JP2023044731A - 顕微鏡システムおよびサンプルをイメージングする方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定されずに乗せられたサンプルの、化学的刺激に対する反応をリアルタイムで観察できるようにする顕微鏡システムを提供する。【解決手段】顕微鏡システム（１００）は、サンプルキャリア（１０６）が上に配置されるように構成された上面（１０８）を備えた顕微鏡ステージ（１１０）を有する。サンプルキャリア（１０６）は、少なくとも１つのサンプルを収容するように構成されている。顕微鏡システム（１００）はさらに、サンプルをイメージングするように構成されたイメージングシステム（１１２）と、連続しかつ時間的に間隔が開けられた、液体の複数の噴射をサンプルキャリア（１０６）に注入することにより、サンプルキャリア（１０６）に所定量の液体を注入するように構成された注入装置（１１６）と、を有し、それぞれの噴射は、液体の所定の部分量を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡システムに関する。本発明はさらに、顕微鏡システムを用いてサンプルをイメージングする方法に関する。

ライフサイエンスにおける実験には、生物学的プロセスを研究しかつ理解するために、試薬と称されるさまざまな化学物質によって操作もしくは処理されたサンプルの、または操作もしくは処理されているサンプルの顕微鏡検査が必要とされることが多い。これらの実験には一般に、化学的刺激に対するサンプルの反応を検査するために、サンプルまたはそのサンプル容器に試薬を注入することが必要とされる。注入を行うための装置には２つの大きなカテゴリが存在する。いわゆるマイクロインジェクタは、細胞壁を通して細胞内に少量の、一般にわずかに数ナノリットルの液体を送り込むために使用される極めて細い針を有する。この注入は、顕微鏡による観察下で行われる。これにより、サンプルの反応をリアルタイムで検査することができるが、人間との相互作用が必要である。マイクロプレートディスペンサは、液体および試薬をさまざまなマイクロプレートに自動的かつ正確に送り込むことができる専用の装置である。しかしながら、準備されるマイクロプレートの顕微鏡観察は、別の装置において行われるため、注入から時間的に間隔が開いてしまう。マイクロプレートディスペンサと、マイクロタイタープレートのウェルに配置される固定サンプルの蛍光、明視野、色明視野および位相コントラストイメージング用のデジタル顕微鏡と、を組み合わせた顕微鏡用の注入モジュールも存在する。

あらゆる公知の装置の１つの欠点は、高速なボリュメトリックイメージングには適していないことである。特に、公知の装置は、サンプルキャリアの底部に容易に機械的に固定することはできない、影響を受け易い３次元サンプル、例えばオルガノイド、または生物、例えばゼブラフィッシュもしくはショウジョウバエを扱う作業には適していない。これらの固定されていないサンプルは、注入中に乱流によって容易に移動してしまう。したがって、生体サンプルを検査する場合、公知の装置は、付着する２次元細胞培養または機械的に固定されたサンプルに限定される。というのは、このようなサンプルは、注入による乱流および流れの影響を受けにくいからである。

サンプルの位置が注入中に変化してしまうという事実に対処するためには基本的に２つの方法がある。すなわち、その１つは、観察ボリュームに対するサンプルの位置をリアルタイムに補正することであり、別の１つは、位置を後で補正することである。化学的刺激に対するサンプルの反応が直ちに、すなわち、注入後の１秒未満で測定されるべきである場合、補正は、リアルタイムで行われなければならない。リアルタイム補正には、サンプルボリュームの低解像度画像を高速で取得して、サンプルの位置におけるあらゆる変化を測定する高速伝送照明チャネルが必要である。サンプルの位置の変化が解析され、次いで、コマンドが顕微鏡のステージに送信されて、これにより、サンプルが視野の中心に留まるように位置の補正が行われる。択一的には、例えば、試薬がプレートのいくつかのウェルに加えられた後、数分または数時間にわたって、サンプルの進展が観察されるべきである場合、透過光モードでウェルの画像を取得して、ウェルにおけるサンプルの新たな位置を特定するために、注入後にプレートのそれぞれのウェルを再びスキャンすることができる。しかしながら、１つのウェル当たり２つ以上のサンプルについて、乱流は、サンプルの混合を生じさせることがあり、後続の割り当てを困難にしてしまうかまたは不可能にしてしまうことさえもあり得る。

どちらの択一形態も、それぞれの欠点を有する。第１の方法には、ハードウェアの適合化、高速画像評価およびステージコントローラへのフィードバックが必要である。このソリューションは、技術的に実現可能であるとしても、非常にコストが高く、多くの開発努力が必要である。第２の方法は、特定の実験の実現可能性、例えば、注入中および注入直後の応答の測定のような点で著しい制限になり得る。さらに、サンプルの移動は、多くの場合に同様にサンプルを回転させてしまう。サンプルの同じ表面が、移動後もなお検出光学系に向いている可能性は低い。このケースでは、ソフトウェアベースの追跡は、極めて困難であり、通常は全く不可能である。

したがって、固定されずに乗せられたサンプルの、化学的刺激に対する反応をリアルタイムで観察できるようにする顕微鏡システムを提供することが課題である。

上述の課題は、独立請求項に記載の記載事項によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項および次の説明によって定められる。

提案される顕微鏡システムは、サンプルキャリアが上に配置されるように構成された上面を備えた顕微鏡ステージを有する。サンプルキャリアは、少なくとも１つのサンプルを収容するように構成されている。提案される顕微鏡システムはさらに、サンプルをイメージングするように構成されたイメージングシステムと、連続しかつ時間的に間隔が開けられた、液体の複数の噴射をサンプルキャリアに注入することにより、サンプルキャリアに所定量の液体を注入するように構成された注入装置と、を有し、それぞれの噴射は、液体の所定の部分量を有する。

サンプルは一般に、包埋剤、例えば水、無機塩緩衝剤、水性でありかつマトリックスを含まない増殖培地または他の細胞培養培地に収容される。サンプルを刺激するために包埋剤には溶液が加えられる。包埋剤に液体を加えることにより、包埋剤に乱流が生じる。この乱流は、サンプルがサンプルキャリアに固定されていない場合にはサンプルを移動させるか、または固定されたサンプルのケースではせん断応力を生じさせることがある。乱流の量は、複数の要因によって決定されるが、主な要因の１つは、注入される液体の量である。より多くの液体が注入されるほど、より多くの乱流が生じる。それぞれの噴射がわずかに少量しか液体を有しない、順次の噴射において液体を注入することによって、それぞれの噴射によって生じる乱流が減少する。さらに、噴射は時間的に間隔が開けられて注入されるため、それぞれの噴射によって生じる乱流を消散することができる。これにより、乱流の総量も減少する。乱流が減少すると、サンプルの移動および／またはサンプルが受けるせん断応力も減少する。したがって、提案される顕微鏡により、サンプル、特に固定されていない試料の、試薬に対する反応をリアルタイムで観察することが可能になる。さらに、サンプルは、注入後に実質的に静止しているため、観察ボリュームに対するサンプルのリアルタイム再位置決めを必要とすることなく、注入プロセスの間および直後に、ボリュメトリックイメージング技術を使用して、サンプルの３次元画像を生成することができる。

サンプルキャリアは、マイクロプレート、ペトリ皿、顕微鏡スライド、チャンバスライド、または別の任意の適切なサンプルキャリア幾何学形状であってよい。特に、針は、１９～２２のゲージを有する。ポイントスタイルは特に、ｂ型またはＡＳ型であってよい。

好ましい実施形態では、顕微鏡システムは、少なくとも１つの制御パラメータ、特に、部分量の大きさ、噴射の回数、および直に連続する２つの噴射間の間隔のうちの少なくとも１つをあらかじめ決定し、かつ少なくとも１つの制御パラメータに基づいて、噴射の注入を制御するように構成された制御ユニットを有する。この実施形態では、少なくとも１つの制御パラメータは、例えばユーザ入力によって制御可能である。択一的または付加的には、少なくとも１つの制御パラメータは、少なくとも１つの制御パラメータと、サンプルキャリアおよび／または対象となる実験に関連する複数の別のパラメータと、を相関させる関数関係またはルックアップテーブルによって決定可能である。これにより、噴射の注入は、個々のサンプルキャリアおよび対象となる実験の条件に合わせてカスタマイズ可能である。これにより、多数のサンプルキャリアをさまざまな実験に使用することができ、顕微鏡システムはより汎用になる。

別の好ましい実施形態では、制御ユニットは、記憶素子を有する。記憶素子は、少なくとも１つのサンプルキャリア情報と、少なくとも１つの制御パラメータと、を相関させるルックアップテーブルを有する。制御ユニットは、少なくとも１つのサンプルキャリア情報の値のユーザ入力に基づき、かつルックアップテーブルに基づいて、少なくとも１つの制御パラメータをあらかじめ決定するように構成されている。特に、サンプルキャリア情報は、サンプルキャリアタイプ、サンプルキャリアサイズ、サンプルキャリア容積、マルチウェルタイプ、ウェルの個数、およびウェル容積のうちの少なくとも１つを有する。ルックアップテーブルは、メーカーにより前もって決定されていてよい。付加的または択一的には、ユーザが、ルックアップテーブルを変更し、自身のニーズに合わせてルックアップテーブルをカスタマイズできるようにすることも可能である。この実施形態では、少なくとも１つの制御パラメータは、少なくとも１つのサンプルキャリア情報を介して間接的に設定される。一般に、少なくとも１つのサンプルキャリア情報は、ユーザがより容易に利用可能である。これにより、顕微鏡システムの使いやすさが大幅に向上する。

好ましくは、制御ユニットは、少なくとも１つの制御パラメータをあらかじめ決定し、これにより、噴射の注入中に、イメージングシステムの視野内または視野外にサンプルが移動させられないように構成されている。注入中にサンプルが視野外に移動されるか否かは、少なくとも１つの制御パラメータの値に依存する。サンプルを移動させないサンプルキャリア情報の異なる値についての少なくとも１つの制御パラメータの値は、実験により決定して、ルックアップテーブルに保存可能である。択一的または付加的には、関数的な依存関係が、前もって決定されて、記憶素子に記憶されていてよい。

別の好ましい実施形態では、イメージングシステムは、液体の注入中にサンプルの少なくとも１つの画像を取り込むように構成されている。これにより、化学的刺激に対するサンプルの反応を遅延なしに検査することができる。これは、特定のタイプの実験、特に神経組織の研究で必要とされることがある。したがって、この実施形態は非常に用途が広い。

別の好ましい実施形態では、それぞれの液体の部分量は、１０μＬ未満、特に５μＬ未満の液体を有する。１０μＬ未満の部分量で液体を噴射することにより、ほとんどのサンプルキャリアにおいて乱流は、ほとんどまたは全く生じない。

別の好ましい実施形態では、直に連続する２つの噴射の間の間隔は、少なくとも０．５秒かつ最大で１．５秒である。乱流は時間と共に消散する。約０．５秒の下限は、ほとんどのサンプルキャリアにおいて乱流が消散するのに十分な時間である。１．５秒の上限はなお十分に短く、サンプルの反応の観察をリアルタイムで行うことができる。

別の好ましい実施形態では、注入装置は、角度が付けられた先端部を備えた少なくとも１つの針を有する。好ましくは、針の先端部は、少なくとも３０°かつ最大で９０°曲げられている。角度が付けられた先端部を備える針は、顕微鏡システムのサンプルチャンバのような小さな取付けスペースにおいて、より良好に取り付けることができる。さらに、角度が付けられた先端部により、噴射を注入することによって生じる乱流も低減される。

別の好ましい実施形態では、針の先端部と顕微鏡ステージの上面とは、少なくとも１０°かつ最大で８５°の角度を挟んでいる。特に、針の先端部と顕微鏡ステージの上面とは、少なくとも１０°かつ最大で５０°の角度を挟んでいる。所定の角度で、すなわち、真上からではなく液体を注入することによって、サンプルキャリアに注入される液体は、より大きな断面積領域に当たり、包埋剤の内でより長い距離を移動することができる。２つの様相により、注入される液体によって生じる乱流は、より迅速に、特に浅い深さで消散可能である。これにより、注入される液体によって生じるサンプルの乱れが最小化される。しかしながら、浅すぎる角度で液体を注入すると、噴射を分散させてしまい、このことは、液体の損失、ひいては不正確な注入体積を生じさせてしまうことがある。

別の好ましい実施形態では、液体の流量は、少なくとも５μＬ／ｓかつ最大で２５０μＬ／ｓである。特に、液体の流量は、少なくとも１０μＬ／ｓかつ最大で１００μＬ／ｓである。流量は、注入の終了時にクリーンな液滴分割を保証するために十分に高くなければならない。換言すると、注入される液体は、先端部から完全に切り離される／離れる必要があり、噴射された液体が先端部に付着したままにならないことを保証する必要がある。しかしながら、流量が高いほど、注入される液体によってサンプルに及ぼされる力は大きくなる。上記の範囲は、サンプルを大きく移動させない十分に低い流量を有しながらも、クリーンな液滴分割／切り離し／離れを可能にするよい妥協点を表している。

別の好ましい実施形態では、注入装置は、液体の温度を制御するように構成された温度制御ユニットを有する。サンプルキャリアに液体を注入することにより、サンプルの化学環境が変化するだけでなく、温度も変化する。いくつかの実験、特にサンプルの入念なインキュベーションを必要とする実験では、温度の急激な変化は、望ましくない副作用を引き起こすことがある。温度制御は、温度リザーバまでポンプと注入先端部との間にチューブを熱結合することによって、例えば、温度制御される金属ブロックの周りで／これを通してチューブをはわせることによって達成可能である。この実施形態では、これらの副作用が回避され、これにより、注入に対して観察されるサンプルの反応が、化学的刺激だけの反応であるようにされる。

別の好ましい実施形態では、顕微鏡システムは、サンプルチャンバを画定するボックス型顕微鏡ハウジングを有する。ハウジングは、サンプルチャンバへのアクセスを提供するためのドアを有する。顕微鏡ステージは、サンプルチャンバの底部に配置されている。サンプルキャリアは、サンプルチャンバ内に収容されている。ボックス型顕微鏡は、全ての顕微鏡部品が内部に配置されるハウジングを有する。ハウジングは一般に、顕微鏡内にアクセスするための１つまた複数の開口部を有する。ハウジングが、密閉されておりまたは封止さえも行われているという性質に起因して、ボックス型顕微鏡は、例えば、雰囲気制御ユニットにより、サンプルの環境を正確に制御するのに特に適している。

本発明はさらに、顕微鏡システムによってサンプルをイメージングする方法に関する。この方法は、次のステップを有する。すなわち、サンプルをサンプルキャリア内に配置するステップと、顕微鏡システムの顕微鏡ステージの上にサンプルキャリアを配置するステップと、連続しかつ時間的に間隔が開けられた、液体の複数の噴射をサンプルキャリアに注入することにより、サンプルキャリアに所定量の液体を注入するステップであって、それぞれの噴射が、液体の所定の部分量を有するステップと、液体の注入中に、顕微鏡システムのイメージングシステムによってサンプルの少なくとも１つの画像を取り込むステップと、を有する。

この方法は、上述のサンプルキャリアおよびイメージングシステムと同じ利点を有しており、またサンプルキャリアおよびイメージングシステムに向けられた従属請求項の特徴を使用して補足することができる。

好ましい実施形態では、この方法は、次の付加的なステップを有する。すなわち、少なくとも１つの制御パラメータ、特に、部分量の大きさ、噴射の回数、および直に連続する２つの噴射間の間隔のうちの少なくとも１つをあらかじめ決定するステップと、少なくとも１つの制御パラメータに基づいて、噴射の注入を行うステップと、を有する。

別の好ましい実施形態では、少なくとも１つのサンプルキャリア情報の値のユーザ入力に基づいて、かつ少なくとも１つのサンプルキャリア情報と、少なくとも１つの制御パラメータと、を相関させるルックアップテーブルに基づいて、少なくとも１つの制御パラメータをあらかじめ決定する。

別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの制御パラメータをあらかじめ決定して、噴射の注入中に、サンプルがイメージングシステムの視野外に移動させられないようにする。

別の好ましい実施形態では、液体のそれぞれの部分量は、１０μＬ未満の液体を有する。

別の好ましい実施形態では、直に連続する２つの噴射の間の間隔は、少なくとも０．５秒かつ最大で１．５秒である。

別の好ましい実施形態では、角度が付けられた先端部を有する少なくとも１つの針によって注入を行う。

別の好ましい実施形態では、針の先端部は、少なくとも３０°かつ最大で９０°曲げられている。

別の好ましい実施形態では、顕微鏡ステージの上面に対して少なくとも１０°かつ最大で８５°の角度でサンプルキャリアに噴射を注入する。特に、顕微鏡ステージの上面に対して少なくとも１０°かつ最大で５０°の角度でサンプルキャリアに噴射を注入する。

別の好ましい実施形態では、液体の流量は、少なくとも５μＬ／ｓかつ最大２５０μＬ／ｓである。特に、液体の流量は、少なくとも１０μＬ／ｓかつ最大１００μＬ／ｓである。

以下では、図面を参照して特定の実施形態を説明する。

１つの実施形態による顕微鏡システムの概略図である。 図１による顕微鏡システムのサンプルチャンバの概略平面図である。 図１および図２による顕微鏡システムのサンプルチャンバの概略正面図である。 図１～図３による顕微鏡システムのサンプルチャンバの概略側面図である。 図１～図４による顕微鏡システムのサンプルチャンバの概略詳細図である。 別の実施形態による顕微鏡システムのサンプルチャンバの概略詳細図である。 さらに別の実施形態による顕微鏡システムのサンプルチャンバの概略平面図である。 さらに別の実施形態による顕微鏡システムのサンプルチャンバの概略平面図である。 さらに別の実施形態による顕微鏡システムのサンプルチャンバの概略平面図である。 サンプルキャリアおよび針の先端部の概略図である。 サンプルキャリアの２つの概略平面図である。 先端部から排出される液体の流速を時間について示すグラフである。

図１は、１つの実施形態による顕微鏡システム１００の概略図である。

顕微鏡システム１００は例示的に、顕微鏡ハウジング１０２を有するボックス型顕微鏡として形成されている。顕微鏡ハウジング１０２は、１つまたは複数のサンプル５０２（図５を参照されたい）が配置されているサンプルキャリア１０６を収容するように構成されているサンプルチャンバ１０４を形成している。顕微鏡ハウジング１０２内にサンプルキャリア１０６を密閉することにより、例えば、サンプルチャンバ１０４の温度、湿度およびガス組成を制御するためのインキュベーション制御ユニットを介して、サンプル５０２の環境に対する正確な制御が可能となる。密閉されたサンプル５０２は環境に対してもシールドされており、これにより、サンプル５０２も環境も偶発的な汚染から保護される。さらに、サンプルチャンバ１０４は、実験によって要求される場合には、容易にインキュベーションチャンバおよび／または無菌環境にすることが可能である。

サンプルキャリア１０６は、サンプルチャンバ１０４の下方に配置される顕微鏡ステージ１１０の上面１０８の上に位置付けられている。顕微鏡ステージ１１０は、直交する２つの方向に沿って移動可能であり、すなわち、顕微鏡ステージ１１０は、いわゆるＸ－Ｙテーブルである。したがって、顕微鏡ステージ１１０を移動することによって、例えば、サンプルキャリア１０６の個々のキャビティまたはウェルを選択すること、または観察のために単一のサンプル５０２の特定の関心領域を選択することができる。

図１による顕微鏡システム１００は、例示的に、透過光顕微鏡システムとして形成されている。サンプルをイメージングするためのイメージングシステム１１２は、例示的に、顕微鏡ステージ１１０の下方でコンポーネント空間に配置され、サンプル５０２を照明するための照明システム１１４は、顕微鏡ステージ１１０の上方でサンプルチャンバ１０４内に配置されている。イメージングシステム１１２の光軸と照明システム１１４の光軸とは、位置合わせされている。これにより、照明システム１１４によって放出された照明光は、イメージングシステム１１２に入る前にサンプル５０２を通過する。択一的な実施形態では、イメージングシステム１１２および照明システム１１４の位置を逆にすることができる。別の択一的な実施形態では、イメージングシステム１１２および照明システム１１４の両方が、顕微鏡ステージ１１０の同じ側に配置される。電源またはさまざまなフィルタのような付加的なコンポーネントが、サンプルチャンバの下方のコンポーネント空間に配置されてよい。

顕微鏡システム１００はさらに、液体、例えば試薬をサンプルキャリア１０６に注入するように構成された注入装置１１６を有する。注入装置１１６は、サンプルチャンバ１０４内に配置された針１１８を有し、この針１１８は、サンプルキャリア１０６に液体を注入するための曲がった先端部１２０を有する。注入装置１１６はさらに、液体を貯蔵するために、サンプルチャンバ１０４外に配置された液体リザーバ１２２を有する。液体リザーバ１２２は例示的に、単一の容器から成る。しかしながら、液体リザーバ１２２は、２つ以上の容器、例えば、それぞれが異なる液体を貯蔵する標準サイズの使い捨てプラスチックチューブを有していてよい。液体リザーバ１２２は、第１の流体管路１２４によって、例示的にシリンジポンプ１２６として形成されたポンプ１２６に接続されている。択一的にはポンプ１２６は、ペリスタルティックポンプまたは任意の別の適切なポンプとして形成されてよい。ポンプ１２６は、バレルおよびプランジャを備えたシリンジ１２８と、モータ駆動のプランジャ駆動装置と、三方弁１３０と、を有する。モータ駆動のプランジャ駆動装置は、シリンジ１２８のプランジャを移動させるように構成されており、これにより、バレルに流体が引き込まれるかまたはバレルから流体が排出される。第１の動作モードでは、三方弁１３０は、シリンジ１２８が、液体リザーバ１２２からバレルに液体を引き込むことができるように設定される。第２の動作モードでは、三方弁１３０は、シリンジ１２８が、第２の流体管路１３２を介して針１１８に、そのバレルに格納された液体を送出することができるように設定される。第２の流体管路１３２が短くなるほど、サンプルキャリア１０６に注入可能な液体の最小量が小さくなる。注入可能な液体の最小量に影響を及ぼす別の要因は、流体管路の軟度である。１００ｃｍ未満の長さに対し、約１μＬ～３μＬの最小量が達成可能である。

図２は、図１による顕微鏡システム１００のサンプルチャンバ１０４の概略平面図である。

サンプルキャリア１０６は、顕微鏡ステージ１１０の上の中央に配置されており、例示的には、２４個のウェル２００を有するマルチウェルプレートとして形成されている。ウェル２００は４行６列で配置されている。それぞれのウェル２００を一意に識別するために、行にはラベルＡ～Ｄが付されており、列にはラベル１～６が付されている。ウェル２００には、個々のサンプル５０２が収容される包埋剤５０４（図５を参照されたい）が充填されている。液体の形態の試薬をサンプルキャリア１０６に加えることにより、サンプル５０２からの反応が観察される。

針１１８は、サンプルキャリア１０６の上に配置されている。それぞれのウェル２００に液体を注入するために、サンプルキャリア１０６または針１１８のいずれかを移動することにより、サンプルキャリア１０６のそれぞれのウェル２００の上方に先端部１２０を位置決めすることができる。図２から見て取ることができるように、角度が付けられた先端部１２０は、片側、すなわち図２の上部に向かってわずかにねじ曲げられている。これによって保証されるのは、針１１８が、照明光のビーム経路に位置せず、サンプル５０２に影を落とさないことである。

図３は、図１および図２による顕微鏡システム１００のサンプルチャンバ１０４の概略正面図である。

針１１８は、顕微鏡ステージ１１０の上面１０８に対して平行な第２の流体管路１３２に接続されている基部３００と、角度が付けられた先端部１２０と、を有する。図３に見て取ることができるように、角度が付けられた先端部１２０と顕微鏡ステージ１１０の上面１０８とは、約４０°の角度を挟んでいる。このことは、噴射も、約４０°の入射角で包埋剤５０４の表面に当たることも意味する。

図４は、図１～図３による顕微鏡システム１００のサンプルチャンバ１０４の概略側面図である。図４の図は、図３の右側から見たサンプルチャンバ１０４を示している。

針１１８は、その基部３００の長手方向軸線の周りに回転可能に配置されている。図４に見て取ることができるように、角度付けられた先端部１２０は、まっすぐ下を向いているのではなく、図４では右に約３０°だけ回転させられている。針１１８が回転できるようにすることより、包埋剤５０４の表面に当たる噴射の入射角を細かく制御することができる。一般に針１１８は、４５°，３０°または０°の入射角にそれぞれ対応して、４５°，６０°または９０°だけ曲げられた先端部１２０を有する。別の入射角が必要な場合、先端部１２０を手動で曲げなければならない。これは不正確であると同時に時間を要する。針１１８を回転させるための手段を設けることにより、入射角を正確にかつ自動的に制御することができる。さらに、先端部１２０は、イメージングシステム１１２および照明システム１１４のビーム経路のいずれにも配置されていない。したがって先端部１２０は、サンプル５０２に影を落とさない。

図５は、図１～図４による顕微鏡システム１００のサンプルチャンバ１０４の概略詳細図である。

サンプルキャリア１０６の１つのウェル２００は、イメージングシステム１１２の検出対物レンズ５００の上方に配置されている。サンプル５０２は、そのウェル２００の包埋剤５０４に収容されており、ウェル２００の光学的に透明な底部窓５０６を通して観察可能である。角度が付けられた先端部１２０は、目下観察されているウェル２００の真上に配置されている。しかしながら、先端部１２０は、ウェル２００に到達しておらず、これにより、サンプルキャリア１０６は自由に移動可能である。

図６は、別の実施形態による顕微鏡システム６００のサンプルチャンバ１０４の概略詳細図である。

この実施形態では、サンプルキャリア６０２は例示的に、ペトリ皿として形成されており、このペトリ皿は、ペトリ皿の底部に配置された透明窓部分６０４を有する。大きな生体標本、例えばゼブラフィッシュ、線虫またはショウジョウバエの標本は、サンプル５０２として栄養溶液に収容される。角度付けられた先端部１２０は、噴射が、サンプル５０２のわずかに側方で栄養溶液６０６の表面に当たるようにサンプル５０２の上方に配置されている。先端部１２０は、サンプルキャリア６０２に到達していないため、サンプルキャリア６０２は自由に移動可能である。

図７は、さらに別の実施形態による顕微鏡システム７００のサンプルチャンバ１０４の概略平面図である。

図７による顕微鏡システム７００は、第２の針７０２を有するという点で、図１～図５による顕微鏡システム１００と区別される。第２の針７０２は、第１の針１１８に隣に配置されており、これらの基部３００，７０４は平行になっている。両方の針１１８，７０２の先端部１２０，７０６は、１つのウェル２００の上に配置されており、これにより、両方の針１１８，７０２は、特定のウェル２００に液体を注入するために使用可能である。２つの針１１８，７０２は、流体管路１３２，７０８によって液体リザーバ１２２にそれぞれ接続されており、したがって、サンプルキャリア１０６，６０２に異なる２つの液体を注入するために使用可能である。

図８は、さらに別の実施形態による顕微鏡システム８００のサンプルチャンバ１０４の概略平面図である。

図８による顕微鏡システム８００は、第２の針７０２が第１の針１１８とは反対側に配置されている点で、図７による顕微鏡システム７００と区別される。２つの針１１８，７０２は、それらの基部３００，７０４が共通の軸線上に位置するように配置されている。先端部１２０，７０６は、２つの針１１８，７０２の間にかつウェル２００の上方に間隙８０２が形成されるように配置されている。この間隙８０２により、ウェル２００に配置されたサンプル５０２の観察および照明が可能になる。

図９は、１つの実施形態による顕微鏡システム９００のサンプルチャンバ１０４の概略平面図である。

図９による顕微鏡システム９００は、第１の針１１８および第２の針７０２が、互いに向かって角度が付けられる点で、図７による顕微鏡システム７００と区別される。２つの針１１８，７０２の基部３００と７０４とは、約２５°の角度を挟んでいる。付加的には、先端部１２０，７０６は、互いに向かって曲げられている。

図１０は、サンプルキャリア１０００および針１１８の先端部１２０の概略図である。

先端部１２０からサンプルキャリア１０００に向かって排出される液体は、噴射１００２を形成する。図１０に見て取ることができるように、噴射１００２は、拡散によって先端部１２０からの距離と共に拡がり、これは、液体の損失、ひいては不正確な噴射体積を生じることがある。したがって、先端部１２０と包埋剤５０４の表面１００４との間の距離を可能な限り短く維持することが有利になり得る。図１０に同様に見て取ることができるように、噴射１００２は、重力によりわずかに下方へ曲がっている。

図１１には、サンプル５０４の２つの概略平面図が示されている。

２つの図には、噴射１００２の注入によって生じる乱流によるサンプル５０２の移動が示されている。サンプル５０２の初期位置１１００ａ，１１００ｂは、実線の黒い円として示されている。サンプル５０２の最終位置１１０２ａ，１１０２ｂは、実線の黒の輪郭を有する白い円によって示されている。顕微鏡システム１００，６００，７００，８００，９００の視野１１０４は、破線の黒い輪郭を有する大きな円として示されている。第１の図には、噴射１００２の注入によって生じる半円形運動が示されている。サンプル５０２は、第１の矢印Ｐ１によって示されているように、半円に沿って最初の位置１１００ａから最終位置１１０２ａに移動されている。第２の図には、噴射１００２の注入によって生じる直線運動が示されている。サンプル５０２は、第２の矢印Ｐ２によって示されているように、直線に沿って最初の位置１１００ｂから最終位置１１０２ｂに移動されている。初期位置と最終位置との間の距離は、サンプル５０２の直径よりも小さく、かつ顕微鏡システム１００の視野１１０４よりも格段に小さい。

図１２は、先端部１２０から排出される液体の流速を時間について示すグラフである。

横軸は、秒で時間ｔを示し、縦軸は、１秒当たりのμＬで流量ｆを示す。図１２に見て取ることができるように、液体の注入は、異なるフローパラメータを有する５つの別個の部分１２００，１２０２，１２０４，１２０６，１２０８に分割されている。ほとんどのシリンジポンプによって可能になるのは、これらの５つの部分についてユーザがパラメータを設定できるようすることである。スタートフローと称される第１の部分１２００は、１０μＬ／ｓの初期流速に対応する。スロープアップと称される第２の部分１２０２は、９５μＬ／ｓの流速に達するまでの流速の増大に対応する。第２の部分１２０２の間、流速は、１秒当たり８μＬ／ｓだけ増大する。トップフローと称される第３の部分１２０４は、９５μＬ／ｓの流速に対応する。スロープダウンと称される第４の部分１２０６の間に、流速は、最終的な流速１５０μＬ／ｓに達するまで、１秒当たり４０μＬ／ｓだけ変化させられる。エンドフローと称される第５の部分１２０８は、１５０μＬ／ｓの最終流速に対応する。

スタートフロー、スロープアップおよびエンドフロー中の流速の正確な値は、極めて小さな影響しか及ぼさないが、トップフローおよびスロープダウン中の流速の値は、注入中にサンプル５０２が移動されるか否か、またクリーンな液滴分割が達成され得るか否かに影響を及ぼす。トップフロー中の流速は、サンプル５０２が移動されるか否かについて最も大きな影響を及ぼし、かつ２００μＬ／ｓよりも高くすべきではない。スロープダウン中の流速の変化は、１秒当たり８μＬ／ｓ程度に緩慢であってよい。どのようなものであれ緩慢な変化は、約３５０μＬ／ｓのエンドフロー中のより高い流速と組み合わされば、クリーンな液滴分割を生じさせるだけである。

全ての図において同じ要素、類似の要素または同じ作用の要素には同じ参照符号が付されている。本明細書で使用されるように、用語「および／または（かつ／または）」は、関連する記載項目のうちの１つまたは複数の項目のあらゆる全ての組み合わせを含んでおり、「／」として略記されることがある。

いくつかの態様を装置の文脈において説明してきたが、これらの態様が、対応する方法の説明も表していることが明らかであり、ここではブロックまたは装置がステップまたはステップの特徴に対応している。同様に、ステップの文脈において説明された態様は、対応する装置の対応するブロックまたは項目または特徴の説明も表している。

１００ 顕微鏡システム
１０２ 顕微鏡ハウジング
１０４ サンプルチャンバ
１０６ サンプルキャリア
１０８ 上面
１１０ 顕微鏡ステージ
１１２ イメージングシステム
１１４ 照明システム
１１６ 注入装置
１１８ 針
１２０ 先端部
１２２ 液体リザーバ
１２４ 流体管路
１２６ ポンプ
１２８ シリンジ
１３０ 弁
１３２ 流体管路
２００ ウェル
３００ 基部
５００ 対物レンズ
５０２ サンプル
５０４ 包埋剤
５０６ 窓
６００ 顕微鏡システム
６０２ サンプルキャリア
６０４ 窓
６０６ 栄養溶液
７００ 顕微鏡システム
７０２ 針
７０４ 基部
７０６ 先端部
７０８ 流体管路
８００ 顕微鏡システム
８０２ 間隙
９００ 顕微鏡システム
１０００ サンプルキャリア
１００２ 噴射
１００４ 表面
１１００ａ，１１００ｂ 初期位置
１１０２ａ，１１０２ｂ 最終位置
１１０４ 視野
１２００，１２０２，１２０４，１２０６，１２０８ 部分
Ｐ１， Ｐ２ 矢印

Claims (27)

1. 顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）であって、前記顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）は、
   サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）が上に配置されるように構成された上面（１０８）を備えた顕微鏡ステージ（１１０）であって、前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）が少なくとも１つのサンプル（５０２）を収容するように構成されている顕微鏡ステージ（１１０）と、
   前記サンプル（５０２）をイメージングするように構成されたイメージングシステム（１１２）と、
   連続しかつ時間的に間隔が開けられた、液体の複数の噴射（１００２）を前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）に注入することにより、前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）に所定量の液体を注入するように構成された注入装置（１１６）であって、それぞれの噴射（１００２）が前記液体の所定の部分量を有する注入装置（１１６）と、
   を備える顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
2. 前記顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）は、少なくとも１つの制御パラメータ、特に、部分量の量、噴射（１００２）の回数、および、直に連続する２つの噴射（１００２）間の間隔のうちの少なくとも１つをあらかじめ決定し、少なくとも１つの前記制御パラメータに基づいて、前記噴射（１００２）の前記注入を制御するように構成された制御ユニットを有する、
   請求項１記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
3. 前記制御ユニットは、記憶素子を有し、前記記憶素子は、少なくとも１つのサンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）情報と、少なくとも１つの前記制御パラメータと、を相関させるルックアップテーブルを有し、前記制御ユニットは、少なくとも１つの前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）情報の値のユーザ入力に基づき、かつ、前記ルックアップテーブルに基づいて、少なくとも１つの前記制御パラメータをあらかじめ決定するように構成されている、
   請求項２記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
4. 前記制御ユニットは、少なくとも１つの前記制御パラメータをあらかじめ決定し、これにより、前記噴射（１００２）の前記注入中に、前記イメージングシステム（１１２）の視野（１１０４）内または前記視野（１１０４）外に前記サンプル（５０２）が移動させられないように構成されている、
   請求項２または３いずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
5. 前記イメージングシステム（１１２）は、前記液体の前記注入中に前記サンプル（５０２）の少なくとも１つの画像を取り込むように構成されている、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
6. 液体のそれぞれの部分量は、１０μＬ未満の前記液体を有する、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
7. 直に連続する２つの噴射（１００２）の間の前記間隔は、少なくとも０．５秒かつ最大で１．５秒である、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
8. 前記注入装置（１１６）は、角度が付けられた先端部（１２０）を備えた少なくとも１つの針（１１８）を有する、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
9. 前記針（１１８）の前記先端部（１２０）は、少なくとも３０°かつ９０°未満曲げられている、
   請求項８記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
10. 前記針（１１８）の前記先端部（１２０）と前記顕微鏡ステージ（１１０）の前記上面（１０８）とは、少なくとも１０°かつ最大で８５°の角度を挟んでいる、
    請求項８または９いずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
11. 前記針（１１８）の前記先端部（１２０）と前記顕微鏡ステージ（１１０）の前記上面（１０８）とは、少なくとも１０°かつ最大で５０°の角度を挟んでいる、
    請求項１０記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
12. 前記液体の流量は、少なくとも５μＬ／ｓかつ最大で２５０μＬ／ｓである、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
13. 前記液体の前記流量は、少なくとも１０μＬ／ｓかつ最大で１００μＬ／ｓである、
    請求項１２記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
14. 前記注入装置（１１６）は、前記液体の温度を制御するように構成された温度制御ユニットを有する、
    請求項１から１３までのいずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
15. 前記顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）は、サンプルチャンバ（１０４）を画定するボックス型顕微鏡ハウジング（１０２）を有し、前記ハウジングは、前記サンプルチャンバ（１０４）へのアクセスを提供するためのドアを有し、前記顕微鏡ステージ（１１０）は、前記サンプルチャンバ（１０４）の下に配置されており、前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）は、前記サンプルチャンバ（１０４）内に収容されている、
    請求項１から１４までのいずれか１項記載の顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）。
16. 顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）によってサンプル（５０２）をイメージングする方法であって、前記方法は、
    前記サンプル（５０２）をサンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）内に配置するステップと、
    前記顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）の顕微鏡ステージ（１１０）の上に前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）を配置するステップと、
    連続しかつ時間的に間隔が開けられた、液体の複数の噴射（１００２）を前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）に注入することにより、前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）に所定量の液体を注入するステップであって、それぞれの噴射（１００２）が、前記液体の所定の部分量を有するステップと、
    前記液体の前記注入中に、前記顕微鏡システム（１００，６００，７００，８００，９００）のイメージングシステム（１１２）によって前記サンプル（５０２）の少なくとも１つの画像を取り込むステップと、
    を有する方法。
17. 前記方法は、
    少なくとも１つの制御パラメータ、特に、部分量の量、噴射（１００２）の回数、および、直に連続する２つの噴射（１００２）間の間隔のうちの少なくとも１つをあらかじめ決定するステップと、
    少なくとも１つの前記制御パラメータに基づいて、前記噴射（１００２）の前記注入を行うステップと、
    を有する、
    請求項１６記載の方法。
18. 少なくとも１つの前記制御パラメータは、少なくとも１つのサンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）情報の値のユーザ入力に基づいて、かつ、少なくとも１つの前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）情報と、少なくとも１つの前記制御パラメータと、を相関させるルックアップテーブルに基づいてあらかじめ決定される、
    請求項１７記載の方法。
19. 少なくとも１つの前記制御パラメータは、前記噴射（１００２）の前記注入中に、前記サンプル（５０２）が前記イメージングシステム（１１２）の視野（１１０４）内または前記視野（１１０４）外に移動させられないようにあらかじめ決定される、
    請求項１７または１８いずれか１項記載の方法。
20. 液体のそれぞれの部分量は、１０μＬ未満の前記液体を有する、
    請求項１６から１９までのいずれか１項記載の方法。
21. 直に連続する２つの噴射（１００２）の間の前記間隔は、少なくとも０．５秒かつ最大で１．５秒である、
    請求項１６から２０までのいずれか１項記載の方法。
22. 角度が付けられた先端部（１２０）を有する少なくとも１つの針（１１８）によって前記注入を行う、
    請求項１６から２１までのいずれか１項記載の方法。
23. 前記針（１１８）の前記先端部（１２０）は、少なくとも３０°かつ９０°未満曲げられている、
    請求項２２記載の方法。
24. 前記噴射（１００２）は、前記顕微鏡ステージ（１１０）の上面（１０８）に対して少なくとも１０°かつ最大で８５°の角度で前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）に注入される、
    請求項１６から２３までのいずれか１項記載の方法。
25. 前記噴射（１００２）は、前記顕微鏡ステージ（１１０）の前記上面（１０８）に対して少なくとも１０°かつ最大で５０°の角度で前記サンプルキャリア（１０６，６０２，１０００）に注入される、
    請求項２４記載の方法。
26. 前記液体の流量は、少なくとも５μＬ／ｓかつ最大２５０μＬ／ｓである、
    請求項１６から２５までのいずれか１項記載の方法。
27. 前記液体の前記流量は、少なくとも１０μＬ／ｓかつ最大１００μＬ／ｓである、
    請求項２６記載の方法。

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