JP2534403Y2 - マイクロマニピユレータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、顕微鏡の視野下等において細胞等の微細な
対象物を操作する、マイクロマニピュレータに関する。

＜従来の技術＞ マイクロマニピュレータでは、従来、微小注射針等の
微小器具は手動操作によって駆動している。

このような従来のマイクロマニピュレータを用いて、
浮遊細胞に例えばインジェクション等の処理を加える場
合、まず浮遊している細胞を探して吸着用微小器具によ
って吸着保持し、その細胞を顕微鏡視野中央付近へ移動
させ、次いで注射用の微小器具の高さ等をその細胞に合
わせてから、注射をするという手順を踏む必要がある。

＜考案が解決しようとする問題点＞ 以上のような従来のマイクロマニピュレーションで
は、一連の作業を顕微鏡の視野内等において全て手動操
作で行うから、微小器具の位置合わせが相当面倒であっ
て、特に多数の細胞を処理する場合には、個々の細胞に
ついて同じような面倒な作業を行う必要があり、決して
効率のよいものとはいえないのが実状である。

＜問題点を解決するための手段＞ 本考案は上記に鑑みてなされたもので、細胞、特に浮
遊細胞の処理の効率化を目的としている。

本考案は、第１図にその基本概念図を示すように、微
小器具ａを駆動するための駆動装置ｂと、微小器具ａの
位置を検出する位置検出器ｃと、操作桿等の手動操作に
基づく操作信号を発生する操作信号発生手段ｄと、その
操作信号発生手段ｄからの操作信号と位置検出器ｃの出
力信号に基づいて駆動装置ｂに制御信号を供給する制御
回路手段ｅを備えた装置において、顕微鏡視野の任意の
範囲内で指令が与えられた時点における上記の操作信号
を記憶する記憶手段ｆと、制御回路手段ｅに供給すべき
操作信号を操作信号発生手段ｄからの信号と記憶手段ｆ
の記憶内容のいずれかに選択自在に切換え得る信号切換
手段ｇを備えたことによって、特徴づけられる。

（作用） 操作信号発生手段ｄからの操作信号により微小器具ａ
を所望の位置に位置決めした状態で指令を与えて記憶手
段ｆにその操作信号を記憶しておく。次に、操作信号発
生手段ｄからの操作信号により、微小器具ａを任意の位
置まで移動させた後、信号切換手段ｇによって制御回路
手段ｅへの操作信号を記憶手段ｆの記憶内容に切換える
と、微小器具ａは再び先の位置決め位置へと自動的に復
帰する。

例えば第６図（ａ）に示すように、浮遊細胞Ｗの吸着
用微小器具Ｍを、注射用微小器具Ｍ′に対向させて位置
決めした状態でその時点における操作信号を記憶手段ｆ
内に格納しておき、同図（ｂ）に示すように浮遊細胞Ｗ
を手動操作によって吸着した後、記憶手段ｆの記憶内容
を操作信号として切換えることにより、吸着用微小器具
Ｍは同図（ｃ）に示すように浮遊細胞を吸着して再び注
射用微小器具Ｍ′に対向する位置にまで自動的に戻り、
直ちに注射を行うことができる。

＜実施例＞ 本考案の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第２図は本考案実施例の構成を示すブロック図であ
る。この実施例は、２台のマニピュレータを使って浮遊
細胞に注射する場合の例を示している。

培養液中で浮遊する細胞は顕微操作容器等内に収容さ
れ、顕微鏡１のステージ上に載せられる。この顕微鏡１
のステージを挟んで左右にマイクロマニピュレータＩお
よびIIが配設されている。この一方のマイクロマニピュ
レータＩに本考案が適用され、浮遊細胞を吸着するため
の、微小ピペット等の吸着用微小器具Ｍが装着されてい
る。他方のマイクロマニピュレータIIには、微小針等の
注射用微小器具Ｍ′が装着されている。

さて、吸着用微小器具ＭはマイクロマニピュレータＩ
の駆動機構２に装着されるが、この駆動機構２は、駆動
制御回路３からの制御信号に基づいて吸着用微小器具Ｍ
を互いに直交するx,y,z軸方向に独立的に微動させるこ
とができる。

駆動制御回路３は、アナログスイッチ４を介して供給
される操作信号と、後述する吸着用微小器具Ｍの変位検
出信号に基づいて、x,y,z軸方向の制御信号を発生して
駆動機構２に供給する。

アナログスイッチ４には、手動操作回路５からの操作
信号と、Ｄ−Ａ変換器６を介してコンピュータ７から供
給される操作信号とが入力されており、コンピュータ７
からインターフェース８を介して出力される切換指令に
よって、これら両操作信号のいずれかを選択的に駆動制
御回路３に供給することができる。

コンピュータ７はCPU71,ROM72,RAM73およびキーボー
ド74等を備えてなり、上述したＤ−Ａ変換器6,インター
フェース８のほかにＡ−Ｄ変換器９が接続されている。
Ａ−Ｄ変換器９により、キーボード74から指令を与えら
れた時点における手動操作回路５からの操作信号をデジ
タル化して、RAM73内に採り込むことができる。

手動操作回路５は、接続された操作桿5a等の手動操作
具によるx,y,z軸方向への各操作量に応じた大きさの操
作信号を出力することができる。

第３図は駆動機構２の一部構成を示す図で、ｘ軸方向
駆動部を抽出して同図（ａ）はその正面図を、同図
（ｂ）はその右側面図を示している。ベース21上には、
ｘ軸方向に伸びる２本のガイド22,22が固着されてお
り、このガイド22,22には転動体を介して摺動自在のテ
ーブル23が支持されている。

ベース21には、電磁力発生装置24の磁気回路24aを構
成するヨークが固着されており、この磁気回路24aの内
部に配設されている可動コイル24bはテーブル23に固着
されている。電磁力発生装置24は、第４図にその構造説
明図を示すように、コ字形ヨーク241の内側に２個の永
久磁石242を貼着したものを、互いに磁場の方向が逆向
きとなるように２個組み合わせた磁気回路24aと、その
内部に配設され、長方形状に巻回されてなる可動コイル
24bとで構成されている。可動コイル24bの巻数をN,これ
に流れる電流をi,磁気回路24a中のコイルの長さ（１タ
ーン当り）をl,磁気回路24aの磁束密度をＢとすると、 Ｆ＝BlNi なる力Ｆが、電流および磁場の方向のいずれとも直交す
る方向に発生する。

従って、この電磁力発生装置24に所定の向きの電流を
供給することによって、テーブル23はベース21に対して
ｘ軸方向所定の向きに変位されることになる。この変位
は変位検出器25によって検出される。変位検出器25は、
ベース21に固着された互いに平行な平板状の固定電極25
a,25aと、テーブル23に固着され、固定電極25a,25a間に
平行に挿入された可動電極25bとによって形成される平
行平板コンデンサで構成されており、可動電極25bのｘ
軸方向の変位による静電容量の変化により、その変位を
検出することができる。

テーブル23上には、以上と全く同様な構成で、ｘ軸と
直交するｙ軸方向に変位を与えるｙ軸方向駆動部が載せ
られる。更にそのｙ軸方向駆動部のテーブル上に、ｘ軸
およびｙ軸のいずれにも直交するｚ軸方向に変位を与え
ることのできる、同様な構成のｚ軸方向駆動部が載せら
れ、吸着用微小器具Ｍはこのｚ駆動方向駆動部のテーブ
ル上に装着される。

駆動制御回路３は、上述したx,yおよびｚ軸方向駆動
部に対してそれぞれ独立的に制御信号を与えるための回
路で、第５図にそのｘ軸方向駆動部に関する部分につい
ての回路構成図を示す。これと同様な回路がｙおよびｚ
軸方向駆動部に対しても接続される。すなわち、駆動制
御回路３は、x,y,z軸方向駆動部それぞれに対してP.I.D
制御回路31,電流供給回路32および静電容量検出回路33
を備え、アナログスイッチ４を介して供給されるx,y,z
軸方向の操作信号に各軸方向の変位検出信号をフィード
バックし、その差信号を、P.I.D制御回路31を介して電
磁力発生装置24の可動コイル24bに供給すべき電流を発
生する電流供給回路32に動作信号として供給している。
従って、吸着用微小器具Ｍは、アナログスイッチ４を介
して供給される操作信号に基づいて、３軸方向任意の向
きに所望の量だけ微動されることになる。

次に、以上の実施例の作用を使用方法とともに延べ
る。

第６図（ａ）〜（ｃ）は、吸着用微小器具Ｍにより浮
遊細胞Ｗを吸着して位置決めする際の顕微鏡１の像を、
順を追って示す動作説明図である。

まず、左右のマイクロマニピュレータＩおよびIIの操
作桿5a等を操作することにより、第６図（ａ）に示すよ
うに、吸着用微小器具Ｍおよび注射用微小器具Ｍ′の先
端を、顕微鏡１の視野中央付近で互いに向き合い、か
つ、それぞれピントが合うよう同じ高さの位置となるよ
うに位置決めする。

この状態でマイクロマニピュレータＩのキーボード74
を操作することにより、この状態での手動操作回路５か
らの操作信号のデジタル変換データをRAM73内に記憶し
ておく。

次に、操作桿5a等の操作によって吸着用微小器具Ｍを
動かしてその先端を浮遊細胞Ｗに接近させ、吸着用微小
器具Ｍ内部に負圧をかけ、第６図（ｂ）に示すように浮
遊細胞Ｗを吸引保持する。

次いで、キーボード74から指令を与えることにより、
アナログスイッチ４を切換えて駆動制御回路３にコンピ
ュータ７からの操作信号、すなわち先にRAM73内に記憶
している操作信号を供給する。これにより、駆動制御回
路３は、吸着用微小器具Ｍを第６図（ａ）の位置にまで
戻すような制御信号を駆動機構２に供給することにな
り、従って、第６図（ｃ）に示すように、吸引保持され
た浮遊細胞Ｗは注射用微小器具Ｍ′の直前に位置決めさ
れる。このとき、コンピュータ７はRAM73内に記憶して
いる操作信号を直ちに出力せずに、例えば切換時点の手
動操作回路５からの操作信号を読み込んで、その値から
RAM73内の操作信号の値にまで所定の速度で変化するよ
うな信号を出力する等により、第６図（ｂ）の状態から
同図（ｃ）の状態にまで吸着用微小器具Ｍを所定のゆる
やかな速度で移動するよう構成すれば、浮遊細胞Ｗにダ
メージを与えることなく位置決め可能である。

第６図（ｃ）の状態では、注射用微小器具Ｍ′を前進
させるだけでその先端を細胞Ｗ内に刺入することができ
る。なお、この刺入の場所の修正は注射用微小器具Ｍ′
の手動操作によって行うことができる。

次に、他の浮遊細胞に注射を行うには、マイクロマニ
ピュレータＩへの操作信号を手動操作回路５からのもの
に切換えて同様にターゲットとなる細胞を吸引保持し、
再びRAM73内の操作信号に切換えることにより、同様に
最初の位置決め位置に復帰することになる。

なお、以上の実施例では一方のマイクロマニピュレー
タＩにのみ本考案を適用したが、１台のコンピュータ７
で、あるいは他のコンピュータを用いて、他方のマイク
ロマニピュレータIIにも本考案を適用し得ることは勿論
で、この注射用微小器具Ｍ′を装着するマイクロマニピ
ュレータIIでは、上述のような微動機構の制御のほか、
粗動機構を併用して、例えば顕微鏡視野外に置いた注入
液容器の位置にまで手動あるいは自動によって移動させ
て注入液を吸入し、その状態で供給する操作信号を切換
えて第６図（ａ）に示した位置にまで自動的に復帰させ
れば、より効率的な作業を行うことができる。

＜考案の効果＞ 以上説明したように、本考案によれば、手動操作によ
って所望の位置に微小器具を移動させた状態で、その手
動操作信号を記憶しておくことにより、その後任意の位
置にまで微小器具を移動させても、記憶している操作信
号に切換えることにより、自動的に元の位置に戻るか
ら、浮遊細胞に注射をする等の処理を効率的に行うこと
ができる。特に、高さ方向（顕微鏡焦点方向）の位置合
わせは従来相当の時間と労力を要してしたが、本考案に
よってこれを省略することができ、多数の細胞を処理す
る場合には最初に一度位置合わせを行っておくだけでよ
く、その効果は大きい。同様な理由により、熟練を要す
ることなく容易にインジェクション等の処理が行えるよ
うになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示す基本概念図、 第２図は本考案実施例の構成を示すブロック図、 第３図はその駆動装置２の一部構成を示す図で（ａ）は
正面図、（ｂ）はその右側面図、 第４図はその電磁力発生装置24の構造説明図、 第５図は本考案実施例の駆動制御回路３の回路構成の説
明図、 第６図は本考案実施例の動作説明図である。 １……顕微鏡 ２……駆動装置 ３……駆動制御回路 ４……アナログスイッチ ５……手動操作回路 ６……Ｄ−Ａ変換器 ７……コンピュータ ９……Ａ−Ｄ変換器 Ｍ……吸着用微小器具 Ｍ′……注射用微小器具

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】微小器具を駆動させるための駆動装置と、
   上記微小器具の位置を検出する位置検出器と、操作棹等
   の手動操作に基づく操作信号を発生する操作信号発生手
   段と、その操作信号発生手段からの操作信号と上記位置
   検出器の出力信号に基づいて上記駆動装置に制御信号を
   供給する制御回路手段を備えた装置において、 顕微鏡視野の任意の範囲内で指令が与えられた時点にお
   ける上記操作信号を記憶する記憶手段と、上記制御回路
   手段に供給すべき操作信号を上記操作信号発生手段から
   の信号と上記記憶手段の記憶内容のいずれかに選択自在
   に切換え得る信号切換手段を備え、上記記憶手段の記憶
   内容が選択された場合には前記微小器具を指令が与えら
   れた時点に自動的に戻すような制御信号が上記駆動装置
   に供給されることを特徴とするマイクロマニピュレー
   タ。
2. 【請求項２】上記信号切換手段による信号切換時には、
   上記微小器具があらかじめ設定された所定の速度で変位
   するような制御信号が上記駆動装置に供給されるよう構
   成されていることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載のマイクロマニピュレータ。