JP2020146016A - 選別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体試料の集合から、不要な細胞を効率的に除去することが可能な選別装置を提供する。【解決手段】生体試料を複数含む分散液を貯留する装置本体と、生体試料の形状および運動状態の少なくともいずれか一方を検出する検出部と、装置本体から生体試料を排出する排出部と、予め記憶された判断基準と、検出部における生体試料の検出結果とに基づいて、排出部を駆動する制御部と、を有し、装置本体は、分散液を貯留する貯留部と、貯留部に接続し、貯留部から生体試料を排出する排出口と、を有し、排出部は、排出口に設けられ、制御部は、判断基準と検出結果とに基づいて検出部で検出された生体試料の良否を判断するとともに、不良と判断された生体試料を装置本体から排出させる選別装置。【選択図】図１

Description

本発明は、選別装置に関する。

培養用の細胞、受精前の精子や卵、仔魚や稚魚などの品質は、培養、人工授精、養殖などの成功率に強く影響する。

例えば、人工授精に用いる精子は、運動性が高く、また形態学的に異常な精子を含まない方が、人工授精の成功率が高くなることが期待でき好ましい。特許文献１では、運動性が高い精子を選別する方法および選別装置が記載されている。

特許文献１に記載の選別装置は、精子の運動性に基づいて選別しているが、形態異常精子を選別することができず、改良の余地があった。

また、精子に限らず、生体試料の集合から不要な細胞を除去し、高品質な生体試料の集合とするための技術が求められていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、生体試料の集合から、不要な細胞を効率的に除去することが可能な選別装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、生体試料を複数含む分散液を貯留する装置本体と、前記生体試料の形状および運動状態の少なくともいずれか一方を検出する検出部と、前記装置本体から前記生体試料を排出する排出部と、予め記憶された判断基準と、前記検出部における前記生体試料の検出結果とに基づいて、前記排出部を駆動する制御部と、を有し、前記装置本体は、前記分散液を貯留する貯留部と、前記貯留部に接続し、前記貯留部から前記生体試料を排出する排出口と、を有し、前記排出部は、前記排出口に設けられ、前記制御部は、前記判断基準と前記検出結果とに基づいて前記検出部で検出された前記生体試料の良否を判断するとともに、不良と判断された前記生体試料を前記装置本体から排出させる選別装置を提供する。

本発明によれば、生体試料の集合から、不要な細胞を効率的に除去することが可能な選別装置を提供することができる。

図１は、選別装置１の概略斜視図である。 図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける選別装置１の矢視断面図である。 図３は、選別装置１の平面図である。 図４は、実施形態の選別装置１が有する排出部３０の概略断面図である。 図５は、制御部９０を示すブロック図である。 図６は、制御部９０において行う不良試料の検出処理について示すフローチャートである。 図７は、制御部９０において行う不良試料の排出処理について示すフローチャートである。 図８は、検出部２０で撮像する流路１１１の画像を示す模式図である。 図９は、検出部２０で撮像する流路１１１の画像を示す模式図である。 図１０は、傾斜部１１９を有する流路１１８を説明する概略断面図である。 図１１は、光電センサを検出部として備える流路の模式図である。 図１２は、光電センサを検出部として備える流路の模式図である。 図１３は、光電センサを検出部として備える流路の模式図である。 図１４は、選別装置２の概略斜視図である。 図１５は、図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける選別装置２の矢視断面図である。 図１６は、排出部として開閉扉を採用する選別装置３の一部構成を説明する模式図である。 図１７は、排出部として、減圧装置を採用する選別装置４の一部構成を説明する模式図である。 図１８は、排出部として、吸引ポンプを採用する選別装置５の一部構成を説明する模式図である。

［第１実施形態］
以下、図１〜図１３を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る選別装置１について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

以下の説明においては、ｘｙｚ直交座標系を設定し、このｘｙｚ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ここでは、水平面内の所定方向をｘ軸方向、水平面内においてｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をｚ軸方向とする。

また、＋ｚ軸方向の位置を「上」、−ｚ方向の位置を「下」として、構成の配置や相対位置を説明することがある。

＜選別装置＞
図１は、選別装置１の概略斜視図である。図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける選別装置１の矢視断面図である。図３は、選別装置１の平面図である。

図１〜３に示すように、選別装置１は、装置本体１０と、検出部２０と、排出部３０と、流動部４０と、配管５０と、フィルタ６０と、回収部７０と、制御部９０とを有する。

選別装置１は、分散液Ｄに含まれる生体試料Ｃの良否を判断して、不良と判断された生体試料を除去することで、良品の生体試料Ｃを選別する。以下の説明では、不良と判断された生体試料を、不良試料ＥＣと称することがある。

本実施形態においては、選別装置１で選別する生体試料Ｃが自ら移動可能であることとして説明する。具体的には、生体試料Ｃが精子であることとして説明する。

分散液Ｄは、生体試料（精子）Ｃと、生体試料Ｃを損傷しない分散媒とを有する。分散媒としては、リン酸緩衝生理食塩水（Phosphate Buffered Saline）やHank's Balanced Salt Solutionなどの公知の緩衝液を用いることができる。

＜貯留部＞
装置本体１０は、生体試料Ｃを複数含む分散液Ｄを貯留する。装置本体１０は、第１部材１１と、第２部材１２と、第３部材１３と、基台１９とを有する。

第１部材１１は、平面視でｘ軸方向に延在する直方体状の部材である。第１部材１１の長手方向（ｘ軸方向）の一端側には、第２部材１２が接続されている。第１部材１１の他端側には、第３部材１３が接続されている。第１部材１１は、第２部材１２および第３部材１３に支持され、基台１９から離間している。

第１部材１１の上部には、分散液Ｄを貯留し、分散液Ｄを流動させる流路１１１が設けられている。流路１１１は、本発明における「貯留部」に該当する。流路１１１の上部は開放されている。

流路１１１は、第１部材１１の上面に設けられた溝である。流路１１１のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の寸法をそれぞれ長さ、幅、深さとしたとき、流路１１１の長さ、幅および深さは、選別対象となる生体試料Ｃの大きさや生体試料Ｃの移動速度に応じて設計される。精子を選別する選別装置１において、流路１１１の長さは１ｃｍ〜３０ｃｍ、幅は５μｍ〜３００μｍ、深さは５μｍ〜１００００μｍである。

第１部材１１には、互いに並行な複数の流路が形成されている。本実施形態の第１部材１１には、３本の流路１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが形成されている。流路の数は、発明の効果を損なわない範囲において任意に設定することができる。

各流路１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃには、流路１１１に接続し、流路１１１に流動する分散液Ｄから生体試料Ｃを排出する排出口１１５が設けられている。本実施形態の選別装置１では、各流路１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに沿って、それぞれ３つの排出口１１５が設けられている。

第２部材１２は、略直方体状の部材である。第２部材１２の上部には、分散液Ｄを貯留する第１凹部１２１が設けられている。第１凹部１２１は、本発明における「貯留部」に該当する。第１凹部１２１の上部は開放されている。
また、第２部材１２の下方には、脚部１２２が設けられている。

第１凹部１２１は、第１部材１１の流路１１１と接続されている。第１凹部１２１のｙ軸方向、ｚ軸方向の寸法をそれぞれ幅、深さとしたとき第１凹部１２１の幅は、流路１１１の幅よりも広い。

また、第１凹部１２１は、流路１１１よりも深い。そのため、第１凹部１２１と流路１１１との接続箇所には、図中符号αで示す段差が形成されている。

第１凹部１２１は、分散液Ｄを一次的に貯留するために用いられる。後述する選別操作においては、分散液Ｄを第１凹部１２１に供給する。

第３部材１３は、直方体状の部材である。第３部材１３の上部には、分散液Ｄを貯留する第２凹部１３１が設けられている。第２凹部１３１は、本発明における「貯留部」に該当する。第２凹部１３１の上部は開放されている。

第２凹部１３１は、第１部材１１の流路１１１と接続されている。第２凹部１３１のｙ軸方向、ｚ軸方向の寸法をそれぞれ幅、深さとしたとき第２凹部１３１の幅は、流路１１１の幅よりも広い。

また、第２凹部１３１は、流路１１１よりも深い。そのため、第２凹部１３１と流路１１１との接続箇所には、図中符号βで示す段差が形成されている。

第２凹部１３１は、良品として選別された生体試料Ｃを一次的に貯留するために用いられる。

＜検出部＞
検出部２０は、生体試料Ｃの形状および運動状態の少なくともいずれか一方を検出する。本実施形態の選別装置１は、検出部２０として生体試料Ｃを撮像する撮像装置を用いる。撮像装置は、生体試料Ｃの静止画像を撮像してもよく、所定のフレームレートで複数の静止画像を連続的に撮像することで動画撮影を行ってもよい。

撮像装置は、不図示の拡大光学系とともに用いることが好ましい。拡大光学系が位相差顕微鏡である場合、撮像装置において位相差観察像を得ることができる。

また、撮像前に紫外線や可視光線などの励起光を生体試料Ｃに照射することで、撮像装置において生体試料Ｃの蛍光観察像を得ることができる。

検出部２０として撮像装置を用いると、得られる画像を解析することで生体試料Ｃの形状を検出することができる。また、撮像装置にて所定のフレームレートで連続的に生体試料Ｃを撮像することで、得られる画像のフレーム間の差分を利用して、生体試料Ｃの運動状態を検出することができる。検出可能な運動状態としては、生体試料Ｃの移動速度、生体試料Ｃの直進率を挙げることができる。

選別装置１は、複数（図では９つ）の排出口１１５に一対一で対応して、複数の検出部２０を有する。複数の検出部２０について、図１では３つの撮像装置２１，２２，２３のみ示し、残りは図示を省略している。

撮像装置２１の撮像領域は、対応する排出口１１５ａと、排出口１１５ａの上流側の流路１１１の一部とを含む領域ＡＲ１１である。

撮像装置２２の撮像領域は、対応する排出口１１５ｂと、排出口１１５ｂの上流側の流路１１１の一部とを含む領域ＡＲ１２である。

撮像装置２３の撮像領域は、対応する排出口１１５ｃと、排出口１１５ｃの上流側の流路１１１の一部とを含む領域ＡＲ１３である。

撮像装置２１，２２，２３で撮像した画像データは、制御部９０に送られる。

＜排出部＞
排出部３０は、装置本体１０から生体試料Ｃを排出する。詳しくは、流路１１１を流動する分散液Ｄから、後述する処理に従って不良と判断された生体試料Ｃを排出する。

（液滴形成装置）
排出部３０は、排出口１１５の下方であって、装置本体１０の下面に設けられている。本実施形態の選別装置１は、排出部３０として液滴形成装置を有する。

排出口１１５の下端を開放すると、排出口１１５の下端に分散液Ｄのメニスカスが形成される。その際、分散液Ｄのメニスカスに対して下方に加わる力が、メニスカスの表面張力を上回ると、分散液Ｄは液滴として排出口１１５から排出される。「メニスカスに対して下方に加わる力」は、分散液Ｄに加わる重力、流路１１１の分散液Ｄの水圧が考えられる。

ここで、排出口１１５の開口径が小さい場合、排出口１１５の下端に形成される分散液Ｄのメニスカスの表面張力が、上記下方に加わる力よりも大きくなり、排出口１１５から液滴が落下しないことがある。

しかし、本実施形態の選別装置１のように、排出部３０として液滴形成装置を用いると、微小な分散液Ｄの液滴を排出口１１５から定量的に排出することができる。

図４は、本実施形態の選別装置１が有する排出部３０の概略断面図である。図４に示すように、排出部３０は、膜状部材３０１と、振動手段３０２とを有する。

（膜状部材）
膜状部材３０１は、吐出口３１０を有する環状の部材である。膜状部材３０１は、第１部材１１（装置本体１０）の下面１１ａであって、排出口１１５と平面的に重なる位置に固定されている。排出口１１５と吐出口３１０とは連通している。

膜状部材３０１の平面形状、平面視したときの大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

膜状部材３０１の外縁の平面形状としては、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形などが挙げられる。例えば、膜状部材３０１の外縁の形状が円形である場合、膜状部材３０１は円環状の部材となる。

膜状部材３０１は、吐出口３１０側の端部が第１部材１１に支持されておらず、上下に振動可能である。膜状部材３０１は、吐出口３１０側の端部が振動することにより、吐出口３１０近傍の分散液Ｄに対して下方に力を加え、吐出口３１０から液滴Ｌとして吐出する。

膜状部材３０１の材質としては、柔らかすぎると膜状部材３０１が簡単に振動し、吐出しないときに直ちに振動を抑えることが困難であるため、ある程度の硬さを有する材質を用いることが好ましい。

膜状部材３０１の材質としては、例えば、金属、セラミックス、高分子材料などが挙げられる。膜状部材３０１の材質として、具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。

吐出口３１０の開口形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。吐出口３１０の開口形状としては、例えば、円形、楕円形、四角形などが挙げられる。

吐出口３１０の平均開口径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。生体試料Ｃが吐出口３１０に詰まることを避けるため、吐出口３１０の開口形状は、生体試料Ｃの最大径の２倍以上とすることが好ましい。

生体試料Ｃが、例えば、動物細胞、特にヒトの細胞である場合、ヒトの細胞の大きさは、一般的に、５μｍ以上５０μｍ以下であるため、吐出口３１０の平均開口径は、使用する細胞に合わせて、１０μｍ以上が好ましい。

本実施形態においては、生体試料Ｃが精子であることとしている。精子の頭部の大きさは数μｍである。そのため、吐出口３１０の平均開口径は、１０μｍ以上が好ましい。

一方で、液滴が大きくなり過ぎると、微小液滴を形成するという液滴形成装置の目的の達成が困難となる。そのため、吐出口３１０の平均開口径は、２００μｍ以下であることが好ましい。したがって、吐出口３１０の平均開口径は、１０μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。

（振動手段）
振動手段３０２は、膜状部材３０１を振動させて吐出口３１０から液滴Ｌを吐出させる。

振動手段３０２は、膜状部材３０１の下面側に形成されている。

振動手段３０２の形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

振動手段３０２の形状や配置は、発明の効果を阻害しないならば特に制限はなく、膜状部材３０１の形状に合わせて適宜設計することができる。例えば、膜状部材３０１の平面形状が円環状である場合には、吐出口３１０の周囲に、同心状に振動手段３０２を設けることが好ましい。

振動手段３０２としては、圧電素子が好適に用いられる。圧電素子としては、例えば、圧電材料の上面及び下面に電圧を印加するための電極を設けた構造とすることができる。この場合、制御部９０から圧電素子の上下電極間に電圧を印加することによって膜の面横方向に圧縮応力が加わり、膜状部材３０１を膜の面上下方向に振動させることができる。

圧電材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、又はこれらの材料に金属や異なる酸化物を加えたものなどが挙げられる。これらの中でも、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。

分散液Ｄに、後述する処理によって不良と判断される生体試料（不良試料ＥＣ）が含まれている場合、上述のような排出部３０は、制御部９０の制御によって駆動し、不良試料ＥＣを液滴Ｌとともに吐出して排出する。

＜流動部＞
図１，２に示すように、選別装置１は、装置本体１０が貯留する分散液Ｄを流動させる流動部４０を有する。流動部４０としては、例えば公知のマイクロポンプを用いることができる。

流動部４０は、第１凹部１２１と第２凹部１３１とを接続する配管５０の経路内に設けられている。流動部４０を駆動させることにより、装置本体１０が貯留する分散液Ｄを第２凹部１３１から第１凹部１２１へと流動させる。さらに、流動部４０は、第１凹部１２１へ達した分散液Ｄの分散媒を、第１凹部１２１から第２凹部１３１へ流動させ、第１凹部１２１と第２凹部１３１との間で循環させる。

選別装置１で選別する生体試料Ｃである精子は、周囲の流体の流れに逆らって流れ上流方向に移動しようとする「向流性」を有する。そのため、流動部４０を用いて上述のような分散液Ｄの流れを形成することにより、精子を第１凹部１２１から第２凹部１３１へと効果的に導くことができる。

＜フィルタ＞
選別装置１は、流動部４０による分散液Ｄの流れ方向の下流端に、生体試料Ｃを捕集し、分散液Ｄに含まれる分散媒を通過させるフィルタ６０を有する。選別装置１は、第１凹部１２１の端部にフィルタ６１が設けられ、第２凹部１３１の端部にフィルタ６２が設けられている。

これにより、上述のように流動部４０を流動させた場合に、生体試料Ｃが分散液Ｄの流れに乗って装置本体１０の外に排出されてしまうことを抑制できる。

フィルタ６０は、フィルタ用の材料として公知の材料を用いて形成することができる。

＜回収部＞
図２に示すように、回収部７０は、装置本体１０における排出口１１５の下方に、後述する処理によって不良と判断され、流路１１１から排出された不良試料ＥＣを回収する。回収部７０は、上方が開口した容器であり、容器内に公知の緩衝液Ｓが貯留されている。

これにより、不良試料ＥＣを除去するだけでなく、不良試料ＥＣを回収し、種々の分析や試験に用いることができる。

＜制御部＞
制御部９０は、予め記憶された判断基準と、検出部２０における生体試料の検出結果とに基づいて、検出部２０で検出された生体試料Ｃの良否を判断する。また、制御部９０は、排出部３０を駆動して、不良試料ＥＣを装置本体１０から排出する。

図５は、制御部９０を示すブロック図である。図６は、制御部９０において行う不良試料の検出処理について示すフローチャートである。図７は、制御部９０において行う不良試料の排出処理について示すフローチャートである。
以下の説明では、図５〜７を順次参照しながら、制御部９０における制御を説明する。

図５に示すように、制御部９０は、データ受付部９１と、第１検出部９２と、記憶部９３と、第１判定部９４と、第２検出部９５と、第２判定部９６と、指示部９７と、を有する。

データ受付部９１は、検出部２０で検出された検出結果を受け取る。本実施形態の選別装置１では、検出部２０として撮像装置を用いていることから、データ受付部９１は、検出部２０において所定のフレームレートで連続的に撮像した複数の画像データを順次受け取る。

第１検出部９２は、データ受付部９１から検出結果を受け取り、検出結果に含まれる生体試料を検出する（図６のステップＳ１１）。本実施形態の選別装置１では、第１検出部９２は、例えばデータ受付部９１で受け取った画像データと予め記憶されている背景画像のデータとの差分から、画像データに含まれる生体試料を検出する。

また、第１検出部９２は、複数の画像データのフレーム間の差分を利用して、検出された生体試料が、新たに検出された生体試料であるか否かの判断を行う（図６のステップＳ１２）。第１検出部９２では、データ受付部９１から受け取った検出結果に新たな生体試料が検出されるまで、ステップＳ１１とステップＳ１２とを繰り返す。

記憶部９３は、生体試料についての良否判断の判断基準や、排出部３０の駆動基準を記憶する。

記憶部９３に記憶された判断基準としては、良品と判断される生体試料（精子）の頭部形状、鞭毛形状、移動速度、直進運動性などを例示することができる。

精子の形状判断においては、判断基準として、公知の統計的学習手法を利用して予め求められた、良品と判断される精子の形状の特徴量を用いることができる。

また、形状判断に用いる判断基準として、公知の機械学習アルゴリズム、特に深層学習アルゴリズムを利用して、良品と判断される精子についての複数の参照画像を情報処理装置に学習処理させ、得られた学習モデルを用いることができる。

精子の運動性を評価するため、精子を下記の定義に応じて前進運動精子、非前進運動精子、不動精子と分類することができる。
前進運動精子（ＰＲ）：速度に関わりなく、非常に活発に、直線的にあるいは大きな円を描くように動いている精子。
非前進運動精子（ＮＰ）：前進性を欠いた様々な運動性を有する精子。例えば小さな円を描くように動く、精子頭部の位置をほとんど動かすこともできない程度の尾部の運動性、鞭毛運動だけが観察される精子。
不動精子（ＩＭ）：動きが見られない精子。

例えば、精子の運動性の判断基準としては、単位時間あたりの精子の移動距離を用いることができる。この判断基準により、上述の前進運動精子と、非前進運動精子または非前進運動精子とを区別することができる。

なお、選別対象である生体試料が自ら移動可能な場合、精子とは異なる生体試料を選別する際においても、上述の判断基準と同様の思想で得られた判断基準を用いることができる。

なお、図５では、記憶部９３を制御部９０の一構成として記載したが、これに限らない。記憶部９３として、外部記憶メディアを用いてもよい。

第１判定部９４は、第１検出部９２で新たに検出された生体試料についての検出結果を受け取る（図６のステップＳ１３）。また第１判定部９４は、記憶部９３に記憶された判断基準に基づいて解析し、良否判断を行う（図６のステップＳ１４，１５）。

第１判定部９４においては、第１検出部９２から受け取った検出結果と、記憶部９３に記憶された生体試料の形状についての判断基準から良否判断を行い、判断基準に合致した不良試料ＥＣを特定する。

また、第１判定部９４においては、第１検出部９２から受け取った複数の画像データのフレーム間の差分を利用して、生体試料の運動状態を検出する。第１判定部９４は、検出された生体試料の運動状態と、記憶部９３に記憶された生体試料の運動性についての判断基準から良否判断を行い、判断基準に合致した不良試料ＥＣを特定する（図６のステップＳ１６）。

また、第１判定部９４は、上記基準に基づいて不良試料ＥＣを特定する情報を得る。例えば、検出結果が画像データである場合には、画像データであれば画像データが得られた時間と、不良試料ＥＣの画像データ上の座標とを特定する（図６のステップＳ１６）。

第２検出部９５は、データ受付部９１から検出結果を受け取る。また、第２検出部９５は、第１判定部９４から不良試料ＥＣを特定する情報を受け取る。第２検出部９５は、これらの検出結果および情報から、データ受付部９１から受け取った検出結果に不良試料ＥＣが含まれる場合、排出口１１５に向けて移動する不良試料ＥＣの位置を検出する（図７のステップＳ２１，２２）。

第２判定部９６は、データ受付部９１から検出結果に基づいて、不良試料ＥＣが排出口１１５の近傍に到達したことを検出すると、指示部９７に検出結果を供給する（図７のステップＳ２３）。「排出口１１５の近傍」は、予め排出口１１５の近傍を示す領域ＡＲとして設定し、領域ＡＲに不良試料ＥＣが侵入したことにより、不良試料ＥＣが排出口１１５の近傍に到達したことを検出するとよい。

指示部９７は、第２判定部９６から受け取った検出結果に基づいて、排出部３０に駆動信号を供給し、排出部３０を予め定めた条件で駆動させる（図７のステップＳ２４）。

また、指示部９７は、予め定めた条件で排出部３０を停止させる。例えば、指示部９７は、排出部３０から液滴Ｌを所定回数吐出した後に排出部３０を停止させてもよい。また、指示部９７は、排出部３０を一定時間駆動させた後に排出部３０を停止させてもよい。さらに、指示部９７は、データ受付部９１から受け取った検出結果に、排出部３０を駆動させるきっかけとなった不良試料ＥＣが含まれなくなったと判断された後に、排出部３０を停止させてもよい。

さらに、第２判定部９６は、予め記憶された選別処理の終了条件に基づいて、選別処理を終了させるか否かの判断を行ってもよい（図７のステップＳ２５）。例えば、一定時間経過したことを終了条件としてもよい。また、検出部２０で検出された検出結果に、一定時間生体試料が含まれないことを終了条件としてもよい。

第２判定部９６は、終了条件を満たすと判断した場合に、選別処理の終了指示を行う。終了指示により、制御部９０は、不良試料の検出処理と、不良試料の排出処理とを終了する（図６のステップＳ１７、図７のステップＳ２６）。

次に、選別装置１を用いた選別処理について、図１，２，８，９、を用いて具体的に説明する。

図８，９は、検出部２０で撮像する流路１１１の画像を示す模式図である。図８，９においては、流路１１１の長手方向において排出口１１５が配置されている側が第２凹部１３１側、反対側が第１凹部１２１側とする。

まず、流路１１１、第１凹部１２１および第２凹部１３１に分散媒を満たす。次いで、選別対象となる精子を含む溶液を、第１凹部１２１に供給する。次いで、流動部４０を駆動させ、第２凹部１３１から第１凹部１２１に向けた分散液Ｄの流れを形成する。これにより、精子は、３つの流路１１１のいずれかに侵入し、分散媒の流れの上流側である第２凹部１３１に向けて移動を開始する。

また、検出部２０による流路１１１の撮像も開始する。

移動する精子が撮像装置２１の撮像領域（領域ＡＲ１１）に侵入すると、撮像装置２１で撮像される画像に精子が映り込む。制御部９０は、撮像装置２１で検出した検出結果（画像データ）に基づいて、精子の良否判断を行う。

図８に示すように、検出部２０で撮像される画像に映りこんだ精子が不良試料ＥＣであった場合、制御部９０は、ステップＳ１１，１２の処理により精子を検出する。また、制御部９０は、ステップＳ１３〜１６の処理により、映り込んだ精子が不良試料ＥＣであると判断し特定する。

不良試料ＥＣと認定された精子は、時間経過とともに排出口１１５に向けて移動する。

図９に示すように、制御部９０は、ステップＳ２１，２２の処理により検出された不良試料ＥＣが、ステップＳ２３の処理により排出口１１５の近傍を示す領域としてあらかじめ設定された領域ＡＲに侵入したと判断した場合に、ステップＳ２４の処理により排出部３１を駆動させる。

不良試料ＥＣと認定された精子は、排出部３１の駆動により流路１１１から効率的に排出され、回収部７０に貯留された緩衝液Ｓに落下する。

複数の精子について、検出部２０による検出と、制御部９０による選別判断と、排出部３０による排出を行うことにより、流路１１１の下流に位置する第２凹部１３１に達する精子からは、不良と判断される精子の量が減少する。第２凹部１３１に達した精子は、制御部９０で行った選別処理の基準に照らすと、良品と判断できるものである。

ここで、第２凹部１３１に達した精子は、流路１１１を第１凹部１２１から第２凹部１３１に向けて移動しただけであり、物理的または化学的な処理を加えていない。そのため、第２凹部１３１に達した精子は、物理的または化学的な損傷が加わらないものとなり好ましい。

制御部９０は、選別対象である精子が一定期間検出されないことを終了条件として、選別処理を終了することとしてもよい（ステップＳ１７，Ｓ２５，Ｓ２６）。

選別装置１においては、複数の排出口１１５に一対一で対応して、複数の検出部２０を有する。制御部９０は、各検出部２０の検出結果の全てに対して同じ判断基準（例えば、精子の形状）に基づいた選別処理を行ってもよい。この場合、同じ判断基準に基づいた選別処理を複数の排出口１１５近傍で同時に行うことができるため、単位時間当たりの選別量を向上させることができる。

また、制御部９０は、流路１１１に沿って配置された３つの検出部２０の検出結果に対し、異なる判断基準に基づいた選別処理を行ってもよい。この場合、例えば、３つの検出部２０で検出された検出結果を用い、それぞれ形状、移動速度、直進運動性に対応した処理を行うことで、形状、移動速度および直進運動性の観点から良品と判断できる精子を選別することができる。

以上のようにして、選別装置１は、複数の精子の集合から、不良と判断される精子を排出することで、物理的または化学的な損傷を与えることなく良品の精子を選別することができる。

以上のような構成の選別装置１によれば、生体試料の集合から、不要な細胞を効率的に除去することができる。

なお、本実施形態においては、流路が第１凹部から第２凹部に向けて上り傾斜となる傾斜部を有することとしてもよい。

図１０は、傾斜部１１９を有する流路１１８を説明する概略断面図である。図に示すように、流路１１８の一部に傾斜部１１９を有する。傾斜部１１９は、第２凹部１３１側が高く、第２凹部１３１と反対側（不図示の第１凹部１２１側）が低くなっている。また、傾斜部１１９の上方は閉じられており、傾斜部１１９に沿った管路となっている。

また、流路１１８においては、傾斜部１１９の下端側に排出口１１５および排出部３０が設けられている。

このような流路１１８を有する選別装置を用いて精子を選別する場合、運動性が低い精子は、傾斜部１１９を上ることができず、傾斜部１１９の下端側に滞留することが予想される。また、運動性が高い精子（生体試料Ｃ）は、傾斜部１１９を上がって第２凹部１３１に達することが予想される。

すなわち、傾斜部１１９を有する選別装置では、傾斜部１１９を用いて、精子の運動性の良否判断を行うことができる。制御部９０は、傾斜部１１９を登りきることができない精子を不良試料ＥＣと認定する。

傾斜部１１９の下端側に滞留する不良試料ＥＣは、同じく傾斜部１１９の下端側に設けられた排出口１１５を介し、排出部３０を用いて排出される。

図１０においては、傾斜部１１９の下流側にはすぐに第２凹部１３１が配置されていることとしたが、これに限らない。傾斜部１１９の下流側にさらに流路１１１を継続させ、延在する流路１１１に排出口１１５を設ける構成としてもよい。

また、例えば第１凹部１２１と流路１１１との接続位置に傾斜部１１９を設け、運動性の劣る精子は流路１１１に侵入しにくい構成としてもよい。

また、本実施形態においては、流路が第２凹部から第１凹部に向けて上り傾斜となる傾斜部を有することとしてもよい。

本実施形態においては、検出部２０が撮像装置であることとしたが、これに限らない。例えば、検出部２０として光電センサを用い、流路１１１を移動する精子の動きを検出することとしてもよい。

図１１〜１３は、光電センサを検出部として備える流路の模式図である。図に示す光電センサ２５は、検出光ＤＬを射出する射出部２５１と、検出光ＤＬを受光する受光部２５２とを有する。各光電センサ２５の射出部２５１は流路１１１の幅方向の一報側、受光部２５２は流路１１１の幅方向の他方側に配置する。

例えば、図１１〜１３に示すように、流路１１１に沿って３つの光電センサ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが配列し、光電センサ２５Ｃの下流側に排出口１１５を有する構成を考える。

図１１，１２に示すように、光電センサ２５Ａ，２５Ｂ間の距離と、光電センサ２５Ａの検出光ＤＬを生体試料Ｃ（精子）が横切った時間から光電センサ２５Ｂの検出光ＤＬを生体試料Ｃが横切った時間までの経過時間とを用いて、生体試料Ｃの移動速度を算出することができる（ステップＳ１３，Ｓ１４）。求めた精子の移動速度が、移動速度についての良否判断の判断基準を下回る場合、不良試料ＥＣと判断することができる（ステップＳ１５，１６）。

図１３に示すように、不良試料ＥＣ（精子）が光電センサ２５Ｃの検出光ＤＬを横切った場合に、制御部９０は不良試料ＥＣが排出口１１５の近傍に達したと判断し、排出部３０を駆動させて排出することができる（ステップＳ２２〜Ｓ２４）。

また、本実施形態の選別装置１においては、流動部４０を用い、第２凹部１３１から第１凹部１２１に向けた分散液Ｄの流れを形成することとしたが、流動部４０を用いなくても、本発明の効果を奏することができる。

また、選別装置１において流動部４０を用いない場合、第２凹部１３１に精子を誘引する化学物質を配置することで、精子の向流性を利用することなく、精子を第２凹部１３１に効率的に導くことができる。

［第２実施形態］
図１４，１５は、本発明の第２実施形態に係る選別装置２の説明図である。本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

＜選別装置＞
図１４は、選別装置２の概略斜視図である。図１５は、図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける選別装置２の矢視断面図である。

図１４，１５に示すように、選別装置２は、装置本体１５と、撮像部８０と、排出部３０と、流動部４０と、配管５０と、回収部７０と、制御部９０とを有する。

本実施形態においては、選別装置２で選別する生体試料Ｃが自ら移動不可能であることとして説明する。具体的には、生体試料Ｃが魚卵であることとして説明する。

装置本体１５は、貯留部１５１を有する容器１６と、４つの脚部１７とを有する。容器１６は、平面視矩形を呈する。容器１６における貯留部１５１の上方は開放されている。脚部１７は、容器１６の裏面の四隅に設けられている。

貯留部１５１には、複数の生体試料を含む分散液Ｄが貯留されている。また、貯留部１５１の底部には、４つの排出口１１５が設けられている。４つの排出口１１５は、貯留部１５１の底部の平面視中央部に設定された仮想矩形の頂点位置に設けられている。

選別装置２は、４つの排出口１１５に一対一で対応して、４つの撮像部８０を有する。図１４では、４つの検出部をそれぞれ撮像部８１，８２，８３，８４として示してる。

撮像部８１の撮像領域は、対応する排出口１１５と、排出口１１５の近傍の領域とを含む領域ＡＲ２１である。

撮像部８２の撮像領域は、対応する排出口１１５と、排出口１１５の近傍の領域とを含む領域ＡＲ２２である。

撮像部８３の撮像領域は、対応する排出口１１５と、排出口１１５の近傍の領域とを含む領域ＡＲ２３である。

撮像部８４の撮像領域は、対応する排出口１１５と、排出口１１５の近傍の領域とを含む領域ＡＲ２４である。

排出部３０は、排出口１１５の下方であって、装置本体１５の外側の面に設けられている。選別装置１は、排出部３０として液滴形成装置を有する。

流動部４０は、容器１６の２か所に接続する配管５０の経路内に設けられている。流動部４０を駆動させることにより、装置本体１５が貯留する分散液Ｄを流動させる。

流動部４０は、貯留部１５１に貯留された分散液Ｄを流動させることができれば、種々の構成を採用することができる。例えば、流動部４０として、公知の撹拌ポンプや撹拌翼を用いることとしてもよい。これらの装置を流動部４０として用いる場合、流動部４０に生体試料Ｃが触れ、生体試料Ｃが損傷しないように保護するとよい。

このような選別装置２においては、流動部４０を駆動させることで、貯留部１５１に貯留された分散液Ｄが流動する。これにより、自らは移動不可能な魚卵が分散液Ｄの流れに乗って貯留部１５１の内部を移動する。

分散液Ｄの流れに乗って移動する魚卵が撮像部８０の撮像領域に入ると、撮像部８０が撮像する画像には魚卵が映り込む。

制御部９０は、上述したステップＳ１１〜Ｓ１７、Ｓ２１〜Ｓ２６に示す処理を行い、魚卵についての良否判断と、不良と判断された魚卵を貯留部１５１から排出する処理とを行う。

選別装置２においては、良否判断を行う判断基準として、魚卵の形状や色に基づく判断基準を用意しておくとよい。制御部９０は、当該判断基準に応じて、魚卵についての良否判断を行う。

以上のような構成の選別装置２によっても、生体試料の集合から、不要な細胞を効率的に除去することができる。

本実施形態においては、選別装置２により選別される生体試料Ｃが、自ら移動不可能な細胞であることとして説明したが、これに限らない。生体試料Ｃは自ら移動可能な細胞であってもよい。この場合、選別装置２には流動部４０を備えなくても構わない。

さらに、上記第１実施形態および第２実施形態では、排出部３０として液滴形成装置を用いることとしたが、これに限らない。

図１６は、排出部として開閉扉を採用する選別装置３の一部構成を説明する模式図であり、図４に対応する図である。

図１６に示すように、選別装置３は、装置本体１８と、排出部３１と、不図示の検出部と、制御部９０とを有する。

装置本体１８は、分散液Ｄを貯留する貯留部１８１を有する。貯留部１８１には、分散液Ｄから生体試料Ｃを排出する排出口１１５が設けられている。

排出部３１は、排出口１１５の下方であって、装置本体１８の外側の面に設けられている。選別装置３は、排出部３１として開閉扉（シャッター）を有する。排出部３１は、制御部９０の指示に応じて開閉動作を行う。

このような選別装置３では、シャッターを開くことにより、上述した選別処理によって不良試料ＥＣと判断された生体試料を液滴Ｌとともに排出する。

排出口１１５の開口径が十分に広い場合、排出口１１５の下端に形成される分散液Ｄのメニスカスの表面張力は、排出口１１５の分散液Ｄに対して下方に加わる力よりも小さくなる。この場合、排出口１１５の下端を開放することにより、自然に液滴Ｌが形成され分散液Ｄが排出される。

また、図１７は、排出部として、減圧装置を採用する選別装置４の一部構成を説明する模式図であり、図４に対応する図である。

図１７に示すように、選別装置４は、装置本体１８と、排出部３１，３２と、不図示の検出部と、制御部９０とを有する。

排出部３２は、排出口１１５の下方であって、装置本体１８の外側の面に設けられている。排出部３２は、排出口１１５の下方に配置されるチャンバー３２１、チャンバー３２１内を減圧する減圧ポンプ３２２、チャンバー３２１と減圧ポンプ３２２とを接続する配管３２３を有する。

このような選別装置４では、排出部３１，３２を駆動することにより、上述した選別処理によって不良試料ＥＣと判断された生体試料を排出する。詳しくは、シャッター（排出部３１）を開くとともに、減圧ポンプ３２２を駆動し、チャンバー３２１内を減圧することで、液滴Ｌを排出する。その際、液滴Ｌに不良試料ＥＣが含まれることにより、不良試料ＥＣを排出することができる。

このような選別装置４では、分散液Ｄの粘度が高く、シャッターを開くだけでは液滴Ｌが形成されないような場合であっても、液滴Ｌを形成し分散液Ｄを排出することができる。

また、図１８は、排出部として、吸引ポンプを採用する選別装置５の一部構成を説明する模式図であり、図４に対応する図である。

図１８に示すように、選別装置５は、装置本体１８と、排出部３３と、不図示の検出部と、制御部９０とを有する。

排出部３３は、排出口１１５の下方であって、装置本体１８の外側の面に設けられている。排出部３３は、排出口１１５に連通する配管３３１と、配管３３１に接続される吸引ポンプ３３２とを有する。

このような選別装置５では、排出部３３を駆動することにより、上述した選別処理によって不良試料ＥＣと判断された生体試料を排出する。詳しくは、吸引ポンプ３３２を駆動することで、液滴Ｌを排出する。その際、液滴Ｌに不良試料ＥＣが含まれることにより、不良試料ＥＣを排出することができる。

このような選別装置５では、分散液Ｄの粘度が高い場合であっても、液滴Ｌを形成し分散液Ｄを排出することができる。

上述した第１実施形態では、選別する生体試料Ｃが精子であることとし、第２実施形態では、選別する生体試料Ｃが魚卵であることとして説明したが、本発明の選別装置が選別可能な生体試料は、これらに限らない。

本発明の選別装置が選別可能な生体試料としては、上述した例の他にも、培養用の細胞、仔魚、稚魚を挙げることができる。選別対象となる生体試料の種類に応じて、選別装置の大きさ、形成材料を適宜変更するとよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明は、以下の態様を含む。
［１］生体試料を複数含む分散液を貯留する装置本体と、前記生体試料の形状および運動状態の少なくともいずれか一方を検出する検出部と、前記装置本体から前記生体試料を排出する排出部と、予め記憶された判断基準と、前記検出部における前記生体試料の検出結果とに基づいて、前記排出部を駆動する制御部と、を有し、前記装置本体は、前記分散液を貯留する貯留部と、前記貯留部に接続し、前記貯留部から前記生体試料を排出する排出口と、を有し、前記排出部は、前記排出口に設けられ、前記制御部は、前記判断基準と前記検出結果とに基づいて前記検出部で検出された前記生体試料の良否を判断するとともに、不良と判断された前記生体試料を前記装置本体から排出させる選別装置である。

［２］前記検出部は、前記生体試料を撮像する撮像装置である［１］に記載の選別装置である。

［３］生体試料を複数含む分散液を貯留する装置本体と、前記装置本体の前記分散液を流動させる流動部と、前記生体試料を撮像する撮像装置と、前記装置本体から前記生体試料を排出する排出部と、予め記憶された判断基準と、前記撮像装置における前記生体試料の画像とに基づいて、前記排出部を駆動する制御部と、を有し、前記装置本体は、前記分散液を貯留する貯留部と、前記貯留部に接続し、前記貯留部から前記生体試料を排出する排出口と、を有し、前記排出部は、前記排出口に設けられ、前記制御部は、前記判断基準と前記画像とに基づいて前記生体試料の形状の良否を判断するとともに、不良と判断された前記生体試料を前記装置本体から排出させる選別装置である。

［４］前記貯留部は、前記分散液を流動させる流路と、前記流路の一端側に設けられた第１凹部と、前記流路の他端側に設けられた第２凹部と、を有し、前記流路に前記排出部が設けられている［１］から［３］のいずれか１項に記載の選別装置である。

［５］前記第１凹部と前記第２凹部とのいずれか一方から他方へ前記分散液を流動させる流動部を有する［４］に記載の選別装置である。

［６］前記第１凹部と前記第２凹部とを接続する配管をさらに有し、前記流動部は、前記第１凹部と前記第２凹部とのいずれか一方から他方へ達した前記分散液の分散媒を、前記配管を介して前記一方へ流動させ、前記第１凹部と前記第２凹部との間で循環させる［５］に記載の選別装置である。

［７］前記流動部による前記分散液の流れ方向下流端に、前記生体試料を捕集し、前記分散液に含まれる分散媒を通過させるフィルタを有する［５］または［６］に記載の選別装置である。

［８］前記流路は、前記第１凹部から前記第２凹部に向けて上り傾斜となる傾斜部を有する［４］から［７］のいずれか１項に記載の選別装置である。

［９］前記流路は、前記傾斜部の下端側に前記排出部が設けられている［８］に記載の選別装置である。

［１０］前記流路に沿って前記排出部を複数有する［４］から［９］のいずれか１項に記載の選別装置である。

［１１］前記貯留部は、複数の前記流路を有する［４］から［１０］のいずれか１項に記載の選別装置である。

［１２］前記排出口は、前記貯留部の底部に設けられ、前記排出部は、吐出口を有し、振動により前記吐出口から前記分散液を吐出する膜状部材と、前記膜状部材を振動させる振動手段と、を有する［１］から［１１］のいずれか１項に記載の選別装置である。

［１３］前記排出部は、前記装置本体における前記排出口の外側を減圧する減圧手段と、を有する［１］から［１１］のいずれか１項に記載の選別装置である。

［１４］前記排出口は、前記貯留部の底部に設けられ、前記排出部は、前記排出口に設けられた開閉扉を有する［１］から［１１］のいずれか１項に記載の選別装置である。

［１５］前記装置本体における前記排出口の下方に、不良と判断され前記貯留部から排出された前記生体試料を回収する回収部を有する［１］から［１４］のいずれか１項に記載の選別装置である。

［１］から［１５］のいずれか１項に記載の選別装置によれば、従来の課題を解決し、本発明の目的を達することができる。

１，２，３，４，５…選別装置、１０，１５，１８…装置本体、２０…検出部、２１，２２，２３…撮像装置、３０，３１，３２，３３…排出部、４０…流動部、５０，３２３，３３１…配管、６０，６１，６２…フィルタ、７０…回収部、９０…制御部、１１１，１１１ａ，１１８…流路、１１５，１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ…排出口、１１９…傾斜部、１２１…第１凹部、１３１…第２凹部、１５１，１８１…貯留部、３０１…膜状部材、３０２…振動手段、３１０…吐出口、Ｃ…生体試料、Ｄ…分散液

特開２０１８−１３８０２７号公報

Claims (15)

1. 生体試料を複数含む分散液を貯留する装置本体と、
   前記生体試料の形状および運動状態の少なくともいずれか一方を検出する検出部と、
   前記装置本体から前記生体試料を排出する排出部と、
   予め記憶された判断基準と、前記検出部における前記生体試料の検出結果とに基づいて、前記排出部を駆動する制御部と、を有し、
   前記装置本体は、前記分散液を貯留する貯留部と、
   前記貯留部に接続し、前記貯留部から前記生体試料を排出する排出口と、を有し、
   前記排出部は、前記排出口に設けられ、
   前記制御部は、前記判断基準と前記検出結果とに基づいて前記検出部で検出された前記生体試料の良否を判断するとともに、不良と判断された前記生体試料を前記装置本体から排出させる選別装置。
2. 前記検出部は、前記生体試料を撮像する撮像装置である請求項１に記載の選別装置。
3. 生体試料を複数含む分散液を貯留する装置本体と、
   前記装置本体の前記分散液を流動させる流動部と、
   前記生体試料を撮像する撮像装置と、
   前記装置本体から前記生体試料を排出する排出部と、
   予め記憶された判断基準と、前記撮像装置における前記生体試料の画像とに基づいて、前記排出部を駆動する制御部と、を有し、
   前記装置本体は、前記分散液を貯留する貯留部と、
   前記貯留部に接続し、前記貯留部から前記生体試料を排出する排出口と、を有し、
   前記排出部は、前記排出口に設けられ、
   前記制御部は、前記判断基準と前記画像とに基づいて前記生体試料の形状の良否を判断するとともに、不良と判断された前記生体試料を前記装置本体から排出させる選別装置。
4. 前記貯留部は、前記分散液を流動させる流路と、
   前記流路の一端側に設けられた第１凹部と、
   前記流路の他端側に設けられた第２凹部と、を有し、
   前記流路に前記排出部が設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載の選別装置。
5. 前記第１凹部と前記第２凹部とのいずれか一方から他方へ前記分散液を流動させる流動部を有する請求項４に記載の選別装置。
6. 前記第１凹部と前記第２凹部とを接続する配管をさらに有し、
   前記流動部は、前記第１凹部と前記第２凹部とのいずれか一方から他方へ達した前記分散液の分散媒を、前記配管を介して前記一方へ流動させ、前記第１凹部と前記第２凹部との間で循環させる請求項５に記載の選別装置。
7. 前記流動部による前記分散液の流れ方向下流端に、前記生体試料を捕集し、前記分散液に含まれる分散媒を通過させるフィルタを有する請求項５または６に記載の選別装置。
8. 前記流路は、前記第１凹部から前記第２凹部に向けて上り傾斜となる傾斜部を有する請求項４から７のいずれか１項に記載の選別装置。
9. 前記流路は、前記傾斜部の下端側に前記排出部が設けられている請求項８に記載の選別装置。
10. 前記流路に沿って前記排出部を複数有する請求項４から９のいずれか１項に記載の選別装置。
11. 前記貯留部は、複数の前記流路を有する請求項４から１０のいずれか１項に記載の選別装置。
12. 前記排出口は、前記貯留部の底部に設けられ、
    前記排出部は、吐出口を有し、振動により前記吐出口から前記分散液を吐出する膜状部材と、
    前記膜状部材を振動させる振動手段と、を有する請求項１から１１のいずれか１項に記載の選別装置。
13. 前記排出部は、前記装置本体における前記排出口の外側を減圧する減圧手段と、を有する請求項１から１１のいずれか１項に記載の選別装置。
14. 前記排出口は、前記貯留部の底部に設けられ、
    前記排出部は、前記排出口に設けられた開閉扉を有する請求項１から１１のいずれか１項に記載の選別装置。
15. 前記装置本体における前記排出口の下方に、不良と判断され前記貯留部から排出された前記生体試料を回収する回収部を有する請求項１から１４のいずれか１項に記載の選別装置。

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