JP2017205089A - Pressure controller, manipulation system and pressure control method - Google Patents

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Masanari Ogawa
真生 小川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure controller, manipulation system, and pressure control method, which can efficiently and suitably fix a minute object irrespective of operator's skill and technique.SOLUTION: According to the present invention, there is provided a pressure control apparatus to which fixing means for fixing a minute object is attached by internal pressure. Here, the apparatus comprises: a pressure control section for adjusting the internal pressure of the fixing means; an imaging section comprising: an imaging unit that images a minute object; and a calculation section that calculates a position of a minute object based on an image obtained from the imaging section. The pressure control section begins suction by fixing means in a state that the minute object is being separated from the fixing means, and then determined whether the minute object is fixed to the fixing means based on the information about a change in the position of the minute object received from the calculation section.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明は、圧力制御装置、マニピュレーションシステム及び圧力制御方法に関する。   The present invention relates to a pressure control device, a manipulation system, and a pressure control method.

バイオテクノロジ分野において、顕微鏡観察下で細胞や卵にDNA溶液や細胞を注入する等のように、微小な対象物に微細な操作を行うマイクロマニピュレーションシステムが知られている。微小対象物を固定するための固定用ピペットで微小対象物の位置を固定しつつ、操作用ピペットを微小対象物の操作対象の位置に突き刺してインジェクション操作が行われる。微小対象物の固定操作は、顕微鏡により微小対象物の位置を認識し、固定用ピペットを微小対象物に近づけて吸引固定を行う。   In the field of biotechnology, a micromanipulation system that performs a minute operation on a minute object such as injecting a DNA solution or a cell into a cell or egg under a microscope is known. While fixing the position of the micro object with a fixing pipette for fixing the micro object, the operation pipette is inserted into the position of the operation object of the micro object to perform the injection operation. The fixing operation of the minute object is performed by recognizing the position of the minute object with a microscope and performing the suction fixation by bringing the fixing pipette close to the minute object.

下記特許文献1の細胞吸着用圧力制御装置は、固定用ピペットに吸着された細胞の変形量に基づいて、圧力制御部の吸引量を制御することで、細胞の吸着保持を良好な状態で維持できる。   The pressure control device for cell adsorption described in Patent Document 1 below maintains the adsorption and retention of cells in a good state by controlling the suction amount of the pressure control unit based on the deformation amount of the cells adsorbed by the fixing pipette. it can.

特開平5−322716号公報JP-A-5-322716

固定用ピペットと操作用ピペットとをジョイスティック等で操作して、微小対象物の固定操作及び微小対象物に対するインジェクション操作を行う場合、操作者の高い技術が必要であり、微小対象物の損傷や、操作者の感覚に依存した操作のバラツキが生じる可能性がある。操作者の作業の負担を軽減するために、微小対象物の固定操作の自動化が要求されている。特許文献1は、操作者が固定用ピペットの移動操作を行い、固定用ピペットの先端を所望の細胞に接触させて吸着を行う。このため、固定用ピペットの移動及び吸着固定の作業において、微小対象物の損傷や、操作のバラツキが生じる可能性がある。   When operating the fixing pipette and the operation pipette with a joystick etc. to perform the fixing operation of the micro object and the injection operation to the micro object, a high level of skill of the operator is required, There may be variations in operation depending on the operator's senses. In order to reduce the burden on the operator's work, automation of the fixing operation of the minute object is required. In Patent Document 1, an operator performs a moving operation of a fixing pipette, and the tip of the fixing pipette is brought into contact with a desired cell to perform adsorption. For this reason, in the operation | movement of the movement of a pipette for fixation, and the operation | work of adsorption fixation, damage to a micro target object and the variation in operation may arise.

本発明は、操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に微小対象物の固定操作を行うことができる圧力制御装置、マニピュレーションシステム及び圧力制御方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a pressure control device, a manipulation system, and a pressure control method capable of efficiently and suitably performing a fixing operation of a minute object regardless of the skill level and skill of an operator.

本発明の一態様に係る圧力制御装置は、内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置であって、前記固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部と、前記微小対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部から得られた画像に基づいて前記微小対象物の位置を算出する算出部と、を有し、前記圧力制御部は、前記微小対象物が前記固定手段から離れた状態で、前記固定手段による吸引を開始し、前記算出部から受け取った前記微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、前記固定手段に前記微小対象物が固定されたことを判断する。   A pressure control device according to an aspect of the present invention is a pressure control device to which a fixing means for fixing a minute object by an internal pressure is mounted, and a pressure control unit that adjusts the internal pressure of the fixing means; An imaging unit that images the minute object; and a calculation unit that calculates a position of the minute object based on an image obtained from the imaging unit, and the pressure control unit includes: The suction by the fixing means is started in a state away from the fixing means, and the micro object is fixed to the fixing means based on the information on the change in the position of the micro object received from the calculation unit. Judge that.

これによれば、圧力制御部は、微小対象物が固定手段から離れた状態で、固定手段による吸引を開始することができるので、固定手段を微小対象物に接触させた状態で吸引を開始する場合に比べて、固定手段の移動操作を容易に行うことができ、微小対象物の損傷を抑制することができる。また、微小対象物の画像認識により、固定手段に微小対象物が固定されたことを判断することができるので、固定手段の画像認識を行う必要がなく、固定操作を容易に行うことができる。   According to this, since the pressure control unit can start the suction by the fixing unit in a state where the micro object is separated from the fixing unit, the pressure control unit starts the suction in a state where the fixing unit is in contact with the micro object. Compared to the case, the moving operation of the fixing means can be easily performed, and damage to the minute object can be suppressed. Further, since it can be determined that the minute object is fixed to the fixing means by image recognition of the minute object, it is not necessary to perform image recognition of the fixing means, and the fixing operation can be easily performed.

本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記算出部は、前記微小対象物の位置の変化から、前記微小対象物の移動速度を算出し、前記圧力制御部は、前記微小対象物の移動速度の情報に基づいて前記固定手段の内部圧力を調整する。これによれば、微小対象物の移動速度に応じて、適切な内部圧力で固定手段による吸引が行われるため、微小対象物の損傷を抑制することができる。   In the pressure control apparatus according to one aspect of the present invention, the calculation unit calculates a moving speed of the micro object from a change in the position of the micro object, and the pressure control unit moves the micro object. The internal pressure of the fixing means is adjusted based on the speed information. According to this, since the suction by the fixing means is performed with an appropriate internal pressure in accordance with the moving speed of the minute object, damage to the minute object can be suppressed.

本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記圧力制御部は、前記微小対象物の移動速度が所定の範囲内になるように前記固定手段の内部圧力を調整する。これによれば、微小対象物が過大な速度で固定手段に接触することが抑制されるので、微小対象物の損傷を抑制することができる。   In the pressure control apparatus according to an aspect of the present invention, the pressure control unit adjusts the internal pressure of the fixing unit so that the moving speed of the minute object is within a predetermined range. According to this, since the minute object is prevented from coming into contact with the fixing means at an excessive speed, damage to the minute object can be suppressed.

本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記圧力制御部は、前記微小対象物が載置される試料保持部材の底部に、前記固定手段が接触した状態で前記吸引を開始させる。これによれば、固定手段の吸引力が確実に微小対象物に作用するので、微小対象物を移動させて固定手段に固定させることができる。   In the pressure control apparatus according to an aspect of the present invention, the pressure control unit starts the suction in a state where the fixing unit is in contact with the bottom of the sample holding member on which the minute object is placed. According to this, since the suction force of the fixing means acts on the minute object reliably, the minute object can be moved and fixed to the fixing means.

本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記圧力制御部は、前記微小対象物が移動を開始した後、前記微小対象物の移動速度が所定の速度以下となった場合に、前記微小対象物が前記固定手段に固定されたと判断し、前記固定手段の内部圧力を維持する。これによれば、画像認識に基づいて算出された微小対象物の移動速度から、微小対象物が固定されたかどうか判断できる。したがって、固定手段の画像認識を行う必要がなく、算出部の演算を簡略化して容易に固定操作を行うことができる。   In the pressure control device according to an aspect of the present invention, the pressure control unit may be configured to detect the micro object when a moving speed of the micro object is equal to or lower than a predetermined speed after the micro object starts moving. It is determined that the object is fixed to the fixing means, and the internal pressure of the fixing means is maintained. According to this, it is possible to determine whether or not the minute object is fixed from the moving speed of the minute object calculated based on the image recognition. Therefore, it is not necessary to perform image recognition of the fixing means, and the fixing operation can be easily performed by simplifying the calculation of the calculation unit.

本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記圧力制御部は、前記固定手段による吸引を開始した後、所定の期間、前記微小対象物の位置が変化しない場合、前記吸引を停止させる。これによれば、画像認識された対象物が、操作対象の微小対象物ではない可能性があるため、他の操作対象の微小対象物について操作を行うことができる。   In the pressure control device according to an aspect of the present invention, the pressure control unit stops the suction when the position of the minute object does not change for a predetermined period after the suction by the fixing unit is started. According to this, since there is a possibility that the image-recognized object is not the operation target minute object, it is possible to perform operations on the other operation object minute objects.

前記算出部は、前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記微小対象物の重心の位置を算出する。これによれば、微小対象物の重心を算出することにより、微小対象物の位置及び移動速度を正確に算出することができる。   The calculation unit calculates the position of the center of gravity of the minute object based on the image captured by the imaging unit. According to this, the position and moving speed of the minute object can be accurately calculated by calculating the center of gravity of the minute object.

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムは、上記のいずれかの圧力制御装置と、微小対象物が載置される試料ステージと、前記微小対象物を固定するための前記固定手段を備える第1マニピュレータと、前記固定手段に保持された前記微小対象物を操作するための操作手段を備える第2マニピュレータと、前記試料ステージ、前記固定手段、前記操作手段及び前記撮像部を制御する制御部とを備える。これによれば、固定手段を備える第1マニピュレータと、圧力制御装置とにより、微小対象物の損傷を抑制しつつ微小対象物の固定操作を行うとともに、固定手段に固定された微小対象物に対する操作を第2マニピュレータにより実行することができる。   A manipulation system according to an aspect of the present invention provides a first manipulator including any one of the above-described pressure control devices, a sample stage on which a minute object is placed, and the fixing means for fixing the minute object. A second manipulator including an operation unit for operating the minute object held by the fixing unit, and a control unit for controlling the sample stage, the fixing unit, the operation unit, and the imaging unit. . According to this, the first manipulator provided with the fixing means and the pressure control device perform the fixing operation of the minute object while suppressing the damage of the minute object, and the operation on the minute object fixed to the fixing means. Can be executed by the second manipulator.

本発明の一態様に係る圧力制御方法は、内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置の圧力制御方法であって、前記固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部が、前記微小対象物が前記固定手段から離れた状態で、前記固定手段による吸引を開始するステップと、前記微小対象物を撮像する撮像部から得られた画像に基づいて、算出部が前記微小対象物の位置の変化を算出するステップと、前記圧力制御部が、前記算出部から受け取った前記微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、前記固定手段に前記微小対象物が固定されたことを判断するステップとを含む。   A pressure control method according to an aspect of the present invention is a pressure control method of a pressure control device to which a fixing means for fixing a minute object by an internal pressure is mounted, the pressure adjusting the internal pressure of the fixing means The control unit starts the suction by the fixing unit in a state in which the micro object is separated from the fixing unit, and the calculation unit is based on an image obtained from the imaging unit that images the micro object. The step of calculating the change in the position of the minute object, and the pressure control unit fixes the minute object to the fixing means based on the information on the change in the position of the minute object received from the calculation unit. Determining that it has been done.

これによれば、圧力制御部は、微小対象物が固定手段から離れた状態で、固定手段による吸引を開始することができるので、固定手段を微小対象物に接触させる場合に比べて、固定手段の移動操作を容易に行うことができ、微小対象物の損傷を抑制することができる。微小対象物の画像認識により、固定手段に微小対象物が固定されたことを判断することができるので、固定手段の画像認識を行う必要がなく、固定操作を容易に行うことができる。   According to this, since the pressure control unit can start suction by the fixing means in a state where the minute object is separated from the fixing means, the fixing means can be compared with the case where the fixing means is brought into contact with the minute object. Can be easily performed, and the damage to the minute object can be suppressed. Since it can be determined that the minute object is fixed to the fixing means by the image recognition of the minute object, it is not necessary to perform image recognition of the fixing means, and the fixing operation can be easily performed.

本発明によれば、操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に微小対象物の固定操作を行うことができる。   According to the present invention, a minute object can be fixed efficiently and suitably regardless of the skill level and skill of the operator.

図1は、実施形態に係る圧力制御装置を備えたマニピュレーションシステムの構成を模式的に示す図である。Drawing 1 is a figure showing typically composition of a manipulation system provided with a pressure control device concerning an embodiment. 図2は、微動機構の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a fine movement mechanism. 図3は、マニピュレーションシステムの制御ブロック図である。FIG. 3 is a control block diagram of the manipulation system. 図4は、マニピュレーションシステムの圧力制御動作の一例を示すフローチャート図である。FIG. 4 is a flowchart showing an example of the pressure control operation of the manipulation system. 図5は、カメラの撮像領域における細胞の位置を模式的に示す平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically showing the position of the cell in the imaging region of the camera. 図6は、画像処理により検出された細胞の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of cells detected by image processing. 図7は、第1ピペットと、試料保持部材に保持される培地及び細胞の概略構成を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the first pipette, the medium and the cells held by the sample holding member. 図8は、細胞の移動速度と時間との関係を模式的に表すグラフである。FIG. 8 is a graph schematically showing the relationship between the moving speed of cells and time. 図9は、ポンプ駆動速度と時間との関係を模式的に表すグラフである。FIG. 9 is a graph schematically showing the relationship between the pump driving speed and time. 図10は、第1定常状態における第1ピペットと細胞との関係を模式的に示す平面図である。FIG. 10 is a plan view schematically showing the relationship between the first pipette and the cells in the first steady state. 図11は、第1定常状態における、Xc軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。FIG. 11 is a graph schematically showing the relationship between the cell position in the Xc axis direction and time in the first steady state. 図12は、第1定常状態における、Yc軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。FIG. 12 is a graph schematically showing the relationship between the position of the cell in the Yc-axis direction and time in the first steady state. 図13は、第2定常状態における第1ピペットと細胞との関係を模式的に示す平面図である。FIG. 13 is a plan view schematically showing the relationship between the first pipette and the cells in the second steady state. 図14は、第1定常状態から第2定常状態までの、Xc軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。FIG. 14 is a graph schematically showing the relationship between the position of the cell in the Xc-axis direction and time from the first steady state to the second steady state. 図15は、第1定常状態から第2定常状態までの、Yc軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。FIG. 15 is a graph schematically showing the relationship between the position of the cell in the Yc axis direction and time from the first steady state to the second steady state.

本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the contents described in the following embodiments. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.

図1は、実施形態に係る圧力制御装置を備えたマニピュレ−ションシステムの構成を模式的に示す図である。マニピュレーションシステム10は、顕微鏡観察下で微小対象物である試料を操作するためのシステムである。図1において、マニピュレーションシステム10は、圧力制御装置60と、第1マニピュレータ14と、第2マニピュレータ16と、マニピュレーションシステム10を制御するコントローラ43とを備えている。顕微鏡ユニット12の両側に第1マニピュレータ14と第2マニピュレータ16とが分かれて配置されている。   FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a manipulation system including a pressure control device according to an embodiment. The manipulation system 10 is a system for operating a sample that is a minute object under a microscope. In FIG. 1, the manipulation system 10 includes a pressure control device 60, a first manipulator 14, a second manipulator 16, and a controller 43 that controls the manipulation system 10. A first manipulator 14 and a second manipulator 16 are separately arranged on both sides of the microscope unit 12.

圧力制御装置60は、圧力制御部45と、吸引ポンプ29と、顕微鏡ユニット12と、コントローラ43に含まれる算出部46C(図1では省略して示す)とを含む。圧力制御装置60は、第1マニピュレータ14に取り付けられた第1ピペット25の内部圧力を調整し、微小対象物である試料を第1ピペット25に固定する操作を行うための装置である。   The pressure control device 60 includes a pressure control unit 45, a suction pump 29, the microscope unit 12, and a calculation unit 46C (not shown in FIG. 1) included in the controller 43. The pressure control device 60 is a device for adjusting the internal pressure of the first pipette 25 attached to the first manipulator 14 and performing an operation of fixing the sample, which is a minute object, to the first pipette 25.

顕微鏡ユニット12は、撮像素子を含むカメラ18と、顕微鏡20と、試料ステージ22とを備えている。試料ステージ22は、シャーレなどの試料保持部材11を支持可能であり、試料保持部材11の直上に顕微鏡20が配置される。顕微鏡ユニット12は、顕微鏡20とカメラ18とが一体構造となっており、試料保持部材11に向けて光を照射する光源(図示は省略している)を備えている。なお、カメラ18は、顕微鏡20と別体に設けてもよい。図1では、顕微鏡20及びカメラ18は、試料保持部材11の上方に配置されているが、試料保持部材11の下方に配置してもよい。   The microscope unit 12 includes a camera 18 including an image sensor, a microscope 20, and a sample stage 22. The sample stage 22 can support the sample holding member 11 such as a petri dish, and the microscope 20 is disposed immediately above the sample holding member 11. In the microscope unit 12, the microscope 20 and the camera 18 are integrated, and includes a light source (not shown) that emits light toward the sample holding member 11. The camera 18 may be provided separately from the microscope 20. In FIG. 1, the microscope 20 and the camera 18 are arranged above the sample holding member 11, but may be arranged below the sample holding member 11.

試料保持部材11には、試料を含む溶液が収容される。試料保持部材11の試料に光が照射され、試料保持部材11の試料で反射した光が顕微鏡20に入射すると、試料に関する光学像は、顕微鏡20で拡大された後カメラ18で撮像される。カメラ18で撮像された画像を基に試料の観察が可能となっている。   The sample holding member 11 stores a solution containing a sample. When the sample of the sample holding member 11 is irradiated with light and the light reflected by the sample of the sample holding member 11 enters the microscope 20, an optical image related to the sample is magnified by the microscope 20 and then captured by the camera 18. The sample can be observed based on the image captured by the camera 18.

図1に示すように、第1マニピュレータ14は、第1ピペット保持部材24と、X−Y軸テーブル26と、Z軸テーブル28と、X−Y軸テーブル26を駆動する駆動装置30と、Z軸テーブル28を駆動する駆動装置32とを備える。第1マニピュレータ14は、X軸−Y軸−Z軸の3軸構成のマニピュレータである。なお、本実施形態において、水平面内の一方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と交差する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれと交差する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。   As shown in FIG. 1, the first manipulator 14 includes a first pipette holding member 24, an XY axis table 26, a Z axis table 28, a drive device 30 that drives the XY axis table 26, and Z And a driving device 32 for driving the axis table 28. The first manipulator 14 is a manipulator having a three-axis configuration of X axis-Y axis-Z axis. In the present embodiment, one direction in the horizontal plane is the X-axis direction, and a direction that intersects the X-axis direction in the horizontal plane is a direction that intersects the Y-axis direction, the X-axis direction, and the Y-axis direction (that is, the vertical direction). Is the Z-axis direction.

X−Y軸テーブル26は、駆動装置30の駆動により、X軸方向又はY軸方向に移動可能となっている。Z軸テーブル28は、X−Y軸テーブル26上に上下移動可能に配置され、駆動装置32の駆動によりZ軸方向に移動可能になっている。駆動装置30、32は、コントローラ43に接続されている。   The XY axis table 26 can be moved in the X axis direction or the Y axis direction by driving of the driving device 30. The Z-axis table 28 is arranged on the XY axis table 26 so as to be movable up and down, and is movable in the Z-axis direction by driving of the drive device 32. The driving devices 30 and 32 are connected to the controller 43.

第1ピペット保持部材24は、Z軸テーブル28に連結され、先端に毛細管チップである第1ピペット25が取り付けられている。第1ピペット保持部材24は、X−Y軸テーブル26とZ軸テーブル28の移動に従って3次元空間を移動領域として移動し、試料保持部材11に収容された試料を、第1ピペット25の端部に固定することができる。第1ピペット25の内部圧力は、圧力制御部45及び吸引ポンプ29により制御され、第1ピペット25の吸引により試料が固定される。すなわち、第1マニピュレータ14は、微小対象物の固定に用いられる固定用マニピュレータであり、第1ピペット25は、微小対象物の固定手段として用いられるホールディングピペットである。   The first pipette holding member 24 is connected to the Z-axis table 28, and a first pipette 25, which is a capillary tip, is attached to the tip. The first pipette holding member 24 moves as a moving area in the three-dimensional space according to the movement of the XY axis table 26 and the Z axis table 28, and the sample accommodated in the sample holding member 11 is moved to the end of the first pipette 25. Can be fixed to. The internal pressure of the first pipette 25 is controlled by the pressure controller 45 and the suction pump 29, and the sample is fixed by the suction of the first pipette 25. That is, the first manipulator 14 is a fixing manipulator used for fixing a minute object, and the first pipette 25 is a holding pipette used as a fixing means for the minute object.

図1に示す第2マニピュレータ16は、第2ピペット保持部材34と、X−Y軸テーブル36と、Z軸テーブル38と、X−Y軸テーブル36を駆動する駆動装置40と、Z軸テーブル38を駆動する駆動装置42とを備える。第2マニピュレータ16は、X軸−Y軸−Z軸の3軸構成のマニピュレータである。   The second manipulator 16 shown in FIG. 1 includes a second pipette holding member 34, an XY axis table 36, a Z axis table 38, a driving device 40 that drives the XY axis table 36, and a Z axis table 38. And a driving device 42 for driving the motor. The second manipulator 16 is a manipulator having a three-axis configuration of X axis-Y axis-Z axis.

X−Y軸テーブル36は、駆動装置40の駆動により、X軸方向又はY軸方向に移動可能となっている。Z軸テーブル38は、X−Y軸テーブル36上に上下移動可能に配置され、駆動装置42の駆動によりZ軸方向に移動可能になっている。駆動装置40、42は、コントローラ43に接続されている。   The XY axis table 36 is movable in the X axis direction or the Y axis direction by driving of the driving device 40. The Z-axis table 38 is arranged on the XY axis table 36 so as to be movable up and down, and can be moved in the Z-axis direction by driving of the driving device 42. The driving devices 40 and 42 are connected to the controller 43.

第2ピペット保持部材34は、Z軸テーブル38に連結され、先端にガラス製の第2ピペット35が取り付けられている。第2ピペット保持部材34は、X−Y軸テーブル36とZ軸テーブル38の移動に従って3次元空間を移動領域として移動し、試料保持部材11に収容された試料を人工操作することが可能である。すなわち、第2マニピュレータ16は、微小対象物の操作(DNA溶液の注入操作や穿孔操作など)に用いられる操作用マニピュレータであり、第2ピペット35は、微小対象物のインジェクション操作手段として用いられるインジェクションピペットである。   The second pipette holding member 34 is connected to a Z-axis table 38, and a second pipette 35 made of glass is attached to the tip. The second pipette holding member 34 can move as a moving area in the three-dimensional space according to the movement of the XY axis table 36 and the Z axis table 38, and can artificially manipulate the sample stored in the sample holding member 11. . That is, the second manipulator 16 is an operation manipulator used for manipulation of a minute object (DNA solution injection operation, perforation operation, etc.), and the second pipette 35 is an injection used as a minute object injection operation means. Pipette.

X−Y軸テーブル36とZ軸テーブル38は、第2ピペット保持部材34を、試料保持部材11に収容された試料などの操作位置まで粗動駆動する粗動機構(3次元移動テーブル)として構成されている。また、Z軸テーブル38と第2ピペット保持部材34との連結部には、ナノポジショナとして微動機構44が備えられている。微動機構44は、第2ピペット保持部材34をその長手方向(軸方向)に移動可能に支持するとともに、第2ピペット保持部材34をその長手方向(軸方向)に沿って微動駆動するように構成される。   The XY axis table 36 and the Z axis table 38 are configured as a coarse movement mechanism (three-dimensional movement table) that coarsely drives the second pipette holding member 34 to an operation position of a sample or the like accommodated in the sample holding member 11. Has been. Further, a fine movement mechanism 44 is provided as a nanopositioner at a connecting portion between the Z-axis table 38 and the second pipette holding member 34. The fine movement mechanism 44 is configured to support the second pipette holding member 34 so as to be movable in the longitudinal direction (axial direction) and to finely drive the second pipette holding member 34 along the longitudinal direction (axial direction). Is done.

図2は、微動機構の一例を示す断面図である。図2に示すように微動機構44は、第2ピペット保持部材34を駆動対象とする圧電アクチュエータ44aを備える。圧電アクチュエータ44aは、筒状のハウジング87と、ハウジング87の内部に設けられた転がり軸受80、82と、圧電素子92とを含む。ハウジング87の軸方向に第2ピペット保持部材34が挿通される。転がり軸受80、82は、第2ピペット保持部材34を回転可能に支持する。圧電素子92は、印加される電圧に応じて第2ピペット保持部材34の長手方向に沿って伸縮する。第2ピペット保持部材34の先端側(図2左側)には第2ピペット35(図1参照)が取り付けられ固定される。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a fine movement mechanism. As shown in FIG. 2, the fine movement mechanism 44 includes a piezoelectric actuator 44 a that drives the second pipette holding member 34. The piezoelectric actuator 44 a includes a cylindrical housing 87, rolling bearings 80 and 82 provided inside the housing 87, and a piezoelectric element 92. The second pipette holding member 34 is inserted in the axial direction of the housing 87. The rolling bearings 80 and 82 rotatably support the second pipette holding member 34. The piezoelectric element 92 expands and contracts along the longitudinal direction of the second pipette holding member 34 according to the applied voltage. A second pipette 35 (see FIG. 1) is attached and fixed to the distal end side (left side in FIG. 2) of the second pipette holding member 34.

第2ピペット保持部材34は、転がり軸受80、82を介してハウジング87に支持される。転がり軸受80は、内輪80aと、外輪80bと、内輪80aと外輪80bとの間に設けられたボール80cとを備える。転がり軸受82は、内輪82aと、外輪82bと、内輪82aと外輪82bとの間に設けられたボール82cとを備える。各外輪80b、82bがハウジング87の内周面に固定され、各内輪80a、82aが中空部材84を介して第2ピペット保持部材34の外周面に固定される。このように、転がり軸受80、82は、第2ピペット保持部材34を回転自在に支持するようになっている。   The second pipette holding member 34 is supported by the housing 87 via the rolling bearings 80 and 82. The rolling bearing 80 includes an inner ring 80a, an outer ring 80b, and a ball 80c provided between the inner ring 80a and the outer ring 80b. The rolling bearing 82 includes an inner ring 82a, an outer ring 82b, and a ball 82c provided between the inner ring 82a and the outer ring 82b. The outer rings 80 b and 82 b are fixed to the inner peripheral surface of the housing 87, and the inner rings 80 a and 82 a are fixed to the outer peripheral surface of the second pipette holding member 34 via the hollow member 84. Thus, the rolling bearings 80 and 82 are configured to rotatably support the second pipette holding member 34.

中空部材84の軸方向の略中央部には、径方向外方に突出するフランジ部84aが設けられている。転がり軸受80は、フランジ部84aに対して第2ピペット保持部材34の軸方向の先端側に配置され、転がり軸受82はフランジ部84aに対して後端側に配置される。内輪間座としてのフランジ部84aを挟んで転がり軸受80の内輪80aと、転がり軸受82の内輪82aとが配置される。第2ピペット保持部材34の外周面にねじ加工が施されており、内輪80aの先端側、及び内輪82aの後端側からロックナット86、86が第2ピペット保持部材34に螺合されて、転がり軸受80、82の軸方向の位置が固定される。   A flange portion 84 a that protrudes radially outward is provided at a substantially central portion in the axial direction of the hollow member 84. The rolling bearing 80 is disposed on the distal end side in the axial direction of the second pipette holding member 34 with respect to the flange portion 84a, and the rolling bearing 82 is disposed on the rear end side with respect to the flange portion 84a. An inner ring 80a of the rolling bearing 80 and an inner ring 82a of the rolling bearing 82 are disposed across a flange portion 84a serving as an inner ring spacer. The outer peripheral surface of the second pipette holding member 34 is threaded, and lock nuts 86 and 86 are screwed into the second pipette holding member 34 from the front end side of the inner ring 80a and the rear end side of the inner ring 82a. The axial positions of the rolling bearings 80 and 82 are fixed.

円環状のスペーサ90は、転がり軸受80、82と同軸に外輪82bの軸方向後端側に配置される。スペーサ90の軸方向後端側には、円環状の圧電素子92がスペーサ90と略同軸に配置され、さらにその軸方向後端側にはハウジング87の蓋88が配置される。蓋88は、圧電素子92を軸方向に固定するためのもので、第2ピペット保持部材34が挿通する孔部を有する。蓋88は、例えば、ハウジング87の側面に不図示のボルトにより締結されていてもよい。なお、圧電素子92は、棒状又は角柱状としてスペーサ90の周方向に略等配となるように並べても良く、第2ピペット保持部材34を挿通する孔部を有した角筒としても良い。   The annular spacer 90 is disposed coaxially with the rolling bearings 80 and 82 on the axial rear end side of the outer ring 82b. An annular piezoelectric element 92 is disposed substantially coaxially with the spacer 90 on the rear end side in the axial direction of the spacer 90, and a lid 88 of the housing 87 is disposed on the rear end side in the axial direction. The lid 88 is for fixing the piezoelectric element 92 in the axial direction, and has a hole through which the second pipette holding member 34 is inserted. The lid 88 may be fastened to the side surface of the housing 87 with a bolt (not shown), for example. The piezoelectric elements 92 may be arranged in a rod shape or prismatic shape so as to be substantially equidistant in the circumferential direction of the spacer 90, or may be a square tube having a hole portion through which the second pipette holding member 34 is inserted.

圧電素子92はスペーサ90を介して転がり軸受82と接している。圧電素子92は、リード線(図示せず)を介して制御回路としてのコントローラ43に接続されている。圧電素子92は、コントローラ43からの印加電圧に応答して第2ピペット保持部材34の軸方向に沿って伸縮し、第2ピペット保持部材34をその軸方向に沿って微動させるようになっている。第2ピペット保持部材34が軸方向に沿って微動すると、この微動が第2ピペット35(図1参照)に伝達され、第2ピペット35の位置が微調整されることになる。また、圧電素子92により第2ピペット保持部材34が軸方向に振動すると、第2ピペット35も軸方向に振動する。このように微動機構44により、微小対象物への操作(DNA溶液や細胞の注入操作や穿孔操作など)の際には、より正確な操作が可能となり、圧電素子92による穿孔作用の向上を実現できる。   The piezoelectric element 92 is in contact with the rolling bearing 82 via the spacer 90. The piezoelectric element 92 is connected to a controller 43 as a control circuit via a lead wire (not shown). The piezoelectric element 92 expands and contracts along the axial direction of the second pipette holding member 34 in response to an applied voltage from the controller 43, and finely moves the second pipette holding member 34 along the axial direction. . When the second pipette holding member 34 finely moves along the axial direction, this fine movement is transmitted to the second pipette 35 (see FIG. 1), and the position of the second pipette 35 is finely adjusted. Further, when the second pipette holding member 34 vibrates in the axial direction by the piezoelectric element 92, the second pipette 35 also vibrates in the axial direction. In this way, the fine movement mechanism 44 enables more accurate operations when manipulating a minute object (such as a DNA solution or cell injection operation or a perforation operation) and improves the perforation action by the piezoelectric element 92. it can.

なお、上述の微動機構44は、微小対象物の操作用の第2マニピュレータ16に設けられるとしているが、図1に示すように微小対象物の固定用の第1マニピュレータ14に設けてもよく、省略することも可能である。   The fine movement mechanism 44 described above is provided in the second manipulator 16 for manipulating the minute object, but may be provided in the first manipulator 14 for fixing the minute object as shown in FIG. It can be omitted.

次に、コントローラ43によるマニピュレーションシステム10の制御について図3を参照して説明する。図3は、マニピュレーションシステムの制御ブロック図である。   Next, control of the manipulation system 10 by the controller 43 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a control block diagram of the manipulation system.

コントローラ43は、演算手段としてのCPU(中央演算処理装置)及び記憶手段としてのハードディスク、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等のハードウェア資源を備える。コントローラ43は、記憶部46Bに格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行い、演算結果に従って制御部46Aが各種の制御を行うように駆動信号を出力する。   The controller 43 includes hardware resources such as a CPU (Central Processing Unit) as a calculation unit, a hard disk as a storage unit, a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory). The controller 43 performs various calculations based on a predetermined program stored in the storage unit 46B, and outputs a drive signal so that the control unit 46A performs various controls according to the calculation results.

制御部46Aは、顕微鏡ユニット12の焦点合わせ機構81、第1マニピュレータ14の駆動装置30、駆動装置32、第2マニピュレータ16の駆動装置40、駆動装置42、注入ポンプ39、圧力制御部45を制御する。制御部46Aは、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介して、それぞれに駆動信号を出力する。制御部46Aは、駆動装置30、32、40、42にそれぞれ駆動信号Vxy、駆動信号V(図1参照)を供給する。駆動装置30、32、40、42は、駆動信号Vxy、駆動信号Vに基づいてX−Y−Z軸方向に駆動する。制御部46Aは、微動機構44にナノポジショナ制御信号V(図1参照)を供給して、微動機構44の制御を行ってもよい。 The control unit 46A controls the focusing mechanism 81 of the microscope unit 12, the drive device 30 of the first manipulator 14, the drive device 32, the drive device 40 of the second manipulator 16, the drive device 42, the injection pump 39, and the pressure control unit 45. To do. The controller 46A outputs a drive signal to each via a driver, an amplifier, or the like provided as necessary. The controller 46A supplies a drive signal V xy and a drive signal V z (see FIG. 1) to the drive devices 30, 32, 40, and 42, respectively. Drive 30,32,40,42, the drive signal V xy, drives the X-Y-Z-axis direction based on the driving signal V z. The controller 46A may control the fine movement mechanism 44 by supplying the nanopositioner control signal V N (see FIG. 1) to the fine movement mechanism 44.

コントローラ43は、情報入力手段としてジョイスティック47と、キーボードやタッチパネル等の入力部49とが接続されている。また、コントローラ43は、液晶パネル等の表示部48が接続される。表示部48にはカメラ18で取得した顕微鏡画像や各種制御用画面が表示されるようになっている。なお、入力部49としてタッチパネルが用いられる場合には、表示部48の表示画面にタッチパネルを重ねて用い、操作者が表示部48の表示画像を確認しつつ入力操作を行うようにしてもよい。   The controller 43 is connected with a joystick 47 and an input unit 49 such as a keyboard or a touch panel as information input means. The controller 43 is connected to a display unit 48 such as a liquid crystal panel. The display unit 48 displays a microscope image acquired by the camera 18 and various control screens. In the case where a touch panel is used as the input unit 49, the touch panel may be overlapped on the display screen of the display unit 48 so that the operator can perform an input operation while confirming the display image on the display unit 48.

ジョイスティック47は公知のものを用いることができる。ジョイスティック47は、基台と、基台から直立するハンドル部とを備えており、ハンドル部を傾斜させるように操作することで駆動装置30、40のX−Y駆動を行うことができ、ハンドル部をねじることで駆動装置32、42のZ駆動を行うことができる。ジョイスティック47は、吸引ポンプ29、注入ポンプ39の各駆動等を操作するためのボタン47A(図1参照)を備えていてもよい。   A known joystick 47 can be used. The joystick 47 includes a base and a handle portion that stands upright from the base, and the drive devices 30 and 40 can be driven in an XY manner by operating the handle portion to incline. The drive devices 32 and 42 can be Z-driven by twisting. The joystick 47 may include a button 47A (see FIG. 1) for operating each drive of the suction pump 29 and the infusion pump 39.

図3に示すように、コントローラ43は、さらに画像入力部43A、画像処理部43B、画像出力部43C及び算出部46Cを備えている。顕微鏡20を通してカメラ18で撮像した画像信号VPIX(図1参照)が画像入力部43Aに入力される。画像処理部43Bは、画像入力部43Aから画像信号を受け取って、画像処理を行う。画像出力部43Cは、画像処理部43Bで画像処理された画像情報を表示部48へ出力する。算出部46Cは、画像処理部43Bから画像情報を受け取る。算出部46Cは、この画像処理後の画像情報に基づいてカメラ18で撮像された微小対象物である細胞等の位置や、第2ピペット35によるインジェクション操作を行う操作対象である細胞の核等の位置を検出することができる。例えば、算出部46Cは、画像情報に基づいてカメラ18の撮像領域内における細胞等の有無を検出することができる。また、算出部46Cは、第1ピペット25及び第2ピペット35の位置を検出してもよい。画像入力部43A、画像処理部43B、画像出力部43C及び算出部46Cは、制御部46Aにより制御される。 As shown in FIG. 3, the controller 43 further includes an image input unit 43A, an image processing unit 43B, an image output unit 43C, and a calculation unit 46C. An image signal V PIX (see FIG. 1) captured by the camera 18 through the microscope 20 is input to the image input unit 43A. The image processing unit 43B receives the image signal from the image input unit 43A and performs image processing. The image output unit 43C outputs the image information processed by the image processing unit 43B to the display unit 48. The calculation unit 46C receives image information from the image processing unit 43B. The calculation unit 46C determines the position of a cell or the like that is a micro target imaged by the camera 18 based on the image information after the image processing, the nucleus of a cell that is an operation target for performing an injection operation with the second pipette 35, and the like. The position can be detected. For example, the calculation unit 46C can detect the presence or absence of cells or the like in the imaging region of the camera 18 based on the image information. The calculation unit 46C may detect the positions of the first pipette 25 and the second pipette 35. The image input unit 43A, the image processing unit 43B, the image output unit 43C, and the calculation unit 46C are controlled by the control unit 46A.

画像処理部43Bは、例えば固定操作の対象となる細胞の位置や細胞の核の位置を検出するために、画像入力部43Aから受け取った画像信号について二値化処理とフィルタ処理を実行する。画像処理部43Bは、画像信号をグレースケール化して、あらかじめ設定された所定の閾値に基づいて、このグレースケール画像をモノクロ画像に変換する。そして、画像処理部43Bは、二値化処理とフィルタ処理により得られたモノクロ画像に基づいてエッジ抽出処理やパターンマッチングを行う。その処理結果に基づいて算出部46Cは、細胞の位置や細胞の核の位置を検出することができる。算出部46Cは、後述するように、細胞の重心位置を検出し、細胞の重心位置の変化から細胞の移動速度を算出することができる。   For example, the image processing unit 43B performs binarization processing and filter processing on the image signal received from the image input unit 43A in order to detect the position of the cell to be fixed and the position of the cell nucleus. The image processing unit 43B converts the grayscale image into a monochrome image based on a predetermined threshold value that is converted into a grayscale image signal. Then, the image processing unit 43B performs edge extraction processing and pattern matching based on the monochrome image obtained by the binarization processing and the filter processing. Based on the processing result, the calculation unit 46C can detect the position of the cell and the position of the nucleus of the cell. As will be described later, the calculation unit 46C can detect the position of the center of gravity of the cell and calculate the moving speed of the cell from the change in the position of the center of gravity of the cell.

制御部46Aは、算出部46Cからの細胞等の位置情報、及び細胞等の有無の情報に基づいて、第1マニピュレータ14、第2マニピュレータ16及び圧力制御部45を制御する。本実施形態において、制御部46Aは、第1マニピュレータ14及び第2マニピュレータ16を所定のシーケンスで自動的に駆動する。かかるシーケンス駆動は、記憶部46Bにあらかじめ保存された所定のプログラムによるCPUの演算結果に基づいて、制御部46Aが順次それぞれに駆動信号を出力することで行われる。本実施形態において、圧力制御部45は、算出部46Cから受け取った細胞の位置の情報に基づいて、吸引ポンプ29の吸引量を制御して、細胞の固定操作を行う。また、圧力制御部45は、算出部46Cから受け取った細胞の位置の情報に基づいて、第1ピペット25に細胞が固定されたかどうかを判断することができる。   The control unit 46A controls the first manipulator 14, the second manipulator 16, and the pressure control unit 45 based on the position information of the cells and the like from the calculation unit 46C and the presence / absence information of the cells and the like. In the present embodiment, the control unit 46A automatically drives the first manipulator 14 and the second manipulator 16 in a predetermined sequence. Such sequence driving is performed by the control unit 46A sequentially outputting a drive signal to each based on the calculation result of the CPU by a predetermined program stored in advance in the storage unit 46B. In the present embodiment, the pressure control unit 45 performs the cell fixing operation by controlling the suction amount of the suction pump 29 based on the cell position information received from the calculation unit 46C. Further, the pressure control unit 45 can determine whether or not the cells are fixed to the first pipette 25 based on the cell position information received from the calculation unit 46C.

次にマニピュレーションシステム10の細胞固定方法について説明する。図4は、マニピュレーションシステムの圧力制御動作の一例を示すフローチャート図である。本実施形態のマニピュレーションシステム10は、試料保持部材11に載置された複数の細胞に対して、1つの細胞ごとに固定操作を行い、固定された細胞に対してインジェクション操作を行う。さらに、複数の細胞について固定操作及びインジェクション操作を繰り返し実行する。コントローラ43は、複数の細胞に対する操作を自動で実行してもよい。   Next, a cell fixing method of the manipulation system 10 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of the pressure control operation of the manipulation system. The manipulation system 10 of the present embodiment performs a fixing operation for each cell on a plurality of cells placed on the sample holding member 11, and performs an injection operation on the fixed cells. Further, the fixing operation and the injection operation are repeatedly executed for a plurality of cells. The controller 43 may automatically perform operations on a plurality of cells.

まず、算出部46Cは、固定操作の対象となる細胞100の重心の位置を算出する(図4、ステップST11)。本実施形態において、微小対象物である細胞100は、受精卵である。細胞100は、受精卵に限られず、顕微鏡観察下でDNA溶液の注入操作や穿孔操作等の操作が行われる対象であり、例えば卵細胞、又はその他の細胞であってもよい。   First, the calculation unit 46C calculates the position of the center of gravity of the cell 100 to be fixed (FIG. 4, step ST11). In the present embodiment, the cell 100 that is a micro object is a fertilized egg. The cell 100 is not limited to a fertilized egg, and is a target on which an operation such as a DNA solution injection operation or a perforation operation is performed under a microscope, and may be, for example, an egg cell or other cells.

図5は、カメラの撮像領域における細胞の位置を模式的に示す平面図である。図5は、カメラ18の撮像領域18Aの左上角を原点(0、0)として、右下角の位置を(x、y)で示している。撮像領域18Aの中心位置Cは(x/2、y/2)である。ここで、撮像領域18A内の一方向をXc軸方向とし、Xc軸方向と交差する方向をYc軸方向とする。Xc軸方向における撮像領域18Aの長さは、例えば750μmであり、Yc軸方向における撮像領域18Aの長さは、例えば500μmである。   FIG. 5 is a plan view schematically showing the position of the cell in the imaging region of the camera. FIG. 5 shows the position of the lower right corner as (x, y) with the upper left corner of the imaging region 18A of the camera 18 as the origin (0, 0). The center position C of the imaging region 18A is (x / 2, y / 2). Here, one direction in the imaging region 18A is defined as an Xc axis direction, and a direction intersecting the Xc axis direction is defined as a Yc axis direction. The length of the imaging region 18A in the Xc-axis direction is, for example, 750 μm, and the length of the imaging region 18A in the Yc-axis direction is, for example, 500 μm.

制御部46Aは、細胞100が撮像領域18Aの中心位置Cの近傍に位置するように試料ステージ22を駆動させる。細胞100の重心100Gは、中心位置Cにあることが好ましいが、例えば、図5の斜線を付して示す領域18B内に位置すればよい。領域18Bは、Xc軸方向において、3/x以上、2/x以下の範囲であり、かつ、Yc軸方向において、3/y以上、2/y以下の範囲である。なお、上述したように、試料保持部材11には複数の細胞が載置されており、図5に示すように、固定操作の対象となる細胞100以外の細胞101が撮像領域18Aに存在していてもよい。   The control unit 46A drives the sample stage 22 so that the cell 100 is positioned in the vicinity of the center position C of the imaging region 18A. The center of gravity 100G of the cell 100 is preferably located at the center position C, but may be located, for example, in a region 18B indicated by hatching in FIG. The region 18B has a range of 3 / x or more and 2 / x or less in the Xc-axis direction, and a range of 3 / y or more and 2 / y or less in the Yc-axis direction. As described above, a plurality of cells are placed on the sample holding member 11, and as shown in FIG. 5, cells 101 other than the cells 100 to be fixed are present in the imaging region 18A. May be.

カメラ18は、中心位置Cの近傍に位置する細胞100を撮像する。図6は、画像処理により検出された細胞の模式図である。画像処理部43Bは、細胞100の画像について、二値化処理とフィルタ処理を実行する。これにより、細胞100の透明帯100Aと細胞膜100Bのエッジを抽出する。光の回折と干渉とを利用した位相差観察を行う場合は、透明帯100Aのエッジ及び細胞膜100Bのエッジに現れる、いわゆるハロー効果による光を観察することで、エッジの抽出が可能である。   The camera 18 images the cell 100 located in the vicinity of the center position C. FIG. 6 is a schematic diagram of cells detected by image processing. The image processing unit 43B performs binarization processing and filter processing on the image of the cell 100. As a result, the edges of the zona pellucida 100A and the cell membrane 100B of the cell 100 are extracted. When performing phase difference observation using light diffraction and interference, it is possible to extract edges by observing light due to a so-called halo effect that appears at the edge of the transparent zone 100A and the edge of the cell membrane 100B.

算出部46Cは、画像処理部43Bから受け取った細胞100の画像について、透明帯100Aのエッジの内側の領域と、細胞膜100Bのエッジの内側の領域を塗りつぶし、透明帯100A及び細胞膜100Bを1つの形状として認識する。そして、算出部46Cは、微分法等の公知の方法により、細胞100の重心100G位置を算出する。算出部46Cは、所定の時間ごとに細胞100の重心100Gの位置の算出を実行し、記憶部46Bに記憶させる。重心100Gの位置の算出を行うステップ時間は、あらかじめ設定された情報であり、入力部49を介して記憶部46Bに記憶されている。このステップ時間は、例えば500msに設定することができる。算出部46Cは、ステップ時間ごとの重心100Gの位置の情報から、細胞100の移動速度を算出することができる。圧力制御部45は、算出部46Cから細胞100の位置情報及び移動速度の情報を受け取って、細胞100が移動しているかどうか判断する。   The calculation unit 46C fills the region inside the edge of the zona pellucida 100A and the region inside the edge of the cell membrane 100B with respect to the image of the cell 100 received from the image processing unit 43B. Recognize as Then, the calculation unit 46C calculates the position of the center of gravity 100G of the cell 100 by a known method such as a differentiation method. The calculation unit 46C calculates the position of the center of gravity 100G of the cell 100 every predetermined time, and stores it in the storage unit 46B. The step time for calculating the position of the center of gravity 100G is preset information, and is stored in the storage unit 46B via the input unit 49. This step time can be set to 500 ms, for example. The calculation unit 46C can calculate the moving speed of the cell 100 from information on the position of the center of gravity 100G for each step time. The pressure control unit 45 receives the position information and movement speed information of the cell 100 from the calculation unit 46C, and determines whether the cell 100 is moving.

このとき、制御部46Aは、駆動装置30、32に駆動信号を出力して、第1ピペット25の先端を細胞100の近傍に移動させる。図7は、第1ピペットと、試料保持部材に保持される培地及び細胞の概略構成を示す断面図である。図7に示すように、試料保持部材11は、細胞100、101を保持する皿状の部材である。試料保持部材11は、細胞100、101を撮像できるように透明の部材で構成されている。試料保持部材11には培地52が保持されており、培地52の内部に細胞100、101が分散されている。さらに、培地52の上にパラフィンオイル54が充填されている。これにより、培地52の流動性を確保しつつ、培地52の蒸発が抑制される。なお、図7では2つの細胞100、101を示しているが、3つ以上の細胞が保持されていてもよい。   At this time, the control unit 46 </ b> A outputs a drive signal to the drive devices 30 and 32 to move the tip of the first pipette 25 to the vicinity of the cell 100. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the first pipette, the medium and the cells held by the sample holding member. As shown in FIG. 7, the sample holding member 11 is a dish-like member that holds the cells 100 and 101. The sample holding member 11 is made of a transparent member so that the cells 100 and 101 can be imaged. The sample holding member 11 holds a medium 52, and cells 100 and 101 are dispersed inside the medium 52. Further, paraffin oil 54 is filled on the culture medium 52. Thereby, evaporation of the culture medium 52 is suppressed while ensuring the fluidity of the culture medium 52. In FIG. 7, two cells 100 and 101 are shown, but three or more cells may be held.

制御部46Aは、第1ピペット25の先端を細胞100の近傍に固定する。例えば、第1ピペット25の先端は、図5に示す撮像領域18Aの中心位置Cから、Xc軸方向に−250μm以上、−0μm以下程度、例えば−100μm離れており、Yc軸方向に+0μm以上、+250μm以下程度、例えば+100μm離れている。また、図7に示すように、第1ピペット25の先端は、試料保持部材11の底部11aに接しており、培地52の内部に位置する。   The control unit 46A fixes the tip of the first pipette 25 in the vicinity of the cell 100. For example, the tip of the first pipette 25 is separated from the central position C of the imaging region 18A shown in FIG. 5 by −250 μm or more and −0 μm or less, for example, −100 μm in the Xc axis direction, for example, +0 μm or more in the Yc axis direction, It is about +250 μm or less, for example, +100 μm apart. Further, as shown in FIG. 7, the tip of the first pipette 25 is in contact with the bottom 11 a of the sample holding member 11 and is located inside the culture medium 52.

第1ピペット25の内部空間には、オイル55が充填されている。オイル55は、化学的に不活性な液体が好ましく、例えばフッ素系化合物を含むフッ素系不活性液体が用いられる。第1ピペット25が細胞100の近傍に固定された状態において、第1ピペット25の開口25aを通して、オイル55が培地52と接する。すなわち、オイル55と培地52との間に空気層は介在しないようになっている。このように第1ピペット25の内部空間をオイル55で満たしているため、吸引ポンプ29により吸引圧(陰圧)をかけたときに、第1ピペット25の開口25aに微小対象物を容易に保持することが可能となる。   An oil 55 is filled in the internal space of the first pipette 25. The oil 55 is preferably a chemically inert liquid. For example, a fluorine-based inert liquid containing a fluorine-based compound is used. In a state where the first pipette 25 is fixed in the vicinity of the cell 100, the oil 55 contacts the medium 52 through the opening 25 a of the first pipette 25. That is, an air layer is not interposed between the oil 55 and the culture medium 52. Since the internal space of the first pipette 25 is filled with the oil 55 in this way, when a suction pressure (negative pressure) is applied by the suction pump 29, the minute object is easily held in the opening 25a of the first pipette 25. It becomes possible to do.

次に、圧力制御部45は、吸引ポンプ29に駆動信号を出力して、第1ピペット25の吸引を開始する(図4、ステップST12)。吸引を開始する際に、第1ピペット25の先端は、細胞100の近傍において細胞100から離れた位置に固定された状態である。本実施形態において、第1ピペット25の先端を細胞100に接触させる必要がないため、第1ピペット25の先端は、厳密に位置を制御することなく、細胞100の近傍の所定の範囲内に入っていればよい。これにより、第1ピペット25の移動操作を容易に行うことができ、第1ピペット25の接触による細胞100の損傷を抑制することができる。   Next, the pressure control unit 45 outputs a drive signal to the suction pump 29 and starts the suction of the first pipette 25 (FIG. 4, step ST12). When the suction is started, the tip of the first pipette 25 is fixed at a position in the vicinity of the cell 100 and away from the cell 100. In the present embodiment, since it is not necessary to bring the tip of the first pipette 25 into contact with the cell 100, the tip of the first pipette 25 falls within a predetermined range near the cell 100 without strictly controlling the position. It only has to be. Thereby, the movement operation of the 1st pipette 25 can be performed easily, and the damage of the cell 100 by the contact of the 1st pipette 25 can be suppressed.

図8は、細胞の移動速度と時間との関係を模式的に表すグラフである。図9は、ポンプ駆動速度と時間との関係を模式的に表すグラフである。図10は、第1定常状態における第1ピペットと細胞との関係を模式的に示す平面図である。図11は、第1定常状態における、Xc軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。図12は、第1定常状態における、Yc軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。   FIG. 8 is a graph schematically showing the relationship between the moving speed of cells and time. FIG. 9 is a graph schematically showing the relationship between the pump driving speed and time. FIG. 10 is a plan view schematically showing the relationship between the first pipette and the cells in the first steady state. FIG. 11 is a graph schematically showing the relationship between the cell position in the Xc axis direction and time in the first steady state. FIG. 12 is a graph schematically showing the relationship between the position of the cell in the Yc-axis direction and time in the first steady state.

図9に示すポンプ駆動速度とは、吸引ポンプ29により吸引圧(陰圧)をかけたときに、第1ピペット25の内部空間のオイル55の界面55a(図10参照)が、第1ピペット25の軸方向に沿って移動する速度を示している。つまり、吸引ポンプ29の吸引圧が大きいと駆動速度Vpが大きく、吸引ポンプ29の吸引圧が小さいと駆動速度Vpが小さくなる。   The pump driving speed shown in FIG. 9 is that when the suction pressure (negative pressure) is applied by the suction pump 29, the interface 55a (see FIG. 10) of the oil 55 in the internal space of the first pipette 25 is the first pipette 25. It shows the speed of movement along the axial direction. That is, when the suction pressure of the suction pump 29 is large, the driving speed Vp is large, and when the suction pressure of the suction pump 29 is small, the driving speed Vp is small.

図9に示すように、圧力制御部45は、吸引ポンプ29を駆動速度Vp0で第1ピペット25の吸引を開始する。吸引開始時の駆動速度Vp0は、50μm/s以上、200μm/s以下程度、例えば50μm/sである。この例では、圧力制御部45は、オイル55の界面55aが1秒間に50μm移動するように、吸引ポンプ29を駆動させる。なお、駆動速度Vp0は、細胞100の重心100Gの位置と、第1ピペット25の先端の位置によって変わるため、あらかじめ求めておく。そして、設定された駆動速度Vp0の数値は、吸引ポンプ29の駆動前に、入力部49を介して記憶部46Bに保存される。吸引ポンプ29の吸引開始時の駆動速度Vp0は、細胞100が第1ピペット25の近傍に配置された場合であっても、吸引ポンプ29の吸引により細胞100が過大な速度にならないような値に設定することが好ましい。   As shown in FIG. 9, the pressure controller 45 starts the suction of the first pipette 25 with the suction pump 29 at the driving speed Vp0. The driving speed Vp0 at the start of suction is about 50 μm / s to 200 μm / s, for example, 50 μm / s. In this example, the pressure controller 45 drives the suction pump 29 so that the interface 55a of the oil 55 moves 50 μm per second. The driving speed Vp0 is obtained in advance because it varies depending on the position of the center of gravity 100G of the cell 100 and the position of the tip of the first pipette 25. The set numerical value of the drive speed Vp0 is stored in the storage unit 46B via the input unit 49 before the suction pump 29 is driven. The driving speed Vp0 at the start of the suction of the suction pump 29 is set to a value such that the cells 100 do not reach an excessive speed due to the suction of the suction pump 29 even when the cells 100 are arranged in the vicinity of the first pipette 25. It is preferable to set.

算出部46Cは、吸引開始後、細胞100の重心100Gの位置を、上述したステップ時間ごとに算出し、細胞100の移動速度Vcを算出する(図4、ステップST13)。算出部46Cは、例えば、時刻tと時刻t−1における重心100Gの位置の差分を算出する。時刻tにおける重心100Gの位置を(X、Y)とし、時刻t−1における重心100Gの位置を(Xt−1、Yt−1)とする。時刻tと時刻t−1における重心100Gの位置の差分、すなわち重心100Gの移動距離Dは、式(1)となる。移動距離Dを、ステップ時間で除することで細胞の移動速度Vcが算出される。 After starting the suction, the calculating unit 46C calculates the position of the center of gravity 100G of the cell 100 for each step time described above, and calculates the moving speed Vc of the cell 100 (FIG. 4, step ST13). For example, the calculation unit 46C calculates the difference between the positions of the center of gravity 100G at time t and time t-1. The position of the center of gravity 100G at time t is (X t , Y t ), and the position of the center of gravity 100G at time t-1 is (X t−1 , Y t−1 ). The difference between the positions of the center of gravity 100G at time t and time t-1, that is, the moving distance D of the center of gravity 100G is expressed by Equation (1). The moving speed Vc of the cell is calculated by dividing the moving distance D by the step time.

D=((X−Xt−1+(Y−Yt−11/2 (1) D = ((X t −X t−1 ) 2 + (Y t −Y t−1 ) 2 ) 1/2 (1)

圧力制御部45は、算出部46Cから細胞100の移動速度Vcの情報を受け取って、細胞100が第1定常状態であるかどうかを判断する(図4、ステップST14)。ここで、「第1定常状態」とは、吸引開始後、細胞100が移動していない状態、すなわち、移動速度Vcが所定の速度Vc1以下の状態を示す。図8から図10に示すように、第1定常状態SS1において、細胞100は第1ピペット25と間隔を有しており、位置が固定された状態である。吸引開始時の細胞100の重心100Gの位置を(x、y)とする。図11に示すように、吸引開始時から時刻tまで、Xc軸方向(図5参照)における、細胞100の重心100Gの位置はxで一定である。図12に示すように、吸引開始時から時刻tまで、Yc軸方向(図5参照)における、細胞100の重心100Gの位置はyで一定である。 The pressure control unit 45 receives information on the moving speed Vc of the cell 100 from the calculation unit 46C, and determines whether or not the cell 100 is in the first steady state (FIG. 4, step ST14). Here, the “first steady state” indicates a state where the cell 100 has not moved after the start of suction, that is, a state where the moving speed Vc is equal to or lower than a predetermined speed Vc1. As shown in FIGS. 8 to 10, in the first steady state SS1, the cell 100 is spaced from the first pipette 25 and is in a fixed position. The position of the center of gravity 100G of the cell 100 at the start of suction is defined as (x 1 , y 1 ). As shown in FIG. 11, from the time of suction start to time t 1, the Xc axis direction (see FIG. 5), the position of the center of gravity 100G cell 100 is constant at x 1. As shown in FIG. 12, the position of the center of gravity 100G of the cell 100 in the Yc axis direction (see FIG. 5) is constant at y 1 from the start of suction to time t 1 .

圧力制御部45は、吸引開始後、細胞100の移動速度Vcが所定の速度Vc1よりも小さい場合、細胞100が第1定常状態SS1であると判断する(図4、ステップST14、Yes)。所定の速度Vc1は、20μm/s以上、100μm/s以下程度、例えば20μm/sである。圧力制御部45は、細胞100が第1定常状態SS1である場合、吸引開始後、所定の時間が経過したかどうかを判断する(図4、ステップST15−1)。所定の時間が経過した場合(図4、ステップST15−1、Yes)、細胞100が操作対象の細胞ではない可能性があるので、圧力制御部45は細胞100に対する固定操作を停止する。制御部46Aは試料ステージ22を駆動させて、別の細胞101について処理を実行する(図4、ステップST20)。ここで、吸引開始後の所定の時間は、1秒以上、5秒以下程度、例えば3秒である。   When the moving speed Vc of the cell 100 is smaller than the predetermined speed Vc1 after the suction starts, the pressure control unit 45 determines that the cell 100 is in the first steady state SS1 (FIG. 4, step ST14, Yes). The predetermined speed Vc1 is about 20 μm / s or more and 100 μm / s or less, for example, 20 μm / s. When the cell 100 is in the first steady state SS1, the pressure control unit 45 determines whether a predetermined time has elapsed after the start of suction (FIG. 4, step ST15-1). When the predetermined time has elapsed (FIG. 4, step ST15-1, Yes), the cell 100 may not be the operation target cell, so the pressure control unit 45 stops the fixing operation on the cell 100. The controller 46A drives the sample stage 22 to execute processing for another cell 101 (FIG. 4, step ST20). Here, the predetermined time after the start of suction is about 1 second to about 5 seconds, for example, 3 seconds.

吸引開始後、所定の時間が経過していない場合(図4、ステップST15−1、No)、圧力制御部45は、吸引ポンプ29の駆動速度を変更する(図4、ステップST15−2)。図8及び図9に示すように、時刻tにおいて、細胞100の移動速度Vcが所定の速度Vc1よりも小さい場合、圧力制御部45は、吸引ポンプ29の駆動速度Vpを、吸引開始時の駆動速度Vp0よりも大きくする。吸引ポンプ29の吸引圧により、細胞100は第1ピペット25の開口25aに向かって移動し始め、図8に示すように、時刻t以降、細胞100の移動速度Vcが大きくなる。そして、時刻t11において細胞100の移動速度Vcが所定の速度Vc1以上となる。 When the predetermined time has not elapsed after the start of suction (FIG. 4, step ST15-1, No), the pressure control unit 45 changes the drive speed of the suction pump 29 (FIG. 4, step ST15-2). As shown in FIGS. 8 and 9, at time t 1, when the moving speed Vc of the cell 100 is smaller than the predetermined speed Vc1, the pressure control unit 45, the driving speed Vp of the suction pump 29, suction at the start of The driving speed is set to be greater than Vp0. The suction pressure of the suction pump 29, the cell 100 begins to move toward the opening 25a of the first pipette 25, as shown in FIG. 8, after time t 1, the moving velocity Vc of the cell 100 is increased. Then, the moving velocity Vc of the cell 100 becomes the predetermined speed Vc1 higher at time t 11.

圧力制御部45は、吸引開始後、細胞100の移動速度Vcが所定の速度Vc1以上であれば、細胞100が第1定常状態SS1ではなく移動を開始したと判断する(図4、ステップST14、No)。図8において、細胞100は、吸引開始後、時刻t11までの期間において、第1定常状態SS1であり、時刻t11以降、時刻tまでの期間において、移動状態MSである。 If the moving speed Vc of the cell 100 is equal to or higher than the predetermined speed Vc1 after starting the suction, the pressure control unit 45 determines that the cell 100 has started moving instead of the first steady state SS1 (FIG. 4, step ST14, No). 8, cells 100, after the start of suction, in the period up to time t 11, a first steady state SS1, time t 11 and later, in the period up to time t 2, the a mobile state MS.

図7に示すように、第1ピペット25の先端が試料保持部材11の底部11aに接した状態で、第1ピペット25による吸引が行われる。第1ピペット25の開口25aが試料保持部材11の底部11aに対向しているので、第1ピペット25による吸引圧が底部11aに沿った方向に作用する。したがって、第1ピペット25による吸引圧が細胞100に確実に作用するので、細胞100を移動させることができる。また、細胞100は、高さ方向の移動が抑制され、底部11aに沿って移動するため、細胞100の損傷を抑制しつつ、第1ピペット25への細胞100の固定操作を確実に行うことができる。   As shown in FIG. 7, suction by the first pipette 25 is performed in a state where the tip of the first pipette 25 is in contact with the bottom 11 a of the sample holding member 11. Since the opening 25a of the first pipette 25 faces the bottom 11a of the sample holding member 11, the suction pressure by the first pipette 25 acts in the direction along the bottom 11a. Therefore, since the suction pressure by the first pipette 25 acts on the cell 100 reliably, the cell 100 can be moved. Moreover, since the movement of the cell 100 is suppressed and moves along the bottom part 11a, the cell 100 can be reliably fixed to the first pipette 25 while the damage of the cell 100 is suppressed. it can.

細胞100の移動状態MS(図8参照)において、算出部46Cは、上述した細胞100の移動速度Vcを算出する(図14、ステップST16)。圧力制御部45は、算出部46Cから受け取った細胞100の移動速度Vcの情報に基づいて、細胞100が第2定常状態であるかどうかを判断する(図14、ステップST17)。ここで、「第2定常状態」とは、細胞100の移動が開始した後、細胞100の移動速度Vcが所定の速度Vc2よりも小さくなった状態、すなわち、細胞100が第1ピペット25の開口25aに固定された状態を示す。所定の速度Vc2は、5μm/s以上、20μm/s以下程度、例えば10μm/sである。圧力制御部45は、細胞100の移動速度Vcが、所定の速度Vc2よりも小さい場合、細胞100が第2定常状態SS2であると判断し、細胞100の移動速度Vcが所定の速度Vc2以上の場合、細胞100が移動状態MSであると判断する。   In the movement state MS (see FIG. 8) of the cell 100, the calculation unit 46C calculates the movement speed Vc of the cell 100 described above (FIG. 14, step ST16). The pressure control unit 45 determines whether or not the cell 100 is in the second steady state based on the information on the moving speed Vc of the cell 100 received from the calculation unit 46C (FIG. 14, step ST17). Here, the “second steady state” means a state in which the movement speed Vc of the cell 100 becomes smaller than a predetermined speed Vc2 after the movement of the cell 100 is started, that is, the cell 100 is opened in the first pipette 25. The state fixed to 25a is shown. The predetermined speed Vc2 is about 5 μm / s or more and 20 μm / s or less, for example, 10 μm / s. When the moving speed Vc of the cell 100 is smaller than the predetermined speed Vc2, the pressure control unit 45 determines that the cell 100 is in the second steady state SS2, and the moving speed Vc of the cell 100 is equal to or higher than the predetermined speed Vc2. In this case, it is determined that the cell 100 is in the moving state MS.

図13は、第2定常状態における第1ピペットと細胞との関係を模式的に示す平面図である。図14は、第1定常状態から第2定常状態までの、Xc軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。図15は、第1定常状態から第2定常状態までの、Yc軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。   FIG. 13 is a plan view schematically showing the relationship between the first pipette and the cells in the second steady state. FIG. 14 is a graph schematically showing the relationship between the position of the cell in the Xc-axis direction and time from the first steady state to the second steady state. FIG. 15 is a graph schematically showing the relationship between the position of the cell in the Yc axis direction and time from the first steady state to the second steady state.

図13に示すように、第2定常状態SS2において、細胞100は第1ピペット25の開口25aに固定された状態となる。吸引開始時の細胞100の重心100Gの位置を(x、y)とし、第2定常状態SS2の細胞100の重心100Gの位置を(x、y)とする。図14に示すように、Xc軸方向(図5参照)における細胞100の重心100Gの位置は、時刻tから時刻tまでの期間でxからxに移動し、時刻t以降はx一定となる。図15に示すように、Yc軸方向(図5参照)における細胞100の重心100Gの位置は、時刻tから時刻tまでの期間でyからyに移動し、時刻t以降はy一定となる。この例では、時刻t以降、細胞100の移動速度が所定の速度Vc2よりも小さくなり、第2定常状態SS2となる。 As shown in FIG. 13, in the second steady state SS2, the cell 100 is fixed to the opening 25a of the first pipette 25. The position of the center of gravity 100G of the cell 100 at the start of suction is (x 1 , y 1 ), and the position of the center of gravity 100G of the cell 100 in the second steady state SS2 is (x 2 , y 2 ). As shown in FIG. 14, the position of the center of gravity 100G cells 100 in Xc axis direction (see FIG. 5) is moved from x 1 to x 2 in the period from time t 1 to time t 2, the time t 2 later x 2 certain to become. As shown in FIG. 15, the position of the center of gravity 100G cells 100 in Yc axis direction (see FIG. 5) is moved from y 1 to y 2 in the period from time t 1 to time t 2, the time t 2 later y 2 certain to become. In this example, time t 2 later, the moving speed of the cell 100 is smaller than the predetermined speed Vc2, the second steady state SS2.

次に、図4、図8、図9を参照して、移動状態MS及び第2定常状態SS2における、圧力制御部45の圧力制御動作について詳細に説明する。圧力制御部45は、細胞100の移動速度Vcが所定の速度Vc2以上の場合、細胞100が第2定常状態SS2ではないと判断する(図14、ステップST17、No)。そして、圧力制御部45は、算出部46Cから受け取った細胞100の移動速度Vcの情報に基づいて、吸引ポンプ29の駆動速度を変更する(図14、ステップST18)。   Next, the pressure control operation of the pressure control unit 45 in the movement state MS and the second steady state SS2 will be described in detail with reference to FIG. 4, FIG. 8, and FIG. When the moving speed Vc of the cell 100 is equal to or higher than the predetermined speed Vc2, the pressure control unit 45 determines that the cell 100 is not in the second steady state SS2 (FIG. 14, step ST17, No). And the pressure control part 45 changes the drive speed of the suction pump 29 based on the information of the moving speed Vc of the cell 100 received from the calculation part 46C (FIG. 14, step ST18).

本実施形態の圧力制御装置60において、算出部46Cは、細胞100の位置の変化から、細胞100の移動速度を算出し、圧力制御部45は、細胞100の移動速度の情報に基づいて第1ピペット25の内部圧力を調整する。細胞100の移動速度Vcと、吸引ポンプ29の駆動速度とは、反比例の関係である。圧力制御部45は、細胞100の移動速度Vcが大きければ、移動速度Vcを低下させるために吸引ポンプ29の駆動速度Vpを小さくする。また、圧力制御部45は、細胞100の移動速度Vcが小さければ、移動速度Vcを増加させるために吸引ポンプ29の駆動速度を大きくする。   In the pressure control device 60 of the present embodiment, the calculation unit 46C calculates the moving speed of the cell 100 from the change in the position of the cell 100, and the pressure control unit 45 performs the first based on the information on the moving speed of the cell 100. The internal pressure of the pipette 25 is adjusted. The moving speed Vc of the cell 100 and the driving speed of the suction pump 29 are in an inversely proportional relationship. If the moving speed Vc of the cell 100 is large, the pressure control unit 45 decreases the driving speed Vp of the suction pump 29 in order to decrease the moving speed Vc. Moreover, if the moving speed Vc of the cell 100 is small, the pressure control unit 45 increases the driving speed of the suction pump 29 in order to increase the moving speed Vc.

これによれば、適切な速度で細胞100を移動させることができるので、確実に細胞100の固定操作を行うことができる。また、細胞100が第1ピペット25に接触したときの損傷を抑制することができる。   According to this, since the cell 100 can be moved at an appropriate speed, the fixing operation of the cell 100 can be reliably performed. Further, damage when the cell 100 comes into contact with the first pipette 25 can be suppressed.

具体的には、図8及び図9に示すように、時刻t11において、細胞100の移動速度Vcを増加させるために、圧力制御部45は、吸引ポンプ29の駆動速度Vpを上限速度Vpmaxまで大きくする。これにより、時刻t11から時刻t14まで、細胞100の移動速度Vcが増加する。ここで、吸引ポンプ29の上限速度Vpmaxは、細胞100が第1ピペット25の先端に固定された状態で、最大の駆動速度Vpで吸引した場合であっても、細胞100の破壊を抑制できる値に設定される。吸引ポンプ29の上限速度Vpmaxは、あらかじめ設定された値であり、入力部49を介して記憶部46Bに保存される。 Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, at time t 11 , in order to increase the moving speed Vc of the cell 100, the pressure control unit 45 increases the driving speed Vp of the suction pump 29 to the upper limit speed Vpmax. Enlarge. Thus, from the time t 11 to time t 14, the moving velocity Vc of the cell 100 is increased. Here, the upper limit speed Vpmax of the suction pump 29 is a value that can suppress the destruction of the cells 100 even when the cells 100 are sucked at the maximum driving speed Vp in a state where the cells 100 are fixed to the tip of the first pipette 25. Set to The upper limit speed Vpmax of the suction pump 29 is a preset value and is stored in the storage unit 46B via the input unit 49.

図8及び図9に示すように、圧力制御部45は、時刻t14において、細胞100の移動速度Vcを低下させるために、駆動速度Vpを上限速度Vpmaxよりも小さい値に変更する。細胞100の移動速度Vcは、慣性により時刻t14から時刻t16までわずかに増加する。圧力制御部45は、時刻t14から時刻tまでの期間に、細胞100の移動速度Vcを低下させるために、吸引ポンプ29の駆動速度Vpを段階的に小さくする。細胞100の移動速度Vcは時刻t16以降、時刻t18まで、駆動速度Vpの低下に従って、小さくなる。このように圧力制御部45は、細胞100の移動速度Vcに応じて、吸引ポンプ29の駆動速度Vpを変化させて第1ピペット25の内部圧力を変化させることができる。これにより、適切な速度で細胞100を移動させることができるので、確実に細胞100の固定操作を行うことができる。また、細胞100が第1ピペット25に接触したときの損傷を抑制することができる。 As shown in FIGS. 8 and 9, the pressure control unit 45 at time t 14, in order to reduce the moving velocity Vc of the cells 100, to change the driving speed Vp to a value smaller than the upper limit speed Vpmax. The moving velocity Vc of the cell 100 slightly increases from time t 14 by inertia until time t 16. The pressure control unit 45, the period from time t 14 to time t 2, the to decrease the moving velocity Vc of the cells 100, to reduce the driving speed Vp of the suction pump 29 in a stepwise manner. The moving velocity Vc is time t 16 after the cells 100, until time t 18, corresponding to the decrease of the driving speed Vp, smaller. Thus, the pressure control unit 45 can change the internal pressure of the first pipette 25 by changing the driving speed Vp of the suction pump 29 according to the moving speed Vc of the cell 100. Thereby, since the cell 100 can be moved at an appropriate speed, the cell 100 can be reliably fixed. Further, damage when the cell 100 comes into contact with the first pipette 25 can be suppressed.

時刻t18から時刻t19までの期間において、細胞100が第1ピペット25に近づくので、第1ピペット25の吸引圧を受けやすくなり、細胞100の移動速度Vcが増加する。時刻t19において、細胞100が第1ピペット25の先端に接触して、移動速度Vcが低下する。時刻tにおいて細胞100は、所定の速度Vc2よりも小さくなり、第2定常状態SS2となる。すなわち、細胞100が第1ピペット25の開口25aに固定される。なお、圧力制御部45は、時刻t19以降、細胞100の移動速度Vcが小さくなるので、移動速度Vcを増加させるために、時刻t及び時刻t21において駆動速度Vpを大きくする。上述したように、時刻t及び時刻t21において駆動速度Vpを大きくした場合でも細胞100の損傷が発生しないように、駆動速度Vpの上限速度Vpmaxが設定される。 In the period from time t 18 to time t 19, since the cell 100 approaches the first pipette 25, susceptible to suction pressure of the first pipette 25, the moving velocity Vc of the cell 100 is increased. At time t 19, the cell 100 is in contact with the tip of the first pipette 25, the moving velocity Vc decreases. Cells 100 at time t 2 becomes smaller than the predetermined speed Vc2, the second steady state SS2. That is, the cell 100 is fixed to the opening 25 a of the first pipette 25. The pressure control unit 45, the time t 19 after, the moving velocity Vc of the cell 100 is reduced, in order to increase the moving velocity Vc, increases the driving speed Vp at a time t 2 and time t 21. As described above, damage to the cell 100, even when increasing the driving speed Vp at a time t 2 and time t 21 is not to occur, the upper limit speed Vpmax driving speed Vp is set.

本実施形態の圧力制御装置60において、圧力制御部45は、細胞100の移動速度が所定の範囲内になるように第1ピペット25の内部圧力を調整する。具体的には、細胞100の移動状態MSにおいて、圧力制御部45は、PID(Proportional−Integral−Differential)制御等の制御技術を用いて駆動速度Vpを調整してもよい。こうすれば、一定の移動速度Vcを保って細胞100が移動するので、細胞100が第1ピペット25に過大な速度で衝突することを抑制でき、細胞100の損傷を抑制することができる。   In the pressure control device 60 of the present embodiment, the pressure control unit 45 adjusts the internal pressure of the first pipette 25 so that the moving speed of the cell 100 is within a predetermined range. Specifically, in the movement state MS of the cell 100, the pressure control unit 45 may adjust the driving speed Vp using a control technique such as PID (Proportional-Integral-Differential) control. By so doing, the cell 100 moves while maintaining a constant movement speed Vc, so that the cell 100 can be prevented from colliding with the first pipette 25 at an excessive speed, and damage to the cell 100 can be suppressed.

圧力制御部45は、細胞100の移動速度Vcが所定の速度Vc2よりも小さくなると、細胞100が第2定常状態SS2であると判断する(図14、ステップST17、Yes)。そして、第1ピペット25の開口25aへの細胞100の固定が完了したと判断する(図14、ステップST19)。このように、圧力制御部45は、細胞100の画像認識に基づいて、細胞100の重心100Gの移動速度から、細胞100が固定されたかどうか判断することができる。したがって、第1ピペット25の画像認識を行う必要がないため、算出部46Cの演算処理を簡便にすることができる。また、第1ピペット25の厳密な位置の制御を行う必要がないため、容易に固定操作を行うことができる。   When the moving speed Vc of the cell 100 becomes smaller than the predetermined speed Vc2, the pressure control unit 45 determines that the cell 100 is in the second steady state SS2 (FIG. 14, step ST17, Yes). Then, it is determined that the fixing of the cell 100 to the opening 25a of the first pipette 25 is completed (FIG. 14, step ST19). Thus, the pressure control unit 45 can determine whether the cell 100 is fixed based on the image recognition of the cell 100 from the moving speed of the center of gravity 100G of the cell 100. Accordingly, since it is not necessary to perform image recognition of the first pipette 25, the calculation process of the calculation unit 46C can be simplified. Further, since it is not necessary to strictly control the position of the first pipette 25, the fixing operation can be easily performed.

そして、圧力制御部45は、細胞100の固定が完了した後、図9に示す時刻tにおいて、吸引ポンプ29の駆動速度Vpを0にする。すなわち、第1ピペット25の内部空間に充填されたオイル55の界面55a(図13参照)の位置が固定され、第1ピペット25の内部圧力が一定に維持される。このように、第1ピペット25の内部圧力が一定になるように吸引ポンプ29が駆動されるので、細胞100の固定状態が維持される。 Then, the pressure control unit 45, after the fixation of the cell 100 is completed, at time t 3 when 9, to 0 the driving speed Vp of the suction pump 29. That is, the position of the interface 55a (see FIG. 13) of the oil 55 filled in the internal space of the first pipette 25 is fixed, and the internal pressure of the first pipette 25 is maintained constant. Thus, since the suction pump 29 is driven so that the internal pressure of the first pipette 25 becomes constant, the fixed state of the cells 100 is maintained.

第1ピペット25に固定された細胞100に対して、第2ピペット35(図1参照)により、DNA溶液の注入操作や穿孔操作などの操作が行われる。細胞100に対する操作が終了した後、圧力制御装置60は、試料保持部材11に保持された他の細胞に対して、図4のステップST11からステップST19の固定操作を繰り返し行うことができる。   The cell 100 fixed to the first pipette 25 is subjected to operations such as DNA solution injection operation and perforation operation by the second pipette 35 (see FIG. 1). After the operation on the cell 100 is completed, the pressure control device 60 can repeatedly perform the fixing operation from step ST11 to step ST19 in FIG. 4 on the other cells held on the sample holding member 11.

以上説明したように、本実施形態の圧力制御装置60は、内部圧力により細胞100(微小対象物)を固定するための第1ピペット25(固定手段)が装着される圧力制御装置60であって、第1ピペット25の内部圧力を調整する圧力制御部45と、細胞100を撮像するカメラ18(撮像部)と、カメラ18から得られた画像に基づいて細胞100の位置を算出する算出部46Cと、を有し、圧力制御部45は、細胞100が第1ピペット25から離れた状態で、第1ピペット25による吸引を開始し、算出部46Cから受け取った細胞100の位置の変化の情報に基づいて、第1ピペット25に細胞100が固定されたことを判断する。   As described above, the pressure control device 60 of the present embodiment is a pressure control device 60 to which the first pipette 25 (fixing means) for fixing the cell 100 (micro object) by internal pressure is attached. The pressure control unit 45 that adjusts the internal pressure of the first pipette 25, the camera 18 (imaging unit) that images the cell 100, and the calculation unit 46C that calculates the position of the cell 100 based on the image obtained from the camera 18 The pressure control unit 45 starts aspiration by the first pipette 25 in a state where the cell 100 is separated from the first pipette 25, and uses the information on the change in the position of the cell 100 received from the calculation unit 46C. Based on this, it is determined that the cell 100 is fixed to the first pipette 25.

本実施形態の圧力制御方法は、第1ピペット25の内部圧力を調整する圧力制御部45が、細胞100が第1ピペット25から離れた状態で、第1ピペット25による吸引を開始するステップ(図14、ステップST12)と、固定手段及び細胞100を撮像する撮像部から得られた画像に基づいて、算出部46Cが細胞100の移動速度(位置の変化)を算出するステップ(図14、ステップST13)と、圧力制御部45が、算出部46Cから受け取った細胞100の位置の変化の情報に基づいて、第1ピペット25に細胞100が固定されたことを判断するステップ(図14、ステップST17、Yes)とを含む。   In the pressure control method of the present embodiment, the pressure control unit 45 that adjusts the internal pressure of the first pipette 25 starts the suction by the first pipette 25 in a state where the cells 100 are separated from the first pipette 25 (FIG. 14 and step ST12), and the calculation unit 46C calculates the moving speed (change in position) of the cell 100 based on the image obtained from the fixing means and the imaging unit that images the cell 100 (FIG. 14, step ST13). ) And the step of determining that the cell 100 is fixed to the first pipette 25 based on the information on the change in the position of the cell 100 received from the calculation unit 46C (FIG. 14, step ST17, Yes).

これによれば、圧力制御部45は、細胞100が第1ピペット25から離れた状態で、第1ピペット25による吸引を開始することができるので、第1ピペット25を細胞100に接触させた状態で吸引を開始する場合に比べて、第1ピペット25の移動操作を容易に行うことができ、細胞100の損傷を抑制することができる。また、細胞100の画像認識により、第1ピペット25に細胞100が固定されたことを判断することができるので、第1ピペット25の画像認識を行う必要がなく、固定操作を容易に行うことができる。したがって、操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に細胞100の固定操作を行うことができる。   According to this, since the pressure control unit 45 can start suction by the first pipette 25 in a state where the cell 100 is separated from the first pipette 25, the first pipette 25 is in contact with the cell 100. As compared with the case where the suction is started, the moving operation of the first pipette 25 can be easily performed, and the damage of the cell 100 can be suppressed. Further, since it can be determined that the cell 100 is fixed to the first pipette 25 by image recognition of the cell 100, it is not necessary to perform image recognition of the first pipette 25, and the fixing operation can be easily performed. it can. Therefore, the cell 100 can be fixed efficiently and suitably regardless of the skill level and skill of the operator.

本実施形態の圧力制御装置60において、圧力制御部45は、細胞100が載置される試料保持部材11の底部11aに、第1ピペット25が接触した状態で吸引を開始させる。これによれば、第1ピペット25の吸引力が確実に細胞100に作用するので、細胞100を移動させて第1ピペット25に固定させることができる。また、細胞100は、底部11aに沿って移動するため、上下方向の移動が抑制される。このため、細胞100と第1ピペット25等との衝突を抑制して、細胞100の損傷を抑制することができる。   In the pressure control device 60 of the present embodiment, the pressure control unit 45 starts aspiration in a state where the first pipette 25 is in contact with the bottom 11a of the sample holding member 11 on which the cell 100 is placed. According to this, since the suction force of the first pipette 25 acts on the cell 100 reliably, the cell 100 can be moved and fixed to the first pipette 25. Moreover, since the cell 100 moves along the bottom part 11a, the vertical movement is suppressed. For this reason, the collision between the cell 100 and the first pipette 25 or the like can be suppressed, and damage to the cell 100 can be suppressed.

本実施形態の圧力制御装置60において、圧力制御部45は、細胞100が移動を開始した後、細胞100の移動速度が所定の速度以下となった場合に、細胞100が第1ピペット25に固定されたと判断し、第1ピペット25の内部圧力を維持する。これによれば、画像認識に基づいて算出された細胞100の移動速度から、細胞100が固定されたかどうか判断できる。したがって、第1ピペット25の画像認識を行う必要がなく、算出部46Cの演算を簡略化して容易に固定操作を行うことができる。   In the pressure control device 60 of the present embodiment, the pressure control unit 45 fixes the cell 100 to the first pipette 25 when the moving speed of the cell 100 becomes a predetermined speed or less after the cell 100 starts moving. The internal pressure of the first pipette 25 is maintained. According to this, it can be determined whether or not the cell 100 is fixed from the moving speed of the cell 100 calculated based on the image recognition. Therefore, it is not necessary to perform image recognition of the first pipette 25, and the calculation operation of the calculation unit 46C can be simplified and the fixing operation can be easily performed.

本実施形態の圧力制御装置60において、圧力制御部45は、第1ピペット25による吸引を開始した後、所定の期間、細胞100の位置が変化しない場合、吸引を停止させる。これによれば、画像認識された対象物が、操作対象の細胞100ではない可能性があるため、他の操作対象の細胞について操作を行うことができる。   In the pressure control device 60 of the present embodiment, the pressure control unit 45 stops the suction when the position of the cell 100 does not change for a predetermined period after the suction by the first pipette 25 is started. According to this, since there is a possibility that the image-recognized target object is not the operation target cell 100, it is possible to perform operations on other operation target cells.

本実施形態の圧力制御装置60において、算出部46Cは、カメラ18が撮像した画像に基づいて細胞100の重心100Gの位置を算出する。これによれば、細胞100の重心100Gを算出することにより、細胞100の位置及び移動速度を正確に算出することができる。   In the pressure control device 60 of the present embodiment, the calculation unit 46C calculates the position of the center of gravity 100G of the cell 100 based on the image captured by the camera 18. According to this, the position and moving speed of the cell 100 can be accurately calculated by calculating the center of gravity 100G of the cell 100.

本実施形態のマニピュレーションシステム10は、上記のいずれかの圧力制御装置60と、細胞100が載置される試料ステージ22と、細胞100を固定するための第1ピペット25を備える第1マニピュレータ14と、第1ピペット25に保持された細胞100を操作するための第2ピペット35(操作手段)を備える第2マニピュレータ16と、試料ステージ22、第1ピペット25、第2ピペット35及びカメラ18を制御する制御部46Aとを備える。これによれば、第1ピペット25を備える第1マニピュレータ14と、圧力制御装置60とにより、細胞100の損傷を抑制しつつ細胞100の固定操作を行うとともに、固定された細胞100に対する操作を第2マニピュレータ16により実行することができる。   The manipulation system 10 of the present embodiment includes any one of the pressure control devices 60 described above, the sample stage 22 on which the cell 100 is placed, and the first manipulator 14 including the first pipette 25 for fixing the cell 100. The second manipulator 16 including the second pipette 35 (operation means) for operating the cell 100 held by the first pipette 25, the sample stage 22, the first pipette 25, the second pipette 35, and the camera 18 are controlled. And a control unit 46A. According to this, the first manipulator 14 including the first pipette 25 and the pressure control device 60 perform the fixing operation of the cell 100 while suppressing the damage of the cell 100, and the first operation for the fixed cell 100 is performed. It can be executed by the two manipulators 16.

本実施形態の圧力制御装置60、マニピュレーションシステム10及び圧力制御方法は適宜変更してもよい。例えば、第1ピペット25、第2ピペット35等の形状等は、微小対象物の種類や、微小対象物に対する操作に応じて適宜変更することが好ましい。図8に示す細胞の移動速度Vc及び図9に示す吸引ポンプ29の駆動速度Vpは、あくまで一例であって、適宜変更することができる。算出部46Cは、細胞100の画像処理により、細胞100の重心100Gの位置を算出するが、これに限定されない。例えば、細胞100の中心位置を算出してもよい。細胞100の固定操作において、適宜手順の一部を省略してもよく、また、手順を置換して実行してもよい。   The pressure control device 60, the manipulation system 10, and the pressure control method of the present embodiment may be changed as appropriate. For example, it is preferable to appropriately change the shapes and the like of the first pipette 25, the second pipette 35, and the like according to the type of the minute object and the operation on the minute object. The cell moving speed Vc shown in FIG. 8 and the driving speed Vp of the suction pump 29 shown in FIG. 9 are merely examples, and can be changed as appropriate. The calculation unit 46C calculates the position of the center of gravity 100G of the cell 100 by image processing of the cell 100, but is not limited thereto. For example, the center position of the cell 100 may be calculated. In the fixing operation of the cell 100, a part of the procedure may be omitted as appropriate, or the procedure may be replaced and executed.

10 マニピュレーションシステム
11 試料保持部材
12 顕微鏡ユニット
14 第1マニピュレータ
16 第2マニピュレータ
18 カメラ
20 顕微鏡
22 試料ステージ
24 第1ピペット保持部材
25 第1ピペット
26 X−Y軸テーブル
28 Z軸テーブル
30、32 駆動装置
34 第2ピペット保持部材
35 第2ピペット
36 X−Y軸テーブル
38 Z軸テーブル
40、42 駆動装置
43 コントローラ
44 微動機構
45 圧力制御部
46A 制御部
46B 記憶部
46C 算出部
60 圧力制御装置
80、82 転がり軸受
100、101 細胞
100A 透明帯
100B 細胞膜
100G 重心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Manipulation system 11 Sample holding member 12 Microscope unit 14 1st manipulator 16 2nd manipulator 18 Camera 20 Microscope 22 Sample stage 24 1st pipette holding member 25 1st pipette 26 XY axis table 28 Z axis table 30, 32 Drive device 34 Second pipette holding member 35 Second pipette 36 XY axis table 38 Z axis table 40, 42 Drive device 43 Controller 44 Fine movement mechanism 45 Pressure control unit 46A Control unit 46B Storage unit 46C Calculation unit 60 Pressure control device 80, 82 Rolling bearing 100, 101 cell 100A zona pellucida 100B cell membrane 100G center of gravity

Claims (9)

内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置であって、
前記固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部と、
前記微小対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部から得られた画像に基づいて前記微小対象物の位置を算出する算出部と、を有し、
前記圧力制御部は、前記微小対象物が前記固定手段から離れた状態で、前記固定手段による吸引を開始し、前記算出部から受け取った前記微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、前記固定手段に前記微小対象物が固定されたことを判断する圧力制御装置。
A pressure control device equipped with a fixing means for fixing a minute object by internal pressure,
A pressure controller for adjusting the internal pressure of the fixing means;
An imaging unit for imaging the minute object;
A calculation unit that calculates the position of the minute object based on an image obtained from the imaging unit;
The pressure control unit starts suction by the fixing unit in a state in which the micro object is separated from the fixing unit, and based on the information on the change in the position of the micro object received from the calculation unit, A pressure control device that determines that the minute object is fixed to a fixing means.
前記算出部は、前記微小対象物の位置の変化から、前記微小対象物の移動速度を算出し、
前記圧力制御部は、前記微小対象物の移動速度の情報に基づいて前記固定手段の内部圧力を調整する請求項1に記載の圧力制御装置。
The calculation unit calculates a moving speed of the minute object from a change in the position of the minute object,
The pressure control device according to claim 1, wherein the pressure control unit adjusts an internal pressure of the fixing unit based on information on a moving speed of the minute object.
前記圧力制御部は、前記微小対象物の移動速度が所定の範囲内になるように前記固定手段の内部圧力を調整する請求項1又は請求項2に記載の圧力制御装置。   The pressure control device according to claim 1, wherein the pressure control unit adjusts an internal pressure of the fixing unit so that a moving speed of the minute object is within a predetermined range. 前記圧力制御部は、前記微小対象物が載置される試料保持部材の底部に、前記固定手段が接触した状態で前記吸引を開始させる請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧力制御装置。   4. The pressure control unit according to claim 1, wherein the pressure control unit starts the suction in a state where the fixing unit is in contact with a bottom portion of a sample holding member on which the minute object is placed. 5. Pressure control device. 前記圧力制御部は、前記微小対象物が移動を開始した後、前記微小対象物の移動速度が所定の速度以下となった場合に、前記微小対象物が前記固定手段に固定されたと判断し、前記固定手段の内部圧力を維持する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の圧力制御装置。   The pressure control unit determines that the micro object is fixed to the fixing means when the moving speed of the micro object becomes a predetermined speed or less after the micro object starts moving, The pressure control device according to any one of claims 1 to 4, wherein an internal pressure of the fixing means is maintained. 前記圧力制御部は、前記固定手段による吸引を開始した後、所定の期間、前記微小対象物の位置が変化しない場合、前記吸引を停止させる請求項1に記載の圧力制御装置。   The pressure control device according to claim 1, wherein the pressure control unit stops the suction when the position of the minute object does not change for a predetermined period after the suction by the fixing unit is started. 前記算出部は、前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記微小対象物の重心の位置を算出する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の圧力制御装置。   The pressure control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the calculation unit calculates a position of a center of gravity of the minute object based on an image captured by the imaging unit. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の圧力制御装置と、
微小対象物が載置される試料ステージと、
前記微小対象物を保持するための前記固定手段を備える第1マニピュレータと、
前記固定手段に保持された前記微小対象物を操作するための操作手段を備える第2マニピュレータと、
前記試料ステージ、前記固定手段、前記操作手段及び前記撮像部を制御する制御部とを備えるマニピュレーションシステム。
The pressure control device according to any one of claims 1 to 7,
A sample stage on which a minute object is placed;
A first manipulator comprising the fixing means for holding the micro object;
A second manipulator comprising operating means for operating the minute object held by the fixing means;
A manipulation system comprising the sample stage, the fixing means, the operating means, and a control unit for controlling the imaging unit.
内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置の圧力制御方法であって、
前記固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部が、前記微小対象物が前記固定手段から離れた状態で、前記固定手段による吸引を開始するステップと、
前記微小対象物を撮像する撮像部から得られた画像に基づいて、算出部が前記微小対象物の位置の変化を算出するステップと、
前記圧力制御部が、前記算出部から受け取った前記微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、前記固定手段に前記微小対象物が固定されたことを判断するステップとを含む圧力制御方法。
A pressure control method of a pressure control device equipped with a fixing means for fixing a minute object by internal pressure,
A pressure control unit that adjusts the internal pressure of the fixing unit starts suction by the fixing unit in a state in which the minute object is separated from the fixing unit;
A step of calculating a change in the position of the micro object based on an image obtained from an imaging unit that images the micro object;
The pressure control method includes a step of determining that the micro object is fixed to the fixing unit based on information on a change in the position of the micro object received from the calculation unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020127280A (en) * 2019-02-04 2020-08-20 キヤノン株式会社 Stage device, micromanipulation apparatus and method for controlling the same

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