けて凸に湾曲した部分であり、第２フレーム２２の上下動に追従して変形する。この屈曲保護部材２５の下端付近の垂直部分に対向して、Ｚ軸センサ２６が配置されている。Ｚ軸センサ２６は、第２フレーム２２のＺ方向位置、ひいてはヘッド１０のＺ方向位置を検知するためのセンサである。

続いて、本実施形態のヘッド１０に装着されるシリンダチップ７０について説明する。図４は、シリンダチップ７０の断面図、図５は、シリンダチップ７０の分解斜視図である。シリンダチップ７０は、細胞凝集塊（対象物）の吸引経路となる管状通路７１Ｐを内部に備えるシリンジ７１と、管状通路７１Ｐを画定するシリンジ７１の内周壁と摺接しつつ管状通路７１Ｐ内を進退移動するプランジャ７２とを備える。

シリンジ７１は、大径の円筒体からなるシリンジ基端部７１１と、細径で長尺の円筒体からなるシリンジ本体部７１２と、基端部７１１と本体部７１２とを繋ぐテーパ筒部７１３とを含む。管状通路７１Ｐは、シリンジ本体部７１２に形成されている。シリンジ本体部７１２の先端には、吸引口７１Ｔ（吐出口でもある）が設けられている。プランジャ７２は、円筒体からなるプランジャ基端部７２１と、針状のプランジャ本体部７２２と、基端部７２１と本体部７２２とを繋ぐ半球部７２３とを含む。

シリンジ基端部７１１は、円筒型の中空部７１Ｈを備えている。プランジャ基端部７２１の外径は、中空部７１Ｈの内径よりも所定長だけ小さく設定されている。プランジャ本体部７２２の外径は、管状通路７１Ｐの内径よりも僅かに小さく設定されている。また、テーパ筒部７１３の内周面の形状は、半球部７２３の外周面の曲面形状に合致している。プランジャ基端部７２１が中空部７１Ｈ内に収容され、プランジャ本体部７２２がシリンジ本体部７１２の管状通路７１Ｐに挿通される態様で、シリンジ７１に対してプランジャ７２が組み付けられている。

図５では、プランジャ７２がシリンジ７１から抜き出された状態を示しているが、図４では、プランジャ本体部７２２がシリンジ本体部７１２に最も深く挿通されている状態、つまりプランジャ７２が最も下降した状態を示している。このとき、テーパ筒部７１３のキャビティに、半球部７２３が完全に受容された状態となる。プランジャ本体部７２２の長さは、シリンジ本体部７１２よりもやや長く、図４の状態では、吸引口７１Ｔから先端部７２４が突出している。また、シリンジ基端部７１１の内周面とプランジャ基端部７２１の外周面との間にはギャップが存在している。

プランジャ７２は、図４の状態から、シリンジ７１に対して＋Ｚ方向（上方向）へ移動することができる。所定長だけ＋Ｚ方向にプランジャ７２が移動すると、プランジャ本体部７２２の先端部７２４は管状通路７１Ｐの内部に没する。この際、吸引口７１Ｔに吸引力を発生させ、該吸引口７１Ｔの周囲の液体（本実施形態では細胞培養液）を管状通路７１Ｐ内へ吸引することができる。この吸引の後、プランジャ７２を−Ｚ方向（下側）へ移動させると、前記管状通路７１Ｐ内へ吸引された液体を吸引口７１Ｔから吐出させることができる。

プランジャ基端部７２１には、＋Ｚ方向の端面に開口を有する、円筒状の中空空間からなる装着孔７２Ｈが備えられている。この装着孔７２Ｈには、後述する吐出ロッド１５のプランジャ装着部１５２が圧入される。該圧入によって、吐出ロッド１５とプランジャ７２とが一体化される。プランジャ基端部７２１の＋Ｚ方向端面は、第１筒状ロッド１３の−Ｚ方向端面と対向している。シリンジ基端部７１１の中空部７１Ｈには、不動の第２筒状ロッド１４のシリンジ装着部１４２が圧入される。

続いて、図６（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、シリンダチップ７０による細胞凝集塊Ｃの吸引及び吐出動作を説明する。ここでは、シリンダチップ７０にて、第１容器Ｃ１に貯留されている細胞培養液Ｌｍ１中に存在する細胞凝集塊Ｃを吸引し、第２容器Ｃ２に貯留されている細胞培養液Ｌｍ１中に当該細胞凝集塊Ｃを吐出する場合について説明する。

シリンダチップ７０による細胞凝集塊Ｃの吸引乃至吐出動作は、次のステップ１〜６からなる。
［ステップ１］図６（Ａ）に示すように、シリンダチップ７０を吸引対象とする細胞凝集塊Ｃの真上に移動させる。
［ステップ２］プランジャ７２がシリンジ７１に対して相対的に上方（＋Ｚ方向）に移動しており、プランジャ本体部７２２の先端部７２４がシリンジ本体部７１２内に没入した状態であるときは、図６（Ｂ）に示すように、プランジャ７２を最も下方（−Ｚ方向）に移動させ、先端部７２４を吸引口７１Ｔから突出させる。つまり、シリンジ本体部７１２の管状通路７１Ｐ内に空気が存在しない状態とする。
［ステップ３］その後、図６（Ｃ）に示すように、シリンダチップ７０を全体的に下降させ、吸引口７１Ｔを第１容器Ｃ１の細胞培養液Ｌｍ１中に突入させる。このとき、なるべく吸引口７１Ｔを細胞凝集塊Ｃに接近させる。
［ステップ４］続いて、図６（Ｄ）に示すように、プランジャ７２を所定高さだけ上方へ移動させる。この動作により、吸引口７１Ｔには吸引力が発生し、細胞凝集塊Ｃと一部の細胞培養液Ｌｍａとがシリンジ本体部７１２内に吸引される。この状態で、シリンダチップ７０は全体的に上昇され、第２容器Ｃ２の配置位置まで移動される。
［ステップ５］そして、図６（Ｅ）に示すように、吸引口７１Ｔが第２容器Ｃ２の細胞培養液Ｌｍ２中に突入するまで、シリンダチップ７０が全体的に下降される。しかる後、所定高さ位置にあるプランジャ７２を、先端部７２４が吸引口７１Ｔから突出するまで下降させる。この下降動作により、細胞凝集塊Ｃは第２容器Ｃ２の細胞培養液Ｌｍ２中に吐出される。
［ステップ６］図示は省略しているが、シリンダチップ７０をヘッド１０から離脱させる。これは、一度細胞培養液に浸漬されたシリンダチップ７０は再利用できないケースが多く、新たなシリンダチップ７０をヘッド１０に再装着できるようにするためである。勿論、１回の使用毎にシリンダチップ７０を交換せず、細胞の成分による汚濁で使用に支障が出るまでの複数回（例えば２０〜３０回の吸引及び吐出）だけ同一のシリンダチップ７０を使用し、その後に当該シリンダチップ７０をヘッド１０から離脱させるようにしても良い。

以上のシリンダチップ７０を用いたステップ１〜６を自動的に実行させる機能を、本実施形態のヘッド装置１（ヘッド１０）は備えている。以下、ヘッド１０の詳細構造について説明する。図７は、ヘッド１０及びその近傍（第１フレーム２１）の断面図、図８は、ヘッド１０の分解斜視図である。

ヘッド１０は、Ｚ方向に配置された、軸部材１１、第１筒状ロッド１３、第２筒状ロッド１４と、吐出ロッド１５、連結片１６、連結ピン１７、コイルバネ１８（弾性部材）及びストッパ１９を備えている。第１フレーム２１は、上下方向（Ｚ方向）に延びる垂直フレーム２１１と、垂直フレーム２１１の上端に組み付けられ−Ｘ方向に突出する保持フレーム２１２と、保持フレーム２１２の上に組み付けられたモータ支持フレーム２１３と、垂直フレーム２１１の下端から−Ｘ方向に突出するロッド保持フレーム２１４とを備えている。

軸部材１１は、外周面に雄ねじが刻まれたねじ軸であって、回転駆動力が与えられる第１ねじ軸１１Ａと、第１ねじ軸１１Ａに螺合される筒状の第２ねじ軸１２とを含む。第２ねじ軸１２は、第１ねじ軸１１Ａの前記雄ねじと係合する雌ねじが刻まれている上端部分１２１と、連結片１６を介して第１筒状ロッド１３が取り付けられる下端部１２２とを備える。第１ねじ軸１１Ａが軸回りに正回転又は逆回転することで、第２ねじ軸１２は下方向（−Ｚ方向）又は上方向（＋Ｚ方向）に移動する。第１ねじ軸１１Ａの上端部１１１は、軸受け３１１で回転自在に支持されている。また、第１ねじ軸１１Ａの最上端には、入力ギア３１２が取り付けられている。

第１モータ３１は、第１ねじ軸１１Ａを軸回りに正回転又は逆回転させる回転駆動力を発生するモータであり、モータ支持フレーム２１３に搭載されている。第１モータ３１の出力軸と入力ギア３１２との間には、ギアユニット３１３（伝達機構）が介在されている。前記回転駆動力は、ギアユニット３１３を通して入力ギア３１２に伝達され、第１ねじ軸１１Ａを回転させる。軸受け３１１及びギアユニット３１３は、保持フレーム２１２によって保持されている。

第２ねじ軸１２の下端部１２２には、スリット１２３とピン孔１２４とが備えられている。スリット１２３は、筒状の周壁の一部を矩形状に切り欠くことにより形成されている。図８では、一つのスリット１２３だけが表れているが、該スリット１２３と対向する周壁にも同様なスリットが存在する。ピン孔１２４は、スリット１２３が形成されていない一対の周壁部分に、スリット１２３とは周方向に９０度だけずれた位置に各々穿孔されている。ピン孔１２４には、第２ねじ軸１２と連結片１６とを機械的に連結する連結ピン１７が挿通される。

第２ねじ軸１２の上下方向の中間部付近における周壁には、上下方向に延びる長溝１２５が形成されている。長溝１２５には、ガイドねじ２１５の先端部が嵌り込んでいる。ガイドねじ２１５は、ロッド保持フレーム２１４にねじ止めされる部分と、該部分に連設された前記先端部とを含む。上述の通り、第１ねじ軸１１Ａが軸回りに回転すると、第２ねじ軸１２が上下方向に移動する。この際、第２ねじ軸１２は、長溝１２５に嵌り込んだガイドねじ２１５によって、軸回りには回転することなく、その上下方向の移動がガイドされる。長溝１２５の上下方向の長さは、第２ねじ軸１２の移動範囲に相当する。

連結片１６は、上側に位置するフック部１６１と、下側に位置するねじ部１６２とを備える。フック部１６１はスリット１２３に収容可能な幅を有し、連結ピン１７を挟持することができる受け溝１６３を有している。フック部１６１がスリット１２３に収容された状態で、連結ピン１７が一対のピン孔１２４及び受け溝１６３を貫通することで、第２ねじ軸１２の下端部１２２に連結片１６が連結されることになる。

第１筒状ロッド１３は、吐出ロッド１５及びコイルバネ１８を収容する筒状空間１３Ｈを内部に備える円筒部材である。筒状空間１３Ｈを区画する内壁の上端付近には、ねじ溝が刻まれている。このねじ溝が連結片１６のねじ部１６２に螺合されることによって、第１筒状ロッド１３が、連結片１６を介して第２ねじ軸１２（軸部材１１）に接続される。その結果、第１筒状ロッド１３は第２ねじ軸１２と一体的に上下方向に移動することができる。

第１筒状ロッド１３は、下方から上方に向けて、その外径が３段階で拡径する形状を有している。第１筒状ロッド１３は、最も下方に位置し最も外径が小さい第１筒部１３１と、第１筒部１３１の上方に連設され該第１筒部１３１よりも大径の第２筒部１３２と、第２筒部１３２の上方に連設され該第２筒部１３２よりも大径の第３筒部１３３とを備えている。第２筒部１３２の周壁には、上下方向に延びる長孔１３４が形成されている。

吐出ロッド１５は、プランジャ７２を上下方向に動作させるための部材であり、第１筒状ロッド１３の筒状空間１３Ｈ内に、第１筒状ロッド１３に対して上下方向に相対移動可能に収容されている。吐出ロッド１５もまた、下方から上方に向けて、その外径が３段階で拡径する形状を有している。吐出ロッド１５は、最も下方に位置し最も小さい第１外径を有する第１円柱部１５１と、第１円柱部１５１の上方に連設され前記第１外径よりも大きい第２外径を有する第２円柱部１５３と、第２円柱部１５３の上方に連設され前記第２外径よりも大きい第３外径を有する第３円柱部１５５とを備えている。第１円柱部１５１の下端付近は、プランジャ７２のプランジャ基端部７２１が外嵌されるプランジャ装着部１５２である。また、第２円柱部１５３の下端付近には、横方向に当該第２円柱部１５３を貫通するストッパ孔１５４が穿孔されている。

ヘッド１０の要部断面図を示す図１０も参照して、第１筒状ロッド１３の第１筒部１３１は、前記第１外径よりもやや大きい内径を有し、第１円柱部１５１を収容する。第２筒部１３２は、前記第２外径よりもやや大きい内径を有し、第２円柱部１５３を収容する。第３筒部１３３は、前記第３外径よりもやや大きい内径を有し、第３円柱部１５５を収容する。上下方向の長さにおいて、第１円柱部１５１は第１筒部１３１よりも長く、第２円柱部１５３は第２筒部１３２とほぼ同じである。第３円柱部１５５は、第３筒部１３３よりも十分短い円板状の部材である。

ストッパ孔１５４は、円柱状のピン部材からなるストッパ１９を挿通させるための孔である。ストッパ孔１５４は、第１筒状ロッド１３に吐出ロッド１５が収容された状態で、長孔１３４と位置合わせされる。ストッパ１９は、位置合わせされた長孔１３４及びストッパ孔１５４を貫通するように、第１筒状ロッド１３及び吐出ロッド１５に対して組み付けられる。ストッパ１９は、第２筒部１３２の外径よりも長い部材である。従って、長孔１３４に挿通された状態において、ストッパ１９の両端部は第２筒部１３２の外周壁から側方に突出する。

長孔１３４は、ストッパ１９の上下方向の相対的な移動を許容する。このことは、ストッパ１９がストッパ孔１５４に挿通された状態の吐出ロッド１５の上下方向の移動範囲は、つまり第１筒状ロッド１３に対する吐出ロッド１５の相対的な移動範囲は、長孔１３４の上下方向の長さの範囲に規制されることを意味する。図１０では、ストッパ１９が長孔１３４の下端と接触している状態を示している。この状態では、第１円柱部１５１の下端、つまりプランジャ装着部１５２が第１筒部１３１から突出する状態となる。

コイルバネ１８は、上下方向に伸長する付勢力を発生するバネであり、第１筒状ロッド１３の筒状空間１３Ｈ内において、連結片１６の下端面と第３円柱部１５５の上面との間（軸部材１１と吐出ロッド１５との間）に介在されている。連結片１６は第１筒状ロッド１３にねじ止めされているので、コイルバネ１８は吐出ロッド１５を下方に押圧する付勢力を発生する。この付勢力により、図１０に示しているように、第３円柱部１５５の下面（吐出ロッド１５一部）が、第２筒部１３２と第３筒部１３３との内径差に基づき形成される段差部１３Ａ（第１筒状ロッド１３の一部）に当止される。この付勢力を伴った当止より、吐出ロッド１５は、第２ねじ軸１２（軸部材１１）の上下動に連動する状態となる。なお、ストッパ１９が第２筒状ロッド１４の係止部１４５と干渉すると、吐出ロッド１５の上記連動が行われなくなり、コイルバネ１８は圧縮される。この点については、後記で説明する。

第２筒状ロッド１４は、下方から上方に向けて、その外径が３段階で拡径する形状を有している。第２筒状ロッド１４は、最も下方に位置し最も外径が小さい第１筒部１４１と、第１筒部１４１の上方に連設され該第１筒部１４１よりも大径の第２筒部１４３と、第２筒部１４３の上方に連設され該第２筒部１４３よりも大径の第３筒部１４４とを備えている。第２筒状ロッド１４は、第１筒状ロッド１３を上下方向に移動可能に収容する収容空間１４Ｈを備えている。収容空間１４Ｈの内径は、第１、第２、第３筒部１４１、１４３、１４４の外径に応じて、下方から上方に向けて拡径している。また、第１筒部１４１の下端付近は、シリンジ７１のシリンジ基端部７１１が外嵌されるシリンジ装着部１４２である。

第２筒状ロッド１４の上端部分１４Ｔは、ロッド保持フレーム２１４に固定的に保持されている。従って、第２筒状ロッド１４は、第１フレーム２１と一体的に上下動はするが、第１フレーム２１に対しては相対的に移動しない。つまり、第１筒状ロッド１３は第２ねじ軸１２と連動するので、第１フレーム２１に対して相対的に移動するのに対して、第２筒状ロッド１４は不動である。

第２筒状ロッド１４の内部には、ストッパ１９と干渉する係止部１４５が備えられている。係止部１４５は、第２筒部１４３と第３筒部１４４との境界部分の内面に設けられ、両者の内径差に基づき形成される段差部分である。吐出ロッド１５のストッパ孔１５４に水平方向に挿通されたストッパ１９は、第３筒部１４４の内径よりも短く、第２筒部１４３の内径よりも長い長さを有する。このため、ストッパ１９を備えた吐出ロッド１５が所定位置まで下降すると、ストッパ１９の両端が係止部１４５に干渉する。

以上の通り構成された装着用ヘッド１０は、シリンダチップ７０を動作させて、細胞凝集塊の吸引及び吐出を行わせる。すなわち、第２ねじ軸１２（軸部材１１）の上下方向の移動に吐出ロッド１５が連動することによって、吐出ロッド１５に装着されたプランジャ７２がシリンジ７１の管状通路７１Ｐ内を進退移動し、吸引口７１Ｔからの細胞凝集塊の管状通路７１Ｐ内への吸引、及び吸引された前記細胞凝集塊の吸引口７１Ｔからの吐出が行われる。この動作を、図９〜図１２に基づき説明する。

図９は、ヘッド１０において吐出ロッド１５が上昇している状態を示す斜視図、図１０は、図９の状態のヘッド１０の要部断面図である。図９及び図１０の状態は、上述のステップ４における細胞凝集塊の吸引動作が行われている状態（図６（Ｄ）参照）に相当する。この吸引動作時には、第２ねじ軸１２が上方に移動するように第１ねじ軸１１Ａが回転駆動される。

第２ねじ軸１２が上昇すると、連結片１６及び連結ピン１７によって第２ねじ軸１２に連結されている第１筒状ロッド１３も一体的に上昇する。また、コイルバネ１８の付勢力によって、吐出ロッド１５の第３円柱部１５５の下面が第１筒状ロッド１３の段差部１３Ａに当止した状態であるので、第２ねじ軸１２の上昇に吐出ロッド１５も連動する。このため、吐出ロッド１５のプランジャ装着部１５２にプランジャ基端部７２１が嵌め込まれているプランジャ７２は、不動の第２筒状ロッド１４に装着されているシリンジ７１に対して上方に移動する。

図９及び図１０では、第２ねじ軸１２が、その移動可能範囲内において最も上方に移動している状態を示している。この状態では、第２ねじ軸１２の長溝１２５の下端付近にガイドねじ２１５が位置している。プランジャ７２のプランジャ本体部７２２は、シリンジ本体部７１２の管状通路７１Ｐから殆ど離脱し、先端部７２４付近だけが管状通路７１Ｐの上端付近に挿通された状態となっている。これにより、管状通路７１Ｐ内に細胞凝集塊を吸引することができる。

図１１は、吐出ロッド１５が下降している状態を示す斜視図、図１２は、図１１の状態のヘッド１０の要部断面図である。図１１及び図１２の状態は、上述のステップ２における細胞凝集塊の吸引動作が行われる直前の状態（図６（Ｂ）参照）、及び、ステップ５の細胞凝集塊の吐出動作が行われている状態（図６（Ｅ）参照）に各々相当する。これらの動作時には、第２ねじ軸１２が下方に移動するように第１ねじ軸１１Ａが回転駆動される。

図９及び図１０に示す状態から、第２ねじ軸１２が下降すると、第２ねじ軸１２に連結されている第１筒状ロッド１３も一体的に下降する。また、コイルバネ１８の付勢力による、上述の第３円柱部１５５と段差部１３Ａとの当止によって、第２ねじ軸１２の下降に吐出ロッド１５も連動する。このため、吐出ロッド１５に装着されているプランジャ７２は、シリンジ７１内に挿通されるように下方へ移動する。

図１１及び図１２では、第２ねじ軸１２が、その移動可能範囲内において最も下方に移動している状態を示している。この状態では、第２ねじ軸１２の長溝１２５の上端付近にガイドねじ２１５が位置している。プランジャ７２のプランジャ本体部７２２は、シリンジ本体部７１２の管状通路７１Ｐに最も深く挿通され、先端部７２４が吸引口７１Ｔから突出する状態となっている。これにより、管状通路７１Ｐ内に空気が存在しない状態、若しくは、管状通路７１Ｐに一旦吸引した細胞凝集塊を吐出する状態を形成することができる。

以上は、第２ねじ軸１２（軸部材１１）の上下方向の移動に吐出ロッド１５を連動させることにより、シリンダチップ７０に対象物の吸引及び吐出を行わせる動作状態（第１状態という）である。本実施形態のヘッド１０は、第２ねじ軸１２の上下方向の移動に拘わらず吐出ロッド１５を停止させる動作状態（第２状態という）を形成することが可能である。この第２状態は、専らヘッド１０からシリンダチップ７０を自動的に取り外すために用いられる。以下、この点について説明する。

図１３は、図１２の状態からさらに第１筒状ロッド１３が下降し、シリンダチップ７０が取り外される状態を示す断面図である。上記の第１状態においては、吐出ロッド１５のプランジャ装着部１５２は第１筒状ロッド１３の下端（第１筒部１３１）から下方に突出しており、第２ねじ軸１２の上下方向の移動によって、プランジャ７２がシリンジ７１の管状通路７１Ｐ内を進退移動する。一方、前記第２状態においては、ねじ軸１２の下方向への移動によって、プランジャ装着部１５２は第１筒状ロッド１３の筒状空間１３Ｈ内に収容される。これにより、プランジャ装着部１５２に装着されたプランジャ７２（プランジャ基端部７２１）の上端縁が、第１筒状ロッド１３の下端１３１Ｔに押圧され、プランジャ７２が吐出ロッド１５から離脱する。このプランジャ７２の離脱力に押圧されて、シリンジ７１も第２筒状ロッド１４から離脱する。

上記の動作を詳述する。図１２の状態（第１状態）から、ねじ軸１２が下方に移動（第２状態への移行）すると、第１筒状ロッド１３も一体的に下方へ移動する。これに対し、吐出ロッド１５は、ストッパ１９が第２筒状ロッド１４の係止部１４５に干渉するので、これ以上は下方へ移動することが出来ない。つまり、第１状態では、コイルバネ１８の付勢力によって、吐出ロッド１５の第３円柱部１５５が第１筒状ロッド１３の段差部１３Ａに当止され、ストッパ１９が係止部１４５に干渉しない範囲でヘッド１０の動作が行われるので、吐出ロッド１５は第２ねじ軸１２の上下動に連動する。しかし、第２状態へ至ると、ストッパ１９と係止部１４５との干渉によって、もはや吐出ロッド１５は第２ねじ軸１２の上下動に連動しなくなる。本実施形態では、コイルバネ１８、ストッパ１９と係止及び部１４５が連動機構を構成している。

第２状態では、ストッパ１９と係止部１４５との干渉によって、コイルバネ１８の付勢力に抗して吐出ロッド１５が第１筒状ロッド１３に対して相対的に上方へ移動する。つまり、コイルバネ１８は圧縮される。この際、ストッパ１９は長孔１３４内を相対的に上方へ移動することとなる。このような移動動作によって、吐出ロッド１５のプランジャ装着部１５２が第１筒状ロッド１３の第１筒部１３１内へ徐々に収容されるようになる。そして、第１筒状ロッド１３の下端１３１Ｔが、プランジャ基端部７２１の上縁に突き当たり、プランジャ７２を下方へ押し遣るようになる。

図１３は、第１筒状ロッド１３が最下位置まで下降した状態を示している。この状態では、ストッパ１９は長孔１３４の上端に位置し、第１筒部１３１はプランジャ装着部１５２を完全に覆い、下端１３１Ｔは吐出ロッド１５の下端と略面一になっている。従って、この状態に至ると、プランジャ７２はプランジャ装着部１５２から離脱する。

さらに、本実施形態では、第１筒状ロッド１３が最下位置まで下降したとき、下端１３１Ｔと第２筒状ロッド１４の下端もまた略面一になる。つまり、第１筒状ロッド１３の筒状空間１３Ｈ内に収容された状態の吐出ロッド１５のプランジャ装着部１５２の高さ位置と、第２筒状ロッド１４のシリンジ装着部１４２の高さ位置とが略同一となる。このため、プランジャ７２が下端１３１Ｔに押圧されてプランジャ装着部１５２から離脱することに伴い、シリンジ７１もまた、プランジャ７２に押圧されてシリンジ装着部１４２から離脱する。これは、下端１３１Ｔの押圧によりプランジャ７２がプランジャ装着部１５２から徐々に離脱してゆくに伴い、半球部７２３（図４）がシリンジ７１のテーパ筒部７１３を押圧し、シリンジ７１を徐々にシリンジ装着部１４２から離脱させて行くことによる。このように、本実施形態によれば、プランジャ７２及びシリンジ７１の双方のヘッド１０から取り外しを、第２ねじ軸１２の下方向への移動動作によって自動的に行わせることができる。なお、この動作は、上述のステップ６の動作に相当する。

図１４は、ヘッド装置１の制御構成を示すブロック図である。ヘッド装置１は、軸部材１１（第２ねじ軸１２）の上下方向の移動を制御するため、及び、ヘッド装置１自体のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の移動を制御するための、軸制御部３０（制御部）を備える。軸制御部３０は、上述の第１モータ３１及び第２モータ３２（Ｚ軸モータ；ヘッド１０を全体的に上下方向に移動させる機構）と、上掲の図では不図示のＸ軸モータ３０２及びＹ軸モータ３０１（ヘッド装置１を水平方向に移動させるヘッド移動機構）とを制御する。

第１モータ３１は、第１ねじ軸１１Ａを回転させることで第２ねじ軸１２を上下動させ、上述の通り、シリンダチップ７０による細胞凝集塊（対象物）の吸引及び吐出、さらにはシリンダチップ７０のヘッド１０からの離脱を行わせる。第２モータ３２は、ボールねじ装置３Ａを動作させることで、ヘッド１０が搭載された第１フレーム２１をＺ方向に移動させる。Ｘ軸モータ３０２は、ヘッド装置１のＸ方向への移動をガイドするＸガイドフレーム（図略）に搭載され、ヘッド装置１をＸ方向に移動させる。Ｙ軸モータ３０１は、ヘッド装置１のＹ方向への移動をガイドするＹガイドフレーム（図略）に搭載され、ヘッド装置１をＹ方向に移動させる。

軸制御部３０は、第１モータ３１の駆動を制御することによって、第２ねじ軸１２の上下方向の動作を制御し、これにより細胞凝集塊の吸引及び吐出、さらにはシリンダチップ７０の離脱動作を制御する。

また、軸制御部３０は、第２モータ３２の駆動を制御することによって、ヘッド１０のＺ方向における高さ位置を制御する。例えば、上述のステップ３及びステップ５においてシリンダチップ７０を全体的に下降させる動作（図６（Ｃ）及び図６（Ｅ）参照）、及びステップ４の吸引（図６（Ｄ））の後にシリンダチップ７０を全体的に上昇させる動作の際に、軸制御部３０は第２モータ３２を制御し、前記下降及び上昇の動作を制御する。

さらに、軸制御部３０は、Ｘ軸モータ３０２及びＹ軸モータ３０１の駆動を制御することによって、ヘッド装置１のＸ方向及びＹ方向への移動を制御する。例えば、上述のステップ４からステップ５への移行の際に、ヘッド１０（シリンダチップ７０）が第１容器Ｃ１の上空から第２容器Ｃ２の上空に移動するよう、軸制御部３０はＸ軸モータ３０２及びＹ軸モータ３０１を制御し、ヘッド装置１を移動させる。

以上説明した通り、本実施形態のヘッド１０によれば、軸部材１１の第２ねじ軸１２の上下方向の移動に連動する吐出ロッド１５にシリンダチップ７０のプランジャ７２が嵌め込まれ、不動の第２筒状ロッド１４にシリンジ７１が嵌め込まれる。吐出ロッド１５の上方向への移動によってプランジャ７２がシリンジ７１に対して相対的に上方へ移動し、シリンジ７１の管状通路７１Ｐ内に対象物としての細胞凝集塊が吸引される。その後、吐出ロッド１５の下方向への移動によって、管状通路７１Ｐ内に吸引された前記対象物は、シリンダチップ７０から吐出される。従って、第２ねじ軸１２を上下方向に移動させるだけで、シリンダチップ７０内への前記対象物の吸引、及びシリンダチップ７０からの前記対象物の吐出を実行させることができる。

また、本実施形態のヘッド１０によれば、上述の第１状態においては、第２ねじ軸１２の上下方向に移動に吐出ロッド１５が連動するので、第２ねじ軸１２の上下動によって、シリンダチップ７０内への前記吸引及び前記吐出を実行させることができる。一方、前記第２状態では、第２ねじ軸１２の上下方向に移動に吐出ロッド１５は連動せず、第２ねじ軸１２が下方に移動すると第１筒状ロッド１３だけが下降し、吐出ロッド１５は筒状空間１３Ｈ内に収容される。この際、プランジャ装着部１５２に装着されたプランジャ７２が第１筒状ロッド１３の下端１３１Ｔに押圧されて離脱する。また、プランジャ７２の離脱に伴い、シリンジ７１もシリンジ装着部１４２から離脱させることができる。従って、シリンダチップ７０のヘッド１０からの取り外しを、第２ねじ軸１２の下方向への移動動作によって自動的に行わせることができる。

続いて、本実施形態に係るヘッド１０及びヘッド装置１が好適に適用される細胞の移動装置４を例示する。図１５は、移動装置４の斜視図、図１６は、ヘッド１０（ヘッド装置１）が組み込まれたヘッドユニット６１の斜視図である。移動装置４は、支持フレーム４１、支持フレーム４１によって支持される基台４２、基台４２に組み付けられる細胞移動ライン５０、基台４２の上方に配置されるヘッドユニット６１及び照明ユニット６２、及び、基台４２の下方に配置される撮像ユニット６３を備えている。

支持フレーム４１は、基礎フレーム４１１と、一対のサイドフレーム４１２とを含む。基礎フレーム４１１は、Ｘ方向に長い直方体形状のフレーム組立体であり、矩形の下層フレーム枠４１１Ａと、その上の上層フレーム枠４１１Ｂとを含む。上層フレーム枠４１１Ｂの上面には、撮像ユニット６３をＸ方向に移動させるためのガイドレール４１３が備えられている。基台４２は、所定の剛性を有し、その一部又は全部が透光性の材料で形成され、上面視において基礎フレーム４１１と略同じサイズの有する長方形の平板である。

基台４２の上には、フレーム架台４３が立設されている。フレーム架台４３は、Ｘ方向に延びる平板である上フレーム４３１及び中フレーム４３２を備える。上フレーム４３１の上面には、ヘッドユニット６１をＸ方向に沿って移動させるための上ガイドレール４３３が組み付けられている。また、中フレーム４３２の上面には、照明ユニット６２をＸ方向に沿って移動させるための中ガイドレール４３４が組み付けられている。

細胞移動ライン５０は、細胞含有液から所望の細胞凝集塊を抽出し、これを所定の容器へ移動させる一連の細胞移動工程の実施に必要なエレメントが、Ｘ方向に配列されてなる。細胞移動ライン５０は、細胞含有液を貯留する対象物ストック部５１、分注チップストック部５２、細胞含有液が分注され細胞凝集塊を選別するための細胞選別部５３、チップストック部５４、チップ撮像部５５、選別された細胞凝集塊を受け入れる細胞移載部５６、ブラックカバー載置部５７及びチップ廃棄部５８を備えている。ここでは、細胞選別部５３が、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示した第１容器Ｃ１に相当する容器であり、細胞移載部５６が、図６（Ｅ）に示した第２容器Ｃ２に相当する容器である。

ヘッドユニット６１は、ユニット本体６１１、ヘッド部６１２、Ｘスライダ６１３及びＹスライダ６１４を含む。図１６に示すように、ヘッド部６１２は、上記で説明した複数のヘッド１０、第１ノズル６１５及び第２ノズル６１６を備えている。本実施形態では、８本のヘッド１０がＸ方向に一列に配列されている例を示している。ヘッド１０の本数は任意であり、またＸ−Ｙ方向にマトリクス状に配列されていても良い。第１ノズル６１５及び吸盤６１７付きの第２ノズル６１６は、上下動が可能にユニット本体３１に組み付けられ、吸引力及び吐出力を発生するピストン機構を内部に備えている。ユニット本体６１１の内部には、図１〜図３に示したボールねじ装置３Ａなどの、ヘッド１０をＺ方向に移動させるための機構が内蔵されている。

Ｘスライダ６１３は、上ガイドレール４３３に対して組み付けられている。上ガイドレール４３３には、図１４のＸ軸モータ３０２に相当するＸ駆動モータ４４１が付設されている。Ｘ駆動モータ４４１の動作によって、Ｘスライダ６１３は上ガイドレール４３３上をＸ方向に移動する。Ｙスライダ６１４は、Ｙ方向の一端（前端）においてユニット本体６１１を支持している。Ｙスライダ６１４は、Ｘスライダ６１３の上面に配置されたＹレール（図１５には現れていない）に対して組み付けられている。前記Ｙレールに付設された図略の駆動モータ（図１４のＹ軸モータ３０１に相当）が動作することで、Ｙスライダ６１４及びユニット本体６１１はＹ方向に移動する。つまり、ヘッド部６１２は、ユニット本体６１１が上ガイドレール４３３及び前記Ｙレールに沿って移動することで、Ｘ方向及びＹ方向に移動自在である。従って、ヘッド部６１２は、基台４２の上方において、細胞移動ライン５０上を所定の移動経路に沿って移動することができる。

照明ユニット６２は、専ら細胞選別部５３及び細胞移載部５６を上方から照明するために、基台４２の上方に移動可能に配置されている。前記照明は、細胞選別部５３又は細胞移載部５６に保持されている細胞凝集塊を撮像ユニット６３にて撮像する際に、透過照明として使用される。照明ユニット６２は、照明光を発する照明器６２１、Ｘスライダ６２２及びホルダー６２３を含む。Ｘスライダ６２２は、中ガイドレール４３４に対して組み付けられている。中ガイドレール４３４には、照明ユニット駆動モータ４４３が付設されている。駆動モータ４４３の動作によって、Ｘスライダ６２２は中ガイドレール４３４上をＸ方向に移動する。ホルダー６２３は、照明器６２１を保持すると共に、図略の駆動装置によってＸスライダ６２２に対してＹ方向に短距離だけ移動可能に組み付けられている。従って、照明器６２１は、基台４２の上方において、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能である。

撮像ユニット６３は、細胞選別部５３及び細胞移載部５６に保持されている細胞凝集塊を基台４２の下方から撮像するために、基台４２の下方に移動可能に配置されている。さらに、本実施形態では、撮像ユニット６３は、チップ撮像部５５においてシリンダチップ７０のヘッド１０への装着状態を観察するためにも用いられる。撮像ユニット６３は、カメラ６３１、落射照明器６３２、Ｘスライダ６３３及びホルダー６３４を含む。

カメラ６３１は、ＣＣＤイメージセンサと、該ＣＣＤイメージセンサの受光面に光像を結像させる光学系とを含む。落射照明器６３２は、カメラ６３１の撮像対象物が光の透過体でない場合や蛍光染色されている場合等に用いられる光源である。Ｘスライダ６３３は、支持フレーム４１のガイドレール４１３に対して組み付けられている。ガイドレール４１３には、撮像ユニット駆動モータ４４４が付設されている。駆動モータ４４４の動作によって、Ｘスライダ６３３はガイドレール４１３上をＸ方向に移動する。ホルダー６３４は、カメラ６３１及び落射照明器６３２を保持すると共に、図略の駆動装置によってＸスライダ６３３に対してＹ方向に短距離だけ移動可能に組み付けられている。従って、カメラ６３１は、基台４２の下方において、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能である。

図１７は、基台４２の図示を省き、細胞移動ライン５０の構成要素を抜き出して示す斜視図である。図１７には、上述のヘッドユニット６１、照明ユニット６２及び撮像ユニット６３の配置位置も模式的に付記している。細胞移動ライン５０は、Ｘ方向の上流側（図１７の左端側）から順に、分注チップストック部５２、対象物ストック部５１、チップストック部５４、チップ撮像部５５、細胞選別部５３、ブラックカバー載置部５７、細胞移載部５６及びチップ廃棄部５８が一列に配列されてなる。これらの各部は、位置決め部材４２Ｓによって、基台４２上の位置が定められている。ここに示した細胞移動ライン５０の配列は一例であり、作業効率等を考慮して各部の配置位置を適宜設定することができる。例えば、ブラックカバー載置部５７を、細胞選別部５３、細胞移載部５６の前方側（＋Ｙ）又は後方側（−Ｙ）に配置しても良い。

対象物ストック部５１は、分注元となる、多量の細胞凝集塊（対象物）が分散された細胞培養液（液体）を貯留する部位である。対象物ストック部５１は、基台４２上の所定位置に配置されたボックス５１１と、このボックス５１１で保持されたチューブ５１２と、ボックス５１１上に載置された蓋部材５１３とを備える。チューブ５１２は、上面が開口した円筒状容器であり、細胞凝集塊や夾雑物を含む細胞培養液を貯留する。蓋部材５１３は、チューブ５１２の開口を塞ぐための部材である。

分注チップストック部５２は、複数個の分注チップ８０を保管する部位である。分注チップ８０は、細長いチューブ状の部材であり、第１ノズル６１５に嵌め込まれる上端部と、細胞培養液を吸引及び吐出する開口を端縁に備えた下端部とを備える。分注チップ８０は、第１ノズル６１５に対して装着及び取り外しが可能である。分注チップ８０は、第１ノズル６１５から吸引力が与えられることで、細胞培養液を吸引する一方、前記吐出力を与えられることで吸引した細胞培養液を吐出する。分注チップストック部５２は、立設状態でマトリクス状に整列された分注チップ８０を保持する保持ボックス５２１と、ボックス蓋部材５２３とを備えている。保持ボックス５２１の内部には、分注チップ８０を整列保持するためのホルダー部材５２２が配置されている。

細胞選別部５３は、各種サイズの細胞凝集塊や夾雑物を含む細胞培養液から、所望のサイズの細胞凝集塊を選別するための部位である。細胞選別部５３は、ディッシュ６４、保持テーブル５３１及びテーブル蓋部材５３２を含む。ディッシュ６４は、分注チップ８０によって細胞凝集塊を含む細胞培養液が分注され、該細胞培養液を貯留することができる上面開口の容器である。保持テーブル５３１は、ディッシュ６４を位置決めして保持する。テーブル蓋部材５３２は、ディッシュ６４及び保持テーブル５３１の上面を覆い隠すための蓋部材である。

ディッシュ６４は、上面側に細胞凝集塊を担持するための複数の凹部を備えたウェルプレートを含む。前記凹部の底部には貫通孔が設けられており、抽出対象となる細胞凝集塊は前記凹部で保持され、夾雑物等は前記貫通孔から落下する。このように細胞凝集塊と夾雑物との選別が行われるので、前記ウェルプレート上には細胞凝集塊だけが残存するようになる。前記凹部に担持された状態の細胞凝集塊の画像が、照明ユニット６２の点灯下でカメラ６３１にて撮像される。これにより、吸引すべき細胞凝集塊の位置が特定される。

チップストック部５４は、上述したシリンダチップ７０の多数個を保持する部位である。シリンダチップ７０は、ヘッド１０に対して装着及び取り外しが可能である。シリンダチップ７０は、上述のウェルプレートの凹部に担持された細胞凝集塊を吸引し、ヘッドユニット６１の移動に伴い該細胞凝集塊を運搬し、これを細胞移載部５６へ吐出する機能を果たす。

チップストック部５４は、保持ボックス５４１と、ボックス蓋部材５４３とを備えている。保持ボックス５４１は、立設状態でマトリクス状に整列されたシリンダチップ７０を保持する。保持ボックス５４１の内部には、シリンダチップ７０を整列保持するためのホルダー部材５４２が配置されている。シリンダチップ７０は、その上端部分が保持ボックス５４１の上端面から上方に突出した状態で、保持ボックス５４１に保持されている。つまり、Ｚ方向に移動するヘッド１０に対して装着が容易に行い得る状態で、シリンダチップ７０は、保持ボックス５４１に保持されている。ボックス蓋部材５４３は、保持ボックス５４１の上端面の上に被せられ、シリンダチップ７０を覆い隠すための蓋部材である。

チップ撮像部５５は、ヘッド１０に装着されたシリンダチップ７０の画像が撮像される位置を提供するピットである。前記撮像は、撮像ユニット６３によって行われる。前記撮像が行われる際、撮像ユニット６３のカメラ６３１は、チップ撮像部５５の直下に移動され、落射照明器６３２の照明下において、各シリンダチップ７０の画像を撮像する。シリンダチップ７０の画像並びに撮像時における焦点位置情報に基づき、シリンダチップ７０の吸引口７１ＴのＸＹＺ座標位置が求められる。当該座標位置と、予め定められた基準位置との差分から補正値が導出される。当該補正値は、ヘッド１０の移動制御の際の補正値として利用される。なお、落射照明器６３２に代えて、チップ撮像部５５自体にＬＥＤ照明具のような照明器具を装備させ、該照明器具の照明下で前記撮像を行うようにしても良い。

細胞移載部５６は、細胞移動ライン５０においてＸ方向の下流側端部付近に配置され、細胞選別部５３のディッシュ６４から吸引された細胞凝集塊の移動先となる部位である。細胞移載部５６は、マイクロプレート６５、保持テーブル５６１及びテーブル蓋部材５６２を含む。なお、マイクロプレート６５に代えて、ディッシュ６４と同様な容器を細胞移載部５６に具備させても良い。

マイクロプレート６５は、上面が開口した多数の小さなウェル６６が、マトリクス状に配列されたプレートである。マイクロプレート６５は、透光性の部材、例えば透明プラスチックで形成されている。一般に、１のウェル６６には、１の細胞凝集塊が収容される。従って、各ウェル６６に収容された状態の細胞凝集塊を、カメラ６３１によって撮像することができる。また、ウェル６６の配列ピッチは、一列に並んだヘッド１０に装着されたシリンダチップ７０群の配列ピッチと略同一に設定されている。これにより、一群のシリンダチップ７０から同時にウェル６６に細胞凝集塊を吐出させることが可能である。なお、１のウェル６６に、指定個数の細胞凝集塊を収容させたり、指定量（総体積又は総面積）の細胞凝集塊を収容させたりすることもできる。保持テーブル５６１は、マイクロプレート６５を位置決めして保持する。テーブル蓋部材５６２は、マイクロプレート６５及び保持テーブル５６１の上面を覆い隠すための蓋部材である。

ブラックカバー載置部５７は、細胞移載部５６に被せられる第１ブラックカバー５７１と、細胞選別部５３に被せられる第２ブラックカバー５７２とが載置される部位である。第１、第２ブラックカバー５７１、５７２は、遮光された状態で、ディッシュ６４又はマイクロプレート６５に担持された細胞凝集塊を撮像する際に用いられる遮光体である。例えば、細胞培養液に蛍光剤を添加し、細胞凝集塊を蛍光観察する際に、第１、第２ブラックカバー５７１、５７２は、保持テーブル５３１、５６１を覆い隠すように被せられる。

チップ廃棄部５８は、細胞移動ライン５０においてＸ方向の最も下流側端部に配置され、上述の吸引及び吐出動作を終えた使用後のシリンダチップ７０及び分注チップ８０が廃棄される部位である。チップ廃棄部５８は、使用後のシリンダチップ７０及び分注チップ８０を収容するための回収ボックス５８１を含む。前記廃棄の際、シリンダチップ７０又は分注チップ８０を装備したヘッドユニット６１が回収ボックス５８１の開口部５８２上に移動され、シリンダチップ７０又は分注チップ８０のヘッド部６１２からの取り外し動作が実行される。この取り外し動作により、シリンダチップ７０又は分注チップ８０は、開口部５８２を通して回収ボックス５８１に落下する。

上記の通り構成された移動装置４は、図１４の軸制御部３０に相当する制御部（移動装置４に接続されたパーソナルコンピュータ等）によって、その動作が制御される。前記制御部は、大別して分注動作と、本実施形態に係るヘッド１０を用いた細胞移動動作とを移動装置４に実行させる。まず、前記分注動作において、前記制御部は、順次、
［制御１］ヘッドユニット６１を分注チップストック部５２上に移動させ、第１ノズル６１５に分注チップ８０を装着させる制御、
［制御２］ヘッドユニット６１を対象物ストック部５１上に移動させ、チューブ５１２に貯留された、細胞凝集塊を含む細胞培養液を所定の分注量だけ分注チップ８０内に吸引させる制御、
［制御３］ヘッドユニット６１を細胞選別部５３上に移動させ、分注チップ８０内の前記細胞培養液をディッシュ６４に吐出させる制御、及び、
［制御４］ヘッドユニット６１をチップ廃棄部５８上に移動させ、使用済みの分注チップ８０を第１ノズル６１５から取り外し、回収ボックス５８１内に廃棄させる制御、
を移動装置４に実行させる。

前記細胞移動動作において、前記制御部は、順次、
［制御５］ヘッドユニット６１をチップストック部５４上に移動させ、ヘッド１０にシリンダチップ７０を装着させる制御、
［制御６］ヘッドユニット６１を細胞選別部５３上に移動させ、ディッシュ６４に貯留された細胞凝集塊をシリンダチップ７０内に吸引させる制御、
［制御７］ヘッドユニット６１を細胞移載部５６上に移動させ、シリンダチップ７０内の細胞凝集塊をマイクロプレート６５に吐出させる制御、及び、
［制御８］ヘッドユニット６１をチップ廃棄部５８上に移動させ、使用済みのシリンダチップ７０をヘッド１０から取り外し、回収ボックス５８１内に廃棄させる制御、
を移動装置４に実行させる。

上記制御５は、先に説明した図６（Ａ）のステップ１の前に行われる制御である。本実施形態の移動装置４では、ヘッド１０にシリンダチップ７０を装着させる動作も自動化されている。ヘッドユニット６１がチップストック部５４上に移動された後、１のシリンダチップ７０に対して位置合わせられた１のヘッド１０が降下される。このとき、図４に示しているように、吐出ロッド１５の下端面と第２筒状ロッド１４の下端面とは略面一に設定される一方で、これら下端面に対して第１筒状ロッド１３の下端面は上方に没入した状態とされる。その没入長さは、吐出ロッド１５のプランジャ装着部１５２が露出する長さ（装着孔７２Ｈの深さ）である。この状態のヘッド１０が下降することで、プランジャ装着部１５２はプランジャ基端部７２１の装着孔７２Ｈに圧入され、また、第２筒状ロッド１４のシリンジ装着部１４２はシリンジ基端部７１１の中空部７１Ｈに圧入される。これにより、シリンダチップ７０のヘッド１０への装着が完了する。

この装着の後、ヘッドユニット６１はチップ撮像部５５へ移動され、ヘッド１０に装着されたシリンダチップ７０の撮像が行われる。該撮像によって、各シリンダチップ７０のヘッド１０への装着状態が検知され、シリンダチップ７０の吸引口７１ＴのＸＹＺ座標位置（ヘッド１０の先端のＸＹＺ座標に対する補正値）が求められる。

上記制御６は、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示すステップ１〜４の動作を行わせるための制御である。細胞凝集塊をシリンダチップ７０内に吸引させる動作は、吐出ロッド１５が下降している状態（図１２）から、軸部材１１の駆動によって上昇状態（図１０）に移動されることによって実現される。この点は、先に説明した通りである。

上記制御７は、図６（Ｅ）に示すステップ５の動作を行わせるための制御である。シリンダチップ７０内の細胞凝集塊をマイクロプレート６５に吐出させる動作は、上記制御６とは逆に、上昇状態の吐出ロッド１５（図１０）を、軸部材１１の駆動によって下降状態（図１２）とすることにより実現される。

上記制御８は、上述したステップ６の動作を行わせるための制御である。使用済みのシリンダチップ７０をヘッド１０から取り外す動作は、先に図１３に基づき説明した通り、第１筒状ロッド１３を最下位置まで下降させることによって実現される。

以上説明した移動装置４によれば、本発明の実施形態に係るヘッド１０（ヘッド装置１）を適用することで、シリンダチップ７０のヘッド１０への装着、シリンダチップ７０によるディッシュ６４（第１容器Ｃ１）からの細胞凝集塊の吸引、当該細胞凝集塊のマイクロプレート６５（第２容器Ｃ２）への吐出、及び、チップ廃棄部５８へのシリンダチップ７０の廃棄までの一連の作業を、上記制御部による制御下で自動化することができる。従って、細胞凝集塊の移動作業効率を格段に高めることができる。

なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

本発明の一の局面に係るヘッド装置は、対象物の吸引、及び吸引された前記対象物の吐出を行う吸引口を有するチップが装着されるチップ装着部と、上下方向への移動によって前記吸引口に吸引力又は吐出力を発生させる軸部材と、を備えたヘッドと、前記軸部材を上下方向へ移動させる駆動力を発生する第１モータと、前記ヘッド及び前記第１モータを保持するフレーム部材と、前記フレーム部材を上下方向へ移動させる駆動力を発生する第２モータと、前記第１モータの駆動を制御することによって前記軸部材の上下方向の移動を制御すると共に、前記第２モータの駆動を制御することによって前記ヘッドの高さ位置を制御する制御部と、を備える。

上記のヘッド装置において、前記チップは、対象物の吸引経路となる管状通路を内部に備えるシリンジを含むシリンダチップであり、前記ヘッドは、前記軸部材の下端に取り付けられ、前記軸部材と一体的に上下方向に移動する第１筒状ロッドと、前記第１筒状ロッドを上下方向に移動可能に収容する収容空間と、前記チップ装着部として前記シリンジの基端部が嵌め込まれるシリンジ装着部と、を備えた不動の第２筒状ロッドと、を備え、前記軸部材の上下方向の移動に前記第１筒状ロッドが連動することによって、前記対象物の管状通路内への吸引、及び吸引された前記対象物の吐出が行われることが望ましい。

上記のヘッド装置において、前記チップは、対象物の吸引経路となる管状通路を内部に備えるシリンジと、前記管状通路内を進退移動するプランジャとを含むシリンダチップであり、前記ヘッドは、前記軸部材の下端に取り付けられ、前記軸部材と一体的に上下方向に移動し、内部に筒状空間を備えた第１筒状ロッドと、前記第１筒状ロッドを上下方向に移動可能に収容する収容空間と、前記チップ装着部として前記シリンジの基端部が嵌め込まれるシリンジ装着部と、を備えた不動の第２筒状ロッドと、前記第１筒状ロッドの前記筒状空間内に収容され、下端に前記プランジャの基端部が嵌め込まれるプランジャ装着部を備えた吐出ロッドと、を備え、前記軸部材の上下方向の移動に前記吐出ロッドが連動することによって、前記吐出ロッドに装着された前記プランジャが前記シリンジの前記管状通路内を進退移動し、前記対象物の管状通路内への吸引、及び吸引された前記対象物の吐出が行われることが望ましい。

本発明の他の局面に係るシリンダチップ装着用ヘッドは、対象物の吸引経路となる管状通路を内部に備えるシリンジと、前記管状通路内を進退移動するプランジャとを含むシリンダチップが装着されるヘッドであって、上下方向に移動する軸部材と、前記軸部材の下端に取り付けられ、前記軸部材と一体的に上下方向に移動し、内部に筒状空間を備えた第１筒状ロッドと、前記第１筒状ロッドを上下方向に移動可能に収容する収容空間を有し、下端に前記シリンジの基端部が嵌め込まれるシリンジ装着部を備えた不動の第２筒状ロッドと、前記第１筒状ロッドの前記筒状空間内に収容され、下端に前記プランジャの基端部が嵌め込まれるプランジャ装着部を備えた吐出ロッドと、を備え、前記軸部材の上下方向の移動に前記吐出ロッドが連動することによって、前記吐出ロッドに装着された前記プランジャが前記シリンジの前記管状通路内を進退移動し、前記対象物の管状通路内への吸引、及び吸引された前記対象物の吐出が行われる。

上記のヘッドによれば、軸部材の上下方向の移動に連動する吐出ロッドにプランジャの基端部が嵌め込まれ、不動の第２筒状ロッドにシリンジの基端部が嵌め込まれる。前記吐出ロッドの上方向への移動によって前記プランジャが前記シリンジに対して相対的に上方へ移動し、シリンダチップ内（前記管状通路内）に前記対象物が吸引される。その後、前記吐出ロッドの下方向への移動によって、前記管状通路内に吸引された前記対象物は、シリンダチップから吐出される。従って、軸部材を上下方向に移動させるだけで、シリンダチップ内への前記対象物の吸引、及びシリンダチップからの前記対象物の吐出を実行させることができる。

上記のシリンダチップ装着用ヘッドにおいて、前記吐出ロッドは、前記筒状空間内に、前記第１筒状ロッドに対して相対移動可能に収容され、前記軸部材の上下方向の移動に前記吐出ロッドを連動させる第１状態と、前記の上下方向の移動に拘わらず前記吐出ロッドを停止させる第２状態とを形成するための連動機構をさらに備え、前記第１状態において、前記吐出ロッドの前記プランジャ装着部は前記第１筒状ロッドの下端から下方に突出し、前記軸部材の上下方向の移動によって、前記プランジャが前記管状通路内を進退移動し、前記第２状態において、前記軸部材の下方向への移動によって、前記吐出ロッドの前記プランジャ装着部は前記第１筒状ロッドの前記筒状空間内に収容され、前記プランジャ装着部に装着された前記プランジャが前記第１筒状ロッドの下端に押圧されて離脱することが望ましい。

上記のヘッドによれば、前記第１状態においては、軸部材の上下方向に移動に吐出ロッドが連動するので、軸部材の上下動によって、シリンダチップ内への前記対象物の吸引、及びシリンダチップからの前記対象物の吐出を実行させることができる。一方、前記第２状態では、軸部材の上下方向に移動に吐出ロッドは連動せず、軸部材が下方に移動すると第１筒状ロッドだけが下降し、前記吐出ロッドは前記筒状空間内に収容される。この際、プランジャ装着部に装着された前記プランジャが前記第１筒状ロッドの下端に押圧されて離脱する。従って、前記プランジャのプランジャ装着部からの取り外しを、軸部材の下方向への移動動作によって自動的に行わせることができる。

上記のシリンダチップ装着用ヘッドにおいて、前記連動機構は、前記筒状空間内において前記軸部材と前記吐出ロッドとの間に介在され、付勢力を発生する弾性部材と、前記吐出ロッドに備えられたストッパと、前記第２筒状ロッドに備えられ、前記ストッパと干渉する係止部と、を含み、前記第１状態において、前記付勢力によって前記吐出ロッドの一部が前記第１筒状ロッドの一部に当止することで、前記吐出ロッドは前記軸部材に連動する状態となり、前記第２状態において、前記ストッパと前記係止部との干渉によって、前記付勢力に抗して前記吐出ロッドが上方へ相対移動することで、前記プランジャ装着部が前記筒状空間内に収容される構成とすることができる。

上記のヘッドによれば、前記弾性部材、前記ストッパ及び前記係止部による簡易な構成によって、前記第１状態では吐出ロッドが軸部材の上下動に連動し、前記第２状態では吐出ロッドが軸部材の上下動に連動せずに前記筒状空間内に収容される機構を実現することができる。

上記のシリンダチップ装着用ヘッドにおいて、前記吐出ロッドは、前記プランジャ装着部を有し、第１外径を有する第１円柱部と、前記第１円柱部の上方に連設され、前記第１外径よりも大きい第２外径を有し、前記ストッパが形成される第２円柱部と、前記第２円柱部の上方に連設され、前記第２外径よりも大きい第３外径を有する第３円柱部と、を含み、前記第１筒状ロッドは、前記第１外径よりもやや大きい内径を有し、前記第１円柱部を収容する第１筒部と、前記第１筒部の上方に連設され、前記第２外径よりもやや大きい内径を有し、前記第２円柱部を収容する第２筒部と、前記第２筒部の上方に連設され、前記第３外径よりもやや大きい内径を有し、前記第３円柱部を収容するする第３筒部と、前記第２筒部の周壁に形成され、前記ストッパの相対移動を許容する上下方向に延びる長孔と、を含み、前記弾性部材は、前記軸部材の下端面と前記第３円柱部の上面との間に配置されるコイルバネであり、前記第１状態において、前記第３円柱部が、前記第２筒部と前記第３筒部との径差に基づく段差に当止され、前記第２状態において、前記ストッパが前記長孔内を相対移動しつつ、前記第１筒部の下端面が前記プランジャの基端部を押圧する構成とすることができる。

上記のヘッドによれば、前記第１状態及び第２状態を、シンプルな形状の吐出ロッド及び第１筒状ロッドによって容易且つ確実に実現することができる。

上記のシリンダチップ装着用ヘッドにおいて、前記第２状態において、前記第１筒状ロッドの前記筒状空間内に収容された状態の前記吐出ロッドの前記プランジャ装着部の高さ位置と、前記第２筒状ロッドの前記シリンジ装着部の高さ位置とが略同一であり、前記プランジャ装着部に装着された前記プランジャが前記第１筒状ロッドの下端に押圧されて離脱することに伴い、前記シリンジ装着部に装着された前記シリンジが前記プランジャに押圧されて離脱することが望ましい。

上記のヘッドによれば、前記吐出ロッドの前記プランジャ装着部の高さ位置と、前記第２筒状ロッドの前記シリンジ装着部の高さ位置とが略同一とされる。このため、前記プランジャが前記プランジャ装着部から離脱されると、前記シリンジも前記プランジャに押圧されて前記シリンジ装着部から離脱する。従って、プランジャ及びシリンジの双方の取り外しを、軸部材の下方向への移動動作によって自動的に行わせることができる。

上記のシリンダチップ装着用ヘッドにおいて、前記軸部材は、ねじ軸であって、回転駆動力が与えられる第１ねじ軸と、前記第１ねじ軸に螺合される上端部と前記第１筒状ロッドが取り付けられる下端部とを備えた第２ねじ軸とを含むことが望ましい。

このヘッドによれば、軸部材の上下動を、第１ねじ軸の軸回りの回転による第２ねじ軸の上下動によって実現することができ、軸部材の駆動系を簡素化することができる。

本発明の他の局面に係るヘッド装置は、上記のシリンダチップ装着用ヘッドと、前記回転駆動力を発生するモータと、前記回転駆動力を前記軸部材に伝達する伝達機構と、前記モータ、前記伝達機構及び前記第２筒状ロッドを保持するフレーム部材と、前記モータの駆動を制御することによって、前記軸部材の上下方向の移動を制御する制御部と、を備える。

本発明のさらに他の局面に係る移動装置は、前記シリンダチップ装着用ヘッドを全体的に上下方向に移動させる機構を備えた上記のヘッド装置と、対象物を貯留する第１容器と、前記対象物を受け入れる第２容器と、前記ヘッド装置を前記第１容器と前記第２容器との間において水平方向に移動させるヘッド移動機構と、を備える。

以上説明した本発明によれば、シリンダチップを用いた対象物の吸引、前記吸引した対象物の吐出、さらにはヘッドへのシリンダチップの取り付け及び取り外しを自動化することができる。従って、シリンジとプランジャとを含むシリンダチップを用いた対象物の移動作業の作業効率を、格段に向上させることができる。

１ ヘッド装置
１０ ヘッド
１１ 軸部材
１３ 第１筒状ロッド
１３Ｈ 筒状空間
１４ 第２筒状ロッド
１４Ｈ 収容空間
１４２ チップ装着部
２１ 第１フレーム（フレーム部材）
３０ 軸制御部（制御部）
３１ 第１モータ
３２ 第２モータ
７０ シリンダチップ
７１ シリンジ
７１Ｔ 吸引口
７１Ｐ 管状通路
７２ プランジャ

Claims (4)

1. 対象物の吸引、及び吸引された前記対象物の吐出を行う吸引口を有するチップが装着されるチップ装着部と、上下方向への移動によって前記吸引口に吸引力又は吐出力を発生させる軸部材と、を備えたヘッドと、
   前記軸部材を上下方向へ移動させる駆動力を発生する第１モータと、
   前記ヘッド及び前記第１モータを保持するフレーム部材と、
   前記フレーム部材を上下方向へ移動させる駆動力を発生する第２モータと、
   前記第１モータの駆動を制御することによって前記軸部材の上下方向の移動を制御すると共に、前記第２モータの駆動を制御することによって前記ヘッドの高さ位置を制御する制御部と、
   を備えるヘッド装置。
2. 請求項１に記載のヘッド装置において、
   前記チップは、対象物の吸引経路となる管状通路を内部に備えるシリンジを含むシリンダチップであり、
   前記ヘッドは、
   前記軸部材の下端に取り付けられ、前記軸部材と一体的に上下方向に移動する第１筒状ロッドと、
   前記第１筒状ロッドを上下方向に移動可能に収容する収容空間と、前記チップ装着部として前記シリンジの基端部が嵌め込まれるシリンジ装着部と、を備えた不動の第２筒状ロッドと、を備え、
   前記軸部材の上下方向の移動に前記第１筒状ロッドが連動することによって、前記対象物の管状通路内への吸引、及び吸引された前記対象物の吐出が行われる、ヘッド装置。
3. 請求項１に記載のヘッド装置において、
   前記チップは、対象物の吸引経路となる管状通路を内部に備えるシリンジと、前記管状通路内を進退移動するプランジャとを含むシリンダチップであり、
   前記ヘッドは、
   前記軸部材の下端に取り付けられ、前記軸部材と一体的に上下方向に移動し、内部に筒状空間を備えた第１筒状ロッドと、
   前記第１筒状ロッドを上下方向に移動可能に収容する収容空間と、前記チップ装着部として前記シリンジの基端部が嵌め込まれるシリンジ装着部と、を備えた不動の第２筒状ロッドと、
   前記第１筒状ロッドの前記筒状空間内に収容され、下端に前記プランジャの基端部が嵌め込まれるプランジャ装着部を備えた吐出ロッドと、を備え、
   前記軸部材の上下方向の移動に前記吐出ロッドが連動することによって、前記吐出ロッドに装着された前記プランジャが前記シリンジの前記管状通路内を進退移動し、前記対象物の管状通路内への吸引、及び吸引された前記対象物の吐出が行われる、ヘッド装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッド装置と、
   対象物を貯留する第１容器と、
   対象物を受け入れる第２容器と、
   前記ヘッド装置を前記第１容器と前記第２容器との間において水平方向に移動させるヘッド移動機構と、を備える移動装置。
   

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